JP2009176746A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の燃料電池は、高分子電解質膜200、および高分子電解質膜を挟持する一対の触媒電極を有する膜電極接合体と、膜電極接合体に燃料ガスまたは酸化ガスを供給するためのガス流路を有するセパレータと、を備え、ガス流路は、蛇行状または渦巻状に形成され、前記ガス流路の上流流路は、ガス流路の下流流路に隣接し、ガス流路の壁は燃料ガスまたは酸化ガスの透過性を有さず、触媒電極は、高分子電解質膜に接するように位置する触媒層、触媒層の外側に位置するカーボンコート層330,430、およびカーボンコート層の外側に位置するガス拡散基材層340,440から構成され、ガス拡散基材層の水蒸気透過性は、カーボンコート層の水蒸気透過性よりも低い。
【選択図】図4
Description
図4は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池セルの断面図である。
実施の形態2では、セパレータの素材に金属を用いた例を示す。
実施の形態1では、一つの流路の往路と復路を対向させる例を示した。実施の形態3は、二つの異なる流路を互いに対向させる例を示す。
実施の形態1〜3では、反応ガス流路の断面積が上流流路と下流流路とで同じ例を示した。実施の形態4は、反応ガス流路の断面積が上流流路と下流流路とで異なる例を示す。
実施の形態1〜4では、一対のマニホールドを連通する反応ガス流路の本数が上流流路と下流流路とで同じ例を示した。実施の形態5は、一対のマニホールドを連通する反応ガス流路の本数が上流流路と下流流路とで異なる例を示す。
実施の形態6は、空気極ガス拡散基材層の水蒸気透過性および反応ガス透過性(以下「水蒸気等透過性」という)を、空気極カーボンコート層の水蒸気等透過性よりも低くする例を示す。
実施の形態6では、ガス拡散基材層が単一の層から構成される例を示した。実施の形態7は、ガス拡散基材層が複数の層から構成されており、外側の層ほど水蒸気透過性および反応ガス透過性(水蒸気等透過性)を低くする例を示す。
実施の形態1〜7では、反応ガス流路の往路と復路との間隔が一定である例を示した。実施の形態8では反応ガス流路の往路と復路との間隔が変化する例を示す。
本実験例では、流路と流路との最適な間隔を導き出したコンピューターシミュレーションを用いた実験について説明する。
本実験例で用いたプログラムは、FLUENT社のFLUENT(固体高分子形燃料電池(PEM)モジュール)の電気化学サブモデルである。このプログラムは、各パラメータを設定することで、当該燃料電池セルを動作させた場合の発生電圧を予測するためのものである。
以下のパラメータの条件下でシミュレーションを行った。
膜厚:30μm
触媒厚:10μm
GDL(ガス拡散層)厚:300μm
カソード流路深さ:1.1mm
カソード流路幅:1.1mm
アノード流路深さ:1mm
アノード流路幅:1.1mm
セル温度:90℃
アノード露点温度:65℃
カソード露点温度:35℃
電極面積:6.1468cm2
水素利用率:10%
酸素利用率:50〜90%
GDL空隙率:0.75
電流密度:0.16/cm2
本実験例では実験例1と同一のプログラムを用いて、最適な流路と流路との間隔を導き出した実験について説明する。本実験例では実験例1とは異なりGDL厚のパラメータを200μmとした。GDL膜以外の解析条件は、実験例1と同じである。
Claims (1)
- 高分子電解質膜、および前記高分子電解質膜を挟持する一対の触媒電極を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体に燃料ガスまたは酸化ガスを供給するためのガス流路を有するセパレータと、を備え、
前記ガス流路は、蛇行状または渦巻状に形成され、
前記ガス流路の上流流路は、前記ガス流路の下流流路に隣接し、
前記ガス流路の壁は前記燃料ガスまたは酸化ガスの透過性を有さず、
前記触媒電極は、前記高分子電解質膜に接するように位置する触媒層、前記触媒層の外側に位置するカーボンコート層、および前記カーボンコート層の外側に位置するガス拡散基材層から構成され、
前記ガス拡散基材層の水蒸気透過性は、前記カーボンコート層の水蒸気透過性よりも低い燃料電池。
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