JP2007242443A - Fuel cell power generation cell - Google Patents

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Yasushi Ichikawa
靖 市川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell power generation cell capable of suppressing retention of liquid water or the like to the interior of a gas diffusion layer in a fuel cell stack, and of suppressing closing of pores of the gas diffusion layer surface. <P>SOLUTION: This is the fuel cell power generating cell provided with the gas diffusion layer 2 that is a porous body in which water-repellency treatment, oil-repellency treatment, or hydrophilic treatment is applied, and in which a tube part 6 of which the vertical sectional face has a taper shape is formed. The tapered tube parts are formed in a plurality of numbers and a cross section change rate in the longitudinal direction of these are uneven. The tapered tube parts compose an aggregate, and the other tapered tube parts are peripherally installed so that the radius of the tapered tube parts becomes smaller as they are separated from the tapered tube part at the center. The neighboring tapered tube parts are mutually communicated by flow passages. The tapered tube parts are formed by a dissipating type. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池発電セルに係り、更に詳細には、スタック化したときにガス拡散層内に対流する液水等を効率良く誘導し、常に安定性した運転が可能な燃料電池発電セルに関する。   The present invention relates to a fuel cell power generation cell, and more particularly to a fuel cell power generation cell that can efficiently guide liquid water that convects in a gas diffusion layer when stacked and can always operate stably. .

燃料電池システムは、燃料が有する化学エネルギを直接電気エネルギに変換する装置であり、電解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうち陽極に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の陰極に酸素を含有する酸素剤ガスを供給し、これら一対の電極の電解質膜側の表面で生じる下記の電気化学反応を利用して電極から電気エネルギを取り出すものである(例えば特許文献1参照)。
特開平8−106914号公報
A fuel cell system is a device that directly converts chemical energy of fuel into electrical energy, and supplies a fuel gas containing hydrogen to an anode of a pair of electrodes provided with an electrolyte membrane interposed therebetween, and the other cathode An oxygen agent gas containing oxygen is supplied to the electrodes, and electric energy is extracted from the electrodes by using the following electrochemical reaction that occurs on the surface of the pair of electrodes on the electrolyte membrane side (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-8-106914

陽極反応: H → 2H + 2e …(1)
陰極反応: 2H + 2e + (1/2)O → HO …(2)
Anode reaction: H 2 → 2H + + 2e (1)
Cathode reaction: 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (2)

ここで、陽極へ燃料ガスを供給する方法としては、水素貯蔵装置から直接供給する方法、水素を含有する燃料を改質して改質した水素含有ガスを供給する方法などが知られている。上記水素貯蔵装置には、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等があり、上記水素含有燃料には、天然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。
また、陰極へ供給する酸化剤ガスとしては、一般的に空気中の酸素が利用されている。
Here, as a method of supplying the fuel gas to the anode, a method of supplying directly from a hydrogen storage device, a method of supplying a reformed hydrogen-containing gas by reforming a fuel containing hydrogen, and the like are known. Examples of the hydrogen storage device include a high-pressure gas tank, a liquefied hydrogen tank, a hydrogen storage alloy tank, and the like, and natural gas, methanol, gasoline, and the like can be considered as the hydrogen-containing fuel.
Further, oxygen in the air is generally used as the oxidant gas supplied to the cathode.

燃料電池システムにより発電を行うと、上記(2)式の右辺にあるように水が必然的に生成される。この水は発電部位の周囲環境により、ガス又は液体として発生する。
例えば、自動車の動力源として燃料電池システムを使用する場合は、セルの温度が40℃以下、ガス流速が遅い、圧力が約2気圧などの使用条件下で、酸化剤ガス側のガス拡散層内で水蒸気が液水へと相変化し、ガス拡散層内の空間を通り、表面に多数の水滴が生成されることが、観察実験から確認されている。
When power is generated by the fuel cell system, water is inevitably generated as shown on the right side of the above equation (2). This water is generated as gas or liquid depending on the surrounding environment of the power generation site.
For example, when a fuel cell system is used as a power source for an automobile, the inside of the gas diffusion layer on the oxidant gas side under operating conditions such as a cell temperature of 40 ° C. or lower, a low gas flow rate, and a pressure of about 2 atmospheres It has been confirmed from observational experiments that water vapor changes phase to liquid water and passes through the space in the gas diffusion layer to generate a large number of water droplets on the surface.

かかる水滴の生成量が多いと、ガス拡散層の内部の空間を液水が占有し、酸化剤ガスが発電セル内部の発電面まで到達できず、いわゆるフラッディング現象が生じる。
このフラッディング現象が発生すると、電圧が低下し、ひいては発電不能となり、これを動力源とするアプリケーションが運転不能となる事態に陥ってしまう。
When the amount of generated water droplets is large, liquid water occupies the space inside the gas diffusion layer, and the oxidant gas cannot reach the power generation surface inside the power generation cell, so that a so-called flooding phenomenon occurs.
When this flooding phenomenon occurs, the voltage drops, and as a result, power generation becomes impossible, and an application using this as a power source becomes inoperable.

このため、親水性処理又は撥水性処理を施した多孔質且つ膜状の熱硬化性樹脂を、層状に1層以上積層することで液水の排出を行うことが提案されている(例えば特許文献2参照)。
特開2004−288400号公報
For this reason, it has been proposed to discharge liquid water by laminating one or more layers of a porous and film-like thermosetting resin that has been subjected to hydrophilic treatment or water repellency treatment (for example, Patent Documents). 2).
JP 2004-288400 A

しかしながら、特許文献2に記載の技術では、層状の樹脂膜を燃料電池スタックとともに積層するが、樹脂膜は電気伝導性が低いためセル電圧の低下を招き、また、膜状の樹脂はガスの流通のためには閉塞物となる抵抗体であり、フラッディングを起こさない運転条件では燃料ガスや酸化剤ガスの拡散・流動を妨げ、逆効果となっていた。
また、積層面内で親水性が均一で、生成した液水が樹脂膜面を一様に覆ってしまい、結果的にガス拡散層の表面を覆うように液膜が形成され、ガスの流通を妨げられることがあり、必ずしも発電性能が向上するわけではなかった。
However, in the technique described in Patent Document 2, a layered resin film is laminated together with a fuel cell stack. However, since the resin film has low electrical conductivity, the cell voltage is lowered. For this reason, it is a resistor that becomes an obstruction, and under the operating conditions that do not cause flooding, the diffusion and flow of fuel gas and oxidant gas are hindered, which has an adverse effect.
In addition, the hydrophilicity is uniform within the laminated surface, and the generated liquid water covers the resin film surface uniformly, resulting in the formation of a liquid film so as to cover the surface of the gas diffusion layer, and the flow of gas The power generation performance was not necessarily improved.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池スタック内のガス拡散層内部に液水等が滞留することを抑制し、ガス拡散層表面の空孔閉塞を抑制し得る燃料電池発電セルを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object of the present invention is to suppress the retention of liquid water or the like inside the gas diffusion layer in the fuel cell stack, An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation cell capable of suppressing pore blockage on the surface of a diffusion layer.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、テーパー状管部を形成した多孔質体をガス拡散層とすることにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that the above problems can be solved by using a porous body having a tapered tube portion as a gas diffusion layer, thereby completing the present invention. It came to.

