JP2009099262A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell.
燃料電池において、電気化学反応により生成された生成水がカソード電極触媒層に滞留することや、電解質膜が乾燥してプロトン伝導性が低下することにより、燃料電池の電圧が低下することが知られている。この問題の少なくとも一部を解決するため、カソード電極触媒層とガス拡散層の間に保水層を設け、この保水層が電解質膜に必要な水分を供給することでプロトン伝導性の低下を防ぐ技術が知られている(特許文献1)。また、カソード電極触媒層と電解質膜との間に空隙を有する中間層を設け、ここから生成水を排出することにより、カソード電極触媒層に生成水が滞留することを防ぐ技術が知られている(特許文献2)。また、ガス拡散層のカソード電極触媒層との接合面を疎水性とし、カソード電極触媒層に生成水を保持させつつ、ガス拡散層のセパレータと面する側に凹状の生成水流路を設けることにより、水蒸気としてガス拡散層内に滞留した生成水を排出する技術が知られている(特許文献3)。 In a fuel cell, it is known that the generated water generated by the electrochemical reaction stays in the cathode electrode catalyst layer, or the electrolyte membrane dries and the proton conductivity decreases, so that the voltage of the fuel cell decreases. ing. In order to solve at least a part of this problem, a water retention layer is provided between the cathode electrode catalyst layer and the gas diffusion layer, and the water retention layer prevents a decrease in proton conductivity by supplying necessary moisture to the electrolyte membrane. Is known (Patent Document 1). Further, a technique is known in which an intermediate layer having a gap is provided between the cathode electrode catalyst layer and the electrolyte membrane, and the generated water is discharged from the intermediate layer to prevent the generated water from staying in the cathode electrode catalyst layer. (Patent Document 2). In addition, by making the joint surface of the gas diffusion layer with the cathode electrode catalyst layer hydrophobic, and providing the cathode electrode catalyst layer with the generated water, a concave generated water flow path is provided on the side of the gas diffusion layer facing the separator. A technique for discharging generated water staying in a gas diffusion layer as water vapor is known (Patent Document 3).
しかし、カソード電極触媒層とガス拡散層の間に保水層を設けると、電気化学反応により過剰な生成水が発生した場合には、保水層内に生成水が滞留し、これが酸化ガスのカソード電極触媒層への拡散の妨げとなる虞がある。また、カソード電極触媒層と電解質膜との間に空隙を有する中間層を設けると、プロトンは電気化学反応のために電解質膜のほか、さらに中間層を移動することが必要となる。また、空隙により、電解質膜とカソード電極触媒層との接触面積が小さくなる。これらにより、燃料電池の発電の効率が低下する虞がある。ガス拡散層のカソード電極触媒層との接合面を疎水性とし、ガス拡散層のセパレータと面する側に凹状の生成水流路を設けると、ガス拡散層の疎水性の接合面により触媒層内に生成水が滞留したり、セパレータと面する側に設けられた流路内の生成水が酸化ガスの流れに沿って酸化ガスの排出口付近に滞留する虞があり、燃料電池の出力性能を低下させる問題がある。 However, if a water retention layer is provided between the cathode electrode catalyst layer and the gas diffusion layer, when excessive product water is generated by an electrochemical reaction, the product water stays in the water retention layer, and this is the cathode electrode of the oxidizing gas. There is a possibility that the diffusion into the catalyst layer may be hindered. Further, when an intermediate layer having a gap is provided between the cathode electrode catalyst layer and the electrolyte membrane, protons need to move through the intermediate layer in addition to the electrolyte membrane for electrochemical reaction. In addition, the contact area between the electrolyte membrane and the cathode electrode catalyst layer is reduced by the gap. As a result, the power generation efficiency of the fuel cell may be reduced. If the bonding surface of the gas diffusion layer with the cathode electrode catalyst layer is made hydrophobic and a concave generated water flow path is provided on the side of the gas diffusion layer facing the separator, the hydrophobic bonding surface of the gas diffusion layer causes the catalyst layer to enter the catalyst layer. There is a risk that the generated water may stay or the generated water in the flow path provided on the side facing the separator may stay in the vicinity of the oxidizing gas outlet along the flow of the oxidizing gas, degrading the output performance of the fuel cell. There is a problem to make.
