JP2010113927A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関し、特に、流路の一端が閉塞された閉塞流路を備える燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell including a closed channel in which one end of a channel is closed.
燃料電池は、電解質層(以下において、「電解質膜」という。)と、電解質膜の両面側にそれぞれ配設される電極(アノード触媒層及びカソード触媒層)とを備える膜電極構造体(以下において、「MEA」ということがある。)で電気化学反応を起こし、当該電気化学反応により発生した電気エネルギーを外部に取り出す装置である。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池(以下において、「PEFC」ということがある。)は、低温領域で運転することができる。このPEFCは、高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車の動力源や携帯用電源として注目されている。 A fuel cell includes a membrane electrode structure (hereinafter referred to as an “electrolyte membrane”) and electrodes (an anode catalyst layer and a cathode catalyst layer) disposed on both sides of the electrolyte membrane. , And may be referred to as “MEA”), and an electric energy generated by the electrochemical reaction is taken out to the outside. Among fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter sometimes referred to as “PEFC”) used in a home cogeneration system, an automobile, or the like can be operated in a low temperature region. This PEFC has been attracting attention as a power source and portable power source for electric vehicles because of its high energy conversion efficiency, short start-up time, and small and light system.
PEFCの単セルは、MEAと、当該MEAを含む積層体を狭持する一対の集電体(セパレータ)と、を備え、MEAには、含水状態に保たれることによりプロトン伝導性能を発現するプロトン伝導性ポリマーが含有される。PEFCの運転時には、アノードに水素含有ガス(以下において、「水素」という。)が、カソードに酸素含有ガス(以下において、「空気」という。)が、それぞれ供給される。アノードへと供給された水素は、アノード触媒層に含まれる触媒の作用下でプロトンと電子に分離し、水素から生じたプロトンは、アノード触媒層及び電解質膜を通ってカソード触媒層へと達する。一方、電子は、外部回路を通ってカソード触媒層へと達し、かかる過程を経ることにより、電気エネルギーを取り出すことが可能になる。そして、カソード触媒層へと達したプロトン及び電子と、カソード触媒層へと供給された空気に含有されている酸素とが、カソード触媒層に含まれる触媒の作用下で反応することにより、水が生成される。 A single cell of PEFC includes an MEA and a pair of current collectors (separators) that sandwich a laminate including the MEA, and the MEA exhibits proton conduction performance by being kept in a water-containing state. Contains a proton conducting polymer. During operation of PEFC, a hydrogen-containing gas (hereinafter referred to as “hydrogen”) is supplied to the anode, and an oxygen-containing gas (hereinafter referred to as “air”) is supplied to the cathode. The hydrogen supplied to the anode is separated into protons and electrons under the action of the catalyst contained in the anode catalyst layer, and the protons generated from the hydrogen reach the cathode catalyst layer through the anode catalyst layer and the electrolyte membrane. On the other hand, electrons reach the cathode catalyst layer through an external circuit, and through such a process, electric energy can be extracted. Then, protons and electrons that have reached the cathode catalyst layer react with oxygen contained in the air supplied to the cathode catalyst layer under the action of the catalyst contained in the cathode catalyst layer, so that water is produced. Generated.
PEFCの発電を継続するためには、MEAへ、水素及び空気を継続して供給する必要がある。一方、単セル内に存在する液体の水(液水)が反応ガスの流路等に滞留していると、当該液水によって水素及び/又は空気の拡散が阻害される。水素及び/又は空気の拡散が阻害されると、PEFCの発電性能が低下するため、PEFCの発電性能を向上させるには、液水を単セルの外へと排出することが必要とされる。 In order to continue the power generation of PEFC, it is necessary to continuously supply hydrogen and air to the MEA. On the other hand, when liquid water (liquid water) existing in the single cell stays in the reaction gas flow path or the like, diffusion of hydrogen and / or air is inhibited by the liquid water. If the diffusion of hydrogen and / or air is hindered, the power generation performance of the PEFC is reduced. Therefore, in order to improve the power generation performance of the PEFC, it is necessary to discharge liquid water out of the single cell.
