JP2009252442A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell enabled to have enough moisture drainage in a circulation channel of reaction gas. <P>SOLUTION: A first diffusion layer material constituting a fuel electrode diffusion layer in a unit cell 50a provided at an upstream side of a fuel gas supply manifold 64 in the vicinity of a fuel gas supply port 46 is to have a higher compression rate than a second diffusion layer material constituting a fuel electrode diffusion layer in a unit cell 50b provided at a downstream side of a fuel gas supply manifold 64 separated from the fuel gas supply port 46. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池の最小単位に相当する、一般的な単セル(燃料電池単セルとも称する)の構成について、特に電極部分を含む要部の構成の概略について説明する。図4に例示するように、酸化極触媒層12(酸化極またはカソード触媒層とも称する)と燃料極触媒層14(燃料極またはアノード触媒層とも称する)を、電解質膜10を挟んで互いに対向するように設けた膜電極接合体(MEA)30が構成されている。また、酸化極触媒層12の外側には酸化極拡散層116が、燃料極触媒層14の外側には燃料極拡散層118が、それぞれ設けられている。さらに、酸化極拡散層116の外側には、その両面に酸化ガス流路溝20およびセル冷媒流路溝22が形成された酸化極側セパレータ26が、燃料極拡散層18の外側には、その両面に燃料ガス流路溝24およびセル冷媒流路溝22が形成された燃料極側セパレータ28が、それぞれ設けられており、これらを例えば、接着や圧着などにより一体化させて、単セル150が形成される。   An outline of a configuration of a general unit cell (also referred to as a fuel cell unit cell) corresponding to the minimum unit of the fuel cell, in particular, a main part including an electrode portion will be described. As illustrated in FIG. 4, the oxidation electrode catalyst layer 12 (also referred to as an oxidation electrode or a cathode catalyst layer) and the fuel electrode catalyst layer 14 (also referred to as a fuel electrode or an anode catalyst layer) face each other with the electrolyte membrane 10 interposed therebetween. A membrane electrode assembly (MEA) 30 provided as described above is configured. An oxidation electrode diffusion layer 116 is provided outside the oxidation electrode catalyst layer 12, and a fuel electrode diffusion layer 118 is provided outside the fuel electrode catalyst layer 14. Further, on the outer side of the oxidation electrode diffusion layer 116, an oxidation electrode side separator 26 in which the oxidizing gas flow channel groove 20 and the cell refrigerant flow channel groove 22 are formed on both surfaces thereof is provided on the outer side of the fuel electrode diffusion layer 18. A fuel electrode side separator 28 having a fuel gas channel groove 24 and a cell refrigerant channel groove 22 formed on both sides is provided, respectively, and these are integrated by, for example, adhesion or pressure bonding, so that the single cell 150 is formed. It is formed.

得られた単セル150を複数枚積層させることにより、所望の発電性能を獲得することが可能となる。図5に例示するように、積層した単セル150の積層端をそれぞれ集電板52,54で挟み込み、さらにその外側に絶縁板56,58およびエンドプレート60,62で順に挟持して、その外側から例えば図示しないボルト等による締結などの方法により全体を積層方向に押圧保持し、固定され、燃料電池500が構成される。   By stacking a plurality of the obtained single cells 150, it is possible to obtain desired power generation performance. As illustrated in FIG. 5, the stacked ends of the stacked single cells 150 are sandwiched between current collector plates 52 and 54, respectively, and are further sandwiched between insulating plates 56 and 58 and end plates 60 and 62 in order. From, for example, the whole is pressed and held in the stacking direction by a method such as fastening with a bolt or the like (not shown), and the fuel cell 500 is configured.

燃料電池は一般に、図4に示す酸化極触媒層12に酸素ガスや空気等の酸化ガスを、燃料極触媒層14に水素ガスや改質ガス等の燃料ガスを、図5に示す各反応ガス供給マニホールド164から図4に示す酸化ガス流路132/燃料ガス流路134を経由してそれぞれ独立して供給し、発電する。このような燃料電池は一般に、発電時には化学反応に伴う熱を発生するが、安定した発電を維持するためには例えば60℃から100℃程度の所定の温度範囲となるように制御することが必要であるため、水やエチレングリコールなどの冷却媒体(冷媒)を各単セルに設けられたセル冷媒流路36に流通させて燃料電池の過熱を防止している。このように燃料極および酸化極を含む電極部分において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能する。なお、「反応ガス」とは、燃料ガスおよび/または酸化ガスの総称である。   In general, the fuel cell has an oxidation gas such as oxygen gas or air in the oxidation electrode catalyst layer 12 shown in FIG. 4, a fuel gas such as hydrogen gas or reformed gas in the fuel electrode catalyst layer 14, and the reaction gases shown in FIG. Electric power is supplied from the supply manifold 164 via the oxidizing gas channel 132 / fuel gas channel 134 shown in FIG. 4 and independently. In general, such a fuel cell generates heat associated with a chemical reaction during power generation. However, in order to maintain stable power generation, it is necessary to control the temperature to be within a predetermined temperature range of, for example, about 60 ° C to 100 ° C. Therefore, a cooling medium (refrigerant) such as water or ethylene glycol is circulated through the cell refrigerant channel 36 provided in each single cell to prevent overheating of the fuel cell. Thus, a chemical reaction occurs in the electrode portion including the fuel electrode and the oxidation electrode, and charges are generated to function as a battery. “Reactive gas” is a general term for fuel gas and / or oxidizing gas.

一般に燃料電池が良好な発電を行なうためには、例えばパーフルオロ系、パーフルオロスルホン酸系等のフッ素系イオン交換樹脂などが用いられる電解質膜10に対して所定の水分量(含水量)を維持させて、プロトン透過性膜としての機能を発揮させることが好適である。電解質膜10の含水量の不足に伴う、いわゆるドライアップの発生を防止するため、例えば燃料電池内に供給する反応ガスのいずれか一方、または両方を加湿させ、電解質膜10の水分調節を行なう。   In general, in order for a fuel cell to generate electric power satisfactorily, a predetermined amount of water (water content) is maintained with respect to the electrolyte membrane 10 in which, for example, a fluorine-based ion exchange resin such as perfluoro-based or perfluorosulfonic acid is used. Thus, it is preferable to exhibit the function as a proton permeable membrane. In order to prevent so-called dry-up due to insufficient water content of the electrolyte membrane 10, for example, either or both of the reactive gases supplied into the fuel cell are humidified to adjust the moisture of the electrolyte membrane 10.