本発明は、上記した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされた発明であり、燃料電池の出力性能を向上させることを目的とする。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-described conventional problems, and an object thereof is to improve the output performance of a fuel cell.
上記課題の少なくとも一部を解決するために本願発明は以下の態様を採る。 In order to solve at least a part of the above problems, the present invention employs the following aspects.
本発明の第1の態様は、燃料電池を提供する。本発明の第1の態様に係る燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に形成され、電気化学反応が生じるカソード電極触媒層と、前記カソード電極触媒層上に配置され、前記電気化学反応に利用される反応ガスを拡散するガス拡散層と、前記ガス拡散層における前記カソード電極触媒層と接する面に形成され、疎水性を有するとともに、前記カソード電極触媒層との間に流路を形成する流路形成部を有する疎水層と、を備える。 A first aspect of the present invention provides a fuel cell. A fuel cell according to a first aspect of the present invention includes an electrolyte membrane, a cathode electrode catalyst layer that is formed on one surface of the electrolyte membrane and causes an electrochemical reaction, and is disposed on the cathode electrode catalyst layer, A gas diffusion layer for diffusing a reaction gas used for an electrochemical reaction and a surface of the gas diffusion layer in contact with the cathode electrode catalyst layer, having hydrophobicity and flowing between the cathode electrode catalyst layer And a hydrophobic layer having a flow path forming portion for forming a path.
本発明の第1の態様に係る燃料電池によれば、前記ガス拡散層における前記カソード電極触媒層と接する面に疎水性を有する疎水層を設けることにより、ガス拡散層内に生成水が滞留することを抑制できる。また、流路形成部により前記カソード電極触媒層との間に流路を形成することにより、生成水の排出が可能となり、カソード電極触媒層内での生成水の滞留を抑制できる。これにより、電気化学反応に供される反応ガスのカソード電極触媒層への供給を阻害する生成水の滞留を抑制でき、燃料電池の出力性能を向上させることができる。 According to the fuel cell of the first aspect of the present invention, by providing a hydrophobic layer having hydrophobicity on the surface of the gas diffusion layer in contact with the cathode electrode catalyst layer, the generated water stays in the gas diffusion layer. This can be suppressed. Further, by forming a flow path between the cathode electrode catalyst layer and the flow path forming portion, the generated water can be discharged, and retention of the generated water in the cathode electrode catalyst layer can be suppressed. Thereby, the retention of the produced water that inhibits the supply of the reaction gas supplied to the electrochemical reaction to the cathode electrode catalyst layer can be suppressed, and the output performance of the fuel cell can be improved.
本発明の第1の態様に係る燃料電池はさらに、前記ガス拡散層に前記反応ガスを供給する供給口および前記ガス拡散層から前記反応ガスを排出する排出口を有し、前記ガス拡散層上に配置されるセパレータを備え、前記流路形成部は、前記生成水を前記排出口近傍から前記供給口近傍へと導く流路を形成してもよい。この場合、流路形成部により形成された流路により生成水が排出口近傍から供給口近傍へ移動可能となり、排出口近傍に生成水が滞留するのを抑制することができる。 The fuel cell according to the first aspect of the present invention further includes a supply port for supplying the reaction gas to the gas diffusion layer and an exhaust port for discharging the reaction gas from the gas diffusion layer, The flow path forming unit may form a flow path that guides the generated water from the vicinity of the discharge port to the vicinity of the supply port. In this case, the generated water can be moved from the vicinity of the discharge port to the vicinity of the supply port by the flow path formed by the flow path forming unit, and the stay of the generated water in the vicinity of the discharge port can be suppressed.
本発明の第1の態様に係る燃料電池において、前記流路形成部は、前記排出口近傍から前記供給口近傍に連通した溝状部を有し、前記溝状部により前記流路を形成してもよい。この場合、溝状部が前記排出口近傍から前記供給口近傍に連通していることから、生成水は溝状部により形成された流路を前記排出口近傍から前記供給口近傍へ移動でき、排出口近傍に生成水が滞留するのを抑制することができる。 In the fuel cell according to the first aspect of the present invention, the flow path forming portion has a groove-shaped portion communicating from the vicinity of the discharge port to the vicinity of the supply port, and the flow path is formed by the groove-shaped portion. May be. In this case, since the groove-shaped portion communicates from the vicinity of the discharge port to the vicinity of the supply port, the generated water can move from the vicinity of the discharge port to the vicinity of the supply port through the flow path formed by the groove-shaped portion, It is possible to suppress the generated water from staying in the vicinity of the discharge port.
