JP2005302674A - Fuel cell provided with porous separator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology of effectively removing moisture generated at a cathode through a separator. <P>SOLUTION: The fuel cell comprises an electrolyte layer 122, the cathode 126, a gas diffusion layer 140, and the separator 160. The separator includes a porous part 162 having a convex part 162a facing the gas diffusion layer 140. A reticulate member 170 having conductivity is arranged between the gas diffusion layer 140 and the porous part 162. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、多孔質のセパレータを備える燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell including a porous separator.

燃料電池は、複数のセルを含んでおり、隣接する2つのセルの間には、セパレータが設けられている。   The fuel cell includes a plurality of cells, and a separator is provided between two adjacent cells.

特許文献1では、隣接する2つのセルの間には、2つのセパレータが設けられている。各セパレータは、双方の面に複数の凸部を有しており、凹部によって流路が形成されている。第1のセパレータは、第1の面側に形成された複数の凸部において第1のMEA(イオン交換膜電解質/電極組立体)と接触しており、第1のセパレータと第1のMEAとの間には、凹部によって水素ガスが通る水素ガス流路が形成されている。同様に、第2のセパレータは、第1の面側に形成された複数の凸部において第2のMEAと接触しており、第2のセパレータと第2のMEAとの間には、凹部によって空気(酸素ガス)が通る酸素ガス流路が形成されている。また、第1のセパレータの第2の面側に形成された複数の凸部は、第2のセパレータの第2の面側に形成された複数の凸部と接触しており、2つのセパレータの間には、対向する凹部によって冷却水が通る冷却水流路が形成される。   In Patent Document 1, two separators are provided between two adjacent cells. Each separator has a plurality of convex portions on both surfaces, and a flow path is formed by the concave portions. The first separator is in contact with the first MEA (ion exchange membrane electrolyte / electrode assembly) at the plurality of convex portions formed on the first surface side, and the first separator, the first MEA, A hydrogen gas flow path through which hydrogen gas passes is formed between the recesses. Similarly, the second separator is in contact with the second MEA at the plurality of convex portions formed on the first surface side, and a concave portion is provided between the second separator and the second MEA. An oxygen gas flow path through which air (oxygen gas) passes is formed. In addition, the plurality of convex portions formed on the second surface side of the first separator are in contact with the plurality of convex portions formed on the second surface side of the second separator, and the two separators A cooling water flow path through which the cooling water passes is formed between the concave portions facing each other.

カソードで生成された水(生成水)は、多孔質の第2のセパレータを透過して、冷却水流路へ移動する。これにより、酸素ガス流路内におけるフラッディング状態の発生を抑制することができる。なお、生成水の移動は、酸素ガスの圧力と冷却水の圧力との間に、所定の圧力差を発生させることによって、実現されている。   The water (generated water) generated at the cathode permeates the porous second separator and moves to the cooling water flow path. Thereby, generation | occurrence | production of the flooding state in an oxygen gas flow path can be suppressed. The movement of the generated water is realized by generating a predetermined pressure difference between the pressure of the oxygen gas and the pressure of the cooling water.

特表平11−508726号公報Japanese National Patent Publication No. 11-508726

しかしながら、従来の技術では、カソードで生成された水を多孔質のセパレータを介して効率よく除去することが困難であるという問題があった。これは、多孔質のセパレータが、水分を効率よく取り込むことが困難であることに起因する。   However, the conventional technique has a problem that it is difficult to efficiently remove water generated at the cathode through the porous separator. This is because the porous separator is difficult to efficiently take in moisture.

この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、電極で生成された水分をセパレータを介して効率よく除去することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art, and an object thereof is to efficiently remove moisture generated by an electrode through a separator.

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、燃料電池であって、
電解質層と、
前記電解質層の一方の側に設けられた電極層と、
前記電解質層の前記一方の側に設けられ、前記電解質層との間で前記電極層を挟むガス拡散層と、
前記電解質層の前記一方の側に設けられ、前記電極層との間で前記ガス拡散層を挟むセパレータであって、前記セパレータには、前記ガス拡散層を介して前記電極層に反応ガスを供給するための反応ガス通路が形成されており、前記セパレータは、前記ガス拡散層に対向して前記反応ガス通路の一部を構成する凸部を有する多孔質部を含む、前記セパレータと、
前記ガス拡散層と前記多孔質部との間に設けられた導電性を有する網状部材と、
を備えることを特徴とする。
In order to solve at least a part of the problems described above, an apparatus of the present invention is a fuel cell,
An electrolyte layer;
An electrode layer provided on one side of the electrolyte layer;
A gas diffusion layer provided on the one side of the electrolyte layer and sandwiching the electrode layer with the electrolyte layer;
A separator provided on the one side of the electrolyte layer and sandwiching the gas diffusion layer with the electrode layer, wherein a reactive gas is supplied to the electrode layer via the gas diffusion layer And the separator includes a porous portion having a convex portion that constitutes a part of the reaction gas passage so as to face the gas diffusion layer; and
A mesh member having conductivity provided between the gas diffusion layer and the porous portion;
It is characterized by providing.

この装置では、ガス拡散層と多孔質部との間に網状部材が設けられているため、多孔質部の凸部に押圧されることによって、ガス拡散層が変形するのを抑制することができる。このため、ガス拡散層は、水分を効率よく蓄えることができ、多孔質部は、その凸部から、ガス拡散層に蓄えられた水分を網状部材を介して効率よく取り込むことができる。この結果、セパレータは、電極で生成された水分を効率よく除去することが可能となる。   In this apparatus, since the mesh member is provided between the gas diffusion layer and the porous portion, it is possible to suppress the gas diffusion layer from being deformed by being pressed by the convex portion of the porous portion. . For this reason, the gas diffusion layer can efficiently store moisture, and the porous portion can efficiently take in moisture stored in the gas diffusion layer from the convex portion via the mesh member. As a result, the separator can efficiently remove moisture generated by the electrode.

上記の装置において、
前記網状部材は、金属製の部材であることが好ましい。
In the above device,
The mesh member is preferably a metal member.

こうすれば、網状部材は、比較的高い導電性を発揮することができる。   By doing so, the mesh member can exhibit relatively high conductivity.

なお、金属部材としては、例えば、チタンを含有する部材を用いることができる。ただし、電解質層がフッ素原子を含有する場合には、網状部材は、チタン含有基材にフッ素に対する耐食性を有するメッキが形成された部材であることが好ましい。   In addition, as a metal member, the member containing titanium can be used, for example. However, when the electrolyte layer contains fluorine atoms, the network member is preferably a member in which a titanium-containing substrate is formed with plating having corrosion resistance to fluorine.

上記の装置において、
前記網状部材は、前記多孔質部に対応する領域に設けられており、
前記網状部材に含まれる前記多孔質部の前記凸部に対応する部分領域には、親水処理が施されていることが好ましい。
In the above device,
The mesh member is provided in a region corresponding to the porous portion,
It is preferable that a hydrophilic treatment is applied to a partial region corresponding to the convex portion of the porous portion included in the mesh member.

こうすれば、水分が網状部材の部分領域に保持され易くなるため、多孔質部は、水分をより効率よく取り込むことができる。   If it carries out like this, since a water | moisture content will become easy to be hold | maintained at the partial area | region of a mesh member, the porous part can take in a water | moisture content more efficiently.

