JP2008269929A - Fuel battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスの化学反応を利用して発電する燃料電池に関し、特に、氷点下始動時における生成水の凍結を回避できる燃料電池セル構成に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell that generates power using a chemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and more particularly to a fuel cell configuration that can avoid freezing of generated water at the time of starting below freezing.
固体高分子型燃料電池は、複数のセルを積層した燃料電池スタックに、酸素を含有する酸化剤ガスと水素を含有する燃料ガスを供給して化学反応させることにより電気エネルギーを発生させている。基本単位となるセルは、一般に、固体高分子電解質膜の両面に電極となる触媒層と拡散層を形成したMEA(Membrane Electrode Assembly)と呼ばれる膜電極接合体を備え、その外側に酸化剤ガス側セパレータ、燃料ガス側セパレータを配設した構造となっている。酸化剤ガス側セパレータ、燃料ガス側セパレータと、拡散層の間には、それぞれ酸化剤ガス流路、燃料ガス流路が形成されている。 In the polymer electrolyte fuel cell, electric energy is generated by supplying a chemical reaction by supplying an oxidant gas containing oxygen and a fuel gas containing hydrogen to a fuel cell stack in which a plurality of cells are stacked. A cell that is a basic unit generally includes a membrane electrode assembly called MEA (Membrane Electrode Assembly) in which a catalyst layer and a diffusion layer are formed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane. The separator and the fuel gas side separator are arranged. An oxidant gas flow path and a fuel gas flow path are formed between the oxidant gas side separator, the fuel gas side separator, and the diffusion layer, respectively.
燃料極(アノード)では、燃料ガス流路から拡散層を経て供給される水素が触媒層の触媒作用によりイオン化し、電解質膜を透過して空気極(カソード)側に移動する。酸化剤ガス流路から空気極(カソード)に供給される酸素は、移動してきた水素イオンと反応し、水を生成する。この発電反応により起電力が発生する。生成する水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰の水分は拡散層を透過して、酸化剤ガス流路または燃料ガス流路から排出される。 In the fuel electrode (anode), hydrogen supplied from the fuel gas flow path through the diffusion layer is ionized by the catalytic action of the catalyst layer, passes through the electrolyte membrane, and moves to the air electrode (cathode) side. Oxygen supplied from the oxidant gas channel to the air electrode (cathode) reacts with the moving hydrogen ions to generate water. An electromotive force is generated by this power generation reaction. The generated water gives an appropriate humidity to the electrolyte membrane, and excess water passes through the diffusion layer and is discharged from the oxidant gas channel or the fuel gas channel.
このように燃料電池では発電の際に水を生成することから、燃料電池内に水が残留しやすく、氷点以下の低温環境下で凍結する問題がある。この対策として、運転停止時に燃料電池内を掃気して、残留水を掃気ガスとともに外部へ排出することが行われている。ただし、掃気により残留水を排出しても、低温環境下での運転開始時に過冷却状態で発生する生成水が凍結を引き起こすことがある。そして、凍結が伝播して急激に発電性能が低下すると、始動に必要な発熱量が得られなくおそれがあり、氷点下での始動性向上が大きな課題となっている。 As described above, in the fuel cell, water is generated during power generation. Therefore, there is a problem that water tends to remain in the fuel cell and freezes in a low temperature environment below the freezing point. As a countermeasure, the inside of the fuel cell is scavenged when the operation is stopped, and the residual water is discharged to the outside together with the scavenging gas. However, even if residual water is discharged by scavenging, the generated water generated in a supercooled state at the start of operation in a low temperature environment may cause freezing. And if freezing propagates and power generation performance falls rapidly, there is a possibility that the calorific value required for start-up may not be obtained, and improvement of startability below freezing is a major issue.
従来技術としては、例えば、特許文献1に記載されるように、氷点下で燃料電池を始動する際に燃料電池スタックの温度を上昇させて、凍結を防止する方法が提案されている。特許文献1の燃料電池は、例えば電気的な加熱手段を設けて冷却液流路を流通する冷却液を加熱し、燃料電池スタックの少なくとも一部の領域を昇温させるものである。
また、例えば、特許文献2、3に記載されるように、膜電極接合体に撥水性を付与して、排水を促進する構成とした燃料電池がある。特許文献2の固体電解質膜は、ガス拡散基材の表面に撥水層を有しており、さらにその一部に水の浸透経路を形成することで、排水性を向上させ、その他の部位をガス拡散経路とするようになっている。また、特許文献3には、固体電解質膜の両面に形成した触媒層上に、撥水性領域と親水性領域を有するガスまたは液体の透過層を形成して、必要な撥水性と親水性とを兼備させることが提案されている。
しかしながら、特許文献1の方法では、燃料電池に電気的加熱手段を設ける必要があり、システム構成が複雑となってコストアップ要因となる上、燃料電池の加熱に電力を使用するため、車両の燃料効率が著しく低下する。また、特許文献2の構成は、氷点下では水の浸透経路内にて水を凍結させて、ガス拡散経路を確保しようとしており、特許文献3の構成は、凍結防止を目的とするものではない。このため、これら従来の構成により生成水の凍結を防止することは難しく、また、一部で凍結が開始されると、凍結が伝播して急激な発電性能の低下を引き起こし、始動が困難になるおそれがあった。 However, in the method of Patent Document 1, it is necessary to provide an electric heating means for the fuel cell, which causes a complicated system configuration and increases the cost, and uses electric power for heating the fuel cell. Efficiency is significantly reduced. In addition, the configuration of Patent Document 2 attempts to secure a gas diffusion path by freezing water in the water permeation path below freezing point, and the structure of Patent Document 3 is not intended to prevent freezing. For this reason, it is difficult to prevent the generated water from being frozen by these conventional configurations, and when the freezing is partially started, the freezing propagates and causes a sudden decrease in power generation performance, which makes starting difficult. There was a fear.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池セル内で生成水の凍結が開始しても急激な発電性能の低下がなく、発電を継続させて発熱量を確保することで、システム構成部品を増加させることなく、氷点下始動が可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and even if freezing of generated water starts in the fuel battery cell, there is no sudden decrease in power generation performance, and the generation of heat is ensured by continuing power generation. An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of starting below freezing without increasing system components.