他方、流路の一端(入口又は出口)が閉塞された閉塞流路を有するセパレータ、を具備するPEFCが、これまでに開発されている。閉塞流路を有する形態とすれば、出口が閉塞された閉塞流路(以下において、「入り流路」ということがある。)を流通した水素や空気は、一対のセパレータによって狭持されている積層体を通って、入口が閉塞された閉塞流路(以下において、「出流路」ということがある。)へと達し、当該出流路を介して単セルの外へと排出されるため、積層体へと供給される水素や空気の拡散性を増大させることが可能になる。 On the other hand, a PEFC including a separator having a closed channel in which one end (an inlet or an outlet) of the channel is blocked has been developed. If it is a form having a closed channel, hydrogen and air that have circulated through a closed channel (hereinafter sometimes referred to as an “entry channel”) whose outlet is blocked are sandwiched between a pair of separators. To reach a closed channel (hereinafter, sometimes referred to as “outlet channel”) through which the inlet is blocked through the laminate, and to be discharged out of the single cell through the outlet channel. It becomes possible to increase the diffusibility of hydrogen and air supplied to the laminate.
このような、閉塞流路を有するPEFCに関する技術として、例えば、特許文献1には、MEAとセパレータとの間に、導電性及び通気性を兼ね備えた層(以下において、「ガス拡散層」という。)を配置し、該ガス拡散層とセパレータとの間に、親水性物質からなる層(以下において、「親水層」という。)を配置する技術が開示されている。 As a technique related to such a PEFC having a closed channel, for example, Patent Document 1 discloses a layer (hereinafter referred to as “gas diffusion layer”) having both conductivity and air permeability between the MEA and the separator. ) And a layer made of a hydrophilic substance (hereinafter referred to as “hydrophilic layer”) is disclosed between the gas diffusion layer and the separator.
特許文献1に開示されている技術では、ガス拡散層とセパレータとの間に親水層が配置されるため、運転時にカソード触媒層で生成された水を、当該親水層へ移動させることが可能になる。ところが、当該親水層の親水性が、セパレータに形成された閉塞流路よりも高いため、特許文献1に開示されている技術では、親水層から閉塞流路へ液水を移動させることが困難である。そのため、特許文献1に開示されている技術には、液水を単セルの外へ排出すること(排水性を向上させること)が困難であるという問題があった。 In the technique disclosed in Patent Document 1, since a hydrophilic layer is disposed between the gas diffusion layer and the separator, it is possible to move water generated in the cathode catalyst layer during operation to the hydrophilic layer. Become. However, since the hydrophilicity of the hydrophilic layer is higher than that of the closed channel formed in the separator, it is difficult for the technique disclosed in Patent Document 1 to move liquid water from the hydrophilic layer to the closed channel. is there. For this reason, the technique disclosed in Patent Document 1 has a problem that it is difficult to discharge liquid water out of the single cell (improve drainage).
そこで本発明は、排水性を向上させることが可能な、閉塞流路を有する燃料電池を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the fuel cell which has the obstruction | occlusion flow path which can improve drainage.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、膜電極構造体、該膜電極構造体の少なくとも一方に配設されたガス拡散層、及び、該ガス拡散層に対して膜電極構造体と反対側に配設されたセパレータを備え、セパレータのガス拡散層側の面に、膜電極構造体へと供給される反応ガスの出口が閉塞された第1閉塞流路と、反応ガスの入口が閉塞された第2閉塞流路とが、隣り合うように備えられ、第1閉塞流路と第2閉塞流路との間に備えられるセパレータの部位(以下において、「凸部」ということがある。)と面するガス拡散層の表面の疎水性が、第1閉塞流路の幅方向中央と面するガス拡散層の表面の疎水性、及び、第2閉塞流路の幅方向中央と面するガス拡散層の表面の疎水性よりも低いことを特徴とする、燃料電池である。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The present invention includes a membrane electrode structure, a gas diffusion layer disposed on at least one of the membrane electrode structures, and a separator disposed on the opposite side of the membrane electrode structure with respect to the gas diffusion layer. A first closed channel in which an outlet of a reactive gas supplied to the membrane electrode structure is closed on a surface of the separator on the gas diffusion layer side, and a second closed channel in which an inlet of the reactive gas is closed The surface of the gas diffusion layer that is provided so as to be adjacent to each other and faces a portion of the separator (hereinafter sometimes referred to as a “convex portion”) provided between the first closed channel and the second closed channel. Than the hydrophobicity of the surface of the gas diffusion layer facing the center in the width direction of the first closed channel and the hydrophobicity of the surface of the gas diffusion layer facing the center of the second closed channel in the width direction. It is a fuel cell characterized by being low.
