JP2009081116A - Membrane-electrode assembly for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料電池の膜電極接合体に関する。 The present invention relates to a membrane electrode assembly for a fuel cell.
従来の燃料電池の膜電極接合体は、反応ガス濃度が低下する反応ガス出口側のガス拡散性を向上させていた。これにより、反応ガス濃度の低い反応ガス出口側において反応ガスと触媒層との接触率を増加させて、反応ガス入口側と出口側との発電反応のばらつきを抑制し、電極内の電流密度分布を均一にしていた（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、従来の燃料電池の膜電極接合体は、多孔質体で構成したガス拡散層の空孔率を反応ガスの入口側から出口側にかけて増大させることで、反応ガス濃度が低下する反応ガス出口側のガス拡散性を向上させていた。そのため、反応ガス入口側の触媒層に供給する反応ガス量を考慮すると、反応ガス入口側のガス拡散層の空孔率を下げるとしても限界があった。したがって、ガス拡散層の空孔率を入口側から出口側にかけて増大させて、ガス拡散層の空孔率を入口側と出口側とで変化させるとしても、その変化量には限界があるという問題点があった。 However, the membrane electrode assembly of the conventional fuel cell has a reactive gas outlet in which the reactive gas concentration decreases by increasing the porosity of the gas diffusion layer composed of a porous body from the reactive gas inlet side to the outlet side. The gas diffusivity on the side was improved. Therefore, considering the amount of reaction gas supplied to the catalyst layer on the reaction gas inlet side, there is a limit even if the porosity of the gas diffusion layer on the reaction gas inlet side is lowered. Therefore, even if the porosity of the gas diffusion layer is increased from the inlet side to the outlet side to change the porosity of the gas diffusion layer between the inlet side and the outlet side, there is a problem that the amount of change is limited. There was a point.
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、反応ガス出口側のガス拡散性を向上させることを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and an object thereof is to improve the gas diffusibility on the reaction gas outlet side.
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。 The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected, it is not limited to this.
本発明は、固体高分子膜（１１１）と、前記固体高分子膜（１１１）の両面に設けられ、供給された反応ガスを触媒反応させる一対の触媒層（１１４）と、前記触媒層（１１４）の外側に設けられ、セパレータ（５０）に形成された反応ガス流路（５１）を流れてきた反応ガスを拡散して、前記触媒層（１１４）に供給するガス拡散層（１１５）と、を有する燃料電池（１）の膜電極接合体（１１０）であって、前記ガス拡散層（１１５）は、前記反応ガス流路（５１）の下流部位が他の部位よりも熱抵抗の大きい部材で構成されることを特徴とする。 The present invention provides a solid polymer membrane (111), a pair of catalyst layers (114) provided on both surfaces of the solid polymer membrane (111), which catalyzes a reaction of the supplied reaction gas, and the catalyst layer (114). ) And a gas diffusion layer (115) that diffuses the reaction gas flowing through the reaction gas flow path (51) formed in the separator (50) and supplies the reaction gas to the catalyst layer (114); A fuel cell (1) having a membrane electrode assembly (110), wherein the gas diffusion layer (115) is a member whose downstream portion of the reaction gas channel (51) has a higher thermal resistance than other portions. It is characterized by comprising.
反応ガスの水分濃度が高い反応ガス流路の下流部位を他の部位よりも熱抵抗の大きい部材で構成したので、反応ガス出口側のガス拡散性を向上させることができる。これにより、フラッディングの発生を防止できるので、反応ガスの流れが阻害されず、反応ガスを反応面に均一に拡散させることができる。その結果、電極内の電流密度分布を均一にして、燃料電池の発電効率を向上させることができる。 Since the downstream portion of the reaction gas flow path where the water concentration of the reaction gas is high is configured with a member having a higher thermal resistance than other portions, the gas diffusibility on the reaction gas outlet side can be improved. As a result, the occurrence of flooding can be prevented, so that the flow of the reaction gas is not hindered, and the reaction gas can be uniformly diffused to the reaction surface. As a result, the current density distribution in the electrode can be made uniform, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１実施形態）
燃料電池は電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。
(First embodiment)
In a fuel cell, an electrolyte membrane is sandwiched between an anode electrode (fuel electrode) and a cathode electrode (oxidant electrode), an anode gas containing hydrogen in the anode electrode (fuel gas), and a cathode gas containing oxygen in the cathode electrode (oxidant) Electricity is generated by supplying gas. The electrode reaction that proceeds in both the anode electrode and the cathode electrode is as follows.
アノード電極 ： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- …(１)
カソード電極 ： ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ …(２)
この（１）（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。
Anode electrode: 2H 2 → 4H + + 4e − (1)
Cathode electrode: 4H + + 4e − + O 2 → 2H 2 O (2)
The fuel cell generates an electromotive force of about 1 volt by the electrode reactions (1) and (2).
このような燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタックとして使用する。そして、燃料電池スタックにアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。 When such a fuel cell is used as a power source for automobiles, a large amount of electric power is required, so that it is used as a fuel cell stack in which several hundred fuel cells are stacked. Then, a fuel cell system that supplies anode gas and cathode gas to the fuel cell stack is configured, and electric power for driving the vehicle is taken out.
図１は、このような燃料電池システムとして、自動車などの移動車両に用いられる燃料電池スタック１０の斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell stack 10 used in a moving vehicle such as an automobile as such a fuel cell system.
燃料電池スタック１０は、積層された複数の単セル１と、一対の集電板２ａ，２ｂと、一対の絶縁板３ａ，３ｂと、一対のエンドプレート４ａ，４ｂと、図示しない４本のテンションロッドに螺合するナット５とを有する。 The fuel cell stack 10 includes a plurality of stacked single cells 1, a pair of current collecting plates 2a and 2b, a pair of insulating plates 3a and 3b, a pair of end plates 4a and 4b, and four tensions (not shown). And a nut 5 to be screwed onto the rod.
単セル１は、起電力を生じる固体高分子型燃料電池の単位セルである。単セル１は、１ボルト程度の起電圧を生じる。単セル１の構成の詳細については後述する。 The single cell 1 is a unit cell of a polymer electrolyte fuel cell that generates an electromotive force. The single cell 1 generates an electromotive voltage of about 1 volt. Details of the configuration of the single cell 1 will be described later.
