JP2007258008A - Separator for fuel cell, and fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池用セパレータ及び燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell separator and a fuel cell.
高分子電解質型燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸化ガスをガス拡散電極によって電気化学的に反応させて、電気と熱とを同時に発生させるものである。図8は、従来の高分子電解質型燃料電池の構成を示す概略断面図である。この高分子電解質燃料電池111は、基本的には陽イオン(水素イオン)を選択的に輸送する高分子電解質膜101、及び高分子電解質膜101の両面に配置された一対の電極(アノード又はカソード)104からなる。電極104は、電極触媒(例えば白金金属など)を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒層102と、触媒層102の外面に形成され通気性及び導電性を兼ね備えたガス拡散層103とからなる。
A polymer electrolyte fuel cell generates electricity and heat simultaneously by electrochemically reacting a fuel gas such as hydrogen and an oxidizing gas such as air with a gas diffusion electrode. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a conventional polymer electrolyte fuel cell. This polymer
高分子電解質膜101及び電極104で構成される膜電極接合体(MEA)110の外側には、当該MEAを機械的に固定するとともに、隣接するMEA110を互いに電気的に直列に接続し、さらに電極104に燃料ガス又は酸化剤ガス(反応ガス)を供給し、かつ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路122、132を有する板状のセパレータ120、130が配置される。また、燃料ガスや酸化剤ガスが電池外にリークしたり、互いに混合したりしないように、電極104の周囲には高分子電解質膜101を挟んでガスシール材106が配置され、さらには冷却水が電池外にリークしないように、Oリング124、125も配置される。
On the outside of a membrane electrode assembly (MEA) 110 composed of the
それぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスが流れるガス流路122、132は、セパレータ120、130と別に設けることもできるが、図8に示すように、セパレータ120、130の表面に溝を設けてガス流路122とする方式が一般的である。そして、セパレータ120、130の他方の面には、電池温度を一定に保つための冷却水を循環させる冷却水の流路123、133が設けられる。冷却水を循環させることにより、反応により発生した熱エネルギーは、温水などの形で利用することができる。
The
セパレータ120、130は高い導電性を有し、かつ燃料ガスに対して高いガス気密性を有し、さらに燃料ガス及び酸化剤ガスの酸化還元反応に対して高い耐食性を有する必要がある。このような理由から、従来のセパレータ120、130は、通常グラッシーカーボン又は膨張黒鉛などのカーボン材料で構成されるのが一般的である。また、ガス流路122、132及び冷却水の流路123、133は、セパレータ120、130の表面を切削したり、セパレータ120、130の成型時に型によって形成したりする方法が用いられてきた。
The
上記のような従来の燃料電池111においては、電池反応によって生成する水がセパレータ板120、130のガス流路122、132に滞留しやすく、触媒層102において生成された水や結露した水(生成水)の量が甚だしい場合は完全にガス流路122、132を塞いでしまう。これをフラッディング現象という。フラッディング現象は、生成水によるものだけでなく、供給ガスが過剰に加湿されている場合にも発生し得る。そして、いったんフラッディング現象が発生すると、その部分にはガスが流れなくなり、電池性能が急激に低下して、電池として機能しなくなる可能性がある。
In the
更に、例えば燃料ガスがガス流路122内を通らず、ガス流路122を隔てるリブ部を超えて、隣接するガス流路122に流れるショートカットが発生し、当該ショートカットによって燃料ガスが十分に利用されず、電池性能が低下してしまうという問題もある。このショートカットは、酸化剤ガスが流れるガス流路132においても起こる問題である。このショートカットをアノード側に代表させて図面を参照しながらより詳細に説明する。
Further, for example, a shortcut occurs in which the fuel gas does not pass through the
図9は、図8におけるアノード側のセパレータ120のガス流路122側からみた正面図である。図9に示すように、ガス流路122が例えば直線部122pと隣接する直線部122pを接続するターン部122qとを具備するサーペンタイン形状を有する場合、矢印Pで示すようにガス流路122中を燃料ガスが上流側から下流側へと流れるが、隣接するガス流路122の圧力に差が生じる。そのため、燃料ガスのシールが不十分であると、矢印Qで示すように、ガス流路122の直線部122p間を隔てるリブ部(図示せず)を越えて燃料ガスが隣接するガス流路122にショートカットしてしまい、ターン部122qに供給される燃料ガス量が減る。したがって、MEA110の電極104の全面に均一に燃料ガスを供給することができず、電池性能が低下してしまう。
FIG. 9 is a front view of the anode-
なお、図9に示すセパレータ120は、燃料ガス供給用マニホールド孔120p及び燃料ガス排出用マニホールド孔120qを有し、さらに、酸化剤ガス供給用マニホールド孔130p、酸化剤ガス排出用マニホールド孔130q、冷却水供給用マニホールド孔133p及び冷却水排出用マニホールド孔133qを有する。
The
これに対し、特許文献1においては、特に反応ガス流路内における水の滞留の抑制を意図して、セパレータの表面の一部に親水処理を施す方法が提案されている。具体的には、図10に示すように、セパレータ122のガス拡散層に接する面126の一部とガス流路122の内面に親水処理を施して親水処理部120aを設けることにより、生成水がガス拡散層を通ることなく、かつ親水処理領域を経てガス流路122内に滞留せずに排出されることが提案されている。図10は、従来のセパレータの断面構造を示す概略断面図である。
On the other hand, Patent Document 1 proposes a method of applying a hydrophilic treatment to a part of the separator surface with the intention of suppressing the retention of water in the reaction gas channel. Specifically, as shown in FIG. 10, by performing hydrophilic treatment on a part of the
さらに、特許文献2においては、上述のような反応ガスのショートカットを防止することを意図して、セパレータとMEAを組み立てたときにガス拡散層を変形させ、反応ガスをシールしたい部分のガス拡散層の多孔度を低下させることが提案されている。
しかしながら、上記特許文献1において提案された技術によっても、フラッディング及びショートカットの問題を十分には解決することができず、未だ改善の余地があった。また、上記特許文献2が提案するようにガス拡散層の多孔度を低下させる場合、ガス拡散層の表面に、傷又は工法上の公差などに起因する凹凸が存在すると、組み立てによる変形後に十分なガスシール性能を得られないことがある。
However, even the technique proposed in Patent Document 1 cannot sufficiently solve the problem of flooding and shortcuts, and there is still room for improvement. Further, when reducing the porosity of the gas diffusion layer as proposed in
そこで、本発明は、以上の観点に鑑みてなされたものであり、ガス流路における反応ガスのショートカット及びフラッディングをより確実に抑制し、反応ガスをMEA全体により確実に均一に供給することができ、安定した運転が容易かつ十分にできる燃料電池を実現し得る燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。また、本発明は、反応ガスをMEA全体により確実に均一に供給することができ、安定した運転が容易かつ十分にできる燃料電池を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above viewpoints, and can more reliably suppress the shortcut and flooding of the reaction gas in the gas flow path, and reliably and uniformly supply the reaction gas to the entire MEA. An object of the present invention is to provide a fuel cell separator capable of realizing a fuel cell that can be stably and easily operated. Another object of the present invention is to provide a fuel cell in which the reaction gas can be reliably and uniformly supplied to the entire MEA and can be stably and easily operated.
