JP2010033916A - Fuel cell and method of manufacturing fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直接型燃料電池に好適な燃料電池及び燃料電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell suitable for a direct fuel cell and a method for manufacturing the fuel cell.
メタノール等の液体燃料を用いた直接燃料酸化型燃料電池において、アノード側に気液分離構造を設け、アノード反応において生成された気体(CO2ガス)をアノード側で液体燃料及び水と気液分離する手法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。これによりシステムのアノード循環系が不要もしくは小型化ができるため、システム全体を小型化できる。 In a direct fuel oxidation fuel cell using liquid fuel such as methanol, a gas-liquid separation structure is provided on the anode side, and gas (CO 2 gas) generated in the anode reaction is separated from liquid fuel and water on the anode side. There is a known technique (see, for example, Patent Document 1). As a result, the anode circulation system of the system is unnecessary or can be reduced in size, so that the entire system can be reduced in size.
しかしながら、従来のアノード側の気液分離構造は、複雑な構造を有する複数の部品で構成しているため、製造が困難である。また、複数の物品同士の位置決め等が必要であり、一体成形が難しい。一体成形がうまく行われないとセパレータと気液分離層との間にできた隙間から燃料が気体流路側へ漏れ出し、気液分離の機能を失う可能性もある。 However, since the conventional gas-liquid separation structure on the anode side is composed of a plurality of parts having a complicated structure, it is difficult to manufacture. In addition, positioning of a plurality of articles is necessary, and integral molding is difficult. If the integral molding is not performed successfully, the fuel leaks out from the gap formed between the separator and the gas-liquid separation layer to the gas flow path side, and the gas-liquid separation function may be lost.
また、気液分離層に何らかの不具合が生じた場合、気液分離がうまく機能せず、燃料のメタノールやアノード反応の副生成物であるホルムアルデヒド等が気体流路に混入する可能性もある。特に、セル温度がまだ十分に高くない燃料電池スタック起動時には、気体流路内に、メタノールがガスとして混入する恐れがある。
本発明は、直接燃料酸化型燃料電池において、部品点数を増加させることなく、容易な構造で、アノード側の気液分離構造を実現可能な燃料電池及び燃料電池の製造方法を提供する。 The present invention provides a direct fuel oxidation fuel cell and a fuel cell and a fuel cell manufacturing method capable of realizing a gas-liquid separation structure on the anode side with an easy structure without increasing the number of parts.
本願発明の態様によれば、電解質膜、電解質膜を挟んで互いに対向するアノード電極及びカソード電極、及び電解質膜とは反対側の面のアノード電極上に配置され、アノード電極で生成される流体を液体と気体とに分離する気液分離層を備える膜電極接合体と、アノード電極とは反対側の面の気液分離層上に積層され、凹凸を有し、気液分離層と対向する凹部に液体燃料を供給するための燃料流路を有し、気液分離層と対向する凸部に気体を回収する回収孔が設けられた薄板状の塑性を有する導電性材料からなるアノード流路板と、電解質膜とは反対側の面のカソード電極上に積層され、凹凸を有し、カソード電極と対向する凹部に酸化剤を供給するための酸化剤流路を有する薄板状の塑性を有する導電性材料からなるカソード流路板と、を含む単セルを複数個積層した燃料電池スタックを備え、第1の単セルのアノード流路板の凸部の背部と、第1の単セルに隣接する第2の単セルのカソード流路板との間に設けられた空間領域が、気体が流通する気体流路である燃料電池が提供される。 According to the aspect of the present invention, the electrolyte membrane, the anode electrode and the cathode electrode facing each other with the electrolyte membrane interposed therebetween, and the anode electrode on the surface opposite to the electrolyte membrane are disposed, and the fluid generated by the anode electrode is A membrane electrode assembly including a gas-liquid separation layer that separates into liquid and gas, and a concave portion that is laminated on the gas-liquid separation layer on the surface opposite to the anode electrode and that has irregularities and faces the gas-liquid separation layer An anode flow path plate made of a thin plate-like conductive material having a fuel flow path for supplying liquid fuel to the gas and having a recovery hole for recovering gas at a convex portion facing the gas-liquid separation layer And a thin plate-like plastic conductive material that is laminated on the cathode electrode on the surface opposite to the electrolyte membrane, has irregularities, and has an oxidant flow path for supplying an oxidant to the concave portion facing the cathode electrode. A cathode channel plate made of a conductive material, A fuel cell stack in which a plurality of single cells are stacked, a back portion of a convex portion of an anode flow path plate of the first single cell, and a cathode flow path plate of a second single cell adjacent to the first single cell; A fuel cell is provided in which the space region provided between the two is a gas flow path through which gas flows.