一方、燃料電池に対する水分の供給量が所定の量を超えると、ガス流路内においてガス中の水分が凝縮し、液体の水(液水)を生成する場合がある(これを凝縮水と称する)。この凝縮水がガス流路や拡散層を塞いでしまうと、反応に必要な原料ガスつまり反応ガスの、触媒層への供給が不十分となってしまう、いわゆるフラッディングと呼ばれる現象が発生し、発電効率が低下するばかりでなく、運転状態が不安定となり、場合によってはシステムの停止に繋がるおそれもある。   On the other hand, if the amount of moisture supplied to the fuel cell exceeds a predetermined amount, the moisture in the gas may be condensed in the gas flow path to generate liquid water (liquid water) (this is referred to as condensed water). ). If this condensed water blocks the gas flow path and the diffusion layer, a so-called flooding phenomenon occurs in which the supply of the source gas necessary for the reaction, that is, the reaction gas, to the catalyst layer becomes insufficient. Not only is the efficiency lowered, but the operating state becomes unstable, and in some cases, the system may be stopped.

例えば、燃料極側のガス流路、つまり燃料ガスが流通しているガス流路においては、燃料ガスの流通量は一般に、酸化極側のガス流路、つまり酸化ガスが流通しているガス流路を流通する酸化ガスの流通量よりも少ない。その上、燃料極における水素の消費に伴い、燃料ガス(のオフガス)の流通量が、各単セルの燃料ガス流路の上流側から下流側に進むにつれて次第に低下するばかりでなく、流路内の圧力損失によりガスの流速も次第に低下する。このため、セルスタックの積層枚数や燃料ガス流路の形状および長さによっては、燃料ガスの流通を利用するだけではガス流路内からの水分の排出が十分でない場合があり得る。   For example, in the gas flow path on the fuel electrode side, that is, the gas flow path in which the fuel gas flows, the flow rate of the fuel gas is generally the gas flow path on the oxidation electrode side, that is, the gas flow in which the oxidation gas flows. Less than the amount of oxidant gas flowing through the road. In addition, with the consumption of hydrogen at the fuel electrode, the flow rate of the fuel gas (off gas) not only gradually decreases from the upstream side to the downstream side of the fuel gas flow path of each single cell, but also in the flow path. The gas flow rate also gradually decreases due to the pressure loss. For this reason, depending on the number of stacked cell stacks and the shape and length of the fuel gas flow path, it may not be sufficient to discharge moisture from the gas flow path only by using the fuel gas flow.

このように、燃料電池のより安定した運転には、燃料ガスや酸化ガスの流通における、運転条件や各電極の特性に応じた好適な排水性が要求される。   As described above, a more stable operation of the fuel cell requires a suitable drainage according to the operation conditions and the characteristics of each electrode in the flow of the fuel gas and the oxidizing gas.

特許文献1には、セパレータ表面のガス流路溝の断面積または本数を異ならせることにより少なくとも2つの単セル間の圧力損失値を異ならせ、積層された単セルのうち、ガスの供給側から遠いセルの圧力損失を少なくする技術について記載されている。   In Patent Document 1, the pressure loss value between at least two single cells is made different by changing the cross-sectional area or the number of gas flow channel grooves on the separator surface, and from the gas supply side among the stacked single cells. A technique for reducing the pressure loss of distant cells is described.

特許文献2には、導電性を有するカーボン短繊維を使用し、抄紙法により作製したシートを集積させてなる拡散層の製造方法について記載されている。   Patent Document 2 describes a method for producing a diffusion layer obtained by accumulating sheets produced by a papermaking method using carbon short fibers having conductivity.

特許文献3には、積層された単セルのうち、ガスの供給側から遠いセルにおけるセパレータに形成されたガス流路溝の断面積を大きくもしくはガス流路の長さを短くして圧力損失を少なくする技術について記載されている。   In Patent Document 3, among the stacked single cells, the pressure loss is reduced by increasing the cross-sectional area of the gas flow channel groove formed in the separator in the cell far from the gas supply side or shortening the length of the gas flow channel. It describes the technology to reduce.

特開2005−56671号公報JP 2005-56671 A 特開2004−273392号公報JP 2004-273392 A 特開2004−179061号公報JP 2004-179061 A

本発明は、反応ガスの流通経路における十分な水分排出性を有することが可能となる燃料電池を提供する。   The present invention provides a fuel cell that can have a sufficient water discharging property in a reaction gas flow path.

本発明の構成は以下のとおりである。   The configuration of the present invention is as follows.

(1)電解質膜および前記電解質膜を挟んで対面する一対の触媒層を含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟んで対面する一対の拡散層と、を備える単セルを、複数積層させてなるセルスタックと、前記セルスタックの内部に反応ガスを供給するための反応ガス供給口を備え、前記セルスタックを貫通する反応ガス供給マニホールドと、前記反応ガス供給マニホールドから供給された前記反応ガスを前記単セルのそれぞれに分配し、前記触媒層に流通させるための反応ガス流路と、前記反応ガス流路を介して前記拡散層と対面するセパレータと、を備え、前記反応ガス供給口の近傍であって、前記反応ガス供給マニホールドの上流側に設けられた単セル内の拡散層を構成する第1の拡散層材料が、前記反応ガス供給口から離間する、前記反応ガス供給マニホールドの下流側に設けられた単セル内の拡散層を構成する第2の拡散層材料よりも高い圧縮率を有する、燃料電池。   (1) A plurality of unit cells each including a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane and a pair of catalyst layers facing each other with the electrolyte membrane interposed therebetween, and a pair of diffusion layers facing each other with the membrane electrode assembly interposed therebetween And a reaction gas supply port for supplying a reaction gas into the cell stack, the reaction gas supply manifold penetrating the cell stack, and the reaction supplied from the reaction gas supply manifold. A reaction gas flow path for distributing gas to each of the single cells and flowing through the catalyst layer; and a separator facing the diffusion layer via the reaction gas flow path, the reaction gas supply port The first diffusion layer material constituting the diffusion layer in the single cell provided on the upstream side of the reaction gas supply manifold is spaced apart from the reaction gas supply port. It has a higher compression ratio than the second diffusion layer material constituting the diffusion layer in the unit cell provided on the downstream side of the response gas supply manifold, a fuel cell.