本発明の第1の態様に係る燃料電池において、前記流路形成部は、複数の前記溝状部を有してもよい。この場合、複数の溝状部によりカソード電極触媒層の広い範囲で生成水を排出口近傍から供給口近傍へ移動を可能にすることができ、生成水の排出性能をより高めることができる。 In the fuel cell according to the first aspect of the present invention, the flow path forming portion may include a plurality of the groove-shaped portions. In this case, the generated water can be moved from the vicinity of the discharge port to the vicinity of the supply port in a wide range of the cathode electrode catalyst layer by the plurality of groove-shaped portions, and the discharge performance of the generated water can be further improved.
本発明の第1の態様に係る燃料電池において、前記溝状部表面は親水性であってもよい。この場合、溝状部表面が親水性であることにより、溝状部により形成された流路を生成水が容易に移動することができるため、生成水の排出性能を向上させることができる。 In the fuel cell according to the first aspect of the present invention, the surface of the groove portion may be hydrophilic. In this case, since the surface of the groove-like portion is hydrophilic, the generated water can easily move through the flow path formed by the groove-like portion, and thus the discharge performance of the generated water can be improved.
本発明の第1の態様に係る燃料電池において、前記供給口および前記排出口は前記セパレータの対向する端部近傍に配置されていてもよい。この場合、セパレータの端部近傍に配置された排出口の近傍における生成水を、排出口が配置された端部と対向する端部近傍に配置された供給口の近傍に移動することができるため、排出口近傍の生成水を排出するともに、供給口近傍に生成水を供給することができ、供給口近傍の電解質膜の湿潤状態を保つことにより燃料電池の出力性能の向上させることができる。 In the fuel cell according to the first aspect of the present invention, the supply port and the discharge port may be disposed in the vicinity of the opposing end portions of the separator. In this case, the generated water in the vicinity of the discharge port disposed in the vicinity of the end of the separator can be moved to the vicinity of the supply port disposed in the vicinity of the end opposite to the end in which the discharge port is disposed. The generated water in the vicinity of the discharge port can be discharged and the generated water can be supplied in the vicinity of the supply port, and the output performance of the fuel cell can be improved by maintaining the wet state of the electrolyte membrane in the vicinity of the supply port.
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略して適用することができる。 In the present invention, the various aspects described above can be combined as appropriate or applied with a part omitted.
以下、本発明に係る燃料電池について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, a fuel cell according to the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
A.第1の実施例
A1.燃料電池の構成:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池を構成する単セルの概略構成を表わす断面模式図である。単セル10は、電解質膜20と、電解質膜20の各々の面上に形成された電極であるアノード触媒層21およびカソード触媒層22と、電極を形成した上記電解質膜20を両側から挟持するガス拡散層23,24と、ガス拡散層23,24のさらに外側に配設されたガスセパレータ25,26と、を備えている。
A. First Example A1. Fuel cell configuration:
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a single cell constituting a fuel cell as one embodiment of the present invention. The
