JP2008159319A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源及び家庭内コージェネレーションシステム等に使用される燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell used in a portable power source, an electric vehicle power source, a home cogeneration system, and the like.
陽イオン(水素イオン)伝導性を有する高分子電解質を用いた従来の高分子電解質形燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと空気などの酸素を含有する酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に発生させるものである。図7は、従来の高分子電解質形燃料電池に搭載される単電池に含まれる膜電極接合体(MEA)の基本構成の一例を示す概略断面図である。また、図8は、図7に示す膜電極接合体を用いた単電池の基本構成の一例を示す概略断面図である。 A conventional polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte having cation (hydrogen ion) conductivity is an electrochemical reaction between a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen such as air. By doing so, electric power and heat are generated simultaneously. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of a basic configuration of a membrane electrode assembly (MEA) included in a unit cell mounted on a conventional polymer electrolyte fuel cell. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of a basic configuration of a unit cell using the membrane electrode assembly shown in FIG.
図7に示すように、従来の高分子電解質形燃料電池の膜電極接合体200においては、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜201の両面に、電極触媒(例えば白金金属)を担持した炭素粉末で構成された触媒体と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなる触媒層202a、202bが形成されている。
触媒層202a、202bの外側には、ガス拡散層203a、203bが配置されており、触媒層202aとガス拡散層203aとがアノード204aを構成し、触媒層202bとガス拡散層203bとがカソード204bを構成している。そして、アノード204aの触媒層202aでは、式(1):H2 → 2H+ + 2e- で示される反応によってプロトンが生じ、カソード204bの触媒層202bでは、酸素とアノード204aから移動してきたプロトンとが、式(2):1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2Oで示される反応によって水が生成する。
As shown in FIG. 7, in a
図8に示すように、図7に示すMEA200を用いた単電池210においては、アノード204aおよびカソード204bに供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスの外部へのリーク防止や、前記2種類のガスの混合防止のため、アノード204aおよびカソード204bの周囲に、高分子電解質膜201を挟んでガスケット206a、206bが配置されている。なお、ガスケット206a、206bは、アノード204aおよびカソード204bならびに高分子電解質膜201と一体化してあらかじめ組み立てられ、これらを一体化して得られた構造体をMEAと呼ぶこともある。
As shown in FIG. 8, in the
また、単電池210は、隣接する単電池を機械的に固定しかつ電気的に接続するための、導電性を有する板状のセパレータ205a、205bを有する。そして、セパレータ205a、205bがアノード204aおよびカソード204bに接触する部分には、それぞれアノード204aまたはカソード204bに反応ガス(燃料ガスまたは酸化剤ガス)を供給し、生成ガスや余剰ガスを運び去るためのガス流路207aおよび207bが形成されている。
The
更に、発電が行われるとMEA200は発熱するため、MEA200の温度を許容される動作温度に維持するために、冷却水等の冷却流体を流通させて余剰熱を取り除くことが行われる。一般的には、セパレータ205aおよびセパレータ205bの少なくとも一方において、ガス流路207a、207bが形成された面の反対側の面に、冷却水流路208a、208bを設け、ここに冷却水などの冷却流体を流通させている。
そして、冷却水流路208a、208bとしては、複数の直線状の溝と、隣接する直線状の溝の端を上流側から下流側へ連結するターン状の溝と、からなるサーペンタイン形の冷却水流路が良く用いられ、各溝は等間隔で形成されているのが一般的である。また、冷却水流路208a、208bは、略平行な複数の直線状の溝によって構成されることもあるが、この場合も各溝は等間隔に形成されているのが一般的である。
Furthermore, since the MEA 200 generates heat when power generation is performed, in order to maintain the temperature of the
The
ここで、上述のような単電池210の面内においては、供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスの入口部分、即ちガス流路207a、207bの上流側で発電および発熱が集中することが経験的に認められることから、その結果、MEA200およびセパレータ205a、205bにおいて当該入口部分に相当する部分の温度が上昇してしまうという問題がある。当該入口部分の温度上昇をより効果的に抑えるためには冷却水流量を大きくすることが必要であり、冷却水供給のためのポンプの仕事量が増加する。また、高分子電解質形燃料電池の耐久性の観点から、電極(アノードおよびカソード)部分での反応ガスの相対湿度を全域にわたって100%以上、即ち過飽和状態にすることによって電池性能の劣化が抑制されることが知られている。
Here, in the plane of the
そこで、例えば特許文献1においては、冷却水流路の構成を工夫して、単電池の面内での温度勾配を制御することによって、電池性能向上を図る取り組みが行われている。具体的には、冷却流体の冷却能力を酸化剤ガス流路および/または燃料ガス流路の入口側よりも出口側の方がより低くなるように構成し、発熱量過多の入口側の領域でより多くの熱量を除去するとともに、出口側における反応ガスの温度上昇によって飽和水蒸気量を上昇させて水の排出性を高めることを意図した方法が提案されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載された方法では、燃料ガス流路および/または酸化剤ガス流路の出口側よりも入口側における冷却効果を高めて単電池の面内で所定の温度分布を形成することが可能であるものの、部分的にではあるが出口側での冷却流体の冷却能力を低下させ、全体としては冷却効率が低下してしまうという可能性がある。
However, according to the method described in
また、上記特許文献1に記載の発明においては、セパレータの冷却水流路のうち冷却能力を低下させている下流側の領域において、溝を隔てるリブ部の数が減らされることによって溝の数が減らされ、溝の幅{即ち流路間のピッチ}が極端に広く構成されている。そのため、下流側の冷却水流路の断面積が大きくなり、下流側ないし出口側で冷却水が単位面積当たりに流れるスピードが低下し、熱交換が不十分となってしまう可能性がある。したがって、単電池の面内で所定の除去熱量を達成するために余剰の冷却水を流す必要があり、冷却水を供給するポンプの仕事量が増加してしまい、等間隔で冷却水流路を設けた場合と同様に、燃料電池をシステム化した場合にシステム全体の総合効率を低下させてしまうことにつながる。
Further, in the invention described in
更にまた、上記特許文献1に記載のセパレータは、上述のように、下流側の領域において、溝を隔てるリブ部の数が減らされることによって溝の数が減らされていることから、機械的強度に劣り、当該セパレータを用いた単電池を積層して燃料電池用のスタックを作製して締結した際に、セパレータの機械的疲労による割れやクラック発生が懸念されるとう問題や、また、セパレータとアノードまたはカソードとの接触面積が少なく、電気的抵抗の増大によって効率低下を招くという問題も想定される。
Furthermore, as described above, the separator described in
そこで、本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものであり、燃料電池全体における冷却流体による冷却効率を低下させずに、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路のうち少なくとも一方の出口側よりも入口側での冷却効果を高めて単電池の面内で好適な温度分布の実現を可能とし、更に、冷却効率を高めることによって不必要に冷却水を供給する必要がなくなるために、ポンプの消費電力量を増大させることなく冷却流体を流通させることができ、セパレータの機械的疲労や電気的抵抗の増大の起こりにくい、耐久性および熱回収能に優れた信頼性の高い高分子電解質形燃料電池を提供することを目的とする。更には、本発明は、上記のような高分子電解質形燃料電池を容易かつ確実に実現することのできるセパレータを提供することも目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and at least one outlet of the fuel gas channel and the oxidant gas channel without lowering the cooling efficiency by the cooling fluid in the entire fuel cell. In order to increase the cooling effect on the inlet side rather than the side to realize a preferable temperature distribution in the plane of the unit cell, and further, it becomes unnecessary to supply cooling water unnecessarily by increasing the cooling efficiency. Cooling fluid can be circulated without increasing the power consumption of the pump, and it is difficult to increase mechanical fatigue and electrical resistance of the separator. It is a highly reliable polymer electrolyte with excellent durability and heat recovery capability. An object is to provide a fuel cell. Furthermore, another object of the present invention is to provide a separator capable of easily and reliably realizing the polymer electrolyte fuel cell as described above.
