JP2008041517A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素と空気の電気化学反応により発電する燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and air.
燃料電池には、例えば、固体高分子型燃料電池がある。固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導性の電解質膜、電解質膜の両側に配置された1対の電極層(アノード、カソード)、電解質膜および電極層を狭持するセパレータを有するセルを複数積層して構成されている。電極には、電極反応を促進するための触媒が担持されており、水素を含有する燃料ガスがアノードに供給されると、燃料ガスは、触媒によりプロトンと電子に分離される。プロトンは電解質膜を伝導して、電子は外部回路を通ってカソードへ移動する。酸素を含む酸化ガスがカソードに供給されると、酸化ガスは、プロトンおよび電子と反応して水を生成する。このように、電子がアノードからカソードに移動することにより電流が流れ、燃料電池は発電する。 Examples of the fuel cell include a polymer electrolyte fuel cell. A polymer electrolyte fuel cell includes a proton conductive electrolyte membrane, a plurality of cells each having a pair of electrode layers (anode, cathode) disposed on both sides of the electrolyte membrane, and a separator sandwiching the electrolyte membrane and electrode layers Configured. A catalyst for promoting an electrode reaction is supported on the electrode. When a fuel gas containing hydrogen is supplied to the anode, the fuel gas is separated into protons and electrons by the catalyst. Protons conduct through the electrolyte membrane and electrons move through the external circuit to the cathode. When an oxidizing gas containing oxygen is supplied to the cathode, the oxidizing gas reacts with protons and electrons to generate water. In this way, current flows as electrons move from the anode to the cathode, and the fuel cell generates electricity.
燃料電池に用いられている電解質膜や触媒は、低温環境下(例えば、0℃以下)では、電解質膜のプロトン伝導性、触媒活性が低下し、燃料電池の発電効率が低下する。そのため、低温環境下では、燃料電池を起動してから燃料電池の運転に適した温度となるまでに長時間必要とされることが問題となっている。 When the electrolyte membrane or catalyst used in the fuel cell is in a low temperature environment (for example, 0 ° C. or lower), the proton conductivity and catalytic activity of the electrolyte membrane are lowered, and the power generation efficiency of the fuel cell is lowered. For this reason, in a low temperature environment, there is a problem that it is necessary for a long time from the start of the fuel cell to the temperature suitable for the operation of the fuel cell.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、低温環境下での燃料電池の起動処理において、燃料電池の温度が動作適温に上昇するまでの時間短縮を目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to shorten the time until the temperature of the fuel cell rises to an appropriate operating temperature in the start-up process of the fuel cell in a low temperature environment.
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の第1の構成は、燃料電池を提供する。本発明の第1の構成に係る燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の両面に形成された電解質膜と共に膜電極接合体を形成する電極層と、膜電極接合体を狭持し、膜電極接合体との対向面に形成され、頂部に窪み部を有する突状部を有する1対のセパレータと、窪み部上に配置された導電性部材と、を備えることを要旨とする。 In order to solve at least a part of the problems described above, a first configuration of the present invention provides a fuel cell. A fuel cell according to a first configuration of the present invention includes an electrolyte membrane, an electrode layer that forms a membrane electrode assembly together with electrolyte membranes formed on both surfaces of the electrolyte membrane, and a membrane electrode assembly. The gist is to include a pair of separators formed on a surface facing the joined body and having a protruding portion having a recessed portion at the top, and a conductive member disposed on the recessed portion.
本発明の第1の構成にかかる燃料電池によれば、電気化学反応によって生成された水がセパレータの突状部上に形成された窪み部に保持され、低温環境化で凍結・膨張して、セパレータと導電部材との間が押し広げる。この結果、セパレータと導電性部材の接触抵抗が増加し、燃料電池の発電時の発熱量が増加するため、燃料電池本体の温度が動作適温となるまでにかかる時間を短縮でき、燃料電池の始動性を向上できる。 According to the fuel cell of the first configuration of the present invention, the water generated by the electrochemical reaction is held in the depression formed on the protruding portion of the separator, and is frozen and expanded in a low temperature environment. The space between the separator and the conductive member spreads. As a result, the contact resistance between the separator and the conductive member increases, and the amount of heat generated during power generation of the fuel cell increases, so the time required for the temperature of the fuel cell body to reach the optimum operating temperature can be shortened, and the fuel cell can be started. Can be improved.