本実施例の燃料電池は、固体高分子型燃料電池であり、電解質膜20は、湿潤状態でプロトン伝導性を示す固体高分子電解質を備えている。アノード触媒層21およびカソード触媒層22は、触媒として、例えば白金、あるいは白金合金を備えている。より具体的には、アノード触媒層21およびカソード触媒層22は、上記触媒を担持したカーボン粒子と、電解質膜20を構成する高分子電解質と同様の電解質とを備えている。アノード触媒層21およびカソード触媒層22は、電解質膜20と共に、MEA(膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly)30を構成している。
The fuel cell of this example is a solid polymer fuel cell, and the
ガス拡散層23,24は、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロス、あるいは金属メッシュや発泡金属によって形成することができる。ガス拡散層23,24は、いずれも、平坦な板状部材として形成され、電気化学反応に供されるガスの流路となると共に、集電に供する。本実施例のガス拡散層24はカソード触媒層22と接する面に後述する疎水層および生成水の流路を備える。
The
ガスセパレータ25,26は、ガス不透過な導電性部材、例えば圧縮カーボンやステンレス鋼から成る部材によって板状に形成される。ガスセパレータ25,26は、それぞれ所定の凸形状部を有している。この凸形状部によって、ガスセパレータ25とガス拡散層23との間には、水素を含有する燃料ガスが流れる単セル内燃料ガス流路27が形成される。また、上記凸形状部によって、ガスセパレータ26とガス拡散層24との間には、酸素を含有する酸化ガスが流れる単セル内酸化ガス流路28が形成される。
The
さらに、単セル10の外周部には、単セル内の燃料ガスおよび酸化ガスのガスシール性を確保するために、ガスケット等のシール部材が配置されている(図示せず)。また、本実施例の燃料電池は、単セル10を複数積層したスタック構造を有しているが、このスタック構造の外周部には、単セル10の積層方向と平行であって燃料ガスあるいは酸化ガスが流通する複数のガスマニホールドが設けられている(図示せず)。燃料ガス供給マニホールドを流れる燃料ガスは、各単セル10のアノード側に分配され、電気化学反応に供されつつ各単セル内燃料ガス流路27内を通過し、燃料ガス排出マニホールドに集合する。同様に、酸化ガス供給マニホールドを流れる酸化ガスは、各単セル10のカソード側に分配され、電気化学反応に供されつつ各単セル内酸化ガス流路28内を通過し、酸化ガス排出マニホールドに集合する。
Further, a sealing member such as a gasket is disposed on the outer peripheral portion of the single cell 10 (not shown) in order to ensure the gas sealing property of the fuel gas and the oxidizing gas in the single cell. In addition, the fuel cell of this embodiment has a stack structure in which a plurality of
A2.流路構造:
電気化学反応により生じた生成水が移動する流路の構造について図2を参照して説明する。図2は、ガス拡散層上に設けられた流路を例示した説明図である。図2は図1とは異なり、膜面を水平にし、アノード触媒層21がカソード触媒層22の上側となるように表されている。図に示すように、ガスセパレータ26は酸化ガス供給口51及び酸化ガス排出口52とを備える。酸化ガス供給口51及び酸化ガス排出口52はそれぞれ、ガスセパレータ26の対向する辺の近傍に配置される。既述の酸化ガス供給マニホールドを流れる酸化ガスは酸化ガス供給口51から単セル10内に供給され、単セル内酸化ガス流路28を経由した後、酸化ガス排出口52から排出され、酸化ガス排出マニホールドに集められる。
A2. Channel structure:
A structure of a flow path through which produced water generated by an electrochemical reaction moves will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory view illustrating a flow path provided on the gas diffusion layer. FIG. 2 is different from FIG. 1 in that the membrane surface is horizontal and the
ガス拡散層24のカソード触媒層22に接する面には流路42が備えられている。本実施例において流路42は、V型の断面形状を備えた溝状部である。流路42の断面形状は特に定めはなく、U型であってもコの字型の溝状部であってもよい。流路42は、ガスセパレータ26における酸化ガス供給口51近傍の酸化ガス上流部と酸化ガス排出口52近傍の酸化ガス下流部とを繋ぐ方向に略平行に複数配列されている。流路42の溝の深さ、幅については特に定めはないが、0.1〜2μm程度であることが好ましい。流路42の間隔についても特に定めはないが、例えば溝幅の10倍程度であることが好ましい。流路42は、例えば、エキシマレーザ、または、超短パルスレーザを用いて形成することができる。
A
図3は、カソード触媒層とガス拡散層との接合面を拡大して示した断面模式図である。図2とは反対に、カソード触媒層22が電解質膜の上側となるように表されている。図3に示すように、ガス拡散層24には、流路42を有するカソード触媒層22と接する面に疎水層41が形成されている。疎水層41はカーボンやそれに類似する導電性材料とポリテトラフルオロエチレン(PTFE)やテトラフルオロエチレン/パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等の疎水性バインダー樹脂との混合ペーストをガス拡散層に塗布することで形成される。流路42については、レーザにより加工されることで、溝状部表面が改質されることから、疎水層41表面に形成されたものであっても親水性を有する。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged joint surface between the cathode catalyst layer and the gas diffusion layer. Contrary to FIG. 2, the