(2)上記(1)に記載の燃料電池において、前記第1の拡散層材料からなる拡散層と対面する第1のセパレータの表面に形成された反応ガス流路溝が、前記第2の拡散層材料からなる拡散層と対面する第2のセパレータの表面に形成された反応ガス流路溝と同じ形状を有する、燃料電池。   (2) In the fuel cell according to the above (1), the reaction gas channel groove formed on the surface of the first separator facing the diffusion layer made of the first diffusion layer material has the second diffusion. A fuel cell having the same shape as a reaction gas channel groove formed on a surface of a second separator facing a diffusion layer made of a layer material.

(3)上記(1)または(2)に記載の燃料電池において、前記第1の拡散層材料が、抄紙用の網状部材に導電性繊維を含む分散液を透過させ、前記網状部材に前記導電性繊維を堆積させる抄紙法を含み形成された抄紙様基材である、燃料電池。   (3) In the fuel cell according to the above (1) or (2), the first diffusion layer material allows a dispersion liquid containing conductive fibers to permeate the mesh member for papermaking, and the conductive material passes through the mesh member. A fuel cell, which is a paper-like substrate formed including a paper-making method for depositing conductive fibers.

(4)上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の燃料電池において、前記第2の拡散層材料が、抄紙法で形成された基材を炭化、黒鉛化したカーボンペーパーである、燃料電池。   (4) In the fuel cell according to any one of (1) to (3), the second diffusion layer material is carbon paper obtained by carbonizing and graphitizing a substrate formed by a papermaking method. ,Fuel cell.

(5)上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の燃料電池において、前記一対の電極が、前記反応ガスとして酸化ガスを用いる酸化極と、前記反応ガスとして燃料ガスを用いる燃料極と、からなり、前記第1の拡散層材料および前記第2の拡散層材料が、燃料極拡散層を構成する拡散層材料である、燃料電池。   (5) In the fuel cell according to any one of (1) to (4), the pair of electrodes includes an oxidizing electrode that uses an oxidizing gas as the reactive gas, and a fuel that uses a fuel gas as the reactive gas. A fuel cell, wherein the first diffusion layer material and the second diffusion layer material are diffusion layer materials constituting the fuel electrode diffusion layer.

本発明によれば、反応ガスの流通経路における十分な水分排出性を有することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to have a sufficient water discharging property in the reaction gas flow path.

本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図面において、図4,5に示す構成と同様のものについては同じ符号を付し、その説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each drawing demonstrated below, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the structure shown in FIG.4, 5, and the description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明の実施の形態における燃料電池の構成の概略を示す模式図である。図1に示す燃料電池100において、燃料ガス供給口46の近傍であって、燃料ガス供給マニホールド64の上流側には単セル50aが、燃料ガス供給口46から離間する、燃料ガス供給マニホールド64の下流側には単セル50bが、それぞれ設けられている。図1に示す単セル50a,50bについて、図2を用いてさらに説明する。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. In the fuel cell 100 shown in FIG. 1, a single cell 50 a is located near the fuel gas supply port 46 and upstream of the fuel gas supply manifold 64, and is separated from the fuel gas supply port 46. A single cell 50b is provided on each downstream side. The single cells 50a and 50b shown in FIG. 1 will be further described with reference to FIG.

図2は、図1に示す単セル50a,50bの要部について、その構成の概略をそれぞれ示す拡大図である。図2(a)に示す単セル50aには、燃料極拡散層18が設けられており、燃料極側セパレータ28表面の燃料ガス流路溝24との間に燃料ガス流路34が形成されている。一方、図2(b)に示す単セル50bには、燃料極拡散層38が設けられており、燃料極側セパレータ28表面の燃料ガス流路溝24との間に燃料ガス流路44が形成されている。つまり、図2に示す単セル50a,50bは、燃料極拡散層の構成を除き、図4,5に示す単セル150(150a,150b)とほぼ同様の構成を有している。   FIG. 2 is an enlarged view showing an outline of the configuration of the main parts of the single cells 50a and 50b shown in FIG. A unit cell 50a shown in FIG. 2A is provided with a fuel electrode diffusion layer 18, and a fuel gas channel 34 is formed between the fuel gas channel groove 24 on the surface of the fuel electrode side separator 28. Yes. On the other hand, the unit cell 50b shown in FIG. 2B is provided with a fuel electrode diffusion layer 38, and a fuel gas channel 44 is formed between the surface of the fuel electrode side separator 28 and the fuel gas channel groove 24. Has been. That is, the single cells 50a and 50b shown in FIG. 2 have substantially the same configuration as the single cells 150 (150a and 150b) shown in FIGS. 4 and 5 except for the configuration of the anode diffusion layer.

図3は、図2に示す単セル50a,50bのそれぞれを拡大し、燃料極拡散層と燃料ガス流路溝24との間に形成される燃料ガス流路の形状についてさらに説明する図である。図3において、燃料極拡散層18(単セル50a)を構成する拡散層材料(第1の拡散層材料)18a(図3(a))は、燃料極拡散層38(単セル50b)を構成する拡散層材料(第2の拡散層材料)38a(図3(b))よりも高い圧縮率を有している。このため、図3(a)に示すように、高い圧縮率を有する拡散層材料18aを適用し、拡散層材料38aと燃料極側セパレータ28とを所定の圧力にて押圧挟持させた場合、燃料極拡散層18の、燃料ガス流路溝24へのはみ出し(「垂れ込み」とも称する)40の程度が大きくなり、燃料ガス流路34の断面積を狭める一方、図3(b)では、拡散層材料38aと燃料極側セパレータ28とを図3(a)の場合と同程度の圧力にて押圧挟持させた場合でも、燃料極拡散層38の垂れ込み42はわずかである。   FIG. 3 is an enlarged view of each of the single cells 50a and 50b shown in FIG. 2, and further illustrates the shape of the fuel gas flow path formed between the fuel electrode diffusion layer and the fuel gas flow path groove 24. FIG. . In FIG. 3, the diffusion layer material (first diffusion layer material) 18a (FIG. 3A) constituting the anode diffusion layer 18 (single cell 50a) constitutes the anode diffusion layer 38 (single cell 50b). It has a higher compression ratio than the diffusion layer material (second diffusion layer material) 38a (FIG. 3B). Therefore, as shown in FIG. 3A, when the diffusion layer material 18a having a high compressibility is applied and the diffusion layer material 38a and the fuel electrode side separator 28 are pressed and sandwiched at a predetermined pressure, the fuel While the degree of protrusion (also referred to as “sagging”) 40 of the pole diffusion layer 18 into the fuel gas flow channel groove 24 increases and the cross-sectional area of the fuel gas flow channel 34 decreases, in FIG. Even when the layer material 38a and the fuel electrode side separator 28 are pressed and clamped at the same pressure as in FIG. 3A, the sag 42 of the fuel electrode diffusion layer 38 is slight.

