JP2011008959A

JP2011008959A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2011008959A
Application number: JP2009148891A
Authority: JP
Inventors: Toru Yajima; 亨矢嶋; Hiroyuki Hasebe; 裕之長谷部; Yuichi Sato; 雄一佐藤; Genta Omichi; 元太大道; Asako Sato; 麻子佐藤; Mitsuru Furuichi; 満古市
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2011-01-13

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell for improving output.SOLUTION: The fuel cell includes a membrane-electrode assembly 2 in a structure for holding an electrode membrane between an anode and a cathode, a fuel supply mechanism 3 arranged at an anode side of the membrane-electrode assembly and supplying a fuel to the anode, and a cover plate 21 arranged at a cathode side of the membrane-electrode assembly and fastened to the fuel supply mechanism on the outside of a periphery of the membrane-electrode assembly. A center part 2C of the membrane-electrode assembly is pressurized with a pressure stronger than the periphery 2P of the membrane-electrode assembly.

Description

この発明は、液体燃料を用いた燃料電池の技術に関する。 The present invention relates to a technology of a fuel cell using a liquid fuel.

近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を充電なしで長時間使用可能とするために、これらの携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。このような燃料電池は、燃料と空気（特に酸素）を供給するだけで発電することができ、燃料を補給することにより連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池は、小型化により携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムとなりえる。 In recent years, attempts have been made to use fuel cells as a power source for portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones so that they can be used for a long time without charging. Such a fuel cell has a feature that it can generate electricity only by supplying fuel and air (especially oxygen), and can continuously generate electricity for a long time by replenishing fuel. . For this reason, the fuel cell can be a very advantageous system as a power source for portable electronic devices due to the miniaturization.

特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈａｎｏｌＦｕｅｌＣｅｌｌ：ＤＭＦＣ）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として有望視されている。 In particular, a direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol as a fuel can be reduced in size and can be easily handled, so that it is regarded as a promising power source for portable electronic devices. Yes.

例えば、特許文献１によれば、複数の高粒子密度領域及び複数の低粒子密度領域を含む多孔質拡散媒体を組み込んだ燃料電池に関する技術が開示されている。また、特許文献２によれば、ガス流路に沿った形状であって密度の高い第１の基材と密度の低い第２の基材が面方向に組み合わされた拡散層を備えた燃料電池に関する技術が開示されている。また、特許文献３によれば、一方の面から他方の面にわたる貫通孔を複数有し、且つ貫通孔の密度及び／又は孔径が面方向に異なる酸素極側ガス拡散層電極基材を備えた高分子電解質型燃料電池に関する技術が開示されている。 For example, according to Patent Document 1, a technique related to a fuel cell incorporating a porous diffusion medium including a plurality of high particle density regions and a plurality of low particle density regions is disclosed. Further, according to Patent Document 2, a fuel cell having a diffusion layer in which a first base material having a high density and a second base material having a low density are combined in the plane direction along the gas flow path. Techniques related to this are disclosed. Further, according to Patent Document 3, the oxygen electrode side gas diffusion layer electrode substrate having a plurality of through holes extending from one surface to the other surface and having different through hole densities and / or hole diameters in the surface direction is provided. Techniques relating to polymer electrolyte fuel cells are disclosed.

膜電極接合体と集電部との間の電気的な接続は、通常、導電性物質同士の平面的な接触によって行なわれる。この電気的な接触を確保するためには、集電部が膜電極接合体に対して一定以上の圧力で押さえられている必要がある。 The electrical connection between the membrane electrode assembly and the current collector is usually made by planar contact between conductive materials. In order to ensure this electrical contact, it is necessary that the current collector be pressed against the membrane electrode assembly with a certain pressure or more.