なお、本発明では、膜電極接合体の両面にアノード流路板及びカソード流路板を積層した際に、膜電極接合体と接する側の表面に突出している場合を「凸」とし、窪んでいる場合を「凹」として説明している。 In the present invention, when the anode flow channel plate and the cathode flow channel plate are laminated on both surfaces of the membrane electrode assembly, the case of projecting on the surface in contact with the membrane electrode assembly is defined as “convex”, The case where it exists is described as “concave”.
また、本願発明の他の態様によれば、電解質膜、電解質膜を挟んで互いに対向するアノード電極及びカソード電極、及び電解質膜とは反対側の面のアノード電極上に配置され、アノード電極で生成される流体を液体と気体とに分離する気液分離層を備える膜電極接合体と、アノード電極とは反対側の面の気液分離層上に積層され、凹凸を有し、気液分離層と対向する凹部に液体燃料を供給するための燃料流路を有し、気液分離層と対向する凸部に気体を回収する回収孔が設けられた薄板状の塑性を有する導電性材料からなるアノード流路板と、電解質膜とは反対側の面のカソード電極上に積層され、凹凸を有し、カソード電極と対向する凹部に酸化剤を供給するための酸化剤流路を有する薄板状の塑性を有する導電性材料からなるカソード流路板と、を含む単セルを複数個積層する燃料電池スタックを有する燃料電池の製造方法において、第1の単セルのアノード流路板と、第1の単セルに隣接する第2の単セルのカソード流路板との間に多孔質の導電性部材を第1の単セルのアノード流路板および第2の単セルのカソード流路板の双方に接触させて積層することにより、第1の単セルのアノード流路板の凸部の背部と第2の単セルのカソード流路板との間に設けられた空間領域に気体が流通する気体流路が形成された燃料電池の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, the electrolyte membrane, the anode electrode and the cathode electrode facing each other with the electrolyte membrane interposed therebetween, and the anode electrode on the surface opposite to the electrolyte membrane are disposed on the anode electrode. Membrane electrode assembly having a gas-liquid separation layer that separates the fluid to be separated into liquid and gas, and laminated on the gas-liquid separation layer on the surface opposite to the anode electrode, and having an unevenness, the gas-liquid separation layer It is made of a thin plate-like conductive material having a fuel flow path for supplying liquid fuel to a concave portion facing the gas and having a recovery hole for collecting gas in a convex portion facing the gas-liquid separation layer A thin plate-like plate that is laminated on the anode channel plate and the cathode electrode on the opposite side of the electrolyte membrane, has irregularities, and has an oxidant channel for supplying an oxidant to the concave portion facing the cathode electrode. Cathodic flow made of plastic conductive material A fuel cell stack including a plurality of single cells including a plate, and an anode flow path plate of a first single cell and a second single cell adjacent to the first single cell. A porous conductive member is laminated between the cathode channel plate and the anode channel plate of the first single cell and the cathode channel plate of the second single cell, and stacked. A fuel cell manufacturing method in which a gas flow path is formed in which a gas flows in a space region provided between a back portion of a convex portion of an anode flow path plate of a single cell and a cathode flow path plate of a second single cell. Provided.
本発明によれば、直接燃料酸化型燃料電池において、部品点数を増加させることなく、容易な構造でアノード側の気液分離構造を実現可能な燃料電池及び燃料電池の製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a direct fuel oxidation type fuel cell, the manufacturing method of a fuel cell and a fuel cell which can implement | achieve the gas-liquid separation structure by the side of an anode with an easy structure can be provided, without increasing a number of parts.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. It goes without saying that the drawings include parts having different dimensional relationships and ratios.