上記の装置において、
前記網状部材は、前記多孔質部の前記凸部に対応する領域に選択的に設けられていてもよい。
In the above device,
The mesh member may be selectively provided in a region corresponding to the convex portion of the porous portion.

こうすれば、網状部材の使用量を低減させることができるため、燃料電池の製造コストを低下させることができる。   By doing so, the amount of the mesh member used can be reduced, and the manufacturing cost of the fuel cell can be reduced.

なお、この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、該燃料電池を備える燃料電池システム、該燃料電池システムを搭載した移動体などの装置等の形態で実現することができる。   Note that the present invention can be realized in various forms, for example, in the form of a fuel cell, a fuel cell system including the fuel cell, and a device such as a moving body equipped with the fuel cell system. be able to.

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
A−1.燃料電池システムの全体構成:
A−2.セルの概略構成:
A−3.セルの具体的な構成:
B.第2実施例:
C.第3実施例:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
A-1. Overall configuration of the fuel cell system:
A-2. Schematic configuration of the cell:
A-3. Specific cell configuration:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:

A.第1実施例:
A−1.燃料電池システムの全体構成:
図1は、第1実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。なお、この燃料電池システムは、車両に搭載されている。
A. First embodiment:
A-1. Overall configuration of the fuel cell system:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system in the first embodiment. The fuel cell system is mounted on a vehicle.

燃料電池システムは、燃料電池スタック100と、燃料電池スタックに燃料ガス(水素ガス)を供給するための燃料ガス供給系と、燃料電池スタックに空気を供給するための空気供給系と、燃料電池スタックに冷却液を供給するための冷却液供給系と、を備えている。また、燃料電池システムは、システム全体の動作を制御するためのコントローラ600を備えている。   The fuel cell system includes a fuel cell stack 100, a fuel gas supply system for supplying fuel gas (hydrogen gas) to the fuel cell stack, an air supply system for supplying air to the fuel cell stack, and a fuel cell stack And a coolant supply system for supplying the coolant. The fuel cell system also includes a controller 600 for controlling the operation of the entire system.

燃料電池スタック(以下、単に「スタック」とも呼ぶ)100は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。スタック100は、積層された複数のセルを含んでいる。また、スタック100内部には、複数の内部通路が設けられている。具体的には、スタック内部には、燃料ガスが通る内部燃料ガス通路210と、酸化ガス(空気)が通る内部酸化ガス通路220と、冷却液が通る内部冷却液通路230と、冷却ガス(空気)が通る内部冷却ガス通路240と、が設けられている。   A fuel cell stack (hereinafter also simply referred to as “stack”) 100 is a polymer electrolyte fuel cell that is relatively small and excellent in power generation efficiency. The stack 100 includes a plurality of stacked cells. A plurality of internal passages are provided inside the stack 100. Specifically, inside the stack, an internal fuel gas passage 210 through which fuel gas passes, an internal oxidizing gas passage 220 through which oxidizing gas (air) passes, an internal cooling fluid passage 230 through which coolant flows, and a cooling gas (air) ) Through which an internal cooling gas passage 240 passes.

燃料ガス供給系は、水素タンク302と、減圧弁304と、流量制御弁306と、を備えている。水素タンク302は、水素ガス(燃料ガス)を比較的高い圧力で貯蔵している。減圧弁304は、水素タンク302から供給された燃料ガスを所定の圧力に減圧する。流量制御弁306は、燃料ガスの流量を調整する。燃料ガスは、燃料ガス通路310を介してスタック100に供給される。燃料ガスは、内部燃料ガス通路210を通る際に、スタック内部での電気化学反応に利用される。内部燃料ガス通路210を通過した使用済みの燃料オフガスは、燃料オフガス通路390を介して外部に排出される。燃料オフガス通路390には、遮断弁392が設けられている。遮断弁392は、間欠的に開状態に設定され、これにより、燃料オフガスがスタック100から排出される。   The fuel gas supply system includes a hydrogen tank 302, a pressure reducing valve 304, and a flow rate control valve 306. The hydrogen tank 302 stores hydrogen gas (fuel gas) at a relatively high pressure. The pressure reducing valve 304 reduces the fuel gas supplied from the hydrogen tank 302 to a predetermined pressure. The flow control valve 306 adjusts the flow rate of the fuel gas. The fuel gas is supplied to the stack 100 through the fuel gas passage 310. When the fuel gas passes through the internal fuel gas passage 210, it is used for an electrochemical reaction inside the stack. The spent fuel off gas that has passed through the internal fuel gas passage 210 is discharged to the outside through the fuel off gas passage 390. A shutoff valve 392 is provided in the fuel off gas passage 390. The shut-off valve 392 is intermittently set to an open state, whereby the fuel off-gas is discharged from the stack 100.

空気供給系は、空気ブロワ402を備えている。空気は、空気通路を介してスタック100に供給される。ここで、空気通路は、スタック外部に設けられた第1および第2の外部空気通路410,420と、内部冷却ガス通路240と、を含んでいる。空気は、内部冷却ガス通路240を通る際には、冷却ガスとして機能し、スタック100を冷却する。また、空気は、内部酸化ガス通路220を通る際には、酸化ガスとして機能し、スタック内部での電気化学反応に利用される。内部酸化ガス通路220を通過した使用済みの空気(酸化オフガス)は、酸化オフガス通路490を介して外部に排出される。   The air supply system includes an air blower 402. Air is supplied to the stack 100 via an air passage. Here, the air passage includes first and second external air passages 410 and 420 provided outside the stack, and an internal cooling gas passage 240. When the air passes through the internal cooling gas passage 240, the air functions as a cooling gas and cools the stack 100. In addition, the air functions as an oxidizing gas when passing through the internal oxidizing gas passage 220 and is used for an electrochemical reaction inside the stack. Spent air (oxidation off gas) that has passed through the internal oxidation gas passage 220 is discharged to the outside through the oxidation off gas passage 490.

冷却液供給系は、循環ポンプ502と、熱交換器504と、を備えている。循環ポンプ502は、スタック外部に設けられた循環通路510と、内部冷却液通路230と、の間で冷却液(例えば水)を循環させる。冷却液は、内部冷却液通路230を通る際に、スタック100を冷却する。熱交換器504は、スタック100から排出された比較的温度の高い冷却液を冷却する。   The coolant supply system includes a circulation pump 502 and a heat exchanger 504. The circulation pump 502 circulates the coolant (for example, water) between the circulation passage 510 provided outside the stack and the internal coolant passage 230. The coolant cools the stack 100 as it passes through the internal coolant passage 230. The heat exchanger 504 cools the coolant having a relatively high temperature discharged from the stack 100.

なお、本実施例では、内部冷却ガス通路240を経由した空気が、内部酸化ガス通路220に供給されているが、これに代えて、内部酸化ガス通路220と内部冷却ガス通路240とには、独立して、空気が供給されるようにしてもよい。   In this embodiment, the air passing through the internal cooling gas passage 240 is supplied to the internal oxidizing gas passage 220, but instead, the internal oxidizing gas passage 220 and the internal cooling gas passage 240 have the following: Independently, air may be supplied.