ここに、本発明において、「ガス拡散層に対して膜電極構造体と反対側に配設されたセパレータ」とは、膜電極構造体とセパレータとの間にガス拡散層が存在するように、膜電極構造体、ガス拡散層、及び、セパレータが配設されていることをいう。 Here, in the present invention, "a separator disposed on the opposite side of the gas diffusion layer from the membrane electrode structure" means that the gas diffusion layer exists between the membrane electrode structure and the separator. It means that a membrane electrode structure, a gas diffusion layer, and a separator are provided.
本発明によれば、例えば第1閉塞流路の閉塞部に液水が存在するような条件で燃料電池を運転した場合であっても、相対的に疎水性が低い、セパレータの凸部と面するガス拡散層の表面を含む領域へ、当該液水を移動させることができる。そして、本発明によれば、相対的に疎水性の低い部位へと移動させた液水を、第1閉塞流路から第2閉塞流路へと向かう反応ガスとともに、第2閉塞流路へと移動させることができ、第2閉塞流路の出口を介して液水を単セルの外へと排出することができる。したがって、本発明によれば、排水性を向上させることが可能な、閉塞流路を有する燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, for example, even when the fuel cell is operated under the condition that liquid water is present in the closed portion of the first closed channel, the convex portion and the surface of the separator having relatively low hydrophobicity. The liquid water can be moved to a region including the surface of the gas diffusion layer. And according to this invention, the liquid water moved to the site | part with relatively low hydrophobicity is sent to a 2nd obstruction | occlusion flow path with the reaction gas which goes to a 2nd obstruction | occlusion flow path from a 1st obstruction | occlusion flow path. It can be moved, and liquid water can be discharged out of the single cell through the outlet of the second closed channel. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a fuel cell having a closed channel that can improve drainage.
MEAを含む積層体へと供給される反応ガスの拡散性を向上させて性能を向上させること等を目的として、閉塞流路を有するPEFCが開発されてきている。ところが、閉塞流路に液体の水が存在し得る条件下でPEFCを運転すると、入り流路や出流路の閉塞部等に液水が滞留することがある。このようにして液水が滞留すると、滞留した液水によって反応ガスの拡散が阻害されるため、PEFCの性能が低下する。それゆえ、PEFCの性能低下を抑制するためには、液水の排出性能(排水性)を向上させることが重要である。本発明者らは、かかる観点から鋭意研究を進めた結果、ガス拡散層に、相対的に疎水性の高い部位と相対的に疎水性の低い部位とを設け、閉塞流路に挟まれた凸部と対向するガス拡散層の表面の疎水性を相対的に低くし、閉塞流路の流路幅方向中央と対向するガス拡散層部位の疎水性を相対的に高くすることにより、閉塞流路に液水が滞留する事態を抑制可能であることを知見し、本発明を完成させた。 For the purpose of improving the performance by improving the diffusibility of the reaction gas supplied to the laminate including the MEA, a PEFC having a closed channel has been developed. However, if the PEFC is operated under the condition that liquid water can exist in the closed channel, liquid water may stay in the closed portion of the incoming channel or the outgoing channel. When the liquid water stays in this way, the diffusion of the reaction gas is inhibited by the staying liquid water, so that the performance of PEFC is lowered. Therefore, it is important to improve the discharge performance (drainage) of liquid water in order to suppress the performance degradation of PEFC. As a result of intensive studies from such a viewpoint, the inventors of the present invention provided a relatively hydrophobic portion and a relatively hydrophobic portion in the gas diffusion layer, and the convexity sandwiched between the closed channels. By relatively lowering the hydrophobicity of the surface of the gas diffusion layer facing the portion and relatively increasing the hydrophobicity of the gas diffusion layer portion facing the center of the widthwise direction of the blocked flow path, As a result, it was found that liquid water can be prevented from staying in the water and the present invention was completed.
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、排水性を向上させることが可能な、閉塞流路を有する燃料電池を提供することを、主な要旨とする。 The present invention has been made on the basis of such knowledge, and its main gist is to provide a fuel cell having a closed channel that can improve drainage.
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されるものではない。 The present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to the form shown below.