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention includes the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る燃料電池は、図1に示すように、電解質膜6、電解質膜6を挟んで互いに対向するアノード電極18及びカソード電極19、及び電解質膜6とは反対側の面のアノード電極18上に配置され、アノード電極18で生成された流体を液体と気体とに分離する気液分離層9を備える膜電極接合体(MEA)12と、気液分離層9を介してアノード電極18上に積層されたアノード流路板2aと、アノード流路板2aに設けられた回収孔4と、カソード電極19上に積層されたカソード流路板5aとを含む単セル100aを備えている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the fuel cell according to the first embodiment of the present invention is opposite to the
図1に示す燃料電池の燃料としては、メタノール等のアルコール液体燃料が利用される。ここでは、燃料としてメタノールを供給する場合を例に、図1に示す単セル100a内で生じる反応の例を説明する。燃料としてのメタノール水溶液は、アノード流路板2aに設けられた燃料流路3から気液分離層9を介してアノード電極18に供給される。同時に、カソード電極19には、カソード流路板5aに設けられた酸化剤流路を介して空気が供給される。アノード電極18及びカソード電極19での反応は、下記の反応式(1)、(2)で表される。
As the fuel of the fuel cell shown in FIG. 1, an alcohol liquid fuel such as methanol is used. Here, an example of a reaction occurring in the
CH3OH+H2O→6H++6e-+CO2 …(1)
6H++6e-+3/2O2→3H2O …(2)
アノード反応で生成したプロトン(H+)は電解質膜6を通してカソード電極19へ流れる。アノード反応で生成した電子(e-)は、アノード流路板2a、図示を省略した外部回路、カソード流路板5aを経由してカソード電極19へ運ばれる。
CH 3 OH + H 2 O → 6H + + 6e − + CO 2 (1)
6H + + 6e − + 3 / 2O 2 → 3H 2 O (2)
Protons (H + ) generated in the anode reaction flow to the
アノード反応で発生したCO2は、燃料流路3内の液中に気泡を形成するより疎液性の気液分離層9を透過する方が容易なため、疎液性の気液分離層9を透過する。ここでアノード流路板2aには回収孔4が設けられているため、CO2は回収孔4を通って、アノード流路板2aの裏側へ導入され、気体流路102を流通して外部に排出される。
Since CO 2 generated by the anode reaction is easier to permeate the lyophobic gas-
アノード電極18で未反応の水の一部は、燃料流路3内のメタノール水溶液と混合され、残りは電解質膜6を透過してカソード流路板5a側から外部へ排出される。カソード反応で生成した水の一部は、電解質膜6を通してアノード触媒層7側へ逆拡散し、残りはカソード流路板5aの開口部から外部へ排出される。
A part of the unreacted water at the
アノード電極18及びカソード電極19の周縁部は、燃料、アノード電極で生成される気体、空気などのリークを抑制するためのアノードガスケット14a及びカソードガスケット15aによりシールされている。アノード流路板2aの周縁部は、アノードガスケット14bによりシールされている。カソード流路板5aの周縁部は、図1の断面からはみえないカソードガスケットによりシールされている。図1に示す単セル100aを複数個積層することにより、燃料電池スタックが形成される。電解質膜6は、例えばナフィオン膜(登録商標)等のプロトン(H+)導電性を有する固体高分子膜を有する。
The peripheral portions of the
アノード電極18は、電解質膜6の表面上に配置されたアノード触媒層7、アノード触媒層7の表面上に配置されたマイクロポーラスレイヤー(MPL)13、及びMPL13の表面上に配置されたアノードガス拡散層10を有する。カソード電極19は、電解質膜6の表面上に配置されたカソード触媒層8及びカソード触媒層8の表面上に配置されたカソードガス触媒層11を有する。
The
アノード触媒層7は、例えば白金ルテニウム(PtRu)等を用いることができる。MPL13は、カーボン緻密層等で構成される。アノードガス拡散層10は、例えば市販のカーボンペーパーにポリテトラフルオロエチレン(PTFE)で撥水処理を施したものが使用可能である。アノードガス拡散層10は、アノード触媒層7への燃料供給、アノード反応による生成物の排出及び集電を円滑に行う。
