JP2008152934A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池、特に多孔体層をガス流路として備える燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell including a porous layer as a gas flow path.
環境問題や資源問題への対策の一つとして、酸素や空気等の酸化性ガスと、水素やメタン等の還元性ガス(燃料ガス)あるいはメタノール等の液体燃料等とを原料として電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池は、電解質膜の一方の面に燃料極(アノード触媒層)と、もう一方の面に空気極(カソード触媒層)とを電解質膜を挟んで対向するように設け、各触媒層の外側に拡散層をさらに設け、これらを原料供給用の流路を設けたセパレータで挟んで単セルが構成される。単セルは複数積層されて燃料電池スタックとされ、各触媒層に水素、酸素等の原料を供給して発電する。 As one of the countermeasures for environmental problems and resource problems, an electrochemical reaction using an oxidizing gas such as oxygen or air and a reducing gas such as hydrogen or methane (fuel gas) or a liquid fuel such as methanol as raw materials Fuel cells that generate electricity by converting chemical energy into electrical energy have attracted attention. The fuel cell is provided with a fuel electrode (anode catalyst layer) on one side of the electrolyte membrane and an air electrode (cathode catalyst layer) on the other side with the electrolyte membrane sandwiched therebetween, Further, a diffusion layer is further provided, and a single cell is configured by sandwiching these layers with a separator provided with a flow path for supplying raw materials. A plurality of single cells are stacked to form a fuel cell stack, and power is generated by supplying raw materials such as hydrogen and oxygen to each catalyst layer.
燃料電池の発電時には、燃料極に供給する原料を水素ガス、空気極に供給する原料を空気とした場合、燃料極において、水素ガスから水素イオンと電子とが発生する。電子は外部端子から外部回路を通じて空気極に到達する。空気極において、供給される空気中の酸素と、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通じて空気極に到達した電子により、水が生成する。このように燃料極及び空気極において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。この燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、その発電原理より排出される物質が水であること等より、クリーンなエネルギー源として様々な検討がされている。 At the time of power generation of the fuel cell, when hydrogen gas is used as the raw material supplied to the fuel electrode and air is used as the raw material supplied to the air electrode, hydrogen ions and electrons are generated from the hydrogen gas at the fuel electrode. The electrons reach the air electrode from the external terminal through the external circuit. In the air electrode, water is generated by oxygen in the supplied air, hydrogen ions that have passed through the electrolyte membrane, and electrons that have reached the air electrode through an external circuit. Thus, a chemical reaction occurs in the fuel electrode and the air electrode, and electric charges are generated to function as a battery. This fuel cell has been studied in various ways as a clean energy source due to the abundance of raw material gas and liquid fuel used for power generation and the fact that the substance discharged from the power generation principle is water. Has been.
通常の燃料電池では、水素ガス及び空気(酸素)等の反応ガスは、水素ガス及び空気の供給経路(マニホールド)から、各セルのカーボンや金属製のセパレータに形成された反応ガス供給流路を介して供給され、カーボンクロスやカーボンペーパ製の拡散層を通過して電解質膜の両側に形成された燃料極及び空気極に供給されて発電が行われる。しかし、セパレータに形成された反応ガス供給流路を介して反応ガスが供給される場合、セル面内方向に反応ガスを充分に均一に拡散させる(供給する)ことが困難であり、セル内の各部位毎の出力が不均一になる場合があり、セルの発電効率が低下してしまう可能性がある。 In a normal fuel cell, a reaction gas such as hydrogen gas and air (oxygen) is supplied from a supply path (manifold) of hydrogen gas and air through a reaction gas supply channel formed in a carbon or metal separator of each cell. And is supplied to a fuel electrode and an air electrode formed on both sides of the electrolyte membrane through a diffusion layer made of carbon cloth or carbon paper, and electricity is generated. However, when the reaction gas is supplied through the reaction gas supply channel formed in the separator, it is difficult to sufficiently diffuse (supply) the reaction gas in the cell in-plane direction. The output for each part may be non-uniform, and the power generation efficiency of the cell may be reduced.
