JP2006107752A - Membrane electrode assembly of fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a membrane electrode assembly of a fuel cell capable of efficiently draining water produced in power generation. <P>SOLUTION: The membrane electrode assembly of the fuel cell is formed in such a way that a cathode catalyst layer 16, a cathode primary coat 17, and a cathode diffusion layer 18 are stacked on the cathode side of an electrolyte membrane, an oxygen gas passage 24 is installed on the outside of the cathode diffusion layer 18, and each layer and the electrolyte membrane are arranged in the gravity acting direction. The membrane electrode assembly of the fuel cell contains a conductive material and a water repellent material in the primary coat 17, and the ratio of the water repellent material is gradually increased in the gravity acting direction. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、アノード側に水素ガスを供給し、カソード側に酸素ガスを供給して発電する燃料電池の膜電極接合体に関する。   The present invention relates to a membrane electrode assembly for a fuel cell that generates power by supplying hydrogen gas to the anode side and oxygen gas to the cathode side.

図12は従来の燃料電池の膜電極接合体の要部を説明する図である。
燃料電池の膜電極接合体100を構成する電解質膜101の表裏面に、カソード・アノード層102,103を積層し、カソード層102にカソード拡散層104を積層するとともに、アノード層103にアノード拡散層105を積層し、カソード拡散層104の外側に酸素ガス流路106を設けるとともに、アノード拡散層105の外側に水素ガス流路(図示せず)を設ける。
酸素ガス流路106の供給側106aから排出側106bに向けて酸素ガスが流れる。
FIG. 12 is a view for explaining a main part of a membrane electrode assembly of a conventional fuel cell.
The cathode and anode layers 102 and 103 are laminated on the front and back surfaces of the electrolyte membrane 101 constituting the membrane electrode assembly 100 of the fuel cell, the cathode diffusion layer 104 is laminated on the cathode layer 102, and the anode diffusion layer is formed on the anode layer 103. 105 are stacked, an oxygen gas flow path 106 is provided outside the cathode diffusion layer 104, and a hydrogen gas flow path (not shown) is provided outside the anode diffusion layer 105.
Oxygen gas flows from the supply side 106a of the oxygen gas flow path 106 toward the discharge side 106b.

酸素ガス流路106に酸素ガスを流すとともに、水素ガス流路に水素ガスを流すことで、アノード層103内の触媒に水素(H)を接触させるとともに、カソード層102内の触媒に酸素(O)を接触させて電流を発生させるものである。 By flowing oxygen gas through the oxygen gas channel 106 and flowing hydrogen gas through the hydrogen gas channel, hydrogen (H 2 ) is brought into contact with the catalyst in the anode layer 103 and oxygen ( O 2 ) is brought into contact to generate a current.

図13は従来の燃料電池の膜電極接合体の要部を示す断面図である。
カソード層102は、触媒層102aおよび下地層102bからなり、アノード層103は、触媒層103aおよび下地層103bからなる。
アノード層103(図12参照)内の反応で生成した水素イオン(H)が電解質膜101を透過しカソード層102側に矢印のように流れる。
一方、カソード層102内に酸素ガス流路106(図12参照)から酸素ガスを供給することで、酸素ガスはカソード層102内から電解質膜101に向けて流れる。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a main part of a membrane electrode assembly of a conventional fuel cell.
The cathode layer 102 includes a catalyst layer 102a and a base layer 102b, and the anode layer 103 includes a catalyst layer 103a and a base layer 103b.
Hydrogen ions (H + ) generated by the reaction in the anode layer 103 (see FIG. 12) permeate the electrolyte membrane 101 and flow toward the cathode layer 102 as indicated by arrows.
On the other hand, oxygen gas flows from the cathode layer 102 toward the electrolyte membrane 101 by supplying oxygen gas from the oxygen gas flow path 106 (see FIG. 12) into the cathode layer 102.

よって、水素イオン(H)と酸素(O)とが反応して、生成水(HO)が生成される。水素イオン(H)と酸素(O)との反応は、触媒層102aにおいて進行する。
生成した生成水(HO)のうち、一部の生成水を電解質膜101側に戻す。電解質膜101を湿潤状態に保つことにより、発電効率を高めるためである。
残りの生成水(HO)のうち、一部は下地層102bを経てカソード拡散層104に矢印Aの如く排出し、その他の生成水(HO)は、カソード層102内を矢印Bの如く自重で下降する。
このため、カソード層102の下側102cに生成水(HO)が溜まる傾向にあり、そのことが燃料電池の膜電極接合体の発電効率を高める妨げになっていた。
Thus, hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) react to generate product water (H 2 O). The reaction between hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) proceeds in the catalyst layer 102a.
Part of the generated water (H 2 O) is returned to the electrolyte membrane 101 side. This is because power generation efficiency is improved by keeping the electrolyte membrane 101 in a wet state.
A part of the remaining generated water (H 2 O) passes through the base layer 102b and is discharged to the cathode diffusion layer 104 as indicated by the arrow A, and the other generated water (H 2 O) passes through the cathode layer 102 by the arrow B. It descends by its own weight.
For this reason, the generated water (H 2 O) tends to accumulate on the lower side 102c of the cathode layer 102, which hinders the increase in power generation efficiency of the membrane electrode assembly of the fuel cell.

図14は従来の燃料電池の膜電極接合体の要部を示す側面図である。
酸素ガス流路106に矢印の如く供給側106aから排出側106bに向けて酸素ガスを流す。
一方、カソード層102からカソード拡散層104まで流出した生成水(HO)のうち、一部の生成水が蒸発して酸素ガス流路中に蒸散し、酸素ガス流路106内の酸素ガスで運ばれる。
FIG. 14 is a side view showing a main part of a membrane electrode assembly of a conventional fuel cell.
Oxygen gas flows through the oxygen gas flow path 106 from the supply side 106a toward the discharge side 106b as shown by an arrow.
On the other hand, part of the generated water (H 2 O) flowing out from the cathode layer 102 to the cathode diffusion layer 104 evaporates and evaporates into the oxygen gas flow path, and the oxygen gas in the oxygen gas flow path 106 Carried in.

ここで、酸素ガス流路106の屈曲部106c,106cで酸素ガスが滞留しやすくなり、酸素ガス流路106の排出側106b、すなわちカソード層102の下側102cにおいて、酸素ガスの流量が減少する傾向がある。
このため、酸素ガス流路106の排出側106bでは、酸素ガス流路中に蒸散した生成水を効率よく排出し難く、排出側106bに生成水が溜まりやすく、そのことが燃料電池の膜電極接合体の発電効率を高める妨げになっていた。
Here, oxygen gas tends to stay in the bent portions 106c and 106c of the oxygen gas channel 106, and the flow rate of oxygen gas decreases on the discharge side 106b of the oxygen gas channel 106, that is, the lower side 102c of the cathode layer 102. Tend.
For this reason, on the discharge side 106b of the oxygen gas channel 106, it is difficult to efficiently discharge the generated water evaporated in the oxygen gas channel, and the generated water easily collects on the discharge side 106b. It was an impediment to improving the power generation efficiency of the body.

燃料電池の膜電極接合体の発電効率を高めるために、触媒層102aにおける電解質の分布を変化させて、カソード拡散層104に近づくにしたがって電解質の割合を減少させた燃料電池の膜電極接合体が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平9―180730号公報(図3)
In order to increase the power generation efficiency of the fuel cell membrane electrode assembly, there is provided a fuel cell membrane electrode assembly in which the distribution of the electrolyte in the catalyst layer 102a is changed so that the proportion of the electrolyte decreases as the cathode diffusion layer 104 is approached. It is known (for example, refer to Patent Document 1).
JP-A-9-180730 (FIG. 3)

この燃料電池の膜電極接合体によれば、触媒層における電解質の分布を変化させることで発電効率を高めることが可能になる。
しかし、特許文献1の燃料電池の膜電極接合体でも、生成水を効率よく排出させるという対策は施されていない。
このため、発電の際に生成された生成水が、燃料電池の膜電極接合体の内部に溜まってしまう虞がある。
According to the membrane electrode assembly of the fuel cell, the power generation efficiency can be increased by changing the distribution of the electrolyte in the catalyst layer.
However, even the membrane electrode assembly of the fuel cell disclosed in Patent Document 1 does not take measures to efficiently discharge generated water.
For this reason, there is a possibility that the generated water generated during power generation may accumulate inside the membrane electrode assembly of the fuel cell.

本発明は、発電の際に生成した生成水を効率よく排水することができる燃料電池の膜電極接合体を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a membrane electrode assembly of a fuel cell that can efficiently drain generated water generated during power generation.

請求項1に係る発明は、電解質膜のカソード側に、カソード触媒層、カソード下地層、カソード拡散層を積層し、カソード拡散層の外側に酸素ガス流路を設け、各々の層および電解質膜を重力の作用する方向に向けて配置する燃料電池の膜電極接合体において、前記カソード下地層に導電材料および撥水材料を含み、撥水材料の割合を、重力が作用する方向に向けて漸次増加させたことを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, a cathode catalyst layer, a cathode base layer, and a cathode diffusion layer are laminated on the cathode side of the electrolyte membrane, and an oxygen gas flow path is provided outside the cathode diffusion layer. In the fuel cell membrane electrode assembly arranged in the direction in which the gravity acts, the cathode underlayer includes a conductive material and a water-repellent material, and the proportion of the water-repellent material gradually increases in the direction in which the gravity acts. It was made to be characterized.

