JP2008146897A - Fuel cell separator, and fuel cell - Google Patents

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重幸 鵜木
Eiichi Yasumoto
栄一 安本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell separator and a fuel cell equipped with the same capable of surely exhausting condensed water generated on the surface of a gas diffusion electrode. <P>SOLUTION: The fuel cell separator is provided in contact with an electrolyte membrane-electrode assembly 9 made up by pinching a solid polymer electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity with a pair of gas diffusion electrodes 6A, 6B. Gas flow channel grooves 21, 31 for circulating gas through are formed at a face on a side opposed to the gas diffusion electrodes 6A, 6B, and at bottom walls of the gas flow channel grooves 21, 31, convex parts 20A, 20B are provided extended toward the gas diffusion electrodes 6A, 6B, the convex parts 20A, 20B showing a higher hydrophilicity than the gas diffusion electrodes 6A, 6B. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質を用いた燃料電池に用いられる燃料電池用セパレータおよびその燃料電池用セパレータを備えた燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell separator used in a fuel cell using a solid polymer electrolyte having hydrogen ion conductivity, and a fuel cell including the fuel cell separator.

水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質を用いた燃料電池は、水素を含む燃料ガスと、空気などの酸素を含む酸化剤ガスとを、電気化学的に反応させることによって、電力と熱とを同時に発生させるものである。このような燃料電池は、一般的に、水素イオンを選択的に輸送する水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜と、その高分子電解質膜を挟持するようにその両面に配置された一対のガス拡散電極とを備えている。このガス拡散電極は、白金族金属触媒を担持した導電性カーボン粉末を主成分とする触媒層と、この触媒層の外側に形成され、通気性および電子導電性を併せ持った、例えば撥水処理が施されたカーボンペーパーなどからなるガス拡散層とから構成される。   A fuel cell using a solid polymer electrolyte having hydrogen ion conductivity has an electric power and heat by electrochemically reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen such as air. It is generated at the same time. Such a fuel cell generally includes a polymer electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity that selectively transports hydrogen ions, and a pair of gases disposed on both sides of the polymer electrolyte membrane so as to sandwich the polymer electrolyte membrane. And a diffusion electrode. This gas diffusion electrode is formed on the outer side of the catalyst layer mainly composed of conductive carbon powder carrying a platinum group metal catalyst, and has both air permeability and electronic conductivity. And a gas diffusion layer made of applied carbon paper or the like.

上記のように、高分子電解質膜と、ガス拡散電極との接合体は、MEA(Membrane−Electrode−Assembly:電解質膜−電極接合体)と呼ばれる。   As described above, the assembly of the polymer electrolyte membrane and the gas diffusion electrode is referred to as MEA (Membrane-Electrode-Assembly: electrolyte membrane-electrode assembly).

ガス拡散電極の周縁には、高分子電解質膜を挟んでガスシール材およびガスケットが配設される。これにより、燃料電池内へ供給されるガスの外部へのリーク、および燃料ガスと酸化剤ガスとの混合が防止される。   A gas sealing material and a gasket are disposed on the periphery of the gas diffusion electrode with the polymer electrolyte membrane interposed therebetween. As a result, leakage of the gas supplied into the fuel cell to the outside and mixing of the fuel gas and the oxidant gas are prevented.

MEAの外側には、これを機械的に固定するとともに、隣り合うMEAを互いに電気的に直列に接続するための導電性のセパレータが配設される。MEAと対向する側のセパレータの面には、ガス拡散電極に対して反応ガスを供給し、生成水、凝縮水、および余剰ガスを運び去るためのガス流路溝が形成される。また、セパレータの反対側の面には、MEAを適温にするための熱媒体流路溝が形成される。さらに、セパレータに形成されたガス流路溝へガスを供給し、且つ当該ガス流路溝からガスを排出するためのガス供給排出機構(マニホールド)と、同じく熱媒体流路溝へ熱媒体を供給し、且つ当該熱媒体流路溝から熱媒体を排出するための熱媒体供給排出溝(マニホールド)とが、MEAと対向する側のセパレータの面の外周側に形成される。   Outside the MEA, a conductive separator for mechanically fixing the MEA and electrically connecting adjacent MEAs to each other in series is disposed. On the surface of the separator facing the MEA, there is formed a gas flow channel for supplying the reaction gas to the gas diffusion electrode and carrying away generated water, condensed water, and surplus gas. In addition, a heat medium flow channel for making the MEA have an appropriate temperature is formed on the opposite surface of the separator. In addition, a gas supply and discharge mechanism (manifold) for supplying gas to the gas flow channel groove formed in the separator and discharging the gas from the gas flow channel groove, and also supplying the heat medium to the heat medium flow channel In addition, a heat medium supply / discharge groove (manifold) for discharging the heat medium from the heat medium flow path groove is formed on the outer peripheral side of the separator facing the MEA.

上記のように構成されたMEAとセパレータとを交互に重ね、10〜200セル積層したMEA群を形成し、集電板および絶縁板を介してそのMEA群を端板で挟み、締結ボルトで両端から固定することにより、一般的な構造の積層電池が得られる。これはセルスタックと呼ばれる。   MEAs and separators configured as described above are alternately stacked to form a MEA group in which 10 to 200 cells are stacked. The MEA group is sandwiched between end plates via current collector plates and insulating plates, and both ends are fastened with fastening bolts. A laminated battery having a general structure can be obtained by fixing from above. This is called a cell stack.

高分子電解質膜は、飽和状態で含水させることによって膜の比抵抗が小さくなり、水素イオン伝導性電解質として機能する。よって、燃料電池の稼働中は、高分子電解質膜からの水分の蒸発を防ぐために、燃料ガスおよび酸化剤ガスが加湿して供給される。また、電池発電が行われている間は、次の電気化学反応式にしたがって、反応生成物としての水がカソード側で生成される。   The polymer electrolyte membrane functions as a hydrogen ion conductive electrolyte by reducing the specific resistance of the membrane by containing water in a saturated state. Therefore, during operation of the fuel cell, the fuel gas and the oxidant gas are humidified and supplied in order to prevent evaporation of moisture from the polymer electrolyte membrane. In addition, during battery power generation, water as a reaction product is generated on the cathode side according to the following electrochemical reaction equation.