このように、圧縮率の相違する拡散層材料を組み合わせて使用すると、その圧縮率の相違に基づいて燃料極拡散層(材料)の垂れ込みの程度に差異が生じる。このため、例えば同形状の燃料ガス流路溝が形成された燃料極側セパレータを使用する場合であっても、これと組み合わせて使用する拡散層材料の圧縮率の相違に基づき、各単セルにおいて燃料ガス流路の流路容積に差異が生じることになる。流路容積の異なる燃料ガス流路では、内部を流通する燃料ガスに対する圧力損失の程度が異なるため、圧縮率の相違する拡散層材料を用いた各単セルを適切に組み合わせて燃料電池を作製することにより、燃料極側における、燃料ガスの流速の制御に寄与し得る。   As described above, when the diffusion layer materials having different compression ratios are used in combination, a difference occurs in the degree of sagging of the fuel electrode diffusion layer (material) based on the difference in the compression ratios. For this reason, for example, even when using a fuel electrode side separator in which fuel gas flow channel grooves of the same shape are used, in each single cell, based on the difference in compressibility of the diffusion layer material used in combination with this separator A difference occurs in the flow volume of the fuel gas flow path. In fuel gas passages with different passage volumes, the degree of pressure loss with respect to the fuel gas flowing through the inside differs, so a fuel cell is fabricated by appropriately combining the single cells using diffusion layer materials having different compression ratios. This can contribute to the control of the flow rate of the fuel gas on the fuel electrode side.

すなわち、図1に示すように燃料ガス供給マニホールド64の上流側に、高い圧縮率を有する拡散層材料を適用することにより、燃料ガス供給マニホールド64の上流側に配置された単セル50aに対する燃料ガスの流入を制限する一方、燃料ガス供給マニホールド64の下流側では、これよりも圧縮率の低い拡散層材料を適用することにより、燃料ガス供給マニホールド64の下流側に配置された単セル50bに対する燃料ガスの流入を増大させることができる。このため、一般にガスの流通量が低下する傾向にある、燃料ガス供給マニホールド64の下流側の単セル内部においても、流通する燃料ガスによる水分の適切な排出が可能となる。   That is, as shown in FIG. 1, by applying a diffusion layer material having a high compressibility to the upstream side of the fuel gas supply manifold 64, the fuel gas for the single cell 50a disposed on the upstream side of the fuel gas supply manifold 64. On the other hand, on the downstream side of the fuel gas supply manifold 64, the fuel for the single cell 50 b disposed downstream of the fuel gas supply manifold 64 is applied by applying a diffusion layer material having a lower compression rate than that. Gas inflow can be increased. For this reason, even in the single cell downstream of the fuel gas supply manifold 64, which generally tends to decrease the amount of gas flow, it is possible to appropriately discharge moisture from the flowing fuel gas.

本発明の実施の形態において、図1に示す燃料ガス供給マニホールド64の上流側に配置された、高い圧縮率を有する拡散層材料を用いた燃料ガス拡散層を備える単セル50aは1つに限らず、複数であっても良く、セルスタックにおける単セルの積層枚数や燃料ガス流路の形状などに応じて適宜決定することができる。同様に、燃料ガス供給マニホールド64の下流側に配置する、比較的圧縮率の低い拡散層材料を用いた燃料ガス拡散層を備える単セル50bの配置は1つに限らず、複数であっても良く、セルスタックにおける単セルの積層枚数や燃料ガス流路の形状などに応じて適宜決定することができる。   In the embodiment of the present invention, the number of single cells 50a provided with a fuel gas diffusion layer using a diffusion layer material having a high compression ratio, which is arranged on the upstream side of the fuel gas supply manifold 64 shown in FIG. 1, is limited to one. The number of single cells in the cell stack, the shape of the fuel gas flow path, and the like can be determined as appropriate. Similarly, the number of the single cells 50b provided with the fuel gas diffusion layer using the diffusion layer material having a relatively low compressibility disposed on the downstream side of the fuel gas supply manifold 64 is not limited to one, and may be plural. It can be appropriately determined according to the number of single cells stacked in the cell stack, the shape of the fuel gas flow path, and the like.

また、本発明の他の実施の形態として、図1に示す単セル50aと単セル50bとの間に、これらにそれぞれ設けられた各燃料極拡散層を構成する拡散層材料(図2に示す拡散層材料18a,38a)の中間の圧縮率を有する拡散層材料からなる燃料極拡散層を備える単セル50を積層させることも好適である。本実施の形態によれば、単セルの積層部位に応じて燃料ガス流路における圧力損失の制御をさらに細分化することが可能となるため、特に多くの単セルを積層させてなる燃料電池において好適である。   Further, as another embodiment of the present invention, a diffusion layer material (shown in FIG. 2) constituting each fuel electrode diffusion layer provided between the single cell 50a and the single cell 50b shown in FIG. It is also preferable to stack the single cells 50 each including a fuel electrode diffusion layer made of a diffusion layer material having a compression ratio intermediate between the diffusion layer materials 18a and 38a). According to the present embodiment, it becomes possible to further subdivide the control of the pressure loss in the fuel gas flow path according to the stacking portion of the single cells. Therefore, in the fuel cell in which a large number of single cells are stacked. Is preferred.

本発明の実施の形態において、拡散層材料の「圧縮率」とは、例えば、用意した拡散層材料の、単セルとして積層するときの当該積層方向の厚さを基準とし、この積層方向に対して面全体に一定の荷重または圧力(単セルまたはセルスタックを積層させるときの荷重または面圧に相当。例えば、1MPa〜2MPa程度と設定することができる)を加えたときに圧縮される拡散層材料の厚さの程度として表すことができる。このような圧縮率の測定として、より具体的には、JIS L1913 6.12に準拠して行うことができる。ただし、本明細書における拡散層材料の「圧縮率」は、各拡散層材料間の相対比較が可能であれば良く、絶対値はそれほど重要でないため、各拡散層材料においてその「圧縮率」の程度を比較することが可能な方法であればこれに限らない。   In the embodiment of the present invention, the “compressibility” of the diffusion layer material is, for example, based on the thickness of the prepared diffusion layer material in the stacking direction when the diffusion layer material is stacked as a single cell. The diffusion layer is compressed when a constant load or pressure is applied to the entire surface (corresponding to the load or surface pressure when a single cell or a cell stack is laminated. For example, it can be set to about 1 MPa to 2 MPa). It can be expressed as a measure of the thickness of the material. More specifically, the compression rate can be measured in accordance with JIS L1913 6.12. However, the “compressibility” of the diffusion layer material in this specification is not limited as long as the relative comparison between the respective diffusion layer materials is possible, and the absolute value is not so important. The method is not limited to this as long as the degree can be compared.