本発明者らは、上記のような目的を達成すべく鋭意検討したところ、ガス流路とは異なる本数の溝で構成された冷却流体流路のうちの、燃料ガス流路または酸化剤ガス流路のリブ部に対向する部分に、上記リブの内部に達する第2の溝を設け、かつこの溝が少なくともガス流路の上流側に位置する部分に形成する構成をとることによって、先に述べた問題を解消することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors diligently studied to achieve the above object, and as a result, the fuel gas flow channel or the oxidant gas flow in the cooling fluid flow channel constituted by a number of grooves different from the gas flow channel. The second groove reaching the inside of the rib is provided in a portion facing the rib portion of the passage, and the groove is formed at least in a portion located on the upstream side of the gas flow path. The present inventors have found that the above problems can be solved and have completed the present invention.
即ち、上記課題を解決すべく、本発明者は、
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およびカソードと、
アノードに面する主面にアノードに燃料ガスを供給および排出するための複数本のガス流路用溝からなる燃料ガス流路を含む導電性を有するアノード側セパレータと、
カソードに面する主面に前記カソードに酸化剤ガスを供給および排出するための複数本のガス流路用溝からなる酸化剤ガス流路が形成されている導電性を有するカソード側セパレータと、
を具備する単電池を含んでおり、
アノード側セパレータおよびカソード側セパレータのうちの少なくとも一方が、燃料ガス流路または酸化剤ガス流路が形成されている主面と反対側の主面に、ガス流路用溝と異なる本数の冷却流体流路用溝で構成された冷却流体流路を有し、
冷却流体流路用溝のうちの少なくとも一部が、ガス流路用溝同士の間のリブに対向する位置において、リブの内部に達する第2の冷却流体流路用溝を有し、かつ、第2の冷却流体流路用溝が、燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路うちの少なくとも一方の上流領域に対応する位置に形成されていること、
を特徴とする燃料電池を提供する。
That is, in order to solve the above problems, the present inventor
A polymer electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity;
An anode and a cathode sandwiching a polymer electrolyte membrane;
A conductive anode-side separator including a fuel gas flow path comprising a plurality of gas flow path grooves for supplying and discharging fuel gas to and from the main surface facing the anode;
A conductive cathode-side separator having an oxidant gas flow path formed of a plurality of gas flow path grooves for supplying and discharging an oxidant gas to and from the cathode on a main surface facing the cathode;
A single cell comprising:
At least one of the anode-side separator and the cathode-side separator has a different number of cooling fluids from the gas flow channel grooves on the main surface opposite to the main surface on which the fuel gas flow channel or the oxidant gas flow channel is formed. Having a cooling fluid flow path composed of flow path grooves,
At least a part of the cooling fluid channel groove has a second cooling fluid channel groove reaching the inside of the rib at a position facing the rib between the gas channel grooves, and The second cooling fluid channel groove is formed at a position corresponding to the upstream region of at least one of the fuel gas channel and the oxidant gas channel;
A fuel cell is provided.
ここで、燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路うちの少なくとも一方の「上流領域」とは、燃料ガス流路の「上流領域」の場合、アノード側セパレータの主面の法線方向から燃料ガス流路を構成するガス流路用溝を投影してみた場合(等倍に投影してみた場合)に、「燃料ガス流路の上流部分を構成するガス流路用溝」を示す図形(投影された結果、「燃料ガス流路の上流部分を構成するガス流路用溝」を示すものとしてみえる図形)と同一の大きさ及び形状となる領域をいう。また、酸化剤ガス流路の「上流領域」の場合、カソード側セパレータの主面の法線方向から酸化剤ガス流路を構成するガス流路用溝を投影してみた場合(等倍に投影してみた場合)に、「酸化剤ガス流路の上流部分を構成するガス流路用溝」を示す図形(投影された結果、「酸化剤ガス流路の上流部分を構成するガス流路用溝」を示すものとしてみえる図形)と同一の大きさ及び形状となる領域をいう。 Here, the “upstream region” of at least one of the fuel gas flow channel and the oxidant gas flow channel is the fuel from the normal direction of the main surface of the anode separator in the case of the “upstream region” of the fuel gas flow channel. When projecting the gas flow channel groove that constitutes the gas flow channel (when projected at the same magnification), a figure indicating the “gas flow channel groove constituting the upstream portion of the fuel gas flow channel” ( As a result of the projection, it refers to a region having the same size and shape as a “figure that can be seen as a gas channel groove constituting the upstream portion of the fuel gas channel”. In addition, in the case of the “upstream region” of the oxidant gas flow path, when the gas flow channel groove constituting the oxidant gas flow path is projected from the normal direction of the main surface of the cathode separator (projected at the same magnification) The figure showing the “groove for the gas flow path constituting the upstream portion of the oxidant gas flow path” (projected result is “for the gas flow path constituting the upstream portion of the oxidant gas flow path”). It is a region having the same size and shape as a figure showing a “groove”.