そこで、セパレータに形成された反応ガス供給流路の代わりに拡散層の外側に多孔体層を設け、多孔体層を反応ガス供給流路として反応ガスをセル面内方向において均一に供給することが提案されている。 Therefore, instead of the reaction gas supply channel formed in the separator, a porous body layer is provided outside the diffusion layer, and the reaction gas can be uniformly supplied in the cell in-plane direction using the porous layer as the reaction gas supply channel. Proposed.
多孔体層を介して反応ガスを供給する燃料電池の従来の構成の一例の概略上面図を図11、図11におけるC−C’断面及びD−D’断面を図12に示す。図12に示すように燃料電池の単セル5は、電解質膜100の一方の表面に燃料極102が、もう一方の表面に空気極104が電解質膜100を挟んでそれぞれ対向するように形成され、触媒層(燃料極102及び空気極104)を挟んで両面に拡散層106,108が設けられた膜電極接合体(MEA)110を備え、拡散層106,108の両外側に多孔体層112,114をそれぞれ備える。さらに、多孔体層112,114の外側には、アノード側セパレータ116,カソード側セパレータ118が、アノード側セパレータ116,カソード側セパレータ118の外側にはアノード側LLCセパレータ120,カソード側LLCセパレータ122がそれぞれ設けられている。また、アノード側セパレータ116にはアノードセパレータ孔124が、アノード側LLCセパレータ120にはアノードセパレータ孔124に対向してアノードコモンレール126が設けられ、カソード側セパレータ118にはカソードセパレータ孔128が、カソード側LLCセパレータ122にはカソードセパレータ孔128に対向してカソードコモンレール130が設けられている。
A schematic top view of an example of a conventional configuration of a fuel cell for supplying a reaction gas through a porous layer is shown in FIGS. 11 and 11, and a C-C ′ cross section and a D-D ′ cross section in FIG. As shown in FIG. 12, the
図11に示すように、反応ガスである水素ガスは燃料ガスマニホールド132からアノード側LLCセパレータ120の連通路134を介してアノードコモンレール126を面内の幅方向に流れ、アノードコモンレール126から図12のアノードセパレータ孔124を介して多孔体層112へ供給され、多孔体層112を介してセル面内に供給される(図11の矢印参照)。一方、使用された水素ガスは多孔体層112を介して、アノードセパレータ孔124、アノードコモンレール126、連通路134、燃料ガスマニホールド132を通って排出される。
As shown in FIG. 11, hydrogen gas, which is a reaction gas, flows from the
また、例えば、特許文献1には、反応ガス供給経路がセル面内に均等に配置され、反応ガスが拡散層の外側に設けられた多孔体層を介して供給される燃料電池が記載されている。また、特許文献2には、拡散層の外側に多孔体層を備え、反応ガス流路の上流から下流に向けて多孔体層の空隙率が低くなるように構成された燃料電池が記載されている。
Further, for example,
しかし、図11,12に示す構成では、アノードコモンレール126の幅がアノードセパレータ孔124の幅より小さいためにセル面内方向のガスの配流性が悪く、特にセルの中央部付近においてガス流量が低下し、ガス入口側と出口側においてガス流量が増加し、セルの発電性能を低下させる要因となっていた。
However, in the configuration shown in FIGS. 11 and 12, since the width of the anode
また、特許文献1及び2の方法では構成が複雑になるという問題があった。
Further, the methods of
本発明は、セル面内方向のガス配流性に優れるセパレータ構造を有する燃料電池である。 The present invention is a fuel cell having a separator structure that is excellent in gas distribution in the cell in-plane direction.
本発明は、電解質膜と、前記電解質膜の両面に形成された触媒層と、前記触媒層の表面上に形成された拡散層とを有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の表面上に形成された多孔体層と、前記多孔体層を挟持し、多孔体層の幅方向に反応ガスを供給するセパレータ孔を有する第1セパレータと、前記第1セパレータを挟持し、前記セパレータ孔に対向して設けられたコモンレールを有する第2セパレータと、を有し、前記触媒層のうち少なくとも一方の側において、前記コモンレールの幅が前記セパレータ孔の幅よりも大きい燃料電池である。 The present invention provides a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane, a catalyst layer formed on both surfaces of the electrolyte membrane, and a diffusion layer formed on the surface of the catalyst layer, and a surface of the membrane electrode assembly. A porous body layer formed between the first separator having a separator hole for sandwiching the porous body layer and supplying a reaction gas in a width direction of the porous body layer, and sandwiching the first separator, And a second separator having a common rail provided oppositely, and the width of the common rail is larger than the width of the separator hole on at least one side of the catalyst layer.