上記課題を解決するための請求項1の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスの化学反応により発電するセルを備える燃料電池であって、
上記セルは、電解質膜の両面に電極を配設した膜電極接合体の一方の面側に、酸化剤ガス流路を形成する酸化剤ガス側セパレータを配設するとともに、他方の面側に燃料ガス流路を形成する燃料ガス側セパレータを配設してなり、
上記電極は上記電解質膜に接する触媒層の外側に拡散層を有し、
上記拡散層には、少なくとも上記触媒層に接する表面に、強撥水層と弱撥水層とからなる撥水層を設けるとともに、上記強撥水層と上記弱撥水層とを、上記ガス流路のガス流れ方向に沿って交互に並列するように配置したものである。
The invention of claim 1 for solving the above-mentioned problem is a fuel cell comprising a cell that generates power by a chemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas,
In the cell, an oxidant gas side separator that forms an oxidant gas flow path is disposed on one surface side of a membrane electrode assembly in which electrodes are disposed on both surfaces of an electrolyte membrane, and a fuel is disposed on the other surface side. A fuel gas side separator that forms a gas flow path is disposed,
The electrode has a diffusion layer outside the catalyst layer in contact with the electrolyte membrane,
The diffusion layer is provided with a water repellent layer composed of a strong water repellent layer and a weak water repellent layer on at least a surface in contact with the catalyst layer, and the strong water repellent layer and the weak water repellent layer are provided on the gas layer. They are arranged so as to be alternately arranged along the gas flow direction of the flow path.
氷点下での始動時に、触媒層と拡散層の界面において生成水が凍結すると、急激な発電低下を引き起こす。一般に、生成水の一部が凍結すると、連続した液水に凍結が急速に伝播するが、本発明の構成によれば、触媒層と拡散層の界面に介設した撥水層が、強撥水層と弱撥水層とからなるので、生成水が液滴となっても、ガス流れ方向に対しては、強撥水層にて液水が途切れる。よって、連続した液水となるのを防止し、凍結の伝播による急激な発電低下を防止することができるので、発電を継続して発熱量を確保し、燃料電池スタック全体を昇温することができる。 When the generated water freezes at the interface between the catalyst layer and the diffusion layer at the time of starting below freezing point, a rapid power generation decrease is caused. In general, when a part of the generated water freezes, the freezing rapidly propagates to the continuous liquid water. However, according to the configuration of the present invention, the water-repellent layer interposed between the catalyst layer and the diffusion layer is strongly repellent. Since it consists of a water layer and a weak water-repellent layer, even if the generated water becomes droplets, the liquid water is interrupted in the strong water-repellent layer in the gas flow direction. Therefore, it is possible to prevent continuous liquid water from being generated, and to prevent a sudden decrease in power generation due to the propagation of freezing. it can.
これにより、システム構成部品を増加させることなく、燃料電池の氷点下始動が可能となるので、コストが低減でき、発電性能の良好な燃料電池が実現できる。 As a result, the fuel cell can be started below the freezing point without increasing the number of system components, so that the cost can be reduced and a fuel cell with good power generation performance can be realized.
請求項2の発明のように、具体的には、上記撥水層は、撥水性の異なる2種類の撥水性材料よりなる。そして、該2種類の撥水性材料のうち相対的に撥水性の高い撥水性材料にて上記強撥水層を、相対的に撥水性の低い撥水性材料にて上記弱撥水層を構成したものである。 Specifically, the water repellent layer is made of two types of water repellent materials having different water repellency. The strong water-repellent layer is composed of a water-repellent material having a relatively high water repellency, and the weak water-repellent layer is composed of a water-repellent material having a relatively low water repellency. Is.
請求項3の発明のように、上記撥水層は、上記拡散層を構成する基材の上記触媒層側表面に、上記強撥水層となる撥水性材料と上記弱撥水層となる撥水性材料とを交互に塗布することにより形成される。あるいは上記触媒層側表面の全面に上記弱撥水層となる撥水性材料を塗布し、その表面の一部に上記強撥水層となる撥水性材料と含浸させることにより形成することができる。 According to a third aspect of the present invention, the water repellent layer has a water repellent material that becomes the strong water repellent layer and a water repellent layer that becomes the weak water repellent layer on the catalyst layer side surface of the base material constituting the diffusion layer. It is formed by alternately applying an aqueous material. Or it can form by apply | coating the water-repellent material used as the said weak water-repellent layer to the whole surface of the said catalyst layer side surface, and making it impregnate with the water-repellent material used as the said strong water-repellent layer in a part of the surface.
請求項4の発明において、上記酸化剤ガス側セパレータには上記酸化剤ガス流路となる複数の平行な溝が、上記燃料ガス側セパレータには上記燃料ガス流路となる複数の平行な溝が、それぞれ形成されており、上記強撥水層および上記弱撥水層を、上記ガス流路のガス流れと垂直な方向を長手方向とする短冊状に形成して、上記ガス流路となる複数の平行な溝を横切るように配置してある。 In the invention of claim 4, the oxidant gas side separator has a plurality of parallel grooves that serve as the oxidant gas flow path, and the fuel gas side separator has a plurality of parallel grooves that serve as the fuel gas flow path. A plurality of the strong water-repellent layer and the weakly water-repellent layer that are formed in a strip shape having a longitudinal direction in a direction perpendicular to the gas flow of the gas flow path. It is arranged so as to cross the parallel grooves.
好適には、酸化剤ガス側セパレータ、燃料ガス側セパレータに形成されるガス流路を横切るように、強撥水層および弱撥水層を形成すると、セパレータの面圧により、ガス流路と垂直な方向においても液水が途切れる効果が得られる。よって、液水の凍結が広範囲に伝播するのを防止する効果が高い。 Preferably, when the strong water-repellent layer and the weak water-repellent layer are formed so as to cross the gas flow path formed in the oxidant gas side separator and the fuel gas side separator, the surface pressure of the separator makes it perpendicular to the gas flow path. Even in any direction, the effect that the liquid water is interrupted can be obtained. Therefore, the effect of preventing the freezing of liquid water from spreading over a wide range is high.
請求項5の発明において、上記撥水層は、上記ガス流路のガス流れ方向における上記強撥水層の幅を2mm以上に形成してある。 In the invention of claim 5, the water-repellent layer is formed such that the width of the strong water-repellent layer in the gas flow direction of the gas flow path is 2 mm or more.