上記「燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路うちの少なくとも一方の上流部分」とは、燃料ガス流路の「上流領域」の場合、燃料ガス流路の全流路長のうちの前半部分(1/2の部分)をいう。より具体的には、上記「燃料ガス流路の上流部分」とは、アノードに対応する部分(電極部)に位置する燃料ガス流路の全流路長のうちの、上流側から下流側にかけての前半部分(1/2の部分)をいう。そして、上記「アノードに対応する部分(電極部)」とは、アノード側セパレータの主面の法線方向から「アノード(特に触媒層)」を投影してみた場合(等倍に投影してみた場合)に、上記「アノード(特に触媒層)」を示す図形(投影された結果、「アノード(特に触媒層)」を示すものとしてみえる図形)と同一の大きさ及び形状となる部分、即ち、「アノード(特に触媒層)」を示す図形に一致した状態で重なる部分をいう。
また、前記酸化剤ガス流路の「上流領域」の場合、酸化剤ガス流路の全流路長のうちの前半部分(1/2の部分)をいう。より具体的には、上記「酸化剤ガス流路の上流部分」とは、カソードに対応する部分(電極部)に位置する酸化剤ガス流路の全流路長のうちの、上流側から下流側にかけての前半部分(1/2の部分)をいう。そして、上記「カソードに対応する部分(電極部)」とは、カソード側セパレータの主面の法線方向から「カソード(特に触媒層)」を投影してみた場合(等倍に投影してみた場合)に、上記「カソード(特に触媒層)」を示す図形(投影された結果、「カソード(特に触媒層)」を示すものとしてみえる図形)と同一の大きさ及び形状となる部分、即ち、「カソード(特に触媒層)」を示す図形に一致した状態で重なる部分をいう。
The “upstream part of at least one of the fuel gas channel and the oxidant gas channel” refers to the first half of the total channel length of the fuel gas channel in the case of the “upstream region” of the fuel gas channel. (1/2 part). More specifically, the “upstream portion of the fuel gas flow path” refers to the length from the upstream side to the downstream side of the total length of the fuel gas flow path located in the portion corresponding to the anode (electrode part). The first half part (1/2 part). And, the “part corresponding to the anode (electrode part)” is the case where the “anode (particularly the catalyst layer)” is projected from the normal direction of the main surface of the anode separator (projected at the same magnification) The portion having the same size and shape as the above-mentioned figure showing the “anode (especially the catalyst layer)” (the figure which appears as a result of showing the “anode (particularly the catalyst layer)”), A portion that overlaps in a state corresponding to a figure showing “anode (particularly catalyst layer)”.
Further, in the case of the “upstream region” of the oxidant gas flow path, it refers to the first half (1/2) of the total flow path length of the oxidant gas flow path. More specifically, the “upstream part of the oxidant gas flow path” refers to the downstream from the upstream side of the total flow path length of the oxidant gas flow path located in the part (electrode part) corresponding to the cathode. The first half part (1/2 part) over the side. And, the “part corresponding to the cathode (electrode part)” is the case where the “cathode (especially the catalyst layer)” is projected from the normal direction of the main surface of the cathode separator (projected at the same magnification). The portion having the same size and shape as the above-described figure showing the “cathode (especially the catalyst layer)” (the figure which is projected and seen as showing the “cathode (especially the catalyst layer)), It refers to the overlapping part in a state consistent with the figure showing “cathode (especially catalyst layer)”.
また、冷却流体流路用溝のうちの「ガス流路用溝同士の間のリブに対向する位置」とは、アノード側セパレータまたはカソード側セパレータの主面の法線方向から「燃料ガス流路または酸化剤ガス流路(ないしはガス流路用溝)」を投影してみた場合(等倍に投影してみた場合)に、冷却流体流路または冷却流体流路用溝において、上記「ガス流路用溝同士の間のリブ」を示す図形(投影された結果、「ガス流路用溝同士の間のリブ」を示すものとしてみえる図形)と同一の大きさ及び形状となる位置、即ち「ガス流路用溝同士の間のリブ」を示す図形に一致した状態で重なる位置をいう。 In addition, the “position facing the rib between the gas flow channel grooves” in the cooling fluid flow channel groove means “the fuel gas flow channel from the normal direction of the main surface of the anode side separator or the cathode side separator”. Alternatively, when the “oxidant gas flow path (or gas flow path groove)” is projected (when projected at the same magnification), the above-mentioned “gas flow A position indicating the same size and shape as a figure indicating “ribs between the groove for road” (a figure that appears as a “rib between the groove for gas flow path” as a result of projection) It refers to the position where it overlaps with the figure indicating the “rib between the gas flow channel grooves”.
上記のような構成をとることによって、燃料電池全体における冷却流体による冷却効率を低下させずに、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路のうち少なくとも一方の出口側よりも入口側での冷却効果を高めて単電池の面内で好適な温度分布を実現することができる。また、ガス流路を形成するリブ部下に冷却用流体が流れるため、発電によりMEAで発生する熱をより効果的に除去することが可能となる。更に、冷却流体の圧力損失を増大させずにそのような好適な温度分布を実現するために、仕事量(ポンプ効率)を低減させることなく冷却流体を流通させることができ、セパレータの機械的疲労や電気的抵抗の増大の起こりにくい、耐久性および熱回収能に優れた信頼性の高い高分子電解質形燃料電池を提供することができる。 By adopting the configuration as described above, the cooling effect on the inlet side rather than the outlet side of at least one of the fuel gas channel and the oxidant gas channel without reducing the cooling efficiency by the cooling fluid in the entire fuel cell. And a suitable temperature distribution can be realized in the plane of the unit cell. Further, since the cooling fluid flows under the rib portion forming the gas flow path, it is possible to more effectively remove the heat generated in the MEA by power generation. Furthermore, in order to achieve such a suitable temperature distribution without increasing the pressure loss of the cooling fluid, the cooling fluid can be circulated without reducing the work (pump efficiency), and the mechanical fatigue of the separator In addition, it is possible to provide a highly reliable polymer electrolyte fuel cell excellent in durability and heat recovery capability, in which increase in electrical resistance and electrical resistance are unlikely to occur.