また、前記燃料電池において、前記触媒層のうちアノード側において、前記コモンレールの幅が前記セパレータ孔の幅よりも大きいことが好ましい。 In the fuel cell, it is preferable that a width of the common rail is larger than a width of the separator hole on the anode side of the catalyst layer.
本発明では、多孔体層をガス流路として備える燃料電池において、コモンレールの幅をセパレータ孔の幅より大きくすることにより、セル面内方向のガス配流性に優れるセパレータ構造を有する燃料電池を提供することができる。 The present invention provides a fuel cell having a separator structure with excellent gas distribution in the cell plane direction by making the width of the common rail larger than the width of the separator hole in a fuel cell having a porous layer as a gas flow path. be able to.
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below. This embodiment is an example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.
<燃料電池>
図1に、本実施形態に係る固体高分子電解質型の燃料電池1の一例の概略側面図を示す。また、図2に、本実施形態に係る燃料電池1における単セル3の一例の概略上面図を、図3に、図2におけるA−A’断面及びB−B’断面を示す。図1における各単セル3は、図3に示すようにMEA20と、多孔体層22,24と、セパレータ42,44との積層体から構成される。
<Fuel cell>
FIG. 1 shows a schematic side view of an example of a solid polymer
図3に示すように、各単セル3は、電解質膜10の一方の表面に燃料極12が、もう一方の表面に空気極14が電解質膜10を挟んでそれぞれ対向するように形成され、触媒層(燃料極12及び空気極14)を挟んで両面に拡散層16,18が設けられた膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)20を備える。拡散層16,18の両外側には反応ガス供給流路として多孔体層22,24がそれぞれ設けられている。さらに、多孔体層22,24の外側には、第1セパレータであるアノード側セパレータ26及びカソード側セパレータ28が、アノード側セパレータ26,カソード側セパレータ28の外側には第1セパレータであるアノード側LLCセパレータ30及びカソード側LLCセパレータ32がそれぞれ設けられている。また、アノード側セパレータ26にはアノードセパレータ孔34が、アノード側LLCセパレータ30にはアノードセパレータ孔34に対向してアノードコモンレール36が設けられ、カソード側セパレータ28にはカソードセパレータ孔38が、カソード側LLCセパレータ32にはカソードセパレータ孔38に対向してカソードコモンレール40が設けられている。
As shown in FIG. 3, each
図2に示すように、単セル3は、中央部にガス流路と冷媒流路と電極が存在し発電を行う発電領域54(図2の点線P内)を有し、その周囲に位置し発電を行わない非発電領域56を有する。アノード側LLCセパレータ30の非発電領域56には、燃料ガス供給経路である入口側の燃料ガスマニホールド46a,出口側の燃料ガスマニホールド46b、酸化ガス供給経路である入口側の酸化ガスマニホールド50a,出口側の酸化ガスマニホールド50b、冷媒供給経路である入口側の冷媒マニホールド52a,出口側の冷媒マニホールド52bが設けられている。また、発電領域54のガス入口側の端部において、入口側の燃料ガスマニホールド46aと連通路48aにより連通されたアノードコモンレール36aが幅方向に設けられ、ガス出口側の端部において、出口側の燃料ガスマニホールド46bと連通路48bにより連通されたアノードコモンレール36bが幅方向に設けられている。図2では図示しないが、アノードコモンレール36a及び36bに対向して、アノードセパレータ孔34a及び34bがアノード側セパレータ26の同じく幅方向に設けられている。なお、アノード側LLCセパレータ30及びカソード側LLCセパレータ32のアノード側セパレータ26及びカソード側セパレータ28との対向面と反対側の面には、それぞれ冷媒流路が形成されているが、図示していない。
As shown in FIG. 2, the