(アノード側) H → 2H + 2e
(カソード側) 2H + (1/2)O + 2e → H
これらの加湿された燃料ガスおよび酸化剤ガス中の水、および反応生成水は、電解質膜を飽和状態に保つために使用される。そして、電解質膜に吸収されなかった余剰の水は、凝縮水および水蒸気として、余剰の燃料ガスおよび酸化剤ガスとともに、燃料電池の外部へ排出される。
(Anode side) H 2 → 2H + + 2e
(Cathode side) 2H + + (1/2) O 2 + 2e → H 2 O
The water in the humidified fuel gas and oxidant gas and the reaction product water are used to keep the electrolyte membrane in a saturated state. Excess water that has not been absorbed by the electrolyte membrane is discharged to the outside of the fuel cell together with excess fuel gas and oxidant gas as condensed water and water vapor.

ところで、燃料電池システムは、エネルギー効率を高めるために、負荷により出力を変動させる運転モードで使用するのが一般的である。そのため、低出力での運転の場合、供給されるガスの量が減少し、それに伴って凝縮水の排出力が低下することになる。この場合、凝縮水がガス拡散電極を閉塞し、ガスの供給不足により出力が不安定になる現象(フラッディング)が生じる。このフラッディングを如何に抑制するかということが問題となる。   By the way, the fuel cell system is generally used in an operation mode in which the output is varied depending on the load in order to increase the energy efficiency. For this reason, in the case of operation at a low output, the amount of gas supplied decreases, and the condensate discharge power decreases accordingly. In this case, the condensed water clogs the gas diffusion electrode, and the phenomenon that the output becomes unstable due to insufficient supply of gas (flooding) occurs. How to suppress this flooding is a problem.

フラッディングを抑制すべく、ガス拡散電極上の凝縮水を効率良く排出するために、セパレータに形成されたガス流路溝の側壁面に、ガスの流れ方向に対して交差する方向に、且つ、その一端がガス拡散面に望むように複数の排水溝部を形成し、その排水溝部に流路内で発生した凝縮水を吸収させる燃料電池が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。
特開2002−343382号公報
In order to efficiently discharge the condensed water on the gas diffusion electrode in order to suppress flooding, on the side wall surface of the gas flow channel groove formed in the separator, in a direction intersecting the gas flow direction, and There has been proposed a fuel cell in which a plurality of drain grooves are formed so that one end of the gas diffusion surface is desired, and condensed water generated in the flow path is absorbed by the drain grooves (see, for example, Patent Document 1).
JP 2002-343382 A

しかしながら、上記の従来の燃料電池の場合、セパレータのガス流路溝の側壁面(リブ部)に形成された排水溝部によって排水するため、ガス拡散電極におけるセパレータのリブ部に接している領域の排水は可能であるものの、このリブ部に接しておらず、ガス流路溝に曝されている領域の排水は不十分であった。特に、低出力運転のためにガス流速が遅くなった場合に、そのガス流路溝に曝されている領域における凝縮水の排出が困難となり、その結果、ガス拡散電極へのガスの供給不足を招き、出力が不安定になるという問題があった。   However, in the case of the above-described conventional fuel cell, the drainage is performed by the drainage groove formed on the side wall surface (rib portion) of the gas flow channel groove of the separator, and therefore the drainage of the region in contact with the rib portion of the separator in the gas diffusion electrode. Although it is possible, the drainage of the area which is not in contact with the rib portion and is exposed to the gas flow channel groove was insufficient. In particular, when the gas flow rate slows down due to low power operation, it becomes difficult to discharge condensed water in the area exposed to the gas flow channel, resulting in insufficient gas supply to the gas diffusion electrode. There was a problem that the output became unstable.

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、低出力運転のために、供給ガス量が減少し、その結果、ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水の排出力が低下する場合であっても、その凝縮水を効率良く排出することができる燃料電池用セパレータおよびその燃料電池用セパレータを備えた燃料電池を提供することにある。   The present invention has been made to solve such problems, and its purpose is to reduce the amount of supplied gas for low output operation, and as a result, the condensed water generated on the surface of the gas diffusion electrode. An object of the present invention is to provide a fuel cell separator and a fuel cell including the fuel cell separator capable of efficiently discharging the condensed water even when the discharge force is reduced.

上述した課題を解決するために、本発明の燃料電池用セパレータは、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜を一対のガス拡散電極で挟んでなる電解質膜−電極接合体に当接して設けられ、ガスを流通させるためのガス流路溝が前記ガス拡散電極と対向する側の面に形成された燃料電池用セパレータにおいて、前記ガス流路溝の底壁には、前記ガス拡散電極側に向かって延びる凸部が設けられており、前記凸部は、前記ガス拡散電極よりも高い親水性を有している。   In order to solve the above-described problems, a fuel cell separator according to the present invention is provided in contact with an electrolyte membrane-electrode assembly in which a solid polymer electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes. In the fuel cell separator in which a gas flow channel for allowing the gas to flow is formed on a surface facing the gas diffusion electrode, a bottom wall of the gas flow channel is formed on the gas diffusion electrode side. The convex part extended toward is provided, and the said convex part has higher hydrophilicity than the said gas diffusion electrode.

このように構成することにより、低出力運転のようにガス流速が低下する場合であっても、ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水を容易に排出することができるため、フラッディングを回避することができる。   By configuring in this way, even when the gas flow rate is lowered as in low power operation, the condensed water generated on the surface of the gas diffusion electrode can be easily discharged, so that flooding is avoided. Can do.

上記発明に係る燃料電池用セパレータにおいて、前記凸部は、吸水性を有していることが好ましい。例えば、当該凸部が、前記ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水を含む水分を、毛管現象により吸い上げ可能なように構成されていることが好ましい。これにより、ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水を確実に排出することが可能となる。   In the fuel cell separator according to the above invention, the convex portion preferably has water absorption. For example, it is preferable that the convex portion is configured to suck up moisture including condensed water generated on the surface of the gas diffusion electrode by capillary action. Thereby, it is possible to reliably discharge the condensed water generated on the surface of the gas diffusion electrode.

また、上記発明に係る燃料電池用セパレータにおいて、前記凸部は、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、電解質膜、または多孔質カーボンで構成されていることが好ましい。   In the fuel cell separator according to the above invention, the convex portion is preferably made of nylon, polyethylene terephthalate, an electrolyte membrane, or porous carbon.

また、上記発明に係る燃料電池用セパレータにおいて、前記凸部は、前記ガス流路溝のガスの通流方向の下流側に設けられていることが好ましい。これにより、ガスの通流方向の下流側で溜まりやすいガス拡散電極上の凝縮水を確実に排出することが可能となる。   In the fuel cell separator according to the invention, it is preferable that the convex portion is provided on the downstream side of the gas passage groove in the gas flow direction. This makes it possible to reliably discharge the condensed water on the gas diffusion electrode that tends to accumulate on the downstream side in the gas flow direction.