一対の集電板２ａ，２ｂは、積層された複数の単セル１の外側にそれぞれ配置される。集電板２ａ，２ｂは、ガス不透過性の導電性部材で形成され、例えば、緻密質カーボンによって形成される。集電板２ａ，２ｂは、上辺の一部に出力端子６を備える。燃料電池スタック１０は、出力端子６によって、各単セル１で生じた電子ｅ-を取り出して出力する。 The pair of current collector plates 2a and 2b are respectively arranged outside the plurality of unit cells 1 stacked. The current collecting plates 2a and 2b are formed of a gas impermeable conductive member, and are formed of dense carbon, for example. The current collector plates 2a and 2b include an output terminal 6 on a part of the upper side. The fuel cell stack 10 takes out the electron e − generated in each single cell 1 through the output terminal 6 and outputs it.
一対の絶縁板３ａ，３ｂは、集電板２ａ，２ｂの外側にそれぞれ配置される。絶縁板３ａ，３ｂは、絶縁性の部材で形成され、例えばゴムなどで形成される。 The pair of insulating plates 3a and 3b are disposed outside the current collecting plates 2a and 2b, respectively. The insulating plates 3a and 3b are formed of an insulating member, for example, rubber.
一対のエンドプレート４ａ，４ｂは、絶縁板３ａ，３ｂの外側にそれぞれ配置される。エンドプレート４ａ，４ｂは、剛性を備える金属性の材料で形成され、例えば鋼などで形成される。 The pair of end plates 4a and 4b are disposed outside the insulating plates 3a and 3b, respectively. The end plates 4a and 4b are formed of a metallic material having rigidity, for example, steel.
一対のエンドプレート４ａ，４ｂのうち、一方のエンドプレート４ａには、冷却水の入口孔４１ａ及び出口孔４１ｂと、アノードガスの入口孔４２ａ及び出口孔４２ｂと、カソードガスの入口孔４３ａ及び出口孔４３ｂとが形成される。なお、冷却水入口孔４１ａ、アノードガス出口孔４２ｂ及びカソードガス入口孔４３ａは、エンドプレート４ａの一端側（図中右側）に形成され、冷却水出口孔４１ｂ、アノードガス入口孔４２ａ及びカソードガス出口孔４３ｂは、他端側（図中左側）に形成される。 Of the pair of end plates 4a and 4b, one end plate 4a includes an inlet hole 41a and an outlet hole 41b for cooling water, an inlet hole 42a and an outlet hole 42b for anode gas, an inlet hole 43a and an outlet for cathode gas. A hole 43b is formed. The cooling water inlet hole 41a, the anode gas outlet hole 42b, and the cathode gas inlet hole 43a are formed on one end side (right side in the drawing) of the end plate 4a, and the cooling water outlet hole 41b, the anode gas inlet hole 42a, and the cathode gas are formed. The outlet hole 43b is formed on the other end side (left side in the figure).
ここで、アノードガス入口孔４２ａに燃料ガスとしての水素を供給する方法としては、例えば水素ガスを水素貯蔵装置から直接供給する方法又は水素を含有する燃料を改質して改質した水素含有ガスを供給する方法がある。なお、水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等がある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリン等が考えられる。また、カソードガス入口孔４３ａに供給する酸化剤ガスとしては、一般的に空気が利用される。 Here, as a method of supplying hydrogen as fuel gas to the anode gas inlet hole 42a, for example, a method of supplying hydrogen gas directly from a hydrogen storage device or a hydrogen-containing gas reformed by reforming a fuel containing hydrogen There is a way to supply. Examples of the hydrogen storage device include a high-pressure gas tank, a liquefied hydrogen tank, and a hydrogen storage alloy tank. As the fuel containing hydrogen, natural gas, methanol, gasoline or the like can be considered. Air is generally used as the oxidant gas supplied to the cathode gas inlet hole 43a.
ナット５は、燃料電池スタック１０の内部を貫通する図示しない４本のテンションロッドの両端部に形成された雄ねじ部に螺合する。テンションロッドにナット５を螺合締結することで、燃料電池スタック１０を積層方向に締め付ける。テンションロッドは、剛性を備えた金属材料で形成され、例えば鋼などで形成される。テンションロッドの表面には絶縁処理が施され、単セル１同士の電気短絡を防止している。 The nut 5 is screwed into male screw portions formed at both end portions of four tension rods (not shown) penetrating the inside of the fuel cell stack 10. The fuel cell stack 10 is tightened in the stacking direction by screwing and fastening the nut 5 to the tension rod. The tension rod is formed of a metal material having rigidity, for example, steel. The surface of the tension rod is insulated so as to prevent an electrical short circuit between the single cells 1.
図２は、単セル１の断面の一部を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a part of a cross section of the single cell 1.
単セル１は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly；以下「ＭＥＡ」という）１１０の表裏両面にそれぞれセパレータ５０が配置されて構成される。 The single cell 1 is configured by arranging separators 50 on both front and back surfaces of a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) 110.
ＭＥＡ１１０は、固体高分子電解質膜１１１と、アノード電極１１２と、カソード電極１１３とを備える。 The MEA 110 includes a solid polymer electrolyte membrane 111, an anode electrode 112, and a cathode electrode 113.
ＭＥＡ１１０は、固体高分子電解質膜１１１の一方の面にアノード電極１１２を有し、他方の面にカソード電極１１３を有する。 The MEA 110 has an anode electrode 112 on one surface of the solid polymer electrolyte membrane 111 and a cathode electrode 113 on the other surface.
固体高分子電解質膜１１１は、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。固体高分子電解質膜１１１は、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。 The solid polymer electrolyte membrane 111 is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a fluorine-based resin. The solid polymer electrolyte membrane 111 exhibits good electrical conductivity in a wet state.
アノード電極１１２は、触媒層１１４とガス拡散層１１５とを備える。 The anode electrode 112 includes a catalyst layer 114 and a gas diffusion layer 115.
触媒層１１４は、固体高分子電解質膜１１１と接する。触媒層１１４は、白金又は白金等が担持されたカーボンブラック粒子から形成される。 The catalyst layer 114 is in contact with the solid polymer electrolyte membrane 111. The catalyst layer 114 is formed from carbon black particles on which platinum or platinum is supported.
