JP2009211891A - Fuel cell, and drainage method therein - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to discharge certainly staying water on the downstream side of a reaction gas passage with a simple and compact structure. <P>SOLUTION: An electrolyte membrane-electrode assembly 12 is provided with a solid polymer electrolyte membrane 40 and a cathode side electrode 42 and an anode side electrode 44 to pinch the solid polymer electrolyte membrane 40. The cathode side electrode 42 and the anode side electrode 44 have gas diffusion layers 42a, 44a consisting of carbon paper or the like, first electrode catalyst layers 42b, 44b in which porous carbon particles of which on the surface platinum alloy being an electrode catalyst is carried are coated uniformly on the surface of the gas diffusion layers 42a, 44a, and second electrode catalyst layers 42c, 44c which correspond to an exit buffer part 28b of an oxidizer gas passage 26 and an exit buffer part 32b of a fuel gas passage 30, and are formed by providing an electrode catalyst of a smaller amount than the first electrode catalyst layers 42b, 44b. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体とセパレータとを有し、前記セパレータは、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、前記反応ガス流路の少なくとも下流側に出口バッファ部が設けられる燃料電池及びその排水方法に関する。   The present invention has an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator, and the separator has a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode surface, The present invention relates to a fuel cell in which an outlet buffer unit is provided at least on the downstream side of the reaction gas channel, and a drainage method thereof.

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜(電解質)の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。   In general, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane, using a separator. It is equipped with a sandwiched power generation cell. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.

上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路(以下、反応ガス流路ともいう)と、カソード側電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路(以下、反応ガス流路ともいう)とが設けられている。さらに、各発電セル毎又は複数の発電セル毎に、冷却媒体を流すための冷却媒体流路がセパレータの面方向に沿って設けられている。   In the fuel cell described above, a fuel gas flow path (hereinafter also referred to as a reaction gas flow path) for flowing a fuel gas to the anode side electrode and an oxidation for flowing an oxidant gas to the cathode side electrode in the plane of the separator. An agent gas channel (hereinafter also referred to as a reaction gas channel) is provided. Furthermore, a cooling medium flow path for flowing a cooling medium is provided along the surface direction of the separator for each power generation cell or for each of the plurality of power generation cells.

この種の燃料電池は、発電反応によりカソード側電極に生成水が発生する一方、アノード側電極には、前記生成水が逆拡散している。このため、反応ガス流路の下端側には、水分が凝縮して滞留し易く、凝縮水によるフラッディングが惹起するおそれがある。   In this type of fuel cell, generated water is generated at the cathode side electrode by the power generation reaction, while the generated water is back-diffused at the anode side electrode. For this reason, moisture tends to condense and stay on the lower end side of the reaction gas flow path, and flooding due to condensed water may occur.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている固体高分子電解質燃料電池では、図5に示すように、電解質1の両面側にアノード極2a、カソード極2bがそれぞれ配置される積層体3と、前記積層体3のアノード極2a側に設けられ、前記アノード極2aに燃料を供給する燃料流路4aを有する燃料配流板4と、前記積層体3のカソード極2b側に設けられ、前記カソード極2bに酸化剤を供給する酸化剤流路5aを有する酸化剤配流板5とを具備している。   Therefore, for example, in the solid polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 5, a laminate 3 in which the anode 2 a and the cathode 2 b are respectively disposed on both sides of the electrolyte 1, A fuel distribution plate 4 provided on the anode 2a side of the laminate 3 and having a fuel flow path 4a for supplying fuel to the anode 2a; a cathode 2b side of the laminate 3; And an oxidant flow plate 5 having an oxidant flow path 5a for supplying an oxidant to 2b.

そして、酸化剤配流板5の酸化剤流路5aの深さあるいは幅の少なくともいずれかを酸化剤の上流流路域から下流流路域に沿って徐々に小さくしている。このため、酸化剤の下流流路域での流速が早くなり、カソード極2b側での生成水や移動水の排出が良好になり、さらに酸化剤中の酸素のガス拡散も良好となり、安定した電池反応を維持できる、としている。   Then, at least one of the depth and the width of the oxidant flow path 5a of the oxidant distribution plate 5 is gradually reduced from the upstream flow path area of the oxidant along the downstream flow path area. For this reason, the flow rate of the oxidizing agent in the downstream flow path area is increased, the discharge of the generated water and the moving water on the cathode electrode 2b side is improved, and the gas diffusion of oxygen in the oxidizing agent is also improved and stable. The battery reaction can be maintained.