即ち、本発明の燃料電池発電セルは、ガス拡散層を備える燃料電池発電セルにおいて、上記ガス拡散層は、撥水処理又は撥油処理又は親水処理がなされた多孔質体であり、この多孔質体の内部に縦断面がテーパー状の管部が形成されていることを特徴とする。   That is, the fuel cell power generation cell of the present invention is a fuel cell power generation cell comprising a gas diffusion layer, wherein the gas diffusion layer is a porous body that has been subjected to water-repellent treatment, oil-repellent treatment, or hydrophilic treatment. A tube portion having a tapered longitudinal section is formed inside the body.

また、本発明の燃料電池発電セルの好適形態は、上記テーパー状管部が複数形成され、これらの長手方向の横断面変化率が不均一であることを特徴とする。   Moreover, the suitable form of the fuel cell power generation cell of the present invention is characterized in that a plurality of the tapered tube portions are formed, and the rate of change in cross section in the longitudinal direction is not uniform.

更に、本発明の燃料電池発電セルの他の好適形態は、上記ガス拡散層が複数のテーパー状管部を有し、隣接するテーパー状管部同士が流路により連通していることを特徴とする。   Furthermore, another preferred embodiment of the fuel cell power generation cell of the present invention is characterized in that the gas diffusion layer has a plurality of tapered tube portions, and the adjacent tapered tube portions communicate with each other through a flow path. To do.

更にまた、本発明の燃料電池発電セルの更に他の好適形態は、上記ガス拡散層のテーパー状管部が、消失型によって形成されたことを特徴とする。   Furthermore, still another preferred embodiment of the fuel cell power generation cell of the present invention is characterized in that the tapered tube portion of the gas diffusion layer is formed of a disappearing type.

本発明によれば、テーパー状管部を形成した多孔質体をガス拡散層とすることとしたため、燃料電池スタック内のガス拡散層内部に液水等が滞留することを抑制し、ガス拡散層表面の空孔閉塞を抑制し得る燃料電池発電セルを提供することができる。   According to the present invention, since the porous body in which the tapered tube portion is formed is used as the gas diffusion layer, it is possible to suppress liquid water and the like from staying inside the gas diffusion layer in the fuel cell stack, It is possible to provide a fuel cell power generation cell capable of suppressing surface hole blockage.

以下、本発明の燃料電池発電セルについて詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「%」は特記しない限り質量百分率を示す。   Hereinafter, the fuel cell power generation cell of the present invention will be described in detail. In the present specification and claims, “%” indicates a mass percentage unless otherwise specified.

上述の如く、本発明の燃料電池発電セルは、ガス拡散層(GDL)を備えており、このガス拡散層は、撥水処理又は撥油処理又は親水処理がなされた多孔質体から成る。また、この多孔質体の内部には、縦断面がテーパー状の管部が形成されている。
なお、上記縦断面は、テーパー状管部の長手方向の断面を示し、上記テーパー状管部は、一端から他端にかけて断面積が減少している限り、その断面積の形状は円に限定されるものではない。
As described above, the fuel cell power generation cell of the present invention includes a gas diffusion layer (GDL), and this gas diffusion layer is made of a porous body that has been subjected to water-repellent treatment, oil-repellent treatment, or hydrophilic treatment. Further, a tube portion having a tapered longitudinal section is formed inside the porous body.
The longitudinal section shows a longitudinal section of the tapered tube portion, and the sectional shape of the tapered tube portion is limited to a circle as long as the sectional area decreases from one end to the other end. It is not something.

このような構成により、ガス拡散層が撥水性又は撥油性のときは、ガス拡散層中の空間に点在していた水や油などの液体は、集まって凝集しようとする液滴の表面張力により、微細なガス拡散層中の空間からテーパー状管部の広い空間へ移動する。そのため、ガス拡散層中の微細空間は空になるので、ガスの流通が妨げられるのが抑制される。
また、多孔質体の有する細孔より広い空間がテーパー形状をなしているため、液滴自身の表面張力により、流路の一部に断面を塞ぐよう付着した水や油は、テーパー状管部の広い側と狭い側とで、液界面形状の半径が異なるように着座する。このとき、半径が異なることから圧力差が発生するため、圧力の低い側へ移動しガス拡散層から排出される。
こうして、水発生量の多い高負荷運転時や、飽和温度に較べて低い温度下での発電が持続できる。
With such a configuration, when the gas diffusion layer is water-repellent or oil-repellent, liquid such as water or oil scattered in the space in the gas diffusion layer collects the surface tension of the droplets to be aggregated. By this, it moves from the space in the fine gas diffusion layer to the wide space of the tapered tube portion. For this reason, the fine space in the gas diffusion layer is empty, so that it is possible to prevent the gas from flowing.
In addition, since the space wider than the pores of the porous body has a tapered shape, the water or oil that adheres so as to block the cross section of a part of the flow path due to the surface tension of the droplet itself is tapered tube section The wide side and the narrow side are seated so that the radius of the liquid interface shape is different. At this time, since the radius is different, a pressure difference is generated, so that the gas moves to a lower pressure side and is discharged from the gas diffusion layer.
In this way, power generation at a high load operation with a large amount of water generated or at a temperature lower than the saturation temperature can be maintained.

一方、ガス拡散層が親水性のときは、ガス拡散層内の流路に留まることなく、ガス拡散層の多孔空間内に液水が浸透する。これにより、水が不足する箇所での湿潤機構となるため、乾き勝手な条件下での発電が抑制される。   On the other hand, when the gas diffusion layer is hydrophilic, liquid water penetrates into the porous space of the gas diffusion layer without staying in the flow path in the gas diffusion layer. Thereby, since it becomes a wet mechanism in the location where water runs short, the power generation under the condition that it is easy to dry is suppressed.

ここで、上記テーパー状管部を複数形成し、これらの長手方向の横断面変化率を不均一とすることが好適である。言い換えれば、ガス拡散層中に設けたテーパー状管部の連続的な断面積変化率、即ちテーパー角をテーパー状管部ごとに異ならせることができる。
これにより、液水等の移動速度を変化させることができ、所望の排水性能を設定することが可能となる。
なお、テーパー状管部の横断面とは、ガス拡散層の延在方向の断面(水平断面)に現れるテーパー状管部の断面を言う。また、不均一とは、隣接するテーパー状管部同士が異なる横断面変化率の形状であれば足り、必ずしも全てのテーパー状管部について異なる横断面変化率の形状を付与することを意味するものではない。
Here, it is preferable to form a plurality of the tapered tube portions so that the rate of change in the cross section in the longitudinal direction is not uniform. In other words, the continuous cross-sectional area change rate of the tapered tube portion provided in the gas diffusion layer, that is, the taper angle can be varied for each tapered tube portion.
Thereby, the moving speed of liquid water etc. can be changed and it becomes possible to set desired drainage performance.
In addition, the cross section of a taper-shaped pipe part means the cross section of the taper-shaped pipe part which appears in the cross section (horizontal cross section) of the extending direction of a gas diffusion layer. Further, the term “non-uniform” means that adjacent tapered tube portions need only have different cross-sectional change rate shapes, and that means that all tapered tube portions have different cross-sectional change rate shapes. is not.