ここで、燃料電池の発電性を確保するために、発電の際に生じた生成水を、カソード触媒層側からカソード拡散層側に導き、カソード拡散層の外側に排水する必要がある。よって、カソード触媒層側からカソード拡散層側に生成水を効率よく導くために、カソード下地層に撥水材料を含ませている。   Here, in order to ensure the power generation performance of the fuel cell, the generated water generated during power generation needs to be led from the cathode catalyst layer side to the cathode diffusion layer side and drained to the outside of the cathode diffusion layer. Therefore, in order to efficiently guide the generated water from the cathode catalyst layer side to the cathode diffusion layer side, a water repellent material is included in the cathode underlayer.

ところで、燃料電池を使用する際には、通常、電解質膜、カソード触媒層、カソード下地層およびカソード拡散層が鉛直方向、すなわち重力の作用する方向に向けて燃料電池を配置する。
これにより、生成水をカソード触媒層側からカソード拡散層側に導く際に、生成水の一部が、重力の影響を受けて、重力の作用する方向に移動する。よって、重力の作用する方向の側に生成水が溜まりやすくなる。
By the way, when a fuel cell is used, the fuel cell is usually arranged so that the electrolyte membrane, the cathode catalyst layer, the cathode underlayer and the cathode diffusion layer are in the vertical direction, that is, in the direction in which gravity acts.
Thereby, when the generated water is guided from the cathode catalyst layer side to the cathode diffusion layer side, a part of the generated water is affected by gravity and moves in the direction in which gravity acts. Therefore, the generated water tends to accumulate on the side in the direction in which gravity acts.

そこで、請求項1において、カソード下地層に含む撥水材料の割合を、重力が作用する方向に向けて漸次増加させた。
よって、生成水の一部が、重力の影響を受けて、重力の作用する方向に移動しても、移動した生成水を、撥水材料で良好にカソード拡散層側に導くことができる。
Therefore, in claim 1, the ratio of the water repellent material contained in the cathode underlayer is gradually increased in the direction in which gravity acts.
Therefore, even if a part of the generated water is affected by gravity and moves in the direction in which the gravity acts, the moved generated water can be favorably guided to the cathode diffusion layer side by the water repellent material.

請求項2は、撥水材料の割合を、カソード触媒層側からカソード拡散層側に向けて増加させ、および/または酸素ガス流路の供給側から排出側に向けて漸次増加させたことを特徴とする。   Claim 2 is characterized in that the ratio of the water repellent material is increased from the cathode catalyst layer side to the cathode diffusion layer side and / or gradually increased from the supply side to the discharge side of the oxygen gas flow path. And

ここで、電解膜質の含水率を確保して発電性を保つために、下地層のうち、カソード触媒層に接触する面の近傍において、生成水の排水性を抑える必要がある。
一方、カソード拡散層側では生成水の排水性を高くしてカソード下地層内の生成水をカソード拡散層に効率よく導く必要がある。
そこで、請求項2において、撥水材料の割合を、カソード触媒層側からカソード拡散層側に向けて漸次増加させた。
これにより、電解膜質の含水率を確保し、かつカソード下地層の生成水をカソード拡散層側に良好に導くことができる。
Here, in order to ensure the water content of the electrolyte membrane and maintain the power generation performance, it is necessary to suppress the drainage of the generated water in the vicinity of the surface of the underlayer that contacts the cathode catalyst layer.
On the other hand, on the cathode diffusion layer side, it is necessary to improve the drainage of the generated water and efficiently guide the generated water in the cathode underlayer to the cathode diffusion layer.
Therefore, in claim 2, the ratio of the water repellent material is gradually increased from the cathode catalyst layer side toward the cathode diffusion layer side.
As a result, the water content of the electrolyte membrane can be ensured, and the water produced in the cathode underlayer can be favorably guided to the cathode diffusion layer side.

また、カソード下地層内の生成水は、酸素ガス流路中に一部が蒸散し、酸素ガスと共に移動する。この酸素ガスは、酸素ガス流路の排出側において流量が減少することが考えられる。このため、酸素ガス流路の排出側に生成水が溜まりやすい。
そこで、請求項2において、撥水材料の割合を、酸素ガス流路の供給側から排出側に向けて漸次増加させた。
これにより、酸素ガス流路の排出側において、カソード下地層の生成水をカソード拡散層側に良好に導くことができる。
Further, part of the generated water in the cathode underlayer is evaporated in the oxygen gas flow path and moves together with the oxygen gas. It is conceivable that the flow rate of this oxygen gas decreases on the discharge side of the oxygen gas flow path. For this reason, generated water tends to accumulate on the discharge side of the oxygen gas flow path.
Therefore, in claim 2, the ratio of the water repellent material is gradually increased from the supply side to the discharge side of the oxygen gas flow path.
As a result, on the discharge side of the oxygen gas flow path, the generated water of the cathode underlayer can be favorably guided to the cathode diffusion layer side.

請求項1に係る発明では、カソード下地層に含む撥水材料の割合を、重力が作用する方向に向けて漸次増加させることで、重力の作用する方向に移動した生成水を、撥水材料でカソード拡散層側に良好に導いて、発電の際に生成した生成水を効率よく排水することができるという利点がある。   In the invention according to claim 1, by gradually increasing the ratio of the water repellent material contained in the cathode underlayer in the direction in which the gravity acts, the generated water that has moved in the direction in which the gravity acts can be There is an advantage that it can be well guided to the cathode diffusion layer side and the generated water generated during power generation can be drained efficiently.

請求項2に係る発明では、撥水材料の割合を、カソード触媒層側からカソード拡散層側に向けて増加させ、および/または酸素ガス流路の供給側から排出側に向けて漸次増加させることで、カソード下地層の生成水をカソード拡散層側に良好に導いて、カソード下地層からカソード拡散層側に向けて効率よく生成水を導くことができるという利点がある。   In the invention according to claim 2, the ratio of the water repellent material is increased from the cathode catalyst layer side to the cathode diffusion layer side and / or gradually increased from the supply side to the discharge side of the oxygen gas flow path. Thus, there is an advantage that the generated water of the cathode underlayer can be guided well to the cathode diffusion layer side, and the generated water can be efficiently guided from the cathode underlayer toward the cathode diffusion layer side.

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係る膜電極接合体(第1実施の形態)を備えた燃料電池を示す斜視図であり、セルを分解して示したものである。
燃料電池10は、複数個のセル11・・・を積み重ねて構成したものである。セル11は、膜電極接合体12の両側にセパレータ13,14を設けたものである。
膜電極接合体12は、電解質膜15のカソード側を、電解質膜15に積層したカソード触媒層16、この触媒層16に積層したカソード下地層17、この下地層17に積層したカソード拡散層18で形成し、電解質膜15のアノード側を、電解質膜15に積層したアノード触媒層21、この触媒層21に積層したアノード下地層22、この下地層22に積層したアノード拡散層23で形成したものである。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
FIG. 1 is a perspective view showing a fuel cell provided with a membrane electrode assembly (first embodiment) according to the present invention, in which a cell is disassembled.
The fuel cell 10 is configured by stacking a plurality of cells 11. In the cell 11, separators 13 and 14 are provided on both sides of the membrane electrode assembly 12.
The membrane electrode assembly 12 includes a cathode catalyst layer 16 laminated on the electrolyte membrane 15, a cathode underlayer 17 laminated on the catalyst layer 16, and a cathode diffusion layer 18 laminated on the underlayer 17 on the cathode side of the electrolyte membrane 15. The anode side of the electrolyte membrane 15 is formed by an anode catalyst layer 21 laminated on the electrolyte membrane 15, an anode foundation layer 22 laminated on the catalyst layer 21, and an anode diffusion layer 23 laminated on the foundation layer 22. is there.

さらに、セル11は、カソード拡散層18の外側にセパレータ13を設けることでカソード拡散層18とセパレータ13とで酸素ガス流路24(図2参照)を形成し、アノード拡散層23の外側にセパレータ14を設けることでアノード拡散層23とセパレータ14とで水素ガス流路25(図2参照)を形成したものである。   Further, in the cell 11, the separator 13 is provided outside the cathode diffusion layer 18 to form an oxygen gas flow path 24 (see FIG. 2) between the cathode diffusion layer 18 and the separator 13, and the separator is formed outside the anode diffusion layer 23. 14, a hydrogen gas flow path 25 (see FIG. 2) is formed by the anode diffusion layer 23 and the separator 14.

燃料電池10を使用する際には、電解質膜15、カソード・アノード側の触媒層16,21、カソード・アノード側の下地層17,22およびカソード・アノード側の拡散層18,23が重力の作用する方向を向くように、一例として鉛直方向を向くように燃料電池10を配置する。   When the fuel cell 10 is used, the electrolyte membrane 15, the cathode / anode side catalyst layers 16, 21, the cathode / anode side base layers 17, 22, and the cathode / anode side diffusion layers 18, 23 act by gravity. As an example, the fuel cell 10 is arranged so as to face the vertical direction.

なお、26,27はシールである。シール26を、電解質膜15とセパレータ13との間に介在させることで、電解質膜15とセパレータ13との間をシールする。
シール27を、電解質膜15とセパレータ14との間に介在させることで、電解質膜15とセパレータ14との間をシールする。
Reference numerals 26 and 27 denote seals. A seal 26 is interposed between the electrolyte membrane 15 and the separator 13 to seal between the electrolyte membrane 15 and the separator 13.
A seal 27 is interposed between the electrolyte membrane 15 and the separator 14 to seal between the electrolyte membrane 15 and the separator 14.