なお、上記のような本発明の構成は上記特許文献1においては開示も示唆もされておらず、上記特許文献1に記載の構成によっては、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の出口よりも入口における冷却効果を高めて単電池の面内で温度分布を形成することは可能であるものの、燃料電池全体における冷却効率の低下、圧力損失の増大、仕事量(ポンプ効率)の低減、及びセパレータ強度の低下や電気的抵抗の増大を防止することは困難であった。高分子電解質形燃料電池をオンサイト型のコージェネレーションシステムに用いる場合を想定すると、熱回収が非常に重要なファクタになるが、かかる観点から見ても、上記特許文献1に記載の高分子電解質形燃料電池は問題があった。また、自動車用途に適応する場合には、単位面積あたりの発電量がさらに大きくなることから、より冷却効率の高い燃料電池が必要とされており、この観点からも特許文献1に記載の高分子電解質形燃料電池では不十分であった。
The configuration of the present invention as described above is neither disclosed nor suggested in
本発明は、このような従来の問題を解消し、燃料電池全体における冷却流体による冷却効率を低下させずに、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路のうち少なくとも一方の出口側よりも入口側での冷却効果を高めて単電池の面内で好適な温度分布を実現することができ、圧力損失を増大させずにそのような好適な温度分布を実現するために、仕事量(ポンプ効率)を低減させることなく冷却流体を流通させることができ、セパレータの機械的疲労や電気的抵抗の増大の起こりにくい、耐久性および熱回収能に優れた信頼性の高い高分子電解質形燃料電池を提供することを目的とするものである。 The present invention eliminates such a conventional problem, and reduces the cooling efficiency of the entire fuel cell by the cooling fluid, without reducing the cooling efficiency of at least one of the fuel gas channel and the oxidant gas channel. In order to realize a suitable temperature distribution in the surface of the unit cell by increasing the cooling effect in the cell, and to realize such a suitable temperature distribution without increasing the pressure loss, the work load (pump efficiency) Providing a highly reliable polymer electrolyte fuel cell with excellent durability and heat recovery capability, which can circulate cooling fluid without reducing the flow rate, is unlikely to increase mechanical fatigue and electrical resistance of the separator It is intended to do.
更にまた、本発明は、燃料電池全体における冷却流体による冷却効率を低下させずに、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路のうち少なくとも一方の出口側よりも入口側での冷却効果を高めて単電池の面内で好適な温度分布を実現することができ、圧力損失を増大させずにそのような好適な温度分布を実現するため、仕事量(ポンプ効率)を低減させることなく冷却流体を流通させることができ、耐久性および熱回収能に優れた高分子電解質形燃料電池を容易かつ確実に実現することのできる、機械的疲労や電気的抵抗の増大を起こしにくいセパレータを提供することを目的とするものである。 Furthermore, the present invention improves the cooling effect on the inlet side of at least one of the fuel gas channel and the oxidant gas channel without lowering the cooling efficiency by the cooling fluid in the entire fuel cell. A suitable temperature distribution can be realized in the plane of the unit cell, and in order to realize such a suitable temperature distribution without increasing the pressure loss, the cooling fluid can be supplied without reducing the work (pump efficiency). To provide a separator that can easily and surely realize a polymer electrolyte fuel cell that can be distributed and that has excellent durability and heat recovery capability, and that is less likely to cause mechanical fatigue and increase in electrical resistance. It is the purpose.
本発明によれば、上記のような構成をとることにより、燃料電池全体における冷却流体による冷却効率を低下させずに、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路のうち少なくとも一方の出口側よりも入口側での冷却効果を高めて単電池の面内で好適な温度分布を実現することができ、圧力損失を増大させずにそのような好適な温度分布を実現するために、仕事量(ポンプ効率)を低減させることなく冷却流体を流通させることができ、セパレータの機械的疲労や電気的抵抗の増大の起こりにくい、耐久性および熱回収能に優れた高分子電解質形燃料電池を提供することができる。更にまた、本発明によれば、上記のような高分子電解質形燃料電池を容易かつ確実に実現することのできる、機械的疲労や電気的抵抗の増大の起こりにくいセパレータを提供することができる。 According to the present invention, by adopting the configuration as described above, the cooling efficiency by the cooling fluid in the entire fuel cell is not lowered, and the outlet side of at least one of the fuel gas flow channel and the oxidant gas flow channel is reduced. In order to increase the cooling effect on the inlet side and realize a suitable temperature distribution in the plane of the unit cell, and to realize such a suitable temperature distribution without increasing the pressure loss, the work load (pump To provide a polymer electrolyte fuel cell that can circulate a cooling fluid without reducing (efficiency) and is excellent in durability and heat recovery ability, in which mechanical fatigue and electrical resistance of a separator are unlikely to increase. Can do. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a separator that can easily and surely realize the polymer electrolyte fuel cell as described above, and is less prone to mechanical fatigue and electrical resistance.
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、同一また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。
図1は、本発明の高分子電解質形燃料電池に搭載される単電池に含まれる膜電極接合体(MEA)の基本構成の一例を示す概略断面図である。また、図2は、図1に示す膜電極接合体を用いた単電池の基本構成の一例を示す概略断面図である。
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.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a basic configuration of a membrane electrode assembly (MEA) included in a unit cell mounted on a polymer electrolyte fuel cell of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a basic configuration of a unit cell using the membrane electrode assembly shown in FIG.