図1において、燃料ガス供給マニホールド64の上流(燃料ガス供給口46の近傍)側の単セル50aに好適に用いられる、高い圧縮率を有する第1の拡散層材料として、例えば抄紙用の網状部材に導電性繊維を含む分散液を透過させ、この網状部材に導電性繊維を堆積させる抄紙法を含み形成された抄紙様基材を適用することができる。   In FIG. 1, as a first diffusion layer material having a high compression ratio, which is preferably used for the single cell 50a upstream of the fuel gas supply manifold 64 (in the vicinity of the fuel gas supply port 46), for example, a mesh member for papermaking It is possible to apply a paper-like substrate formed by including a paper-making method in which a dispersion liquid containing conductive fibers is permeated and the conductive fibers are deposited on the mesh member.

一方、図1において、燃料ガス供給マニホールド64の下流側に用いられる、第1の拡散層材料よりも圧縮率の小さい第2の拡散層材料として、例えば抄紙法で形成された基材を炭化、黒鉛化したカーボンペーパーを適用することができる。   On the other hand, in FIG. 1, as a second diffusion layer material having a compressibility lower than that of the first diffusion layer material used on the downstream side of the fuel gas supply manifold 64, for example, a base material formed by a papermaking method is carbonized. Graphitized carbon paper can be applied.

本発明の実施の形態において、図3に示す拡散層材料18a,38aは、燃料極拡散層を構成する拡散層材料として説明したが、これを酸化極拡散層に適用することも可能である。例えば、酸化ガス供給マニホールドの上流(酸化ガス供給口の近傍)側に高い圧縮率を有する第1の拡散層材料18aを、酸化ガス供給マニホールドの下流側に第1の拡散層材料18aよりも圧縮率の低い第2の拡散層材料38aをそれぞれ適用することにより、酸化ガス供給マニホールドの下流側においても速やかに酸化ガス流路内の水分を排出させることができる。   In the embodiment of the present invention, the diffusion layer materials 18a and 38a shown in FIG. 3 have been described as the diffusion layer material constituting the fuel electrode diffusion layer, but this can also be applied to the oxidation electrode diffusion layer. For example, the first diffusion layer material 18a having a high compression ratio is compressed on the upstream side (near the oxidation gas supply port) side of the oxidizing gas supply manifold, and the first diffusion layer material 18a is compressed on the downstream side of the oxidizing gas supply manifold. By applying the second diffusion layer material 38a having a low rate, moisture in the oxidizing gas flow channel can be quickly discharged even on the downstream side of the oxidizing gas supply manifold.

圧縮率の異なる拡散層材料を用いることを除いては同様の構成を有する単セルを組み合わせて積層させた燃料電池を作製し、セル電圧の安定性について比較した。   Fuel cells were fabricated by stacking single cells having the same structure except that diffusion layer materials having different compression ratios were used, and the cell voltage stability was compared.

[拡散層材料1(抄紙様基材)の作製]
導電性繊維であるカーボンファイバーの短繊維(代表的な大きさは直径13μm、長さ3mm)とパルプとを質量比6:4で混合し、水中に叩解することにより導電性繊維とパルプとを均一に分散させた抄紙用スラリーを作製した。次いで、この抄紙用スラリーを用い、網状部材にて抄紙処理し、抄紙用スラリーに含まれる固形分を液分から分離し、厚さ約0.3mmの薄層シートを作製した。次いで、カーボンブラック(デンカブラック、電気化学工業製)と撥水剤(PTFE分散液D−1、ダイキン工業製)とを質量比5:2で混合分散させたペーストを作製し、これを薄層シート表面上にロールコータにて塗工し含浸させた。乾燥後、380℃にて1時間焼成し、薄層シートに含まれるパルプを消失させた。このシートを厚みが面内にて均一になるようにホットプレスし、厚さ約0.3mm、密度7.6mg/cmのカーボンシートである拡散層材料1を得た。
[Preparation of diffusion layer material 1 (paper-like substrate)]
Carbon fiber short fibers (typical size is 13 μm in diameter, 3 mm in length) and pulp are mixed at a mass ratio of 6: 4 and beaten in water to mix the conductive fibers and pulp. A paper slurry was uniformly dispersed. Next, using this papermaking slurry, papermaking processing was performed with a net-like member, and the solid content contained in the papermaking slurry was separated from the liquid component to produce a thin layer sheet having a thickness of about 0.3 mm. Next, a paste was prepared by mixing and dispersing carbon black (Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo) and water repellent (PTFE dispersion D-1, manufactured by Daikin Kogyo Co., Ltd.) at a mass ratio of 5: 2. The sheet surface was coated with a roll coater and impregnated. After drying, it was baked at 380 ° C. for 1 hour, and the pulp contained in the thin layer sheet was lost. This sheet was hot-pressed so that the thickness was uniform in the plane, and a diffusion layer material 1 which was a carbon sheet having a thickness of about 0.3 mm and a density of 7.6 mg / cm 2 was obtained.

[拡散層材料2(カーボンペーパー)の作製]
カーボンブラック(デンカブラック、電気化学工業製)と撥水剤(PTFE分散液D−1、ダイキン工業製)とを質量比3:2で混合分散させたペーストを作製し、これを厚さ約0.2mmのカーボンペーパー(TGP−H−060、東レ製)にダイコート法にて塗工し含浸させた。乾燥後、さらに、2層目としてカーボンブラック(VGCF(商品名)、昭和電工製)と撥水剤(PTFE分散液D−1、ダイキン工業製)とを質量比3:2で混合分散させたペーストを作製し、ダイコート法にて塗工し含浸させた。乾燥後、380℃にて1時間焼成し、厚さ約0.3mm、密度7.8mg/cmの拡散層材料2を得た。
[Production of diffusion layer material 2 (carbon paper)]
A paste was prepared by mixing and dispersing carbon black (Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo) and a water repellent (PTFE dispersion D-1, manufactured by Daikin Industries) at a mass ratio of 3: 2, and the thickness was about 0. .2 mm carbon paper (TGP-H-060, manufactured by Toray Industries, Inc.) was coated and impregnated by the die coating method. After drying, carbon black (VGCF (trade name), manufactured by Showa Denko) and water repellent (PTFE dispersion D-1, manufactured by Daikin Industries) were mixed and dispersed at a mass ratio of 3: 2 as the second layer. A paste was prepared and applied and impregnated by a die coating method. After drying, baking was performed at 380 ° C. for 1 hour to obtain a diffusion layer material 2 having a thickness of about 0.3 mm and a density of 7.8 mg / cm 2 .