上記課題を解決すべく、本発明は、
水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟むアノード及びカソードを含む膜電極接合体と、膜電極接合体を挟む一対のセパレータとを含む燃料電池に用いられるセパレータであって、
セパレータは、アノード又はカソードに接触する面に設けられた、重力方向と交わる複数の部分流路を含むガス流路と、部分流路同士を隔てるリブ部と、を有し、
リブ部は、アノード又はカソードに接触する第1の面を有し、
部分流路は、当該部分流路の内壁面を構成する第2の面を有し、
第1の面の親水性(A1)が、第2の面の親水性(B)よりも高く、かつ
第1の面の重力方向下側において第2の面が第1の面に隣接する第1の部分及び第1の面の重力方向上側において第2の面が第1の面に隣接する第2の部分のうちの少なくとも一方の親水性(A2)が、第2の面の親水性(B)よりも高いこと、
を特徴とするセパレータを提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A separator used in a fuel cell, comprising a polymer electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity, a membrane electrode assembly including an anode and a cathode sandwiching the polymer electrolyte membrane, and a pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly. ,
The separator has a gas flow path including a plurality of partial flow paths that intersect with the direction of gravity, provided on a surface that contacts the anode or the cathode, and a rib portion that separates the partial flow paths,
The rib portion has a first surface that contacts the anode or the cathode;
The partial flow path has a second surface constituting the inner wall surface of the partial flow path,
The hydrophilicity (A 1 ) of the first surface is higher than the hydrophilicity (B) of the second surface, and the second surface is adjacent to the first surface below the first surface in the direction of gravity. The hydrophilicity (A 2 ) of at least one of the first portion and the second portion adjacent to the first surface on the upper side in the gravity direction of the first surface is the hydrophilicity of the second surface. Higher than sex (B),
A separator is provided.
このような構成によれば、セパレータの表面に親水性の異なる部分を設け、反応ガスがショートカットする部分に生成水を意図的に滞留させることで、ガスシール性をより確実に発揮させることができる。すなわち、生成水が、親水性の低い部分から高い部分へと移動する性質を利用して、反応ガスがショートカットする部分に生成水を意図的に存在させ、当該ショートカットをより確実に抑制することができる。 According to such a configuration, by providing a part having a different hydrophilicity on the surface of the separator and intentionally retaining the generated water in the part where the reactive gas is shortcut, the gas sealing property can be more reliably exhibited. . That is, by utilizing the property that the generated water moves from a low hydrophilic part to a high part, the generated water is intentionally present in the part where the reactive gas is shortcut, and the shortcut can be more reliably suppressed. it can.
より具体的には、処理前のセパレータの表面の親水性が低い場合に、アノード又はカソードと接触するセパレータのうちのリブ部からなる第1の面に親水処理を施しても、ガス流路の内壁面からなる第2の面全ての親水性が略均一であると、ガス流路内を通る水は幾分か滞留し、より確実にガス流路管外に出ることができない。そこで、本実施形態においては、ガス流路の内壁面からなる第2の面のうちの、アノード又はカソードと接する第1の面に隣接する部分(すなわち第1の面の重力方向下側において第2の面が第1の面に隣接する第1の部分、及び第1の面の重力方向上側において第2の面が第1の面に隣接する第2の部分)にまで親水性の高い領域を広げることにより、ガス流路内を流れる水が親水性の高い部分で液膜状となって、当該水がアノード又はカソードとセパレータとの接触面に入ることが可能となる。このようにして、セパレータとアノード又はカソードとの間に入った水は、毛管現象の効果も相俟って、容易に排出されることはない。 More specifically, when the hydrophilicity of the surface of the separator before the treatment is low, even if the hydrophilic treatment is applied to the first surface formed of the rib portion of the separator in contact with the anode or the cathode, If the hydrophilicity of all of the second surfaces consisting of the inner wall surfaces is substantially uniform, some of the water passing through the gas flow channel stays and cannot be reliably discharged out of the gas flow channel tube. Therefore, in the present embodiment, of the second surface consisting of the inner wall surface of the gas flow path, the portion adjacent to the first surface in contact with the anode or the cathode (that is, the first surface on the lower side in the gravity direction of the first surface). A region having high hydrophilicity up to a first portion in which the second surface is adjacent to the first surface and a second portion in which the second surface is adjacent to the first surface on the upper side in the gravity direction of the first surface By spreading the water, the water flowing in the gas channel becomes a liquid film at a highly hydrophilic portion, and the water can enter the contact surface between the anode or the cathode and the separator. In this way, the water that has entered between the separator and the anode or cathode is not easily discharged due to the effect of capillary action.
また、上記のような親水性の高い領域がガス流路の内壁面全てに存在すると、ガス流路内を通る水の量が多くなった場合、フラッディングが引き起こされることになるが、上述のように、ガス流路内に、水詰まりを防ぐための親水性が低い領域と、水を目的の領域に送り込むための親水性が高い領域と、の両方を設けることにより、上記フラッディングをより確実に抑制することができる。 In addition, if the highly hydrophilic region as described above exists on all the inner wall surfaces of the gas flow path, flooding may be caused when the amount of water passing through the gas flow path increases. In addition, by providing both a low hydrophilic area for preventing water clogging and a high hydrophilic area for feeding water to the target area in the gas flow path, the flooding can be more reliably performed. Can be suppressed.