上記ガス拡散層となる多孔質体の内部には、複数のテーパー状管部が集合体(コロニー状態)をなしていることが好適である。
具体的には、該集合体の中央にあるテーパー状管部から離間するに従い、テーパー状管部の半径が小さくなるように他のテーパー状管部を周設することができる。ここで、半径とは、ガス拡散層の同一面(表面又は裏面)における開口の半径、又はガス拡散層の水平断面にて形成される開口の半径を示す。
また、該集合体の中央にあるテーパー状管部から離間するに従い、横断面変化率が小さくなるように他のテーパー状管部を周設することもできる。
It is preferable that a plurality of tapered pipe portions form an aggregate (colony state) inside the porous body serving as the gas diffusion layer.
Specifically, as the radius of the tapered tube portion decreases as the distance from the tapered tube portion at the center of the aggregate increases, the other tapered tube portion can be provided around. Here, the radius indicates the radius of the opening on the same surface (front surface or back surface) of the gas diffusion layer or the radius of the opening formed in the horizontal section of the gas diffusion layer.
Further, as the distance from the tapered tube portion at the center of the aggregate increases, another tapered tube portion can be provided so as to reduce the rate of change in cross section.

これにより、1の集合体には、流路半径の大きなテーパー状管部を中心に、その周囲に段階的に流路半径の小さいテーパー状管部が形成されているので、中心から遠いところから中心へ液水等を移動させることができ、より広範囲に液水等の移動を制御可能となるため、更に液水生成量が多い条件下での発電が可能となる。
なお、テーパー状管部の集合体は、燃料電池発電セルの大きさ、形状、多孔質体の種類などに応じて、ガス拡散層の任意の部位に1個又は複数個形成できる。
As a result, in one aggregate, a tapered tube portion having a small flow channel radius is formed around the tapered tube portion having a large flow channel radius. Liquid water or the like can be moved to the center, and movement of the liquid water or the like can be controlled over a wider range, so that it is possible to generate power under a condition where the amount of liquid water generated is larger.
One or a plurality of aggregates of tapered tube portions can be formed in any part of the gas diffusion layer according to the size, shape, type of porous body, and the like of the fuel cell power generation cell.

また、上記ガス拡散層に複数のテーパー状管部を形成するときは、隣接するテーパー状管部同士を流路により連通させることが好適である。
このときは、発生した液水等は、ガス拡散層の細孔を介して近くのテーパー状管部に移動するだけでなく、流路によりガス拡散層内のテーパー状管部が面内方向に接続されているため、半径が大きく圧力の低いテーパー状管部へ容易に移動できる。言い換えれば、液水等は、相対的に流路の径が小さいテーパー状管部から流路の径が相対的に大きいテーパー状管部へ、より広い空間を有するテーパー状管部へ移動し得る。これより、液を凝集させ排出させることができるため、液水生成量が多い条件下での発電が持続できる。
Moreover, when forming a some taper-shaped pipe part in the said gas diffusion layer, it is suitable to make adjacent taper-shaped pipe parts communicate with each other by the flow path.
At this time, the generated liquid water or the like not only moves to the nearby tapered tube portion through the pores of the gas diffusion layer, but also the tapered tube portion in the gas diffusion layer is moved in the in-plane direction by the flow path. Since it is connected, it can be easily moved to a tapered tube portion having a large radius and a low pressure. In other words, liquid water or the like can move from a tapered tube portion having a relatively small channel diameter to a tapered tube portion having a relatively large channel diameter to a tapered tube portion having a wider space. . As a result, since the liquid can be condensed and discharged, power generation under a condition where the amount of liquid water generated is large can be maintained.

更に、上記テーパー状管部を連通させる流路は、テーパー状であり且つ終端部を有することが好適である。
流路をテーパー状とすることで、テーパー状管部からテーパー状管部へと移動する液水等の方向を制御できる。また、終端部をテーパー状管部以外の多孔質体の内部に存在させることで、面内方向に移動する液水等をより多く確保することができる。これにより、液水等の回収量が増大し、更に困難な条件下での発電が可能となる。
Furthermore, it is preferable that the flow path for communicating the tapered tube portion is tapered and has a terminal portion.
By making the flow path into a tapered shape, the direction of liquid water or the like that moves from the tapered tube portion to the tapered tube portion can be controlled. Further, by allowing the terminal portion to be present inside the porous body other than the tapered tube portion, more liquid water or the like that moves in the in-plane direction can be secured. Thereby, the collection amount of liquid water etc. increases and it becomes possible to generate electric power under more difficult conditions.

本発明の燃料電池発電セルにおいて、上記ガス拡散層は、カソード極側、アノード極側の一方又は双方に配設することができる。
このとき、カソード極側に配設するガス拡散層は、テーパー状管部が、発電面側からガスチャンネル側へ拡径しつつ連通していることが好適である。これにより、液水生成が起こり易いカソード極での液水回収・排出機能を付与できるので、液水生成量が多い困難な条件下での発電が可能となる。
また、アノード極側に配設するガス拡散層は、テーパー状管部が、ガスチャンネル側から発電面側へ拡径しつつ連通していることが好適である。これにより、液水生成が起こりにくいアノード極、即ち乾燥がちなアノード極側に、何らかの原因により電解質膜を通して水蒸気が入った際、ガス拡散層内で液化した液水を回収・排出させる機能を付与できるので、アノード極でのドライアウトを抑制できる。
In the fuel cell power generation cell of the present invention, the gas diffusion layer can be disposed on one or both of the cathode electrode side and the anode electrode side.
At this time, it is preferable that the gas diffusion layer disposed on the cathode electrode side communicates with the tapered tube portion while expanding from the power generation surface side to the gas channel side. As a result, the function of collecting and discharging liquid water at the cathode electrode where liquid water generation is likely to occur can be provided, so that power generation under difficult conditions with a large amount of liquid water generation becomes possible.
Further, it is preferable that the gas diffusion layer disposed on the anode electrode side communicates with the tapered tube portion while expanding the diameter from the gas channel side to the power generation surface side. This provides a function to collect and discharge liquid water that has been liquefied in the gas diffusion layer when water vapor enters the anode electrode that is unlikely to generate liquid water, that is, the anode electrode that tends to dry, through the electrolyte membrane for some reason. Therefore, dryout at the anode electrode can be suppressed.

本発明の燃料電池発電セルにおいては、ガス拡散層のテーパー状管部は、消失型によって形成することが好適である。
このときは、所望の液水回収・排出機能を有する多孔質体を容易に作製することが可能となる。
In the fuel cell power generation cell of the present invention, it is preferable that the tapered tube portion of the gas diffusion layer is formed by a disappearing type.
At this time, a porous body having a desired liquid water recovery / discharge function can be easily produced.