For example, platinum ruthenium (PtRu) can be used for the
カソード触媒層8は、例えば白金(Pt)等を用いることができる。カソードガス拡散層11は、例えば市販のカーボン緻密層付のカーボンクロスが使用可能である。カソードガス拡散層11は、カソード触媒層8への空気の供給、カソード反応による生成物の排出、及び集電を円滑に行う。
For example, platinum (Pt) can be used for the
気液分離層9は、導電性、疎液性(撥水性)及び気体透過性を有する。気液分離層9としては、カーボンペーパー、カーボンクロス及びカーボン不織布等の多孔体層が使用可能である。第1の実施の形態に係る燃料電池において、気液分離をより効率的且つ安定的に行うためには、厚さ200μm〜450μm(1重量ポンド毎平方インチ:1psiの加圧時)程度、密度0.5〜0.6g/cm3(1重量ポンド毎平方インチ:1psiの加圧時)が好ましい。
The gas-
アノード流路板2aは、薄板状の塑性を有する導電性材料から構成される。アノード流路板2aは、気液分離層9と対向する表面側に、プレス加工によって形成された凹部21a、21b、21c及び凸部22a、22bを有している。凹部21a、21b、21cは、メタノール等の液体燃料を供給するための燃料流路3として利用される。図2に示すように、凹部21a、21b、21cは、それぞれ一体化した1本のサーペンタイン流路をなしていてもよい。凹部21a、21b、21cは、それぞれ独立した並行流路にしてもよい。液体燃料は、燃料供給口(マニホールド)16から供給され、燃料流路3としての凹部21a、21b、21cを通って燃料排出口(マニホールド)17に排出される。
The anode
アノード流路板2aの凸部22a、22bには、アノード電極18で生成された気体を回収するための回収孔4が設けられている。更に、アノード流路板2aの凹部21a、21b、21cの背部と第1の単セルと隣接する第2の単セルのカソード流路板5bとの接触部分、及び第1の単セルのアノード流路板2aの凸部22a、22bの背部と第2の単セルのカソード流路板5bとの間の空間領域には、アノード電極18で生成された気体が流通する気体流路102が設けられている。
A
凸部22a、22bに回収孔4が設けられることにより、アノード反応により発生する気体を、回収孔4を介して効率よくアノード流路板2aの背面側へ排出できる。また、回収孔4を介してアノード流路板2aの背面側に気体を導入し、その気体を気体流路102へ流通させ、図2及び図3に示す気体排出用マニホールド103a、103bを通過して外部に排出することにより、単セル100aの内部(アノード流路板2aの表面近傍)で気泡を回収する場合よりも圧力損失が小さくなる。また、バイポーラセパレータのような厚板状のセパレータに比べて、これまで有効活用されていなかったスペースを有効活用できるため、小型化も促進される。
By providing the recovery holes 4 in the
図2においては、回収孔4は、凸部22a、22bに所定の間隔を有してマトリクス状に複数個設けられているが、回収孔4の形状は、図2に示す形状に限定されることなく、他にも様々な形状が採用できることは勿論である。
In FIG. 2, a plurality of
アノード流路板2aの材料としては、公知のステンレス鋼板、ステンレス鋼を基材上に耐食性、導通性の向上を目的とした表面処理(めっき処理、金等の金属薄膜の蒸着または金薄板とのクラッド化など)が施された材料、アルミニウムを基材として表面にカーボンを被覆したカーボンアルミニウム複合材料等が好ましいが、一定の導電性及び熱伝導性を有するものであれば、特に限定されない。
As a material of the anode
アノード流路板2aの厚さは、0.05〜1.0mm程度とすることができる。特に、実施の形態に係る燃料電池をモバイル電子機器用の電源として利用する場合は、軽量化・小型化の観点から、厚さを0.05〜0.2mm、更には厚さ0.05〜0.1mmの範囲にすることが好ましい。
The thickness of the anode
カソード流路板5aは、図3に示すように、表面をプレス加工することによって形成された凸部51と、凸部51と凸部51との間に形成された凹部52を有する薄板状の塑性を有する導電性材料で構成されている。凹部52は、空気又は酸素等の酸化剤を供給するための酸化剤流路として利用される。
As shown in FIG. 3, the cathode
酸化剤流路の形状は特に限定されない。例えば、図3に示すような「魚の骨型」の流路であってもよいし、図1に示すようなストレート流路であってもよい。或いは、ここでは図示しないが、サーペンタイン流路であってもよい。図3に示す「魚の骨型」の流路の場合、凸部51が中心部にカソード流路板5aの長手方向に沿って長く延びている。これにより、隣接する他の単セルのアノード流路板との接触面積をより大きくすることができるため、接触不良を更に抑制することができる。