図1は、本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す断面図である。図1の紙面上下方向がセパレータの厚さ方向、図1の紙面左右方向がセパレータに備えられる閉塞流路の流路幅方向であり、図1の紙面奥/手前方向が反応ガスの流通方向である。本発明の理解を容易にするため、図1では、一部符号の記載を省略している。図2は、図1に記載されたカソード触媒層、ガス拡散層、及び、セパレータの一部を抜き出し、拡大して示す図である。図2の紙面上下方向がセパレータの厚さ方向、図2の紙面左右方向がセパレータに備えられる閉塞流路の流路幅方向、図2の紙面奥/手前方向が反応ガスの流通方向であり、図2の矢印は、本発明の燃料電池の運転時に生成された水の移動方向である。図3は、アノード触媒層側に配置されたセパレータの形態例を示す平面図である。図3の矢印は水素の流通方向を示している。図4は、カソード触媒層側に配置されたセパレータの形態例を示す平面図である。図4の矢印は空気の流通方向を示している。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a fuel cell according to the present invention. 1 is the thickness direction of the separator, the left-right direction of FIG. 1 is the flow path width direction of the closed flow path provided in the separator, and the back / front direction of FIG. 1 is the reaction gas flow direction. is there. In order to facilitate understanding of the present invention, some reference numerals are omitted in FIG. FIG. 2 is an enlarged view of a part of the cathode catalyst layer, the gas diffusion layer, and the separator described in FIG. 2 is the thickness direction of the separator, the left-right direction of FIG. 2 is the channel width direction of the closed channel provided in the separator, and the back / front direction of FIG. 2 is the reaction gas flow direction, The arrows in FIG. 2 indicate the direction of movement of water generated during operation of the fuel cell of the present invention. FIG. 3 is a plan view showing a form example of a separator disposed on the anode catalyst layer side. The arrows in FIG. 3 indicate the direction of hydrogen flow. FIG. 4 is a plan view showing a form example of the separator disposed on the cathode catalyst layer side. The arrows in FIG. 4 indicate the direction of air flow.
図1及び図2に示すように、本発明の燃料電池10は、電解質膜1、該電解質膜1の一方の面に形成されたアノード触媒層2、及び、該アノード触媒層2が形成された電解質膜1の面とは反対側の面に形成されたカソード触媒層3、を備えるMEA4と、アノード触媒層2側に配設されたガス拡散層5と、カソード触媒層3側に配設されたガス拡散層6と、ガス拡散層5側に配設されたセパレータ7と、ガス拡散層6側に配設されたセパレータ8と、を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell 10 of the present invention includes an electrolyte membrane 1, an