また、本実施例では、内部冷却ガス通路240を経由した空気は、第2の外部空気通路420を介して、内部酸化ガス通路220に供給されているが、第2の外部空気通路420に代えて、スタック内部に、内部冷却ガス通路240を経由した空気を内部酸化ガス通路220に供給するための空気通路を設けるようにしてもよい。   In this embodiment, the air that has passed through the internal cooling gas passage 240 is supplied to the internal oxidizing gas passage 220 through the second external air passage 420, but is replaced with the second external air passage 420. Thus, an air passage for supplying air that has passed through the internal cooling gas passage 240 to the internal oxidizing gas passage 220 may be provided inside the stack.

A−2.セルの概略構成:
図2は、燃料電池スタック100内部のセルの構成を模式的に示す説明図である。図示するように、セル110は、膜−電極アセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )120と、2つのガス拡散層130,140と、2つのセパレータ150,160と、を備えている。
A-2. Schematic configuration of the cell:
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of cells inside the fuel cell stack 100. As shown in the figure, the cell 110 includes a membrane-electrode assembly (MEA) 120, two gas diffusion layers 130 and 140, and two separators 150 and 160.

MEA120は、電解質膜122と、電解質膜の両側に形成された2つの電極層(触媒層)124,126と、を備えている。第1の電極層124は、アノード(水素極)であり、第2の電極層126は、カソード(酸素極)である。なお、電解質膜としては、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成された膜を用いることができ、例えば、デュポン社製のナフィオン(Nafion)膜を用いることができる。また、電極層としては、カーボン粒子に白金などの触媒を担持させた触媒層を用いることができる。   The MEA 120 includes an electrolyte membrane 122 and two electrode layers (catalyst layers) 124 and 126 formed on both sides of the electrolyte membrane. The first electrode layer 124 is an anode (hydrogen electrode), and the second electrode layer 126 is a cathode (oxygen electrode). As the electrolyte membrane, a membrane formed of a solid polymer material such as a fluorine-based resin can be used. For example, a Nafion membrane manufactured by DuPont can be used. As the electrode layer, a catalyst layer in which a catalyst such as platinum is supported on carbon particles can be used.

2つのガス拡散層(以下、単に「拡散層」とも呼ぶ)130,140は、MEA120を挟む。アノード側拡散層130は、外部から供給された燃料ガスを拡散させてアノード124に供給する機能を有し、カソード側拡散層140は、外部から供給された空気(酸素ガス)を拡散させてカソード126に供給する機能を有する。なお、拡散層は、炭素繊維を織成したカーボンクロスや、カーボンペーパ、カーボンフエルトなどの充分なガス拡散性および導電性を有する材料で形成されている。   Two gas diffusion layers (hereinafter also simply referred to as “diffusion layers”) 130 and 140 sandwich the MEA 120. The anode side diffusion layer 130 has a function of diffusing fuel gas supplied from the outside and supplying it to the anode 124, and the cathode side diffusion layer 140 diffuses air (oxygen gas) supplied from the outside to form a cathode. 126 has a function to supply to 126. The diffusion layer is made of a material having sufficient gas diffusibility and conductivity, such as carbon cloth woven from carbon fibers, carbon paper, and carbon felt.

2つのセパレータ150,160は、MEA120および2つの拡散層130,140を挟む。アノード側セパレータ150とカソード側セパレータ160とには、複数の孔や凹部が形成されている。複数の孔や凹部は、内部通路210,220,230,240(図1)を形成する。具体的には、各セパレータの一対の孔は、複数のセルを積層したときに、複数のセルを貫くように設けられている。すなわち、各セパレータの一対の孔は、上流側のセル間通路と下流側のセル間通路とを形成する。また、各セパレータの凹部は、一対の孔間を接続するように設けられている。すなわち、各セパレータの凹部は、上流側のセル間通路と下流側のセル間通路との間で流体を流通可能とするセル内通路を形成する。   The two separators 150 and 160 sandwich the MEA 120 and the two diffusion layers 130 and 140. A plurality of holes and recesses are formed in the anode side separator 150 and the cathode side separator 160. The plurality of holes and recesses form internal passages 210, 220, 230, and 240 (FIG. 1). Specifically, the pair of holes of each separator is provided so as to penetrate through the plurality of cells when the plurality of cells are stacked. That is, the pair of holes of each separator forms an upstream inter-cell passage and a downstream inter-cell passage. Moreover, the recessed part of each separator is provided so that a pair of hole may be connected. That is, the recess of each separator forms an in-cell passage that allows fluid to flow between the upstream inter-cell passage and the downstream inter-cell passage.

より具体的には、各セパレータ150,160には、上流側および下流側のセル間燃料ガス通路210a,210cを構成する一対の孔と、上流側および下流側のセル間酸化ガス通路220a,220cを構成する一対の孔と、が形成されている。また、各セパレータ150,160には、上流側および下流側のセル間冷却液通路230a,230cを構成する一対の孔と、上流側および下流側のセル間冷却ガス通路240a,240cを構成する一対の孔と、が形成されている。   More specifically, each separator 150, 160 has a pair of holes constituting upstream and downstream inter-cell fuel gas passages 210a, 210c, and upstream and downstream inter-cell oxidizing gas passages 220a, 220c. And a pair of holes are formed. Each separator 150, 160 has a pair of holes constituting upstream and downstream inter-cell coolant passages 230a, 230c and a pair constituting upstream and downstream inter-cell cooling gas passages 240a, 240c. Are formed.

図3は、カソード側セパレータ160を模式的に示す説明図である。図3(A),(B)は、それぞれ、図2に示すカソード側セパレータ160の第1の面Sc1と第2の面Sc2とを示している。図示するように、カソード側セパレータの第1の面Sc1には、セル内酸化ガス通路(カソード側通路)220bを構成する凹部が形成されている。また、第2の面Sc2には、セル内冷却液通路230bを構成する凹部と、セル内冷却ガス通路240bを構成する凹部と、が形成されている。なお、セル内冷却液通路230bを構成する凹部は、セル内酸化ガス通路220bを構成する凹部の上流側部分の背面に形成されており、セル内冷却ガス通路240bを構成する凹部は、セル内酸化ガス通路220bを構成する凹部の下流側部分の背面に形成されている。   FIG. 3 is an explanatory view schematically showing the cathode separator 160. FIGS. 3A and 3B respectively show the first surface Sc1 and the second surface Sc2 of the cathode-side separator 160 shown in FIG. As shown in the figure, the first surface Sc1 of the cathode side separator is formed with a recess that constitutes an in-cell oxidizing gas passage (cathode side passage) 220b. In addition, the second surface Sc2 is formed with a recess that constitutes the in-cell coolant passage 230b and a recess that constitutes the in-cell cooling gas passage 240b. The concave portion constituting the in-cell cooling liquid passage 230b is formed on the back surface of the upstream portion of the concave portion constituting the intra-cell oxidizing gas passage 220b, and the concave portion constituting the intra-cell cooling gas passage 240b is formed within the cell. It is formed on the back surface of the downstream portion of the recess that constitutes the oxidizing gas passage 220b.