ガス拡散層１１５は、触媒層１１４の外側（電解質膜１１１の反対側）に設けられ、セパレータ５０と接する。ガス拡散層１１５は、充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって形成され、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスで形成される。 The gas diffusion layer 115 is provided outside the catalyst layer 114 (on the opposite side of the electrolyte membrane 111) and is in contact with the separator 50. The gas diffusion layer 115 is formed of a member having sufficient gas diffusibility and conductivity, and is formed of, for example, a carbon cloth woven with yarns made of carbon fibers.
カソード電極１１３もアノード電極１１２と同様に、触媒層１１４とガス拡散層１１５とを備える。 Similarly to the anode electrode 112, the cathode electrode 113 includes a catalyst layer 114 and a gas diffusion layer 115.
セパレータ５０は、ガス拡散層１１５と接する。セパレータ５０は、ガス拡散層１１５と接する側にアノード電極１１２及びカソード電極１１３に反応ガスを供給するための複数のガス流路５１を有する。 The separator 50 is in contact with the gas diffusion layer 115. The separator 50 has a plurality of gas flow paths 51 for supplying reaction gas to the anode electrode 112 and the cathode electrode 113 on the side in contact with the gas diffusion layer 115.
なお、セパレータ５０は、ガス流路５１を流れるアノードガスが、隣接するガス流路５１に透過しないように緻密性カーボン材等で構成される。カソードセパレータも同様に緻密性カーボン材等で構成される。 The separator 50 is made of a dense carbon material or the like so that the anode gas flowing through the gas flow channel 51 does not pass through the adjacent gas flow channel 51. Similarly, the cathode separator is made of a dense carbon material.
次に、本実施形態による燃料電池スタック１０の作用について、図１及び図２を参照して説明する。 Next, the operation of the fuel cell stack 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図１に示すように、冷却水は、冷却水入口孔４１ａから燃料電池スタック内へ流れ込み、単セル１の発電反応で発生した熱を吸収する。熱を吸収した冷却水は冷却水出口孔４１ｂから外部へ排出される。 As shown in FIG. 1, the cooling water flows into the fuel cell stack from the cooling water inlet hole 41 a and absorbs heat generated by the power generation reaction of the single cell 1. The cooling water that has absorbed the heat is discharged to the outside from the cooling water outlet hole 41b.
図１及び図２に示すように、アノードガスは、アノードガス入口孔４２ａからアノード電極側のセパレータ（図２左側のセパレータ）５０に形成されたガス流路５１に流れ込む。アノードガスはガス流路５１を流れながらガス拡散層１１５を通って触媒層１１４と接する。これにより、アノード電極１１２では、上記した式（１）の反応が生じる。ガス流路５１を流れ、反応に利用されなかった余剰のアノードガスは、アノードガス出口孔４２ｂから外部へ排出される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the anode gas flows into the gas flow path 51 formed in the anode electrode side separator (the separator on the left side in FIG. 2) 50 from the anode gas inlet hole 42a. The anode gas contacts the catalyst layer 114 through the gas diffusion layer 115 while flowing through the gas flow path 51. Thereby, in the anode electrode 112, reaction of Formula (1) mentioned above arises. Excess anode gas that has flowed through the gas flow path 51 and was not used for the reaction is discharged to the outside from the anode gas outlet hole 42b.
一方、カソードガスは、カソードガス入口孔４３ａからカソード電極側のセパレータ（図２右側のセパレータ）５０に形成されたガス流路５１に流れ込む。カソードガスは、ガス流路５１を流れながらガス拡散層１１５を通って触媒層１１４と接する。これにより、カソード電極１１３では、カソードガスと、式（１）の反応で生じたプロトンＨ+、電子ｅ-とから、式（２）の反応が生じる。 On the other hand, the cathode gas flows from the cathode gas inlet hole 43a into the gas flow path 51 formed in the cathode electrode side separator (the separator on the right side in FIG. 2) 50. The cathode gas contacts the catalyst layer 114 through the gas diffusion layer 115 while flowing through the gas flow path 51. Thereby, in the cathode electrode 113, reaction of Formula (2) arises from cathode gas, the proton H <+> produced by reaction of Formula (1), and electron e < - > .
なお、アノードガスとカソードガスとは、ＭＥＡ１１０を介して互いに逆向きに流れている。本実施形態では、アノードガスは、ガス流路５１を紙面奥から手前へ流れており、カソードガスは、ガス流路５１を紙面手前から奥へ流れている。 Note that the anode gas and the cathode gas flow in opposite directions through the MEA 110. In the present embodiment, the anode gas flows through the gas flow path 51 from the back to the front of the paper, and the cathode gas flows through the gas flow path 51 from the front of the paper to the back.
カソード反応によって生じた水は、反応に利用されなかった余剰のカソードガスとともにガス流路５１を流れてカソードガス出口孔４３ｂから外部へ排出される。そのため、ガス流路後半になるほどカソードガス中の水分濃度が増加する。また、ガス拡散層内の水分濃度も増加する。そうすると、運転条件等によっては、結露した生成水がカソードガス出口孔４３ｂの付近のガス流路を塞ぎ、水詰まりが発生することがある。これにより、ガス流路５１を流れるカソードガスの流れが阻害されて、カソード電極１１３へのカソードガスの供給量が不十分となる。その結果、濃度過電圧が上昇するフラッディングという現象が起きて発電効率が低下する。 The water generated by the cathode reaction flows through the gas flow path 51 together with the excess cathode gas not used for the reaction, and is discharged to the outside from the cathode gas outlet hole 43b. Therefore, the moisture concentration in the cathode gas increases in the latter half of the gas flow path. In addition, the moisture concentration in the gas diffusion layer also increases. Then, depending on the operating conditions and the like, the condensed generated water may block the gas flow path in the vicinity of the cathode gas outlet hole 43b, resulting in water clogging. Thereby, the flow of the cathode gas flowing through the gas flow path 51 is hindered, and the supply amount of the cathode gas to the cathode electrode 113 becomes insufficient. As a result, a phenomenon called flooding in which the concentration overvoltage increases occurs and power generation efficiency decreases.