ところが、膜電極接合体において発電反応を行なうと、膜電極接合体の温度が上昇するために、燃料電池を構成する部材が熱膨張したり、或いは発電反応によって二酸化炭素（ＣＯ_２）等のガスが発生するために燃料電池内の圧力が高まったりすることにより、各構成部材が変形などを生じてしまい、膜電極接合体を押さえる圧力が減少し、膜電極接合体と集電部との間の接触抵抗が増加するおそれがある。この接触抵抗が増加すると、オーム損のために燃料電池から得られる電力が減少することになる。 However, when a power generation reaction is performed in the membrane electrode assembly, the temperature of the membrane electrode assembly rises, so that the members constituting the fuel cell thermally expand, or a gas such as carbon dioxide (CO ₂ ) is generated by the power generation reaction. As the pressure in the fuel cell is increased due to the occurrence of pressure, each component member is deformed, and the pressure holding the membrane electrode assembly is reduced, so that the pressure between the membrane electrode assembly and the current collector is reduced. The contact resistance may increase. As this contact resistance increases, the power available from the fuel cell decreases due to ohmic losses.

このような問題を解決するために、燃料電池を構成する部材の厚さや強度を増加し、部材の熱膨張やガス圧力の増加を生じても部材の変形を生じにくくすることにより、膜電極接合体を押さえる圧力の減少を最小限にすることも提案されているが、燃料電池全体の重量や体積が増加することとなり、燃料電池を携帯機器の電源として用いるためには必ずしも好ましいものではない。 In order to solve such problems, the thickness and strength of the members constituting the fuel cell are increased, so that the members are less likely to be deformed even if the members are thermally expanded or the gas pressure is increased. Although it has been proposed to minimize the decrease in pressure to hold the body, the weight and volume of the entire fuel cell increase, which is not necessarily preferable for using the fuel cell as a power source for portable devices.

特表２００６−５１３５４５号公報JP-T-2006-513545 特開２００８−１３０３８９号公報JP 2008-130389 A 特開２００５−０３８７３８号公報JP 2005-038738 A

この発明の目的は、出力を向上することが可能な燃料電池を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of improving output.

この発明の一態様によれば、
アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持した構成の膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノード側に配置され、前記アノードに向けて燃料を供給する燃料供給機構と、
前記膜電極接合体のカソード側に配置され、前記膜電極接合体の周辺部の外側で前記燃料供給機構に締結されたカバープレートと、を備え、
前記膜電極接合体の中央部が前記膜電極接合体の周辺部よりも強い圧力で加圧されたことを特徴とする燃料電池が提供される。 According to one aspect of the invention,
A membrane electrode assembly having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode;
A fuel supply mechanism disposed on the anode side of the membrane electrode assembly and supplying fuel toward the anode;
A cover plate disposed on the cathode side of the membrane electrode assembly and fastened to the fuel supply mechanism outside the periphery of the membrane electrode assembly,
A fuel cell is provided in which a central portion of the membrane electrode assembly is pressurized with a pressure stronger than a peripheral portion of the membrane electrode assembly.

この発明によれば、出力を向上することが可能な燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, a fuel cell capable of improving output can be provided.

図１は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池のカソード側の外観を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing the appearance of the cathode side of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示した燃料電池を第１方向に沿って切断した断面構造を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the fuel cell shown in FIG. 1 cut along a first direction. 図３は、図１に示した燃料電池を第２方向に沿って切断した断面構造を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of the fuel cell shown in FIG. 1 cut along the second direction. 図４は、図１に示した燃料電池に適用可能な膜電極接合体が加圧された状態を説明するための図である。FIG. 4 is a view for explaining a state in which the membrane electrode assembly applicable to the fuel cell shown in FIG. 1 is pressurized. 図５は、図１に示した燃料電池に適用可能な膜電極接合体をプレス接合により製造した状態を説明するための図である。FIG. 5 is a view for explaining a state in which a membrane electrode assembly applicable to the fuel cell shown in FIG. 1 is manufactured by press bonding. 図６は、本実施形態における燃料電池の他の構成例を概略的に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing another configuration example of the fuel cell in the present embodiment. 図７は、本実施形態における燃料電池の他の構成例を概略的に示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing another configuration example of the fuel cell in the present embodiment. 図８は、本実施形態における燃料電池の他の構成例を概略的に示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing another configuration example of the fuel cell in the present embodiment. 図９は、本実施形態における燃料電池の他の構成例を概略的に示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing another configuration example of the fuel cell in the present embodiment.