アノード側セパレータ150は、カソード側セパレータ160と同様である。ただし、アノード側セパレータの第1の面Sa1には、セル内燃料ガス通路(アノード側通路)を構成する凹部が形成されている。また、第2の面Sa2には、セル内冷却液通路230bを構成する凹部と、セル内冷却ガス通路240bを構成する凹部と、が形成されている。   The anode side separator 150 is the same as the cathode side separator 160. However, the first surface Sa1 of the anode-side separator is formed with a recess that constitutes an in-cell fuel gas passage (anode-side passage). In addition, the second surface Sa2 is formed with a recess that constitutes the in-cell coolant passage 230b and a recess that constitutes the in-cell cooling gas passage 240b.

なお、実際には、セル内ガス通路210b,220b,240bを構成する各凹部には、複数の凸部が設けられている。   In practice, a plurality of convex portions are provided in each concave portion constituting the in-cell gas passages 210b, 220b, 240b.

図4は、セル110の断面を模式的に示す説明図である。図示するように、セル内燃料ガス通路(アノード側通路)210bは、アノード側セパレータ150の第1の面Sa1に設けられた凹部とアノード側拡散層130との間に形成されており、セル内酸化ガス通路(カソード側通路)220bは、カソード側セパレータ160の第1の面Sc1に設けられた凹部とカソード側拡散層140との間に形成されている。また、セル内冷却液通路230bとセル内冷却ガス通路240bとは、2つのセパレータ150,160の第2の面Sa2,Sc2に設けられた凹部が組み合わされて形成されている。なお、上流側および下流側のセル間酸化ガス通路220a,220cは、各セパレータ150,160に設けられた一対の孔によって形成されている。   FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a cross section of the cell 110. As shown in the figure, the in-cell fuel gas passage (anode side passage) 210b is formed between the recess provided in the first surface Sa1 of the anode-side separator 150 and the anode-side diffusion layer 130, The oxidizing gas passage (cathode side passage) 220b is formed between the concave portion provided on the first surface Sc1 of the cathode side separator 160 and the cathode side diffusion layer 140. The in-cell coolant passage 230b and the in-cell cooling gas passage 240b are formed by combining recesses provided on the second surfaces Sa2 and Sc2 of the two separators 150 and 160. The upstream and downstream inter-cell oxidizing gas passages 220 a and 220 c are formed by a pair of holes provided in the separators 150 and 160.

ところで、アノード側セパレータ150は、緻密質領域のみを含む部材である。一方、カソード側セパレータ160は、緻密質領域161と多孔質領域162とを含む複合部材である。なお、緻密質領域161と多孔質領域162とは、それぞれ、カソード側セパレータ160の第1の面Sc1側から第2の面Sc2側まで連続する。このため、カソード側セパレータ160の表面には、緻密質領域161と多孔質領域162との双方が現れる。なお、多孔質領域162は、図2,図3に示す領域Pに設けられている。   By the way, the anode-side separator 150 is a member including only a dense region. On the other hand, the cathode-side separator 160 is a composite member that includes a dense region 161 and a porous region 162. The dense region 161 and the porous region 162 are continuous from the first surface Sc1 side to the second surface Sc2 side of the cathode separator 160, respectively. For this reason, both the dense region 161 and the porous region 162 appear on the surface of the cathode-side separator 160. The porous region 162 is provided in the region P shown in FIGS.

2つのセパレータ150,160に含まれる緻密質領域は、比較的小さな気孔率を有しており、水およびガスを透過させない性質を有している。一方、カソード側セパレータ160に含まれる多孔質領域は、比較的大きな気孔率を有しており、水およびガスが透過可能な性質を有している。   The dense regions included in the two separators 150 and 160 have a relatively small porosity and have a property of not allowing water and gas to pass therethrough. On the other hand, the porous region included in the cathode-side separator 160 has a relatively large porosity and has a property of allowing water and gas to pass therethrough.

なお、緻密質領域と多孔質領域とは、導電性材料を用いて形成される。具体的には、緻密質領域と多孔質領域とは、それぞれ、カーボン粉末とバインダとの混合物を圧縮成形して得られる緻密質部材と多孔質部材とを用いて形成される。なお、多孔質領域の気孔率は、カーボン粉末の形状やサイズ、カーボン粉末とバインダとの混合比率などを調整することによって変更可能である。カソード側セパレータ160は、例えば、個別に準備された緻密質部材と多孔質部材とを組み合わせ、バインダの溶融温度以上に加熱することによって、形成可能である。   Note that the dense region and the porous region are formed using a conductive material. Specifically, the dense region and the porous region are respectively formed using a dense member and a porous member obtained by compression molding a mixture of carbon powder and a binder. Note that the porosity of the porous region can be changed by adjusting the shape and size of the carbon powder, the mixing ratio of the carbon powder and the binder, and the like. The cathode-side separator 160 can be formed, for example, by combining a dense member and a porous member that are individually prepared, and heating to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the binder.

上記のようなセパレータ150,160を用いれば、セル内冷却ガス通路240bに冷却ガス(空気)を供給することによって、スタックを冷却することができる。また、セル内冷却ガス通路240bに冷却ガス(空気)を供給することによって、カソード126で生成された水分を多孔質領域162を介して除去することができる。具体的には、カソード126で生成された水分は、カソード側拡散層140に蓄えられる。多孔質領域162は、毛管吸引力によって、カソード側拡散層140に蓄えられた水分を内部に取り込む。水分は、多孔質領域162内部を移動して、セル内冷却ガス通路240bを流れる冷却ガス(空気)中に排出される。   By using the separators 150 and 160 as described above, the stack can be cooled by supplying the cooling gas (air) to the in-cell cooling gas passage 240b. Further, by supplying the cooling gas (air) to the in-cell cooling gas passage 240b, the moisture generated at the cathode 126 can be removed through the porous region 162. Specifically, the moisture generated at the cathode 126 is stored in the cathode side diffusion layer 140. The porous region 162 takes in moisture stored in the cathode-side diffusion layer 140 by capillary attraction. The moisture moves inside the porous region 162 and is discharged into the cooling gas (air) flowing through the in-cell cooling gas passage 240b.

また、本実施例では、多孔質領域162は、セル内酸化ガス通路220bの下流側部分と、セル内冷却ガス通路240bと、の間に設けられているため、スタック内部で発生した水分を多孔質領域162を介して効率よく除去することができる。具体的には、スタック内部で発生した水分は、セル内酸化ガス通路220bを通る酸化ガス中に気化して、該酸化ガスと共に下流に向かう。このため、セル内酸化ガス通路220bでは、上流側部分の水分量が比較的少なく、下流側部分の水分量が比較的多い。したがって、セル内酸化ガス通路220bの下流側部分に多孔質領域162を設けることにより、スタック内部で発生した水分を多孔質領域162を介して効率よく除去することが可能となる。   In the present embodiment, since the porous region 162 is provided between the downstream portion of the in-cell oxidizing gas passage 220b and the in-cell cooling gas passage 240b, the moisture generated inside the stack is made porous. It can be efficiently removed through the quality region 162. Specifically, the moisture generated inside the stack is vaporized into the oxidizing gas passing through the in-cell oxidizing gas passage 220b and goes downstream together with the oxidizing gas. For this reason, in the in-cell oxidizing gas passage 220b, the moisture content in the upstream portion is relatively small, and the moisture content in the downstream portion is relatively large. Therefore, by providing the porous region 162 in the downstream portion of the in-cell oxidizing gas passage 220b, it is possible to efficiently remove the moisture generated inside the stack through the porous region 162.