図1に示すように、本発明の高分子電解質形燃料電池のMEA100においては、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜(例えば米国デュポン(株)製のNafion(商品名))1の両面に、電極触媒(例えば白金などの貴金属)を担持した導電性炭素粒子と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質との混合物からなる触媒層2a、2bが形成されている。この触媒層2a、2b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、高分子電解質と、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。
As shown in FIG. 1, in the polymer electrolyte
触媒層2a、2bの外側には、ガス拡散層3a、3bが配置されており、触媒層2aとガス拡散層3aとがアノード4aを構成し、触媒層2bとガス拡散層3bとがカソード4bを構成している。ガス拡散層3a、3b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。この導電性多孔質基材には、従来公知の方法で撥水処理が施された構成を有していても構わない。
MEA100も、上記のような高分子電解質膜1、触媒層2a、2bおよびガス拡散層3a、3b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。
Gas diffusion layers 3a and 3b are disposed outside the catalyst layers 2a and 2b. The
The
次に、図2に示すように、図1に示すMEA100を用いた単電池110には、アノード4aおよびカソード4bに供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスの外部へのリーク防止や、前記2種類のガスの混合防止のため、アノード4aおよびカソード4bの周囲に、高分子電解質膜1を挟んでガスケット6a、6bが配置される。当該ガスケット6a、6bとしても従来公知のものを用いることができる。
Next, as shown in FIG. 2, the
本発明の高分子電解質形燃料電池は、上記のような単電池110を1個または複数個を具備して構成される。単電池110の両側には、導電性を有する板状のセパレータ5a、5bが配置されている。そして、セパレータ5a、5bがアノード4aおよびカソード4bに接触する部分には、それぞれアノード4aまたはカソード4bに反応ガス(燃料ガスまたは酸化剤ガス)を供給し、生成ガスや余剰ガスを運び去るためのガス流路7aおよび7bが形成されている。このようなセパレータ5a、5bは、2個以上の単電池110を積層して用いる場合に、隣接する単電池を機械的に固定しかつ電気的に接続する。
The polymer electrolyte fuel cell of the present invention comprises one or
また、高分子電解質形燃料電池において発電が行われるとMEA100が発熱するため、MEA100の温度を許容される動作温度に維持するために、冷却水等の冷却流体を流通させて余剰熱を取り除くこと、即ち熱回収が行われる。そのため、本実施形態におけるセパレータ5a、5bの両方においては、ガス流路7a、7bが形成された面の反対側の面に、冷却水流路8a、8bが設けられており、ここに冷却水などの冷却流体が流通される。
Further, when power is generated in the polymer electrolyte fuel cell, the
図2においては、単電池110の両側に冷却流体流路8a、8bが形成されているが、単電池110を2個以上積層してスタックとして用いる場合には、単電池2〜3個毎に冷却流体流路を配置してもよい。単電池間に冷却流体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板とカソード側セパレータ板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。
また、セパレータ板の材質としては、金属製、カーボン製、黒鉛と樹脂を混合した熱伝導性および電導性に優れた材料などがあり、これらを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板や、チタンやステンレス鋼製セパレータ板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。
In FIG. 2, cooling
Moreover, as a material of a separator board, there exist metal, carbon, the material excellent in the heat conductivity and electroconductivity which mixed graphite and resin, These can be used widely. For example, a separator plate obtained by injection molding a mixture of carbon powder and a binder, or a titanium or stainless steel separator plate whose surface is gold-plated can also be used.
ここで、上述のように、従来の高分子電解質形燃料電池においては、セパレータにおける冷却流体流路の形状に起因して、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路の出口よりも入口における冷却効果を高めて単電池の面内で温度分布を形成することは可能であるものの、燃料電池全体における冷却効率の低下、仕事量(ポンプ効率)の低減、及びセパレータの機械的疲労や電気的抵抗の増大という問題があった。本発明においては、かかる問題を解消するため、従来と異なる形状を有する冷却流体流路を用い、全く新しい構成を有するセパレータを用いる。 Here, as described above, in the conventional polymer electrolyte fuel cell, the cooling effect at the inlet rather than the outlet of the fuel gas channel and the oxidant gas channel is caused by the shape of the cooling fluid channel in the separator. Although it is possible to form a temperature distribution in the plane of the unit cell by increasing the temperature, the cooling efficiency of the entire fuel cell is reduced, the work (pump efficiency) is reduced, and the mechanical fatigue and electrical resistance of the separator are reduced. There was a problem of increase. In the present invention, in order to solve such a problem, a cooling fluid flow path having a shape different from the conventional one is used, and a separator having a completely new configuration is used.