[拡散層材料3の作製]
カーボンブラック(デンカブラック、電気化学工業製)と撥水剤(PTFE分散液D−1、ダイキン工業製)とを質量比3:2で混合分散させたペーストを作製し、これを厚さ約0.2mmのカーボンペーパー(TGP−H−060、東レ製)にドクターブレード法にて塗工し含浸させた。乾燥後、380℃にて1時間焼成し、厚さ約0.3mm、密度6.5mg/cmの拡散層材料3を得た。
[Production of Diffusion Layer Material 3]
A paste was prepared by mixing and dispersing carbon black (Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo) and a water repellent (PTFE dispersion D-1, manufactured by Daikin Industries) at a mass ratio of 3: 2, and the thickness was about 0. A 2 mm carbon paper (TGP-H-060, manufactured by Toray Industries, Inc.) was applied by a doctor blade method and impregnated. After drying, baking was performed at 380 ° C. for 1 hour to obtain a diffusion layer material 3 having a thickness of about 0.3 mm and a density of 6.5 mg / cm 2 .

拡散層材料1〜3について、その「圧縮率」の程度を比較した。具体的には、各拡散層材料の、荷重をかけていないときの厚さを100とし、これに一定の面圧(1MPa、2MPa)にて押圧したときの厚みをn=10でそれぞれ測定し、平均した。結果を表1に示す。   About the diffusion layer materials 1-3, the degree of the "compression rate" was compared. Specifically, the thickness of each diffusion layer material when the load is not applied is set to 100, and the thickness when pressed at a constant surface pressure (1 MPa, 2 MPa) is measured at n = 10. Averaged. The results are shown in Table 1.

Figure 2009252442
Figure 2009252442

表1に示すように、面圧の程度によりその圧縮の程度は異なるものの、拡散層材料1が最も高い圧縮率を有し、拡散層材料2が最も低い圧縮率を有していることがわかる。   As shown in Table 1, although the degree of compression varies depending on the degree of surface pressure, it can be seen that the diffusion layer material 1 has the highest compression ratio and the diffusion layer material 2 has the lowest compression ratio. .

[単セル1の作製]
燃料極拡散層として上述した拡散層材料1を、酸化極拡散層として拡散層材料3を、それぞれ使用し、図2に示すような構成を有する単セル1を作製した。
[Production of single cell 1]
Using the diffusion layer material 1 described above as the fuel electrode diffusion layer and the diffusion layer material 3 as the oxidation electrode diffusion layer, a single cell 1 having a configuration as shown in FIG. 2 was produced.

[単セル2の作製]
燃料極拡散層として拡散層材料2を使用したことを除き、単セル1と同様の構成を有する単セル2を作製した。
[Production of single cell 2]
A single cell 2 having the same configuration as that of the single cell 1 was prepared except that the diffusion layer material 2 was used as the fuel electrode diffusion layer.

[単セル3の作製]
燃料極拡散層として拡散層材料3を使用したことを除き、単セル1と同様の構成を有する単セル3を作製した。
[Production of single cell 3]
A single cell 3 having the same configuration as the single cell 1 was produced except that the diffusion layer material 3 was used as the fuel electrode diffusion layer.

次に、単セル1〜3を組み合わせて、図1に示すような構成を有する燃料電池を作製した。   Next, the fuel cell which has a structure as shown in FIG. 1 was produced combining the single cells 1-3.

[燃料電池1の作製]
図1において、燃料ガス供給口46の近傍側である、燃料ガス供給マニホールド64の上流側に単セル1を、燃料ガス供給口46から離間する、燃料ガス供給マニホールド64の下流側に単セル2をそれぞれ設け、さらにその中間に単セル3を積層させた燃料電池1を作製した。なお、セルスタックを構成する単セルの総積層枚数は10枚とし、うち単セル1,2はそれぞれ2枚ずつとした。また、エンドセル60,62締結時における、単セル積層方向への面圧は1MPaに設定した。
[Fabrication of fuel cell 1]
In FIG. 1, the single cell 1 is located on the upstream side of the fuel gas supply manifold 64, which is in the vicinity of the fuel gas supply port 46, and the single cell 2 is located on the downstream side of the fuel gas supply manifold 64, which is separated from the fuel gas supply port 46. Were prepared, and a fuel cell 1 in which single cells 3 were stacked in the middle was prepared. The total number of single cells constituting the cell stack was 10 pieces, of which 2 single cells 1 and 2 each. Further, the surface pressure in the single cell stacking direction when the end cells 60 and 62 were fastened was set to 1 MPa.

[燃料電池2の作製]
単セル1に代えて単セル2を、単セル2に代えて単セル1を、それぞれ用いたことを除き、燃料電池1と同様の構成を有する燃料電池2を作製した。
[Fabrication of fuel cell 2]
A fuel cell 2 having the same configuration as that of the fuel cell 1 was produced except that the single cell 2 was used instead of the single cell 1 and the single cell 1 was used instead of the single cell 2.

[燃料電池3の作製]
すべての単セルを単セル3としたことを除き、燃料電池1と同様の構成を有する燃料電池3を作製した。
[Fabrication of fuel cell 3]
A fuel cell 3 having the same configuration as that of the fuel cell 1 was manufactured except that all the single cells were replaced with the single cell 3.

なお、以下の説明において、それぞれ10枚の単セルを積層させた燃料電池1〜3における、燃料ガス供給マニホールド64の最上流側の単セルをセルナンバー1、燃料ガス供給マニホールド64の最下流側の単セルをセルナンバー10、その中間に配置された単セルも同様にセルナンバー2〜9と称する。   In the following description, the single cell on the most upstream side of the fuel gas supply manifold 64 is the cell number 1 in the fuel cells 1 to 3 in which 10 single cells are stacked, and the most downstream side of the fuel gas supply manifold 64. These single cells are also referred to as cell number 10, and single cells arranged in the middle are also referred to as cell numbers 2-9.