本発明の燃料電池において、突状部はガス流路を形成してもよい。 In the fuel cell of the present invention, the projecting portion may form a gas flow path.
本発明の燃料電池によれば、導電性部材は突状部上に配置されるため、ガス流路から膜電極接合体へのガスの流通を阻害することなく、導電性部材を配置できる。 According to the fuel cell of the present invention, since the conductive member is disposed on the protruding portion, the conductive member can be disposed without hindering the flow of gas from the gas flow path to the membrane electrode assembly.
本発明の燃料電池において、更に、窪み部内に、水分を保持するための水分保持手段を備えてもよい。 In the fuel cell of the present invention, a moisture retaining means for retaining moisture may be further provided in the recess.
本発明の燃料電池によれば、水分の蒸発を抑制でき、常に窪み部内に水分が保持される状態を維持できる。 According to the fuel cell of the present invention, the evaporation of moisture can be suppressed, and the state in which moisture is always held in the recess can be maintained.
本発明の燃料電池において、水分保持手段は、吸水性または親水性を有する樹脂および繊維の少なくとも一方を含んでもよい。 In the fuel cell of the present invention, the moisture retaining means may include at least one of a resin having a water absorption property or a hydrophilic property and a fiber.
吸水性もしくは親水性を有する樹脂・繊維は容易に準備できるため、本発明の燃料電池によれば、簡易に、燃料電池に利用できる。 Since a resin / fiber having water absorption or hydrophilicity can be easily prepared, the fuel cell of the present invention can be easily used for a fuel cell.
本発明の燃料電池において、一対のセパレータのうち、膜電極接合体のカソード電極層側に配置されるカソード側セパレータの突状部に窪み部が形成されてもよい。 In the fuel cell of the present invention, of the pair of separators, a depression may be formed in the protruding portion of the cathode side separator disposed on the cathode electrode layer side of the membrane electrode assembly.
プロトン伝導性の電解質膜を利用した燃料電池では、カソード電極層で水が生成されるため、カソード電極層側の湿潤状態は良好である。よって、本発明の燃料電池によれば、水分が窪み部内に保持する状態を効率的に維持できる。 In a fuel cell using a proton conductive electrolyte membrane, water is generated in the cathode electrode layer, so that the wet state on the cathode electrode layer side is good. Therefore, according to the fuel cell of the present invention, it is possible to efficiently maintain a state in which moisture is retained in the recessed portion.
本発明の第2の構成は、燃料電池を提供する。電解質膜と、電解質膜の両面に形成され電解質膜と共に膜電極接合体を形成する電極層と、膜電極接合体を狭持し、膜電極接合体との対向面に形成され突状部を有する一対のセパレータと、突状部の頂部の少なくとも一部に配置され、導電性を有し、水分を保持するための水分保持手段と、突状部と膜電極接合体との間に配置された導電性部材と、を備えることを要旨とする。 The second configuration of the present invention provides a fuel cell. An electrolyte membrane, an electrode layer that is formed on both surfaces of the electrolyte membrane and forms a membrane electrode assembly together with the electrolyte membrane, a membrane electrode assembly is sandwiched, and a projecting portion is formed on a surface facing the membrane electrode assembly A pair of separators, disposed on at least a part of the top of the projecting portion, have conductivity, and are disposed between the projecting portion and the membrane electrode assembly. And a conductive member.