The shape of the oxidant channel is not particularly limited. For example, a “fish-bone-shaped” channel as shown in FIG. 3 or a straight channel as shown in FIG. 1 may be used. Alternatively, although not shown here, a serpentine channel may be used. In the case of the “fishbone type” flow path shown in FIG. 3, the
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る燃料電池は、図4に示すように、アノード流路板2a(第1の単セルのアノード流路板)と、アノード流路板2aと隣り合うカソード流路板5b(第1の単セルに隣接する第2の単セルのカソード流路板)との間に、導電性部材1が配置されている。導電性部材1は、アノード流路板2aの凹部21a、21b、21cの背部(裏側)およびカソード流路板5bの双方に接触するように配置されている。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 4, the fuel cell according to the second embodiment includes an
導電性部材1としては、多孔質金属、多孔質カーボン或いは多孔質の導電性ゴムを使用することができる。多孔質金属としては、ニッケル、銅、或いはステンレスからなる発泡金属を用いることができる。多孔質カーボンとしては、市販のカーボンペーパー、カーボンクロス及びカーボン不織布等が使用可能である。市販のカーボンペーパー、カーボンクロス及びカーボン不織布に、白金、パラジウム、白金-パラジウム合金、銀、銀酸化物、銅などを担持させたものを用いてもよい。
As the
導電性部材1は可撓性を有するため、アノード流路板2aとカソード流路板5bとの間に配置することにより、燃料電池スタックを構成する際の締め付け荷重に基づく圧力により、導電性部材1が燃料流路3(凹部21a、21b、21c)の背部(底部)とカソード流路板5bとに押されて圧縮変形する。その結果、アノード流路板2aと隣接するカソード流路板5bの間の電気的導通に寄与する部分の面積が増加するため、アノード流路板2aの裏側とカソード流路板5bとの接触不良が抑制される。
Since the
特に、アノード流路板2aがプレス加工により作製された場合には、凹部の深さ(図4の凹部21aにおいては深さd1、凹部21bにおいては深さd2、凹部21cにおいては深さd3)がそれぞれ異なることが多い。結果、アノード流路板2aの凹部の背部(裏面)とカソード流路板5aとの距離が、場所によって異なる場合がある。可撓性を有する導電性部材1を用いることにより、一様な接触を確保することが可能となる。
In particular, when the anode
さらに、導電性部材1が緩衝材となるので、単セルを積層した時の耐衝撃性を向上させることができる。また、導電性部材1が可撓性を有することにより、アノード流路板5aの背面に突出する凹部21a、21b、21cの裏側とカソード流路板5bとの細かい位置合わせが不要となるため、単セル100aの作製も容易になる。
Furthermore, since the
導電性部材1は、アノード流路板2aとカソード流路板5bとの間に形成された空間領域の全体に埋め込んでもよい。導電性部材1として、MEA12の電極面全体を覆う程度に十分な面積を有する1枚のシート状の材料を用いることもできる。この場合、アノード流路板2aとカソード流路板5bとの間の電気的導通に寄与する部分の面積をより大きくできるため、アノード流路板2aとカソード流路板5bとの間の接触抵抗をより効果的に低減できる。また、導電性部材1は、カソード流路板5bとの接触部分、及び、アノード流路板2aの凸部22a、22bの背部(裏側)とカソード流路板5bとの間に設けられた空間部分に選択的に配置されてもよい。例えば、アノード流路板2aとカソード流路板5bが近接する部分、具体的には、アノード流路板2aの凹部21a、21b、21cの背部(裏側)とカソード流路5bの隙間3箇所にそれぞれ設けるような形態とすることができる。この場合、気体流路をより大きく確保することができる。
The
導電性部材1の気孔率は、多孔質金属を用いた場合80〜97%程度、より好ましくは、 85%以上であるのが好ましい。また、導電性部材1としてカーボンペーパー、カーボンクロス及びカーボン不織布等の多孔体を用いる場合は、気液分離層9と同様な材料、すなわち、厚さ200μm〜450μm(1重量ポンド毎平方インチ:1psiの加圧時)程度、密度0.5〜0.6g/cm3(1重量ポンド毎平方インチ:1psiの加圧時)を用いることができる。このような導電部材1を用いると、導電性部材1が十分に圧縮変形し、アノード流路板2a及びカソード流路板5bに過度の変形が生じることを抑制できる。また、アノード流路板2a及びカソード流路板5a、5bの破損も防げる。その結果、燃料流路3に液体燃料を流した際においても、液体漏れ等を生じさせることなく、安定的に燃料電池を運転させることができる。
The porosity of the