[燃料電池性能の評価]
・ 燃料ガス利用率限界試験
[実施例1]
作製した燃料電池1を用い、燃料ガスとして、純水素ガスを、酸化ガスとして、空気を、それぞれ使用し、酸化ガス利用率を一定とした場合に、燃料ガス利用率を段階的に上げていき、どの程度まで安定した電池性能が発揮できるかを評価した。測定条件は、次の通りである:電流密度=0.078A/cm、酸化ガス利用率=50%、露点温度(アノード/カソード)=60℃/65℃、(冷却水温度)セルスタックへの入口温度=71℃,セルスタックからの出口温度=72℃。なお、測定は、各燃料ガス利用率において10分間連続運転し、そのときのセルナンバー1,5,10の単セルにおける平均セル電圧と、標準偏差をσとしたときの最大の3σの値(3σmax)をそれぞれ算出した。表2に結果を示す。
[Evaluation of fuel cell performance]
・ Fuel gas utilization rate limit test [Example 1]
When the produced fuel cell 1 is used and pure hydrogen gas is used as the fuel gas, air is used as the oxidizing gas, and the oxidizing gas utilization rate is constant, the fuel gas utilization rate is gradually increased. To what extent, stable battery performance can be demonstrated. The measurement conditions are as follows: current density = 0.078 A / cm 2 , oxidizing gas utilization rate = 50%, dew point temperature (anode / cathode) = 60 ° C./65° C., (cooling water temperature) to cell stack Inlet temperature = 71 ° C., outlet temperature from cell stack = 72 ° C. The measurement is carried out continuously for 10 minutes at each fuel gas utilization rate, the average cell voltage in the single cells of cell numbers 1, 5, and 10 at that time, and the maximum value of 3σ when the standard deviation is σ ( 3σ max ) were calculated respectively. Table 2 shows the results.

Figure 2009252442
Figure 2009252442

表2によれば、燃料ガスの利用率80%まで安定した運転が行われていることがわかる。   According to Table 2, it can be seen that stable operation is performed up to a fuel gas utilization rate of 80%.

[比較例1]
燃料電池2を用いたことを除き、実施例1と同様の試験を行った。表3に結果を示す。
[Comparative Example 1]
The same test as in Example 1 was performed except that the fuel cell 2 was used. Table 3 shows the results.

Figure 2009252442
Figure 2009252442

表3に示すように、燃料ガスの利用率80%では安定した運転を行うことができなかった。   As shown in Table 3, stable operation could not be performed at a fuel gas utilization rate of 80%.

[比較例2]
燃料電池3を用いたことを除き、実施例1と同様の試験を行った。セル電圧および3σmaxの測定はセルナンバー5のみとし、その結果を表4に示す。
[Comparative Example 2]
The same test as in Example 1 was performed except that the fuel cell 3 was used. The cell voltage and 3σ max are measured only for cell number 5, and the results are shown in Table 4.

Figure 2009252442
Figure 2009252442

表4に示すように、燃料ガスの利用率80%ではセル電圧のばらつきが大きく、安定した運転を行うことができなかった。   As shown in Table 4, when the fuel gas utilization rate was 80%, the cell voltage varied greatly and stable operation could not be performed.

・ 酸化ガス利用率限界試験
[実施例2]
燃料電池1を用い、燃料ガスとして、純水素ガスを、酸化ガスとして、空気を、それぞれ使用し、燃料ガス利用率を一定とした場合に、酸化ガス利用率を段階的に上げていき、どの程度まで安定した電池性能が発揮できるかを評価した。測定条件は、次の通りである:電流密度=0.078A/cm、燃料ガス利用率=70%、露点温度(アノード/カソード)=60℃/65℃、(冷却水温度)セルスタックへの入口温度=71℃,セルスタックからの出口温度=72℃。なお、測定は、各酸化ガス利用率において10分間連続運転し、そのときのセルナンバー1,5,10の単セルにおける平均セル電圧と、標準偏差をσとしたときの最大の3σの値(3σmax)をそれぞれ算出した。表5に結果を示す。
・ Oxidizing gas utilization rate limit test [Example 2]
When the fuel cell 1 is used, pure hydrogen gas is used as the fuel gas, air is used as the oxidizing gas, and air is used, and the fuel gas usage rate is constant, the oxidizing gas usage rate is increased step by step. It was evaluated whether stable battery performance could be exhibited to the extent. Measurement conditions are as follows: current density = 0.078 A / cm 2 , fuel gas utilization rate = 70%, dew point temperature (anode / cathode) = 60 ° C./65° C., (cooling water temperature) to cell stack Inlet temperature = 71 ° C., outlet temperature from cell stack = 72 ° C. In addition, the measurement is carried out continuously for 10 minutes at each oxidizing gas utilization rate, the average cell voltage in the single cells of the cell numbers 1, 5 and 10 at that time, and the maximum value of 3σ when the standard deviation is σ ( 3σ max ) were calculated respectively. Table 5 shows the results.

Figure 2009252442
Figure 2009252442

表5によれば、酸化ガスの利用率65%まで安定した運転が行われていることがわかる。   According to Table 5, it turns out that the driving | operation stable to the utilization factor of 65% of oxidizing gas is performed.

[比較例3]
燃料電池2を用いたことを除き、実施例2と同様の試験を行った。表6に結果を示す。
[Comparative Example 3]
The same test as in Example 2 was performed except that the fuel cell 2 was used. Table 6 shows the results.

Figure 2009252442
Figure 2009252442

表6に示すように、酸化ガスの利用率55%では安定した運転を行うことができなかった。   As shown in Table 6, a stable operation could not be performed at an oxidation gas utilization rate of 55%.

[比較例4]
燃料電池3を用いたことを除き、実施例2と同様の試験を行った。セル電圧および3σmaxの測定はセルナンバー5のみとし、その結果を表7に示す。
[Comparative Example 4]
The same test as in Example 2 was performed except that the fuel cell 3 was used. The cell voltage and 3σ max are measured only for cell number 5, and the results are shown in Table 7.

Figure 2009252442
Figure 2009252442

表7に示すように、燃料ガスの利用率65%では、安定した運転を行うことができなかった。   As shown in Table 7, stable operation could not be performed at a fuel gas utilization rate of 65%.

本発明は、特に、単セルを複数積層させてなるセルスタックを備える燃料電池において好適に利用することが可能である。   The present invention can be preferably used particularly in a fuel cell including a cell stack formed by stacking a plurality of single cells.