本発明の第2の構成にかかる燃料電池によれば、電気化学反応によって生成された水が水分保持手段によってセパレータの突状部に保持され、低温環境化で凍結・膨張して、セパレータと水分保持手段、および、水分保持手段と導電部材との間の接触抵抗が増加する。接触抵抗の増加によって燃料電池の発電時の発熱量が増加するため、燃料電池本体の温度が動作適温となるまでにかかる時間を短縮でき、燃料電池の始動性を向上できる。 According to the fuel cell of the second configuration of the present invention, the water generated by the electrochemical reaction is held on the protruding portion of the separator by the moisture holding means, and is frozen and expanded in a low temperature environment. The holding means and the contact resistance between the moisture holding means and the conductive member are increased. Since the amount of heat generated at the time of power generation by the fuel cell increases due to the increase in contact resistance, the time required for the temperature of the fuel cell body to reach the proper operating temperature can be shortened, and the startability of the fuel cell can be improved.
本発明の水分保持手段は、吸水性もしくは親水性を有する樹脂および繊維の少なくとも一方を含んでも良い。 The moisture retaining means of the present invention may include at least one of a water-absorbing or hydrophilic resin and fiber.
本発明の燃料電池によれば、吸水性もしくは親水性を有する樹脂/繊維は容易に準備できるため、本発明の燃料電池によれば、簡易に、燃料電池に利用できる。 According to the fuel cell of the present invention, a resin / fiber having water absorption or hydrophilicity can be easily prepared. Therefore, according to the fuel cell of the present invention, it can be easily used for a fuel cell.
本発明の燃料電池であって、導電性部材と水分保持手段は、少なくとも膜電極接合体のカソード電極層と、一対のセパレータのうちカソード電極層側に配置されているカソード側セパレータとの間に配置されていてもよい。 In the fuel cell according to the present invention, the conductive member and the moisture retaining means are provided between at least the cathode electrode layer of the membrane electrode assembly and the cathode separator disposed on the cathode electrode layer side of the pair of separators. It may be arranged.
本発明の燃料電池によれば、湿潤状態のよいカソード電極層側に導電性部材と水分保持手段とを配置できるため、水分を効率的に保持できる。 According to the fuel cell of the present invention, since the conductive member and the moisture retaining means can be arranged on the cathode electrode layer side in a good wet state, moisture can be efficiently retained.
本発明の燃料電池において、更に、膜電極接合体とセパレータとの間に配置された多孔質のガス拡散層、を備えてもよい。 The fuel cell of the present invention may further include a porous gas diffusion layer disposed between the membrane electrode assembly and the separator.
本発明の燃料電池によれば、ガスの拡散効率を向上でき、発電効率の向上を図ることができる。 According to the fuel cell of the present invention, gas diffusion efficiency can be improved, and power generation efficiency can be improved.
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。 In the present invention, the various aspects described above can be applied by appropriately combining or omitting some of them.
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき、適宜図面を参照しながら説明する。
A.第1実施例:
A1.燃料電池概略構成:
第1実施例における燃料電池セルの構成について、図1および図2を参照して説明する。図1は、第1実施例における燃料電池セルの概略構成を説明する分解斜視図である。図2は、第1実施例における燃料電池セルのA−A断面を模式的に示す断面図である。第1実施例では、燃料電池セルへ燃料ガスおよび酸化ガスを供給するマニホールドについては省略する。図1に示す燃料電池セル10は、個体高分子型燃料電池を構成する複数の燃料電池セルの一つを表している。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples with appropriate reference to the drawings.