また、カソード反応で発生した水は、ＭＥＡ１１０を通じて、アノード電極側のセパレータ５０に形成されたガス流路５１にも拡散していくので、アノード側でもフラッディングが起きて発電効率が低下する。 Further, water generated by the cathode reaction diffuses through the MEA 110 to the gas flow path 51 formed in the separator 50 on the anode electrode side, so that flooding occurs on the anode side and power generation efficiency decreases.
そのため、単セル１の発電効率を向上させるためには、単セル１の発電反応で生じる水を速やかに燃料電池スタック１０の外部へ排出する必要がある。 Therefore, in order to improve the power generation efficiency of the single cell 1, it is necessary to quickly discharge water generated by the power generation reaction of the single cell 1 to the outside of the fuel cell stack 10.
そこで、本実施形態では、ガス拡散層１１５の熱抵抗をガス流れ方向にしたがって変化させた。 Therefore, in this embodiment, the thermal resistance of the gas diffusion layer 115 is changed according to the gas flow direction.
図３は、本発明の第１実施形態によるガス拡散層１１５のガス流れ方向における熱抵抗の違いを示した図である。なお、図３（Ａ）は、セパレータ５０を電極側から見た平面図である。図３（Ｂ）は、ガス拡散層１１５のガス流れ方向における熱抵抗の大きさの違いを示した断面図である。 FIG. 3 is a diagram showing a difference in thermal resistance in the gas flow direction of the gas diffusion layer 115 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A is a plan view of the separator 50 as viewed from the electrode side. FIG. 3B is a cross-sectional view showing the difference in magnitude of thermal resistance in the gas flow direction of the gas diffusion layer 115.
図３（Ａ）に示すように、本実施形態によるセパレータ５０には、直線状のガス流路５１が形成される。 As shown in FIG. 3A, a linear gas flow path 51 is formed in the separator 50 according to the present embodiment.
そして、図３（Ｂ）に示すように、ガス拡散層１１５は、ガス流れの上流側が熱抵抗の小さい高熱伝導率部材で構成され、下流に行くほど熱抵抗の大きい低熱伝導率部材で構成される。なお、本実施形態を含む以下の各実施形態では、高熱伝導率部材といえば熱抵抗の値が概略０．３×１０-3〔ｍ2Ｋ／Ｗ〕より低い部材をいう。低熱伝導率部材といえば熱抵抗の値が概略１．０×１０-3〔ｍ2Ｋ／Ｗ〕より高い部材をいう。 As shown in FIG. 3B, the gas diffusion layer 115 is composed of a high thermal conductivity member having a low thermal resistance on the upstream side of the gas flow, and a low thermal conductivity member having a large thermal resistance toward the downstream side. The In each of the following embodiments including the present embodiment, a high thermal conductivity member refers to a member having a thermal resistance value lower than approximately 0.3 × 10 −3 [m 2 K / W]. Speaking of the low thermal conductivity member, it means a member having a thermal resistance value higher than about 1.0 × 10 −3 [m 2 K / W].
以下では、このように構成されたガス拡散層１１５の作用について図４及び図５を参照して説明する。 Below, the effect | action of the gas diffusion layer 115 comprised in this way is demonstrated with reference to FIG.4 and FIG.5.
図４は、温度と飽和水蒸気圧との関係を示した図である。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between temperature and saturated water vapor pressure.
温度と飽和水蒸気圧との間には、以下の式（３）の関係がある。 There is a relationship of the following formula (3) between the temperature and the saturated water vapor pressure.
したがって、図４に示すように、温度が高くなるほど空気中の飽和水蒸気圧は高くなる。つまり、温度が高くなるほど空気中の水蒸気濃度は高くなる。 Therefore, as shown in FIG. 4, the saturated water vapor pressure in the air increases as the temperature increases. That is, the higher the temperature, the higher the water vapor concentration in the air.
図５は、本実施形態によるガス拡散層１１５の作用について説明する図である。図５（Ａ）は、ガス拡散層１１５のガス流れ方向における熱抵抗の大きさの違いを示した断面図である。図５（Ｂ）は、ガス拡散層１１５の熱抵抗をガス流れ方向にしたがって変化させたときのガス拡散層１１５の両面間の温度差と水蒸気濃度差とを示した図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the gas diffusion layer 115 according to the present embodiment. FIG. 5A is a cross-sectional view showing a difference in magnitude of thermal resistance in the gas flow direction of the gas diffusion layer 115. FIG. 5B is a diagram showing a temperature difference and a water vapor concentration difference between both surfaces of the gas diffusion layer 115 when the thermal resistance of the gas diffusion layer 115 is changed in accordance with the gas flow direction.
図５（Ｂ）に一点鎖線で示すように、ガス拡散層１１５は、下流に行くほど熱抵抗の大きい低熱伝導率部材で構成されている。 As shown by the alternate long and short dash line in FIG. 5B, the gas diffusion layer 115 is composed of a low thermal conductivity member having a higher thermal resistance toward the downstream side.
ここで、単セル１の発電反応は発熱反応なので、ガス拡散層１１５は、触媒層１１４から熱を受ける。 Here, since the power generation reaction of the single cell 1 is an exothermic reaction, the gas diffusion layer 115 receives heat from the catalyst layer 114.
このとき、ガス拡散層１１５の上流側は、熱抵抗の小さい高熱伝導率部材で構成されている。そのため、発電反応によって発生した熱は、ガス拡散層１１５が触媒層１１４と接する面（以下「触媒層面」という）側からセパレータ５０と接する面（以下「セパレータ面」という）側へと速やかに伝熱する。したがって、図５（Ｂ）に破線で示すように、ガス拡散層１１５の触媒層面の表面温度と、セパレータ面の表面温度との温度差は下流側と比べて小さい。 At this time, the upstream side of the gas diffusion layer 115 is composed of a high thermal conductivity member having a small thermal resistance. Therefore, the heat generated by the power generation reaction is quickly transferred from the surface where the gas diffusion layer 115 contacts the catalyst layer 114 (hereinafter referred to as “catalyst layer surface”) to the surface where the gas diffusion layer 115 contacts the separator 50 (hereinafter referred to as “separator surface”). heat. Therefore, as indicated by a broken line in FIG. 5B, the temperature difference between the surface temperature of the catalyst layer surface of the gas diffusion layer 115 and the surface temperature of the separator surface is smaller than that on the downstream side.