以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池について図面を参照して説明する。 A fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、この実施の形態に係る燃料電池（ＤＭＦＣ）１のカソード側の外観を示す平面図である。 FIG. 1 is a plan view showing the appearance of the cathode side of a fuel cell (DMFC) 1 according to this embodiment.

この燃料電池１は、略矩形平板状に形成されている。図１に示す平面図では、燃料電池１は、長方形状であり、第１方向Ｘに沿って延びた一対の長辺Ｌ１及び長辺Ｌ２と、第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙに沿って延びた一対の短辺Ｓ１及び短辺Ｓ２と、を有している。 The fuel cell 1 is formed in a substantially rectangular flat plate shape. In the plan view shown in FIG. 1, the fuel cell 1 has a rectangular shape, a pair of long sides L1 and long sides L2 extending along the first direction X, and a second direction Y orthogonal to the first direction X. It has a pair of short side S1 and short side S2 extended along.

燃料電池１は、起電部を構成する膜電極接合体（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）２を備えている。この膜電極接合体２は、略矩形状に形成されている。このような膜電極接合体２は、その詳細な構造については後に説明するが、複数、たとえば４つの単セルＣＬ１乃至ＣＬ４を備えている。単セルＣＬ１乃至ＣＬ４のそれぞれは、同一平面上において、第１方向Ｘに沿って延在した略長方形状であり、第２方向Ｙに間隔をおいて並んで配置されている。 The fuel cell 1 includes a membrane electrode assembly (MEA) 2 that constitutes an electromotive unit. The membrane electrode assembly 2 is formed in a substantially rectangular shape. Such a membrane electrode assembly 2 includes a plurality of, for example, four single cells CL1 to CL4, the detailed structure of which will be described later. Each of the single cells CL1 to CL4 has a substantially rectangular shape extending along the first direction X on the same plane, and is arranged side by side in the second direction Y.

膜電極接合体２のカソード側における燃料電池１の表面には、カバープレート２１が配置されている。カバープレート２１は、外観が略矩形状であり、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。このカバープレート２１には、主として酸化剤である空気、特に酸素の取り込みを可能とする複数の開口部２１Ｈが形成されている。 A cover plate 21 is disposed on the surface of the fuel cell 1 on the cathode side of the membrane electrode assembly 2. The cover plate 21 has a substantially rectangular appearance, and is made of, for example, stainless steel (SUS). The cover plate 21 is formed with a plurality of openings 21 </ b> H that can mainly take in air as an oxidant, particularly oxygen.

なお、膜電極接合体２のアノード側には、膜電極接合体２に燃料を供給する燃料供給機構（図示しない）が配置されている。カバープレート２１は、燃料供給機構との間に膜電極接合体２を保持した状態で、燃料電池１の各長辺Ｌ１及びＬ２、及び、各短辺Ｓ１及びＳ２において燃料供給機構に締結されている。 A fuel supply mechanism (not shown) that supplies fuel to the membrane electrode assembly 2 is disposed on the anode side of the membrane electrode assembly 2. The cover plate 21 is fastened to the fuel supply mechanism at each of the long sides L1 and L2 and the short sides S1 and S2 of the fuel cell 1 with the membrane electrode assembly 2 held between the cover plate 21 and the fuel supply mechanism. Yes.