したがって、上記構成を有する本発明のセパレータは、燃料電池に用いれば、フラッディングをより確実に抑制することができるとともに、セパレータのうちのアノード又はカソードと接触する部分に水を積極的に滞留させることができ、このように滞留した水によって、隣接するガス流路間をショートカットする反応ガスをより確実にシールすることができる。すなわち、本発明によれば、ガス流路における反応ガスのショートカット及びフラッディングをより確実に抑制し、反応ガスをMEA全体により確実に均一に供給することができ、安定した運転が容易かつ十分にできる燃料電池を実現し得る燃料電池用セパレータを提供することができる。 Therefore, when the separator of the present invention having the above-described configuration is used in a fuel cell, flooding can be more reliably suppressed, and water can be actively retained in a portion of the separator that contacts the anode or cathode. Thus, the water that stays in this way can more reliably seal the reaction gas that shortcuts between adjacent gas flow paths. That is, according to the present invention, the shortcut and flooding of the reaction gas in the gas flow path can be more reliably suppressed, the reaction gas can be reliably and uniformly supplied to the entire MEA, and stable operation can be easily and sufficiently performed. A fuel cell separator capable of realizing a fuel cell can be provided.
また、本発明は、
水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟むアノード及びカソードを含む膜電極接合体と、膜電極接合体を挟む一対のセパレータとを含み、
一対のセパレータのうちの少なくとも一方が、上記の本発明のセパレータであること、
を特徴とする燃料電池を提供する。
The present invention also provides:
A polymer electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity, a membrane electrode assembly including an anode and a cathode sandwiching the polymer electrolyte membrane, and a pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly,
At least one of the pair of separators is the separator of the present invention,
A fuel cell is provided.
本発明の燃料電池では、先に述べたセパレータを用いているため、MEAのうちのアノード又はカソードの触媒層全体に反応ガスを安定して供給することが可能となり、フラッディングをより確実に抑制することができる。特に、セパレータの表面の親水性が高い部分を限定することで、水がガス流路を閉塞することをより確実に抑制することができる。すなわち、本発明によれば、反応ガスをMEA全体により確実に均一に供給することができ、安定した運転が容易かつ十分にできる燃料電池を提供することができる。
なお、本明細書において、反応ガスとは燃料ガス及び酸化剤ガスを含む。
In the fuel cell according to the present invention, since the separator described above is used, it becomes possible to stably supply the reaction gas to the entire catalyst layer of the anode or cathode of the MEA, and more reliably suppress flooding. be able to. In particular, it is possible to more reliably prevent water from blocking the gas flow path by limiting the highly hydrophilic portion of the separator surface. That is, according to the present invention, it is possible to provide a fuel cell in which the reaction gas can be reliably and uniformly supplied to the entire MEA, and stable operation can be easily and sufficiently performed.
In the present specification, the reaction gas includes a fuel gas and an oxidant gas.
以上のように、本発明によれば、ガス流路における反応ガスのショートカット及びフラッディングをより確実に抑制し、反応ガスをMEA全体により確実に均一に供給することができ、安定した運転が可能な燃料電池を実現し得る燃料電池用セパレータを提供することができる。また、本発明によれば、反応ガスをMEA全体により確実に均一に供給することができ、安定した運転が容易かつ十分にできる燃料電池を提供することができる。 As described above, according to the present invention, reactive gas shortcuts and flooding in the gas flow path can be more reliably suppressed, and the reactive gas can be reliably and uniformly supplied to the entire MEA, enabling stable operation. A fuel cell separator capable of realizing a fuel cell can be provided. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a fuel cell that can reliably and uniformly supply the reaction gas to the entire MEA and can perform stable operation easily and sufficiently.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
[第一実施形態]
図1は、本発明の燃料電池の第一実施形態の基本構成を示す概略断面図である。まず、本実施形態の燃料電池100の構成について説明する。図1に示す燃料電池100は、基本的には陽イオン(水素イオン)を選択的に輸送する高分子電解質膜1、及び高分子電解質膜1の両面に配置された一対の電極(アノード及びカソード)4からなる。電極4は、電極触媒(例えば白金金属など)を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒層2と、触媒層2の外面に形成され通気性及び導電性を兼ね備えたガス拡散層3とからなる。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the basic configuration of the first embodiment of the fuel cell of the present invention. First, the configuration of the
上記の高分子電解質膜1及び電極4で構成される膜電極接合体(MEA)10の外側には、当該MEAを機械的に固定するとともに、隣接するMEA10を互いに電気的に直列に接続し、さらに電極4に燃料ガス又は酸化剤ガス(反応ガス)を供給し、かつ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路を有する板状のセパレータ20、30が配置された構成を有している。
On the outside of the membrane electrode assembly (MEA) 10 composed of the polymer electrolyte membrane 1 and the electrode 4, the MEA is mechanically fixed, and adjacent MEAs 10 are electrically connected to each other in series. Further, a configuration is provided in which plate-
また、燃料ガスや酸化剤ガスが電池外にリークしたり、互いに混合したりしないように、電極4の周囲には高分子電解質膜1を挟んでガスシール材6が配置され、さらには冷却水が電池外にリークしないように、Oリング24、25が配置された構成を有している。このように構成されたMEA10の複数個を、セパレータ板を介して交互に積層して燃料電池100のセルスタックが構成されている。
Further, a
ガス拡散層3を構成する材料としては、特に限定されることなく、当該分野で公知のものを使用することができる。例えばカーボンクロスやカーボンペーパーなどの導電性多孔質基材を用いることができる。また、触媒層2は、貴金属からなる電極触媒を担持した導電性炭素粒子と、陽イオン(水素イオン)伝導性を有する高分子電解質と、を含む。
The material constituting the gas diffusion layer 3 is not particularly limited, and those known in the art can be used. For example, a conductive porous substrate such as carbon cloth or carbon paper can be used. The
本発明の燃料電池は、上述したように、主として、セパレータ20、30のガス流路22、32に特徴を有する。ガス流路22、32の表面には溝を設けてガス流路22、32が形成されている。また、セパレータ20、30の他方の面には、電池温度を一定に保つための冷却水を循環させる冷却水の流路23、33が設けられる。ここに冷却水を循環させることにより、反応により発生した熱エネルギーは、温水などの形で利用することができる。
As described above, the fuel cell of the present invention is mainly characterized by the
本発明の燃料電池100におけるセパレータは、アノード側セパレータ20とカソード側セパレータ30とを含み、両者間に冷却水の流路が形成されている。アノード側セパレータ20は、アノードと対向する面に、アノードへ燃料ガスを供給する燃料ガスのガス流路22を有し、反対側の面には、冷却水の流路23を有する。カソード側セパレータ30は、カソードと対向する面に、カソードへ酸化剤ガスを供給する酸化剤ガスのガス流路32を有し、反対側の面には、冷却水の流路33を有する。
The separator in the
隣接する単電池のアノード側セパレータ20とカソード側セパレータ30との間には、流路23と33とにより形成される1組の冷却水の流路が形成される。アノード側セパレータ20には、冷却水の流路23を囲むように溝が形成されており、ここにOリング25をはめ込むことにより、セパレータ20と30との間から冷却水が外部へ漏洩するのを防止する。図1においては、各単電池間に冷却水の流路が形成されているが、単セル2〜3個毎に冷却水の流路を配置してもよい。単セル間に冷却水の流路を形成しない場合は、一方の面に燃料ガスの流路を設け、他方の面に酸化剤ガスの流路を設けた、アノード側セパレータとカソード側セパレータとを兼ねる単一のセパレータを使用することも可能である。
Between the anode-
また、セパレータの材質としては、金属製、カーボン製、黒鉛と樹脂を混合した材料などがあり、幅広く使用することができる。例えばカーボン粉末とバインダーとの混合物を射出成形して得られるセパレータや、チタンやステンレス鋼製セパレータの表面に金メッキを施したものなども使用することができる。
ここで、本実施形態の燃料電池100においては、図1に示すように、MEA10がセパレータ20、30を介して燃料電池100の接地面(図1中のXで示される面)の法線方向に略垂直な方向に複数個積層されており、図1においてはY軸で示される上下方向が重力方向となる。
Moreover, as a material of a separator, there exist metal, carbon, the material which mixed graphite and resin, etc., and it can be used widely. For example, a separator obtained by injection-molding a mixture of carbon powder and a binder, or a titanium or stainless steel separator whose surface is plated with gold can be used.