燃料電池10において、ガス拡散層5は、相対的に疎水性が高い高疎水性部位5aと、相対的に疎水性が低い低疎水性部位5b、5b、…と、を有し、高疎水性部位5aの疎水性は低疎水性部位5b、5b、…の疎水性よりも高い。ガス拡散層6は、相対的に疎水性が高い高疎水性部位6aと、相対的に疎水性が低い低疎水性部位6b、6b、…と、を有し、高疎水性部位6aの疎水性は低疎水性部位6b、6b、…の疎水性よりも高い。また、図1及び図3に示すように、セパレータ7は、閉塞部材9、9、…によって出口が閉塞された閉塞流路である入り流路7x、7x、…、閉塞部材9、9、…によって入口が閉塞された閉塞流路である出流路7y、7y、…、及び、入り流路7x、7x、…と出流路7y、7y、…との間に位置する凸部7z、7z、…を有している。また、図1、図2、及び、図4に示すように、セパレータ8は、閉塞部材9、9、…によって出口が閉塞された閉塞流路である入り流路8x、8x、…、閉塞部材9、9、…によって入口が閉塞された閉塞流路である出流路8y、8y、…、及び、入り流路8x、8x、…と出流路8y、8y、…との間に位置する凸部8z、8z、…を有している。
In the fuel cell 10, the
図1に示すように、ガス拡散層5において、低疎水性部位5b、5b、…は、凸部7z、7z、…と面する表面を含む領域に配置され、低疎水性部位5b、5b、…以外のガス拡散層5の領域は、高疎水性部位5aとされている。同様に、図1及び図2に示すように、ガス拡散層6において、低疎水性部位6b、6b、…は、凸部8z、8z、…と面する表面を含む領域に配置され、低疎水性部位6b、6b、…以外のガス拡散層6の領域は、高疎水性部位6aとされている。
As shown in FIG. 1, in the
燃料電池10の運転時には、入り流路7x、7x、…を介して供給された水素が、ガス拡散層5を通過してアノード触媒層2へと達し、アノード触媒層2に含有される触媒(例えば、白金等。以下において同じ。)の作用下で反応することにより、プロトンと電子に分離する。このようにして生じたプロトンは、アノード触媒層2、電解質膜1、及び、カソード触媒層3に含有されているプロトン伝導体を伝ってカソード触媒層3へと移動し、アノード触媒層2で生じた電子は、外部回路を経由してカソード触媒層3へと達する。一方、燃料電池10の運転時には、入り流路8x、8x、…を介して供給された空気が、ガス拡散層6を通過してカソード触媒層3へと達し、カソード触媒層3へと達した空気に含有されている酸素と、アノード触媒層2からカソード触媒層3へと移動してきたプロトン及び電子とが、カソード触媒層3に含有されている触媒の作用下で反応することにより、水が生成される。
During operation of the fuel cell 10, hydrogen supplied through the
プロトン伝導体を伝ってアノード触媒層2からカソード触媒層3へと移動するプロトンの伝導抵抗を低減するためには、MEA4を含水状態にする必要がある。それゆえ、本発明の燃料電池の運転時には、加湿された水素が入り流路7x、7x、…を介して供給され、加湿された空気が入り流路8x、8x、…を介して供給される。燃料電池10において、入り流路7x、7x、…を介して供給された水素のうち、アノード触媒層2における上記反応に用いられなかった水素は、アノード触媒層2やガス拡散層5を通過して出流路7y、7y、…へと達し、当該出流路7y、7y、…の出口を介して排出される。すなわち、出口が閉塞された入り流路7x、7x、…と入口が閉塞された出流路7y、7y、…とを有する形態とすることにより、入り流路7x、7x、…を介して供給した水素を、強制的にアノード触媒層2へと流入させることができ、アノード触媒層2を拡散した水素を出流路7y、7y、…の出口を介して排出することができる。そのため、燃料電池10によれば、凸部7z、7z、…と面するガス拡散層5の領域(低疎水性部位5b、5b、…)及び凸部7z、7z、…と面するアノード触媒層2の領域にも、水素を拡散させることができる。一方、入り流路8x、8x、…を介して供給された空気のうち、カソード触媒層3における上記反応に用いられなかった空気は、カソード触媒層3やガス拡散層6を通過して出流路8y、8y、…へと達し、当該出流路8y、8y、…の出口を介して排出される。すなわち、出口が閉塞された入り流路8x、8x、…と入口が閉塞された出流路8y、8y、…とを有する形態とすることにより、入り流路8x、8x、…を介して供給した空気を、強制的にカソード触媒層3へと流入させることができ、カソード触媒層3を拡散した空気を出流路8y、8y、…の出口を介して排出することができる。そのため、燃料電池10によれば、凸部8z、8z、…と面するガス拡散層6の領域(低疎水性部位6b、6b、…)及び凸部8z、8z、…と面するカソード触媒層3の領域にも、空気を拡散させることができる。
In order to reduce the conduction resistance of protons traveling from the
燃料電池10の運転時にカソード触媒層3で生成された水は、図2に矢印で示される方向へと移動する。より具体的に説明すると、以下の通りである。 The water generated in the cathode catalyst layer 3 during the operation of the fuel cell 10 moves in the direction indicated by the arrow in FIG. More specifically, it is as follows.