以下においては、本発明の高分子電解質形燃料電池に搭載される単電池110に用いられるセパレータ(本発明のセパレータの実施形態)について図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
図2に示されるセパレータ5a、5bにおいて、アノード4aおよびカソード4bと接するリブ(即ち、アノード4aおよびカソード4bを構成するガス流路用溝同士の間のリブ)に対向する位置において、冷却流体流路8a、8b(即ち、冷却流体流路用溝)には、第2の冷却流体用溝9a、9bが形成されている。これにより発電によるMEAの発熱を効果的に除去することが可能となる。
Hereinafter, the separator (embodiment of the separator of the present invention) used in the
In the
図3は、図2に示した単電池110におけるアノード4a側のセパレータ5aの燃料ガス流路7a側から見た正面図である。冷却流体流路8a側から見た正面図である。また、図4は、図3に示した単電池110におけるアノード4a側のセパレータ5aの背面図、即ち冷却流体流路8a側から見た正面図である。
アノード4a側のセパレータ5aは、図3および図4に示すように、酸化剤ガスの入口側マニホールド孔12および酸化剤ガスの出口側マニホールド孔13、燃料ガスの入口側マニホールド孔10および燃料ガスの出口側マニホールド孔11、冷却流体の入口側マニホールド孔14および冷却流体の出口側マニホールド孔15を有する。
また、セパレータ5aは、アノード4aと対向する面に、燃料ガスのマニホールド孔10と11をつなぐ燃料ガス流路7aを有し、背面には、冷却流体のマニホールド孔14と15をつなぐ冷却流体流路8aを有する。
3 is a front view of the
As shown in FIGS. 3 and 4, the
The
図3および図4において、破線16で囲まれた領域は、それぞれMEA100のアノード4aに対応する部分(電極部)を示している。そして、図4に示すように、冷却流体流路8aは、サーペンタイン状の溝により構成され、各溝は5本の水平方向に伸びる直線部(長い溝)と、隣接する直線部をつなぐ4個のターン部(短い溝)から構成されている。溝の数およびターン部の数はこれらに限定されるものではなく、本発明の効果を損なわない範囲で適宜設定することが可能である。また、図4における冷却流体流路8aは1本の冷却流体流路用溝で構成されているが、並行する複数の冷却流体流路用溝でを並行させるように構成しても構わない。冷却流体流路8aを構成する冷却流体流路用溝の一部には、燃料ガス流路7aの上流領域のリブに対向する位置において、リブ内部に達する第2の冷却流体流路用溝9aが形成されている(図2参照)。
3 and 4, the regions surrounded by the
また、図3に示すように、燃料ガス流路7aは、9本の水平方向に伸びる直線部(長い溝)と、隣接する直線部をつなぐ8個のターン部(短い溝)から構成されている。溝の数およびターン部の数はこれらに限定されるものではなく、本発明の効果を損なわない範囲で適宜設定することが可能である。また、燃料ガス流路7aは1本のガス流路用溝で構成されているが、複数のガス流路用溝を並行させるように構成しても構わない。
Further, as shown in FIG. 3, the fuel
一方、図5は、図2に示した単電池110におけるカソード4b側のセパレータ5bの酸化剤ガス流路7b側から見た正面図である。また、図6は、図5に示した単電池110におけるカソード4b側のセパレータ5bの背面図、即ち冷却流体流路8b側から見た正面図である。
カソード4b側のセパレータ5bは、図5および図6に示すように、酸化剤ガスの入口側マニホールド孔12および酸化剤ガスの出口側マニホールド孔13、燃料ガスの入口側マニホールド孔10および燃料ガスの出口側マニホールド孔11、冷却流体の入口側マニホールド孔14および冷却流体の出口側マニホールド孔15を有する。
また、セパレータ5bは、カソード4bと対向する面に、酸化剤ガスのマニホールド孔12と13をつなぐ酸化剤ガス流路7bを有し、背面には、冷却流体のマニホールド孔14と15をつなぐ冷却流体流路8bを有する。
On the other hand, FIG. 5 is a front view of the
As shown in FIGS. 5 and 6, the
The
図5および図6において、破線16で囲まれた領域は、それぞれMEA100のカソード4bに対応する部分(電極部)を示している。
そして、図6に示すように、冷却流体流路8bは、サーペンタイン状の溝により構成され、各溝は5本の水平方向に伸びる直線部(長い溝)と、隣接する直線部をつなぐ4個のターン部(短い溝)から構成されている。溝の数およびターン部の数はこれらに限定されるものではなく、本発明の効果を損なわない範囲で適宜設定することが可能である。また、図6における冷却流体流路8bは1本の冷却流体流路用溝で構成されているが、複数の冷却流体流路用溝を並行させるように構成しても構わない。また、冷却流体流路8bを構成する冷却流体流路用溝の一部には、酸化剤ガス流路7bの上流領域のリブに対向する位置において、リブ内部に達する第2の冷却流体流路用溝9bが形成されている(図2参照)。
In FIG. 5 and FIG. 6, regions surrounded by a
And as shown in FIG. 6, the cooling
また、図5に示すように酸化剤ガス流路7bは、9本の水平方向に伸びる直線部(長い溝)と、隣接する直線部をつなぐ8個のターン部(短い溝)から構成されている。溝の数およびターン部の数はこれらに限定されるものではなく、本発明の効果を損なわない範囲で適宜設定することが可能である。酸化剤ガス流路7bは1本のガス流路用溝で構成されているが、複数のガス流路用溝を並行させるように構成しても構わない。
As shown in FIG. 5, the oxidant
上記に説明したように、本実施形態のセパレータ5a、5bにおいては、冷却流体流路8a、8bを構成する冷却流体流路用溝の一部が、上記アノードガス流路7aおよび上記カソードガス流路7bを構成するガス流路用溝同士の間のリブ7a1、7b1に対向する位置において、上記リブ7a1、7b1の内部に達する第2の冷却流体流路用溝9a、9bを有し、上記第2の冷却流体流路用溝9a、9bが、それぞれ燃料ガス流路8aおよび酸化剤ガス流路8bの上流領域に対応する位置に形成されている。
As described above, in the
このような構成を有することによって、本発明におけるセパレータ5a、5bにおける反応ガス(燃料ガスおよび酸化剤ガス)の流路の入口(燃料ガスの入口側マニホールド孔10および酸化剤ガスの入口側マニホールド孔12)側、即ち上流側においては、セパレータ5a、5bの単位容積当たりで、熱交換に寄与する冷却流体の量が多くなる。一方、セパレータ5a、5bにおける反応ガス(燃料ガスおよび酸化剤ガス)の流路の出口(燃料ガスの出口側マニホールド孔11および酸化剤ガスの出口側マニホールド孔13)側、即ち下流側においては、セパレータ5a、5bの単位容積当たりで、熱交換に寄与する冷却流体の量が少なくなる。そのため、より発熱量の多い上流側でより高い冷却効果を発揮することができる。また、冷却流体流路8a、8bの溝形状がセパレータ5a、5bの面内で同一であるため、冷却流体そのものの冷却能力が低下することもない。
By having such a configuration, the inlets (fuel gas inlet side
また、セパレータ5a、5bにおいて、それぞれアノード4aおよびカソード4bと接するリブ7a1、7b1に対向する冷却流体流路8a、8bには、第2の冷却流体用溝9a、9bが形成されており、発電によるMEAの発熱をより効果的に除去することが可能となる。さらに、冷却流体流路8a、8bを構成する溝の本数を変化させないため、溝の本数を増やした場合の冷却流体の分配性の低下といった問題も生じることはない。
Further, in the
以上のように、本発明によれば、燃料電池全体における冷却流体による冷却効率を低下させずに、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路のうち少なくとも一方の出口側よりも入口側での冷却効果を高めて単電池の面内で好適な温度分布の実現が可能となる。また、圧力損失を増大させることなくそのような好適な温度分布を実現するために、仕事量(ポンプ効率)を低減させることなく冷却流体を流通させることができ、セパレータの機械的疲労や電気的抵抗の増大の起こりにくい、耐久性および熱回収能に優れた信頼性の高い高分子電解質形燃料電池を提供することができる。更に本発明によれば、上記のような高分子電解質形燃料電池を容易かつ確実に実現することのできるセパレータを提供することができる。 As described above, according to the present invention, the cooling on the inlet side of at least one outlet side of the fuel gas channel and the oxidant gas channel is reduced without reducing the cooling efficiency by the cooling fluid in the entire fuel cell. It is possible to enhance the effect and realize a suitable temperature distribution in the plane of the unit cell. Moreover, in order to realize such a suitable temperature distribution without increasing the pressure loss, the cooling fluid can be circulated without reducing the work amount (pump efficiency), and the mechanical fatigue and electrical properties of the separator It is possible to provide a highly reliable polymer electrolyte fuel cell excellent in durability and heat recovery ability, in which resistance is hardly increased. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a separator capable of easily and reliably realizing the polymer electrolyte fuel cell as described above.