本発明の燃料電池は、上記のように構成された本発明の燃料電池用セパレータを備える。このように構成することにより、フラッディングを十分に抑制することができる燃料電池を得ることができる。   The fuel cell of the present invention includes the fuel cell separator of the present invention configured as described above. By comprising in this way, the fuel cell which can fully suppress flooding can be obtained.

本発明によれば、低出力運転のために、供給ガス量が減少し、その結果、ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水の排出力が低下する場合であっても、その凝縮水を効率良く排出することができるため、ガス拡散電極へのガス拡散が良好で安定した出力を実現することができる。   According to the present invention, because of the low output operation, the amount of supplied gas is reduced, and as a result, the condensed water generated on the surface of the gas diffusion electrode is reduced in efficiency. Since the gas can be discharged well, the gas diffusion to the gas diffusion electrode is good and a stable output can be realized.

また、ガス拡散電極の撥水性が耐久劣化し、その表面の排水性が低下した場合においても、ガス拡散電極のガス流路溝に曝されている部分の凝縮水を効率良く除去することができ、耐久末期における安定出力を期待することができる。   In addition, even when the water repellency of the gas diffusion electrode deteriorates and the drainage of the surface of the gas diffusion electrode deteriorates, the portion of the condensed water exposed to the gas flow channel groove of the gas diffusion electrode can be efficiently removed. Stable output at the end of durability can be expected.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
[セルスタックの構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係るセパレータを備える燃料電池からなるセルスタックの構成を示す斜視図である。
(Embodiment 1)
[Cell stack configuration]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of a cell stack including a fuel cell including a separator according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すように、セルスタック1は、板状の全体構造を有する燃料電池(単セル)2がその厚み方向に積層されてなるセル積層体201と、このセル積層体201の両端に配置された端板(図示せず)と、セル積層体201およびそれらの端板を単セル2の積層方向において締結する締結用軸(図示せず)とを有している。この締結用軸は、セル積層体201の四隅に当該セル積層体201を積層方向に貫通するように形成された締結用軸孔17に挿通される。なお、両端板には集電板および絶縁板がそれぞれ配設されているが、図示を省略している。板状の単セル2は、鉛直面に平行に延在しており、したがって、単セル2の積層方向は水平方向となっている。   As shown in FIG. 1, a cell stack 1 includes a cell stack 201 in which fuel cells (single cells) 2 having a plate-like overall structure are stacked in the thickness direction, and arranged at both ends of the cell stack 201. And a cell stack 201 and a fastening shaft (not shown) for fastening the end plates in the stacking direction of the single cells 2. The fastening shafts are inserted into fastening shaft holes 17 formed at the four corners of the cell stack 201 so as to penetrate the cell stack 201 in the stacking direction. A current collecting plate and an insulating plate are provided on both end plates, but they are not shown. The plate-like single cell 2 extends parallel to the vertical plane, and therefore the stacking direction of the single cells 2 is the horizontal direction.

セル積層体201の一方の側部(以下、第1の側部という)の上部には、セル積層体201を積層方向に貫通するように酸化剤ガス供給マニホールド13が形成されている。また、セル積層体201の他方の側部(以下、第2の側部という)の下部には、該セル積層体105を積層方向に貫通するように酸化剤ガス排出マニホールド16が形成されている。   An oxidant gas supply manifold 13 is formed above one side portion (hereinafter referred to as a first side portion) of the cell stack 201 so as to penetrate the cell stack 201 in the stacking direction. Further, an oxidant gas discharge manifold 16 is formed below the other side portion (hereinafter referred to as a second side portion) of the cell stack 201 so as to penetrate the cell stack 105 in the stacking direction. .

セル積層体201の第2の側部の上部には、セル積層体201を積層方向に貫通するように燃料ガス供給マニホールド12が形成されている。また、セル積層体201の第1の側部の下部には、セル積層体105を積層方向に貫通するように燃料ガス排出マニホールド15が形成されている。   A fuel gas supply manifold 12 is formed above the second side portion of the cell stack 201 so as to penetrate the cell stack 201 in the stacking direction. A fuel gas discharge manifold 15 is formed below the first side portion of the cell stack 201 so as to penetrate the cell stack 105 in the stacking direction.

酸化剤ガス供給マニホールド13の上方かつ内側には、セル積層体201を積層方向に貫通するように冷却流体供給マニホールド11が形成されている。また、酸化剤ガス排出マニホールド16の下方かつ内側には、セル積層体201を積層方向に貫通するように冷却流体排出マニホールド14が形成されている。   A cooling fluid supply manifold 11 is formed above and inside the oxidant gas supply manifold 13 so as to penetrate the cell stack 201 in the stacking direction. A cooling fluid discharge manifold 14 is formed below and inside the oxidant gas discharge manifold 16 so as to penetrate the cell stack 201 in the stacking direction.

[単セルの構成]
図2は、図1のII-II線矢視の方向から見た場合の本発明の実施の形態1に係るセパレータを備えた燃料電池(単セル)2の構成を示す断面図である。
[Single cell configuration]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell (single cell) 2 provided with the separator according to Embodiment 1 of the present invention when viewed from the direction of arrows II-II in FIG.

図2に示すように、単セル2は、MEA9と、そのMEA9に当接して設けられる一対の導電性のセパレータ10A,10Bとを有している。   As shown in FIG. 2, the single cell 2 includes an MEA 9 and a pair of conductive separators 10 </ b> A and 10 </ b> B provided in contact with the MEA 9.

MEA9は、高分子電解質膜3とその両面に積層して構成された一対のガス拡散電極6A,6Bとを備えている。具体的には、MEA9は、水素イオンを選択的に透過するイオン交換膜からなる高分子電解質膜3と、高分子電解質膜3の周縁部より内側の部分の両面に形成された一対のガス拡散電極6A,6Bとを備えている。   The MEA 9 includes a polymer electrolyte membrane 3 and a pair of gas diffusion electrodes 6A and 6B configured to be laminated on both surfaces thereof. Specifically, the MEA 9 includes a pair of gas diffusions formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 3 made of an ion exchange membrane that selectively permeates hydrogen ions and the inner side of the periphery of the polymer electrolyte membrane 3. Electrodes 6A and 6B are provided.