カソード触媒層3は、親水性領域と疎水性領域とを有している。そのため、カソード触媒層3で生成された水は、カソード触媒層3に含まれている親水性領域を通って、カソード触媒層3とガス拡散層6との界面へと達する。ここで、カソード触媒層3に含まれている疎水性領域の疎水性は、ガス拡散層6に含まれている高疎水性部位6aの疎水性よりも高い。それゆえ、多量の水が生成されることによりカソード触媒層3から押し出された水は、ガス拡散層6の高疎水性部位6aへと達する。高疎水性部位6aへと達した水は、その後、入り流路8x、8x、…や出流路8y、8y、…へと移動するか、又は、低疎水性部位6b、6b、…へと移動する。
The cathode catalyst layer 3 has a hydrophilic region and a hydrophobic region. Therefore, the water generated in the cathode catalyst layer 3 reaches the interface between the cathode catalyst layer 3 and the gas diffusion layer 6 through the hydrophilic region included in the cathode catalyst layer 3. Here, the hydrophobicity of the hydrophobic region included in the cathode catalyst layer 3 is higher than the hydrophobicity of the highly
このように、カソード触媒層3で生成された水の少なくとも一部は、入り流路8x、8x、…へと達する。上述のように、入り流路は出口が閉塞されているため、従来の技術では、カソード触媒層側に配設されているセパレータの入り流路の出口等に液水が滞留しやすかった。ところが、燃料電池10では、凸部8z、8z、…と面する表面を含むガス拡散層6の一部に低疎水性部位6b、6b、…を配置し、低疎水性部位6b、6b、…以外のガス拡散層6の領域に、高疎水性部位6aを配置している。そのため、入り流路8x、8x、…の出口等に存在する液水は、高疎水性部位6aと比較して疎水性の程度が低い低疎水性部位6b、6b、…へと移動する。ここで、上述のように、燃料電池10では、入り流路8x、8x、…から出流路8y、8y、…へと向かう空気の流れが存在し、低疎水性部位6b、6b、…にも当該空気の流れが存在する。そのため、燃料電池10によれば、入り流路8x、8x、…等を介して低疎水性部位6b、6b、…へと達した液水を、空気と共に、出流路8y、8y、…へと移動させることができ、出流路8y、8y、…を介して液水を排出することができる。したがって、高疎水性部位6a及び低疎水性部位6b、6b、…を有する本発明の燃料電池10によれば、排水性を向上させることができる。それゆえ、本発明の燃料電池10によれば、カソード触媒層3側におけるフラッディングの発生を抑制することができる。
Thus, at least a part of the water generated in the cathode catalyst layer 3 reaches the
さらに、従来の燃料電池の運転時には、アノード触媒層側に配設されているセパレータの入り流路の出口等にも、液体の水が滞留する虞があった。ところが、燃料電池10では、凸部7z、7z、…と面する表面を含むガス拡散層5の一部に低疎水性部位5b、5b、…を配置し、低疎水性部位5b、5b、…以外のガス拡散層5の領域に、高疎水性部位5aを配置している。そのため、入り流路7x、7x、…の出口等に存在する液水は、高疎水性部位5aと比較して疎水性の程度が低い低疎水性部位5b、5b、…へと移動する。ここで、上述のように、燃料電池10では、入り流路7x、7x、…から出流路7y、7y、…へと向かう水素の流れが存在し、低疎水性部位5b、5b、…にも当該水素の流れが存在する。そのため、燃料電池10によれば、入り流路7x、7x、…等を介して低疎水性部位5b、5b、…へと達した液水を、水素と共に、出流路7y、7y、…へと移動させることができ、出流路7y、7y、…を介して液水を排出することができる。したがって、高疎水性部位5a及び低疎水性部位5b、5b、…を有する本発明の燃料電池10によれば、排水性を向上させることができる。それゆえ、本発明の燃料電池10によれば、カソード触媒層3側のみならず、アノード触媒層2側におけるフラッディングの発生も抑制することができる。
Furthermore, during the operation of the conventional fuel cell, liquid water may remain at the outlet of the inlet channel of the separator disposed on the anode catalyst layer side. However, in the fuel cell 10, the low
本発明の燃料電池10に関する上記説明では、ガス拡散層5に高疎水性部位5a及び低疎水性部位5b、5b、…が備えられ、かつ、ガス拡散層6に高疎水性部位6a及び低疎水性部位6b、6b、…が備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池は、アノード触媒層側に配設されたガス拡散層、又は、カソード触媒層側に配設されたガス拡散層が、その全領域に亘って略一様の疎水性を有する形態とすることも可能である。ただし、液水がカソード触媒層側に配設されたセパレータの入り流路の出口近傍に滞留する事態を抑制して空気の拡散性を向上させ得る形態とする等の観点からは、カソード触媒層側に配設されたガス拡散層に、高疎水性部位及び低疎水性部位が配置されることが好ましい。加えて、空気よりも遅い流速の水素が流通するアノード触媒層側に配設された、セパレータの入り流路の出口近傍に液水が滞留する事態を抑制可能な形態とする等の観点からは、アノード触媒層側に配設されたガス拡散層に、高疎水性部位及び低疎水性部位が配置されることが好ましい。
In the above description of the fuel cell 10 according to the present invention, the