これに対して、ガス拡散層１１５の下流側は、熱抵抗の大きい低熱伝導率部材で構成されている。そのため、発電反応によって発生した熱がガス拡散層１１５の触媒層面側からセパレータ面側へと伝熱する速度は、上流側と比べて遅くなる。したがって、図５（Ｂ）に破線で示すように、ガス拡散層１１５の触媒層面とセパレータ面との表面温度の温度差を比較すると、上流側よりも下流側のほうが大きくなる。 On the other hand, the downstream side of the gas diffusion layer 115 is composed of a low thermal conductivity member having a large thermal resistance. Therefore, the speed at which the heat generated by the power generation reaction is transferred from the catalyst layer surface side to the separator surface side of the gas diffusion layer 115 is slower than that on the upstream side. Therefore, as shown by a broken line in FIG. 5B, when the temperature difference between the surface temperatures of the catalyst layer surface and the separator surface of the gas diffusion layer 115 is compared, the downstream side is larger than the upstream side.
このとき、図４を参照して説明したように、空気中の水蒸気濃度は温度によって定まる。したがって、図５（Ｂ）に実線で示すように、ガス拡散層１１５の両面間の温度差が大きくなる下流側ほど、ガス拡散層１１５の両面間の水蒸気濃度差も大きくなる。 At this time, as described with reference to FIG. 4, the water vapor concentration in the air is determined by the temperature. Therefore, as shown by a solid line in FIG. 5B, the difference in water vapor concentration between both surfaces of the gas diffusion layer 115 increases as the temperature difference between both surfaces of the gas diffusion layer 115 increases.
ここで、以下の式（４）に示したフィックの第１法則より、ガスの拡散流束は濃度差（濃度勾配）に比例して大きくなる。 Here, according to Fick's first law shown in the following equation (4), the diffusion flux of gas increases in proportion to the concentration difference (concentration gradient).
つまり、ガス拡散層１１５の両面間の水蒸気濃度差を大きくすることで、ガス拡散層内で水蒸気が拡散しやすくなる。 That is, by increasing the water vapor concentration difference between both surfaces of the gas diffusion layer 115, the water vapor easily diffuses in the gas diffusion layer.
このように、ガス拡散層１１５の上流側を熱抵抗の小さい部材で構成し、下流側を熱抵抗の大きい部材で構成することで、フラッディングの起きやすいガス拡散層１１５の下流側で水蒸気の拡散性を向上させることができる。そのため、ガス拡散層１１５の下流側における排水性を向上させることができる。これにより、フラッディングの発生を防止できるので、ガス流路５１を流れる反応ガスの流れが阻害されず、反応ガスを反応面に均一に拡散させることができる。その結果、単セル１の発電効率を向上させることができる。 In this way, the upstream side of the gas diffusion layer 115 is configured with a member having a low thermal resistance, and the downstream side is configured with a member having a high thermal resistance, so that water vapor is diffused on the downstream side of the gas diffusion layer 115 where flooding easily occurs. Can be improved. Therefore, the drainage property on the downstream side of the gas diffusion layer 115 can be improved. As a result, the occurrence of flooding can be prevented, so that the flow of the reaction gas flowing through the gas flow path 51 is not inhibited, and the reaction gas can be uniformly diffused to the reaction surface. As a result, the power generation efficiency of the single cell 1 can be improved.
一方、ガス拡散層１１５の上流側では、ガス拡散層１１５の両面間の水蒸気濃度差が小さいので、ガス拡散層内で水蒸気があまり拡散しない。そのため、加湿水が不足して乾燥しがちなガス拡散層１１５の上流側における保湿性を向上させることができる。これにより、固体高分子電解質膜１１１に水分が不足するドライアウト現象の発生を抑制でき、乾燥による固体高分子電解質膜１１１の劣化を防止できる。 On the other hand, on the upstream side of the gas diffusion layer 115, the water vapor concentration difference between both surfaces of the gas diffusion layer 115 is small, so that the water vapor does not diffuse much in the gas diffusion layer. Therefore, it is possible to improve the moisture retention on the upstream side of the gas diffusion layer 115 that tends to be dried due to lack of humidified water. Thereby, generation | occurrence | production of the dry-out phenomenon in which a water | moisture content runs short in the solid polymer electrolyte membrane 111 can be suppressed, and deterioration of the solid polymer electrolyte membrane 111 by drying can be prevented.
以上説明した本実施形態では、ガス拡散層１１５の上流側を熱抵抗の小さい高熱伝導率部材で構成し、下流側に行くほど熱抵抗の大きい低熱伝導率部材で構成した。そのため、ガス拡散層１１５の両面間の温度差は、ガス拡散層１１５の下流側に行くほど大きくなる。 In the present embodiment described above, the upstream side of the gas diffusion layer 115 is configured with a high thermal conductivity member having a low thermal resistance, and the downstream side is configured with a low thermal conductivity member having a higher thermal resistance. For this reason, the temperature difference between both surfaces of the gas diffusion layer 115 increases toward the downstream side of the gas diffusion layer 115.
ここで、ガス拡散層１１５の両面間の温度差が大きくなるほど、ガス拡散層１１５の両面間の水蒸気濃度差も大きくなる。そして、前述した式（４）より、ガス拡散層１１５の両面間の水蒸気濃度差が大きくなるほど、ガス拡散層内で水蒸気が拡散しやすくなる。 Here, as the temperature difference between both surfaces of the gas diffusion layer 115 increases, the water vapor concentration difference between both surfaces of the gas diffusion layer 115 also increases. From the above-described equation (4), the greater the difference in water vapor concentration between both surfaces of the gas diffusion layer 115, the easier it is for water vapor to diffuse within the gas diffusion layer.