好適には、撥水層における強撥水層の幅を2mm以上に形成すると、液水を分断する効果を確実に得ることができる。 Preferably, when the width of the strong water-repellent layer in the water-repellent layer is 2 mm or more, the effect of dividing the liquid water can be obtained with certainty.
図1により、本発明を適用した燃料電池の第1実施形態を説明する。図1(a)は、燃料電池の主要部である燃料電池スタックSのセルC構造を示す概略図であり、図1(b)は、燃料電池スタックSを含むシステム全体の概略構成図である。図1(b)において、燃料電池スタックSは、基本単位であるセルCを多数積層して電気的に直列接続してなり、酸化剤ガスとなる空気の供給流路101・排出流路102、燃料ガスとなる水素の供給流路103・排出流路104や、各種制御装置等が接続されて燃料電池システムを構成している。 A first embodiment of a fuel cell to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic diagram showing a cell C structure of a fuel cell stack S which is a main part of the fuel cell, and FIG. 1B is a schematic configuration diagram of the entire system including the fuel cell stack S. . In FIG. 1B, the fuel cell stack S is formed by laminating a number of cells C, which are basic units, and electrically connecting them in series. A fuel cell system is configured by connecting a supply channel 103 and a discharge channel 104 for hydrogen serving as a fuel gas, various control devices, and the like.
燃料電池スタックSは、酸化剤ガスと燃料ガスの電気化学反応により発電を行い、DC/DCコンバータにて電圧調整後、負荷の駆動に用いられる。コントローラはシステム全体を制御し、負荷(例えば燃料電池車両の駆動用モータや各種補機類)からの要求電力に応じて、燃料電池スタックSへ供給される空気や水素の流量・圧力・湿度等を調整する。なお、図はシステム主要部を簡略化して示すもので、図示する以外にも冷却媒体流路等を設けたり、各流路にポンプやバルブといった通常公知のシステム構成部材を設けることができる。 The fuel cell stack S generates electric power by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas, and is used for driving a load after voltage adjustment by a DC / DC converter. The controller controls the entire system, and the flow rate, pressure, humidity, etc. of air or hydrogen supplied to the fuel cell stack S according to the required power from the load (for example, a drive motor and various auxiliary machines for a fuel cell vehicle) Adjust. In addition, the figure shows the system main part in a simplified manner. Besides the illustration, a cooling medium flow path or the like can be provided, and normally known system components such as a pump or a valve can be provided in each flow path.
図1(a)の左半図に示すように、燃料電池スタックSの各セルCは、電解質膜11を挟んでその両面に電極がそれぞれ形成された膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly )1を備え、このMEA1を挟んで一方の面側(図の右側)に酸化剤ガス側セパレータ4を、他方の面側(図の左側)に燃料ガス側セパレータ5を配設した構成となっている。本実施形態では、電解質膜11の一方の表面に、電極となる触媒層21と拡散層31を、他方の面に触媒層22と拡散層32を、この順でそれぞれ配置して膜電極接合体を構成しており、酸化剤ガス側に設けた触媒層21と拡散層31とで、空気極(カソード)を、燃料ガス側に設けた触媒層22と拡散層32とで、燃料極(アノード)を形成している。 As shown in the left half of FIG. 1 (a), each cell C of the fuel cell stack S has a membrane electrode assembly (MEA) in which electrodes are formed on both sides of the electrolyte membrane 11, respectively. 1, an oxidant gas side separator 4 is disposed on one side (right side in the figure), and a fuel gas side separator 5 is disposed on the other side (left side in the figure) across the MEA 1. Yes. In the present embodiment, a catalyst layer 21 and a diffusion layer 31 serving as electrodes are arranged on one surface of the electrolyte membrane 11, and a catalyst layer 22 and a diffusion layer 32 are arranged in this order on the other surface, respectively. The catalyst layer 21 and the diffusion layer 31 provided on the oxidant gas side constitute an air electrode (cathode), and the catalyst layer 22 and the diffusion layer 32 provided on the fuel gas side constitute a fuel electrode (anode). ) Is formed.
酸化剤ガス側セパレータ4、燃料ガス側セパレータ5は、薄肉の導電性板材を波板状に成形したものからなる。この時、波板状の酸化剤ガス側セパレータ4には、図の左側または右側に開く多数の溝が、図の上下方向に交互に形成され、MEA1側(図の左側)に開口する複数の溝と、対向する拡散層31との間に、酸化剤ガス流路である空気流路41が形成される。同様に、波板状の燃料ガス側セパレータ5の溝と、対向するMEA1の拡散層32との間には、燃料ガス流路である水素流路51が形成される。酸化剤ガス側セパレータ4、燃料ガス側セパレータ5の、拡散層31、32との当接面は集電部42、52として機能する。 The oxidant gas side separator 4 and the fuel gas side separator 5 are each formed by corrugating a thin conductive plate material. At this time, the corrugated oxidant gas side separator 4 is formed with a plurality of grooves that are alternately formed in the vertical direction in the figure and open to the MEA 1 side (left side in the figure). An air channel 41 that is an oxidant gas channel is formed between the groove and the opposing diffusion layer 31. Similarly, a hydrogen channel 51 which is a fuel gas channel is formed between the groove of the corrugated fuel gas side separator 5 and the diffusion layer 32 of the MEA 1 facing the corrugated plate. The contact surfaces of the oxidant gas side separator 4 and the fuel gas side separator 5 with the diffusion layers 31 and 32 function as current collectors 42 and 52.
空気流路41は、互いに連通して一続きの流路となり、その一端側が入口部として図1(b)の空気の供給流路101に、他端側が出口部として排出流路102に接続される。同様に水素流路51も、互いに連通する流路を構成し、その一端側を入口部として図1(b)の水素の供給流路103に、他端側を出口部として排出流路104に接続している。空気流路41と空気流路41の間の溝、または水素流路51と水素流路51の間の溝は、冷却水流路6となる。このような構成の単セルCを積層することにより、図1(b)の燃料電池スタックSが構成される。 The air flow channel 41 communicates with each other to form a continuous flow channel, one end of which is connected to the air supply flow channel 101 of FIG. 1B as an inlet and the other end is connected to the discharge flow channel 102 as an outlet. The Similarly, the hydrogen flow path 51 also constitutes a flow path that communicates with each other, with one end side serving as an inlet portion in the hydrogen supply flow path 103 in FIG. 1B and the other end side serving as an outlet section in the discharge flow path 104. Connected. A groove between the air flow path 41 and the air flow path 41 or a groove between the hydrogen flow path 51 and the hydrogen flow path 51 becomes the cooling water flow path 6. By stacking the unit cells C having such a configuration, the fuel cell stack S of FIG. 1B is configured.