特開平6−267564号公報JP-A-6-267564

しかしながら、上記の特許文献1では、酸化剤流路5aの深さや幅を変更させるため、酸化剤配流板5の厚さや面方向の寸法が大きくなるおそれがある。しかも、酸化剤流路5aの溝形状が複雑化するとともに、酸化剤配流板5の製造コストが高騰して経済的ではないという問題がある。   However, in Patent Document 1 described above, since the depth and width of the oxidant flow path 5a are changed, the thickness and the dimension in the surface direction of the oxidant distribution plate 5 may be increased. In addition, the groove shape of the oxidant flow path 5a is complicated, and the manufacturing cost of the oxidant distribution plate 5 is increased, which is not economical.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、反応ガス流路の下流側に滞留し易い生成水を確実に排出することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and provides a fuel cell capable of reliably discharging generated water that tends to stay on the downstream side of a reaction gas flow path with a simple and economical configuration. With the goal.

本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体とセパレータとを有し、前記セパレータは、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、前記反応ガス流路の少なくとも下流側に出口バッファ部が設けられる燃料電池に関するものである。   The present invention has an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator, and the separator has a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode surface, The present invention relates to a fuel cell in which an outlet buffer unit is provided at least on the downstream side of the reaction gas channel.

電解質・電極構造体は、反応ガス流路に対応して電極触媒を設けることにより形成される第1電極触媒層と、出口バッファ部に対応して前記第1電極触媒層よりも少量の電極触媒を設けることにより形成される第2電極触媒層とを有している。   The electrolyte / electrode structure includes a first electrode catalyst layer formed by providing an electrode catalyst corresponding to the reaction gas flow path, and a smaller amount of electrode catalyst than the first electrode catalyst layer corresponding to the outlet buffer portion. And a second electrode catalyst layer formed by providing.

また、本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体とセパレータとを有し、前記セパレータは、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、前記反応ガス流路の少なくとも下流側に出口バッファ部が設けられる燃料電池の排水方法に関するものである。   Further, the present invention includes an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator, and the separator is formed with a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode surface. In addition, the present invention relates to a fuel cell drainage method in which an outlet buffer is provided at least downstream of the reaction gas flow path.

この排水方法は、反応ガス流路に反応ガスを供給することにより、電極面で発電を行う工程と、出口バッファ部に対応して前記発電面よりも少量の電極触媒を設けることにより形成される発熱面に、前記電極面に沿って移動した前記反応ガスが供給されることにより、前記発熱面の発熱作用下に前記出口バッファ部から生成水を除去する工程とを有している。   This drainage method is formed by supplying a reaction gas to the reaction gas flow path to generate power on the electrode surface, and providing a smaller amount of electrode catalyst than the power generation surface corresponding to the outlet buffer portion. A step of removing the generated water from the outlet buffer portion under the heat generation action of the heat generation surface by supplying the reaction gas moved along the electrode surface to the heat generation surface.

本発明によれば、入口バッファ部から反応ガス流路に反応ガスを供給することにより、第1電極触媒層(電極面)で発電が行われる。この発電時の生成水は、反応ガス流路の下流側に設けられる出口バッファ部に移動する一方、この出口バッファ部に対応して形成される第2電極触媒層(発熱面)は、残余の反応ガスが供給されることにより発電し、発熱する。   According to the present invention, power is generated in the first electrode catalyst layer (electrode surface) by supplying the reaction gas from the inlet buffer to the reaction gas flow path. The generated water at the time of power generation moves to an outlet buffer portion provided on the downstream side of the reaction gas flow path, while the second electrode catalyst layer (heat generation surface) formed corresponding to the outlet buffer portion When the reaction gas is supplied, power is generated and heat is generated.