Here, in the
以下においては、燃料電池100に搭載されるセパレータ(本発明のセパレータの一実施形態)について、アノード側セパレータ20に代表させて、図面を参照しながらさらに詳しく説明する。なお、本実施形態においては、カソード側セパレータ30はアノード側セパレータ20と同じ構成を有する。
In the following, a separator (one embodiment of the separator of the present invention) mounted on the
図2は、図1に示した燃料電池100のアノード側セパレータ20の要部拡大断面図である。すなわち、図2は、図1に示した燃料電池100の部分Xの拡大図であり、アノード側セパレータ20の要部を、接地面Xに略垂直な方向に沿って切断した場合の要部拡大断面図である。したがって、図2に示されているガス流路22は、重力方向と交わる流路部分22aである。アノード側セパレータ20の燃料ガス用のガス流路22は、アノード側セパレータ20の表面に開口するように設けた溝によって構成されている。この溝は、ガス拡散層3により覆われたとき、断面が略矩形の流路部分となる。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the anode-
また、図3は、図1におけるアノード側のセパレータ20のガス流路22側からみた正面図である。図3に示すように、ガス流路22は、ガスを略直進させる略直線状のメイン流路部である直線部22pと、隣接する直線部22pを接続するターン部22qと、を具備するサーペンタイン形状を有し、矢印Pで示すようにガス流路22中を燃料ガスが上流側から下流側へと流れる。そして、直線部22pが上記の部分流路22aを含む。
なお、図3に示すアノード側セパレータ20は、燃料ガス供給用マニホールド孔20p及び燃料ガス排出用マニホールド孔20qを有し、さらに、酸化剤ガス供給用マニホールド孔30p、酸化剤ガス排出用マニホールド孔30q、冷却水供給用マニホールド孔33p及び冷却水排出用マニホールド孔33qを有する。これらは、従来公知の方法によってガス流路または冷却水の流路と連通している。
FIG. 3 is a front view of the anode-
3 has a fuel gas
本実施形態の燃料電池100においては、アノード側セパレータ20は、図2に示すように、アノードに接触する面に設けられた、重力方向と交わる部分流路22aを含むガス流路22と、部分流路22aを隔てるリブ部(図示せず)と、を有し、リブ部はアノードに接触する第1の面20aを有する。また、部分流路22aは、部分流路22aの内壁面を構成する第2の面20bを有する。また、一点鎖線Rで示される領域は、略矩形の形状を有するアノードに対応する領域である。
In the
また、アノード側セパレータ20は、第1の面20aに形成された親水処理部200、第1の面20aの重力方向下側において第2の面20bが第1の面20aに隣接する第1の部分20c1(すなわち、第2の面20bのうちの、リブ部の重力方向下側に位置する角部を挟んで第1の面20aに接する部分)に形成された親水処理部201、及び第1の面20aの重力方向上側において第2の面20bが第1の面20aに隣接する第2の部分20c2(すなわち、第2の面20bのうちの、リブ部の重力方向上側に位置する角部を挟んで第1の面20aに接する部分)に形成された親水処理部202を備えている。
The anode-
このような親水処理部200、201及び202により、第1の面20aの親水性(A1)が、第2の面20bの親水性(B)よりも高く、かつ第1の面20aの重力方向下側において第2の面20bが第1の面20aに連続して接する第1の部分20c1及び第1の面20aの重力方向上側において第2の面20bが第1の面20aに連続して接する第2の部分20c2の親水性(A2)が、第2の面20bの親水性(B)よりも高く設定されている。
By such
このような構成によって、まず、アノード側セパレータ20主面の略法線方向(図中、矢印Sで示される方向)に、アノードのガス拡散層からガス流路22に生成水が排出されるが、ガス拡散層は通常ある程度の撥水性を有するため、この排出された生成水は、ガス拡散層側には戻らない。そして、ガス流路22の流路部分22aにおいて、第2の面20bの親水性(B)よりも、親水処理部202が形成された第2の部分20c2の親水性(A2)のほうが高いため、重力だけの作用を受ける場合に比べて、生成水は流路部分20aの重力方向の下方部分に向かって(つまり図中、矢印Tの方向に略平行な方向に向かって)より落ち易くなり、第2の部分c2に生成水が優先的に移動して滞留し易くなる。このように第2の部分c2に生成水が滞留することにより、アノード側セパレータ20のガス流路22側に接するガス拡散層に燃料ガスが流れ込みかつ隣接するガス流路22(流路部分22a)へとショートカットすることを抑制することができる。
With such a configuration, first, the generated water is discharged from the gas diffusion layer of the anode to the
また、ガス流路22の流路部分22aにおいて、第2の面20bの親水性(B)よりも、親水処理部201が形成された第1の部分20c1の親水性(A2)のほうが高いため、第1の部分c1にも生成水が移動して滞留し易くなる。このように第1の部分c1に生成水が滞留することにより、アノード側セパレータ20のガス流路22側に接するガス拡散層に燃料ガスが流れ込んで、隣接するガス流路22(流路部分22a)へとショートカットすることを抑制することができる。
さらに上記に加えて、第1の面20aの親水性(A1)も第2の面20bの親水性(B)よりも高いため、第1の面20aの部分に水が滞留し易く、これにより反応ガスがリブ部を超えて隣接するガス流路に移動するショートカットをブロックすることができる。
Further, in the
In addition to the above, since the hydrophilicity (A 1 ) of the
そして、第2の部分c2の親水性(A2)が部分流路22aの内壁面を構成する第2の面20bの親水性(B)よりも高いため、生成水は液膜となって拡がって流路部分22aの上側にはガスの流通可能な空間が確保され易くなり、したがって、生成水は、図中の流路部分22aの断面の略法線方向(紙面に略垂直な方向)に沿って流路部分22a内をスムーズに流れて排出される。すなわち、ガス拡散層からの水の排出をスムーズに行なうことができるとともに、当該流路部分22aの少なくとも上側は閉塞することなく開き、フラッディングによるガス流路22の閉塞を防止することができる。