ここで、水の排出性を低減させずにフラッディングを防止するという観点から、燃料ガスの入口側マニホールド孔10および燃料ガスの出口側マニホールド孔11、酸化剤ガスの入口側マニホールド孔12および酸化剤ガスの出口側マニホールド孔13、ならびに冷却体の入口側マニホールド孔14および冷却流体の出口側マニホールド孔15は、図3〜6に示した位置に設けるのが好ましい。
Here, from the viewpoint of preventing flooding without reducing water discharge performance, the fuel gas inlet side
即ち、図4に示すように、セパレータ5aの主面を垂直に設置した場合に、上半分の位置に燃料ガスの入口側マニホールド孔10、酸化剤ガスの入口側マニホールド孔12および冷却流体の入口側マニホールド孔14を設け、下半分の位置に燃料ガスの出口側マニホールド孔11、酸化剤ガスの出口側マニホールド孔13および冷却流体の出口側マニホールド孔15を設けるのが好ましい。これによれば、冷却流体流路8a、8bの流れに沿って上流側に燃料ガスの入口側マニホールド孔10および酸化剤ガスの入口側マニホールド孔12が存在し、下流側に燃料ガスの出口側マニホールド孔11および酸化剤ガスの出口側マニホールド孔13が存在し、フラッディングが発生しにくい。
That is, as shown in FIG. 4, when the main surface of the
また、電池の耐久性向上という観点から、上半分の位置においては、酸化剤ガスの入口側マニホールド孔12、また燃料ガスの入口側マニホールド孔10と冷却流体の入口側マニホールド孔14とは近くに設けるのが好ましく、酸化剤ガスの入口マニホールド孔12を近くに設けるのがより効果的である。下半分の位置においては、燃料ガスの出口側マニホールド孔11、酸化剤ガスの出口側マニホールド孔13および冷却流体の出口側マニホールド孔15は、下半分の位置にあれば、互いに近くに設けられていても離して設けられていても構わない。
From the viewpoint of improving the durability of the battery, in the upper half position, the inlet side
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述の実施形態においては、アノード側セパレータおよびカソード側セパレータの両方に冷却流体流路を設けたが、本発明においてはアノード側セパレータおよびカソード側セパレータのうち少なくとも一方に設けられていればよい。
また、複数の単電池を積層して用いる場合には、例えば単電池2〜3個に1つの割合で上記冷却流体流路を設けてもよく、冷却流体流路をカソード側セパレータとアノード側セパレータの双方に溝を設けて1組の流路を形成したり、一方のセパレータのみに溝を設けこれによって両セパレータ間に冷却流体流路を形成してもよい。
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above-described embodiment, the cooling fluid flow path is provided in both the anode-side separator and the cathode-side separator. However, in the present invention, it may be provided in at least one of the anode-side separator and the cathode-side separator. .
When a plurality of unit cells are stacked and used, for example, the cooling fluid channel may be provided at a rate of one to two or three cells, and the cooling fluid channel is provided with a cathode side separator and an anode side separator. Alternatively, grooves may be provided on both sides to form a set of flow paths, or grooves may be provided only on one separator, thereby forming a cooling fluid flow path between both separators.
また、上記実施形態のように、冷却流体流路用溝のうちの少なくとも一部が、前記ガス流路用溝同士の間のリブに対向する位置において、前記リブの内部に達する第2の冷却流体流路用溝を有し、かつ第2の冷却流体流路用溝が、燃料ガス流路または酸化剤ガス流路の上流領域に対応する位置に形成されていればよいが、上記電極部に対応する部分全体にわたって、上記冷却流体流路用溝が、ガス流路用溝同士の間のリブに対向する位置において、リブの内部に達する第2の冷却流体流路用溝を有し、かつ第2の冷却流体流路用溝が、燃料ガス流路または酸化剤ガス流路の全領域に対応する位置に形成されていてもよい。
なお、セパレータ板の構造以外の構成要素については、特に制限はなく、本発明の効果を損なわない範囲で適宜選択することができる。
In addition, as in the above-described embodiment, the second cooling reaches the inside of the rib at a position where at least a part of the cooling fluid channel groove faces the rib between the gas channel grooves. It is sufficient if the groove for fluid flow path is provided and the second groove for cooling fluid flow path is formed at a position corresponding to the upstream region of the fuel gas flow path or the oxidant gas flow path. The cooling fluid channel groove has a second cooling fluid channel groove reaching the inside of the rib at a position facing the rib between the gas channel grooves, over the entire portion corresponding to And the 2nd groove | channel for cooling fluid flow paths may be formed in the position corresponding to the whole area | region of a fuel gas flow path or an oxidant gas flow path.