このようにセパレータ4、5を薄肉の板材で構成すると、セパレータ4、5が薄くなることで、セルCの積層枚数に対して燃料電池スタックSをコンパクトにすることができる。セパレータ4、5を厚肉の導電性板材とし、空気流路41または水素流路51となる溝を形成した構成とすることも、もちろんできる。 When the separators 4 and 5 are formed of thin plate materials in this way, the fuel cells stack S can be made compact with respect to the number of stacked cells C because the separators 4 and 5 are thinned. Of course, the separators 4 and 5 can be made of thick conductive plates, and the air flow channel 41 or the hydrogen flow channel 51 can be formed.
電解質膜11には、公知の水素イオン伝導性固体高分子電解質膜、例えば、Nafion(デュポン社製:登録商標)等のパーフルオロスルホン系ポリマーを膜状に成形したものが好適に使用される。触媒層21、22は、白金触媒等の触媒を導電性の良好な材料、例えばカーボン粒子等に担持させ、電解質膜の材料等を用いてペースト状にしたものを、電解質膜11の表面に層状に形成してなる。 As the electrolyte membrane 11, a known hydrogen ion conductive solid polymer electrolyte membrane, for example, a perfluorosulfone-based polymer such as Nafion (manufactured by DuPont: registered trademark) is preferably used. The catalyst layers 21 and 22 are formed by forming a catalyst, such as a platinum catalyst, on a material having good conductivity, such as carbon particles, and pasting the electrolyte membrane material or the like into a layer on the surface of the electrolyte membrane 11. Formed.
拡散層31、32の基材は、導電性およびガス拡散性の良好な材料、例えばカーボン繊維やカーボン粒子等の材料を用いて多孔質に形成され、空気流路41または水素流路51から供給される空気または水素を触媒層21、22へ良好に拡散させるものであればよい。拡散層31、32には、それぞれ触媒層21、22に接する表面に、撥水層3が設けられる。撥水層3の構成は、本発明の特徴部分であり、以下に詳述する。 The base material of the diffusion layers 31 and 32 is made porous using a material having good conductivity and gas diffusibility, for example, a material such as carbon fiber or carbon particle, and is supplied from the air channel 41 or the hydrogen channel 51. What is necessary is just to make the air or hydrogen to be diffused well into the catalyst layers 21 and 22. The diffusion layers 31 and 32 are provided with the water repellent layer 3 on the surfaces in contact with the catalyst layers 21 and 22, respectively. The structure of the water repellent layer 3 is a characteristic part of the present invention, and will be described in detail below.
図1(a)の右半図に示すように、撥水層3は、強撥水層3aと弱撥水層3bからなる。本発明では、強撥水層3aと弱撥水層3bとが、空気または水素の流れ方向において交互に並列するように形成することで、生成水の凍結が伝播するのを防止する。図は、酸化剤ガス側セパレータ4に接する拡散層31表面の撥水層3を示したもので、酸化剤ガス側セパレータ4には、図の上下方向に複数の空気流路41が平行に形成されている。これら空気流路41は、図の左右方向を流れ方向としている。これに対し、撥水層3の強撥水層3aと弱撥水層3bは、いずれも空気流路41の流れ方向と垂直な方向を長手方向とする略一定幅の短冊状であり、空気流路41の流れ方向に対して交互に並ぶストライプ状に配置されている。また、強撥水層3aと弱撥水層3bとは、それぞれ複数の空気流路41を横切って、上下方向に延びている。 As shown in the right half view of FIG. 1A, the water repellent layer 3 includes a strong water repellent layer 3a and a weak water repellent layer 3b. In the present invention, the strong water repellent layer 3a and the weak water repellent layer 3b are formed so as to be alternately arranged in parallel in the flow direction of air or hydrogen, thereby preventing the freezing of the generated water from propagating. The figure shows the water-repellent layer 3 on the surface of the diffusion layer 31 in contact with the oxidant gas side separator 4. The oxidant gas side separator 4 has a plurality of air flow paths 41 formed in parallel in the vertical direction of the figure. Has been. These air flow paths 41 have a flow direction in the left-right direction in the figure. On the other hand, the strong water-repellent layer 3a and the weakly water-repellent layer 3b of the water-repellent layer 3 are both strips having a substantially constant width with the direction perpendicular to the flow direction of the air flow path 41 as the longitudinal direction. They are arranged in stripes alternately arranged in the flow direction of the flow path 41. The strong water-repellent layer 3a and the weakly water-repellent layer 3b extend in the vertical direction across the plurality of air flow paths 41, respectively.
また、燃料ガス側セパレータ5に接する拡散層32表面の撥水層3も、同様の構成となっている。すなわち、撥水層3の強撥水層3aと弱撥水層3bは、いずれも水素流路51の流れ方向と垂直な方向を長手方向とする略一定幅の短冊状で、水素流路51の流れ方向に対して交互に並ぶストライプ状に配置される。また、強撥水層3aと弱撥水層3bとは、それぞれ複数の水素流路51を横切るように、上下方向に延びている。 Further, the water repellent layer 3 on the surface of the diffusion layer 32 in contact with the fuel gas side separator 5 has the same configuration. In other words, the strong water-repellent layer 3 a and the weakly water-repellent layer 3 b of the water-repellent layer 3 are both strips having a substantially constant width with the direction perpendicular to the flow direction of the hydrogen channel 51 as the longitudinal direction. Are arranged in stripes alternately arranged in the flow direction. The strong water-repellent layer 3 a and the weak water-repellent layer 3 b extend in the vertical direction so as to cross the plurality of hydrogen flow paths 51.