したがって、フラッディングの起きやすいガス拡散層１１５の下流側で水蒸気の拡散性を向上させることができるので、ガス拡散層１１５の下流部における排水性を向上させることができる。これにより、フラッディングの発生を防止できるので、ガス流路５１を流れる反応ガスの流れが阻害されず、反応ガスを反応面に均一に拡散させることができる。その結果、単セル１の発電効率を向上させることができる。 Therefore, the water vapor diffusibility can be improved on the downstream side of the gas diffusion layer 115 where flooding is likely to occur, so that the drainage performance in the downstream portion of the gas diffusion layer 115 can be improved. As a result, the occurrence of flooding can be prevented, so that the flow of the reaction gas flowing through the gas flow path 51 is not inhibited, and the reaction gas can be uniformly diffused to the reaction surface. As a result, the power generation efficiency of the single cell 1 can be improved.
一方で、ガス拡散層１１５の上流側では、ガス拡散層１１５の両面間の水蒸気濃度差が小さいので、ガス拡散層内で水蒸気があまり拡散しない。そのため、加湿水が不足して乾燥しがちなガス拡散層１１５の上流側における保湿性を向上させることができる。これにより、固体高分子電解質膜１１１に水分が不足するドライアウト現象の発生を抑制でき、乾燥による固体高分子電解質膜１１１の劣化を防止できる。その結果、単セル１の発電効率を向上させることができる。 On the other hand, on the upstream side of the gas diffusion layer 115, the water vapor concentration difference between both surfaces of the gas diffusion layer 115 is small, so that the water vapor does not diffuse much in the gas diffusion layer. Therefore, it is possible to improve the moisture retention on the upstream side of the gas diffusion layer 115 that tends to be dried due to lack of humidified water. Thereby, generation | occurrence | production of the dry-out phenomenon in which a water | moisture content runs short in the solid polymer electrolyte membrane 111 can be suppressed, and deterioration of the solid polymer electrolyte membrane 111 by drying can be prevented. As a result, the power generation efficiency of the single cell 1 can be improved.
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図６を参照して説明する。本実施形態は、ガス拡散層１１５を熱伝導率の異なる２種類の部材を貼り合わせて構成した点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the gas diffusion layer 115 is configured by bonding two types of members having different thermal conductivities. Hereinafter, the difference will be mainly described. In each of the following embodiments, the same reference numerals are used for portions that perform the same functions as those of the first embodiment described above, and repeated descriptions are omitted as appropriate.
図６は、本発明の第２実施形態によるガス拡散層１１５のガス流れ方向における熱抵抗の違いを示した図である。なお、図６（Ａ）は、セパレータ５０を電極側から見た平面図である。図６（Ｂ）は、ガス拡散層１１５のガス流れ方向における熱抵抗の大きさの違いを示した断面図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating a difference in thermal resistance in the gas flow direction of the gas diffusion layer 115 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6A is a plan view of the separator 50 as viewed from the electrode side. FIG. 6B is a cross-sectional view showing the difference in magnitude of thermal resistance in the gas flow direction of the gas diffusion layer 115.
図６（Ｂ）に示すように、本実施形態において、ガス拡散層１１５は、ガス流れ方向にしたがって、下流側に行くほど厚さが薄くなる熱抵抗の小さい高熱伝導率部材１１５ａと、下流側に行くほど厚さが厚くなる熱抵抗の大きい低熱伝導率部材１１５ｂとが貼り合わせて構成される。 As shown in FIG. 6B, in this embodiment, the gas diffusion layer 115 includes a high thermal conductivity member 115a having a small thermal resistance that decreases in thickness toward the downstream side according to the gas flow direction, and a downstream side. And a low thermal conductivity member 115b having a large thermal resistance that increases in thickness as it goes to, and is bonded.
本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、２種類の部材を貼り合わせるだけなので、ガス拡散層１１５を簡易な構成にできる。 According to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, only two types of members are bonded together, so that the gas diffusion layer 115 can be simplified.
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図７を参照して説明する。本実施形態は、ガス流路５１をサーペンタイン状とした点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the gas flow path 51 has a serpentine shape. Hereinafter, the difference will be mainly described.
図７は、本発明の第３実施形態によるガス拡散層１１５のガス流れ方向における熱抵抗の大きさの違いを示した図である。なお、図７（Ａ）は、セパレータ５０を電極側から見た平面図である。図７（Ｂ）は、ガス拡散層１１５のガス流れ方向における熱抵抗の大きさ違いを示した断面図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating the difference in the magnitude of thermal resistance in the gas flow direction of the gas diffusion layer 115 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7A is a plan view of the separator 50 as viewed from the electrode side. FIG. 7B is a cross-sectional view showing the difference in thermal resistance in the gas flow direction of the gas diffusion layer 115.
図７（Ａ）に示すように、本実施形態によるセパレータ５０には、サーペンタイン状のガス流路５１が形成される。 As shown in FIG. 7A, a serpentine-like gas flow path 51 is formed in the separator 50 according to the present embodiment.
そして、図７（Ｂ）に示すように、本実施形態において、ガス拡散層１１５は、ガス流れの上流側が熱抵抗の低い高熱伝導率部材で構成され、下流に行くほど熱抵抗の高い低熱伝導率部材で構成される。このとき、ガス流路５１を流れる反応ガスの流れ方向が反転する折り返し部５２を境にして、ガス拡散層１１５の熱抵抗が変化するように構成される。 As shown in FIG. 7B, in the present embodiment, the gas diffusion layer 115 is composed of a high thermal conductivity member having a low thermal resistance on the upstream side of the gas flow, and a low thermal conductivity having a higher thermal resistance toward the downstream side. Consists of rate members. At this time, it is configured such that the thermal resistance of the gas diffusion layer 115 changes with the folded portion 52 where the flow direction of the reaction gas flowing through the gas flow channel 51 is reversed as a boundary.
本実施形態によれば、ガス流路５１がサーペンタイン状であっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to this embodiment, even if the gas flow path 51 is a serpentine shape, the same effect as 1st Embodiment can be acquired.
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図８を参照して説明する。本実施形態は、ガス拡散層１１５を熱伝導率の異なる２種類の部材を貼り合わせて構成した点で第３実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the third embodiment in that the gas diffusion layer 115 is configured by bonding two kinds of members having different thermal conductivities. Hereinafter, the difference will be mainly described.