また、上記ガス拡散層となる多孔質体としては、代表的には、カーボン繊維、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア又はタンタル、及びこれらの任意の組合わせに係るものを使用できる。
更に、上記消失型は、素材を適宜変更することで、形成されるテーパー状管部に、撥水処理又は撥油処理又は親水処理を施すことができる。
例えば、撥水性および撥油性を付与するときは、ポリエチレンテレフタレート(PTFE)や、4フッ化エチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体などのフッ素樹脂、およびHfO、などを使用できる。親水性を付与するときは、TiO、SiO、CeOなどを使用できる。
Moreover, as a porous body used as the said gas diffusion layer, the thing which concerns on carbon fiber, a silica, a titania, an alumina, a zirconia, a tantalum, and these arbitrary combinations can be used typically.
Further, the disappearing mold can be subjected to water repellent treatment, oil repellent treatment or hydrophilic treatment on the formed tapered tube portion by appropriately changing the material.
For example, when imparting water repellency and oil repellency, fluororesin such as polyethylene terephthalate (PTFE), a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoroalkoxyethylene, and HfO 2 can be used. When imparting hydrophilicity, TiO 2 , SiO 2 , CeO 3 or the like can be used.

以下、本発明の燃料電池発電セルの実施形態を図面に基づいて更に詳述するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, although the embodiment of the fuel cell power generation cell of the present invention is further explained in detail based on a drawing, the present invention is not limited to these.

図1は、燃料電池発電セルの一実施形態を示すものであり、一般的な燃料電池スタックのセル構造の繰り返しをなす要素の1つとなるものである。
また、燃料電池発電セルは、セパレーター1、ガス拡散層(GDL)2、触媒層が表面に設置された固体電解質膜3から構成される。セパレーター1の凹凸形状のうち、凹部は流体の流通するチャンネル1a、凸部はリブ又はランド部1bと称する。
FIG. 1 shows an embodiment of a fuel cell power generation cell, which is one of the elements that make up the cell structure of a general fuel cell stack.
The fuel cell power generation cell is composed of a separator 1, a gas diffusion layer (GDL) 2, and a solid electrolyte membrane 3 on which a catalyst layer is installed. Of the concavo-convex shape of the separator 1, the concave portion is referred to as a channel 1 a through which fluid flows, and the convex portion is referred to as a rib or land portion 1 b.

図2は、図1の燃料電池発電セルで使用できる第1のガス拡散層2の縦断面を示すものである。
ガス拡散層2は、内部にテーパー状管部6を有する。テーパー状管部6は、何らかの流体に対して流路となり、その流通に使用できる。
FIG. 2 shows a longitudinal section of the first gas diffusion layer 2 that can be used in the fuel cell power generation cell of FIG.
The gas diffusion layer 2 has a tapered tube portion 6 inside. The tapered tube portion 6 becomes a flow path for some fluid and can be used for circulation thereof.

図3は、接触角が160°程度の撥水性を有するガス拡散層2において、テーパー状管部6中に液滴が存在した場合の、液滴が移動する駆動力を表している。
図示するように、気液界面がなす幾何学的な形状から、テーパー状管部内の上流下流において、液滴の球面をつくる半径が決まる。このとき、上流下流ではそれぞれ、流路断面積が異なり、球面の半径に差が生じる。それぞれの表面液体側の圧力は、2σ/r1又は2σ/r2だけ周囲ガスの圧力より高い。つまり、上面の半径r1がr2よりも大きいため、周囲ガスの圧力<2σ/r1<2σ/r2となる圧力の大小関係が現れ、結果として、圧力の小さいほう、即ち半径の大きい側(図3の上側)へ移動することとなる。
このことは、ガス拡散層2中に点在していた液水等は、凝縮により体積を増加してゆき、たがいに接続するようになると、狭い空間から広い空間へ接触角が大きいため移動しようとすることを意味している。ガス拡散層2が狭い空間であるとすると、テーパー状管部6が形成する空間はガス拡散層2の細孔径に対し、十分大きいとみなすことができ、細孔中の液はテーパー状管部6へ移動してくる。このため、細孔中ではガスの移動には若干の拡散率低下にすぎないガス拡散をとりもどすことが可能であり、細孔中に液水等が介在する場合の極度の拡散抵抗が大な場合よりも、燃料電池の発電が良好に行われることを意味する。
なお、接触角が5°程度の親水性を有するガス拡散層は、撥水性の場合と逆に、半径の小さいほうへ液滴が移動することになる。
FIG. 3 shows a driving force for moving the droplet when the droplet exists in the tapered tube portion 6 in the gas diffusion layer 2 having water repellency with a contact angle of about 160 °.
As shown in the figure, the radius that forms the spherical surface of the droplet is determined from the geometric shape formed by the gas-liquid interface, upstream and downstream in the tapered tube section. At this time, the cross-sectional area of the flow path differs between the upstream and downstream, and a difference occurs in the radius of the spherical surface. The pressure on the respective surface liquid side is higher than the pressure of the surrounding gas by 2σ / r1 or 2σ / r2. That is, since the radius r1 of the upper surface is larger than r2, the magnitude relation of the pressure of the ambient gas <2σ / r1 <2σ / r2 appears, and as a result, the smaller pressure, that is, the larger radius side (FIG. 3). To the upper side).
This means that liquid water and the like scattered in the gas diffusion layer 2 will increase in volume due to condensation, and will move because they have a large contact angle from a narrow space to a wide space when they are connected to each other. It means that. If the gas diffusion layer 2 is a narrow space, the space formed by the tapered tube portion 6 can be considered to be sufficiently larger than the pore diameter of the gas diffusion layer 2, and the liquid in the pores is tapered tube portion. Move to 6. For this reason, it is possible to reverse the gas diffusion, which is only a slight decrease in the diffusivity in the movement of the gas in the pores, and the extreme diffusion resistance when liquid water etc. is present in the pores is large This means that the power generation of the fuel cell is performed better.
In the gas diffusion layer having hydrophilicity with a contact angle of about 5 °, the liquid droplet moves to the smaller radius, contrary to the case of water repellency.

以上のように、ガス拡散層2に形成したテーパー状管部6は、燃料電池が発電をした際に行われる上記(2)式により生成される液水、加湿のための投入水蒸気の結露による液水、又はアノード側から拡散によりカソード側に移流してきた蒸気が結露した液水、などの通路として利用することができる。また、テーパー状管部6は、一定間隔に設けても良いし、不定間隔に設けても構わない。更に、所望の条件や液水等の発生の大小に合わせて適宜設置されることが望ましい。   As described above, the tapered tube portion 6 formed in the gas diffusion layer 2 is formed by the dew condensation of the liquid water generated by the above equation (2) performed when the fuel cell generates power and the input steam for humidification. It can be used as a passage for liquid water or liquid water in which the vapor transferred from the anode side to the cathode side by diffusion has condensed. Further, the tapered tube portions 6 may be provided at regular intervals or at irregular intervals. Furthermore, it is desirable to install it appropriately according to the desired conditions and the amount of liquid water generated.