膜電極接合体２の中央部２Ｃは、膜電極接合体２の周辺部２Ｐよりも強い圧力で加圧されている。本実施形態では、中央部２Ｃに対応する位置には、加圧部材４０が配置されている。この加圧部材４０は、膜電極接合体２の設置面積よりも小さい面積に亘って配置されている。あるいは、この加圧部材４０は、中央部２Ｃの面積と略同等の面積に亘って配置されている。周辺部２Ｐに対応する位置には、加圧部材４０は配置されていない。ここに示した例では、加圧部材４０の形状は、第１方向Ｘと平行な長軸を有するとともに第２方向Ｙと平行な短軸を有する楕円形である。 The central portion 2C of the membrane electrode assembly 2 is pressurized with a pressure stronger than that of the peripheral portion 2P of the membrane electrode assembly 2. In the present embodiment, the pressurizing member 40 is disposed at a position corresponding to the central portion 2C. The pressure member 40 is disposed over an area smaller than the installation area of the membrane electrode assembly 2. Or this pressurization member 40 is arrange | positioned over the area substantially equivalent to the area of 2 C of center parts. The pressure member 40 is not disposed at a position corresponding to the peripheral portion 2P. In the example shown here, the shape of the pressure member 40 is an ellipse having a long axis parallel to the first direction X and a short axis parallel to the second direction Y.

なお、中央部２Ｃとは、膜電極接合体２の二次元平面視野において、複数の単セルの全てを囲む仮想の最小円の中心を含む領域である。本実施の形態においては、中央部２Ｃとは、複数並んだ単セルＣＬ１乃至ＣＬ４を囲む仮想の最小円の中心を囲む領域である。そして、本実施の形態のように並列に単セルが並んだ構造においては、その領域は、中心を挟んで配置された単セルのそれぞれの中心（ここでは単セルＣＬ２及びＣＬ３のそれぞれの中心Ｏ２及びＯ３）を含む領域とすることが好ましい。周辺部２Ｐとは、中央部２Ｃを囲む領域であり、中央部２Ｃよりもカバープレート２１と燃料供給機構との締結位置に近い領域、つまり、燃料電池１の各長辺Ｌ１及びＬ２、及び、各短辺Ｓ１及びＳ２の近傍の領域である。 The central portion 2C is a region including the center of a virtual minimum circle surrounding all of the plurality of single cells in the two-dimensional planar view of the membrane electrode assembly 2. In the present embodiment, the central portion 2C is a region surrounding the center of a virtual minimum circle surrounding the plurality of unit cells CL1 to CL4 arranged side by side. In the structure in which the single cells are arranged in parallel as in the present embodiment, the region is the center of each of the single cells arranged across the center (here, the centers O2 of the single cells CL2 and CL3). And O3). The peripheral portion 2P is a region surrounding the central portion 2C and is a region closer to the fastening position of the cover plate 21 and the fuel supply mechanism than the central portion 2C, that is, the long sides L1 and L2 of the fuel cell 1, and It is an area in the vicinity of each short side S1 and S2.

図２は、図１に示した燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を示す図であり、図３は、図１に示した燃料電池１を第２方向Ｙに沿って切断した断面を示す図である。 2 is a view showing a cross section of the fuel cell 1 shown in FIG. 1 cut along the first direction X. FIG. 3 is a view showing the fuel cell 1 shown in FIG. 1 cut along the second direction Y. FIG.

燃料電池１の膜電極接合体２は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とが積層されたアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とが積層されたカソード（空気極あるいは酸化剤極）１６と、アノード１３のアノード触媒層１１とカソード１６のカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７と、を備えて構成されている。 The membrane electrode assembly 2 of the fuel cell 1 includes an anode (fuel electrode) 13 in which an anode catalyst layer 11 and an anode gas diffusion layer 12 are stacked, and a cathode in which a cathode catalyst layer 14 and a cathode gas diffusion layer 15 are stacked. (Air electrode or oxidant electrode) 16 and a proton (hydrogen ion) conductive electrolyte membrane 17 sandwiched between the anode catalyst layer 11 of the anode 13 and the cathode catalyst layer 14 of the cathode 16. Yes.