The second portion c 2 of the hydrophilic (A 2) is higher than the hydrophilicity of the
このように、燃料電池100においては、ガス拡散層からの水の排出がスムーズに行なわれる。また、生成水の有無にかかわりなく、ガス流路22の他の部分で液滴となった余剰水も、この領域で液膜となって拡がり、ガス流路22を閉塞することがなくなる。
Thus, in the
なお、上記第1の面20a、第2の面20b並びに第1の部分c1及び第2の部分c2の親水性の程度は、水に対する接触角を測定することにより確認することができる。親水処理部201、202及び203に対する水の接触角は、他の部分に対する水の接触角よりも小さくなっている。例えばアノード側セパレータ20及びカソード側セパレータ30がカーボンや樹脂で構成されている場合、これらに対する水の接触角は90°〜130°であるが、後述する方法によって第1の面20a並びに第1の部分c1及び第2の部分c2の親水性を、第2の面20bの親水性よりも高く設定することができる。
Incidentally, the
燃料電池100の設計条件、配置条件、運転条件等によって、第1の面20a、第2の面20b並びに第1の部分c1及び第2の部分c2に対する水の接触角の最適値は一義的に規定することはできないが、第2の面20bに対する水の接触角を概ね60°〜180°にしておけば十分な効果が得られる。また、第1の面20a並びに第1の部分c1及び第2の部分c2に対する水の接触角は概ね0°〜50°であればよい。
なお、水の接触角は、例えば、協和界面化学(株)製のFACE X−150などを用いて測定することができる。また、例えばウィルヘルミ法を用いて測定することもできる。
Design conditions of the
The contact angle of water can be measured using, for example, FACE X-150 manufactured by Kyowa Interface Chemical Co., Ltd. Moreover, it can also measure using, for example, the Wilhelmi method.
次に、本実施形態の燃料電池100は製造方法について説明する。
本実施形態の燃料電池100は従来公知の方法によって製造することができるが、例えば、触媒層2は、上記電極触媒と分散媒とを含む触媒層形成用インクを用いて、当該分野で公知の方法により形成することができる。さらに、MEA10も、上記のような高分子電解質膜1、触媒層2及びガス拡散層3から、当該分野で公知の技術によって作製することができる。
Next, a manufacturing method of the
The
本実施形態におけるアノード側セパレータ20及びカソード側セパレータ30は、従来公知の方法によって作製することができるが、なかでも第1の面20a並びに第1の部分c1及び第2の部分c2に親水処理を施して親水処理部200、201及び202を設ける方法としては、先に述べた本発明の効果を得られる限りにおいては特に制限はないが、例えば(1)プラズマ処理、(2)酸化アルミなどの微粉末を吹き付けて表面粗さを制御するブラスト処理、(3)金などの金属を用いたメッキ処理又は蒸着処理によるコーティング、(4)酸化チタンなどの高い親水性を有する材料を塗布、固定化する処理、(5)紫外線処理、(6)親水性官能基の付与などを用いることができる。
これらの処理方法の種類はセパレータ板の材質によって使い分けることができる。例えば、プラズマ処理はカーボン製セパレータに好適に用いることができ、ブラスト処理は、カーボン製セパレータ及び金属製セパレータに好適に用いることができる。
プラズマ処理による方法においては、減圧下で行っても大気圧下で行ってもよい。また、ブラスト処理による方法では、ブラスト処理によりセパレータの表面の面粗度(Ra)を変化させ、結果的に水の接触角を小さくする。用いるセパレータの材質などによっても変化するので一義的に規定することはできないが、カーボン製セパレータ板の場合、Raを大きくすることによって水の接触角を小さくすることができる。
一方、また、オゾン雰囲気で紫外光を照射する紫外線照射処理であってもよい。
These types of treatment methods can be properly used depending on the material of the separator plate. For example, the plasma treatment can be suitably used for a carbon separator, and the blast treatment can be suitably used for a carbon separator and a metal separator.
In the method by plasma treatment, it may be performed under reduced pressure or under atmospheric pressure. Moreover, in the method by a blast process, the surface roughness (Ra) of the surface of a separator is changed by a blast process, and the contact angle of water is made small as a result. Since it varies depending on the material of the separator used, etc., it cannot be uniquely defined. However, in the case of a carbon separator plate, the contact angle of water can be reduced by increasing Ra.
On the other hand, the ultraviolet irradiation process which irradiates ultraviolet light in ozone atmosphere may be sufficient.