図4は、図1の燃料電池発電セルで使用できる第2のガス拡散層2の縦断面である。
テーパー状管部6は、ガス拡散層2のチャンネル1aに面する表面の法線方向に対し、ある角度をもって備えられている。
この場合は、チャンネル1aに酸化剤ガス又は燃料ガスを流通させる際、ガス拡散層2のチャンネル表面において、テーパー状管部6が流通ガスの流れる向きに偏向していた場合、ガスの流速が上がるほどチャンネル表面では圧力が下がる。このため、液水等が移動するテーパー状管部6が傾きを有することで、テーパー状管部6の出口付近のチャンネル表面での圧力が下がり、液水等の移動が助長されるため、積極的な排水が可能となる。
FIG. 4 is a longitudinal section of the second gas diffusion layer 2 that can be used in the fuel cell power generation cell of FIG.
The tapered tube portion 6 is provided at an angle with respect to the normal direction of the surface of the gas diffusion layer 2 facing the channel 1a.
In this case, when the oxidant gas or the fuel gas is circulated through the channel 1a, the flow rate of the gas increases when the tapered tube portion 6 is deflected in the flowing direction of the circulated gas on the channel surface of the gas diffusion layer 2. The pressure drops at the channel surface. For this reason, since the taper-shaped pipe part 6 to which liquid water etc. moves has an inclination, the pressure on the channel surface near the exit of the taper-like pipe part 6 falls, and movement of liquid water etc. is promoted. Drainage is possible.

図5は、図1の燃料電池発電セルで使用できる第3のガス拡散層2の縦断面である。
テーパー状管部6は、ガス拡散層2の厚さ方向に対して自由な深さで形成されている。即ち、上面から下面へ貫通しているテーパー状管部6と、上面からガス拡散層2の中間部までのテーパー状管部6が混在している。
この場合は、燃料電池発電セルによる発電中に温度が高温となり、固体電解質膜表面で蒸気として発生した水が、チャンネル1aへ向かう途中のガス拡散層2の中間部で液化することがあるが、多孔質中にテーパー状管部6があることで、液化が促進され易い。
水が液化しない場合は、体積が液の場合よりガスでは1000倍(密度で1/1000)もあるため、上記(2)式の酸化のために酸素が供給されなければならないが、同時に発生する蒸気(水のガス)と酸素が相互に対向する向きに流れようとするので、酸素の供給が妨げられ易い。このため、液化が行われる付近のみにテーパー状管部6を形成することで、多孔質体部分を残し、積極的な液化を図り、水蒸気ガスが酸化剤ガスの遡上を妨げるのを抑制できる。
以上のようなテーパー状管部6を備えるガス拡散層2は、テーパー形状をもったオスの型をカーボン繊維とバインダとよばれる樹脂のスラリー状の物体である中に型を介在させ、固着・焼成されることで製作できる。また、テーパー形状の突起をもった基盤上に前記スラリーを載せ、固着・焼成させることでも製作できる。
FIG. 5 is a longitudinal section of the third gas diffusion layer 2 that can be used in the fuel cell power generation cell of FIG.
The tapered tube portion 6 is formed with a free depth with respect to the thickness direction of the gas diffusion layer 2. That is, the tapered tube portion 6 penetrating from the upper surface to the lower surface and the tapered tube portion 6 from the upper surface to the middle portion of the gas diffusion layer 2 are mixed.
In this case, the temperature becomes high during power generation by the fuel cell power generation cell, and water generated as vapor on the surface of the solid electrolyte membrane may be liquefied in the middle part of the gas diffusion layer 2 on the way to the channel 1a. The presence of the tapered tube portion 6 in the porous body facilitates liquefaction.
When water is not liquefied, the volume of the gas is 1000 times (1/1000 in density) than when it is liquid, so oxygen must be supplied for the oxidation of equation (2) above, but it occurs simultaneously. Since steam (water gas) and oxygen tend to flow in directions opposite to each other, supply of oxygen is likely to be hindered. For this reason, by forming the tapered tube portion 6 only in the vicinity where liquefaction is performed, the porous body portion can be left and active liquefaction can be achieved, and the water vapor gas can be prevented from preventing the oxidant gas from going up. .
The gas diffusion layer 2 having the tapered tube portion 6 as described above is formed by interposing a die in a tape-shaped male die which is a resin slurry-like object called carbon fiber and binder. Can be manufactured by firing. It can also be produced by placing the slurry on a substrate having a taper-shaped protrusion, and fixing and firing.

図6は、図1の燃料電池発電セルで使用できる第4のガス拡散層2の縦断面である。
テーパー状管部6は、自由な方向を向いて形成されている。
この場合は、リブ1bの下で生成した液水等をスムーズにチャンネル1aへ移動させるのに有効となる。
FIG. 6 is a longitudinal section of the fourth gas diffusion layer 2 that can be used in the fuel cell power generation cell of FIG.
The tapered tube portion 6 is formed in a free direction.
In this case, it is effective to smoothly move the liquid water generated under the rib 1b to the channel 1a.

図7は、図1の燃料電池発電セルで使用できる第5のガス拡散層2の縦断面である。
テーパー状管部6をメッシュ状物体7で予め作製しておき、これがガス拡散層2内に配設された構成を有する。このメッシュの細孔径は、焼成後のガス拡散層2の細孔径よりも大きいことが望ましい。図8はメッシュ状物体7の拡大図である。メッシュ状物体7は、例えば、スパッタリング、ポリイミドによりコーティングされた微細細線等で作製できる。
FIG. 7 is a longitudinal section of a fifth gas diffusion layer 2 that can be used in the fuel cell power generation cell of FIG.
The tapered tube portion 6 is prepared in advance with a mesh-like object 7 and has a configuration in which the tapered tube portion 6 is disposed in the gas diffusion layer 2. The pore diameter of this mesh is preferably larger than the pore diameter of the gas diffusion layer 2 after firing. FIG. 8 is an enlarged view of the mesh-like object 7. The mesh-like object 7 can be produced by, for example, sputtering, fine fine wires coated with polyimide, or the like.

図9は、図1の燃料電池発電セルで使用できる第6のガス拡散層2の縦断面である。
ガス拡散層2を構成する多孔質体が、マイクロビーズと呼ばれる微小な粒径0.01μm〜0.1mm程度の電気伝導性の良い粒子を用いて作製されたものである。マイクロビーズは、例えば、スパッタリング、ポリイミドによりコーティングされた微細細線等で作製できる。
なお、マイクロビーズを用いた多孔質体は、該マイクロビーズを用いたシートを積層して作製できるが、テーパー状管部6は、積層される層ごとにテーパー状管部6となる孔の粒径を段階的に変化させて形成できる。
FIG. 9 is a longitudinal section of a sixth gas diffusion layer 2 that can be used in the fuel cell power generation cell of FIG.
The porous body that constitutes the gas diffusion layer 2 is made using fine particles called microbeads having a good particle size of about 0.01 μm to 0.1 mm. The microbeads can be produced, for example, by sputtering, fine fine wires coated with polyimide, or the like.
A porous body using microbeads can be prepared by laminating sheets using the microbeads. However, the tapered tube portion 6 is a particle of a hole that becomes a tapered tube portion 6 for each layer to be laminated. It can be formed by changing the diameter stepwise.