A. First embodiment:
A1. Fuel cell schematic configuration:
The configuration of the fuel cell in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a schematic configuration of a fuel cell in the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an AA cross section of the fuel cell in the first embodiment. In the first embodiment, the manifold for supplying the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cells is omitted. A
図1に示すように、燃料電池セル10は、MEGA50、セパレータ130、140および導電性部材150を備える。セパレータ130、140は、MEGA50および導電性部材150を狭持するように配置されている。
As shown in FIG. 1, the
MEGA50は、図2に示すように、電解質膜100、電解質膜100の一方の面に形成されたアノード電極触媒層110、電解質膜100の他方の面に形成されたカソード電極触媒層111、各電極触媒層110、111の外側に配置されたガス拡散層120,121を備える。
2, the MEGA 50 includes an
電解質膜100は、高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性の薄膜である。電解質膜100には、例えば、ナフィオン(登録商標)が用いられる。
The
アノード電極触媒層110、カソード電極触媒層111は、電気化学反応を促進する触媒活性を有する材料から形成された電極である。触媒活性を有する材料としては、例えば、白金担持カーボン、白金ルテニウム合金担持カーボン等、高分子固体電解質燃料電池で一般的に用いられる材料を用いることができる。
The anode
ガス拡散層120、121は、ガス透過性と導電性を有するカーボンペーパーやカーボンクロスにより形成されている。ガス拡散層120、121は、燃料ガスや酸化ガスを電極触媒層110、111に拡散させる。
The
セパレータ130は、アノード側に配置され、セパレータ140は、カソード側に配置されているため、以降、第1実施例では、セパレータ130をアノード側セパレータ130と、セパレータ140をカソード側セパレータ140と呼ぶ。
Since the
アノード側セパレータ130は、細長い突状部131を有する。以降、本実施例では、突状部131をリブ131と呼ぶ。アノード側セパレータ130には、各リブ131によりガス流路132が形成されている。
The
カソード側セパレータ140は、細長い突状部141を有する。以降、本実施例では、突状部141をリブ141と呼ぶ。カソード側セパレータ140には、各リブ141によりガス流路142が形成されている。カソード側セパレータ140は、更に、各リブ141の頂部に形成された複数の溝145を有する。溝145は、本願の「窪み部」に当たる。図1に併せて溝145の拡大図を示す。
The
各溝145には、吸水性もしくは親水性を有する樹脂・繊維が配置されている。本実施例では、図1の拡大図Xに示すように、吸水性樹脂160が配置されている。吸水性樹脂160には、例えば、ナフィオン(登録商標)が用いることができる。吸水性樹脂160は、燃料電池の電気化学反応において生成された水を吸水する。これにより、溝145には、常に水が保持されている状態となる。
In each
導電性部材150は、各リブ141のガス拡散層側の面とほぼ同じ形状を有する導電性の板、例えば、カーボン薄板、金めっきした銅板、窒化チタン薄板など、燃料電池内の環境で腐食せず、かつ導電性を有するものである。導電性部材150は、図1および図2に示すように、溝145を覆うように、リブ141のガス拡散層側の面上に配置される。導電性部材150の厚みは、選択する材料にもよるが、燃料電池セルを薄くするために0.5mm以下が望ましい。
The
第1実施例の燃料電池セル10は、上述のような構成を備えることにより、溝145内に配置された吸水性樹脂160に含まれている水分が、低温環境下において凍結・膨張して導電性部材150を変形させる。この結果、導電性部材150とカソード側セパレータ140間の接触抵抗が増加して燃料電池セル10の起動時の発熱量が増加するため、短時間で、燃料電池セル10の温度を動作に適した温度に上昇することができる。
The
A2.起動時の温度上昇について:
燃料電池起動時の温度上昇について、図3及び図4を参照して詳細に説明する。図3(a)は、第1実施例における常温環境下でのカソード側セパレータ140および導電性部材150を模式的に示す平面図である。図3(b)は、図3(a)の円Yの部分を拡大して示す平面図である。図4(a)は、第1実施例における低温環境化でのカソード側セパレータ140と導電性部材150を模式的に示す平面図である。図4(b)は、図4(a)の円Zの部分を拡大して示す平面図である。なお、図3(a)および図4(a)は、カソード側セパレータ140の図1に示すB側からの側面を示す平面図である。
A2. Regarding temperature rise at startup:
The temperature rise at the start of the fuel cell will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3A is a plan view schematically showing the