In addition, there is no restriction | limiting in particular about components other than the structure of a separator board, It can select suitably in the range which does not impair the effect of this invention.
以上のように、本発明によれば、燃料電池全体における冷却流体による冷却効率を低下させずに、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路のうち少なくとも一方の出口側よりも入口側での冷却効果を高めて単電池の面内で好適な温度分布を実現することができ、圧力損失を増大させずにそのような好適な温度分布を実現するために、仕事量(ポンプ効率)を低減させることなく冷却流体を流通させることができ、セパレータの機械的疲労や電気的抵抗の増大の起こりにくい、耐久性および熱回収能に優れた高分子電解質形燃料電池を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the cooling on the inlet side of at least one outlet side of the fuel gas channel and the oxidant gas channel is reduced without reducing the cooling efficiency by the cooling fluid in the entire fuel cell. It is possible to increase the effect and realize a preferable temperature distribution in the plane of the unit cell, and to reduce the work (pump efficiency) in order to realize such a preferable temperature distribution without increasing the pressure loss. It is possible to provide a polymer electrolyte fuel cell that can circulate a cooling fluid without causing any mechanical fatigue or increase in electrical resistance of the separator and has excellent durability and heat recovery capability.
したがって、本発明の高分子電解質形燃料電池は、ポータブル用燃料電池、自動車用燃料電池およびコージェネレーションシステム用の燃料電池として好適である。また、本発明の高分子電解質形燃料電池においては、冷却流体の冷却効果に優れることから、冷却流体を用いて反応熱を除去することなどによって温度を一定に制御する必要のあるタイプの燃料電池、例えばダイレクトメタノール型燃料電池などにも好適に用いることができる。 Therefore, the polymer electrolyte fuel cell of the present invention is suitable as a fuel cell for portable fuel cells, automobile fuel cells, and cogeneration systems. Further, in the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, since the cooling effect of the cooling fluid is excellent, the type of fuel cell that needs to control the temperature constant by removing reaction heat using the cooling fluid, etc. For example, it can be suitably used for a direct methanol fuel cell.
1、201・・・高分子電解質膜、2a、2b、202a、202b・・・触媒層、3a、3b、203a、203b・・・ガス拡散層、4a、204a・・・アノード、4b、204b・・・カソード、5a、205a・・・アノード側セパレータ、5b、205b・・・カソード側セパレータ、6a、6b、206a、206b・・・ガスケット、7a、207a・・・燃料ガス流路、7b、207b・・・酸化剤ガス流路、7a1、7b・・・リブ、18a、8b、208a、208b・・・冷却流体流路、9a、9b・・・第2の冷却流体流路用溝、10・・・燃料ガスの入口側マニホールド孔、11・・・燃料ガスの出口側マニホールド孔、12・・・酸化剤ガスの入口側マニホールド孔、13・・・酸化剤ガスの出口側マニホールド孔、14・・・冷却流体の入口側マニホールド孔、15・・・冷却流体の出口側マニホールド孔、100、200・・・MEA、110、210・・・単電池 1, 201 ... polymer electrolyte membrane, 2a, 2b, 202a, 202b ... catalyst layer, 3a, 3b, 203a, 203b ... gas diffusion layer, 4a, 204a ... anode, 4b, 204b ..Cathode, 5a, 205a ... anode side separator, 5b, 205b ... cathode side separator, 6a, 6b, 206a, 206b ... gasket, 7a, 207a ... fuel gas flow path, 7b, 207b ... Oxidant gas channel, 7a1, 7b ... Rib, 18a, 8b, 208a, 208b ... Cooling fluid channel, 9a, 9b ... Second cooling fluid channel groove, 10. ..Fuel gas inlet side manifold hole, 11 ... Fuel gas outlet side manifold hole, 12 ... Oxidant gas inlet side manifold hole, 13 ... Oxidant gas outlet side manifold De hole, inlet side manifold holes, 14 ... cooling fluid, 15 ... cooling fluid outlet side manifold aperture, 100, 200 ... MEA, 110, 210 ... unit cell
Claims (1)
前記高分子電解質膜を挟むアノードおよびカソードと、
前記アノードに面する主面に前記アノードに燃料ガスを供給および排出するための複数本のガス流路用溝からなる燃料ガス流路を含む導電性を有するアノード側セパレータと、
前記カソードに面する主面に前記カソードに酸化剤ガスを供給および排出するための複数本のガス流路用溝からなる酸化剤ガス流路が形成されている導電性を有するカソード側セパレータと、
を具備する単電池を含んでおり、
前記アノード側セパレータおよび前記カソード側セパレータのうちの少なくとも一方が、前記燃料ガス流路または前記酸化剤ガス流路が形成されている前記主面と反対側の主面に、前記ガス流路用溝と異なる本数の冷却流体流路用溝で構成された冷却流体流路を有し、
前記冷却流体流路用溝のうちの少なくとも一部が、前記ガス流路用溝同士の間のリブに対向する位置において、前記リブの内部に達する第2の冷却流体流路用溝を有し、かつ、前記第2の冷却流体流路用溝が、前記燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路うちの少なくとも一方の上流領域に対応する位置に形成されていること、
を特徴とする燃料電池。 A polymer electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity;
An anode and a cathode sandwiching the polymer electrolyte membrane;
A conductive anode-side separator including a fuel gas flow path including a plurality of gas flow path grooves for supplying and discharging fuel gas to and from the main surface facing the anode;
A conductive cathode-side separator having an oxidant gas flow path formed of a plurality of gas flow path grooves for supplying and discharging an oxidant gas to and from the cathode on a main surface facing the cathode;
A single cell comprising:
At least one of the anode-side separator and the cathode-side separator has a gas channel groove on a main surface opposite to the main surface on which the fuel gas channel or the oxidant gas channel is formed. And a cooling fluid flow path composed of a different number of cooling fluid flow path grooves,
At least a part of the cooling fluid channel groove has a second cooling fluid channel groove reaching the inside of the rib at a position facing the rib between the gas channel grooves. And the second cooling fluid channel groove is formed at a position corresponding to an upstream region of at least one of the fuel gas channel and the oxidant gas channel,
A fuel cell.
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