図3のMEA20と、MEA20の拡散層16,18の両外側を挟持する多孔体層22,24と、アノード側セパレータ26,カソード側セパレータ28と、アノード側LLCセパレータ30,カソード側LLCセパレータ32とを重ねて単セル3を構成し、図1のように、単セル3を積層してセル積層体58とし、セル積層体58のセル積層方向両端に、ターミナル60、インシュレータ62、エンドプレート64を配置し、セル積層体58をセル積層方向に締め付け、セル積層体58の外側でセル積層方向に延びる締結部材(例えば、テンションプレート)66、ボルト・ナット68等にて固定して、燃料電池スタック70を構成する。なお、セル積層体58における単セル3の積層数は1層以上であれば良く特に制限はない。
3,
通常、ガスケット等のシール材により、燃料ガスマニホールド46a,46b、酸化ガスマニホールド50a,50b及び冷媒マニホールド52a,52bを流れる各種流体(燃料ガス、酸化ガス、冷媒)を相互にかつ外部から分離した状態で、これらの流体がシールされている。シール材は、発電領域54まわり、および連通路48a,48bを除いたマニホールドまわりに、配置される。
Normally, various fluids (fuel gas, oxidizing gas, refrigerant) flowing through the
図2に示すように、燃料ガス(通常は水素ガス)は燃料ガスマニホールド46aからアノード側LLCセパレータ30の連通路48aを介してアノードコモンレール36aを面内の幅方向に流れ、アノードコモンレール36aから膜厚方向(セル積層方向)へ図3のアノードセパレータ孔34を介して多孔体層22に供給され、多孔体層22を介してセル面内に供給される(図2の矢印参照)。一方、使用された水素ガスは多孔体層22を介して、アノードセパレータ孔34、アノードコモンレール36b、連通路48b、燃料ガスマニホールド46bを通って排出される。酸化ガス(通常は空気)についても同様である。
As shown in FIG. 2, fuel gas (usually hydrogen gas) flows from the
図4に、図2における点線Q内の拡大図を示す。本実施形態においては、図3,4に示すように、アノードコモンレール36aの幅L1がアノードセパレータ孔34aの幅L2より大きくなっている(L1>L2)。出口側のアノードコモンレール36bの幅L1、アノードセパレータ孔34の幅L2についても同様である。このように、アノードコモンレール36の幅L1をアノードセパレータ孔34の幅L2より大きくする(L1>L2)ことにより、アノードコモンレール36の幅L1がアノードセパレータ孔34の幅L2と同じまたはL2より小さい場合(L1≦L2)に比べて、セル面内方向(セル積層方向に対し略垂直な方向)のガス配流性に優れる。
FIG. 4 shows an enlarged view within a dotted line Q in FIG. In the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the width L1 of the anode
図5に図2における点線Q内の拡大斜視図を示す。本実施形態の構成によれば、ガス入口側において、アノードコモンレール36aの幅L1がアノードセパレータ孔34aの幅L2より大きいため、アノードコモンレール36aの幅L1がアノードセパレータ孔34aの幅L2より小さい場合に比べてアノードコモンレール36aにおける圧力損失が低くなる。よって、反応ガスが連通路48aを介してアノードコモンレール36aを面内の幅方向(図5のx方向)に流れやすくなり、x方向に十分に流れてから、膜厚方向(セル積層方向、図5のz方向)へアノードセパレータ孔34aを介して多孔体層22へ流れる。
FIG. 5 shows an enlarged perspective view within a dotted line Q in FIG. According to the configuration of the present embodiment, when the width L1 of the anode
一方、ガス出口側では、図6に図2における点線R内の拡大斜視図を示すように、アノードコモンレール36bの幅L1がアノードセパレータ孔34bの幅L2より大きいため、アノードコモンレール36bの幅L1がアノードセパレータ孔34bの幅L2より小さい場合に比べてアノードコモンレール36bにおける圧力損失が低くなる。よって、使用された反応ガスが多孔体層22から膜厚方向(図6のz方向)へアノードセパレータ孔34bを介して流れるよりも、アノードコモンレール36bを面内の幅方向(図6のx方向)に流れやすくなり、連通路48aを介して出口で回収されにくくなる。それに伴い出口側の多孔体層22に反応ガスが流れにくくなる。以上のことから、セルの中央部付近と、ガス入口側及び出口側とのガス流量の差が小さくなり、本実施形態に係る燃料電池はセル面内の燃料ガスの配流性が向上する。