図3(a)に示すように、常温環境下では、水分を含んだ吸水性樹脂160は溝145内に収容されており、導電性部材150は、カソード側セパレータ140のリブ141と接している。よって、燃料電池起動時、常温環境下では、アノード側セパレータ130から外部回路を通ってカソード側セパレータ140へと移動してきた電子は、図3(b)において矢印で示すように、良好に導電性部材150を通過する。
As shown in FIG. 3A, in a normal temperature environment, the water-absorbing
一方、図4(a)に示すように、低温環境下では、吸水性樹脂160に含まれている水分が凍結して膨張し、導電性部材150を変形させる。導電性部材150の変形により、図4(b)に斜線ハッチングで示すように、カソード側セパレータ140と導電性部材150との間が押し広げられて空隙が生じ、カソード側セパレータ140と導電性部材150との接触面が荒くなり、接触抵抗が増加する。よって、燃料電池起動時、図4(b)に示すように、低温環境下では、アノード側セパレータ130から外部回路を通ってカソード側セパレータ140へと移動してきた電子は、図4(b)において矢印で示すように、良好に150へと移動できず、低温環境下に比べて、カソード側セパレータ140と導電性部材150との接触面付近で発熱量が増加する。
On the other hand, as shown in FIG. 4A, in a low temperature environment, the moisture contained in the water
なお、吸水性樹脂160に含まれる水分の凍結・膨張により変形された導電性部材150は、凍結した氷が燃料電池の発熱によって融解すると、元の形状に戻る。
The
以上説明した第1実施例の燃料電池によれば、セパレータのリブ上に形成された溝に水を保持させておくことにより、低温環境下では、セパレータと導電性部材の接触抵抗の増大に伴い、燃料電池の発電時の発熱量が増加するため、燃料電池本体の温度が動作適温となるまでにかかる時間を短縮でき、燃料電池の始動性を向上できる。 According to the fuel cell of the first embodiment described above, by keeping water in the groove formed on the rib of the separator, the contact resistance between the separator and the conductive member increases in a low temperature environment. Since the amount of heat generated during the power generation of the fuel cell increases, the time required for the temperature of the fuel cell body to reach an appropriate operating temperature can be shortened, and the startability of the fuel cell can be improved.
また、第1実施例の燃料電池によれば、湿潤状態の良いカソード側セパレータ140のリブ上に溝を形成するため、溝に効率的に水分を保持させることができる。
Further, according to the fuel cell of the first embodiment, since the grooves are formed on the ribs of the cathode-
また、第1実施例の燃料電池によれば、導電性部材150は、リブのガス拡散層側の平面とほぼ同じ形状に形成され、リブ毎に、リブのガス拡散層側の平面上に配置されているため、ガス流路142からガス拡散層への酸化ガスの供給を阻害せず、良好にガスを流通できる。
Further, according to the fuel cell of the first embodiment, the
また、第1実施例の燃料電池によれば、溝に吸水性・親水性を有する樹脂や繊維が配置されているため、溝内に保持されている水分の蒸発を抑制することができる。 Further, according to the fuel cell of the first embodiment, since the water-absorbing / hydrophilic resin or fiber is disposed in the groove, evaporation of moisture held in the groove can be suppressed.
B.第2実施例:
第1実施例では、セパレータのリブ上に溝を形成し、かかる溝に水分を保持させることにより、低温環境下で、セパレータと導電性部材との接触抵抗を増加し、発熱量を増加させている。第2実施例では、セパレータのリブと、導電性部材との間に、導電性および吸水性を有する繊維を配置する。
B. Second embodiment:
In the first embodiment, grooves are formed on the ribs of the separator, and moisture is retained in the grooves, thereby increasing the contact resistance between the separator and the conductive member and increasing the amount of heat generation in a low temperature environment. Yes. In the second embodiment, conductive and water-absorbing fibers are disposed between the rib of the separator and the conductive member.