さらに、本実施例では、セル内冷却ガス通路240bを経由して加湿された酸化ガスが、セル内酸化ガス通路220bに供給されている。このため、加湿された酸化ガスは、水分量が比較的少ないセル内酸化ガス通路220bの上流側部分に、水分を与えることができ、該上流側部分の乾燥を抑制することができる。   Further, in this embodiment, the humidified oxidizing gas is supplied to the in-cell oxidizing gas passage 220b via the in-cell cooling gas passage 240b. For this reason, the humidified oxidizing gas can give moisture to the upstream portion of the in-cell oxidizing gas passage 220b having a relatively small amount of moisture, and can suppress drying of the upstream portion.

A−3.セルの具体的な構成:
図5は、比較例におけるセル110Zの具体的な構造を示す説明図である。図5では、図4に示すカソード側セパレータ160の多孔質領域(多孔質部)162付近が拡大して描かれている。燃料電池スタックでは、複数のセルは、その両端に設けられた図示しない締付部材によって、両側から加圧される。このため、図示するように、拡散層130,140は、それぞれ、セパレータ150,160の凸部によって押圧されて変形している。このように、セルの積層方向に圧力を加えることによって、アノード124とアノード側セパレータ150との間、および、カソード126とカソード側セパレータ160との間の導電性が高められている。
A-3. Specific cell configuration:
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a specific structure of the cell 110Z in the comparative example. 5, the vicinity of the porous region (porous portion) 162 of the cathode-side separator 160 shown in FIG. 4 is enlarged. In the fuel cell stack, the plurality of cells are pressurized from both sides by fastening members (not shown) provided at both ends thereof. For this reason, as illustrated, the diffusion layers 130 and 140 are pressed and deformed by the convex portions of the separators 150 and 160, respectively. Thus, by applying pressure in the cell stacking direction, the electrical conductivity between the anode 124 and the anode side separator 150 and between the cathode 126 and the cathode side separator 160 is enhanced.

図6は、第1実施例におけるセル110の具体的な構造を示す説明図である。図6は、図5とほぼ同じであるが、導電性を有する網状部材170が追加されている。網状部材170は、カソード側拡散層140とカソード側セパレータ160との間に設けられている。より具体的には、カソード側セパレータ160は、図4で説明したように、緻密質部161と多孔質部162とを備えており、網状部材170は、カソード側拡散層140と多孔質部162との間に設けられている。なお、多孔質部162の第1の面Sc1側の凸部162aの頂面は、カソード側拡散層140に対向して網状部材170と接触する対向面であり、凸部162aの側面と凸部162aの周囲の底面(すなわち凹部の底面)とは、網状部材170と接触せずに、セル内酸化ガス通路220bの壁面を構成する通路形成面である。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing a specific structure of the cell 110 in the first embodiment. FIG. 6 is substantially the same as FIG. 5 except that a mesh member 170 having conductivity is added. The mesh member 170 is provided between the cathode side diffusion layer 140 and the cathode side separator 160. More specifically, as described in FIG. 4, the cathode-side separator 160 includes a dense portion 161 and a porous portion 162, and the mesh member 170 includes the cathode-side diffusion layer 140 and the porous portion 162. Between. The top surface of the convex portion 162a on the first surface Sc1 side of the porous portion 162 is a facing surface that faces the cathode-side diffusion layer 140 and contacts the mesh member 170, and the side surface and the convex portion of the convex portion 162a. The bottom surface around 162a (that is, the bottom surface of the recess) is a passage forming surface that constitutes the wall surface of the in-cell oxidizing gas passage 220b without contacting the mesh member 170.

図7は、網状部材170の一部を拡大して示す説明図である。網状部材170は、網状のチタン(Ti)含有基材(Ti基材またはTi合金基材)に白金(Pt)メッキが形成された部材である。網状部材170の各開口のサイズは、例えば、約1mm×約1mmに設定されている。なお、網状部材170は、複数の切れ目(ミシン目)が形成されたTi含有シートを切れ目と直交する方向に拡張することによって得られたTi含有基材に、Ptメッキを施すことによって得られる。   FIG. 7 is an explanatory view showing a part of the mesh member 170 in an enlarged manner. The mesh member 170 is a member in which platinum (Pt) plating is formed on a mesh-like titanium (Ti) -containing substrate (Ti substrate or Ti alloy substrate). The size of each opening of the mesh member 170 is set to, for example, about 1 mm × about 1 mm. The mesh member 170 is obtained by applying Pt plating to a Ti-containing substrate obtained by expanding a Ti-containing sheet in which a plurality of cuts (perforations) are formed in a direction perpendicular to the cuts.

ところで、比較例(図5)では、カソード側拡散層140は、多孔質部162の凸部162aによって押圧されており、変形している。カソード側拡散層140は、前述のように、例えばカーボンクロスで形成されており、凸部162aによって押圧されると、凸部162aの頂面に対応する領域CAにおいて、カソード側拡散層140内の気孔、換言すれば、炭素繊維間の隙間が潰れてしまう。一方、本実施例(図6)では、カソード側拡散層140と多孔質部162との間には、網状部材170が設けられている。このため、カソード側拡散層140が凸部162aによって押圧されても、カソード側拡散層140の変形は抑制される。より具体的には、凸部162aの頂面に対応する領域CAにおいて、カソード側拡散層140内の気孔が潰れてしまうのが抑制される。   By the way, in the comparative example (FIG. 5), the cathode side diffusion layer 140 is pressed by the convex part 162a of the porous part 162 and is deformed. As described above, the cathode-side diffusion layer 140 is formed of, for example, carbon cloth. When the cathode-side diffusion layer 140 is pressed by the protrusion 162a, the cathode-side diffusion layer 140 in the cathode-side diffusion layer 140 corresponds to the top surface of the protrusion 162a. The pores, in other words, the gaps between the carbon fibers are crushed. On the other hand, in this embodiment (FIG. 6), a mesh member 170 is provided between the cathode-side diffusion layer 140 and the porous portion 162. For this reason, even if the cathode side diffusion layer 140 is pressed by the convex portion 162a, the deformation of the cathode side diffusion layer 140 is suppressed. More specifically, in the area CA corresponding to the top surface of the convex portion 162a, the pores in the cathode side diffusion layer 140 are prevented from being crushed.