ここで、強撥水層3aと弱撥水層3bとは、撥水性が異なる2種類の撥水性材料を組み合わせ、撥水性が相対的に高い方の材料にて強撥水層3aを、撥水性が相対的に低い方の材料にて弱撥水層3bを形成している。撥水性の有無は、一般に、水との接触角度によって定義され、通常、撥水層表面に付着させた水滴との接触角度が90°より大きい材料を、撥水性材料という。撥水性の強弱は、水との接触角度の大きさによって表され、接触角度が90°を超えて大きくなるほど撥水性が強く、接触角度が90°に近いほど撥水性が弱いといえる。 Here, the strong water-repellent layer 3a and the weak water-repellent layer 3b combine two types of water-repellent materials having different water repellency, and the strong water-repellent layer 3a is made of a material having a relatively high water repellency. The weak water-repellent layer 3b is formed of a material having a relatively low aqueous property. The presence or absence of water repellency is generally defined by the contact angle with water. Usually, a material having a contact angle with water droplets attached to the surface of the water repellent layer of more than 90 ° is referred to as a water repellant material. The strength of water repellency is expressed by the size of the contact angle with water. The greater the contact angle exceeds 90 °, the stronger the water repellency, and the closer the contact angle is to 90 °, the weaker the water repellency.
撥水性材料としては、撥水性を有する種々の撥水性材料を用いることができ、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVFD)等のフッ素樹脂系撥水材が、好適に使用される。これら撥水性材料は、通常、カーボン粒子および溶剤とともに混合したものを、塗布することにより撥水層3を容易に形成することができる。撥水性材料の複数種類を、所望の撥水性が得られるように、適宜、組み合わせて使用することもできる。また、撥水性材料にカーボン粒子を混合し、その配合割合を変更することで、強撥水層3aと弱撥水層3bをつくり分けるようにしてもよい。 As the water repellent material, various water repellent materials having water repellency can be used. For example, fluororesin water repellent materials such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (PVFD) are preferably used. Is done. These water repellent materials can be easily formed with the water repellent layer 3 by applying a mixture of carbon particles and a solvent. A plurality of types of water repellent materials can be used in appropriate combination so that a desired water repellency can be obtained. Alternatively, the strong water-repellent layer 3a and the weakly water-repellent layer 3b may be separately formed by mixing carbon particles in the water-repellent material and changing the blending ratio thereof.
強撥水層3aと弱撥水層3bは、撥水性にある程度の差があることが必要で、差が小さいと境界部における液水分断の効果が得にくい。通常は、強撥水層3aとなる撥水材と、弱撥水層3bとなる撥水材の、水との接触角度の差Δθが、例えば5°以上とするのがよく、好適には、接触角度の差Δθを10°以上とすることで、液水を分断する効果が得やすい。これにより、液水が連続した状態で存在するのを防止して、凍結が伝播しにくい構造とすることができる。 The strong water-repellent layer 3a and the weak water-repellent layer 3b are required to have a certain difference in water repellency, and if the difference is small, it is difficult to obtain the effect of liquid moisture interruption at the boundary. Usually, the difference Δθ in contact angle between the water-repellent material to be the strong water-repellent layer 3a and the water-repellent material to be the weakly water-repellent layer 3b with water is preferably 5 ° or more, and preferably When the contact angle difference Δθ is 10 ° or more, it is easy to obtain the effect of dividing the liquid water. As a result, it is possible to prevent liquid water from existing in a continuous state and to prevent freezing from propagating.
図2、3は、撥水層3を設けた拡散層31(32)の構成例を示すものである。図2は、撥水層3を塗り分け法により形成した場合であり、拡散層基材33の表面には、強撥水層3aと弱撥水層3bが、図の左右方向に交互に配置されている。この撥水層3を形成するには、強撥水層3aの構成材料と弱撥水層3bの構成材料とを、拡散層基材33の表面に、それぞれ所定の幅で、交互に塗布することを繰り返し行う。この場合、強撥水層3aと弱撥水層3bの厚さは同じになる。 2 and 3 show a configuration example of the diffusion layer 31 (32) provided with the water repellent layer 3. FIG. FIG. 2 shows a case where the water-repellent layer 3 is formed by a separate coating method, and a strong water-repellent layer 3a and a weakly water-repellent layer 3b are alternately arranged on the surface of the diffusion layer base material 33 in the left-right direction of the figure. Has been. In order to form this water-repellent layer 3, the constituent material of the strong water-repellent layer 3a and the constituent material of the weakly water-repellent layer 3b are alternately applied to the surface of the diffusion layer base material 33 with a predetermined width, respectively. Repeat that. In this case, the strong water-repellent layer 3a and the weak water-repellent layer 3b have the same thickness.
図3は、拡散層基材33表面に、撥水層3を含浸法により形成した場合であり、拡散層基材33の表面には、全面を覆って弱撥水層3bが形成され、さらに弱撥水層3bの表面の一部に、強撥水層3aが所定の間隔をおいてストライプ状に形成されている。この撥水層3を形成するには、まず、弱撥水層3bの構成材料を拡散層基材33の表面全面に塗布形成し、その表面の所定位置に、強撥水層3aの構成材料を上塗りして、含浸させる。この場合、強撥水層3aの厚さは、弱撥水層3bより薄く、その上部表面のみに強撥水層3aが形成されることになる。 FIG. 3 shows a case where the water-repellent layer 3 is formed on the surface of the diffusion layer base material 33 by an impregnation method, and the surface of the diffusion layer base material 33 is formed with a weak water-repellent layer 3b covering the entire surface. The strong water repellent layer 3a is formed in a stripe shape at a predetermined interval on a part of the surface of the weak water repellent layer 3b. In order to form the water repellent layer 3, first, the constituent material of the weak water repellent layer 3b is applied and formed on the entire surface of the diffusion layer substrate 33, and the constituent material of the strong water repellent layer 3a is formed at a predetermined position on the surface. Overcoat and impregnate. In this case, the strong water repellent layer 3a is thinner than the weak water repellent layer 3b, and the strong water repellent layer 3a is formed only on the upper surface thereof.