図2は本発明に係る燃料電池の膜電極接合体(第1実施の形態)の断面図である。
電解質膜15のカソード側に、カソード触媒層16、カソード下地層17、カソード拡散層18を順次積層し、電解質膜15のアノード側に、アノード触媒層21、アノード下地層22、アノード拡散層23を順次積層する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a membrane electrode assembly (first embodiment) of a fuel cell according to the present invention.
A cathode catalyst layer 16, a cathode base layer 17, and a cathode diffusion layer 18 are sequentially stacked on the cathode side of the electrolyte membrane 15, and an anode catalyst layer 21, an anode base layer 22, and an anode diffusion layer 23 are formed on the anode side of the electrolyte membrane 15. Laminate sequentially.

カソード拡散層18の外側にセパレータ13を設けることでカソード拡散層18とセパレータ13とで酸素ガス流路24を形成する。
アノード拡散層23の外側にセパレータ14を設けることでアノード拡散層23とセパレータ14とで水素ガス流路25を形成する。
By providing the separator 13 outside the cathode diffusion layer 18, the oxygen gas flow path 24 is formed by the cathode diffusion layer 18 and the separator 13.
By providing the separator 14 outside the anode diffusion layer 23, the hydrogen gas flow path 25 is formed by the anode diffusion layer 23 and the separator 14.

図3は図2の3部拡大図である。
カソード触媒層16は、導電材料41…として、例えば大径の粒状カーボンを備え、導電材料41…の周囲に触媒42…を胆持したものである。
FIG. 3 is an enlarged view of part 3 of FIG.
The cathode catalyst layer 16 includes, for example, large-diameter granular carbon as the conductive material 41..., And the catalyst 42 is held around the conductive material 41.

カソード下地層17は、吸水性、接着性を備えた第1層43と、撥水性を備えた第2層44とからなる。
第1層43は、導電材料45…として、例えば小径の粒状カーボンを備え、さらに吸水材を添加したものである。吸水材が接着剤の働きをするため、カソード触媒層16に対するカソード下地層17の接着力を確保できる。
第2層44は、導電材料41…として、例えば小径の粒状カーボンを備え、撥水材料(フッ素系樹脂)46…として、例えばテトラフルオロエチレンを備える。
The cathode underlayer 17 includes a first layer 43 having water absorption and adhesion, and a second layer 44 having water repellency.
The first layer 43 includes, for example, small-diameter granular carbon as the conductive material 45. Since the water absorbing material functions as an adhesive, the adhesion of the cathode underlayer 17 to the cathode catalyst layer 16 can be secured.
The second layer 44 includes, for example, small-diameter granular carbon as the conductive material 41..., And includes, for example, tetrafluoroethylene as the water repellent material (fluorine resin) 46.

導電材料41,45は、発電反応に影響を与えるものである。導電材料41,45が増すと発電反応が高くなり、導電材料41,45が減ると発電反応が低くなる。
撥水材料46は、生成水の排水性に影響を与えるものである。撥水材料46が増すと撥水性が高くなり、撥水材料46が減ると撥水性が低くなる。
The conductive materials 41 and 45 affect the power generation reaction. When the conductive materials 41 and 45 increase, the power generation reaction increases, and when the conductive materials 41 and 45 decrease, the power generation reaction decreases.
The water repellent material 46 affects the drainage of the generated water. When the water repellent material 46 increases, the water repellency increases, and when the water repellent material 46 decreases, the water repellency decreases.

カソード拡散層18は、一例として、針状炭素繊維47…で形成した多孔質の導電性カーボンペーパに撥水性処理を施したものである。
カソード拡散層18の外側にセパレータ13を設けることでカソード拡散層18とセパレータ13の溝13a・・・とで酸素ガス流路24…を形成する。
For example, the cathode diffusion layer 18 is obtained by subjecting a porous conductive carbon paper formed of acicular carbon fibers 47 to a water repellent treatment.
By providing the separator 13 outside the cathode diffusion layer 18, oxygen gas flow paths 24 are formed by the cathode diffusion layer 18 and the grooves 13 a of the separator 13.

酸素ガス流路24に酸素(O)を供給することにより、酸素(O)がカソード拡散層18を経て矢印aの如くカソード下地層17内に進入する。
カソード下地層17内の酸素(O)が矢印aの如くカソード触媒層16内に進入し、カソード触媒層16内の酸素(O)が矢印aの如く電解質膜15内に入り込む。
By supplying the oxygen gas passage 24 oxygen (O 2), oxygen (O 2) enters the cathode base layer 17 as shown by the arrow a through the cathode diffusion layer 18.
Oxygen (O 2 ) in the cathode underlayer 17 enters the cathode catalyst layer 16 as indicated by arrow a, and oxygen (O 2 ) in the cathode catalyst layer 16 enters the electrolyte membrane 15 as indicated by arrow a.

一方、アノード触媒層21内の反応で生成した水素イオン(H)が電解質膜15を透過して、カソード触媒層16側に矢印bの如く進入する。
よって、カソード触媒層16内で、水素イオン(H)と酸素(O)とが反応して、生成水が生成される。
On the other hand, hydrogen ions (H + ) generated by the reaction in the anode catalyst layer 21 pass through the electrolyte membrane 15 and enter the cathode catalyst layer 16 side as indicated by an arrow b.
Therefore, in the cathode catalyst layer 16, hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) react to generate generated water.

生成した生成水のうち、一部の生成水は電解質膜15側に戻される。電解質膜15を湿潤状態に保つためである。
残りの生成水のうち、一部はカソード触媒層16内からカソード下地層17を経てカソード拡散層18に流出し、その他の生成水は、カソード触媒層16およびカソード下地層17内を自重で下降する。
A part of the generated water is returned to the electrolyte membrane 15 side. This is to keep the electrolyte membrane 15 in a wet state.
A part of the remaining generated water flows out from the cathode catalyst layer 16 through the cathode underlayer 17 to the cathode diffusion layer 18, and other generated water descends by its own weight in the cathode catalyst layer 16 and the cathode underlayer 17. To do.

図4は第1実施の形態のカソード下地層を構成する成分割合を示す説明図である。
カソード触媒層16とカソード拡散層18との間にカソード下地層17を備え、カソード拡散層18に沿って酸素ガス流路24(図3も参照)を設ける。
酸素ガス流路24は、理解を容易にするために、便宜上、蛇行させたものとして説明する。この酸素ガス流路24には、供給側24aから排出側24bに向けて酸素ガスが流れる。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing component ratios constituting the cathode underlayer of the first embodiment.
A cathode base layer 17 is provided between the cathode catalyst layer 16 and the cathode diffusion layer 18, and an oxygen gas flow path 24 (see also FIG. 3) is provided along the cathode diffusion layer 18.
In order to facilitate understanding, the oxygen gas flow path 24 is described as being meandered for convenience. In the oxygen gas flow path 24, oxygen gas flows from the supply side 24a toward the discharge side 24b.

カソード下地層17(具体的には、第2層44)は、前述したように、導電材料41…および撥水材料45…を含んでいる。
導電材料41…として、一例として、粒状カーボンなどが該当する。撥水材料45…としては、フッ素系樹脂が該当する。
以下、第1実施の形態においては、理解を容易にするために、第2層44をカソード下地層17として説明する。
As described above, the cathode underlayer 17 (specifically, the second layer 44) includes the conductive material 41... And the water repellent material 45.
As an example of the conductive material 41..., Granular carbon corresponds. As the water repellent material 45..., A fluororesin corresponds.
Hereinafter, in the first embodiment, the second layer 44 will be described as the cathode underlayer 17 in order to facilitate understanding.

カソード下地層17における撥水材料の重量割合(以下、「割合」という)を、第1成分表示部30で示すように、カソード触媒層16側からカソード拡散層18側に向けて漸次増加させる。
また、撥水材料の割合を、第2成分表示部31で示すように、重力が作用する方向に向けて、すなわちカソード下地層17の鉛直方向上側17aから下側17bに向けて漸次増加させる。
さらに、撥水材料の割合を、第3成分表示部32で示すように、酸素ガス流路24の供給側24aから排出側24bに向けて漸次増加させる。
The weight ratio (hereinafter referred to as “ratio”) of the water repellent material in the cathode underlayer 17 is gradually increased from the cathode catalyst layer 16 side toward the cathode diffusion layer 18 side as shown by the first component display unit 30.
Further, as shown by the second component display unit 31, the ratio of the water repellent material is gradually increased in the direction in which gravity acts, that is, from the vertical upper side 17a to the lower side 17b of the cathode base layer 17.
Further, the ratio of the water repellent material is gradually increased from the supply side 24 a to the discharge side 24 b of the oxygen gas flow path 24 as indicated by the third component display portion 32.

一方、カソード下地層17における導電材料の割合を、第4成分表示部33で示すように、カソード触媒層16側からカソード拡散層18側に向けて漸次減少させる。
また、導電材料の割合を、第5成分表示部34で示すように、重力が作用する方向に向けて、カソード下地層17の鉛直方向上側17aから下側17bに向けて漸次減少させる。
さらに、導電材料の割合を、第6成分表示部35で示すように酸素ガス流路24の供給側24aから排出側24bに向けて漸次減少させる。
On the other hand, the ratio of the conductive material in the cathode underlayer 17 is gradually decreased from the cathode catalyst layer 16 side toward the cathode diffusion layer 18 side as indicated by the fourth component display portion 33.
Further, as shown by the fifth component display unit 34, the ratio of the conductive material is gradually decreased from the upper side 17a in the vertical direction to the lower side 17b of the cathode base layer 17 in the direction in which gravity acts.
Further, the ratio of the conductive material is gradually decreased from the supply side 24a to the discharge side 24b of the oxygen gas flow path 24 as indicated by the sixth component display unit 35.