A3.流路機能:
電気化学反応により生じた生成水が移動する流路を備えたガス拡散層の機能について説明する。図3の波線xで示すように、酸化ガスは、ガス拡散層24から疎水層41を経由してカソード触媒層22に拡散される。疎水層41は疎水性であるため、カソード触媒層22における電気化学反応により生成された生成水は波線wに示すとおり、ガス拡散層24への移動は抑制され、流路42へ導かれる。これにより、生成水が流路42以外の部分でガス拡散層24とカソード触媒層22との界面に滞留することを抑制でき、酸化ガスは流路42以外の部分においての生成水により阻害されることなくカソード触媒層22へ供給される。
A3. Channel function:
The function of the gas diffusion layer provided with a flow path through which produced water generated by the electrochemical reaction moves will be described. As indicated by the wavy line x in FIG. 3, the oxidizing gas is diffused from the
図4は図3の4−4断面を含む断面模式図である。図に示すように、酸化ガスは単セル内酸化ガス流路28内を一定の方向に向かって流動する。電気化学反応によって生成された生成水の一部は水蒸気として疎水層41を透過し、単セル内酸化ガス流路28内部で、酸化ガスの流れに沿って排出される。一部の生成水は液体水として流路42内を乾燥状態になりがちな酸化ガス上流部へ向かって移動する。これにより、酸化ガス下流部での生成水の滞留を抑制することができる。また、移動した生成水により酸化ガス上流部の電解質膜を加湿することができる。
4 is a schematic cross-sectional view including a 4-4 cross section of FIG. As shown in the figure, the oxidizing gas flows in the single cell oxidizing
以上説明した第1実施例の燃料電池によれば、電気化学反応により生成された生成水は流路42を移動するため、酸化ガス排出口52近傍に生成水の滞留を抑制することができる。これにより、生成水の排出性能を高め、燃料電池の出力性能を向上させることができる。
According to the fuel cell of the first embodiment described above, the produced water generated by the electrochemical reaction moves in the
第1の実施例によれば、流路42により酸化ガス排出口近傍の生成水を酸化ガス供給口近傍に移動させることが可能となる。これにより、酸化ガス下流部の生成水を用いて、酸化ガス上流部の電解質膜を加湿することができ、プロトン伝導性の低下を防ぎ、燃料電池の出力性能を向上させることができる。
According to the first embodiment, the generated water in the vicinity of the oxidizing gas discharge port can be moved to the vicinity of the oxidizing gas supply port by the
第1の実施例によれば、ガス拡散層24のカソード触媒層22と接する表面に疎水層41が形成されている。これにより、カソード内の生成水がガス拡散層24内に移動することが抑制され、電気化学反応を阻害するガス拡散層内の生成水の滞留を抑制することができる。
According to the first embodiment, the
第1の実施例によれば、ガス拡散層24の表面に生成水の流路である複数の溝状部を有している。これにより、カソード電極触媒層の広い範囲で生成水を排出口近傍から供給口近傍へ移動を可能にすることができ、生成水の排出性能をより高めることができる。
According to the first embodiment, the surface of the
第1の実施例によれば、レーザによる溝状部の加工により溝状部表面を親水性に改質することができる。これにより流路42は生成水の移動が容易な親水性となり、生成水の排出性能をより向上させることができる。
According to the first embodiment, the groove portion surface can be modified to be hydrophilic by processing the groove portion with a laser. Thereby, the
B.第2の実施例:
第2の実施例では、ガス拡散層24の表面に生成水の流路として溝状部が形成されていない燃料電池について説明する。第2の実施例において第1の実施例と同一の符号を有する各構成要素は、第1の実施例の各構成要素と同一の構造、機能を有する。
B. Second embodiment:
In the second embodiment, a fuel cell will be described in which a groove portion is not formed as a flow path of generated water on the surface of the