また、本発明の燃料電池10に関する上記説明では、アノード触媒層2側にガス拡散層5が備えられ、かつ、カソード触媒層3側にガス拡散層6が備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池は、アノード触媒層とセパレータとの間、又は、カソード触媒層とセパレータとの間にのみガス拡散層が備えられる形態とすることも可能である。このように、本発明の燃料電池において、アノード触媒層側又はカソード触媒層側の一方にのみ、ガス拡散層が備えられる場合には、当該ガス拡散層を、高疎水性部位及び低疎水性部位を有するガス拡散層とすれば良い。
In the above description regarding the fuel cell 10 of the present invention, the
また、本発明の燃料電池10において、ガス拡散層5の作製方法は、高疎水性部位5a及び低疎水性部位5b、5b、…を備えるガス拡散層5を作製可能であれば、特に限定されるものではなく、公知の方法を用いることができる。ガス拡散層5を作製する方法としては、例えば、低疎水性部位5b、5b、…が作製されるべき箇所にマスキング部材を配置したガス拡散層に撥水処理を施し、その後、マスキング部材を取り除く形態等を挙げることができる。かかる方法で作製すれば、マスキング部材が配置されていなかった箇所を高疎水性部位5aとし、マスキング部材が配置されていた箇所を低疎水性部位5b、5b、…とした、ガス拡散層5を作製することができる。また、ガス拡散層6は、ガス拡散層5と同様の方法により作製することができる。
In the fuel cell 10 of the present invention, the method for producing the
1…電解質膜
2…アノード触媒層
3…カソード触媒層
4…MEA(膜電極構造体)
5…ガス拡散層
5a…高疎水性部位
5b…低疎水性部位
6…ガス拡散層
6a…高疎水性部位
6b…低疎水性部位
7…セパレータ
7x…入り流路(第1閉塞流路)
7y…出流路(第2閉塞流路)
7z…凸部
8…セパレータ
8x…入り流路(第1閉塞流路)
8y…出流路(第2閉塞流路)
8z…凸部
9…閉塞部材
10…燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
5 ...
7y ... Outlet channel (second closed channel)
7z ...
8y ... Outlet channel (second closed channel)
8z ...
Claims (1)
前記セパレータの前記ガス拡散層側の面に、前記膜電極構造体へと供給される反応ガスの出口が閉塞された第1閉塞流路と、前記反応ガスの入口が閉塞された第2閉塞流路とが、隣り合うように備えられ、
前記第1閉塞流路と前記第2閉塞流路との間に備えられる前記セパレータの部位と面する前記ガス拡散層の表面の疎水性が、前記第1閉塞流路の幅方向中央と面する前記ガス拡散層の表面の疎水性、及び、前記第2閉塞流路の幅方向中央と面する前記ガス拡散層の表面の疎水性よりも低いことを特徴とする、燃料電池。 A membrane electrode structure, a gas diffusion layer disposed on at least one of the membrane electrode structures, and a separator disposed on the opposite side of the membrane electrode structure with respect to the gas diffusion layer,
On the surface of the separator on the gas diffusion layer side, a first closed flow path in which an outlet of a reactive gas supplied to the membrane electrode structure is closed, and a second closed flow in which an inlet of the reactive gas is closed Roads are prepared next to each other,
The hydrophobicity of the surface of the gas diffusion layer facing the portion of the separator provided between the first closed channel and the second closed channel faces the center in the width direction of the first closed channel. The fuel cell, wherein the hydrophobicity of the surface of the gas diffusion layer and the hydrophobicity of the surface of the gas diffusion layer facing the center in the width direction of the second closed channel are lower.
Priority Applications (1)
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JP2008285061A JP2010113927A (en) | 2008-11-06 | 2008-11-06 | Fuel cell |
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JP2008285061A JP2010113927A (en) | 2008-11-06 | 2008-11-06 | Fuel cell |
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2008
- 2008-11-06 JP JP2008285061A patent/JP2010113927A/en active Pending
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