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態に係る燃料電池は、図5に示すように、導電性部材1の少なくとも回収孔4と対向する表面に、メタノール及び/又はホルムアルデヒドを分解する分解触媒101が担持されている。アノード流路板2aの凸部22a、22bの背面とカソード流路板5bの背面との間に設けられた空間には、気体を供給するための気体流路102が設けられている。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 5, the fuel cell according to the third embodiment of the present invention has a
分解触媒101としては、白金、パラジウム、白金-パラジウム合金、銀、銀化合物から選ばれる少なくとも一種以上を使用することができる。銀化合物としては、例えば、銀酸化物、銀酸化物を担持した鉄酸化物粒子などを使用することができる。分解触媒101の担持量としては、例えば白金を用いた場合、0.1〜0.5mg/cm2程度含ませるのが効果的である。分解触媒101を導電性部材1に担持する方法としては、公知の含浸法やスプレー法を用いて担持後、熱処理を行うことにより担持することができる。アノード流路板2aとカソード流路板5a、5bの背面側に分解触媒101を担持してもよい。
As the
上記の反応式(1)式で示されるアノード反応により発生したCO2は、燃料流路3内の液中に気泡を形成するよりも、疎液性の気液分離層9を透過する方が容易なため、疎液性の気液分離層9を透過し、回収孔4を通過した後、気体流路102を流通し、気体排出用マニホールド103から排出される。
CO 2 generated by the anode reaction represented by the above reaction formula (1) permeates through the lyophobic gas-
ここで、気液分離層9もしくはアノードガス拡散層10に何らかの不具合が生じた場合、気液分離がうまく機能せず、燃料のメタノールやアノード反応の副生成物であるホルムアルデヒド等が気体流路102に混入する可能性がある。特に、セル温度がまだ十分に高くない燃料電池スタック起動時には、気体流路102内に、メタノールがガスとして混入する恐れがある。
Here, if any trouble occurs in the gas-
第3の実施の形態に係る燃料電池によれば、分解触媒101を担持させた導電性部材1を用いている。このため、気体流路102に混入した混入燃料(メタノール)もしくはホルムアルデヒドは、分解触媒101の作用により二酸化炭素(CO2)と水(H2O)に分解され、除去される。
In the fuel cell according to the third embodiment, the
分解触媒の分解反応は酸化反応であるため、酸素を必要とする。通常、燃料電池スタックの定常運転時は、気体流路102の内部はアノード反応で発生したCO2により満たされている。但し、燃料電池スタック起動直後には、気体流路102の内部に空気が残存しているので、気体流路102に混入したメタノールもしくはホルムアルデヒドは、この空気中の酸素と反応し、分解され、除去される。酸素が更に必要な場合には、ポンプなどの気体供給手段(図示省略)により、気体流路102に、空気等を強制的に供給しても構わない。他は、実施の形態に係る燃料電池と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
Since the decomposition reaction of the decomposition catalyst is an oxidation reaction, oxygen is required. Normally, during the steady operation of the fuel cell stack, the inside of the
以上説明したように、第3の形態に係る燃料電池によれば、導電性部材1の少なくとも表面にメタノール及び/又はホルムアルデヒドを分解する分解触媒が配置されるため、アノード流路板2aとカソード流路板5bとの間に漏れ出した燃料及び反応生成物を分解処理することができる。
As described above, according to the fuel cell according to the third embodiment, since the decomposition catalyst for decomposing methanol and / or formaldehyde is disposed on at least the surface of the
(第4の実施の形態)
燃料電池の製造方法を説明する。燃料電池スタックは、まず、図1、図4、図5に示す単セル100bを作成し、これえを複数個積層することにより作製できる。
(Fourth embodiment)
A method for manufacturing a fuel cell will be described. The fuel cell stack can be manufactured by first preparing the