本実施例の構成を採用すれば、カソード126で生成された水分をセル内冷却ガス通路240bへ効率よく排出することができる。すなわち、前述のように、カソード126で生成された水分は、カソード側拡散層140内に蓄えられる。また、カソード側拡散層140は、セル内酸化ガス通路220b中に気化した水分を捕獲して蓄える。多孔質部162は、凸部162aの頂面を介して、カソード側拡散層140内に蓄えられた水分を取り込む。そして、吸収された水分は、多孔質部162内部を移動し、セル内冷却ガス通路240b内に排出される。仮に、網状部材170が設けられていない場合には、多孔質部162は、凸部162aの頂面を介して、水分を効率よく取り込むことが困難である。これは、カソード側拡散層140の対応領域CA内の気孔が潰れてしまうことによって、水分が対応領域CAを透過し難くなると共に、水分が対応領域CAに蓄えられ難くなるためである。しかしながら、本実施例では、カソード側拡散層140と多孔質部162との間には、網状部材170が設けられている。このため、カソード側拡散層140の対応領域CA内の気孔が潰れてしまうのが抑制され、水分は、対応領域CAを透過し易くなると共に、対応領域CAに蓄えられ易くなる。したがって、多孔質部162は、その凸部162aから、カソード側拡散層140に蓄えられた水分を網状部材170を介して効率よく取り込むことができる。この結果、カソード側セパレータ160は、カソード126で生成された水分をセル内冷却ガス通路240bへ効率よく排出することができ、セル内酸化ガス通路220bにおけるフラッディング状態の発生を抑制することができる。   If the configuration of the present embodiment is employed, moisture generated at the cathode 126 can be efficiently discharged to the in-cell cooling gas passage 240b. That is, as described above, the moisture generated at the cathode 126 is stored in the cathode side diffusion layer 140. Further, the cathode side diffusion layer 140 captures and stores moisture evaporated in the in-cell oxidizing gas passage 220b. The porous part 162 takes in the moisture stored in the cathode side diffusion layer 140 through the top surface of the convex part 162a. The absorbed moisture moves inside the porous portion 162 and is discharged into the in-cell cooling gas passage 240b. If the mesh member 170 is not provided, it is difficult for the porous portion 162 to efficiently take in moisture through the top surface of the convex portion 162a. This is because the pores in the corresponding area CA of the cathode-side diffusion layer 140 are crushed, which makes it difficult for moisture to permeate the corresponding area CA and to store water in the corresponding area CA. However, in the present embodiment, the mesh member 170 is provided between the cathode side diffusion layer 140 and the porous portion 162. For this reason, the pores in the corresponding area CA of the cathode-side diffusion layer 140 are prevented from being crushed, and moisture easily passes through the corresponding area CA and is easily stored in the corresponding area CA. Therefore, the porous portion 162 can efficiently take in moisture stored in the cathode-side diffusion layer 140 from the convex portion 162a through the mesh member 170. As a result, the cathode separator 160 can efficiently discharge the moisture generated at the cathode 126 to the in-cell cooling gas passage 240b, and can suppress the occurrence of a flooding state in the in-cell oxidizing gas passage 220b.

また、本実施例では、網状部材170が設けられているため、スタック100の出力特性を向上させることができる。すなわち、図5に示すように、網状部材170が設けられていない場合には、酸素ガスは、カソード側拡散層140の対応領域CAを介して、凸部162aの頂面付近の電極反応場RFに供給され難く、該電極反応場RFに供給される酸素ガス量は比較的小さい。このため、カソードの濃度過電圧が大きくなり、この結果、スタックの出力電圧が低くなってしまう。一方、本実施例のように、網状部材170が設けられている場合には、酸素ガスは、網状部材170とカソード側拡散層140の対応領域CAとを介して、凸部162aの頂面付近の電極反応場RFへ供給され易く、該電極反応場RFに供給される酸素ガス量は比較的大きい。このため、カソードの濃度過電圧を比較的小さくすることができ、この結果、スタックの出力電圧の低下を抑制することができる。   In the present embodiment, since the mesh member 170 is provided, the output characteristics of the stack 100 can be improved. That is, as shown in FIG. 5, when the mesh member 170 is not provided, the oxygen gas passes through the corresponding region CA of the cathode side diffusion layer 140 and the electrode reaction field RF near the top surface of the convex portion 162a. The amount of oxygen gas supplied to the electrode reaction field RF is relatively small. For this reason, the concentration overvoltage of the cathode increases, and as a result, the output voltage of the stack decreases. On the other hand, when the mesh member 170 is provided as in this embodiment, the oxygen gas is near the top surface of the convex portion 162a via the mesh member 170 and the corresponding region CA of the cathode-side diffusion layer 140. The amount of oxygen gas supplied to the electrode reaction field RF is relatively large. For this reason, the concentration overvoltage of the cathode can be made relatively small, and as a result, a decrease in the output voltage of the stack can be suppressed.

なお、本実施例では、前述のように、多孔質部162は、セル内酸化ガス通路220bの下流側部分に設けられているため、多孔質部162付近の酸素ガスの分圧は比較的低い。このため、網状部材170が設けられていない場合には、酸素ガスは、特に、電極反応場RFに供給され難い。すなわち、本実施例のように、多孔質部162がセル内酸化ガス通路220bの下流側部分に設けられる場合には、網状部材170を設けることに伴う上記の効果は、顕著となる。   In this embodiment, as described above, since the porous portion 162 is provided in the downstream portion of the in-cell oxidizing gas passage 220b, the partial pressure of oxygen gas in the vicinity of the porous portion 162 is relatively low. . For this reason, when the mesh member 170 is not provided, the oxygen gas is particularly difficult to be supplied to the electrode reaction field RF. That is, when the porous portion 162 is provided in the downstream portion of the in-cell oxidizing gas passage 220b as in the present embodiment, the above-described effect due to the provision of the mesh member 170 becomes significant.

さらに、本実施例では、網状部材170を設けることによって、カソード側拡散層140が受ける圧縮方向の応力集中が緩和される。より具体的には、網状部材170が設けられていない場合には、カソード側拡散層140の対応領域CAに応力が集中してしまうが、網状部材170を設けることによって、カソード側拡散層140の応力分布が均一化される。このため、電解質膜122の機械的なダメージを緩和することができ、この結果、電解質膜122の寿命を長期化することができる。   Furthermore, in this embodiment, by providing the mesh member 170, the stress concentration in the compression direction received by the cathode side diffusion layer 140 is alleviated. More specifically, when the mesh member 170 is not provided, stress concentrates on the corresponding region CA of the cathode side diffusion layer 140, but by providing the mesh member 170, the cathode side diffusion layer 140 of the cathode side diffusion layer 140 is provided. The stress distribution is made uniform. For this reason, mechanical damage to the electrolyte membrane 122 can be alleviated, and as a result, the life of the electrolyte membrane 122 can be extended.

ところで、本実施例の網状部材170は、前述のように、網状のTi含有基材にPtメッキが形成された部材である。Ti含有基材は高い強度を有するため、カソード側拡散層140が受ける応力集中を効率よく緩和することができる。また、Ti含有基材は比重が小さいため、スタック100を軽量化することができる。ただし、本実施例では、電解質膜122として、パーフルオロ型膜として知られるフッ素樹脂系イオン交換膜(ナフィオン膜)が利用されている。このように、電解質膜122がフッ素原子を含有している場合には、Ti含有基材は、フッ素に起因して腐食してしまう。そこで、本実施例では、Ti含有基材には、フッ素に対する耐食性を有するPtメッキが施されている。   By the way, the mesh member 170 of the present embodiment is a member in which Pt plating is formed on a mesh Ti-containing substrate as described above. Since the Ti-containing substrate has high strength, the stress concentration applied to the cathode-side diffusion layer 140 can be efficiently reduced. Further, since the Ti-containing substrate has a small specific gravity, the stack 100 can be reduced in weight. However, in this embodiment, a fluororesin ion exchange membrane (Nafion membrane) known as a perfluoro type membrane is used as the electrolyte membrane 122. Thus, when the electrolyte membrane 122 contains a fluorine atom, the Ti-containing substrate is corroded due to the fluorine. Therefore, in this embodiment, the Ti-containing base material is subjected to Pt plating having corrosion resistance against fluorine.