ここで、本実施形態におけるアノード側セパレータ20の作製方法について説明する。
図4は、本実施形態のアノード側セパレータ20の作製において親水処理を施す方法を説明するための図である。図4の(a)に示すように、まず、アノード側セパレータ20のガス流路22の流路部分22a内に、マスクのためにガラス粉末36を敷き詰め、その後、表面に酸素プラズマを供給して親水処理を施す。これにより、図4の(b)に示すように、親水処理部203を形成することができる。当該親水処理部203は、図2における親水処理部200、201及び202が一体化した構成を有している。
Here, a method for producing the anode-
FIG. 4 is a view for explaining a method of performing a hydrophilic treatment in the production of the anode-
なお、上記プラズマ処理を行った後、図5の(a)に示すように、さらに流路部分22aに対応する開口部38aを有するマスク38を用いて、第1の面(すなわち、アノード側セパレータがアノードと接する面)のみにプラズマ処理を追加的に施すことにより、上記第1の面の親水性をさらに向上させることができる(図5の(b))。このように第1の面の親水性をより向上させることによって、滞留した水は親水性の最も強い領域に存在し易くなり、フラッディングをより確実に抑制することができる。
In addition, after performing the said plasma processing, as shown to (a) of FIG. 5, the 1st surface (namely, anode side separator) is further used using the
以上のように、本実施形態によれば、ガス流路における反応ガスのショートカット及びフラッディングをより確実に抑制し、反応ガスをMEA全体により確実に均一に供給することができ、安定した運転が可能な燃料電池を実現し得る燃料電池用セパレータを提供することができる。また、本発明によれば、反応ガスをMEA全体により確実に均一に供給することができ、安定した運転が容易かつ十分にできる燃料電池を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the reactive gas shortcut and flooding in the gas flow path can be more reliably suppressed, the reactive gas can be reliably and uniformly supplied to the entire MEA, and stable operation is possible. A fuel cell separator capable of realizing a simple fuel cell can be provided. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a fuel cell that can reliably and uniformly supply the reaction gas to the entire MEA and can perform stable operation easily and sufficiently.
[第二実施形態]
次に、本発明の燃料電池の第二実施形態について説明する。この第二実施形態の燃料電池(図示せず)は、図1に示した第一実施形態の燃料電池100におけるアノード側セパレータ20及びカソード側セパレータ30を異なる構成に代えたものであり、これら以外の構成は第一実施形態の燃料電池100と同様である。
以下、第二実施形態の燃料電池に備えられるセパレータ(本発明のセパレータ板の第二実施形態)を、アノード側セパレータに代表させて説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the fuel cell of the present invention will be described. The fuel cell (not shown) of the second embodiment is obtained by replacing the anode-
Hereinafter, the separator provided in the fuel cell according to the second embodiment (second embodiment of the separator plate of the present invention) will be described as an anode side separator.
図6は、第二実施形態の燃料電池に備えられるアノード側セパレータの要部拡大断面図である。すなわち、図6は、第二実施形態の燃料電池のセパレータのうちの要部を、図1に示す接地面Pに略垂直な方向に沿って切断した場合の要部拡大断面図である。図6に示すように、本実施形態のアノード側セパレータ20は、上記第一実施形態のアノード側セパレータ20において、第1の面20aの重力方向上側において第2の面20bが第1の面20aに連続して接する第2の部分20c2に形成された親水処理部202が無いこと以外は、上記第一実施形態と同じである。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a main part of an anode separator provided in the fuel cell according to the second embodiment. That is, FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a main part when a main part of the separator of the fuel cell according to the second embodiment is cut along a direction substantially perpendicular to the ground plane P shown in FIG. As shown in FIG. 6, the anode-
本実施形態のアノード側セパレータ20は、第1の面20aに形成された親水処理部200と、第1の面20aの重力方向下側において第2の面20bが第1の面20aに連続して接する第1の部分20c1に形成された親水処理部201と、を備えている。このような親水処理部200及び201により、第1の面20aの親水性(A1)が、第2の面20bの親水性(B)よりも高く、かつ第1の面20aの重力方向下側において第2の面20bが第1の面20aに連続して接する第1の部分20c1の親水性(A2)が、第2の面20bの親水性(B)よりも高く設定されている。
In the
このような構成によって、まず、アノード側セパレータ20主面の略法線方向(図中、矢印Sで示される方向)に、アノードのガス拡散層からガス流路22に生成水が排出されるが、ガス拡散層は通常ある程度の撥水性を有するため、この排出された生成水は、ガス拡散層側には戻らない。そして、ガス流路22の流路部分22aにおいて、生成水は重力方向の下方部分に向かって(つまり図中、矢印Tの方向に略平行な方向に向かって)落ち、下方の親水処理部200に移動して滞留し易くなる。このように生成水が親水処理部200に滞留することにより、アノード側セパレータ20のガス流路22側に接するガス拡散層に燃料ガスが流れ込みかつ隣接するガス流路22(流路部分22a)へとショートカットすることを抑制することができる。
With such a configuration, first, the generated water is discharged from the gas diffusion layer of the anode to the
また、ガス流路22の流路部分22aにおいて、第2の面20bの親水性(B)よりも、親水処理部201が形成された第1の部分20c1の親水性(A2)のほうが高いため、第1の部分c1にも生成水が移動して滞留し易くなる。このように第1の部分c1に生成水が滞留することにより、アノード側セパレータ20のガス流路22側に接するガス拡散層に燃料ガスが流れ込んで、隣接するガス流路22(流路部分22a)へとショートカットすることを抑制することができる。
Further, in the
このように、燃料電池100においては、ガス拡散層からの水の排出がスムーズに行なわれる。また、生成水の有無にかかわりなく、ガス流路22の他の部分で液滴となった余剰水も、この領域で液膜となって拡がり、ガス流路22を閉塞することがなくなる。
Thus, in the
ここで、本実施形態におけるアノード側セパレータ20の作製方法について説明する。
図7は、本実施形態のアノード側セパレータ20の作製において親水処理を施す方法を説明するための図である。図7の(a)に示すように、まず、アノード側セパレータ20を供給されるプラズマの進行方向(図中の矢印αで示される方向)に対してアノード側セパレータ20の主面を角度θだけ傾けた状態で、アノード側セパレータ20のガス流路22内に、マスクのためにガラス粉末を敷き詰め、その後、表面をに酸素プラズマを供給して親水処理を施す。これにより、図7の(b)に示すように、親水処理部205を形成することができる。当該親水処理部205は、図6における親水処理部200及び201が一体化した構成を有している。なお、上記角度θは、所望する親水処理部205の形状に応じて適宜選択すればよい。
Here, a method for producing the anode-
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of performing a hydrophilic treatment in the production of the anode-
以上のように、本実施形態によれば、ガス流路における反応ガスのショートカット及びフラッディングをより確実に抑制し、反応ガスをMEA全体により確実に均一に供給することができ、安定した運転が可能な燃料電池を実現し得る燃料電池用セパレータを提供することができる。また、本発明によれば、反応ガスをMEA全体により確実に均一に供給することができ、安定した運転が容易かつ十分にできる燃料電池を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the reactive gas shortcut and flooding in the gas flow path can be more reliably suppressed, the reactive gas can be reliably and uniformly supplied to the entire MEA, and stable operation is possible. A fuel cell separator capable of realizing a simple fuel cell can be provided. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a fuel cell that can reliably and uniformly supply the reaction gas to the entire MEA and can perform stable operation easily and sufficiently.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではない、例えば、上記実施形態においては、アノード側セパレータ20の燃料ガス用のガス流路22は、アノード側セパレータ20の表面に開口するように設けた溝によって構成し、この溝がガス拡散層3により覆われたとき、断面が略矩形の流路部分となる場合について説明した。しかしながら、上記溝の断面は略矩形に限定されるものではなく、例えば半円状であっても構わない。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to these, For example, in the said embodiment, the
また、上記実施形態においては、親水性の高い部分と親水性の低い部分を形成する方法として、親水処理部を設ける方法についてのみ説明したが、上記とは反対に、ガス流路ののうちの所定の部分(例えば第2の面のみ)に撥水処理をすることによって、結果的に親水性の高い部分と親水性の低い部分とを設けることもできる。この場合、底面側以外の部分にポリエチレンテレフタレート(PTFE)やテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などのフッ素樹脂のディスパージョンを塗布し、乾燥して撥水性を付与することができる。もちろん、上記のように親水処理を施すとともに、誌撥水処理を施してもよい。なお、撥水処理の方法は、これに限るものではない。 Moreover, in the said embodiment, only the method of providing a hydrophilic treatment part was demonstrated as a method of forming a part with high hydrophilicity and a part with low hydrophilicity. However, contrary to the above, By subjecting a predetermined portion (for example, only the second surface) to water repellency, a portion having high hydrophilicity and a portion having low hydrophilicity can be provided as a result. In this case, a fluororesin dispersion such as polyethylene terephthalate (PTFE) or tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) may be applied to portions other than the bottom surface side, and dried to impart water repellency. . Of course, the hydrophilic treatment and the magazine water repellent treatment may be performed as described above. The water repellent treatment method is not limited to this.