図８は、本発明の第４実施形態によるガス拡散層１１５のガス流れ方向における熱抵抗の違いを示した図である。なお、図８（Ａ）は、セパレータ５０を電極側から見た平面図である。図８（Ｂ）は、ガス拡散層１１５のガス流れ方向における熱抵抗の大きさの違いを示した断面図である。 FIG. 8 is a diagram showing a difference in thermal resistance in the gas flow direction of the gas diffusion layer 115 according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 8A is a plan view of the separator 50 as viewed from the electrode side. FIG. 8B is a cross-sectional view showing the difference in magnitude of thermal resistance in the gas flow direction of the gas diffusion layer 115.
図８（Ｂ）に示すように、本実施形態において、ガス拡散層１１５は、折り返し部５２を境にして、下流に行くほど低熱伝導率部材の比率が高くなるように高熱伝導率部材１１５ａと低熱伝導率部材１１５ｂとを貼り合わせて構成される。 As shown in FIG. 8B, in the present embodiment, the gas diffusion layer 115 is separated from the high thermal conductivity member 115a so that the ratio of the low thermal conductivity member increases toward the downstream with the folded portion 52 as a boundary. The low thermal conductivity member 115b is bonded together.
本実施形態によれば、ガス流路５１がサーペンタイン状であっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、２種類の部材を貼り合わせるだけなので、ガス拡散層１１５を簡易な構成にできる。 According to this embodiment, even if the gas flow path 51 is a serpentine shape, the same effect as 1st Embodiment can be acquired. Further, since only two types of members are bonded together, the gas diffusion layer 115 can be configured simply.
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を、図９及び図１０を参照して説明する。本実施形態は、ガス拡散層１１５の厚さをガス流れ方向にしたがって変化させた点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the first embodiment in that the thickness of the gas diffusion layer 115 is changed according to the gas flow direction. Hereinafter, the difference will be mainly described.
図９は、本発明の第５実施形態によるガス拡散層１１５の、ガス流れ方向における厚さの違いを説明する図である。なお、図９（Ａ）は、セパレータ５０をカソード電極側から見た平面図である。図９（Ｂ）は、ガス拡散層１１５のガス流れ方向における厚さの違いを示した断面図である。 FIG. 9 is a diagram for explaining a difference in thickness in the gas flow direction of the gas diffusion layer 115 according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 9A is a plan view of the separator 50 as viewed from the cathode electrode side. FIG. 9B is a cross-sectional view showing a difference in thickness of the gas diffusion layer 115 in the gas flow direction.
図９（Ｂ）に示すように、本実施形態において、ガス拡散層１１５は、ガス流れ方向にしたがって、下流側に行くほどその厚さが薄くなるように構成される。 As shown in FIG. 9B, in this embodiment, the gas diffusion layer 115 is configured such that its thickness decreases toward the downstream side in the gas flow direction.
図１０は、第５実施形態によるガス拡散層１１５を使用した単セル１を示した図である。 FIG. 10 is a view showing a single cell 1 using the gas diffusion layer 115 according to the fifth embodiment.
図１０に示すように、ガス拡散層１１５を、ガス流れ方向にしたがって、下流側に行くほどその厚さが薄くなるように構成することで、単セル１を形成したときに下流側ほどガス拡散層１１５の面圧が低くなる。言い換えれば、下流側ほどガス拡散層１１５の密度が低くなる。 As shown in FIG. 10, the gas diffusion layer 115 is configured such that its thickness becomes thinner toward the downstream side in accordance with the gas flow direction, so that the gas diffusion toward the downstream side when the single cell 1 is formed. The surface pressure of the layer 115 is lowered. In other words, the density of the gas diffusion layer 115 decreases toward the downstream side.
したがって、下流側と比較してガス拡散層１１５の密度の高い上流側は、下流側と比較してガス拡散層内の空気層の割合が少なくなり、熱抵抗が小さくなる。逆に、上流側と比較してガス拡散層１１５の密度の低い下流側では、上流側と比較してガス拡散層内の空気層の割合が多くなり、熱抵抗が大きくなる。 Therefore, the upstream side where the density of the gas diffusion layer 115 is higher than that on the downstream side has a smaller proportion of the air layer in the gas diffusion layer and the thermal resistance is lower than that on the downstream side. Conversely, on the downstream side where the density of the gas diffusion layer 115 is lower than that on the upstream side, the proportion of the air layer in the gas diffusion layer is increased compared to the upstream side, and the thermal resistance is increased.
これにより、第１実施形態と同様に、ガス拡散層の下流側でカソードガス拡散層の両面間の温度差を大きくして、ガス拡散層１１５の両面間の水蒸気濃度差を大きくすることができる。 As a result, similarly to the first embodiment, the temperature difference between both surfaces of the cathode gas diffusion layer can be increased on the downstream side of the gas diffusion layer, and the water vapor concentration difference between both surfaces of the gas diffusion layer 115 can be increased. .
なお、ガス拡散層１１５の面圧、すなわちガス拡散層１１５の厚さは、ガス拡散層１１５の構成材料や、セパレータ５０とガス拡散層１１５との接触熱抵抗等を考慮して適宜決定すればよい。 Note that the surface pressure of the gas diffusion layer 115, that is, the thickness of the gas diffusion layer 115 may be appropriately determined in consideration of the constituent material of the gas diffusion layer 115, the contact thermal resistance between the separator 50 and the gas diffusion layer 115, and the like. Good.
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to this embodiment described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を、図１１を参照して説明する。本実施形態は、ガス流路５１をサーペンタイン状とした点で第５実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the fifth embodiment in that the gas flow path 51 has a serpentine shape. Hereinafter, the difference will be mainly described.
図１１は、本発明の第６実施形態によるガス拡散層１１５のガス流れ方向における厚さの違いを示した図である。なお、図１１（Ａ）は、セパレータ５０をカソード電極側から見た平面図である。図１１（Ｂ）は、ガス拡散層１１５のガス流れ方向における厚さの違いを示した断面図である。 FIG. 11 is a view showing a difference in thickness in the gas flow direction of the gas diffusion layer 115 according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 11A is a plan view of the separator 50 as viewed from the cathode electrode side. FIG. 11B is a cross-sectional view showing a difference in thickness of the gas diffusion layer 115 in the gas flow direction.
図１１（Ａ）に示すように、本実施形態によるセパレータ５０には、サーペンタイン状のガス流路５１が形成される。 As shown in FIG. 11A, a serpentine-like gas flow path 51 is formed in the separator 50 according to the present embodiment.