図5は第2の実施例におけるカソード触媒層とガス拡散層との接合面を拡大して示した断面模式図である。ガス拡散層24は、第1の実施例と同様にカソード触媒層22と接する面に疎水層41が形成されている。この疎水層41にプラズマ処理を施すことにより、表面が改質され、疎水層41は親水性を有した親水部43を備える。親水部43はカソード触媒層22表面との間に生成水が移動可能な空隙を形成する。疎水層41は疎水性であるため、カソード触媒層22における電気化学反応により生成された生成水は波線w’に示すとおり、ガス拡散層24への移動は抑制され、親水部43へ導かれる。親水部43は生成水の流路として第1の実施例における流路42と同様の機能を有する。第2の実施例における燃料電池は、電気化学反応により生成された生成水が親水部43とカソード触媒層22との間に形成された空隙を酸化ガス排出口52近傍から酸化ガス供給口51近傍に向かって移動することにより酸化ガス排出口52近傍から生成水を排出し、酸化ガス供給口51近傍の電解質膜を加湿する。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged joint surface between the cathode catalyst layer and the gas diffusion layer in the second embodiment. As in the first embodiment, the
第2の実施例によれば、溝状部の流路を備えなくても、電気化学反応により生成された生成水が親水部43とカソード触媒層22との間に形成された空隙を移動することにより、第1の実施例と同様に、酸化ガス排出口52近傍に生成水が滞留することを抑制し、生成水の排出性能を高め、燃料電池の出力性能を向上させることができる。
According to the second embodiment, the generated water generated by the electrochemical reaction moves through the gap formed between the
第2の実施例によれば、プラズマ処理によっても疎水層41を親水性に改質することができ、生成水は親水部43とカソード触媒層22との間に形成された空隙を容易に移動することができ、生成水の排出性能をより向上させることができる。
According to the second embodiment, the
C.第3の実施例:
第3の実施例では、ガス拡散層24の表面に親水層を備えた燃料電池について説明する。第3の実施例においても第1の実施例と同一の符号を有する各構成要素は、第1の実施例の各構成要素と同一の構造、機能を有する。
C. Third embodiment:
In the third embodiment, a fuel cell having a hydrophilic layer on the surface of the
図6は第3の実施例におけるカソード触媒層とガス拡散層との接合面を拡大して示した断面模式図である。ガス拡散層24は、第1の実施例と同様にカソード触媒層22と接する側の面に疎水層41が形成されている。第3の実施例に係るガス拡散層24は、この疎水層41の表面にさらに親水表面44を備える。親水表面44はアーク放電などの表面処理法により形成する。親水表面44は生成水が滞留しない程度の厚さである必要があり、例えば、1分子程度、0.001〜0.01μm程度であることが好ましい。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged joint surface between the cathode catalyst layer and the gas diffusion layer in the third embodiment. As in the first embodiment, the
第3の実施例によれば、電気化学反応により生成された生成水は親水表面44とカソード触媒層22との間に形成された空間を移動するため、ガス拡散層表面に溝状部や空隙などを形成しなくても酸化ガス排出口52近傍における生成水の滞留を抑制できる。これにより、燃料電池の出力性能を向上させることができる。
According to the third embodiment, since the generated water generated by the electrochemical reaction moves in the space formed between the
第3の実施例によれば、親水表面44は生成水が滞留する厚みを有しておらず、また、疎水層41により、生成水がガス拡散層内に透過することが抑制されているため、ガス拡散層内に生成水が滞留することを抑制することができる。
According to the third embodiment, the
第3の実施例によれば、疎水層41の表面に親水性である親水表面44が形成されている。このため、生成水は親水表面44とカソード触媒層22との間に形成された空間を容易に移動することができ、生成水の排出性能をより向上させることができる。
According to the third embodiment, a
D.変形例
D1.変形例1:
第1の実施例においてガスセパレータ26における単セル内酸化ガス流路28を略直線状で現したが、単セル内酸化ガス流路28は曲線状であっても実施可能である。図7は、変形例に係る単セルを例示した説明図である。例えば、サーペンタイン状の単セル内酸化ガス流路28を備えたガスセパレータ26であっても、酸化ガス排出口52近傍の酸化ガス下流部における生成水が酸化ガス供給口近傍の酸化ガス上流部に移動可能に流路を形成することで実施できる。
D. Modification D1. Modification 1:
In the first embodiment, the oxidant
D2.変形例2:
第1の実施例においてガス拡散層24における流路42は略直線状で現したが、生成水が酸化ガス下流部から酸化ガス上流部へ移動可能であれば、曲線であったり、長短があったり、幅が変化したり、溝状部ごとの方向が異なっていてもよい。また、流路42は凹部の集合により形成されてもよい。
D2. Modification 2:
In the first embodiment, the
D3.変形例3
実施例において疎水層41はガス拡散層24の一部として構成したが、ガス拡散層とカソードに挟持された中間層として構成してもよい。
D3. Modification 3
Although the
D4.変形例4
第1の実施例においてガス拡散層24の表面は流路42を除き、疎水性としたが、第3の実施例と同様に、流路42を含めた親水表面を形成してもよい。
D4.