さらに、上記に加えて、ガス流路に面するガス拡散層側に撥水処理を行ってもよい。ガス拡散層は本来的にある程度の撥水性を有しているが、ガス流路22に面するガス拡散層側に撥水処理を行うことで、本発明の効果をより確実に得ることができるようになる。
ガス拡散層に撥水処理を行う方法としては、ガス拡散層のガス流路に臨む部分において、少なくともガス流路22の形状と同様の形状に撥水処理を施せばよいが、実質的な観点からはガス拡散層全体を撥水処理しておくのが好ましい。上記したカーボンペーパーやカーボンクロスなどの導電性多孔質基材を、PTFEやFEPを含むフッ素樹脂ディスパージョンに浸漬し、乾燥して分散媒などを除去することによって撥水処理を施すことができる。
Further, in addition to the above, water repellent treatment may be performed on the gas diffusion layer side facing the gas flow path. Although the gas diffusion layer inherently has a certain degree of water repellency, the effect of the present invention can be more reliably obtained by performing the water repellency treatment on the gas diffusion layer side facing the
As a method for performing water repellency treatment on the gas diffusion layer, it is sufficient to perform water repellency treatment at least in the same shape as the shape of the
また、上記第一実施形態においては、第1の面の重力方向下側において第2の面が第1の面に隣接する第1の部分及び第1の面の重力方向上側において第2の面が第1の面に隣接する第2の部分の両方の親水性(A2)が、第2の面の親水性(B)よりも高い場合について説明し、上記第二実施形態においては、第1の面の重力方向下側において第2の面が第1の面に隣接する第1の部分及び第1の面の重力方向上側において第2の面が第1の面に隣接する第2の部分のうちの上記第1の部分の親水性(A2)が、第2の面の親水性(B)よりも高い場合について説明したが、上記第1の部分及び上記第2の部分のうちの上記第2の部分の親水性のみが第2の面の親水性(B)よりも高く設定されていてもよい。 In the first embodiment, the second surface is adjacent to the first surface on the lower side in the gravitational direction of the first surface and the second surface on the upper side in the gravitational direction of the first surface. Is described in the case where the hydrophilicity (A 2 ) of both of the second portions adjacent to the first surface is higher than the hydrophilicity (B) of the second surface. In the second embodiment, The second surface is adjacent to the first surface on the lower side of the first surface in the direction of gravity and the second surface is adjacent to the first surface on the upper side of the first surface in the direction of gravity. The case where the hydrophilicity (A 2 ) of the first portion of the portion is higher than the hydrophilicity (B) of the second surface has been described. Of the first portion and the second portion, Only the hydrophilicity of the second part may be set higher than the hydrophilicity (B) of the second surface.
ただし、本発明の効果をより確実に得るという観点からは、上記第二実施形態において説明したように、少なくとも上記第1の部分及び上記第2の部分のうちの上記第1の部分の親水性(A2)が第2の面の親水性よりも高く設定されていているのが好ましく、本発明の効果をさらに確実に得るという観点からは、上記第一実施形態において説明したように、上記第1の部分及び上記第2の部分の両方の親水性(A2)が第2の面の親水性よりも高く設定されていているのが好ましい。 However, from the viewpoint of obtaining the effect of the present invention more reliably, as described in the second embodiment, the hydrophilicity of at least the first portion of the first portion and the second portion is at least. (A 2 ) is preferably set to be higher than the hydrophilicity of the second surface. From the viewpoint of obtaining the effect of the present invention more reliably, as described in the first embodiment, The hydrophilicity (A 2 ) of both the first part and the second part is preferably set higher than the hydrophilicity of the second surface.
また、上記第一実施形態及び上記第二実施形態においては、上記第1の面の親水性(A1)、上記第1の部分及び上記第2の部分の両方の親水性(A2)、並びに上記第2の面の親水性(B)が、略均一であることを前提に説明したが、より確実に水をリブ部付近に滞留させてショートカットを抑制するという観点から、上記リブ部すなわち上記第1の面の中心の親水性が最も高くなるように設定されているのが好ましい。例えば、上記第1の面の親水性(A1)が、重力方向における前記リブ部の中心から、前記ガス流路側にかけて低下するように傾斜(すなわち、重力方向における前記リブ部の中心から、重力方向における上側及び下側にかけて低下するように傾斜)して設定されており、上記第1の部分及び上記第2の部分の親水性(A2)がさらに低く設定されているのが好ましい。 In the first embodiment and the second embodiment, the hydrophilicity (A 1 ) of the first surface, the hydrophilicity (A 2 ) of both the first portion and the second portion, In addition, the hydrophilicity (B) of the second surface has been described on the premise that it is substantially uniform. However, from the viewpoint of more reliably retaining water near the rib portion and suppressing the shortcut, the rib portion, It is preferable that the hydrophilicity at the center of the first surface is set to be the highest. For example, the hydrophilicity (A 1 ) of the first surface is inclined so as to decrease from the center of the rib portion in the direction of gravity toward the gas flow path side (that is, from the center of the rib portion in the direction of gravity Preferably, the hydrophilicity (A 2 ) of the first portion and the second portion is set to be lower than that of the first portion and the second portion.
