JP2006107752A - Membrane electrode assembly of fuel cell - Google Patents
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Abstract
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
Oxygen gas flows from the
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(H2)を接触させるとともに、カソード層102内の触媒に酸素(O2)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
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
Hydrogen ions (H + ) generated by the reaction in the anode layer 103 (see FIG. 12) permeate the
On the other hand, oxygen gas flows from the
よって、水素イオン(H+)と酸素(O2)とが反応して、生成水(H2O)が生成される。水素イオン(H+)と酸素(O2)との反応は、触媒層102aにおいて進行する。
生成した生成水(H2O)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(H2O)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(H2O)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(H2O)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
Part of the generated water (H 2 O) is returned to the
A part of the remaining generated water (H 2 O) passes through the
For this reason, the generated water (H 2 O) tends to accumulate on the
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(H2O)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
On the other hand, part of the generated water (H 2 O) flowing out from the
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
For this reason, on the
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。)。
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
The
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
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
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。
A
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
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
By providing the
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
The
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
The
The
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
The
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
By providing the
酸素ガス流路24に酸素(O2)を供給することにより、酸素(O2)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(O2)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(O2)が矢印aの如く電解質膜15内に入り込む。
By supplying the
Oxygen (O 2 ) in the
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(O2)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
Therefore, in the
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
A part of the remaining generated water flows out from the
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
In order to facilitate understanding, the oxygen
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
As an example of the
Hereinafter, in the first embodiment, the
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
Further, as shown by the second
Further, the ratio of the water repellent material is gradually increased from the
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
Further, as shown by the fifth
Further, the ratio of the conductive material is gradually decreased from the
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
In Table 1, the ratio (wt%) of the
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
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
In the vicinity of the
By securing the moisture content on the
Therefore, the ratio of the
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
Therefore, the ratio of the
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
Furthermore, in the area 30c of the first
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
In the
Therefore, in the vicinity of the
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
The ratio of the
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
Furthermore, in the area 33c of the fourth
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
As shown in FIG. 1, when the
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
Therefore, in the
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
Therefore, the ratio of the
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
Further, in the
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
In the
Specifically, in the
Furthermore, in the
In addition, in the
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
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
Therefore, the generated water tends to accumulate on the
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
Therefore, the ratio of the
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
Further, in the
In addition, in the
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(O2)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
The
Accordingly, the amount of oxygen (O 2 ) entering the
これにより、水素イオン(H+)と酸素(O2)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(O2)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
Accordingly, the proportion of the
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
Furthermore, in the
In addition, in the
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(O2)が矢印cの如く進入し、進入した酸素(O2)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(O2)とが反応して、生成水が生成される。
Next, the operation of the
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
On the other hand, hydrogen ions (H + ) generated by the reaction in the anode catalyst layer 21 (see FIG. 2) permeate the
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(O2)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(O2)との反応をより一層促進させることができる。
Here, in the
Therefore, when hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) react and the generated water enters the
Thereby, the
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
The generated water that has entered the
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
Therefore, in the vicinity of the
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
Therefore, the ratio of the
Thereby, the generated water that has reached the
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
Here, oxygen gas flows relatively smoothly on the
For this reason, even if the ratio of the
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
Therefore, the ratio of the
As a result, the drainage of the produced water can be increased on the
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
Hereinafter, the
In Table 2, the ratio (wt%) of the water absorbing material, the
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
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
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
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
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(O2)が進入する際の、酸素(O2)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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Therefore, according to the
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
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
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
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
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.
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
Claims (2)
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.
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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