次に、カソード下地層17に含む撥水材料46および導電材料45の割合(wt%)の一例を、図5および表1に基づいて説明する。
なお、表1において、撥水材料46および導電材料45の割合(wt%)は、カソード下地層17内の固形分中の割合を示す。
Next, an example of the ratio (wt%) of the water repellent material 46 and the conductive material 45 included in the cathode underlayer 17 will be described with reference to FIG.
In Table 1, the ratio (wt%) of the water repellent material 46 and the conductive material 45 indicates the ratio of the solid content in the cathode underlayer 17.

Figure 2006107752
Figure 2006107752

図5(a),(b)は第1実施の形態のカソード下地層に含む撥水材料および導電材料の割合を示す説明図である。
(a)は、撥水材料46の第1、第2成分表示部30,31、および導電材料45の第4、第5成分表示部33,34を示す。(b)は、撥水材料46の第3成分表示部32、および導電材料45の第6成分表示部35を示す。
FIGS. 5A and 5B are explanatory views showing the ratio of the water repellent material and the conductive material included in the cathode underlayer of the first embodiment.
(A) shows the 1st, 2nd component display parts 30 and 31 of the water repellent material 46, and the 4th and 5th component display parts 33 and 34 of the electrically-conductive material 45. FIG. (B) shows the third component display part 32 of the water repellent material 46 and the sixth component display part 35 of the conductive material 45.

先ず、(a)において、撥水材料46の第1成分表示部30について説明する。
カソード触媒層16に接触する面37の近傍において、生成水の排水性を抑えてカソード触媒層16側の含水率をある程度確保することが好ましい。
カソード触媒層16側の含水率をある程度確保することで、電解膜質の含水率を確保し、発電性を良好に保つ必要がある。
そこで、カソード触媒層16に接触する面37の近傍、すなわち第1成分表示部30のエリア30aにおいて、撥水材料46の割合を27〜49wt%と小さくした。
First, in (a), the 1st component display part 30 of the water repellent material 46 is demonstrated.
In the vicinity of the surface 37 in contact with the cathode catalyst layer 16, it is preferable that the water content on the cathode catalyst layer 16 side is secured to some extent by suppressing the drainage of generated water.
By securing the moisture content on the cathode catalyst layer 16 side to a certain extent, it is necessary to ensure the moisture content of the electrolyte membrane and to maintain good power generation.
Therefore, the ratio of the water repellent material 46 is reduced to 27 to 49 wt% in the vicinity of the surface 37 in contact with the cathode catalyst layer 16, that is, in the area 30 a of the first component display unit 30.

一方、カソード拡散層18側では生成水の排水性を高くしてカソード下地層17内の生成水を効率よく排水する必要がある。
そこで、撥水材料46の割合を、カソード触媒層16側からカソード拡散層18側に向けて漸次増加させた。
On the other hand, on the cathode diffusion layer 18 side, it is necessary to increase the drainage of the generated water to efficiently drain the generated water in the cathode underlayer 17.
Therefore, the ratio of the water repellent material 46 was gradually increased from the cathode catalyst layer 16 side toward the cathode diffusion layer 18 side.

具体的には、第1成分表示部30のエリア30bにおいて、撥水材料46の割合を49〜73wt%とし、エリア30aの割合より大きくした。
さらに、第1成分表示部30のエリア30cにおいて、撥水材料46の割合を73〜85wt%とし、エリア30bの割合より大きくした。
Specifically, in the area 30b of the first component display unit 30, the ratio of the water repellent material 46 is 49 to 73 wt%, which is larger than the ratio of the area 30a.
Furthermore, in the area 30c of the first component display unit 30, the ratio of the water repellent material 46 is set to 73 to 85 wt%, which is larger than the ratio of the area 30b.

次に、(a)において、導電材料45の第4成分表示部33について説明する。
カソード下地層17において、カソード触媒層16に接触する面37の近傍では触媒反応を高く保つことが好ましい。
よって、カソード触媒層16に接触する面37の近傍、すなわち第4成分表示部33のエリア33aにおいて、導電材料45の割合を51〜73wt%と大きくした。
Next, the 4th component display part 33 of the electrically-conductive material 45 is demonstrated in (a).
In the cathode underlayer 17, it is preferable to keep the catalytic reaction high in the vicinity of the surface 37 in contact with the cathode catalyst layer 16.
Therefore, in the vicinity of the surface 37 in contact with the cathode catalyst layer 16, that is, in the area 33 a of the fourth component display portion 33, the ratio of the conductive material 45 is increased to 51 to 73 wt%.

一方、カソード触媒層16からカソード拡散層18に向かうにしたがって漸次抑えられる。
導電材料45の割合を、カソード触媒層16側からカソード拡散層18側に向けて漸次減少させた。
On the other hand, it is gradually suppressed from the cathode catalyst layer 16 toward the cathode diffusion layer 18.
The ratio of the conductive material 45 was gradually decreased from the cathode catalyst layer 16 side toward the cathode diffusion layer 18 side.

具体的には、第4成分表示部33のエリア33bにおいて、導電材料45の割合を27〜51wt%とし、エリア33aの割合より小さくした。
さらに、第4成分表示部33のエリア33cにおいて、導電材料45の割合を15〜27wt%とし、エリア33bの割合より小さくした。
Specifically, in the area 33b of the fourth component display unit 33, the ratio of the conductive material 45 is set to 27 to 51 wt%, which is smaller than the ratio of the area 33a.
Furthermore, in the area 33c of the fourth component display unit 33, the ratio of the conductive material 45 is set to 15 to 27 wt%, which is smaller than the ratio of the area 33b.

次いで、(a)において、撥水材料46の第2成分表示部31について説明する。
図1に示すように燃料電池10を使用する際には、通常、電解質膜15、カソード・アノード側の触媒層16,21、カソード・アノード側の下地層17,22およびカソード・アノード側の拡散層18,23が重力の作用する方向を向くように、一例として鉛直方向を向くように燃料電池10を配置する。
Next, in (a), the second component display part 31 of the water repellent material 46 will be described.
As shown in FIG. 1, when the fuel cell 10 is used, the electrolyte membrane 15, the cathode / anode side catalyst layers 16 and 21, the cathode / anode side base layers 17 and 22, and the cathode / anode side diffusion are usually used. As an example, the fuel cell 10 is arranged so as to face the vertical direction so that the layers 18 and 23 face the direction in which gravity acts.

よって、カソード下地層17において、生成水が重力(すなわち、自重)により上側17aから下側17bの方向に移動するので、上側17aには生成水が溜まりにくい。
よって、第2成分表示部31のエリア31aにおいて、撥水材料46の割合を27〜56wt%と小さくした。
Therefore, in the cathode underlayer 17, the generated water moves from the upper side 17a to the lower side 17b due to gravity (that is, its own weight), so that the generated water does not easily accumulate on the upper side 17a.
Therefore, in the area 31a of the second component display unit 31, the ratio of the water repellent material 46 is reduced to 27 to 56 wt%.

一方、カソード下地層17の下側17bには、生成水が自重により溜まりやすい。よって、カソード下地層17の下側17bにおいて生成水の排水性を高くし、生成水を効率よく排水する必要がある。
そこで、撥水材料46の割合を、カソード下地層17の上側17aから下側17bに向けて漸次増加させた。
On the other hand, the generated water tends to accumulate on the lower side 17b of the cathode underlayer 17 due to its own weight. Therefore, it is necessary to increase the drainage of the generated water at the lower side 17b of the cathode underlayer 17 and drain the generated water efficiently.
Therefore, the ratio of the water repellent material 46 was gradually increased from the upper side 17a to the lower side 17b of the cathode underlayer 17.

具体的には、第2成分表示部31のエリア31bにおいて、撥水材料46の割合を56〜63wt%とし、エリア31aの割合より大きくした。
さらに、第2成分表示部31のエリア31cにおいて、撥水材料46の割合を63〜85wt%とし、エリア31bの割合より大きくした。
Specifically, in the area 31b of the second component display unit 31, the ratio of the water repellent material 46 is set to 56 to 63 wt%, which is larger than the ratio of the area 31a.
Further, in the area 31c of the second component display unit 31, the ratio of the water repellent material 46 is set to 63 to 85 wt%, which is larger than the ratio of the area 31b.

続いて、(a)において、導電材料45の第5成分表示部35について説明する。
カソード下地層17において、上側17aから下側17bに向けて、導電材料45の割合を漸次減少させた。
具体的には、第5成分表示部34のエリア34aにおいて、導電材料45の割合を44〜73wt%と大きくした。
さらに、第5成分表示部34のエリア34bにおいて、導電材料45の割合を37〜44wt%とし、エリア34aの割合より小さくした。
加えて、第5成分表示部34のエリア34cにおいて、導電材料45の割合を15〜37wt%とし、エリア34bの割合より小さくした。
Then, in (a), the 5th component display part 35 of the electrically-conductive material 45 is demonstrated.
In the cathode underlayer 17, the ratio of the conductive material 45 was gradually decreased from the upper side 17a to the lower side 17b.
Specifically, in the area 34a of the fifth component display unit 34, the proportion of the conductive material 45 was increased to 44 to 73 wt%.
Furthermore, in the area 34b of the fifth component display unit 34, the proportion of the conductive material 45 is 37 to 44 wt%, which is smaller than the proportion of the area 34a.
In addition, in the area 34c of the fifth component display unit 34, the ratio of the conductive material 45 is set to 15 to 37 wt%, which is smaller than the ratio of the area 34b.