拡散層31、32を構成する拡散層基材33や撥水層3の厚さは、任意に設定することができる。通常は、拡散層基材33の厚さを、例えば100μm以上、撥水層3の厚さを、例えば50μm以上とするのがよい。撥水層3となる強撥水層3aと弱撥水層3bの形成幅も、特に制限されず、例えば、強撥水層3aの幅が、2mm程度ないしそれ以上あれば、分断効果が認められる。好適には、強撥水層3aの幅を、所望の液水の分断効果が得られるように、適宜設定し、弱撥水層3bの幅をこれよりも広くして、撥水層3の全体に適度な撥水性を付与する構成とすればよい。図3のように含浸法による構成において、撥水層3の表面に強撥水層3aが薄く形成した場合には、強撥水層3aを、例えば5μm程度ないしそれ以上の厚さとすることで、強撥水層3aによる液水の分断効果を得ることができる。 The thickness of the diffusion layer base material 33 and the water repellent layer 3 constituting the diffusion layers 31 and 32 can be arbitrarily set. Usually, it is preferable that the thickness of the diffusion layer base material 33 is, for example, 100 μm or more, and the thickness of the water repellent layer 3 is, for example, 50 μm or more. The formation width of the strong water-repellent layer 3a and the weakly water-repellent layer 3b to be the water-repellent layer 3 is also not particularly limited. For example, if the width of the strong water-repellent layer 3a is about 2 mm or more, the separation effect is recognized It is done. Preferably, the width of the strong water-repellent layer 3a is appropriately set so as to obtain a desired liquid water dividing effect, and the width of the weakly water-repellent layer 3b is made wider than this, What is necessary is just to set it as the structure which provides moderate water repellency to the whole. When the strong water-repellent layer 3a is thinly formed on the surface of the water-repellent layer 3 in the impregnation method as shown in FIG. 3, the strong water-repellent layer 3a has a thickness of, for example, about 5 μm or more. In addition, the effect of dividing liquid water by the strong water-repellent layer 3a can be obtained.
上記構成の燃料電池の作動について図1(a)、(b)により説明する。
空気の供給流路101および水素の供給流路103から、燃料電池スタックSに空気および水素が供給されると、各セルC内の空気流路41に空気が、水素流路51に水素が導入され、MEA1の両電極において下記の電気化学反応が起こる。
水素極(アノード) H2 →2H+ +2e- ・・・(1)
空気極(カソード) 2H+ +1/2O2 + +2e- →H2 O・・・(2)
反応に用いられなかった未反応空気は排出流路102から排出される。未反応水素は排出流路104から排出され、循環再利用される。
The operation of the fuel cell configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b).
When air and hydrogen are supplied to the fuel cell stack S from the air supply channel 101 and the hydrogen supply channel 103, air is introduced into the air channel 41 in each cell C, and hydrogen is introduced into the hydrogen channel 51. Then, the following electrochemical reaction occurs at both electrodes of MEA1.
Hydrogen electrode (anode) H 2 → 2H + + 2e − (1)
Air electrode (cathode) 2H + + 1 / 2O 2 + + 2e − → H 2 O (2)
Unreacted air that has not been used for the reaction is discharged from the discharge channel 102. Unreacted hydrogen is discharged from the discharge channel 104 and recycled.
ここで、上記式(2)のように、各セルCの空気流路41側では、発電の際に水素と酸素が反応して水が生成する。この水分は、触媒層21から拡散層31内を拡散して空気流路41へ排出される一方、電解質膜11を透過して水素流路51側へ移動し、触媒層22から拡散層32内を拡散して水素流路51へ排出される。この時、電解質膜11の近傍で生成する水分を速やかに排出するために、拡散層31、32の触媒層21、22との界面に撥水層3が設けられ、生成水の液水化を抑制し排出を促す。ただし、氷点以下の低温環境下での始動時には、過冷却状態で上記発電反応による水が生成することになり、この水が、触媒層21、22または拡散層31、32内で凍結すると、ガス拡散が阻害されるために、上記発電反応が良好に進行しなくなる。その結果、発熱量が不十分となって燃料電池スタックSが発電に適当な温度(通常、60〜100℃程度)まで上昇せず、自己発熱による始動が困難となる。 Here, as in the above formula (2), on the air flow path 41 side of each cell C, hydrogen and oxygen react to generate water during power generation. The moisture diffuses from the catalyst layer 21 through the diffusion layer 31 and is discharged to the air flow path 41, while passing through the electrolyte membrane 11 and moves toward the hydrogen flow path 51, and from the catalyst layer 22 to the diffusion layer 32. Is diffused and discharged to the hydrogen flow path 51. At this time, a water repellent layer 3 is provided at the interface between the diffusion layers 31 and 32 and the catalyst layers 21 and 22 in order to quickly discharge the water generated in the vicinity of the electrolyte membrane 11, thereby liquefying the generated water. Suppress and promote emissions. However, at the time of starting in a low temperature environment below the freezing point, water due to the power generation reaction is generated in a supercooled state, and when this water is frozen in the catalyst layers 21 and 22 or the diffusion layers 31 and 32, the gas Since the diffusion is inhibited, the power generation reaction does not proceed well. As a result, the amount of heat generation becomes insufficient, and the fuel cell stack S does not rise to a temperature suitable for power generation (usually about 60 to 100 ° C.), making it difficult to start by self-heating.
本発明者等の実験によれば、氷点下での始動時に、触媒層21、22と拡散層31、32との界面において生成水が凍結すると、急激な発電低下を引き起こすことがわかっている。また、一般に、生成水の一部が凍結すると、連続した液水に凍結が伝播する。つまり、従来の構成において生じる急激な発電低下は、触媒層21、22と拡散層31、32との界面において、生成水が液水となって溜まりやすい状態であることを意味する。そこで、本発明では、上述したように、撥水層3を強撥水層3aと弱撥水層3bとで構成し、連続した液水が存在する状態を解消して、凍結の伝播を防止しようとするものである。 According to the experiments by the present inventors, it is known that if the generated water freezes at the interface between the catalyst layers 21 and 22 and the diffusion layers 31 and 32 at the time of starting below freezing point, the power generation is drastically reduced. In general, when a part of the generated water freezes, the freezing propagates to the continuous liquid water. That is, the rapid power generation drop that occurs in the conventional configuration means that the generated water is liable to accumulate as liquid water at the interface between the catalyst layers 21 and 22 and the diffusion layers 31 and 32. Therefore, in the present invention, as described above, the water-repellent layer 3 is composed of the strong water-repellent layer 3a and the weakly water-repellent layer 3b, and the state where continuous liquid water exists is eliminated to prevent freezing propagation. It is something to try.