単セル100bを作製する際は、まず、MEA12、アノード流路板2a、カソード流路板5b、アノードガスケット14a、14b、カソードガスケット15a、導電性部材1を用意する。MEA12のアノード電極18の周縁部にアノードガスケット14aを配置し、MEA12のカソード電極19の周縁部にカソードガスケット15aを配置する。アノード電極18の表面上には、アノード流路板2aの凹部21a、21b、21c及び凸部22a、22bを対向させる。その際、アノード流路板2aの周縁部にはアノードガスケット14bを配置しておく。アノード流路板2aの凹部21a、21b、21cと、カソード流路板5bの凹部52の背面同士が接触するように、カソード流路板5bを配置する。
When manufacturing the
導電性部材1を配置する場合は、シート状の厚さ200μm〜450μm(1重量ポンド毎平方インチ:1psiの加圧時)程度の多孔質の導電性部材1をアノード流路板2aの背部とカソード流路板5bの背部との間に配置する。その後、アノード流路板2a及びカソード流路板5bを積層する。この時、所定の面圧力を持って積層することにより、可撓性を有するシート状の導電性部材1はアノード流路板2aの凹部21a、21b、21cの背部(底部)とカソード流路板5bとの双方に接触する。
When the
燃料電池スタックを作製する際は、複数の単セル100bを積層し、最上部の単セル100bのカソード電極19の表面上に、カソード流路板を配置する。その後、単セル100bの積層方向の両端にエンドプレート等の部品を配置し、締め付け金具等により所定の面圧力で締め付け、複数の単セル100bを固定する。
When producing a fuel cell stack, a plurality of
第4の実施の形態に係る燃料電池の製造方法によれば、アノード流路板2aに気液分離層9及び気液分離層9に接続された回収孔4を設け、アノード流路板2aの背部とカソード流路板5bの背部との間の空間領域に気体流路102設けることにより、アノード触媒層7で発生するCO2等の排出ガスを単セル100aの外側へ排出できるので、圧力損失が小さく、簡易な構成で、より安定的に燃料電池を運転可能な燃料電池が製造できる。
According to the method for manufacturing a fuel cell according to the fourth embodiment, the
また、アノード流路板2aの背部とカソード流路板5bの背部との間に多孔質の導電性部材1が配置される。導電性部材1を配置することにより、アノード流路板2aとカソード流路板5bの接触面積を大きくすることができるため、アノード流路板と隣接するカソード流路板の間の接触抵抗の増加に起因する出力低下を抑制することができる。
The porous
(その他の実施の形態)
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が可能である。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described according to the above-described embodiments, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operational techniques are possible for those skilled in the art.
例えば、気液分離層9の気液分離効率を更に上げるために、燃料流路3と対向する気液分離層9の両面を貫通する孔を設け、燃料を積極的にアノード電極18へ供給するようにしてもよい。また、図1においては、アノード流路板2aの表面を流れる燃料の方向とカソード流路板5bの表面を流れる空気の方向が、MEA12の電極面に対して略90度に交差する方向になるようにアノード流路板2a及びカソード流路板5bを配置している。しかしながら、燃料及び空気が同一方向に流れるように、アノード流路板2a及びカソード流路板5bの配置を変形しても構わないことは勿論である。
For example, in order to further increase the gas-liquid separation efficiency of the gas-
本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によって表されるものであり、実施段階においては、その要旨を逸脱しない範囲で変形して具体化できる。 The present invention is expressed by the invention specifying matters in the scope of claims reasonable from this disclosure, and can be embodied by being modified without departing from the gist thereof in the implementation stage.