次に、(b)において、撥水材料46の第3成分表示部32について説明する。
カソード側の生成水の一部は、酸素ガス流路24(図4参照)中に蒸散し、酸素ガスと共に移動する。
この酸素ガスは、酸素ガス流路24の屈曲部24c,24c(図4参照)で酸素ガスが滞留しやすく、酸素ガス流路24の排出側24b(図4参照)において酸素ガスの流量が減少しやすい。
よって、酸素ガス流路24の排出側24bに生成水が溜まりやすい。
Next, in (b), the third component display part 32 of the water repellent material 46 will be described.
Part of the produced water on the cathode side is evaporated in the oxygen gas flow path 24 (see FIG. 4) and moves together with the oxygen gas.
The oxygen gas tends to stay in the bent portions 24c and 24c (see FIG. 4) of the oxygen gas flow path 24, and the flow rate of the oxygen gas decreases on the discharge side 24b (see FIG. 4) of the oxygen gas flow path 24. It's easy to do.
Therefore, the generated water tends to accumulate on the discharge side 24 b of the oxygen gas flow path 24.

このため、酸素ガス流路24の排出側24bにおいて生成水の排水性を高くし、生成水を効率よく排水する必要がある。
そこで、撥水材料46の割合を、酸素ガス流路24の供給側24aから排出側24bに向けて漸次増加させた。
For this reason, it is necessary to increase the drainage of the generated water on the discharge side 24b of the oxygen gas flow path 24 and to drain the generated water efficiently.
Therefore, the ratio of the water repellent material 46 is gradually increased from the supply side 24a of the oxygen gas flow path 24 toward the discharge side 24b.

具体的には、第3成分表示部32のエリア32aにおいて、撥水材料46の割合を27〜56wt%と小さくした。
さらに、第3成分表示部32のエリア32bにおいて、撥水材料46の割合を56〜63wt%とし、エリア32aの割合より大きくした。
加えて、第3成分表示部32のエリア32cにおいて、撥水材料46の割合を63〜85wt%とし、エリア32bの割合より大きくした。
Specifically, in the area 32a of the third component display part 32, the ratio of the water repellent material 46 was reduced to 27 to 56 wt%.
Further, in the area 32b of the third component display section 32, the ratio of the water repellent material 46 is set to 56 to 63 wt%, which is larger than the ratio of the area 32a.
In addition, in the area 32c of the third component display unit 32, the ratio of the water repellent material 46 is set to 63 to 85 wt%, which is larger than the ratio of the area 32b.

次いで、(b)において、導電材料45の第6成分表示部35について説明する。
酸素ガス流路24(図3参照)の供給側24aは、カソード下地層17の上側17aに位置し、排出側24bは下側17bに位置する。
よって、カソード拡散層18を経てカソード下地層17内に進入する酸素(O)量は、カソード下地層17の上側17aから下側17bに向けて漸次減少する。
Next, in FIG. 6B, the sixth component display portion 35 of the conductive material 45 will be described.
The supply side 24a of the oxygen gas flow path 24 (see FIG. 3) is located on the upper side 17a of the cathode base layer 17, and the discharge side 24b is located on the lower side 17b.
Accordingly, the amount of oxygen (O 2 ) entering the cathode underlayer 17 through the cathode diffusion layer 18 gradually decreases from the upper side 17a to the lower side 17b of the cathode underlayer 17.

これにより、水素イオン(H)と酸素(O)との反応は、カソード触媒層16の上側から下側に向けて漸次抑えられる。
そこで、水素イオン(H)と酸素(O)との反応状態に対応させて、カソード下地層17において、導電材料45の割合を、酸素ガス流路24の供給側24aから排出側24bに向けて漸次減少させた。
Thereby, the reaction between hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) is gradually suppressed from the upper side to the lower side of the cathode catalyst layer 16.
Accordingly, the proportion of the conductive material 45 in the cathode underlayer 17 is changed from the supply side 24a to the discharge side 24b of the oxygen gas flow path 24 in accordance with the reaction state of hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ). Gradually decreased toward.

具体的には、第6成分表示部35のエリア35aにおいて、導電材料45の割合を44〜73wt%と大きくした。
さらに、第6成分表示部35のエリア35bにおいて、導電材料45の割合を37〜44wt%とし、エリア35aの割合より小さくした。
加えて、第6成分表示部35のエリア35cにおいて、導電材料45の割合を15〜37wt%としてエリア35bの割合より小さくした。
Specifically, in the area 35a of the sixth component display unit 35, the ratio of the conductive material 45 was increased to 44 to 73 wt%.
Furthermore, in the area 35b of the sixth component display unit 35, the proportion of the conductive material 45 is 37 to 44 wt%, which is smaller than the proportion of the area 35a.
In addition, in the area 35c of the sixth component display unit 35, the ratio of the conductive material 45 is set to 15 to 37 wt%, which is smaller than the ratio of the area 35b.

次に、カソード下地層17を備えた燃料電池の膜電極接合体12の作用を図6〜図8に基づいて説明する。
図6は第1実施の形態の第1成分表示部に関する作用を説明する図である。
カソード拡散層18およびカソード下地層17を経てカソード触媒層16内に酸素(O)が矢印cの如く進入し、進入した酸素(O)はカソード触媒層16内から電解質膜15に入り込む。
一方、アノード触媒層21(図2参照)内の反応で生成した水素イオン(H)が電解質膜15を透過して、カソード触媒層16側に矢印dの如く進入する。
よって、水素イオン(H)と酸素(O)とが反応して、生成水が生成される。
Next, the operation of the membrane electrode assembly 12 of the fuel cell provided with the cathode underlayer 17 will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation relating to the first component display unit of the first embodiment.
Oxygen (O 2 ) enters the cathode catalyst layer 16 through the cathode diffusion layer 18 and the cathode base layer 17 as indicated by an arrow c, and the oxygen (O 2 ) that has entered enters the electrolyte membrane 15 from the cathode catalyst layer 16.
On the other hand, hydrogen ions (H + ) generated by the reaction in the anode catalyst layer 21 (see FIG. 2) permeate the electrolyte membrane 15 and enter the cathode catalyst layer 16 side as indicated by an arrow d.
Therefore, hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) react to generate product water.

ここで、第1成分表示部30のエリア30aにおいて、撥水材料46の割合を27〜49wt%と小さくして、排水性を抑えた。
よって、水素イオン(H)と酸素(O)とが反応して、生成された生成水が矢印eの如くカソード下地層17内に進入する際に、一部の生成水をカソード触媒層16を介して電解質膜14側に矢印fの如く戻す。
これにより、電解質膜15を好適な湿潤状態に保ち、水素イオン(H)と酸素(O)との反応をより一層促進させることができる。
Here, in the area 30a of the first component display unit 30, the ratio of the water repellent material 46 was reduced to 27 to 49 wt% to suppress drainage.
Therefore, when hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) react and the generated water enters the cathode underlayer 17 as indicated by arrow e, a part of the generated water is converted into the cathode catalyst layer. 16 is returned to the electrolyte membrane 14 side as shown by an arrow f.
Thereby, the electrolyte membrane 15 can be kept in a suitable wet state, and the reaction between hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) can be further promoted.

さらに、撥水材料46の割合を、第1成分表示部30のエリア30bにおいて49〜73wt%、エリア30cにおいて73〜85wt%とした。すなわち、撥水材料46の割合を、カソード拡散層18側に向けて漸次増加させた。
カソード下地層17内に進入した生成水を、カソード拡散層18側に向けてgの如く効率よく逃がすことができる。
Furthermore, the ratio of the water repellent material 46 was 49 to 73 wt% in the area 30 b of the first component display unit 30 and 73 to 85 wt% in the area 30 c. That is, the ratio of the water repellent material 46 was gradually increased toward the cathode diffusion layer 18 side.
The generated water that has entered the cathode underlayer 17 can be efficiently released as indicated by g toward the cathode diffusion layer 18 side.

図7は第1実施の形態の第2成分表示部に関する作用を説明する図である。
カソード下地層17内の生成水は、カソード拡散層18に矢印gの如く流出し、その他の生成水は自重でカソード下地層17内を矢印hの如く下降する。
よって、カソード下地層17の上側17a近傍において、カソード拡散層18側への生成水の流出量は比較的少量である。このため、第2成分表示部31のエリア31aにおいて、撥水材料46の割合を27〜56wt%と小さくしても、上側17aに生成水を溜めることなく、カソード拡散層18に排出することができる。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation relating to the second component display unit of the first embodiment.
The generated water in the cathode underlayer 17 flows into the cathode diffusion layer 18 as indicated by an arrow g, and the other generated water descends in the cathode underlayer 17 as indicated by an arrow h by its own weight.
Therefore, in the vicinity of the upper side 17a of the cathode base layer 17, the amount of generated water flowing out to the cathode diffusion layer 18 side is relatively small. For this reason, even if the ratio of the water repellent material 46 is reduced to 27 to 56 wt% in the area 31a of the second component display portion 31, the generated water does not accumulate in the upper side 17a and can be discharged to the cathode diffusion layer 18. it can.