ガス拡散電極6A,6Bは、白金(Pt)系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする一対のアノード側触媒層4A及びカソード側触媒層4Bと、この一対の触媒層4A,4Bの外面に配設された一対のアノード側ガス拡散層5A及びカソード側ガス拡散層5Bとを備えている。ここで、ガス拡散層5A,5Bは、通気性と電子伝導性を併せ持つように多孔質構造を有している。これにより、アノード側触媒層4Aおよびアノード側ガス拡散層5Aで構成されるガス拡散電極6Aがアノード電極として機能し、カソード側触媒層4Bおよびカソード側ガス拡散層5Bで構成されるガス拡散電極6Bがカソード電極として機能する。よって、以下では、ガス拡散電極6Aをアノード電極6Aと、ガス拡散電極6Bをカソード電極6Bとそれぞれ呼ぶことにする。   The gas diffusion electrodes 6A and 6B include a pair of an anode side catalyst layer 4A and a cathode side catalyst layer 4B mainly composed of carbon powder supporting a platinum (Pt) -based metal catalyst, and a pair of the catalyst layers 4A and 4B. A pair of anode-side gas diffusion layers 5A and cathode-side gas diffusion layers 5B disposed on the outer surface are provided. Here, the gas diffusion layers 5A and 5B have a porous structure so as to have both air permeability and electronic conductivity. Thereby, the gas diffusion electrode 6A composed of the anode side catalyst layer 4A and the anode side gas diffusion layer 5A functions as an anode electrode, and the gas diffusion electrode 6B composed of the cathode side catalyst layer 4B and the cathode side gas diffusion layer 5B. Functions as a cathode electrode. Therefore, hereinafter, the gas diffusion electrode 6A is referred to as an anode electrode 6A, and the gas diffusion electrode 6B is referred to as a cathode electrode 6B.

高分子電解質膜3には、パーフルオロスルホン酸からなる膜が好適である。例えば、DuPont社製Nafion(登録商標)膜が用いられる。そして、MEA5は、一般的には、高分子電解質膜3上に触媒層4A,4B及びガス拡散層5A,5Bを順次塗布、転写、ホットプレス等の方法により形成して製造される。または、このようにして製造されたMEA9の市販品を利用することもできる。   The polymer electrolyte membrane 3 is preferably a membrane made of perfluorosulfonic acid. For example, a DuPont Nafion (registered trademark) membrane is used. The MEA 5 is generally manufactured by forming the catalyst layers 4A and 4B and the gas diffusion layers 5A and 5B on the polymer electrolyte membrane 3 by a method such as sequential application, transfer, and hot pressing. Or the commercial item of MEA9 manufactured in this way can also be utilized.

アノード電極6Aおよびカソード電極6Bの周縁には、高分子電解質膜1を挟んでガスケット7が配設されている。   A gasket 7 is disposed on the periphery of the anode electrode 6A and the cathode electrode 6B with the polymer electrolyte membrane 1 interposed therebetween.

セパレータ10Aのアノード電極6Aと対向する側の面には、アノード電極6Aに対して燃料ガスを供給するための燃料ガス流路溝21が形成されており、他方の面には、冷却流体の流路を構成する冷却流体流路溝26が形成されている。   A fuel gas flow channel 21 for supplying fuel gas to the anode electrode 6A is formed on the surface of the separator 10A facing the anode electrode 6A, and the flow of cooling fluid is formed on the other surface. A cooling fluid passage groove 26 constituting the passage is formed.

また、セパレータ10Bのカソード電極6Bと対向する側の面には、カソード電極6Bに対して酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路溝31が形成されており、他方の面には、冷却流体の流路を構成する冷却流体流路溝36が形成されている。   Further, an oxidant gas flow channel 31 for supplying an oxidant gas to the cathode electrode 6B is formed on the surface of the separator 10B facing the cathode electrode 6B, and the other surface is formed with A cooling fluid channel groove 36 that forms a cooling fluid channel is formed.

単セル2を積層してなるセルスタック1においては、1つの単セル2のカソード側のセパレータ10Bと、その単セル2と隣り合う単セル2のアノード側のセパレータ10Aとの間に、冷却流体流路溝26および36で構成される冷却部が形成されることになる。   In the cell stack 1 formed by stacking the single cells 2, a cooling fluid is provided between the cathode-side separator 10 </ b> B of one single cell 2 and the anode-side separator 10 </ b> A of the single cell 2 adjacent to the single cell 2. A cooling part constituted by the flow channel grooves 26 and 36 is formed.

アノード側のセパレータ10Aに形成された燃料ガス流路溝21の底壁には、アノード電極6A側に向かって延びる凸部20Aが設けられている。同様にして、カソード側のセパレータ10Bに形成された燃料ガス流路溝31の底壁には、カソード電極6B側に向かって延びる凸部20Bが設けられている。   On the bottom wall of the fuel gas channel groove 21 formed in the anode-side separator 10A, a convex portion 20A extending toward the anode electrode 6A is provided. Similarly, a convex portion 20B extending toward the cathode electrode 6B is provided on the bottom wall of the fuel gas passage groove 31 formed in the cathode-side separator 10B.

ここで、凸部20Aおよび20Bは、アノード電極6Aおよびカソード電極6Bの表面に発生する液滴の大きさに応じて、その高さが設定される。具体的には、ガス拡散電極の表面に発生する液滴の大きさは、燃料電池のスペックおよび使用状況などによって異なるが、それらに基づいて推定される大きさの液滴がガス拡散電極の表面に発生した場合に、その液滴に触れる程度の高さを凸部20Aおよび20Bが有している。このように構成することによって、後述するように、ガス拡散電極の表面に発生した液滴が、凸部20Aおよび20Bを伝って流れるようになる。   Here, the heights of the protrusions 20A and 20B are set according to the size of the droplets generated on the surfaces of the anode electrode 6A and the cathode electrode 6B. Specifically, the size of the droplets generated on the surface of the gas diffusion electrode varies depending on the specifications and usage conditions of the fuel cell, but the size of the droplets estimated based on them varies depending on the surface of the gas diffusion electrode. When this occurs, the protrusions 20A and 20B have such a height that they touch the droplets. With this configuration, as will be described later, droplets generated on the surface of the gas diffusion electrode flow along the convex portions 20A and 20B.

これらの凸部20Aおよび20Bは、親水性を有している。ここで、凸部20Aおよび20Bが親水性を有しているということは、凸部20Aおよび20Bと水との接触角が90度以下であることを意味している。   These convex portions 20A and 20B have hydrophilicity. Here, the fact that the convex portions 20A and 20B are hydrophilic means that the contact angle between the convex portions 20A and 20B and water is 90 degrees or less.

凸部20Aおよび20Bは、具体的には、コロナ放電表面処理が施されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムで構成されている。なお、表面処理としては、コロナ放電によるもの以外にも、例えばプラズマ放電またはUV光によるものであってもよい。   Specifically, the protrusions 20A and 20B are made of a polyethylene terephthalate (PET) film subjected to a corona discharge surface treatment. The surface treatment may be performed by, for example, plasma discharge or UV light other than by corona discharge.