B.第2実施例:
図8は、第2実施例におけるセル110Bの具体的な構造を示す説明図である。図8は、図6とほぼ同じであるが、網状部材170Bが変更されている。
B. Second embodiment:
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a specific structure of the cell 110B in the second embodiment. FIG. 8 is substantially the same as FIG. 6 except that the mesh member 170B is changed.

本実施例では、網状部材170Bは、親水処理が施された親水処理層171を備えている。具体的には、網状部材170のうち、多孔質部162の凸部162aに対応する部分領域には、親水処理が施されている。なお、親水処理層171は、網状部材170Bの該部分領域にナフィオン液とカーボンとを含む塗布剤を選択的に塗布することによって、得られる。   In this embodiment, the mesh member 170B includes a hydrophilic treatment layer 171 that has been subjected to a hydrophilic treatment. Specifically, in the mesh member 170, a partial region corresponding to the convex portion 162a of the porous portion 162 is subjected to a hydrophilic treatment. The hydrophilic treatment layer 171 can be obtained by selectively applying a coating agent containing Nafion liquid and carbon to the partial region of the mesh member 170B.

本実施例の構成を採用すれば、水分は親水処理層171に保持され易くなるため、多孔質部162は、親水処理層171を介して、水分をより効率よく取り込むことができる。   If the configuration of this example is adopted, moisture is easily retained in the hydrophilic treatment layer 171, and thus the porous portion 162 can take in moisture more efficiently via the hydrophilic treatment layer 171.

C.第3実施例:
図9は、第3実施例におけるセル110Cの具体的な構造を示す説明図である。図9は、図6とほぼ同じであるが、網状部材170Cが変更されている。
C. Third embodiment:
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a specific structure of the cell 110C in the third embodiment. FIG. 9 is substantially the same as FIG. 6 except that the mesh member 170C is changed.

第1実施例では、網状部材170は、多孔質部162の全体に対応する領域に設けられているが、本実施例では、網状部材170Cは、多孔質部162の凸部162aに対応する領域のみに選択的に設けられている。   In the first embodiment, the mesh member 170 is provided in a region corresponding to the entire porous portion 162. However, in this embodiment, the mesh member 170C is a region corresponding to the convex portion 162a of the porous portion 162. Only provided selectively.

本実施例の構成を採用する場合にも、第1実施例と同様に、カソード側拡散層140の変形を抑制することができる。また、網状部材170Cの使用量を低減させることができるため、スタックの製造コストを低下させることができる。   Even when the configuration of the present embodiment is adopted, the deformation of the cathode side diffusion layer 140 can be suppressed as in the first embodiment. Moreover, since the usage-amount of the mesh member 170C can be reduced, the manufacturing cost of a stack can be reduced.

なお、第2実施例と同様に、網状部材170Cには、親水処理が施されていてもよい。   Similar to the second embodiment, the mesh member 170C may be subjected to a hydrophilic treatment.

なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。   In addition, this invention is not restricted to said Example and embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can be implemented in a various aspect, For example, the following deformation | transformation is also possible.

(1)上記実施例では、網状部材として、網状のTi含有基材にPtメッキが形成された部材が用いられているが、これに代えて、網状のステンレス鋼基材に金(Au)メッキが形成された部材や、網状の金(Au)部材を用いるようにしてもよい。一般には、網状部材は、スタック内部の環境に対する耐食性を有する金属部材であればよい。 (1) In the above embodiment, a member in which Pt plating is formed on a reticulated Ti-containing base material is used as the reticulated member. Instead, gold (Au) plating is applied to a reticulated stainless steel base material. Alternatively, a member formed with, or a net-like gold (Au) member may be used. In general, the net member may be a metal member having corrosion resistance to the environment inside the stack.

(2)上記実施例では、網状部材として、複数の切れ目が形成された金属シートを拡張した部材(エキスパンド部材)が用いられているが、網状部材は、複数の線材が網状に織られた部材であってもよい。また、網状部材は、金属シートに複数の開口(例えばパンチ孔)が設けられた部材であってもよい。 (2) In the above embodiment, a member (expanded member) obtained by expanding a metal sheet having a plurality of cut lines is used as the mesh member. It may be. Further, the net member may be a member in which a plurality of openings (for example, punch holes) are provided in a metal sheet.

また、上記実施例では、略正方形の開口を有する網状部材が用いられているが、これに代えて、他の形状の開口を有する網状部材が用いられてもよい。図10は、網状部材170’の一部を拡大して示す説明図である。図示するように、網状部材170’は、略長方形の開口を有している。なお、この網状部材170’は、枠状の線材の内側に複数の線材を配列することによって形成されている。このような網状部材170’を用いる場合にも、カソード側拡散層140の変形を抑制することができる。   Moreover, in the said Example, although the net-like member which has a substantially square opening is used, it replaces with this and the net-like member which has an opening of another shape may be used. FIG. 10 is an explanatory view showing an enlarged part of the mesh member 170 ′. As illustrated, the mesh member 170 'has a substantially rectangular opening. The mesh member 170 ′ is formed by arranging a plurality of wires inside the frame-like wire. Even when such a net-like member 170 ′ is used, deformation of the cathode side diffusion layer 140 can be suppressed.

一般には、網状部材は、任意の形状を有する複数の開口を備えていればよい。   In general, the net member only needs to have a plurality of openings having an arbitrary shape.

(3)上記実施例では、網状部材として、金属部材が用いられているが、網状部材としては、カーボン部材が用いられてもよい。カーボン部材は、カソード側拡散層140よりも高い剛性を有することが好ましい。なお、網状のカーボン部材としては、複数の開口が形成されたカーボンペーパを用いることができる。ただし、金属製の網状部材は、比較的高い導電性を発揮することができるという利点がある。 (3) In the said Example, although the metal member is used as a mesh member, a carbon member may be used as a mesh member. The carbon member preferably has higher rigidity than the cathode side diffusion layer 140. As the net-like carbon member, carbon paper in which a plurality of openings are formed can be used. However, the metal mesh member has an advantage that it can exhibit relatively high conductivity.

一般には、ガス拡散層と多孔質部との間には、導電性を有する網状の部材が設けられていればよい。   In general, a net-like member having conductivity may be provided between the gas diffusion layer and the porous portion.

(4)上記実施例では、各セパレータの成形材料は、カーボン粉末と樹脂バインダとを含んでいるが、他の成形材料を利用してもよい。例えば、成形材料は、金属材料(金属粉末)と樹脂バインダとを含んでいてもよい。また、各セパレータを構成する緻密質領域は、金属部材であってもよい。 (4) In the above embodiment, the molding material for each separator contains carbon powder and a resin binder, but other molding materials may be used. For example, the molding material may include a metal material (metal powder) and a resin binder. Further, the dense region constituting each separator may be a metal member.