一方、生成水が矢印hの如く下降することで、カソード下地層17の下側17bに近づくにしたがって生成水の量が増す傾向にある。
よって、撥水材料46の割合を、第2成分表示部31のエリア31bにおいて56〜63wt%、エリア31cにおいて63〜85wt%とした。すなわち、撥水材料46の割合を、下側17bに向けて漸次増加させた。
これにより、カソード下地層17の下側17bに到達した生成水を、下側17bからカソード拡散層18に矢印iの如く効率よく流出させることができる。
On the other hand, as the generated water descends as shown by the arrow h, the amount of generated water tends to increase as it approaches the lower side 17b of the cathode underlayer 17.
Therefore, the ratio of the water repellent material 46 is 56 to 63 wt% in the area 31 b of the second component display unit 31 and 63 to 85 wt% in the area 31 c. That is, the ratio of the water repellent material 46 was gradually increased toward the lower side 17b.
Thereby, the generated water that has reached the lower side 17b of the cathode underlayer 17 can be efficiently discharged from the lower side 17b to the cathode diffusion layer 18 as indicated by an arrow i.

図8は第1実施の形態の第3成分表示部に関する作用を説明する図である。
カソード下地層17内の生成水の一部は、酸素ガス流路24中に蒸散し、酸素ガスと共に移動する。
ここで、酸素ガス流路24の供給側24aにおいて、酸素ガスは比較的円滑に流れる。よって、酸素ガス流路24の供給側24aにおいては、生成水を排出側24bに向けて導くことができる。
このため、第3成分表示部32のエリア32aにおいて、撥水材料46の割合を27〜56wt%と小さくしても、酸素ガス流路24の供給側24aに生成水を溜めることなく、カソード拡散層18に排出することができる。
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation relating to the third component display unit of the first embodiment.
A part of the generated water in the cathode underlayer 17 is evaporated in the oxygen gas flow path 24 and moves together with the oxygen gas.
Here, oxygen gas flows relatively smoothly on the supply side 24 a of the oxygen gas flow path 24. Therefore, in the supply side 24a of the oxygen gas flow path 24, the generated water can be guided toward the discharge side 24b.
For this reason, even if the ratio of the water repellent material 46 is reduced to 27 to 56 wt% in the area 32 a of the third component display section 32, the cathode diffusion does not accumulate in the supply side 24 a of the oxygen gas flow path 24. The layer 18 can be discharged.

一方、酸素ガスは、酸素ガス流路24の屈曲部24cで酸素ガスが滞留しやすく、酸素ガス流路24の排出側24bにおいて酸素ガスの流量が減少しやすい。よって、酸素ガス流路24の排出側24bに生成水が溜まりやすい。
そこで、撥水材料46の割合を、第3成分表示部32のエリア32bにおいて56〜63wt%、エリア32cにおいて63〜85wt%とした。すなわち、撥水材料46の割合を、酸素ガス流路24の排出側24b側に向けて漸次増加させた。
これにより、酸素ガス流路24の排出側24bにおいて生成水の排水性を高くし、生成水を効率よく排水することができる。
次に、第1実施の形態を具現化する一例を第2実施の形態で説明する。
On the other hand, oxygen gas tends to stay in the bent portion 24 c of the oxygen gas flow path 24, and the oxygen gas flow rate tends to decrease on the discharge side 24 b of the oxygen gas flow path 24. Therefore, the generated water tends to accumulate on the discharge side 24 b of the oxygen gas flow path 24.
Therefore, the ratio of the water repellent material 46 is set to 56 to 63 wt% in the area 32 b of the third component display unit 32 and 63 to 85 wt% in the area 32 c. That is, the ratio of the water repellent material 46 was gradually increased toward the discharge side 24 b of the oxygen gas flow path 24.
As a result, the drainage of the produced water can be increased on the discharge side 24b of the oxygen gas flow path 24, and the produced water can be drained efficiently.
Next, an example for realizing the first embodiment will be described in the second embodiment.

第2実施の形態
ところで、第1実施の形態の膜電極接合体12では、カソード下地層17のうちの、第2層44(図3参照)をカソード下地層17として説明したが、第2実施の形態の膜電極接合体12では第1層43(図3参照)を含んだものとして説明する。
以下、第2実施の形態の膜電極接合体12を図9〜図11および表2に基づいて説明する。
なお、表2において、吸水材料、導電材料45および撥水材料46の割合(wt%)は、カソード下地層17内の固形分中の割合を示す。
Second Embodiment In the membrane electrode assembly 12 of the first embodiment, the second layer 44 (see FIG. 3) of the cathode underlayer 17 has been described as the cathode underlayer 17. The membrane electrode assembly 12 of the form will be described as including the first layer 43 (see FIG. 3).
Hereinafter, the membrane electrode assembly 12 of 2nd Embodiment is demonstrated based on FIGS. 9-11 and Table 2. FIG.
In Table 2, the ratio (wt%) of the water absorbing material, the conductive material 45 and the water repellent material 46 indicates the ratio of the solid content in the cathode underlayer 17.

Figure 2006107752
Figure 2006107752

図9は本発明に係る燃料電池の膜電極接合体(第2実施の形態)のカソード下地層を複数の部位に区別した状態を示す斜視図である。
カソード下地層17を側面視で3行(Y1,Y2,Y3)、3列(X1,X2,X3)に仕き切るとともに、カソード触媒層16側からカソード拡散層18側に向けて、Z1領域、Z2領域、Z3領域、Z4領域の4領域に仕き切った状態を示す。これにより、カソード下地層17を36個の部位に仕き切る。
FIG. 9 is a perspective view showing a state in which the cathode base layer of the membrane electrode assembly (second embodiment) of the fuel cell according to the present invention is distinguished into a plurality of portions.
The cathode underlayer 17 is finished in three rows (Y1, Y2, Y3) and three columns (X1, X2, X3) in a side view, and the Z1 region from the cathode catalyst layer 16 side to the cathode diffusion layer 18 side , Z2 region, Z3 region, and Z4 region are shown in a state of being finished. Thereby, the cathode underlayer 17 is cut into 36 parts.

以下、図10において、Z1領域、Z2領域、Z3領域、Z4領域の成分について説明する。
Z1領域は、第1層43(図3参照)に相当し、Z2領域、Z3領域およびZ4領域は、第2層44(図3参照)に相当する。
なお、カソード下地層17の各部位の区別するために、例えば「///」で示した部位を、(X1,Y1,Z4)とし、その他の部位も同様に表示する。
Hereinafter, the components of the Z1, Z2, Z3, and Z4 regions will be described with reference to FIG.
The Z1 region corresponds to the first layer 43 (see FIG. 3), and the Z2, Z3, and Z4 regions correspond to the second layer 44 (see FIG. 3).
In order to distinguish each part of the cathode underlayer 17, for example, the part indicated by “///” is (X1, Y1, Z4), and the other parts are displayed in the same manner.

図10(a)〜(d)は第2実施の形態のカソード下地層に含む撥水材料および導電材料の割合を示す第1説明図である。なお、各々の部位に示したA〜Lの成分は、表2に示す成分である。
(a)は、Z1領域であり、Z1領域は、カソード触媒層16に接触する領域である。カソード触媒層16に対するZ1領域の接着力を確保するために、Z1領域に吸水材料を添加する。吸水材料が、接着剤の働きをするからである。
吸水材料としては、一例として、接着性に優れたナフィオン(デュポン社の登録商標)などが該当する。
FIGS. 10A to 10D are first explanatory views showing the ratios of the water repellent material and the conductive material included in the cathode underlayer of the second embodiment. In addition, the components of A to L shown in each part are the components shown in Table 2.
(A) is a Z1 region, and the Z1 region is a region in contact with the cathode catalyst layer 16. In order to secure the adhesive force of the Z1 region to the cathode catalyst layer 16, a water absorbing material is added to the Z1 region. This is because the water absorbing material functions as an adhesive.
As an example of the water-absorbing material, Nafion (registered trademark of DuPont Co., Ltd.) having excellent adhesiveness is applicable.

さらに、カソード触媒層16内において、生成水が重力方向(下方向)に移動して、カソード触媒層16の下側に生成水が増加する傾向にある。そこで、カソード触媒層16の上側から下側に向けて吸水材料を漸次増加することで、Z1領域の下側の吸水性を向上させることにした。   Furthermore, in the cathode catalyst layer 16, the generated water moves in the direction of gravity (downward), and the generated water tends to increase below the cathode catalyst layer 16. Therefore, the water absorption material is gradually increased from the upper side to the lower side of the cathode catalyst layer 16 to improve the water absorption at the lower side of the Z1 region.

加えて、吸収材料の増加に伴って、カソード下地層17の上側17aから下側17bへ向けて導電性造孔剤の割合を漸次増加させた。これにより、カソード下地層17からカソード触媒層16へ酸素(O)が進入する際の、酸素(O)の拡散性を確保することができる。
導電性造孔剤としては、一例として、導電性を備えた針状炭素繊維などが該当する。
In addition, the proportion of the conductive pore-forming agent was gradually increased from the upper side 17a to the lower side 17b of the cathode underlayer 17 as the absorbing material increased. Thereby, the diffusibility of oxygen (O 2 ) when oxygen (O 2 ) enters the cathode catalyst layer 16 from the cathode underlayer 17 can be ensured.
As an example of the conductive pore-forming agent, acicular carbon fiber having conductivity is applicable.