図10は、図1の燃料電池発電セルで使用できる第7のガス拡散層2の縦断面である。
複数存在するテーパー状管部6は、ガス拡散層2の面内に形成した流路8により、連通している。この連通する流路8の本数は、テーパー状管部6の本数に関係なく設置することができる。望ましくは、液水生成の頻度や生成量の多い箇所に合わせて設置できる。
なお、流路8を設けて連通する場合、図11に示すように、隣り合うテーパー状管部6間で繋がった液水等が、テーパー状管部6内での平均的な半径に差があるときは、小さい液滴9は半径が小さいため液内で圧力が高くなり、大きい液滴10は半径が大きいため圧力が周囲より高くなるが、小さい液滴9よりも相対的に低くなる。このため、小さい液滴9は大きい液滴10側へと寄せ集められる。
FIG. 10 is a longitudinal section of a seventh gas diffusion layer 2 that can be used in the fuel cell power generation cell of FIG.
The plurality of tapered pipe portions 6 communicate with each other through a flow path 8 formed in the plane of the gas diffusion layer 2. The number of the flow paths 8 that communicate with each other can be set regardless of the number of the tapered pipe sections 6. Desirably, it can be installed according to the location where the liquid water is frequently generated or generated.
In addition, when communicating by providing the flow path 8, as shown in FIG. 11, the liquid water etc. which were connected between the adjacent tapered pipe parts 6 have a difference in the average radius in the tapered pipe parts 6. In some cases, the small droplet 9 has a small radius and therefore a high pressure in the liquid, and the large droplet 10 has a large radius and the pressure is higher than the surroundings, but is relatively lower than the small droplet 9. For this reason, the small droplets 9 are gathered toward the large droplet 10 side.

図12は、図1の燃料電池発電セルで使用できる第8のガス拡散層2の縦断面である。
複数存在するテーパー状管部6のテーパー角を変え、平均径をそれぞれ変化させている。テーパー状管部6の流路径が変わっているので、液水回収・排出機能の作用を更に引き出すことが可能となる。
FIG. 12 is a longitudinal section of an eighth gas diffusion layer 2 that can be used in the fuel cell power generation cell of FIG.
The taper angle of the plurality of tapered tube portions 6 is changed to change the average diameter. Since the flow path diameter of the tapered tube portion 6 is changed, it is possible to further draw out the action of the liquid water recovery / discharge function.

図13は、図1の燃料電池発電セルで使用できる第9のガス拡散層2の縦断面である。
連通流路8は、終端部9がガス拡散層2の内部に存在し、且つテーパー状管部6同士が連通するように形成されている。これにより、上述のように、液水回収・排出機能を更に向上させ得る。
一方、図13に示すガス拡散層2を、撥水性材料ではなく親水性材料(例えば接触角5°)で構成することもできる。このときは、ガス拡散層2の細孔に液水等が引き込まれ、テーパー状管部6の空間には液水等が存在しにくくなる。むしろテーパー状管部6がガスの流通に使用され易くなる。液水等は電解質膜3に接する箇所を通じ、電解質膜3へ供給されるので、電解質膜3の乾燥を抑制できる。
FIG. 13 is a longitudinal section of a ninth gas diffusion layer 2 that can be used in the fuel cell power generation cell of FIG.
The communication flow path 8 is formed so that the terminal end portion 9 exists inside the gas diffusion layer 2 and the tapered tube portions 6 communicate with each other. Thereby, as described above, the liquid water recovery / discharge function can be further improved.
On the other hand, the gas diffusion layer 2 shown in FIG. 13 can be made of a hydrophilic material (for example, a contact angle of 5 °) instead of the water repellent material. At this time, liquid water or the like is drawn into the pores of the gas diffusion layer 2, and liquid water or the like is unlikely to exist in the space of the tapered tube portion 6. Rather, the tapered tube portion 6 is easily used for gas flow. Since liquid water or the like is supplied to the electrolyte membrane 3 through a portion in contact with the electrolyte membrane 3, drying of the electrolyte membrane 3 can be suppressed.

図14は、図1の燃料電池発電セルで使用できる第8のガス拡散層2の横断面である。即ち、複数のテーパー状管部6がなす集合体(コロニー状態)の一例である。
ガス拡散層2中のテーパー状管部6は、平均径の大きいものが中心に配設され、その周囲に離れるに従い小さい径のものが配設されている。
また、図15に示すように、ガス拡散層2内部には、連通管8により放射状、木の根状にテーパー状管部6が連通されていることが良い。この構造により、狭い空間から広い空間へ液が集まってくる機構を応用して、面内の方向へ液水等を移動可能になる。これより、テーパー状管部6によりガス拡散層2外部の意図した位置へ液水等を移動させることが可能となる。
更に、図16に示すように、木の根状のコロニー構成は、ガス拡散層2の全域にわたって配設することができる。また、これらのコロニー構成は、ガス拡散層2の面内方向において、テーパー状管部6の存在密度を適宜変化させることができる。例えば、液水等が発生しやすい場所には多く設置し、発生しない場所には設置しないことにより、液水等の移動性を更に向上させ得る。
FIG. 14 is a cross section of an eighth gas diffusion layer 2 that can be used in the fuel cell power generation cell of FIG. That is, it is an example of an aggregate (colony state) formed by a plurality of tapered tube portions 6.
The tapered tube portion 6 in the gas diffusion layer 2 has a large average diameter disposed at the center, and a tapered tube portion 6 having a smaller diameter as it goes away from the periphery.
In addition, as shown in FIG. 15, it is preferable that a tapered pipe portion 6 is communicated radially and through a tree root with a communication pipe 8 inside the gas diffusion layer 2. This structure makes it possible to move liquid water or the like in the in-plane direction by applying a mechanism for collecting liquid from a narrow space to a wide space. Thus, it is possible to move liquid water or the like to the intended position outside the gas diffusion layer 2 by the tapered tube portion 6.
Furthermore, as shown in FIG. 16, the tree-like colony structure of the tree can be arranged over the entire area of the gas diffusion layer 2. Further, these colony configurations can appropriately change the existence density of the tapered tube portion 6 in the in-plane direction of the gas diffusion layer 2. For example, it is possible to further improve the mobility of liquid water or the like by installing many in places where liquid water or the like is likely to be generated and not installing in places where liquid water or the like is not generated.