すなわち、図1(a)の右半部に示すように、本発明の拡散層31、32では、触媒層21、22と接する撥水層3が、空気流路41または水素流路51のガス流れ方向に沿って、強撥水層3aと弱撥水層3bとが交互に現れるようにしてある。このため、触媒層21、22と拡散層31、32との界面で、生成水が液滴となっても、ガス流れ方向に対しては、強撥水層3aにて液水が途切れる。また、ガス流れと垂直な方向には、酸化剤ガス側セパレータ4の空気流路41間に形成される集電部42、燃料ガス側セパレータ5の水素流路51に形成される集電部52が、拡散層31、32に当接しており、その面圧によって、触媒層21、22と拡散層31、32の界面の液水が途切れる。 That is, as shown in the right half of FIG. 1A, in the diffusion layers 31 and 32 of the present invention, the water-repellent layer 3 in contact with the catalyst layers 21 and 22 is the gas in the air channel 41 or the hydrogen channel 51. The strong water-repellent layer 3a and the weak water-repellent layer 3b appear alternately along the flow direction. For this reason, even if the generated water becomes droplets at the interfaces between the catalyst layers 21 and 22 and the diffusion layers 31 and 32, the liquid water is interrupted by the strong water-repellent layer 3a in the gas flow direction. Further, in a direction perpendicular to the gas flow, a current collecting part 42 formed between the air flow paths 41 of the oxidant gas side separator 4 and a current collecting part 52 formed in the hydrogen flow path 51 of the fuel gas side separator 5. However, the liquid water at the interface between the catalyst layers 21 and 22 and the diffusion layers 31 and 32 is interrupted by the surface pressure.
これらにより、連続する液水となることが防止され、氷点下始動時に、触媒層21、22と拡散層31、32との界面で凍結が伝播しようとしても、液水が途切れているために、凍結が広範囲に広がることがない。したがって、発電反応に伴う発熱量を確保することができるので、自己発熱による氷点下からの始動が可能となる。 As a result, the liquid water is prevented from becoming continuous, and even when freezing is propagated at the interface between the catalyst layers 21 and 22 and the diffusion layers 31 and 32 at the time of starting below the freezing point, the liquid water is interrupted. Does not spread over a wide area. Therefore, the amount of heat generated by the power generation reaction can be ensured, so that starting from below freezing by self-heating is possible.
(実施例1)
次に、本発明の効果を確認するために、上記図2に示す構造の拡散層31のサンプルを作成した。拡散層31の基材33としては、36×36mmの正方形のカーボンペーパ(東レ(株)製:TGPH060;厚さ 190μm)を使用し、その表面に、幅10.5mmの弱撥水層3b、幅2mmの強撥水層3a、幅11.0mmの弱撥水層3b、幅2mmの強撥水層3a、幅10.5mmの弱撥水層3bを、交互に形成して撥水層3とした。強撥水層3a、弱撥水層3bの厚さは、150μm程度とした。強撥水層3a、弱撥水層3bの構成材料には、いずれもポリテトラフルオロエチレン(PTFE)系の撥水性の異なる材料を使用し、強撥水層3aには水との接触角度が155°程度の撥水材を、弱撥水層3bには水との接触角度が145°程度の撥水材を用いた。この撥水材にカーボン粒子と溶剤を添加混合して得た混合物を、基材33に塗布して、撥水層3を形成した。
Example 1
Next, in order to confirm the effect of the present invention, a sample of the diffusion layer 31 having the structure shown in FIG. 2 was prepared. As the base material 33 of the diffusion layer 31, a 36 × 36 mm square carbon paper (manufactured by Toray Industries, Inc .: TGPH060; thickness 190 μm) is used, and on its surface, a weak water repellent layer 3b having a width of 10.5 mm, A water repellent layer 3a having a width of 2 mm, a weak water repellent layer 3b having a width of 11.0 mm, a strong water repellent layer 3a having a width of 2 mm, and a weak water repellent layer 3b having a width of 10.5 mm are alternately formed. It was. The thickness of the strong water repellent layer 3a and the weak water repellent layer 3b was about 150 μm. As materials for the strong water-repellent layer 3a and the weak water-repellent layer 3b, polytetrafluoroethylene (PTFE) materials having different water repellency are used, and the strong water-repellent layer 3a has a contact angle with water. A water repellent material of about 155 ° was used, and a water repellent material having a contact angle with water of about 145 ° was used for the weak water repellent layer 3b. A mixture obtained by adding and mixing carbon particles and a solvent to the water repellent material was applied to the substrate 33 to form the water repellent layer 3.
得られたサンプルの撥水層3表面に、水を滴下して、その上からプレパラートを覆着する評価試験を実施したところ、強撥水層3aにおいて水が分断されたことが確認された。なお、比較のために、強撥水層3aの幅を2mmとした以外は、同様の方法でサンプルを形成したところ、水の分断をはっきりと確認することができなかった。 When an evaluation test was performed in which water was dropped onto the surface of the water-repellent layer 3 of the obtained sample and the preparation was covered from above, it was confirmed that water was divided in the strong water-repellent layer 3a. For comparison, when the sample was formed by the same method except that the width of the strong water-repellent layer 3a was set to 2 mm, it was not possible to clearly confirm the division of water.