従って、出口バッファ部に移動した生成水は、気化して結露することがなく、前記出口バッファ部から良好に除去される。これにより、反応ガスは、反応ガス流路に沿って円滑に流れることができ、効率的な発電が確実に遂行可能になる。   Therefore, the generated water that has moved to the outlet buffer portion is not vaporized and dewed, and can be satisfactorily removed from the outlet buffer portion. Thus, the reaction gas can smoothly flow along the reaction gas flow path, and efficient power generation can be reliably performed.

さらに、第2電極触媒層(発熱面)は、第1電極触媒層(電極面)よりも少量(単位面積量で少量)の電極触媒を設けて形成されている。このため、第2電極触媒層(発熱面)では、活性化過電圧が増加して発熱量が大きくなり、生成水が気化し易くなり、排水性が向上するとともに、電極触媒量が削減されて経済的である。   Furthermore, the second electrode catalyst layer (heat generation surface) is formed by providing a smaller amount of electrode catalyst (a small amount in unit area) than the first electrode catalyst layer (electrode surface). For this reason, in the second electrode catalyst layer (heat generation surface), the activation overvoltage increases, the heat generation amount increases, the generated water is easily vaporized, the drainage performance is improved, and the electrode catalyst amount is reduced. Is.

しかも、第2電極触媒層(発熱面)は、出口バッファ部に対応する部位にのみ設けられており、入口バッファ部に対応する部位には、電極触媒が使用されていない。従って、コストの削減が容易に図られるとともに、入口バッファ部に対応して発電されることがなく、発電時の生成水が、反応ガスの流配性を低下させることを回避することができる。   In addition, the second electrode catalyst layer (heat generation surface) is provided only at the portion corresponding to the outlet buffer portion, and no electrode catalyst is used at the portion corresponding to the inlet buffer portion. Therefore, the cost can be easily reduced, and no power is generated corresponding to the inlet buffer, and the generated water during power generation can be prevented from lowering the flowability of the reaction gas.

図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池10の要部分解斜視説明図である。燃料電池10は、単セルで、又は複数の単セルを積層してスタックとして構成されるが、以下、便宜上単セルとして説明する。   FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 10 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell 10 is configured as a single cell or a stack formed by stacking a plurality of single cells, but will be described below as a single cell for convenience.

燃料電池10は、電解質膜・電極構造体12が、カソード側の第1セパレータ14とアノード側の第2セパレータ16とに挟持される。第1及び第2セパレータ14、16は、例えば、カーボンセパレータで構成される。   In the fuel cell 10, an electrolyte membrane / electrode structure 12 is sandwiched between a cathode-side first separator 14 and an anode-side second separator 16. The 1st and 2nd separators 14 and 16 are constituted by a carbon separator, for example.

なお、第1及び第2セパレータ14、16は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した緻密質の金属プレートにより構成してもよい。   The first and second separators 14 and 16 may be formed of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a dense metal plate that has been subjected to a surface treatment for corrosion prevention on its metal surface. Good.

燃料電池10の長辺方向(図1中、矢印C方向)の上端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔18aと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔20aとが設けられる。   An oxidant gas supply for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with each other in the direction of the arrow A at the upper edge of the long side direction (the direction of arrow C in FIG. 1) of the fuel cell 10. A communication hole 18a and a fuel gas supply communication hole 20a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

燃料電池10の長辺方向の下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔20bと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔18bとが設けられる。   The lower end edge of the long side direction of the fuel cell 10 communicates with each other in the direction of arrow A, and the fuel gas discharge communication hole 20b for discharging the fuel gas and the oxidant gas discharge for discharging the oxidant gas A communication hole 18b is provided.

燃料電池10の短辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔22aが設けられるとともに、短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔22bが設けられる。   At one edge of the fuel cell 10 in the short side direction (arrow B direction), there is provided a cooling medium supply communication hole 22a that communicates with each other in the arrow A direction and supplies a cooling medium. A cooling medium discharge communication hole 22b for discharging the cooling medium is provided at the other end edge.