具体的には、部位(X1,Y1,Z1)、部位(X2,Y1,Z1)および部位(X3,Y1,Z1)の3の部位で、成分をAとした。
部位(X1,Y2,Z1)、部位(X2,Y2,Z1)および部位(X3,Y2,Z1)の3の部位で、成分をbとした。
部位(X1,Y3,Z1)、部位(X2,Y3,Z1)および部位(X3,Y3,Z1)の3の部位で、成分をcとした。
Specifically, the component was set to A at three sites, ie, site (X1, Y1, Z1), site (X2, Y1, Z1) and site (X3, Y1, Z1).
The component was defined as b at three sites, site (X1, Y2, Z1), site (X2, Y2, Z1) and site (X3, Y2, Z1).
The component was set to c at three sites, site (X1, Y3, Z1), site (X2, Y3, Z1) and site (X3, Y3, Z1).

(b)は、Z2領域であり、部位(X1,Y1,Z2)、部位(X2,Y1,Z2)、部位(X3,Y1,Z2)、部位(X3,Y2,Z2)および部位(X2,Y2,Z2)の5の部位で、成分をDとした。
部位(X1,Y2,Z2)、部位(X1,Y3,Z2)、部位(X2,Y3,Z2)および部位(X3,Y3,Z2)の4の部位で、成分をEとした。
(B) is the Z2 region, and the site (X1, Y1, Z2), site (X2, Y1, Z2), site (X3, Y1, Z2), site (X3, Y2, Z2) and site (X2, The component was defined as D at 5 sites of Y2, Z2).
The component was defined as E at 4 sites: site (X1, Y2, Z2), site (X1, Y3, Z2), site (X2, Y3, Z2) and site (X3, Y3, Z2).

(c)は、Z3領域であり、部位(X1,Y1,Z3)の1つの部位で、成分をEとした。
部位(X2,Y1,Z3)、部位(X3,Y1,Z3)および部位(X3,Y2,Z3)の3の部位で、成分をFとした。
部位(X2,Y2,Z3)、部位(X1,Y2,Z3)および部位(X1,Y3,Z3)の3の部位で、成分をGとした。
部位(X2,Y3,Z3)および部位(X3,Y3,Z3)の2の部位で、成分をHとした。
(C) is the Z3 region, and the component is E in one part of the part (X1, Y1, Z3).
The component was defined as F at three sites: site (X2, Y1, Z3), site (X3, Y1, Z3) and site (X3, Y2, Z3).
The component was defined as G at three sites: site (X2, Y2, Z3), site (X1, Y2, Z3) and site (X1, Y3, Z3).
The component was defined as H at two sites, site (X2, Y3, Z3) and site (X3, Y3, Z3).

(d)は、Z4領域、すなわちカソード拡散層18に接触する領域であり、部位(X1,Y1,Z4)の1の部位で、成分をHとした。
部位(X2,Y1,Z4)および部位(X3,Y1,Z4)の2の部位で、成分をIとした。
部位(X3,Y2,Z4)および部位(X2,Y2,Z4)の2の部位で、成分をJとした。
(D) is the Z4 region, that is, the region in contact with the cathode diffusion layer 18, and the component is H at one site of the sites (X1, Y1, Z4).
The component was defined as I at two sites, site (X2, Y1, Z4) and site (X3, Y1, Z4).
The component was defined as J at the two sites of site (X3, Y2, Z4) and site (X2, Y2, Z4).

部位(X1,Y2,Z4)および部位(X1,Y3,Z4)の2の部位で、成分をKとした。
部位(X2,Y3,Z4)および部位(X3,Y3,Z4)の2の部位で、成分をLとした。
The component was defined as K at the two sites (X1, Y2, Z4) and (X1, Y3, Z4).
The component was defined as L at two sites, site (X2, Y3, Z4) and site (X3, Y3, Z4).

これにより、Z2領域、Z3領域およびZ4領域を構成する各部位の撥水材料を、酸素ガス流路24の供給側24aから排出側24bに向けて漸次増加するように含ませた。
よって、撥水材料を多量に必要とする部位には多量含ませ、少量しか必要としない部位には少量含ませることができる。
Thereby, the water repellent material of each part which comprises Z2 area | region, Z3 area | region, and Z4 area | region was included so that it might increase gradually from the supply side 24a of the oxygen gas flow path 24 toward the discharge | emission side 24b.
Therefore, a large amount can be contained in a site that requires a large amount of water repellent material, and a small amount can be contained in a site that requires only a small amount.

さらに、Z2領域、Z3領域およびZ4領域を構成する各部位の撥水材料を、カソード下地層17の上側17aから下側17bへ向けて漸次増加するように含ませた。
よって、撥水材料を多量に必要とする部位には多量含ませ、少量しか必要としない部位には少量含ませることができる。
次に、図9に示すカソード下地層17のY1領域、Y2領域、Y3領域の成分を図11(a)〜(c)で説明する。
Further, the water repellent material of each part constituting the Z2, Z3, and Z4 regions was included so as to gradually increase from the upper side 17a to the lower side 17b of the cathode underlayer 17.
Therefore, a large amount can be contained in a site that requires a large amount of water repellent material, and a small amount can be contained in a site that requires only a small amount.
Next, components of the Y1 region, Y2 region, and Y3 region of the cathode underlayer 17 shown in FIG. 9 will be described with reference to FIGS.

図11(a)〜(c)は第2実施の形態のカソード下地層に含む撥水材料および導電材料の割合を示す第2説明図である。
(a)は、Y1領域、すなわちカソード下地層17の上部となる領域であり、カソード触媒層16側の部位(X1,Y1,Z1)、部位(X2,Y1,Z1)および部位(X3,Y1,Z1)の3の部位で、成分を全てAとした。
部位(X1,Y1,Z2)、部位(X2,Y1,Z2)および部位(X3,Y1,Z2)の3の部位で、成分をDとした。
FIGS. 11A to 11C are second explanatory views showing the ratio of the water repellent material and the conductive material included in the cathode underlayer of the second embodiment.
(A) is a Y1 region, that is, a region to be an upper portion of the cathode underlayer 17, and the portion (X1, Y1, Z1), the portion (X2, Y1, Z1) and the portion (X3, Y1) on the cathode catalyst layer 16 side. , Z1), the components are all A.
The component was defined as D at 3 sites: site (X1, Y1, Z2), site (X2, Y1, Z2) and site (X3, Y1, Z2).

部位(X1,Y1,Z3)の1の部位で、成分をEとした。
部位(X2,Y1,Z3)および部位(X3,Y1,Z3)の2の部位で、成分をFとした。
部位(X1,Y1,Z4)の1の部位で、成分をHとした。
部位(X2,Y1,Z4)および部位(X3,Y1,Z4)の2の部位で、成分をIとした。
The component was defined as E at one site (X1, Y1, Z3).
The component was defined as F at two sites, site (X2, Y1, Z3) and site (X3, Y1, Z3).
The component was H at one site (X1, Y1, Z4).
The component was defined as I at two sites, site (X2, Y1, Z4) and site (X3, Y1, Z4).

(b)は、Y2領域、すなわちカソード下地層17の中央部となる領域であり、カソード触媒層16側の部位(X1,Y2,Z1)、部位(X2,Y2,Z1)および部位(X3,Y2,Z1)の3の部位で、成分を全てBとした。
部位(X1,Y2,Z2)の1の部位で、成分をEとした。
部位(X2,Y2,Z2)および部位(X3,Y2,Z2)の2の部位で、成分をDとした。
(B) is a Y2 region, that is, a region that becomes the central portion of the cathode underlayer 17, and the portion (X1, Y2, Z1), the portion (X2, Y2, Z1), and the portion (X3, X) on the cathode catalyst layer 16 side. The components were all B at 3 sites Y2 and Z1).
The component was defined as E at one site (X1, Y2, Z2).
The component was defined as D at two sites, site (X2, Y2, Z2) and site (X3, Y2, Z2).

部位(X1,Y2,Z3)および部位(X2,Y2,Z3)の2の部位で、成分をGとした。
部位(X3,Y2,Z3)の1の部位で、成分をFとした。
部位(X1,Y2,Z4)の1の部位で、成分をKとした。
部位(X2,Y2,Z4)および部位(X3,Y2,Z4)の2の部位で、成分をJとした。
The component was defined as G at two sites, site (X1, Y2, Z3) and site (X2, Y2, Z3).
The component was F in one site (X3, Y2, Z3).
The component was K at one site (X1, Y2, Z4).
The component was defined as J at the two sites of site (X2, Y2, Z4) and site (X3, Y2, Z4).

(c)は、Y3領域、すなわちカソード下地層17の下部となる領域であり、カソード触媒層16側の部位(X1,Y3,Z1)、部位(X2,Y3,Z1)および部位(X3,Y3,Z1)の3の部位で、成分を全てCとした。
部位(X1,Y3,Z2)、部位(X2,Y3,Z2)および部位(X3,Y3,Z2)の3の部位で、成分を全てEとした。
(C) is a Y3 region, that is, a region which is a lower portion of the cathode underlayer 17, and is located on the cathode catalyst layer 16 side (X1, Y3, Z1), site (X2, Y3, Z1) and site (X3, Y3). , Z1), all of the components were C.
The components were all E in the three sites of site (X1, Y3, Z2), site (X2, Y3, Z2) and site (X3, Y3, Z2).

部位(X1,Y3,Z3)の1の部位で、成分をGとした。
部位(X2,Y3,Z3)および部位(X3,Y3,Z3)の2の部位で、成分をHとした。
部位(X1,Y3,Z4)の1の部位で、成分をKとした。
部位(X2,Y3,Z4)および部位(X3,Y3,Z4)の2の部位で、成分をLとした。
The component was G in one site (X1, Y3, Z3).
The component was defined as H at two sites, site (X2, Y3, Z3) and site (X3, Y3, Z3).
The component was K at one site (X1, Y3, Z4).
The component was defined as L at two sites, site (X2, Y3, Z4) and site (X3, Y3, Z4).