B1.燃料電池概略構成:
第2実施例の燃料電池セルの概略構成について、図5を参照して説明する。図5は、第2実施例における燃料電池セル20を示す分解斜視図である。
B1. Fuel cell schematic configuration:
A schematic configuration of the fuel cell of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an exploded perspective view showing the
図5に示すように、燃料電池セル20は、MEGA50、ガス拡散層120、121、セパレータ130、240、導電性部材150および吸水性繊維260を備える。アノード側セパレータ130、カソード側セパレータ240は、MEGA50、導電性部材150および吸水性繊維260を狭持するように配置されている。なお、第2実施例において、MEGA50、アノード側セパレータ130および導電性部材150は、第1実施例と同一の構成であるため、説明を省略する。
As shown in FIG. 5, the
カソード側セパレータ240は、第1実施例のカソード側セパレータ140のように、複数のリブ241を有する。ただし、カソード側セパレータ240のリブ241には、141溝が形成されておらず、リブ241の導電性部材150側は平面である。
The
吸水性繊維260は、導電性および吸水性を有し、導電性部材150とほぼ同じ形状に形成された細長い板状に形成された繊維であり、カソード側セパレータ240のリブ241と導電性部材150との間に敷き詰められるように配置されている。本実施例では、吸水性繊維260は、シランカップリング剤を用いた表面修飾処理によって親水化された気相成長炭素繊維(VGCF)により形成されている。吸水性繊維260は、燃料電池の発電にかかる電気化学反応により生成された水分を吸収し、リブ241と導電性部材150との間に水分を保持させる。
The water-absorbing
B2.起動時の温度上昇について:
第2実施例における燃料電池セル20の起動時の温度上昇について説明する。吸水性繊維260は、上述のとおり、リブ241上に敷き詰められるように配置され、導電性部材150とカソード側セパレータ240とから狭持されているため、カソード側セパレータ140と吸水性繊維260、吸水性繊維260と導電性部材150は、それぞれ、ほぼ面接触している。よって、燃料電池起動時、常温環境下では、アノード側セパレータ130から外部回路を通ってカソード側セパレータ140へと移動してきた電子は、良好に吸水性繊維260および導電性部材150を通過する。
B2. Regarding temperature rise at startup:
The temperature rise at the start of the
一方、低温環境下では、吸水性繊維260に含まれている水分が凍結・膨張して、吸水性繊維260のカソード側セパレータ140との接触面および導電性部材150との接触面に凹凸が生じる。この凹凸により吸水性繊維260とカソード側セパレータ140との間に空隙が生じる。また、吸水性繊維260に生じた凹凸により導電性部材150は変形して吸水性繊維260と導電性部材150との間に空隙が生じる。吸水性繊維260とカソード側セパレータ140、および、吸水性繊維260と導電性部材150との間に生じた空隙のため、それぞれの接触面は荒くなり、接触抵抗が増加する。よって、燃料電池起動時、低温環境下では、アノード側セパレータ130から外部回路を通ってカソード側セパレータ140へと移動してきた電子は、良好に吸水性繊維260、導電性部材150へと移動できず、常温環境下に比べて、カソード側セパレータ140近傍で発熱量が増加する。
On the other hand, in a low temperature environment, moisture contained in the water
以上説明した第2実施例の燃料電池によれば、セパレータのリブ上に配置された導電性の吸水性樹脂が水を吸収して保持できるため、低温環境下で、セパレータと導電性部材の接触抵抗を増大でき、燃料電池の発電時の発熱量を増加できる。従って、燃料電池本体の温度が動作適温となるまでにかかる時間を短縮でき、燃料電池の始動性を向上できる。 According to the fuel cell of the second embodiment described above, the conductive water-absorbing resin disposed on the ribs of the separator can absorb and hold water, so that the contact between the separator and the conductive member is performed in a low temperature environment. The resistance can be increased, and the amount of heat generated during power generation by the fuel cell can be increased. Therefore, the time required for the temperature of the fuel cell main body to reach the proper operating temperature can be shortened, and the startability of the fuel cell can be improved.