第1セパレータ14の電解質膜・電極構造体12に向かう面14aには、酸化剤ガス供給連通孔18aと酸化剤ガス排出連通孔18bとを連通して酸化剤ガス流路26が形成される。この酸化剤ガス流路26は、重力方向(矢印C方向)に延在するとともに、前記酸化剤ガス流路26の矢印C方向上端(上流)と下端(下流)とに位置して、入口バッファ部28aと出口バッファ部28bとが設けられる。入口バッファ部28a及び出口バッファ部28bは、複数のエンボスを有する。   An oxidant gas flow path 26 is formed on the surface 14a of the first separator 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12 by connecting the oxidant gas supply communication hole 18a and the oxidant gas discharge communication hole 18b. The oxidant gas flow channel 26 extends in the direction of gravity (arrow C direction) and is positioned at the upper end (upstream) and lower end (downstream) of the oxidant gas flow channel 26 in the direction of arrow C. A portion 28a and an outlet buffer portion 28b are provided. The inlet buffer portion 28a and the outlet buffer portion 28b have a plurality of embossments.

図1及び図2に示すように、第2セパレータ16の電解質膜・電極構造体12に向かう面16aには、燃料ガス供給連通孔20aと燃料ガス排出連通孔20bとを連通する燃料ガス流路30が形成される。この燃料ガス流路30は、重力方向(矢印C方向)に延在するとともに、前記燃料ガス流路30の矢印C方向上端と下端とに位置して、入口バッファ部32aと出口バッファ部32bとが設けられる。入口バッファ部32aと出口バッファ部32bとは、複数のエンボスを有する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel gas flow path that connects the fuel gas supply communication hole 20 a and the fuel gas discharge communication hole 20 b to the surface 16 a of the second separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12. 30 is formed. The fuel gas passage 30 extends in the direction of gravity (arrow C direction) and is positioned at the upper and lower ends of the fuel gas passage 30 in the direction of arrow C, and includes an inlet buffer portion 32a and an outlet buffer portion 32b. Is provided. The inlet buffer portion 32a and the outlet buffer portion 32b have a plurality of embosses.

図1に示すように、第2セパレータ16の面16bと、第1セパレータ14の面14bとの間には、冷却媒体供給連通孔22aと冷却媒体排出連通孔22bとに連通する冷却媒体流路34が形成される。この冷却媒体流路34は、矢印B方向に延在して形成される。   As shown in FIG. 1, between the surface 16b of the second separator 16 and the surface 14b of the first separator 14, a cooling medium flow path communicating with the cooling medium supply communication hole 22a and the cooling medium discharge communication hole 22b. 34 is formed. This cooling medium flow path 34 is formed extending in the direction of arrow B.

第1セパレータ14の面14a、14bには、この第1セパレータ14の外周端縁部を周回して第1シール部材(ガスケット)36が配設される。第2セパレータ16の面16a、16bには、この第2セパレータ16の外周端縁部を周回して第2シール部材(ガスケット)38が配設される。   On the surfaces 14 a and 14 b of the first separator 14, a first seal member (gasket) 36 is disposed around the outer peripheral edge of the first separator 14. A second seal member (gasket) 38 is disposed on the surfaces 16 a and 16 b of the second separator 16 so as to go around the outer peripheral edge of the second separator 16.

電解質膜・電極構造体12は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜40と、前記固体高分子電解質膜40を挟持するカソード側電極42及びアノード側電極44とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 12 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 40 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode side electrode 42 and an anode side electrode 44 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 40. With.

図2〜図4に示すように、カソード側電極42及びアノード側電極44は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層42a、44aと、電極触媒である白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層42a、44aの表面に一様に塗布して形成される第1電極触媒層(電極面)42b、44bと、酸化剤ガス流路26の出口バッファ部28b及び燃料ガス流路30の出口バッファ部32bに対応し且つ前記第1電極触媒層42b、44bよりも少量(単位面積量で少量)の電極触媒を設けることにより形成される第2電極触媒層(発熱面)42c、44cとを有する。第1電極触媒層42b、44b及び第2電極触媒層42c、44cは、固体高分子電解質膜40の両面に形成される。   As shown in FIGS. 2 to 4, the cathode side electrode 42 and the anode side electrode 44 are porous carbon particles having gas diffusion layers 42 a and 44 a made of carbon paper or the like and a platinum alloy as an electrode catalyst supported on the surface. Are applied to the surfaces of the gas diffusion layers 42a and 44a uniformly, and the first electrode catalyst layers (electrode surfaces) 42b and 44b, the outlet buffer portion 28b of the oxidant gas channel 26, and the fuel gas channel A second electrode catalyst layer (heat generating surface) 42c formed by providing a small amount (a small amount in unit area) of the electrode catalyst corresponding to 30 outlet buffer portions 32b and smaller than the first electrode catalyst layers 42b and 44b. 44c. The first electrode catalyst layers 42 b and 44 b and the second electrode catalyst layers 42 c and 44 c are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 40.