凸部20Aおよび20Bは、アノード電極6Aおよびカソード電極6Bと比べて、高い親水性を有している。アノード電極6Aおよびカソード電極6Bの親水性は、発電に伴って変わりうるものであるが、凸部20Aおよび20Bの親水性が、アノード電極6Aおよびカソード電極6Bの親水性よりも高いという状態は、常に保たれる。   The convex portions 20A and 20B have higher hydrophilicity than the anode electrode 6A and the cathode electrode 6B. The hydrophilicity of the anode electrode 6A and the cathode electrode 6B can change with power generation, but the state in which the hydrophilicity of the convex portions 20A and 20B is higher than the hydrophilicity of the anode electrode 6A and the cathode electrode 6B is as follows: Always kept.

[セパレータの詳細な構成]
図3は、本発明の実施の形態1に係るセパレータの構成を示す平面図であり、(a)はアノード側のセパレータ10Aの構成を示す平面図、(b)はカソード側のセパレータ10Bの構成を示す平面図である。また、図4は、図3(b)における領域50を拡大して示す斜視図である。
[Detailed configuration of separator]
3A and 3B are plan views showing the configuration of the separator according to Embodiment 1 of the present invention, where FIG. 3A is a plan view showing the configuration of the anode-side separator 10A, and FIG. 3B is the configuration of the cathode-side separator 10B. FIG. FIG. 4 is an enlarged perspective view showing a region 50 in FIG.

図3(a)および(b)に示すように、セパレータ10Aおよび10Bには、上述した冷却流体供給マニホールド11、燃料ガス供給マニホールド12、酸化剤ガス供給マニホールド13、冷却流体排出マニホールド14、燃料ガス排出マニホールド15、酸化剤ガス排出マニホールド16、および締結用軸孔17をそれぞれ構成する、冷却流体供給マニホールド孔41、燃料ガス供給マニホールド孔42、酸化剤ガス供給マニホールド孔43、冷却流体排出マニホールド孔44、燃料ガス排出マニホールド孔45、酸化剤ガス排出マニホールド孔46、および軸孔47が形成されている。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the separators 10A and 10B include the above-described cooling fluid supply manifold 11, fuel gas supply manifold 12, oxidant gas supply manifold 13, cooling fluid discharge manifold 14, and fuel gas. A cooling fluid supply manifold hole 41, a fuel gas supply manifold hole 42, an oxidant gas supply manifold hole 43, and a cooling fluid discharge manifold hole 44 constituting the discharge manifold 15, the oxidant gas discharge manifold 16, and the fastening shaft hole 17, respectively. A fuel gas discharge manifold hole 45, an oxidant gas discharge manifold hole 46, and a shaft hole 47 are formed.

図3(a)に示すように、セパレータ10Aは、アノード電極と対向する側の主面に、燃料ガス流路溝21が形成されている。この燃料ガス流路溝21は、燃料ガス供給マニホールド孔42から燃料ガス排出マニホールド孔45に至るように、サーペンタイン状に形成されている。   As shown in FIG. 3A, the separator 10A has a fuel gas channel groove 21 formed on the main surface facing the anode electrode. The fuel gas channel groove 21 is formed in a serpentine shape so as to reach the fuel gas discharge manifold hole 45 from the fuel gas supply manifold hole 42.

また、図3(b)に示すように、セパレータ10Bは、カソード電極と対向する側の主面に、酸化剤ガス流路溝31が形成されている。この酸化剤ガス流路溝31は、酸化剤ガス供給マニホールド孔43から酸化剤ガス排出マニホールド孔46に至るように、サーペンタイン状に形成されている。   As shown in FIG. 3B, the separator 10B has an oxidant gas flow channel 31 formed on the main surface facing the cathode electrode. The oxidant gas passage groove 31 is formed in a serpentine shape so as to reach from the oxidant gas supply manifold hole 43 to the oxidant gas discharge manifold hole 46.

上述したとおり、燃料ガス流路溝21には凸部20Aが、酸化剤ガス流路溝31には凸部20Bがそれぞれ形成されている。そして、図4にも示すように、これらの凸部20Aおよび20Bは、燃料ガス流路溝21および酸化剤ガス流路溝31の底壁の幅方向の略中央位置から、ガス拡散電極側に向かう方向へ延びるように設けられている。   As described above, the convex portion 20A is formed in the fuel gas passage groove 21, and the convex portion 20B is formed in the oxidant gas passage groove 31. As shown in FIG. 4, these protrusions 20A and 20B are formed on the gas diffusion electrode side from the substantially central position in the width direction of the bottom walls of the fuel gas passage groove 21 and the oxidant gas passage groove 31. It is provided so as to extend in the direction of heading.

[凝縮水の排出]
以上のように構成された本発明の燃料電池の場合、ガス拡散電極上の凝縮水を効率良く排出することが可能となる。この点について、ガス流路溝に凸部が設けられていない従来の燃料電池と比較しながら説明する。
[Discharge of condensed water]
In the case of the fuel cell of the present invention configured as described above, the condensed water on the gas diffusion electrode can be efficiently discharged. This will be described in comparison with a conventional fuel cell in which no convex portion is provided in the gas flow channel groove.

図5は、ガス拡散電極上の凝縮水の挙動を示す説明図であって、(a)は従来の燃料電池の場合における凝縮水の挙動を示す概念図、(b)は本発明の燃料電池の場合における凝縮水の挙動を示す概念図である。なお、この図5(a)では、ガス拡散電極を構成するガス拡散層、およびそのガス拡散電極に当接して設けられるセパレータのみを示している。また、図5(b)では、上述したアノード電極を構成するガス拡散層5A、およびそのアノード電極に当接して設けられるアノード側のセパレータ10Aのみを示している。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing the behavior of the condensed water on the gas diffusion electrode, where (a) is a conceptual diagram showing the behavior of the condensed water in the case of a conventional fuel cell, and (b) is the fuel cell of the present invention. It is a conceptual diagram which shows the behavior of the condensed water in the case of. FIG. 5A shows only the gas diffusion layer constituting the gas diffusion electrode and the separator provided in contact with the gas diffusion electrode. FIG. 5B shows only the gas diffusion layer 5A constituting the anode electrode described above and the anode-side separator 10A provided in contact with the anode electrode.