本発明のセパレータを用いた燃料電池(特に高分子電解質形燃料電池)は、定置用燃料電池コジェネレーションシステムに好適に用いることができる。また、本発明のセパレータを用いた燃料電池は、自動車及びバイクなどの移動・輸送機械に搭載する原動力などへの適用も可能である。 A fuel cell (particularly a polymer electrolyte fuel cell) using the separator of the present invention can be suitably used for a stationary fuel cell cogeneration system. Further, the fuel cell using the separator of the present invention can be applied to a driving force mounted on a moving / transporting machine such as an automobile and a motorcycle.
1、101・・・高分子電解質膜、2、102・・・触媒層、3、103・・・ガス拡散層、4、104・・・電極、6、106・・・ガスシール材、20、120・・・アノード側セパレータ、20a・・・第1の面、20b・・・第2の面、20c1・・・第1の部分、20c2・・・第2の部分、22、32、122、132・・・ガス流路、22a・・・流路部分、22p、122p・・・直線部、22q、122q・・・ターン部、24、25、124、125・・・Oリング、30、130・・・カソード側セパレータ、33、133・・・冷却水の流路、20p、120p・・・燃料ガス供給用マニホールド孔、20q、120q・・・燃料ガス排出用マニホールド孔、30p、130p・・・酸化剤ガス供給用マニホールド孔、30q、120q・・・酸化剤ガス排出用マニホールド孔、33p、133p・・・冷却水供給用マニホールド孔、33q、123q・・・冷却水排出用マニホールド孔、36・・・ガラス粉末、200、201、202、203、204、205・・・親水処理部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Polymer electrolyte membrane, 2, 102 ... Catalyst layer, 3, 103 ... Gas diffusion layer, 4, 104 ... Electrode, 6, 106 ... Gas seal material, 20, 120 ... Anode separator, 20a ... first surface, 20b ... second surface, 20c 1 ... first portion, 20c 2 ... second portion, 22, 32, 122, 132 ... gas flow path, 22a ... flow path portion, 22p, 122p ... straight line part, 22q, 122q ... turn part, 24, 25, 124, 125 ... O-ring, 30 , 130... Cathode side separator, 33, 133... Cooling water flow path, 20p, 120p... Manifold hole for fuel gas supply, 20q, 120q... Manifold hole for fuel gas discharge, 30p, 130p ... Oxidant gas supply manifold holes , 30q, 120q ... oxidant gas discharge manifold hole, 33p, 133p ... cooling water supply manifold hole, 33q, 123q ... cooling water discharge manifold hole, 36 ... glass powder, 200, 201, 202, 203, 204, 205... Hydrophilic treatment section.
Claims (5)
前記セパレータは、前記アノード又は前記カソードに接触する面に設けられた、重力方向と交わる複数の部分流路を含むガス流路と、前記部分流路同士を隔てるリブ部と、を有し、
前記リブ部は、前記アノード又は前記カソードに接触する第1の面を有し、
前記部分流路は、当該部分流路の内壁面を構成する第2の面を有し、
前記第1の面の親水性(A1)が、前記第2の面の親水性(B)よりも高く、かつ
前記第1の面の重力方向下側において前記第2の面が前記第1の面に隣接する第1の部分及び前記第1の面の重力方向上側において前記第2の面が前記第1の面に隣接する第2の部分のうちの少なくとも一方の親水性(A2)が、前記第2の面の親水性(B)よりも高いこと、
を特徴とするセパレータ。 A separator used in a fuel cell, comprising a polymer electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity, a membrane electrode assembly including an anode and a cathode sandwiching the polymer electrolyte membrane, and a pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly There,
The separator has a gas flow path including a plurality of partial flow paths that intersect with the direction of gravity provided on a surface that contacts the anode or the cathode, and a rib portion that separates the partial flow paths,
The rib portion has a first surface that contacts the anode or the cathode;
The partial flow path has a second surface constituting the inner wall surface of the partial flow path,
The hydrophilicity (A 1 ) of the first surface is higher than the hydrophilicity (B) of the second surface, and the second surface is below the first surface in the direction of gravity. Hydrophilicity (A 2 ) of at least one of the first portion adjacent to the first surface and the second portion adjacent to the first surface above the first surface in the gravitational direction. Is higher than the hydrophilicity (B) of the second surface,
A separator characterized by.
前記第1の面の重力方向下側において前記第2の面が前記第1の面に隣接する第1の部分及び前記第1の面の重力方向上側において前記第2の面が前記第1の面に隣接する第2の部分の親水性(A2)が、前記第2の面の親水性(B)よりも高いこと、
を特徴とする請求項1に記載のセパレータ。 The hydrophilicity (A 1 ) of the first surface is higher than the hydrophilicity (B) of the second surface, and the second surface is below the first surface in the direction of gravity. The hydrophilicity (A 2 ) of the first portion adjacent to the first surface and the second portion adjacent to the first surface above the first surface in the direction of gravity of the first surface is the second portion. Higher than the hydrophilicity (B) of the surface of
The separator according to claim 1.
前記メイン流路部は、前記部分流路を含むこと、
を特徴とする請求項1又は2に記載のセパレータ。 The gas flow path has a serpentine structure having a substantially straight main flow path section that makes gas substantially straight and a turn section that turns the gas that moves substantially straight through the main flow path section,
The main flow path portion includes the partial flow path;
The separator according to claim 1 or 2.
を特徴とする請求項1〜3のうちのいずれかに記載のセパレータ。 The hydrophilicity of the first surface is inclined so as to decrease from the center of the rib portion in the direction of gravity toward the gas flow path side;
The separator according to any one of claims 1 to 3.
前記一対のセパレータのうちの少なくとも一方が、請求項1〜4のうちのいずれかに記載のセパレータであること、
を特徴とする燃料電池。 A polymer electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity, a membrane electrode assembly including an anode and a cathode sandwiching the polymer electrolyte membrane, and a pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly,
At least one of the pair of separators is the separator according to any one of claims 1 to 4,
A fuel cell.
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JP2006081142A JP2007258008A (en) | 2006-03-23 | 2006-03-23 | Separator for fuel cell, and fuel cell |
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