(5)上記実施例では、多孔質部は、凸部が略矩形の断面形状を有する凹凸面を備えているが、これに代えて、凸部が波形(すなわち山形)の断面形状を有する凹凸面を備えていてもよい。一般には、多孔質部は、カソード拡散層に対向する凸部を有していればよい。 (5) In the above embodiment, the porous portion has an uneven surface in which the convex portion has a substantially rectangular cross-sectional shape. A surface may be provided. Generally, the porous part should just have the convex part which opposes a cathode diffusion layer.

(6)上記実施例では、カソード側セパレータが多孔質部を備えているが、これに代えて、あるいは、これと共に、アノード側セパレータが多孔質部を備えるようにしてもよい。この場合には、例えば、アノード側拡散層130とアノード側セパレータの多孔質部との間に、網状部材が設けられていればよい。 (6) In the above embodiment, the cathode-side separator includes the porous portion. However, instead of this, the anode-side separator may include the porous portion. In this case, for example, a net-like member may be provided between the anode side diffusion layer 130 and the porous portion of the anode side separator.

第1実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system in 1st Example. 燃料電池スタック100内部のセルの構成を模式的に示す説明図である。2 is an explanatory view schematically showing a configuration of cells inside the fuel cell stack 100. FIG. カソード側セパレータ160を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cathode side separator 160 typically. セル110の断面を模式的に示す説明図である。3 is an explanatory diagram schematically showing a cross section of a cell 110. FIG. 比較例におけるセル110Zの具体的な構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific structure of the cell 110Z in a comparative example. 第1実施例におけるセル110の具体的な構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific structure of the cell 110 in 1st Example. 網状部材170の一部を拡大して示す説明図である。It is explanatory drawing which expands and shows a part of net-like member 170. FIG. 第2実施例におけるセル110Bの具体的な構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific structure of the cell 110B in 2nd Example. 第3実施例におけるセル110Cの具体的な構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific structure of the cell 110C in 3rd Example. 網状部材170’の一部を拡大して示す説明図である。It is explanatory drawing which expands and shows a part of net-like member 170 '.

符号の説明Explanation of symbols

100…燃料電池スタック
110,B,C,Z…セル
120…MEA
122…電解質膜
124…電極層(アノード)
126…電極層(カソード)
130…アノード側拡散層
140…カソード側拡散層
142,142C…被接触層
144…親水処理層
146…撥水処理抑制層
147…撥水処理層
150…アノード側セパレータ
160…カソード側セパレータ
161…緻密質領域(緻密質部)
162…多孔質領域(多孔質部)
162a…凸部
170,B,C,170’…網状部材
171…親水処理層
210…内部燃料ガス通路
210a,210c…セル間燃料ガス通路
210b…セル内燃料ガス通路(アノード側通路)
220…内部酸化ガス通路
220a,220c…セル間酸化ガス通路
220b…セル内酸化ガス通路(カソード側通路)
230…内部冷却液通路
230a,230c…セル間冷却液通路
230b…セル内冷却液通路
240…内部冷却ガス通路
240a,240c…セル間冷却ガス通路
240b…セル内冷却ガス通路
302…水素タンク
304…減圧弁
306…流量制御弁
310…燃料ガス通路
390…燃料オフガス通路
392…遮断弁
402…空気ブロワ
410,420…外部空気通路
490…酸化オフガス通路
502…循環ポンプ
504…熱交換器
510…循環通路
600…コントローラ
100 ... Fuel cell stack 110, B, C, Z ... Cell 120 ... MEA
122 ... Electrolyte membrane 124 ... Electrode layer (anode)
126 ... Electrode layer (cathode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 130 ... Anode side diffusion layer 140 ... Cathode side diffusion layer 142, 142C ... Contacted layer 144 ... Hydrophilic treatment layer 146 ... Water repellent treatment suppression layer 147 ... Water repellent treatment layer 150 ... Anode side separator 160 ... Cathode side separator 161 ... Dense Quality area (dense part)
162 ... porous region (porous portion)
162a ... convex portions 170, B, C, 170 '... mesh member 171 ... hydrophilic treatment layer 210 ... internal fuel gas passage 210a, 210c ... inter-cell fuel gas passage 210b ... in-cell fuel gas passage (anode side passage)
220 ... Internal oxidizing gas passage 220a, 220c ... Inter-cell oxidizing gas passage 220b ... In-cell oxidizing gas passage (cathode side passage)
230 ... Internal coolant passage 230a, 230c ... Inter-cell coolant passage 230b ... In-cell coolant passage 240 ... Internal cooling gas passage 240a, 240c ... Inter-cell cooling gas passage 240b ... In-cell cooling gas passage 302 ... Hydrogen tank 304 ... Pressure reducing valve 306 ... Flow control valve 310 ... Fuel gas passage 390 ... Fuel off gas passage 392 ... Shut-off valve 402 ... Air blower 410, 420 ... External air passage 490 ... Oxidation off gas passage 502 ... Circulation pump 504 ... Heat exchanger 510 ... Circulation passage 600 ... Controller

Claims (4)

燃料電池であって、
電解質層と、
前記電解質層の一方の側に設けられた電極層と、
前記電解質層の前記一方の側に設けられ、前記電解質層との間で前記電極層を挟むガス拡散層と、
前記電解質層の前記一方の側に設けられ、前記電極層との間で前記ガス拡散層を挟むセパレータであって、前記セパレータには、前記ガス拡散層を介して前記電極層に反応ガスを供給するための反応ガス通路が形成されており、前記セパレータは、前記ガス拡散層に対向して前記反応ガス通路の一部を構成する凸部を有する多孔質部を含む、前記セパレータと、
前記ガス拡散層と前記多孔質部との間に設けられた導電性を有する網状部材と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
A fuel cell,
An electrolyte layer;
An electrode layer provided on one side of the electrolyte layer;
A gas diffusion layer provided on the one side of the electrolyte layer and sandwiching the electrode layer with the electrolyte layer;
A separator provided on the one side of the electrolyte layer and sandwiching the gas diffusion layer with the electrode layer, wherein a reactive gas is supplied to the electrode layer via the gas diffusion layer And the separator includes a porous portion having a convex portion that constitutes a part of the reaction gas passage so as to face the gas diffusion layer; and
A mesh member having conductivity provided between the gas diffusion layer and the porous portion;
A fuel cell comprising:
請求項1記載の燃料電池であって、
前記網状部材は、金属製の部材である、燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
The net member is a fuel cell, which is a metal member.
請求項1または2記載の燃料電池であって、
前記網状部材は、前記多孔質部に対応する領域に設けられており、
前記網状部材に含まれる前記多孔質部の前記凸部に対応する部分領域には、親水処理が施されている、燃料電池。
The fuel cell according to claim 1 or 2,
The mesh member is provided in a region corresponding to the porous portion,
A fuel cell, wherein a hydrophilic region is applied to a partial region corresponding to the convex portion of the porous portion included in the mesh member.
請求項1または2記載の燃料電池であって、
前記網状部材は、前記多孔質部の前記凸部に対応する領域に選択的に設けられている、燃料電池。
The fuel cell according to claim 1 or 2,
The net member is a fuel cell that is selectively provided in a region corresponding to the convex portion of the porous portion.
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