図17は、テーパー状管部6を備えるガス拡散層2をカソード側のみに設置し、テーパー状管部6の開口がカソードチャンネル12側へ拡径するように設置された燃料電池発電セルである。
この場合は、ガス拡散層2の内部で発生した液水等は、ガス拡散層2内部からテーパー状管部6を介して、カソードガスチャンネル12へ積極的に排出され得る。なお、図17はテーパー状管部6を含むようにした縦断面である。
FIG. 17 shows a fuel cell power generation cell in which the gas diffusion layer 2 having the tapered tube portion 6 is installed only on the cathode side, and the opening of the tapered tube portion 6 is expanded so as to expand toward the cathode channel 12 side. .
In this case, liquid water or the like generated inside the gas diffusion layer 2 can be positively discharged from the gas diffusion layer 2 into the cathode gas channel 12 via the tapered tube portion 6. FIG. 17 is a vertical cross section including the tapered tube portion 6.

図18は、テーパー状管部6を備えるガス拡散層2をアノード側のみに設置し、テーパー状管部6の開口がアノードチャンネル13側へ縮径するように設置された燃料電池発電セルである。
この場合は、ガス拡散層2の内部で発生した液水等は、ガス拡散層2内部からテーパー状管部6を介して、電解質膜3へ積極的に移動できる。なお、図18はテーパー状管部6を含むようにした縦断面である。
FIG. 18 shows a fuel cell power generation cell in which the gas diffusion layer 2 including the tapered tube portion 6 is installed only on the anode side, and the opening of the tapered tube portion 6 is disposed so as to reduce the diameter toward the anode channel 13 side. .
In this case, liquid water or the like generated inside the gas diffusion layer 2 can actively move to the electrolyte membrane 3 from the inside of the gas diffusion layer 2 through the tapered tube portion 6. FIG. 18 is a longitudinal section including the tapered tube portion 6.

図19は、テーパー状管部6を備えるガス拡散層2が、カソード側及びアノード側に設置された燃料電池発電セルの断面概略図である。カソード側のガス拡散層2は、テーパー状管部6の開口がカソードチャンネル12側へ拡径するように設置されている。アノード側のガス拡散層2は、テーパー状管部6の開口がアノードチャンネル13側へ縮径するように設置されている。
これにより、液水等がカソード側及びアノード側の両側に発生する条件であっても、液水等をより確実に誘導でき、片側のガス拡散層2だけにテーパー状管部6を備えた場合に比べて相乗的な効果が得られる。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of a fuel cell power generation cell in which the gas diffusion layer 2 including the tapered tube portion 6 is installed on the cathode side and the anode side. The cathode-side gas diffusion layer 2 is installed so that the diameter of the opening of the tapered tube portion 6 increases toward the cathode channel 12 side. The gas diffusion layer 2 on the anode side is installed so that the opening of the tapered tube portion 6 is reduced in diameter toward the anode channel 13 side.
As a result, even when the liquid water is generated on both the cathode side and the anode side, the liquid water can be more reliably guided, and the tapered tube portion 6 is provided only on the gas diffusion layer 2 on one side. A synergistic effect can be obtained.

図20は、ガス拡散層のテーパー状管部を形成する消失型とその製造方法の一例を模式的に示した図である。
例えば、PTFEを用いた消失型14を用いれば、ガス拡散層に撥水処理が施されるとともに、意図したテーパー状管部6のネットワーク空間を形成することが可能である。
FIG. 20 is a diagram schematically showing an example of a vanishing type for forming a tapered tube portion of a gas diffusion layer and a method for manufacturing the same.
For example, if the vanishing type 14 using PTFE is used, the gas diffusion layer is subjected to water repellency treatment, and the intended network space of the tapered tube portion 6 can be formed.

また、消失型14の作製方法としては、例えば、まずマスター型15を、耐久性のあるメタルなどを用いたオス型にて作製する。ここで、代表的なガス拡散層の厚さが約200μmであることを考慮すると、テーパー状管部6や連通流路8は、数十μmオーダーのサイズである。そのため、このマスター型15は、微細加工のMEMSや、超微細な切削により得られる。
次いで、このマスター型15をベースとして、消失型をつくるためのメス型16を柔軟な樹脂等により作製する。このメス型16にPTFEを流し込み、固化させることで消失型14が得られる。
In addition, as a method for manufacturing the disappearance mold 14, for example, the master mold 15 is first manufactured by a male mold using a durable metal or the like. Here, considering that the thickness of a typical gas diffusion layer is about 200 μm, the tapered tube portion 6 and the communication channel 8 have a size of the order of several tens of μm. Therefore, the master die 15 can be obtained by micromachining MEMS or ultrafine cutting.
Next, using this master mold 15 as a base, a female mold 16 for producing a disappearing mold is made of a flexible resin or the like. The disappearance mold 14 is obtained by pouring PTFE into the female mold 16 and solidifying it.

燃料電池スタックのセル構造の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the cell structure of a fuel cell stack. ガス拡散層の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a gas diffusion layer. テーパー状管部内の液滴が移動するメカニズムを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the mechanism in which the droplet in a taper-shaped pipe part moves. ガス拡散層の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a gas diffusion layer. ガス拡散層の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a gas diffusion layer. ガス拡散層の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a gas diffusion layer. ガス拡散層の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a gas diffusion layer. メッシュ状物体の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a mesh-like object. 導電性マイクロビーズを積層して得たガス拡散層の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the gas diffusion layer obtained by laminating | stacking electroconductive micro bead. ガス拡散層の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a gas diffusion layer. 連通したテーパー状管部間での液の移動を示す概略図である。It is the schematic which shows the movement of the liquid between the taper-shaped pipe parts which connected. ガス拡散層の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a gas diffusion layer. ガス拡散層の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a gas diffusion layer. ガス拡散層の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a gas diffusion layer. ガス拡散層の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a gas diffusion layer. ガス拡散層の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a gas diffusion layer. 燃料電池発電セルの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a fuel cell power generation cell. 燃料電池発電セルの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a fuel cell power generation cell. 燃料電池発電セルの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a fuel cell power generation cell. 消失型とこれを作製するための各種の型の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a vanishing type | mold and the various type | molds for producing this.