On the other hand, on the gas outlet side, as shown in FIG. 6 in an enlarged perspective view within the dotted line R in FIG. 2, the width L1 of the anode
アノードコモンレール36の幅L1は、アノードセパレータ孔34の幅L2より大きければよく特に制限はないが、L1はL2の2倍以上であることが好ましい。L1がL2の2倍以上であればセル面内のガス配流性はそれほど変わらないが、必要以上にアノードコモンレール36の幅L1を大きくすると、冷媒を流す冷媒流路の部分が相対的に小さくなるので好ましくないため、L1の上限はL2の5倍程度である。
The width L1 of the anode
また、図3の例では、アノードコモンレール36の幅L1がアノードセパレータ孔34の幅L2より大きいのに対して、カソードコモンレール40の幅はカソードセパレータ孔38の幅より小さくなっているが、カソードコモンレール40の幅もカソードセパータ孔38の幅より大きくしてもよい。通常、燃料ガスである水素ガスの拡散性は、酸化ガスである酸素の拡散性より高いので、図2のように酸化ガスマニホールド50a,50bの面積を燃料ガスマニホールド46a,46bの面積より広くとり、酸化ガスマニホールド50a,50bを発電領域54に対して中央付近に配置することが多い。このような構成の場合には、アノードコモンレール36の幅L1をアノードセパレータ孔34の幅L2より大きくして、カソードコモンレール40の幅はカソードセパレータ孔38の幅より小さくてもよい。すなわち、燃料ガスマニホールド46a,46b及び酸化ガスマニホールド50a,50bの面積、発電領域54に対する設置位置等に応じて、カソードセパレータ孔38の幅に対するカソードコモンレール40の幅を決めればよい。したがって、非発電領域56における燃料ガスマニホールド46a,46b、酸化ガスマニホールド50a,50b及び冷媒マニホールド52a,52bの配置位置は、図2の位置に限定されるものではない。
In the example of FIG. 3, the width L1 of the anode
電解質膜10としては、プロトン(H+)等のイオン伝導性の高い材料であれば特に制限はなく、例えば、パーフルオロスルホン酸系等の固体高分子電解質が用いられる。具体的には、ジャパンゴアテックス(株)のゴアセレクト(Goreselect、登録商標)、デュポン社(Du Pont社)のナフィオン(Nafion、登録商標)、旭化成(株)のアシプレックス(Aciplex、登録商標)、旭硝子(株)のフレミオン(Flemion、登録商標)等のパーフルオロスルホン酸系固体高分子電解質を使用することができる。
The
触媒層(燃料極12及び空気極14)は、例えば、白金(Pt)等を担持したカーボン、白金(Pt)等をルテニウム(Ru)等の他の金属と共に担持したカーボン等の触媒をナフィオン(登録商標)等の固体高分子電解質等の樹脂に分散させて成膜されたものである。
The catalyst layer (the
拡散層16,18としては、導電性が高く、燃料及び空気等の原料の拡散性が高い材料であれば特に制限はないが、多孔質導電体材料であることが好ましい。導電性の高い材料としては、例えば、金属板、金属フィルム、導電性高分子、カーボン材料等が挙げられ、カーボンクロス、カーボンペーパ、ガラス状カーボン等のカーボン材料が好ましく、カーボンクロス、カーボンペーパ等の多孔質カーボン材料であることがより好ましい。 The diffusion layers 16 and 18 are not particularly limited as long as they are materials having high conductivity and high diffusion properties of raw materials such as fuel and air, but porous conductor materials are preferable. Examples of the highly conductive material include a metal plate, a metal film, a conductive polymer, a carbon material, and the like, and carbon materials such as carbon cloth, carbon paper, and glassy carbon are preferable, and carbon cloth, carbon paper, and the like. The porous carbon material is more preferable.