カソード側電極42及びアノード側電極44は、酸化剤ガス流路26の入口バッファ部28a及び燃料ガス流路30の入口バッファ部32aに対応する部位に電極触媒層が設けられていない。   The cathode-side electrode 42 and the anode-side electrode 44 are not provided with electrode catalyst layers at portions corresponding to the inlet buffer portion 28 a of the oxidant gas flow channel 26 and the inlet buffer portion 32 a of the fuel gas flow channel 30.

このように構成される燃料電池10の動作について、本実施形態に係る排水方法との関連で、以下に説明する。   The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below in relation to the drainage method according to the present embodiment.

先ず、図1に示すように、酸化剤ガス供給連通孔18aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔20aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。一方、冷却媒体供給連通孔22aには、純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas supply communication hole 18a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas supply communication hole 20a. Supplied. On the other hand, a coolant such as pure water or ethylene glycol is supplied to the coolant supply passage 22a.

酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔18aから第1セパレータ14の酸化剤ガス流路26に導入され、電解質膜・電極構造体12のカソード側電極42に沿って重力方向(矢印C方向下方)に移動する。このため、酸化剤ガスは、電解質膜・電極構造体12のカソード側電極42に供給される。   The oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 26 of the first separator 14 through the oxidant gas supply communication hole 18a, and along the cathode side electrode 42 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 in the gravity direction (downward in the direction of arrow C). ) Therefore, the oxidant gas is supplied to the cathode side electrode 42 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

また、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔20aから第2セパレータ16の燃料ガス流路30に導入され、電解質膜・電極構造体12のアノード側電極44に沿って重力方向(矢印C方向下方)に移動する。従って、燃料ガスは、電解質膜・電極構造体12のアノード側電極44に供給される。   Further, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 30 of the second separator 16 from the fuel gas supply communication hole 20a, and along the anode side electrode 44 of the electrolyte membrane / electrode structure 12 in the direction of gravity (downward in the direction of arrow C). Move to. Accordingly, the fuel gas is supplied to the anode electrode 44 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

これにより、電解質膜・電極構造体12では、カソード側電極42に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極44に供給される燃料ガスとが、第1電極触媒層42b、44b内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Thereby, in the electrolyte membrane / electrode structure 12, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 42 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 44 are electrochemically generated in the first electrode catalyst layers 42b and 44b. It is consumed by the reaction and power is generated.

一方、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔22aから第1及び第2セパレータ14、16間の冷却媒体流路34に導入された後、矢印B方向(水平方向)に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体12を冷却した後、冷却媒体排出連通孔22bから排出される。   On the other hand, the cooling medium flows into the cooling medium flow path 34 between the first and second separators 14 and 16 from the cooling medium supply communication hole 22a and then flows along the arrow B direction (horizontal direction). The cooling medium is discharged from the cooling medium discharge communication hole 22b after the electrolyte membrane / electrode structure 12 is cooled.

次いで、カソード側電極42に供給されて消費された酸化剤ガスは、図1及び図2に示すように、酸化剤ガス流路26の下部に連通する出口バッファ部28bに送られる。同様に、アノード側電極44に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス流路30の下部に連通する出口バッファ部32bに送られる。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 42 is sent to an outlet buffer unit 28 b communicating with the lower part of the oxidant gas flow channel 26 as shown in FIGS. 1 and 2. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 44 is sent to the outlet buffer portion 32 b that communicates with the lower portion of the fuel gas flow path 30.