符号の説明Explanation of symbols

1 セパレーター
1a チャンネル
1b リブ
2 ガス拡散層(GDL)
3 触媒層が表面に設置された固体電解質膜
6 テーパー状管部
7 メッシュ状物体
8 テーパー状管部を結ぶ連通流路
9 テーパー状管部にある半径が小さい液滴(圧力が大)
10 テーパー状管部にある半径が大きい液滴(圧力が相対的に小)
12 カソードガスチャンネル
13 アソードガスチャンネル
14 PTFEなどの樹脂による消失型
15 マスター型
16 消失型を作製するためのメス型
1 Separator 1a Channel 1b Rib 2 Gas diffusion layer (GDL)
3 Solid Electrolyte Membrane 6 with Catalyst Layer Installed on Surface 6 Tapered Tube Part 7 Mesh Object 8 Communication Channel 9 Connecting Tapered Tube Part Droplet with a Small Radius in Tapered Pipe Part (High Pressure)
10 Droplet with large radius in tapered tube (relatively small pressure)
12 Cathode gas channel 13 Asode gas channel 14 Dissipation mold 15 by resin such as PTFE 15 Master mold 16 Female mold for producing disappearance mold

Claims (9)

ガス拡散層を備える燃料電池発電セルにおいて、
上記ガス拡散層は、撥水処理又は撥油処理又は親水処理がなされた多孔質体であり、この多孔質体の内部に縦断面がテーパー状の管部が形成されていることを特徴とする燃料電池発電セル。
In a fuel cell power generation cell comprising a gas diffusion layer,
The gas diffusion layer is a porous body that has been subjected to a water-repellent treatment, an oil-repellent treatment, or a hydrophilic treatment, and a tubular portion having a tapered longitudinal section is formed inside the porous body. Fuel cell power generation cell.
上記テーパー状管部が複数形成され、これらの長手方向の横断面変化率が不均一であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電セル。   2. The fuel cell power generation cell according to claim 1, wherein a plurality of the tapered tube portions are formed, and the rate of change in the cross-section in the longitudinal direction is not uniform. 上記テーパー状管部が集合体をなし、該集合体の中央にあるテーパー状管部から離間するに従い、テーパー状管部の半径が小さくなるように他のテーパー状管部が周設されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池発電セル。   The tapered tube portion forms an aggregate, and as the tapered tube portion is separated from the tapered tube portion at the center of the aggregate, another tapered tube portion is provided so that the radius of the tapered tube portion becomes smaller. The fuel cell power generation cell according to claim 2. 上記テーパー状管部が集合体をなし、該集合体の中央にあるテーパー状管部から離間するに従い、横断面変化率が小さくなるように他のテーパー状管部が周設されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の燃料電池発電セル。   The taper-shaped tube portion forms an aggregate, and as the taper-shaped tube portion is separated from the taper-shaped tube portion at the center of the aggregate, the other taper-shaped tube portions are provided so that the rate of change in the cross section decreases. The fuel cell power generation cell according to claim 2 or 3, characterized in that 上記ガス拡散層が複数のテーパー状管部を有し、隣接するテーパー状管部同士が流路により連通していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の燃料電池発電セル。   The fuel according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas diffusion layer has a plurality of tapered tube portions, and adjacent tapered tube portions communicate with each other through a flow path. Battery power generation cell. 上記テーパー状管部を連通させる流路が、テーパー状であり且つ終端部を有することを特徴とする請求項5に記載の燃料電池発電セル。   6. The fuel cell power generation cell according to claim 5, wherein the flow path for communicating the tapered tube portion is tapered and has a terminal portion. 上記ガス拡散層をカソード極側に備え、テーパー状管部が、発電面側からガスチャンネル側へ拡径しつつ連通していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の燃料電池発電セル。   The gas diffusion layer is provided on the cathode electrode side, and the tapered tube portion communicates while expanding from the power generation surface side to the gas channel side. The fuel cell power generation cell described. 上記ガス拡散層をアノード極側に備え、テーパー状管部が、ガスチャンネル側から発電面側へ拡径しつつ連通していることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の燃料電池発電セル。   The gas diffusion layer is provided on the anode electrode side, and the tapered tube portion communicates while expanding from the gas channel side to the power generation surface side. The fuel cell power generation cell described. 上記ガス拡散層のテーパー状管部が、消失型によって形成されたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つの項に記載の燃料電池発電セル。燃料電池発電セル。   The fuel cell power generation cell according to any one of claims 1 to 8, wherein the tapered tube portion of the gas diffusion layer is formed of a disappearing type. Fuel cell power generation cell.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008108507A (en) * 2006-10-24 2008-05-08 Mitsubishi Electric Corp Polymer electrolyte fuel cell and its manufacturing method
WO2010050377A1 (en) * 2008-10-28 2010-05-06 セイコーインスツル株式会社 Fuel cell and fuel cell system
WO2010050378A1 (en) * 2008-10-28 2010-05-06 セイコーインスツル株式会社 Fuel cell and fuel cell system
KR100974640B1 (en) * 2009-09-03 2010-08-06 한국에너지기술연구원 Fuel cell with gas diffusion layer having flow channel and manufacturing method thereof
JP2010231922A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2017107662A (en) * 2015-12-07 2017-06-15 株式会社デンソー Fuel battery single cell and fuel battery cell stack
JP2017168333A (en) * 2016-03-17 2017-09-21 シャープ株式会社 Fuel cell
JP2022179943A (en) * 2021-05-24 2022-12-06 本田技研工業株式会社 Electrochemical cell, cell operation system and cell operation method

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008108507A (en) * 2006-10-24 2008-05-08 Mitsubishi Electric Corp Polymer electrolyte fuel cell and its manufacturing method
US9190674B2 (en) 2008-10-28 2015-11-17 Seiko Instruments Inc. Fuel cell and fuel cell system
DE112009002388B4 (en) 2008-10-28 2018-04-26 Seiko Instruments Inc. Fuel cell and fuel cell system
JP5311587B2 (en) * 2008-10-28 2013-10-09 セイコーインスツル株式会社 Fuel cell and fuel cell system
JP5311586B2 (en) * 2008-10-28 2013-10-09 セイコーインスツル株式会社 Fuel cell and fuel cell system
GB2476742A (en) * 2008-10-28 2011-07-06 Seiko Instr Inc Fuel cell and fuel cell system
GB2477043A (en) * 2008-10-28 2011-07-20 Seiko Instr Inc Fuel cell and fuel cell system
CN102187505A (en) * 2008-10-28 2011-09-14 精工电子有限公司 Fuel cell and fuel cell system
GB2477043B (en) * 2008-10-28 2013-09-04 Seiko Instr Inc Fuel cell and fuel cell system
GB2476742B (en) * 2008-10-28 2013-09-11 Seiko Instr Inc Fuel cell and fuel cell system
WO2010050378A1 (en) * 2008-10-28 2010-05-06 セイコーインスツル株式会社 Fuel cell and fuel cell system
WO2010050377A1 (en) * 2008-10-28 2010-05-06 セイコーインスツル株式会社 Fuel cell and fuel cell system
US9406951B2 (en) 2008-10-28 2016-08-02 Seiko Instruments Inc. Fuel cell and fuel cell system as described and claimed in
JP2010231922A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
KR100974640B1 (en) * 2009-09-03 2010-08-06 한국에너지기술연구원 Fuel cell with gas diffusion layer having flow channel and manufacturing method thereof
JP2017107662A (en) * 2015-12-07 2017-06-15 株式会社デンソー Fuel battery single cell and fuel battery cell stack
JP2017168333A (en) * 2016-03-17 2017-09-21 シャープ株式会社 Fuel cell
JP2022179943A (en) * 2021-05-24 2022-12-06 本田技研工業株式会社 Electrochemical cell, cell operation system and cell operation method
JP7220742B2 (en) 2021-05-24 2023-02-10 本田技研工業株式会社 ELECTROCHEMICAL CELL, CELL OPERATING SYSTEM AND CELL OPERATING METHOD

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