この実施の形態においては、図３に示すように、膜電極接合体２は、単一の電解質膜１７における一方の面１７Ａの上に間隔をおいて配置された４つのアノード１３１〜１３４と、電解質膜１７における他方の面１７Ｂの上に間隔をおいて配置された４つのカソード１６１〜１６４とを有している。電解質膜１７を挟んで互いに対向するアノード１３１〜１３４とカソード１６１〜１６４との各組み合わせは、それぞれ単セルを構成している。 In this embodiment, as shown in FIG. 3, the membrane electrode assembly 2 includes four anodes 131 to 134 arranged at intervals on one surface 17 </ b> A of a single electrolyte membrane 17, and There are four cathodes 161 to 164 arranged on the other surface 17B of the electrolyte membrane 17 at intervals. Each combination of the anodes 131 to 134 and the cathodes 161 to 164 facing each other across the electrolyte membrane 17 constitutes a single cell.

すなわち、アノード１３１とカソード１６１とは、電解質膜１７を挟んで対向するように配置されており、１組の単セルを構成している。同様に、アノード１３２とカソード１６２とが対向するように配置され、アノード１３３とカソード１６３とが対向するように配置され、アノード１３４とカソード１６４とが対向するように配置されており、４組の単セルが同一平面上に配列されている。なお、膜電極接合体２の構造は、この例に限らず他の構造であっても良い。 That is, the anode 131 and the cathode 161 are arranged so as to face each other with the electrolyte membrane 17 interposed therebetween, and constitute a set of single cells. Similarly, the anode 132 and the cathode 162 are arranged to face each other, the anode 133 and the cathode 163 are arranged to face each other, and the anode 134 and the cathode 164 are arranged to face each other. Single cells are arranged on the same plane. The structure of the membrane electrode assembly 2 is not limited to this example, and may be another structure.

このような膜電極接合体２は、集電体１８によって挟持されている。各単セルは、集電体１８によって電気的に直列に接続されている。集電体１８は、ベース絶縁層ＢＦ、膜電極接合体２のアノード１３の側に配置された複数のアノード集電部Ａ、及び、膜電極接合体２のカソード１６の側に配置された複数のカソード集電部Ｃを有している。アノード集電部Ａとカソード集電部Ｃは、同数である。ここに示した例では、集電体１８は、４つのアノード集電部Ａ１〜Ａ４、及び、４つのカソード集電部Ｃ１〜Ｃ４を有している。 Such a membrane electrode assembly 2 is sandwiched between current collectors 18. Each single cell is electrically connected in series by a current collector 18. The current collector 18 includes a base insulating layer BF, a plurality of anode current collectors A arranged on the anode 13 side of the membrane electrode assembly 2, and a plurality of arranged on the cathode 16 side of the membrane electrode assembly 2. Cathode collecting part C. The number of anode current collectors A and cathode current collectors C is the same. In the example shown here, the current collector 18 has four anode current collectors A1 to A4 and four cathode current collectors C1 to C4.

これらのアノード集電部Ａ及びカソード集電部Ｃは、例えば、金、銅、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などをそれぞれ使用して形成可能であり、さらには、金属材料などからなる導体層を被覆層によって被覆しても良い。被覆層は、導電性を有するとともに導体層の腐食を抑制する材料、例えば炭素を含有した樹脂組成物などによって形成可能である。なお、ベース絶縁層ＢＦは、例えばポリイミド（ＰＩ）によって形成されている。 These anode current collector A and cathode current collector C are, for example, a porous layer (for example, a mesh) or a foil body made of a metal material such as gold, copper, or nickel, or a conductive metal such as stainless steel (SUS). Each of the materials can be formed by using a composite material coated with a highly conductive metal such as gold, and a conductor layer made of a metal material or the like may be covered with a coating layer. The coating layer can be formed of a material that has conductivity and suppresses corrosion of the conductor layer, such as a resin composition containing carbon. Note that the base insulating layer BF is made of, for example, polyimide (PI).