図5(a)に示すように、従来の燃料電池の場合、セパレータ71には、一方の主面にガス流路溝72が、他方の主面に冷却流体流路溝73がそれぞれ形成されている。このガス流路溝72には、本発明の場合と異なり、凸部は設けられていない。   As shown in FIG. 5A, in the case of a conventional fuel cell, the separator 71 has a gas flow channel groove 72 formed on one main surface and a cooling fluid flow channel groove 73 formed on the other main surface. Yes. Unlike the case of the present invention, the gas channel groove 72 is not provided with a convex portion.

このように構成された従来の燃料電池において、ガス流速が低下する低出力運転を行う場合、ガス拡散電極を構成するガス拡散層70の表面に発生した凝縮水の液滴60の除去が十分ではなく、凝縮水がガス拡散電極を閉塞し易くなる。その結果、低出力運転においては安定した出力を得ることができない。   In the conventional fuel cell configured as described above, when the low power operation in which the gas flow rate is reduced is performed, it is not sufficient to remove the condensed water droplet 60 generated on the surface of the gas diffusion layer 70 constituting the gas diffusion electrode. However, the condensed water tends to block the gas diffusion electrode. As a result, a stable output cannot be obtained in low output operation.

他方、図5(b)に示すように、本発明の燃料電池の場合、セパレータ10Aに形成された燃料ガス流路溝21には、アノード電極に向けて延びる凸部20Aが設けられており、このことにより、アノード電極上の凝縮水を容易に排出することができる。すなわち、アノード電極を構成するガス拡散層5Aの表面に発生した凝縮水の液滴60は、ガス拡散層5Aよりも親水性の高い凸部20Aを伝って、燃料ガス流路21の底壁側へ移動し、排出されることになる。したがって、低出力運転のためにガス流速が低下する場合であっても、ガス拡散電極上の凝縮水を十分に排出することができるため、フラッディングを起こすことなく、安定した出力を得ることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 5B, in the case of the fuel cell of the present invention, the fuel gas flow channel groove 21 formed in the separator 10A is provided with a convex portion 20A extending toward the anode electrode, Thereby, the condensed water on the anode electrode can be easily discharged. That is, the condensed water droplet 60 generated on the surface of the gas diffusion layer 5A constituting the anode electrode travels along the convex portion 20A having higher hydrophilicity than the gas diffusion layer 5A, and is on the bottom wall side of the fuel gas channel 21. It will move to and will be discharged. Therefore, even when the gas flow rate is lowered due to low output operation, the condensed water on the gas diffusion electrode can be sufficiently discharged, so that stable output can be obtained without causing flooding. .

また、カソード側のセパレータ10Bにおいても、同様にして、酸化剤ガス流路溝31の底壁に設けられた凸部20Bによって、ガス拡散電極上の凝縮水を排出することができることは言うまでもない。   Further, it goes without saying that the condensed water on the gas diffusion electrode can also be discharged by the convex portion 20B provided on the bottom wall of the oxidant gas flow channel 31 in the cathode-side separator 10B in the same manner.

(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2に係るセパレータを備えた燃料電池の構成を示す断面図である。なお、セパレータに形成されたガス流路溝の底壁に設けられる凸部以外の構成については、実施の形態1の場合と同様であるので、同一符号を付して、説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell including the separator according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, since it is the same as that of the case of Embodiment 1 about structures other than the convex part provided in the bottom wall of the gas flow path groove | channel formed in the separator, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図6に示すように、アノード側のセパレータ10Aに形成された燃料ガス流路溝21の底壁には、アノード電極6A側に向かって延びる凸部20Cが設けられている。この凸部20Cは、実施の形態1における凸部20Aと異なり、燃料ガス流路溝21の一方の側壁に接するように配設されている。   As shown in FIG. 6, the bottom wall of the fuel gas passage groove 21 formed in the anode separator 10A is provided with a convex portion 20C extending toward the anode electrode 6A. Unlike the convex portion 20 </ b> A in the first embodiment, the convex portion 20 </ b> C is disposed so as to be in contact with one side wall of the fuel gas flow channel groove 21.

また、同様にして、カソード側のセパレータ10Bに形成された酸化剤ガス流路溝31の底壁には、カソード電極6B側に向かって延びる凸部20Dが設けられており、この凸部20Dは、酸化剤ガス流路溝31の一方の側壁に接するように配設されている。   Similarly, a convex portion 20D extending toward the cathode electrode 6B is provided on the bottom wall of the oxidant gas flow channel groove 31 formed in the cathode-side separator 10B. The oxidant gas passage groove 31 is disposed so as to be in contact with one side wall.

このように、セパレータに形成されたガス流路溝の底壁に設けられる凸部が、実施の形態1の場合のように当該ガス流路溝の幅方向の略中央位置ではなく、それ以外の位置からガス拡散電極側に向かって延びるように設けられたとしても、実施の形態1の場合と同様にしてガス拡散電極上の凝縮水の排出力を向上させることができる。   As described above, the convex portion provided on the bottom wall of the gas flow channel groove formed in the separator is not the substantially center position in the width direction of the gas flow channel groove as in the first embodiment, but other than that. Even if it is provided so as to extend from the position toward the gas diffusion electrode, it is possible to improve the drainage of condensed water on the gas diffusion electrode in the same manner as in the first embodiment.

(実施の形態3)
図7は、本発明の実施の形態3に係るセパレータを備えた燃料電池の構成を示す断面図である。なお、セパレータに形成されたガス流路溝の底壁に設けられた凸部以外の構成については、実施の形態1の場合と同様であるので、同一符号を付して、説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell including a separator according to Embodiment 3 of the present invention. In addition, since it is the same as that of the case of Embodiment 1 about structures other than the convex part provided in the bottom wall of the gas flow path groove | channel formed in the separator, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図7に示すように、アノード側のセパレータ10Aに形成された燃料ガス流路溝21には、アノード電極6A側に向かって延びる凸部20Eが設けられており、また、カソード側のセパレータ10Bに形成された酸化剤ガス流路溝31には、カソード電極6B側に向かって延びる凸部20Fが設けられている。   As shown in FIG. 7, the fuel gas channel groove 21 formed in the anode-side separator 10A is provided with a convex portion 20E extending toward the anode electrode 6A, and the cathode-side separator 10B has The formed oxidant gas channel groove 31 is provided with a convex portion 20F extending toward the cathode electrode 6B.