この場合、本実施形態では、カソード側電極42及びアノード側電極44は、酸化剤ガス流路26の出口バッファ部28b及び燃料ガス流路30の出口バッファ部32bに対応し且つ第1電極触媒層42b、44bよりも少量の電極触媒を設ける第2電極触媒層42c、44cを有している。   In this case, in the present embodiment, the cathode side electrode 42 and the anode side electrode 44 correspond to the outlet buffer portion 28b of the oxidant gas flow channel 26 and the outlet buffer portion 32b of the fuel gas flow channel 30, and the first electrode catalyst layer. It has the 2nd electrode catalyst layers 42c and 44c which provide a smaller amount of electrode catalysts than 42b and 44b.

このため、第2電極触媒層42c、44cでは、残存する酸化剤ガス及び燃料ガスにより発電することにより発熱する。従って、第1電極触媒層42b、44bの発電時の生成水(逆拡散する水を含む)は、重力方向に沿って移動した後、気化するために、出口バッファ部28b、32bに滞留して結露することがない。   For this reason, in the 2nd electrode catalyst layers 42c and 44c, it generates heat by generating electricity with residual oxidant gas and fuel gas. Accordingly, the water generated during power generation (including the water that is reversely diffused) in the first electrode catalyst layers 42b and 44b stays in the outlet buffer portions 28b and 32b in order to vaporize after moving along the direction of gravity. There is no condensation.

これにより、生成水は、排出される酸化剤ガス及び燃料ガスを介して、出口バッファ部28b、32bから酸化剤ガス排出連通孔18b及び燃料ガス排出連通孔20bに円滑且つ確実に排出される。このため、酸化剤ガス及び燃料ガスは、酸化剤ガス流路26及び燃料ガス流路30に沿って円滑に流れることができ、効率的な発電が遂行可能になるという効果が得られる。   Thus, the generated water is smoothly and reliably discharged from the outlet buffer portions 28b and 32b to the oxidant gas discharge communication hole 18b and the fuel gas discharge communication hole 20b via the discharged oxidant gas and fuel gas. For this reason, the oxidant gas and the fuel gas can smoothly flow along the oxidant gas flow path 26 and the fuel gas flow path 30, and an effect that efficient power generation can be performed is obtained.

さらに、第2電極触媒層42c、44cは、第1電極触媒層42b、44bよりも少量の電極触媒を設けて形成されている。その際、第2電極触媒層42c、44cに塗布される電極触媒の量は、出口バッファ部28b、32bに結露を生じさせない発熱が得られる最小限でよい。従って、第2電極触媒層42c、44cでは、活性化過電圧が増加して発熱量が大きくなり、生成水が気化し易くなって、排水性が向上するとともに、電極触媒量が有効に削減されて経済的である。   Further, the second electrode catalyst layers 42c and 44c are formed by providing a smaller amount of electrode catalyst than the first electrode catalyst layers 42b and 44b. At this time, the amount of the electrode catalyst applied to the second electrode catalyst layers 42c and 44c may be the minimum that can generate heat that does not cause condensation in the outlet buffer portions 28b and 32b. Therefore, in the second electrode catalyst layers 42c and 44c, the activation overvoltage increases and the calorific value increases, the generated water is easily vaporized, drainage is improved, and the electrode catalyst amount is effectively reduced. Economical.

しかも、出口バッファ部28b、32bに対応する部位にのみ第2電極触媒層42c、44cが設けられており、入口バッファ部28a、32aに対応する部位には、電極触媒が使用されていない。このため、コストの削減が図られるとともに、入口バッファ部28a、32aに対応して発電されることがなく、発電時の生成水が、酸化剤ガス及び燃料ガスの流配性を低下させることを回避することができる。   Moreover, the second electrode catalyst layers 42c and 44c are provided only in the portions corresponding to the outlet buffer portions 28b and 32b, and no electrode catalyst is used in the portions corresponding to the inlet buffer portions 28a and 32a. For this reason, it is possible to reduce costs, and no power is generated corresponding to the inlet buffer portions 28a and 32a, and the generated water during power generation reduces the flowability of the oxidant gas and the fuel gas. It can be avoided.