多孔体層22,24は、例えば、ステンレスやチタン等の金属や、カーボン系材料等から形成することができる。また、ステンレスやチタン等の金属を使用して、黒鉛、カーボンブラック、及びゴムまたは樹脂の合成物等のカーボン系材料を付着させることで、多孔体層22,24の防食性が高めることができる。また、多孔体層22,24を導電性が高い材料で構成することにより、セル内の抵抗を低減させることができる。
The
また、アノード側セパレータ26、カソード側セパレータ28、アノード側LLCセパレータ30、カソード側LLCセパレータ32を構成する材料は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムまたはその合金、チタンまたはその合金、マグネシウムまたはその合金、銅またはその合金、ニッケルまたはその合金、鋼等の金属、または焼成カーボン等のカーボン系材料である。
The materials constituting the
本実施形態に係る燃料電池は、上記構成により多孔体層22,24を介して各セル面内に反応ガスを略均一に拡散させることができる。また、従来のように、セパレータに形成された溝型の反応ガス供給流路を設ける必要ないため、スタックの接触抵抗を低減させることができる。
In the fuel cell according to the present embodiment, the reaction gas can be diffused substantially uniformly in each cell surface via the
また、多孔体層22,24は、拡散層16,18よりも低密度となるよう構成することができる。このように構成することで、各セルの面内方向により均一に反応ガスを拡散させることができる。
The
燃料電池10の各単セル3において、例えば、燃料極12に供給する燃料ガスを水素ガス、空気極14に供給する酸化ガスを空気として運転した場合、燃料極12において、
2H2 → 4H++4e−
で示される反応式(水素酸化反応)を経て、水素ガス(H2)から水素イオン(H+)と電子(e−)とが発生する。電子(e−)は拡散層16から外部回路を通り、拡散層18から空気極14に到達する。空気極14において、供給される空気中の酸素(O2)と、電解質膜10を通過した水素イオン(H+)と、外部回路を通じて空気極14に到達した電子(e−)により、
4H++O2+4e− → 2H2O
で示される反応式(酸素還元反応)を経て、水が生成する。このように燃料極12及び空気極14において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。そして、一連の反応において排出される成分は水であるので、クリーンな電池が構成されることになる。
In each
2H 2 → 4H + + 4e −
Through the reaction formula (hydrogen oxidation reaction) shown in FIG. 2 , hydrogen ions (H + ) and electrons (e − ) are generated from hydrogen gas (H 2 ). The electrons (e − ) pass through the external circuit from the
4H + + O 2 + 4e − → 2H 2 O
Water is produced through the reaction formula (oxygen reduction reaction) shown in FIG. In this way, a chemical reaction occurs in the
本実施形態に係る燃料電池は、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源、自動車用電源、家庭用電源等として用いることができる。 The fuel cell according to the present embodiment can be used as, for example, a small power source for mobile devices such as a mobile phone and a portable personal computer, an automobile power source, a household power source, and the like.
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, although an example and a comparative example are given and the present invention is explained more concretely in detail, the present invention is not limited to the following examples.
<実施例1>
アノードコモンレール36の幅L1がアノードセパレータ孔34の幅L2より大きい場合(L1=L2×2)について、セル面内方向の配流性のCFD(Computational Fluid Dynamics)解析を行った。結果を図7に示す。図7において、横軸は図8に示すように発電領域をセル中央で100分割した断面番号を示し、縦軸はストイキを示す。実施例1の最低流量率(=最低ストイキ(流量)/平均ストイキ(流量))は87.9%であった。また、セル面内のガスの流線分布を図9に示す。
<Example 1>
When the width L1 of the anode
<比較例1>
アノードコモンレール36の幅L1がアノードセパレータ孔34の幅L2より小さい場合(L2=L1×2、L2は実施例1と同じ値とした。)について、実施例1と同様にしてセル面内方向の配流性のCFD解析を行った。結果を図7に示す。比較例1の最低流量率(=最低ストイキ(流量)/平均ストイキ(流量))は72.8%であり、実施例1より低いものであった。また、セル面内のガスの流線分布を図10に示す。
<Comparative Example 1>
When the width L1 of the anode
図7,9,10からわかるように、実施例1(L1>L2)の場合、比較例1(L1<L2)の場合に比べてガス流量の面内均一性が向上していることがわかる。 As can be seen from FIGS. 7, 9, and 10, in the case of Example 1 (L1> L2), the in-plane uniformity of the gas flow rate is improved as compared with the case of Comparative Example 1 (L1 <L2). .