C.変形例:
(1)上述の第1実施例でが、カソード側セパレータ140のリブ141には溝145が形成されているが、例えば、リブ上に凹上に形成された水受部が形成されてもよい。図6は、変形例におけるリブの一部分を例示する拡大図である。図6に示すように、本変形例のカソード側セパレータ140a上には、水受部146が形成されている。水受部146内には、更に、吸水性の樹脂・繊維が配置されていてもよい。こうすれば、水分の蒸発を抑制し、効率的に水分を保持できる。本変形例によれば、カソード側セパレータ140aのリブ141上に形成された水受部146に、燃料電池の発電にかかる電気化学反応により生成された水が保持され、低温環境下で凍結・膨張する。よって、セパレータと導電性部材の接触抵抗を増大でき、燃料電池の発電時の発熱量を増加できる。
C. Variation:
(1) Although the
(2)上述の第1実施例では、セパレータはリブを有しているが、例えば、セパレータは複数の柱状の突状部を有していても良い。図7は、本変形例におけるカソード側セパレータを例示する斜視図である。図7に示すように、本変形例のカソード側セパレータ340は、円柱状の突状部370を複数有している。燃料ガスは、突状部370の間を流れる。突状部370は、それぞれ、水受部346を有している。水受部346内には、更に、吸水性の樹脂・繊維が配置されていてもよい。本変形例では、図7に示すように、縦方向に並んだ突状部370上に、導電性部材350が配置される。本変形例によれば、燃料電池の発電にかかる電気化学反応により生成された水が、カソード側セパレータ340の突状部370上に形成された水受部146に保持され、低温環境下で凍結・膨張する。よって、セパレータと導電性部材の接触抵抗を増大できる。
(2) In the first embodiment described above, the separator has ribs. However, for example, the separator may have a plurality of columnar protrusions. FIG. 7 is a perspective view illustrating a cathode-side separator in this modification. As shown in FIG. 7, the cathode-
(3)上述の第2実施例では、カソード側セパレータ240のリブ241上に吸水性繊維260を配置しているが、例えば、セパレータと同形状に形成された吸水性繊維をカソード側セパレータ240と導電性部材150との間に配置してもよい。図8は、本変形例のカソード側セパレータ周辺の構成を例示する分解斜視図である。図8に示すように、カソード側セパレータ240と同様の矩形形状に形成された吸水性繊維260aが、カソード側セパレータ240と導電性部材150との間に配置されている。本変形例では、吸水性繊維260aは、ガスの流通を阻害しないように、十分な気孔率を有することが好ましい。本変形例によれば、吸水性繊維260aをそれぞれのリブ上に精密に配置する必要が無く、容易に配置できるため、燃料電池セルの製造工程にかかる負荷を軽減できる。
(3) In the second embodiment described above, the water-absorbing
(4)上述の第1実施例、第2実施例では、リブの数と同じ枚数の導電性部材150を準備しているが、例えば、1枚の導電性の板を準備し、セパレータのガス流路に対応する領域に貫通孔を形成することにより、導電性部材を形成してもよい。変形例に係る導電性部材を、図9を参照して説明する。図9は、本変形例における導電性部材を例示する斜視図である。図9に示すように、本変形例の導電性部材150aは、セパレータと導電性部材150aとを重ね合わせた際のセパレータのガス流路に対応する部位に貫通孔170を有する。セパレータと導電性部材150aとを重ね合わせた際、図9に斜線ハッチングで示した部分がセパレータのリブ上に位置する。ガス流路を流れるガスは、導電性部材150aに阻害されることなく貫通孔170を通って良好にMEGA50に供給される。本変形例によれば、導電性部材は1枚の板状であるため、導電性部材を正しい位置、すなわちセパレータのリブ上、に容易に配置できるため製造負荷を軽減できる。
(4) In the first and second embodiments described above, the same number of
(5)上述の第1実施例および第2実施例では、カソード側セパレータとMEGA50との間に吸水性の樹脂・繊維および導電性部材を配置しているが、アノード付近の湿潤状態も良好であるため、吸水性の樹脂・繊維および導電性部材導電性部材は、アノード側セパレータに配置されていても良い。
(5) In the first and second embodiments described above, the water-absorbing resin / fiber and the conductive member are disposed between the cathode separator and the
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができることは言うまでもない。 Although various embodiments of the present invention have been described above, it is needless to say that the present invention is not limited to these embodiments and can take various configurations without departing from the spirit of the present invention.