In the first embodiment, the surface of the
D5.変形例5
実施例において、酸化ガス供給口51及び酸化ガス排出口52はそれぞれ、ガスセパレータ26の対向する辺の近傍に配置されているが、酸化ガス供給口51と酸化ガス排出口52が近接している場合や、その他の場合においても、酸化ガス排出口52近傍の酸化ガス下流部における生成水を酸化ガス供給口近傍の酸化ガス上流部に移動可能に生成水の流路を形成することで実施できる。
D5. Modification 5
In the embodiment, the oxidizing
以上本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができることは言うまでもない。 Although various embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the spirit of the present invention.
10…単セル
20…電解質膜
21…アノード触媒層
22…カソード触媒層
23,24…ガス拡散層
25,26…ガスセパレータ
27…単セル内燃料ガス流路
28…単セル内酸化ガス流路
41…疎水層
42…流路
43…親水部
44…親水表面
51…酸化ガス供給口
52…酸化ガス排出口
DESCRIPTION OF
Claims (6)
電解質膜と、
前記電解質膜の一方の面に形成され、電気化学反応が生じるカソード電極触媒層と、
前記カソード電極触媒層上に配置され、前記電気化学反応に利用される反応ガスを拡散するガス拡散層と、
前記ガス拡散層における前記カソード電極触媒層と接する面に形成され、疎水性を有するとともに、前記カソード電極触媒層との間に流路を形成する流路形成部を有する疎水層と、を備える燃料電池。 A fuel cell,
An electrolyte membrane;
A cathode electrode catalyst layer formed on one surface of the electrolyte membrane and causing an electrochemical reaction;
A gas diffusion layer disposed on the cathode electrode catalyst layer and diffusing a reaction gas used for the electrochemical reaction;
A fuel comprising: a hydrophobic layer formed on a surface of the gas diffusion layer in contact with the cathode electrode catalyst layer, having a hydrophobic property and having a flow channel forming portion that forms a flow channel with the cathode electrode catalyst layer. battery.
前記ガス拡散層に前記反応ガスを供給する供給口および前記ガス拡散層から前記反応ガスを排出する排出口を有し、前記ガス拡散層上に配置されるセパレータを備え、
前記流路形成部は、前記生成水を前記排出口近傍から前記供給口近傍へと導く流路を形成する燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, further comprising:
A supply port for supplying the reaction gas to the gas diffusion layer, and a discharge port for discharging the reaction gas from the gas diffusion layer, comprising a separator disposed on the gas diffusion layer,
The said flow path formation part is a fuel cell which forms the flow path which guides the said generated water from the said discharge port vicinity to the said supply port vicinity.
前記流路形成部は、前記排出口近傍から前記供給口近傍に連通した溝状部を有し、前記溝状部により前記流路を形成する燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2,
The said flow path formation part has a groove-shaped part connected from the said discharge port vicinity to the said supply port vicinity, The fuel cell which forms the said flow path with the said groove-shaped part.
前記流路形成部は、複数の前記溝状部を有する燃料電池。 The fuel cell according to claim 3, wherein
The flow path forming portion is a fuel cell having a plurality of the groove-shaped portions.
前記溝状部表面は親水性である燃料電池。 The fuel cell according to claim 3 or 4,
A fuel cell in which the surface of the groove-like portion is hydrophilic.
前記供給口および前記排出口は前記セパレータの対向する端部近傍に配置される燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 2 to 5,
The supply port and the discharge port are fuel cells arranged in the vicinity of opposing ends of the separator.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2007
- 2007-10-12 JP JP2007266520A patent/JP2009099262A/en active Pending
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