そして、図１１（Ｂ）に示すように、ガス拡散層１１５は、ガス流れの上流側が厚さの厚い部材で構成され、下流側に行くほど厚さの薄い部材で構成される。このとき、ガス流路６１を流れるカソードガスの流れ方向が反転する折り返し部５２を境にして、ガス拡散層１１５の厚さが変化するように構成される。 As shown in FIG. 11B, the gas diffusion layer 115 is formed of a member having a thicker thickness on the upstream side of the gas flow, and a member having a thinner thickness toward the downstream side. At this time, the thickness of the gas diffusion layer 115 is changed with the folded portion 52 where the flow direction of the cathode gas flowing through the gas flow path 61 is reversed as a boundary.
本実施形態によれば、ガス流路５１がサーペンタイン状であっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
According to the present embodiment, even if the gas flow path 51 is in a serpentine shape, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and its technical It is obvious that various modifications can be made within the scope of the idea.
例えば、上記の各実施形態では、熱抵抗の小さい部材として高熱伝導率部材を用いたが、部材自体の密度を高くしても良い。ガス拡散層の部材自体の密度を高くすることでガス拡散層の空気層が少なくなるので、熱抵抗が小さくなる。また、熱抵抗の大きい部材として低熱伝導率部材を用いたが、部材自体の密度を低くしても良い。ガス拡散層の部材自体の密度を低くすることでガス拡散層の空気層が多くなるので、熱抵抗が大きくなる。 For example, in each of the above embodiments, a high thermal conductivity member is used as a member having a low thermal resistance, but the density of the member itself may be increased. Since the air layer of the gas diffusion layer is reduced by increasing the density of the gas diffusion layer member itself, the thermal resistance is reduced. Moreover, although the low thermal conductivity member was used as a member having a large thermal resistance, the density of the member itself may be lowered. Since the air layer of the gas diffusion layer increases by reducing the density of the gas diffusion layer member itself, the thermal resistance increases.
また、部材の厚さや密度を上流側と下流側とで変化させるとともに、高熱伝導率部材や低熱伝導率部材を用いて熱抵抗を変化させてもよい。 Further, the thickness and density of the member may be changed between the upstream side and the downstream side, and the thermal resistance may be changed using a high thermal conductivity member or a low thermal conductivity member.
１ 単セル（固体高分子型燃料電池）
５０ セパレータ
５１ ガス流路（反応ガス流路）
１１０ 膜電極接合体
１１１ 固体高分子電解質膜（固体高分子膜）
１１４ 触媒層
１１５ ガス拡散層
１１５ａ 高熱伝導率部材
１１５ｂ 低熱伝導率部材
1 Single cell (solid polymer fuel cell)
50 Separator 51 Gas channel (reactive gas channel)
110 Membrane electrode assembly 111 Solid polymer electrolyte membrane (solid polymer membrane)
114 catalyst layer 115 gas diffusion layer 115a high thermal conductivity member 115b low thermal conductivity member
Claims (11)
前記固体高分子膜の両面に設けられ、供給された反応ガスを触媒反応させる一対の触媒層と、
前記触媒層の外側に設けられ、セパレータに形成された反応ガス流路を流れてきた反応ガスを拡散して、前記触媒層に供給するガス拡散層と、
を有する燃料電池の膜電極接合体であって、
前記ガス拡散層は、前記反応ガス流路の下流部位が他の部位よりも熱抵抗の大きい部材で構成される
ことを特徴とする燃料電池の膜電極接合体。 A solid polymer membrane;
A pair of catalyst layers provided on both sides of the solid polymer membrane, for catalyzing the supplied reaction gas;
A gas diffusion layer that is provided outside the catalyst layer and diffuses the reaction gas flowing through the reaction gas passage formed in the separator and supplies the reaction gas to the catalyst layer;
A fuel cell membrane electrode assembly comprising:
The fuel cell membrane electrode assembly is characterized in that the gas diffusion layer is formed of a member having a thermal resistance at a downstream portion of the reaction gas flow path larger than that of other portions.
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の膜電極接合体。 2. The fuel cell membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the gas diffusion layer is formed of a member having a lower thermal resistance in the upstream portion of the reaction gas flow path than in other portions.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池の膜電極接合体。 3. The fuel cell membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the gas diffusion layer is configured by a member having a higher thermal resistance from the upstream side to the downstream side of the reaction gas flow path.
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の燃料電池の膜電極接合体。 4. The fuel cell membrane electrode according to claim 1, wherein the gas diffusion layer is formed of a member whose downstream portion of the reaction gas flow path is thinner than other portions. 5. Joined body.
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載の燃料電池の膜電極接合体。 The membrane electrode of a fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas diffusion layer is formed of a member whose upstream portion of the reaction gas flow path is thicker than other portions. Joined body.
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の燃料電池の膜電極接合体。 The fuel according to any one of claims 1 to 5, wherein the gas diffusion layer is configured by a member that decreases in thickness from the upstream side to the downstream side of the reaction gas flow path. Battery membrane electrode assembly.
ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１つに記載の燃料電池の膜電極接合体。 The membrane electrode assembly for a fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the member having a large thermal resistance is a member having a lower thermal conductivity than other portions.
ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１つに記載の燃料電池の膜電極接合体。 The membrane electrode assembly for a fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the member having a large thermal resistance is a member having a lower density than other portions.
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１つに記載の燃料電池の膜電極接合体。 9. The fuel cell membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the member having a low thermal resistance is a member having a higher thermal conductivity than other portions. 10.
ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか１つに記載の燃料電池の膜電極接合体。 The membrane electrode assembly for a fuel cell according to any one of claims 1 to 9, wherein the member having a low thermal resistance is a member having a higher density than other portions.
ことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１つに記載の燃料電池の膜電極接合体。 The membrane electrode assembly of a fuel cell according to any one of claims 1 to 10, wherein the gas diffusion layer is configured by bonding a plurality of members.
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| WO2022159101A1 (en) * | 2021-01-22 | 2022-07-28 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell gas diffusion layers |
-
2007
- 2007-09-27 JP JP2007251431A patent/JP2009081116A/en active Pending
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