10、20…燃料電池セル
100…電解質膜
110…アノード電極触媒層
111…カソード電極触媒層
120、121…ガス拡散層
130…アノード側セパレータ
140、140a、240、340…カソード側セパレータ
131、141、241…リブ
132、142…ガス流路
145…溝
146、346…水受部
150、150a、350…導電性部材
160…吸水性樹脂
170…貫通孔
260、260a…吸水性繊維
370…突状部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
電解質膜と、
前記電解質膜の両面に形成され、前記電解質膜と共に膜電極接合体を形成する電極層と、
前記膜電極接合体を狭持し、前記膜電極接合体との対向面に形成され、頂部に窪み部を有する突状部を有するセパレータと、
前記窪み部上に配置された導電性部材と、を備える燃料電池。 A fuel cell,
An electrolyte membrane;
An electrode layer formed on both surfaces of the electrolyte membrane and forming a membrane electrode assembly together with the electrolyte membrane;
Sandwiching the membrane electrode assembly, formed on the surface facing the membrane electrode assembly, a separator having a projecting portion having a depression at the top;
And a conductive member disposed on the recess.
前記突状部は、ガス流路を形成する、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The protrusion is a fuel cell that forms a gas flow path.
前記窪み部内に、水分を保持するための水分保持手段を備える、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2, further comprising:
A fuel cell comprising a moisture retaining means for retaining moisture in the recess.
前記窪み部は、前記一対のセパレータのうち、前記膜電極接合体のカソード電極層側に配置されるカソード側セパレータの前記突状部に形成されており、
前記導電性部材は、前記カソード側セパレータの前記窪み部上に配置されている、燃料電池。 A fuel cell according to any one of claims 1 to 5,
The hollow portion is formed on the protruding portion of the cathode-side separator disposed on the cathode electrode layer side of the membrane electrode assembly among the pair of separators,
The fuel cell, wherein the conductive member is disposed on the depression of the cathode separator.
電解質膜と、
前記電解質膜の両面に形成され、前記電解質膜と共に膜電極接合体を形成する電極層と、
膜電極接合体を狭持し、前記膜電極接合体との対向面に形成された突状部を有する1対のセパレータと、
前記突状部の頂部の少なくとも一部に配置され、導電性を有し、水分を保持するための水分保持手段と、
前記突状部と前記膜電極接合体との間に配置された導電性部材と、を備える燃料電池。 A fuel cell,
An electrolyte membrane;
An electrode layer formed on both surfaces of the electrolyte membrane and forming a membrane electrode assembly together with the electrolyte membrane;
A pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly and having a protruding portion formed on the surface facing the membrane electrode assembly;
A moisture retaining means disposed on at least a part of the top of the protruding portion, having electrical conductivity and retaining moisture;
A fuel cell comprising: a conductive member disposed between the protruding portion and the membrane electrode assembly.
前記導電性部材と前記水分保持手段は、少なくとも、前記膜電極接合体のカソード電極層と、前記一対のセパレータのうち前記カソード電極層側に配置されているカソード側セパレータとの間に配置されている、燃料電池。 The fuel cell according to claim 7 or 8, wherein
The conductive member and the moisture retaining means are disposed at least between a cathode electrode layer of the membrane electrode assembly and a cathode side separator disposed on the cathode electrode layer side of the pair of separators. A fuel cell.
前記電極層と前記セパレータとの間に配置された多孔質のガス拡散層を備える燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 9, further comprising:
A fuel cell comprising a porous gas diffusion layer disposed between the electrode layer and the separator.
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KR20120056990A (en) * | 2010-11-26 | 2012-06-05 | 현대자동차주식회사 | Fuel cell having heating gas diffusion layer |
CN110544780A (en) * | 2018-05-28 | 2019-12-06 | 丰田纺织株式会社 | Fuel cell separator |
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