燃料電池の構成の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of a structure of a fuel cell. 図1に示す単セル50a,50bの要部について、その構成の概略を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the outline of the structure about the principal part of single cell 50a, 50b shown in FIG. 燃料極拡散層と燃料ガス流路溝との間に形成される燃料ガス流路の形状について説明する図である。It is a figure explaining the shape of the fuel gas flow path formed between a fuel electrode diffusion layer and a fuel gas flow path groove. 単セルの要部の構成について示す概略図である。It is the schematic shown about the structure of the principal part of a single cell. 従来の燃料電池の構成の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of a structure of the conventional fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

10 電解質膜、12 酸化極触媒層、14 燃料極触媒層、18,38,118 燃料極拡散層、18a,38a 拡散層材料、20 酸化ガス流路溝、22 セル冷媒流路溝、24 燃料ガス流路溝、26 酸化極側セパレータ、28 燃料極側セパレータ、30 膜電極接合体(MEA)、34,44,134 燃料ガス流路、36 セル冷媒流路、40,42 垂れ込み、46 燃料ガス供給口、48 燃料ガス排出口、50,50a,50b,150,150a,150b 単セル、52,54 集電板、56,58 絶縁板、60,62 エンドプレート、64 燃料ガス供給マニホールド、68 燃料ガス排出マニホールド、100,500 燃料電池、116 酸化極拡散層、132 酸化ガス流路、164 反応ガス供給マニホールド、168 反応ガス排出マニホールド。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electrolyte membrane, 12 Oxidation electrode catalyst layer, 14 Fuel electrode catalyst layer, 18, 38, 118 Fuel electrode diffusion layer, 18a, 38a Diffusion layer material, 20 Oxidation gas channel groove, 22 Cell refrigerant channel groove, 24 Fuel gas Channel groove, 26 Oxide electrode side separator, 28 Fuel electrode side separator, 30 Membrane electrode assembly (MEA), 34, 44, 134 Fuel gas channel, 36 Cell refrigerant channel, 40, 42 Sag, 46 Fuel gas Supply port, 48 Fuel gas discharge port, 50, 50a, 50b, 150, 150a, 150b Single cell, 52, 54 Current collector plate, 56, 58 Insulating plate, 60, 62 End plate, 64 Fuel gas supply manifold, 68 Fuel Gas exhaust manifold, 100,500 Fuel cell, 116 Oxidizing electrode diffusion layer, 132 Oxidizing gas flow path, 164 Reaction gas supply manifold, 16 8 Reaction gas discharge manifold.

Claims (5)

電解質膜および前記電解質膜を挟んで対面する一対の触媒層を含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟んで対面する一対の拡散層と、を備える単セルを、複数積層させてなるセルスタックと、
前記セルスタックの内部に反応ガスを供給するための反応ガス供給口を備え、前記セルスタックを貫通する反応ガス供給マニホールドと、
前記反応ガス供給マニホールドから供給された前記反応ガスを前記単セルのそれぞれに分配し、前記触媒層に流通させるための反応ガス流路と、
前記反応ガス流路を介して前記拡散層と対面するセパレータと、
を備え、
前記反応ガス供給口の近傍であって、前記反応ガス供給マニホールドの上流側に設けられた単セル内の拡散層を構成する第1の拡散層材料が、前記反応ガス供給口から離間する、前記反応ガス供給マニホールドの下流側に設けられた単セル内の拡散層を構成する第2の拡散層材料よりも高い圧縮率を有することを特徴とする燃料電池。
A plurality of single cells each including an electrolyte membrane and a membrane electrode assembly including a pair of catalyst layers facing each other with the electrolyte membrane interposed therebetween and a pair of diffusion layers facing each other with the membrane electrode assembly interposed therebetween are stacked. Cell stack,
A reaction gas supply port for supplying a reaction gas into the cell stack, and a reaction gas supply manifold penetrating the cell stack;
A reaction gas flow path for distributing the reaction gas supplied from the reaction gas supply manifold to each of the single cells and circulating the reaction gas to the catalyst layer;
A separator facing the diffusion layer via the reaction gas flow path;
With
The first diffusion layer material constituting the diffusion layer in the single cell provided in the vicinity of the reaction gas supply port and upstream of the reaction gas supply manifold is separated from the reaction gas supply port, A fuel cell having a higher compressibility than a second diffusion layer material constituting a diffusion layer in a single cell provided downstream of a reaction gas supply manifold.
請求項1に記載の燃料電池において、
前記第1の拡散層材料からなる拡散層と対面する第1のセパレータの表面に形成された反応ガス流路溝が、前記第2の拡散層材料からなる拡散層と対面する第2のセパレータの表面に形成された反応ガス流路溝と同じ形状を有することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
The reaction gas flow channel groove formed on the surface of the first separator facing the diffusion layer made of the first diffusion layer material has the second separator facing the diffusion layer made of the second diffusion layer material. A fuel cell having the same shape as a reaction gas channel groove formed on a surface thereof.
請求項1または2に記載の燃料電池において、
前記第1の拡散層材料が、抄紙用の網状部材に導電性繊維を含む分散液を透過させ、前記網状部材に前記導電性繊維を堆積させる抄紙法を含み形成された抄紙様基材であることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1 or 2,
The first diffusion layer material is a paper-like base material formed by including a paper-making method in which a dispersion liquid containing conductive fibers is allowed to pass through a paper mesh member and the conductive fibers are deposited on the mesh member. The fuel cell characterized by the above-mentioned.
請求項1から3のいずれか1項に記載の燃料電池において、
前記第2の拡散層材料が、抄紙法で形成された基材を炭化、黒鉛化したカーボンペーパーであることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell, wherein the second diffusion layer material is carbon paper obtained by carbonizing and graphitizing a base material formed by a papermaking method.
請求項1から4のいずれか1項に記載の燃料電池において、
前記一対の拡散層が、前記反応ガスとして酸化ガスを用いる酸化極拡散層と、前記反応ガスとして燃料ガスを用いる燃料極拡散層とからなり、
前記第1の拡散層材料および前記第2の拡散層材料が、燃料極拡散層を構成する拡散層材料であることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein
The pair of diffusion layers includes an oxidation electrode diffusion layer using an oxidation gas as the reaction gas and a fuel electrode diffusion layer using a fuel gas as the reaction gas,
The fuel cell, wherein the first diffusion layer material and the second diffusion layer material are diffusion layer materials constituting a fuel electrode diffusion layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013145640A (en) * 2012-01-13 2013-07-25 Toyota Motor Corp Manufacturing method of diffusion layer for fuel cell and diffusion layer for fuel cell
CN115020773A (en) * 2021-02-18 2022-09-06 丰田自动车株式会社 Fuel cell module

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