1 燃料電池、3,5 単セル、10,100 電解質膜、12,102 燃料極(アノード触媒層)、14,104 空気極(カソード触媒層)、16,18,106,108 拡散層、20,110 MEA、22,24,112,114 多孔体層、26,116 アノード側セパレータ、28,118 カソード側セパレータ、30,120 アノード側LLCセパレータ、32,122 カソード側LLCセパレータ、34,34a,34b,124 アノードセパレータ孔、36,36a,36b,126 アノードコモンレール、38,128 カソードセパレータ孔、40,130 カソードコモンレール、42,44 セパレータ、46a,46b,132 燃料ガスマニホールド、48a,48b,134 連通路、50a,50b 酸化ガスマニホールド、52a,52b 冷媒マニホールド、54 発電領域、56 非発電領域、58 セル積層体、60 ターミナル、62 インシュレータ、64 エンドプレート、66 締結部材、68 ボルト・ナット、70 燃料電池スタック。 1 Fuel cell, 3,5 single cell, 10,100 electrolyte membrane, 12,102 Fuel electrode (anode catalyst layer), 14,104 Air electrode (cathode catalyst layer), 16, 18, 106, 108 Diffusion layer, 20, 110 MEA, 22, 24, 112, 114 Porous layer, 26, 116 Anode-side separator, 28, 118 Cathode-side separator, 30, 120 Anode-side LLC separator, 32, 122 Cathode-side LLC separator, 34, 34a, 34b, 124 anode separator hole, 36, 36a, 36b, 126 anode common rail, 38, 128 cathode separator hole, 40, 130 cathode common rail, 42, 44 separator, 46a, 46b, 132 fuel gas manifold, 48a, 48b, 134 communication path, 50a, 50b Oxidizing gas manifold, 52a, 52b Refrigerant manifold, 54 Power generation region, 56 Non-power generation region, 58 Cell stack, 60 Terminal, 62 Insulator, 64 End plate, 66 Fastening member, 68 Bolt / nut, 70 Fuel cell stack.
Claims (2)
前記膜電極接合体の表面上に形成された多孔体層と、
前記多孔体層を挟持し、多孔体層の幅方向に反応ガスを供給、排出するセパレータ孔を有する第1セパレータと、
前記第1セパレータを挟持し、前記セパレータ孔に対向して設けられたコモンレールを有する第2セパレータと、
を有し、
前記触媒層のうち少なくとも一方の側において、前記コモンレールの幅が前記セパレータ孔の幅よりも大きいことを特徴とする燃料電池。 A membrane electrode assembly having an electrolyte membrane, a catalyst layer formed on both surfaces of the electrolyte membrane, and a diffusion layer formed on the surface of the catalyst layer;
A porous body layer formed on the surface of the membrane electrode assembly;
A first separator having a separator hole for sandwiching the porous body layer and supplying and discharging a reaction gas in the width direction of the porous body layer;
A second separator that sandwiches the first separator and has a common rail provided to face the separator hole;
Have
The fuel cell according to claim 1, wherein a width of the common rail is larger than a width of the separator hole on at least one side of the catalyst layer.
前記触媒層のうちアノード側において、前記コモンレールの幅が前記セパレータ孔の幅よりも大きいことを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1,
The fuel cell according to claim 1, wherein a width of the common rail is larger than a width of the separator hole on an anode side of the catalyst layer.
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JP2006134582A (en) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Toyota Motor Corp | Fuel cell and manufacturing method of the same |
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