ここで、これらの凸部20Eおよび20Fのそれぞれは、積層された複数の単セル2が締結用軸によって固定されるまでは、燃料ガス流路溝21および酸化剤ガス流路溝31には固定されていない。そして、積層された複数の単セル2が締結用軸によって固定されるときに、アノード電極6Aを構成するガス拡散層5Aおよびカソード電極6Bを構成するガス拡散層5Bのそれぞれが、燃料ガス流路溝21および酸化剤ガス流路溝31内に垂れ込み、その結果、図7に示すように、凸部20Eおよび20Fのそれぞれが、燃料ガス流路溝21および酸化剤ガス流路溝31に固定されることになる。   Here, each of these convex portions 20E and 20F is fixed to the fuel gas flow channel groove 21 and the oxidant gas flow channel groove 31 until the plurality of stacked unit cells 2 are fixed by the fastening shaft. It has not been. When the plurality of stacked unit cells 2 are fixed by the fastening shaft, the gas diffusion layer 5A constituting the anode electrode 6A and the gas diffusion layer 5B constituting the cathode electrode 6B are respectively connected to the fuel gas flow path. As a result, the protrusions 20E and 20F are fixed to the fuel gas channel groove 21 and the oxidant gas channel groove 31 as shown in FIG. Will be.

このように、セパレータに形成されたガス流路溝の底壁に設けられる凸部は、必ずしもセパレータと一体化しておく必要はなく、積層された複数の単セル2が固定されるときに、ガス流路溝に固定されるように構成されていてもよい。   As described above, the convex portion provided on the bottom wall of the gas flow channel groove formed in the separator does not necessarily have to be integrated with the separator. When the plurality of stacked unit cells 2 are fixed, You may be comprised so that it may fix to a flow-path groove | channel.

(実施の形態4)
図8は、本発明の実施の形態4に係るセパレータの構成を示す平面図であり、(a)はアノード側のセパレータ10Aの構成を示す平面図、(b)はカソード側のセパレータ10Bの構成を示す平面図である。なお、セパレータに形成されたガス流路溝の底壁に設けられた凸部以外の構成については、実施の形態1の場合と同様であるので、同一符号を付して、説明を省略する。
(Embodiment 4)
8A and 8B are plan views showing the configuration of the separator according to Embodiment 4 of the present invention, where FIG. 8A is a plan view showing the configuration of the anode-side separator 10A, and FIG. 8B is the configuration of the cathode-side separator 10B. FIG. In addition, since it is the same as that of the case of Embodiment 1 about structures other than the convex part provided in the bottom wall of the gas flow path groove | channel formed in the separator, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

実施の形態1の場合、図3(a)および(b)などに示すように、凸部20Aおよび20Bが、ガスの通流方向の上流から下流まで略全域にわたって、燃料ガス流路溝21および酸化剤ガス流路溝31の底壁に設けられている。   In the case of the first embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B and the like, the convex portions 20A and 20B extend over the entire region from the upstream side to the downstream side in the gas flow direction. It is provided on the bottom wall of the oxidant gas channel groove 31.

これに対し、実施の形態4においては、図8(a)および(b)などに示すように、凸部20Aおよび20Bが、ガスの通流方向の下流側にのみ設けられている。ここで、ガスの通流方向の下流側とは、サーペンタイン状に形成されたガス流路溝の略中間地点から下流側の領域を意味する。   On the other hand, in the fourth embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, the convex portions 20A and 20B are provided only on the downstream side in the gas flow direction. Here, the downstream side in the gas flow direction means a region downstream from a substantially middle point of the gas flow channel groove formed in a serpentine shape.

ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水の排水が十分ではない場合、ガスの通流方向の下流側で凝縮水が溜まり易くなる。そのため、凝縮水の排出を促す凸部20Aおよび20Bは、本実施の形態のように、ガス流路溝のガスの通流方向の下流側に設けられていることが望ましい。   When the drainage of the condensed water generated on the surface of the gas diffusion electrode is not sufficient, the condensed water tends to accumulate on the downstream side in the gas flow direction. Therefore, it is desirable that the convex portions 20A and 20B that promote the discharge of the condensed water are provided on the downstream side in the gas flow direction of the gas passage groove as in the present embodiment.

なお、このようにガス流路溝のガスの通流方向の下流側に凸部を設ける構成以外にも、例えば、凸部の大きさおよび/または材質などを上流側と下流側とで異ならせるような構成であってもよい。   In addition to the configuration in which the convex portion is provided on the downstream side in the gas flow direction of the gas flow channel groove, for example, the size and / or material of the convex portion is made different between the upstream side and the downstream side. Such a configuration may be adopted.

(その他の実施の形態)
上述したように、実施の形態1では、セパレータに形成されたガス流路溝の底壁に設けられる凸部は、コロナ放電表面処理が施されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムで構成されている。しかし、本発明はこれに限定されるわけではなく、その他の材質から当該凸部を構成することが可能である。
(Other embodiments)
As described above, in the first embodiment, the convex portion provided on the bottom wall of the gas flow channel groove formed in the separator is composed of a polyethylene terephthalate (PET) film subjected to corona discharge surface treatment. However, the present invention is not limited to this, and the convex portion can be formed from other materials.

例えば、同様にして表面処理がなされたナイロン、電解質膜、または多孔質カーボンなどで凸部を構成するようにしてもよい。   For example, the convex portion may be made of nylon, electrolyte membrane, porous carbon, or the like that has been similarly surface-treated.

ここで、他の材質と比べて含水率が高い電解質膜を用いて凸部を構成した場合、当該電解質膜に水分が含まれ、その水分が、セパレータのガス流路溝内に放出されることによって、当該ガス流路溝が高湿状態となり、その結果、MEAの乾燥が防止される。なお、上述したように、ガスの通流方向の下流側は上流側と比べて凝縮水が溜まり易い、換言すれば、ガスの通流方向の上流側は下流側と比べて乾燥し易い傾向にある。したがって、電解質膜を用いて凸部を構成する場合は、その凸部を、ガスの通流方向の上流側に設けることが好ましい。   Here, when the convex portion is formed using an electrolyte membrane having a higher moisture content than other materials, the electrolyte membrane contains moisture, and the moisture is released into the gas flow channel groove of the separator. As a result, the gas channel groove is in a high humidity state, and as a result, drying of the MEA is prevented. As described above, the condensed water is more likely to collect on the downstream side in the gas flow direction than on the upstream side, in other words, the upstream side in the gas flow direction tends to be more dry than the downstream side. is there. Therefore, when the convex portion is formed using the electrolyte membrane, the convex portion is preferably provided on the upstream side in the gas flow direction.