本発明の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory view of the fuel cell concerning the embodiment of the present invention. 前記燃料電池の断面説明図である。2 is a cross-sectional explanatory view of the fuel cell. FIG. 前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体のカソード側電極を説明する正面図である。It is a front view explaining the cathode side electrode of the electrolyte membrane and electrode structure which comprises the said fuel cell. 前記電解質膜・電極構造体のアノード側電極を説明する正面図である。It is a front view explaining the anode side electrode of the said electrolyte membrane electrode structure. 特許文献1の固体高分子電解質燃料電池の説明図である。1 is an explanatory diagram of a solid polymer electrolyte fuel cell of Patent Document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池 12…電解質膜・電極構造体
14、16…セパレータ 18a…酸化剤ガス供給連通孔
18b…酸化剤ガス排出連通孔 20a…燃料ガス供給連通孔
20b…燃料ガス排出連通孔 22a…冷却媒体供給連通孔
22b…冷却媒体排出連通孔 26…酸化剤ガス流路
28a、32a…入口バッファ部 28b、32b…出口バッファ部
30…燃料ガス流路 34…冷却媒体流路
42a、44a…ガス拡散層
42b、42c、44b、44c…電極触媒層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 12 ... Electrolyte membrane electrode assembly 14, 16 ... Separator 18a ... Oxidant gas supply communication hole 18b ... Oxidant gas discharge communication hole 20a ... Fuel gas supply communication hole 20b ... Fuel gas discharge communication hole 22a ... Cooling Medium supply communication hole 22b ... Cooling medium discharge communication hole 26 ... Oxidant gas flow path 28a, 32a ... Inlet buffer section 28b, 32b ... Outlet buffer section 30 ... Fuel gas flow path 34 ... Cooling medium flow path 42a, 44a ... Gas diffusion Layers 42b, 42c, 44b, 44c ... Electrode catalyst layer

Claims (2)

電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体とセパレータとを有し、前記セパレータは、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、前記反応ガス流路の少なくとも下流側に出口バッファ部が設けられる燃料電池であって、
前記電解質・電極構造体は、前記反応ガス流路に対応して電極触媒を設けることにより形成される第1電極触媒層と、
前記出口バッファ部に対応して前記第1電極触媒層よりも少量の電極触媒を設けることにより形成される第2電極触媒層と、
を有することを特徴とする燃料電池。
The separator has an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte, and the separator has a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode surface, and the reaction gas flow A fuel cell in which an outlet buffer is provided at least on the downstream side of the path,
The electrolyte / electrode structure includes a first electrode catalyst layer formed by providing an electrode catalyst corresponding to the reaction gas flow path,
A second electrode catalyst layer formed by providing a smaller amount of electrode catalyst than the first electrode catalyst layer corresponding to the outlet buffer portion;
A fuel cell comprising:
電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体とセパレータとを有し、前記セパレータは、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、前記反応ガス流路の少なくとも下流側に出口バッファ部が設けられる燃料電池の排水方法であって、
前記反応ガス流路に反応ガスを供給することにより、電極面で発電を行う工程と、
前記出口バッファ部に対応して前記電極面よりも少量の電極触媒を設けることにより形成される発熱面に、前記電極面に沿って移動した前記反応ガスが供給されることにより、前記発熱面の発熱作用下に前記出口バッファ部から生成水を除去する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池の排水方法。
The separator has an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte, and the separator has a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode surface, and the reaction gas flow A drainage method for a fuel cell, wherein an outlet buffer is provided at least downstream of the path,
A step of generating power on the electrode surface by supplying a reactive gas to the reactive gas flow path;
The reaction gas moved along the electrode surface is supplied to a heat generation surface formed by providing a smaller amount of electrode catalyst than the electrode surface corresponding to the outlet buffer unit, thereby Removing generated water from the outlet buffer portion under an exothermic action;
A method for draining a fuel cell, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011070805A (en) * 2009-09-24 2011-04-07 Honda Motor Co Ltd Solid polymer type fuel cell
JP2011150853A (en) * 2010-01-20 2011-08-04 Honda Motor Co Ltd Solid polymer fuel cell

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