(実施例2)
上記図3に示す構造の拡散層31のサンプルを作成した。拡散層31の基材33としては、36×36mmの正方形のカーボンペーパ(東レ(株)製:TGPH060;厚さ190μm)を使用し、その表面の全面に弱撥水層3bを形成した(厚さ150μm程度)。弱撥水層3bには、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)系で水との接触角度が140°程度の撥水材を用い、撥水材とカーボン粒子と溶剤で混合してから、基材33に塗布した。その後、加熱して弱撥水層3bとし、その上面に、強撥水層3a(幅2mm、厚さ5μm程度)を、9mmピッチでストライプ状に形成した。強撥水層3aには、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)系で水との接触角度が155°程度の撥水材を用い、カーボン粒子と溶剤で混合したものを塗布した。
(Example 2)
A sample of the diffusion layer 31 having the structure shown in FIG. 3 was prepared. As the base material 33 of the diffusion layer 31, a 36 × 36 mm square carbon paper (manufactured by Toray Industries, Inc .: TGPH060; thickness 190 μm) was used, and a weak water-repellent layer 3b was formed on the entire surface (thickness). About 150 μm). For the weak water repellent layer 3b, a polytetrafluoroethylene (PTFE) water repellent material having a contact angle with water of about 140 ° is used, mixed with the water repellent material, the carbon particles, and the solvent, and then the base material 33 It was applied to. Then, it was heated to form a weak water-repellent layer 3b, and a strong water-repellent layer 3a (width 2 mm, thickness about 5 μm) was formed in a stripe shape at a pitch of 9 mm on its upper surface. The strong water-repellent layer 3a was a polytetrafluoroethylene (PTFE) -based water-repellent material having a contact angle with water of about 155 °, and a mixture of carbon particles and a solvent was applied.
得られたサンプルに、上記実施例1と同様の評価試験を実施した。撥水層3表面に水を滴下して、その上からプレパラートを覆着して観察したところ、強撥水層3aにおいて水が分断されたことが確認された。 The same evaluation test as in Example 1 was performed on the obtained sample. When water was dropped on the surface of the water repellent layer 3 and a preparation was covered from above, observation was made and it was confirmed that water was divided in the strong water repellent layer 3a.
以上のように、本発明によれば、加熱手段を設けたり流路構成やシステムを大きく変更することなく、良好な掃気性を有して、残留水が起点となる凍結を防止できる燃料電池のセル構成を実現することができる。
本実施形態の構成によれば、酸化剤ガス側セパレータ3に対向する拡散層21の表面に、通気性が高い導電性通気層8を形成して通気性を向上させたので、掃気処理時に、拡散層21と集電用リブ31との間に掃気ガスが容易に流通する。これにより、残留する水分が掃気ガスによって持ちさられやすくなり、乾燥が促進される。よって、氷点下での運転開始時に残留水の凍結が起点となって、過冷却状態で生成した水分が凍結するのを防止することができる。なお、少なくとも集電用リブ31との当接部位において拡散層21の表面に導電性通気層8を介設する構成とすれば、集電用リブ31下の通気性を向上させて排水を促進させる効果が得られる。
As described above, according to the present invention, there is provided a fuel cell that has good scavenging properties and can prevent freezing starting from residual water without providing heating means or greatly changing the flow path configuration or system. A cell configuration can be realized.
According to the configuration of the present embodiment, the air permeability is improved by forming the highly conductive air-permeable layer 8 on the surface of the diffusion layer 21 facing the oxidant gas-side separator 3. A scavenging gas easily flows between the diffusion layer 21 and the current collecting rib 31. Thereby, the remaining moisture is easily held by the scavenging gas, and drying is promoted. Therefore, it is possible to prevent the water generated in the supercooled state from freezing due to the freezing of the residual water at the start of operation below freezing. If the conductive ventilation layer 8 is provided on the surface of the diffusion layer 21 at least at the contact portion with the current collecting rib 31, the air permeability under the current collecting rib 31 is improved to promote drainage. Effect is obtained.
以上のように、本発明によれば、加熱手段を設けたり、システム構成部品を増加させることなく、氷点下始動時に生成水が凍結することによる急激な発電性能の低下を防止し、自己発熱による氷点下始動を可能にすることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to prevent a sudden decrease in power generation performance due to freezing of generated water at the time of starting below freezing without providing heating means or increasing the number of system components. Start can be allowed.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明が適用される燃料電池システムは、上記図1の構成に限定されるものではなく、燃料電池スタックSの各部構成その他を変更することも可能である。例えば、セパレータ4、5は波板にて構成したが、厚板に溝を形成することにより構成してもよい。 The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the fuel cell system to which the present invention is applied is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and the configuration of each part of the fuel cell stack S may be changed. Is possible. For example, although the separators 4 and 5 are made of corrugated plates, they may be made by forming grooves in thick plates.
S 燃料電池スタック
C セル
1 MEA(膜電極接合体)
11 電解質膜
21、22 触媒層
3 撥水層
3a 強撥水層
3b 弱撥水層
31、32 拡散層
4 酸化剤ガス側セパレータ
41 空気流路(酸化剤ガス流路)
5 燃料ガス側セパレータ
51 水素流路(燃料ガス流路)
6 冷却水流路
S Fuel cell stack C Cell 1 MEA (membrane electrode assembly)
11 Electrolyte membranes 21, 22 Catalyst layer 3 Water repellent layer 3a Strong water repellent layer 3b Weak water repellent layer 31, 32 Diffusion layer 4 Oxidant gas side separator 41 Air channel (oxidant gas channel)
5 Fuel gas side separator 51 Hydrogen flow path (fuel gas flow path)
6 Cooling water flow path
Claims (5)
上記セルは、電解質膜の両面に電極を配設した膜電極接合体の一方の面側に、酸化剤ガス流路を形成する酸化剤ガス側セパレータを配設するとともに、他方の面側に燃料ガス流路を形成する燃料ガス側セパレータを配設してなり、
上記電極は上記電解質膜に接する触媒層の外側に拡散層を有し、
上記拡散層には、少なくとも上記触媒層に接する表面に、強撥水層と弱撥水層とからなる撥水層を設けるとともに、上記強撥水層と上記弱撥水層とを、上記ガス流路のガス流れ方向に沿って交互に並列するように配置したことを特徴とする燃料電池。 A fuel cell comprising a cell that generates electricity by a chemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas,
In the cell, an oxidant gas side separator that forms an oxidant gas flow path is disposed on one surface side of a membrane electrode assembly in which electrodes are disposed on both surfaces of an electrolyte membrane, and a fuel is disposed on the other surface side. A fuel gas side separator that forms a gas flow path is disposed,
The electrode has a diffusion layer outside the catalyst layer in contact with the electrolyte membrane,
The diffusion layer is provided with a water repellent layer composed of a strong water repellent layer and a weak water repellent layer on at least a surface in contact with the catalyst layer, and the strong water repellent layer and the weak water repellent layer are provided on the gas layer. A fuel cell, wherein the fuel cells are arranged alternately in parallel along a gas flow direction of a flow path.
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