1…導電性部材
2a…アノード流路板
3…燃料流路
4…回収孔
5a、5b…カソード流路板
6…電解質膜
18…アノード電極
19…カソード電極
21a、21b、21c…凹部
22a、22b…凸部
51…凸部
52…凹部
100a…単セル
101…分解触媒
102…気体流路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記アノード電極とは反対側の面の前記気液分離層上に積層され、凹凸を有し、前記気液分離層と対向する凹部に液体燃料を供給するための燃料流路を有し、前記気液分離層と対向する凸部に前記気体を回収する回収孔が設けられた薄板状の塑性を有する導電性材料からなるアノード流路板と、
前記電解質膜とは反対側の面の前記カソード電極上に積層され、凹凸を有し、前記カソード電極と対向する凹部に酸化剤を供給するための酸化剤流路を有する薄板状の塑性を有する導電性材料からなるカソード流路板と、
を含む単セルを複数個積層した燃料電池スタックを備え、
第1の単セルのアノード流路板の凸部の背部と、前記第1の単セルに隣接する第2の単セルのカソード流路板との間に設けられた空間領域が、前記気体が流通する気体流路であることを特徴とする燃料電池。 An electrolyte membrane, an anode electrode and a cathode electrode facing each other across the electrolyte membrane, and the anode electrode on a surface opposite to the electrolyte membrane, and the fluid generated by the anode electrode are liquid and gas A membrane electrode assembly including a gas-liquid separation layer that is separated into
Laminated on the gas-liquid separation layer on the surface opposite to the anode electrode, having irregularities, and having a fuel flow path for supplying liquid fuel to the depression facing the gas-liquid separation layer, An anode flow path plate made of a conductive material having a thin plate shape provided with a recovery hole for recovering the gas in a convex portion facing the gas-liquid separation layer;
It is laminated on the cathode electrode on the surface opposite to the electrolyte membrane, has unevenness, and has a thin plate-like plasticity having an oxidant flow path for supplying an oxidant to the recess facing the cathode electrode. A cathode channel plate made of a conductive material;
A fuel cell stack in which a plurality of single cells including
A space region provided between the back of the convex portion of the anode flow channel plate of the first single cell and the cathode flow channel plate of the second single cell adjacent to the first single cell has the gas A fuel cell, characterized in that the fuel cell is a circulating gas channel.
前記アノード電極とは反対側の面の前記気液分離層上に積層され、凹凸を有し、前記気液分離層と対向する凹部に液体燃料を供給するための燃料流路を有し、前記気液分離層と対向する凸部に前記気体を回収する回収孔が設けられた薄板状の塑性を有する導電性材料からなるアノード流路板と、
前記電解質膜とは反対側の面の前記カソード電極上に積層され、凹凸を有し、前記カソード電極と対向する凹部に酸化剤を供給するための酸化剤流路を有する薄板状の塑性を有する導電性材料からなるカソード流路板と、
を含む単セルを複数個積層する燃料電池スタックを有する燃料電池の製造方法において、
第1の単セルのアノード流路板と、前記第1の単セルに隣接する第2の単セルのカソード流路板との間に多孔質の導電性部材を前記第1の単セルのアノード流路板および前記第2の単セルのカソード流路板の双方に接触させて積層することにより、前記第1の単セルのアノード流路板の凸部の背部と前記第2の単セルのカソード流路板との間に設けられた空間領域に前記気体が流通する気体流路が形成されることを特徴とする燃料電池の製造方法。 An electrolyte membrane, an anode electrode and a cathode electrode facing each other across the electrolyte membrane, and the anode electrode on a surface opposite to the electrolyte membrane, and the fluid generated by the anode electrode are liquid and gas A membrane electrode assembly including a gas-liquid separation layer that is separated into
Laminated on the gas-liquid separation layer on the surface opposite to the anode electrode, having irregularities, and having a fuel flow path for supplying liquid fuel to the depression facing the gas-liquid separation layer, An anode flow path plate made of a conductive material having a thin plate shape provided with a recovery hole for recovering the gas in a convex portion facing the gas-liquid separation layer;
It is laminated on the cathode electrode on the surface opposite to the electrolyte membrane, has unevenness, and has a thin plate-like plasticity having an oxidant flow path for supplying an oxidant to the recess facing the cathode electrode. A cathode channel plate made of a conductive material;
In a method of manufacturing a fuel cell having a fuel cell stack in which a plurality of single cells including
A porous conductive member is disposed between the anode flow path plate of the first single cell and the cathode flow path plate of the second single cell adjacent to the first single cell. By stacking in contact with both the flow path plate and the cathode flow path plate of the second single cell, the back of the convex portion of the anode flow path plate of the first single cell and the second single cell A fuel cell manufacturing method, wherein a gas flow path through which the gas flows is formed in a space region provided between the cathode flow path plate and the cathode flow path plate.
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JP2011216310A (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Eneos Celltech Co Ltd | Fuel cell, separator, and fuel cell system |
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- 2008-07-29 JP JP2008195411A patent/JP2010033916A/en active Pending
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