また、この凸部が吸水性を有している場合、ガス拡散電極の表面で発生した凝縮水を確実に排出することができるようになる。そのため、凸部は、吸水性を有していることが好ましい。具体的な構成としては、凸部が、部材自体が水を吸うようなもので構成されていたり、毛管現象により水を吸い上げ可能なように構成されていたりすることが挙げられる。   Moreover, when this convex part has a water absorption property, the condensed water generated on the surface of the gas diffusion electrode can be reliably discharged. Therefore, it is preferable that the convex part has water absorption. As a specific configuration, the convex portion may be configured such that the member itself absorbs water, or configured so that water can be sucked up by capillary action.

なお、凸部を構成する部材が膨潤するものである場合、ガス流路溝における流路抵抗を大きくする原因となり得る。そのため、できる限り膨潤しないものであることが好ましい。   In addition, when the member which comprises a convex part swells, it can become a cause which enlarges the channel resistance in a gas channel groove. Therefore, it is preferable that it does not swell as much as possible.

本発明の燃料電池用セパレータおよび燃料電池は、ガス拡散電極上の凝縮水を効率良く排出することにより、特に低出力運転の際の出力安定性に優れており、家庭用コージェネレーションシステム、自動二輪車、電気自動車、およびハイブリッド電気自動車などに用いられる燃料電池用セパレータおよび燃料電池として有用である。   The separator for fuel cell and the fuel cell of the present invention are excellent in output stability particularly during low-power operation by efficiently discharging the condensed water on the gas diffusion electrode, and can be used for household cogeneration systems and motorcycles. It is useful as a fuel cell separator and fuel cell for use in electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like.

本発明の実施の形態1に係るセパレータを備える燃料電池からなるセルスタックの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the cell stack which consists of a fuel cell provided with the separator which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1のII-II線矢視の方向から見た場合の本発明の実施の形態1に係るセパレータを備えた燃料電池(単セル)の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel cell (single cell) provided with the separator which concerns on Embodiment 1 of this invention at the time of seeing from the direction of the II-II arrow line of FIG. 本発明の実施の形態1に係るセパレータの構成を示す平面図であり、(a)はアノード側のセパレータの構成を示す平面図、(b)はカソード側のセパレータの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the separator which concerns on Embodiment 1 of this invention, (a) is a top view which shows the structure of the anode side separator, (b) is a top view which shows the structure of the cathode side separator. . 図3(b)において特定した領域を拡大して示す斜視図である。It is a perspective view which expands and shows the area | region specified in FIG.3 (b). ガス拡散電極上の凝縮水の挙動を示す説明図であって、(a)は従来の燃料電池の場合における凝縮水の挙動を示す概念図、(b)は本発明の燃料電池の場合における凝縮水の挙動を示す概念図である。It is explanatory drawing which shows the behavior of the condensed water on a gas diffusion electrode, Comprising: (a) is a conceptual diagram which shows the behavior of the condensed water in the case of the conventional fuel cell, (b) is the condensation in the case of the fuel cell of this invention It is a conceptual diagram which shows the behavior of water. 本発明の実施の形態2に係るセパレータを備えた燃料電池の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel cell provided with the separator which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るセパレータを備えた燃料電池の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel cell provided with the separator which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係るセパレータの構成を示す平面図であり、(a)はアノード側のセパレータの構成を示す平面図、(b)はカソード側のセパレータの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the separator which concerns on Embodiment 4 of this invention, (a) is a top view which shows the structure of the anode side separator, (b) is a top view which shows the structure of the cathode side separator. .

符号の説明Explanation of symbols

1 セルスタック
2 燃料電池(単セル)
3 高分子電解質膜
4A,4B 触媒層
5A,5B ガス拡散層
6A,6B ガス拡散電極
7 ガスケット
9 MEA
10A,10B セパレータ
20A〜20F 凸部
21 燃料ガス流路溝
31 酸化剤ガス流路溝
41 冷却流体供給マニホールド孔
42 燃料ガス供給マニホールド孔
43 酸化剤ガス供給マニホールド孔
44 冷却流体排出マニホールド孔
45 燃料ガス排出マニホールド孔
46 酸化剤ガス排出マニホールド孔
47 軸孔
201 セル積層体
1 Cell stack 2 Fuel cell (single cell)
3 Polymer Electrolyte Membrane 4A, 4B Catalyst Layer 5A, 5B Gas Diffusion Layer 6A, 6B Gas Diffusion Electrode 7 Gasket 9 MEA
10A, 10B Separator 20A-20F Protrusion 21 Fuel gas flow path groove 31 Oxidant gas flow path groove 41 Cooling fluid supply manifold hole 42 Fuel gas supply manifold hole 43 Oxidant gas supply manifold hole 44 Cooling fluid discharge manifold hole 45 Fuel gas Discharge manifold hole 46 Oxidant gas discharge manifold hole 47 Shaft hole 201 Cell stack

Claims (6)

水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜を一対のガス拡散電極で挟んでなる電解質膜−電極接合体に当接して設けられ、ガスを流通させるためのガス流路溝が前記ガス拡散電極と対向する側の面に形成された燃料電池用セパレータにおいて、
前記ガス流路溝の底壁には、前記ガス拡散電極側に向かって延びる凸部が設けられており、
前記凸部は、前記ガス拡散電極よりも高い親水性を有していることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
A gas channel groove provided to abut on an electrolyte membrane-electrode assembly formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity between a pair of gas diffusion electrodes, and for flowing gas, and the gas diffusion electrode In the fuel cell separator formed on the opposite surface,
The bottom wall of the gas channel groove is provided with a convex portion extending toward the gas diffusion electrode side,
The separator for a fuel cell, wherein the convex portion has higher hydrophilicity than the gas diffusion electrode.
前記凸部は、吸水性を有している、請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。   The fuel cell separator according to claim 1, wherein the convex portion has water absorption. 前記凸部は、前記ガス拡散電極の表面に発生する凝縮水を含む水分を、毛管現象により吸い上げ可能なように構成されている、請求項2に記載の燃料電池用セパレータ。   The fuel cell separator according to claim 2, wherein the convex portion is configured to be able to suck up moisture including condensed water generated on the surface of the gas diffusion electrode by capillary action. 前記凸部は、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、電解質膜、または多孔質カーボンで構成されている、請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。   2. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the convex portion is made of nylon, polyethylene terephthalate, an electrolyte membrane, or porous carbon. 前記凸部は、前記ガス流路溝のガスの通流方向の下流側に設けられている、請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。   2. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the convex portion is provided on a downstream side of the gas passage groove in a gas flow direction. 請求項1乃至請求項5の何れかに記載の燃料電池用セパレータを備えた燃料電池。   A fuel cell comprising the fuel cell separator according to any one of claims 1 to 5.
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