これにより、Y1領域、Y2領域およびY3領域を構成する各部位の撥水材料を、カソード触媒層16側からカソード拡散層18側に向けて漸次増加するように含ませた。
よって、撥水材料を多量に必要とする部位には多量含ませ、少量しか必要としない部位には少量含ませることができる。
Thereby, the water repellent material of each part which comprises Y1 area | region, Y2 area | region, and Y3 area | region was included so that it might increase gradually toward the cathode diffusion layer 18 side from the cathode catalyst layer 16 side.
Therefore, a large amount can be contained in a site that requires a large amount of water repellent material, and a small amount can be contained in a site that requires only a small amount.

以上説明した第2実施の形態のように、カソード下地層17内の撥水材料を分布させることにより、第1実施の形態と同様に、撥水材料を、酸素ガス流路24の供給側24aから排出側24bに向けて漸次増加させ、カソード下地層17の上側17aから下側17bへ向けて漸次増加させ、カソード触媒層16側からカソード拡散層18側に向けて漸次増加させることができる。
よって、第2実施の形態の膜電極接合体12によれば、第1実施の形態と同様の効果を得ることができる。
By distributing the water repellent material in the cathode underlayer 17 as in the second embodiment described above, the water repellent material is supplied to the supply side 24a of the oxygen gas flow path 24 as in the first embodiment. From the cathode catalyst layer 16 side toward the cathode diffusion layer 18 side and gradually increased from the upper side 17a of the cathode base layer 17 toward the lower side 17b.
Therefore, according to the membrane electrode assembly 12 of the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

なお、前記実施の形態では、電解質膜15、カソード・アノード側の触媒層16,21、カソード・アノード側の下地層17,22およびカソード・アノード側の拡散層18,23が重力の作用する方向を向く方向として、これらの層が鉛直方向を向くように燃料電池10を配置した例について説明したが、それぞれの層の向きは鉛直方向に限らない。要は、各々の層を、重力の作用する方向を向くように配置すればよい。   In the above-described embodiment, the electrolyte membrane 15, the cathode / anode side catalyst layers 16 and 21, the cathode / anode side base layers 17 and 22, and the cathode / anode side diffusion layers 18 and 23 act in the direction of gravity. Although the example in which the fuel cell 10 is arranged so that these layers face the vertical direction has been described, the direction of each layer is not limited to the vertical direction. In short, each layer may be arranged so as to face the direction in which gravity acts.

また、前記実施の形態では、撥水材料46を、酸素ガス流路24の供給側24aから排出側24bに向けて漸次増加させ、さらに、カソード下地層17の上側17aから下側17bへ向けて漸次増加させ、加えて、カソード触媒層16側からカソード拡散層18側に向けて漸次増加させるという3つ内容を組み合わせた例について説明したが、これに限らないで、撥水材料46を、カソード下地層17の上側17aから下側17bへ向けて、すなわち重力の作用する方向に向けて漸次増加させるだけの内容のみを採用しても同様の効果を得ることができる。   In the embodiment, the water repellent material 46 is gradually increased from the supply side 24a of the oxygen gas flow path 24 toward the discharge side 24b, and further from the upper side 17a to the lower side 17b of the cathode base layer 17. Although an example in which the three contents of increasing gradually and in addition gradually increasing from the cathode catalyst layer 16 side toward the cathode diffusion layer 18 side has been described, the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained by adopting only the contents that are gradually increased from the upper side 17a to the lower side 17b of the foundation layer 17, that is, in the direction in which the gravity acts.

さらに、撥水材料46を、カソード下地層17の上側17aから下側17bへ向けて、すなわち重力の作用する方向に向けて漸次増加させ、かつカソード触媒層16側からカソード拡散層18側に向けて漸次増加させるという2つの内容を組み合せでも同様の効果を得ることができる。   Further, the water repellent material 46 is gradually increased from the upper side 17a to the lower side 17b of the cathode base layer 17, that is, in the direction in which gravity acts, and from the cathode catalyst layer 16 side to the cathode diffusion layer 18 side. The same effect can be obtained by combining the two contents of increasing gradually.

また、撥水材料46を、カソード下地層17の上側17aから下側17bへ向けて、すなわち重力の作用する方向に向けて漸次増加させ、かつ酸素ガス流路24の供給側24aから排出側24bに向けて漸次増加させるという2つの内容を組み合せでも同様の効果を得ることができる。   Further, the water repellent material 46 is gradually increased from the upper side 17 a to the lower side 17 b of the cathode underlayer 17, that is, in the direction in which gravity acts, and from the supply side 24 a to the discharge side 24 b of the oxygen gas flow path 24. The same effect can be obtained by combining the two contents of increasing gradually toward the.

本発明の膜電極接合体は、アノード側に水素ガスを供給するとともに、カソード側に酸素ガスを供給して発電させる燃料電池への適用に好適である。   The membrane electrode assembly of the present invention is suitable for application to a fuel cell in which hydrogen gas is supplied to the anode side and oxygen gas is supplied to the cathode side to generate electric power.

本発明に係る膜電極接合体(第1実施の形態)を備えた燃料電池を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a fuel cell provided with a membrane electrode assembly (first embodiment) according to the present invention. 本発明に係る燃料電池の膜電極接合体(第1実施の形態)の断面図である。It is sectional drawing of the membrane electrode assembly (1st Embodiment) of the fuel cell which concerns on this invention. 図2の3部拡大図である。FIG. 3 is a three-part enlarged view of FIG. 2. 第1実施の形態のカソード下地層を構成する成分割合を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the component ratio which comprises the cathode base layer of 1st Embodiment. 第1実施の形態のカソード下地層に含む撥水材料および導電材料の割合を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the ratio of the water repellent material and electroconductive material which are contained in the cathode base layer of 1st Embodiment. 第1実施の形態の第1成分表示部に関する作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action regarding the 1st component display part of 1st Embodiment. 第1実施の形態の第2成分表示部に関する作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action regarding the 2nd component display part of 1st Embodiment. 第1実施の形態の第3成分表示部に関する作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action regarding the 3rd component display part of 1st Embodiment. 本発明に係る燃料電池の膜電極接合体(第2実施の形態)のカソード下地層を複数の部位に区別した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which distinguished the cathode base layer of the membrane electrode assembly (2nd Embodiment) of the fuel cell which concerns on this invention into the some site | part. 第2実施の形態のカソード下地層に含む撥水材料および導電材料の割合を示す第1説明図である。It is 1st explanatory drawing which shows the ratio of the water repellent material and electrically conductive material which are contained in the cathode base layer of 2nd Embodiment. 第2実施の形態のカソード下地層に含む撥水材料および導電材料の割合を示す第2説明図である。It is 2nd explanatory drawing which shows the ratio of the water repellent material and electroconductive material which are contained in the cathode base layer of 2nd Embodiment. 従来の燃料電池の膜電極接合体の要部を説明する図である。It is a figure explaining the principal part of the membrane electrode assembly of the conventional fuel cell. 従来の燃料電池の膜電極接合体の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the membrane electrode assembly of the conventional fuel cell. 従来の燃料電池の膜電極接合体の要部を示す側面図である。It is a side view which shows the principal part of the membrane electrode assembly of the conventional fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池、12…燃料電池の膜電極接合体、15…電解質膜、16…カソード触媒層、17…カソード下地層、18…カソード拡散層、45…導電材料、46…撥水材料、24…酸素ガス流路、24a…酸素ガス流路の供給側、24b…酸素ガス流路の排出側。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell, 12 ... Fuel cell membrane electrode assembly, 15 ... Electrolyte membrane, 16 ... Cathode catalyst layer, 17 ... Cathode base layer, 18 ... Cathode diffusion layer, 45 ... Conductive material, 46 ... Water-repellent material, 24 ... oxygen gas flow path, 24a ... supply side of oxygen gas flow path, 24b ... discharge side of oxygen gas flow path.

Claims (2)

電解質膜のカソード側に、カソード触媒層、カソード下地層、カソード拡散層を積層し、カソード拡散層の外側に酸素ガス流路を設け、各々の層および電解質膜を重力の作用する方向に向けて配置する燃料電池の膜電極接合体において、
前記カソード下地層に導電材料および撥水材料を含み、撥水材料の割合を、重力が作用する方向に向けて漸次増加させたことを特徴とする燃料電池の膜電極接合体。
A cathode catalyst layer, a cathode underlayer, and a cathode diffusion layer are laminated on the cathode side of the electrolyte membrane, and an oxygen gas flow path is provided outside the cathode diffusion layer, and each layer and the electrolyte membrane are directed in the direction in which gravity acts. In the fuel cell membrane electrode assembly to be arranged,
A membrane electrode assembly for a fuel cell, wherein the cathode underlayer includes a conductive material and a water repellent material, and the proportion of the water repellent material is gradually increased in a direction in which gravity acts.
前記撥水材料の割合を、前記カソード触媒層側からカソード拡散層側に向けて増加させ、および/または前記酸素ガス流路の供給側から排出側に向けて漸次増加させたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池の膜電極接合体。
The ratio of the water repellent material is increased from the cathode catalyst layer side toward the cathode diffusion layer side and / or gradually increased from the supply side to the discharge side of the oxygen gas flow path. The membrane electrode assembly of the fuel cell according to claim 1.
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