膜電極接合体２が集電体１８によって挟持されている状態では、アノード集電部Ａ１は、アノード１３１のアノードガス拡散層１２に重なり、電気的に接続されている。同様に、アノード集電部Ａ２はアノード１３２のアノードガス拡散層１２に重なり、アノード集電部Ａ３はアノード１３３のアノードガス拡散層１２に重なり、アノード集電部Ａ４はアノード１３４のアノードガス拡散層１２に重なり、それぞれ電気的に接続されている。 In a state where the membrane electrode assembly 2 is sandwiched between the current collectors 18, the anode current collector A 1 overlaps and is electrically connected to the anode gas diffusion layer 12 of the anode 131. Similarly, the anode current collector A2 overlaps the anode gas diffusion layer 12 of the anode 132, the anode current collector A3 overlaps the anode gas diffusion layer 12 of the anode 133, and the anode current collector A4 corresponds to the anode gas diffusion layer of the anode 134. 12 are electrically connected to each other.

また、カソード集電部Ｃ１は、カソード１６１のカソードガス拡散層１５に重なり、電気的に接続されている。同様に、カソード集電部Ｃ２はカソード１６２のカソードガス拡散層１５に重なり、カソード集電部Ｃ３はカソード１６３のカソードガス拡散層１５に重なり、カソード集電部Ｃ４はカソード１６４のカソードガス拡散層１５に重なり、それぞれ電気的に接続されている。 Further, the cathode current collector C1 overlaps and is electrically connected to the cathode gas diffusion layer 15 of the cathode 161. Similarly, the cathode current collector C2 overlaps with the cathode gas diffusion layer 15 of the cathode 162, the cathode current collector C3 overlaps with the cathode gas diffusion layer 15 of the cathode 163, and the cathode current collector C4 overlaps with the cathode gas diffusion layer of the cathode 164. 15 and are electrically connected to each other.

膜電極接合体２は、電解質膜１７と集電体１８との間のアノード１３の側及びカソード１６の側にそれぞれ配置されたゴム製のＯリング等のシール部材１９によってシールされている。これにより、膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。 The membrane electrode assembly 2 is sealed by a sealing member 19 such as a rubber O-ring disposed on the anode 13 side and the cathode 16 side between the electrolyte membrane 17 and the current collector 18. Thereby, fuel leakage and oxidant leakage from the membrane electrode assembly 2 are prevented.

なお、膜電極接合体２において、電解質膜１７のうち、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４にともに接しておらず、且つシール部材１９の内側に相当する位置に、１個乃至複数個のガス排出孔（図示せず）を設けても良い。このようなガス排出孔は、電解質膜１７の一方の面１７Ａから他方の面１７Ｂまで貫通し、アノード１３の側とカソード１６の側とを連通している。 In the membrane / electrode assembly 2, one or more gases are disposed in a position corresponding to the inside of the seal member 19 in the electrolyte membrane 17 that is not in contact with the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14. A discharge hole (not shown) may be provided. Such a gas discharge hole penetrates from one surface 17A of the electrolyte membrane 17 to the other surface 17B, and communicates the anode 13 side and the cathode 16 side.

膜電極接合体２のカソード１６の側において、集電体１８とカバープレート２１との間には、通気性を有する絶縁材料によって形成された板状体２０が配置されている。この板状体２０は、主に保湿層として機能する。すなわち、この板状体２０は、カソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて水の蒸散を抑制するとともに、カバープレート２１の開口部２１Ｈから取り込んだ空気のカソード触媒層１４への取入れ量を調整し且つ空気の均一拡散を促進するものである。このような板状体２０は、例えば、ポリエチレン製多孔質フィルム等からなる平板で構成される。 On the cathode 16 side of the membrane electrode assembly 2, a plate-like body 20 made of a breathable insulating material is disposed between the current collector 18 and the cover plate 21. This plate-like body 20 mainly functions as a moisture retaining layer. That is, the plate-like body 20 is impregnated with a part of the water generated in the cathode catalyst layer 14 to suppress water evaporation and to the cathode catalyst layer 14 of air taken in from the opening 21H of the cover plate 21. The amount of air taken in is adjusted and the uniform diffusion of air is promoted. Such a plate-like body 20 is comprised by the flat plate which consists of a polyethylene-made porous film etc., for example.

加圧部材４０は、板状体２０とカバープレート２１との間に配置されている。この加圧部材４０は、膜電極接合体２の中央部２Ｃに対応して配置されている。膜電極接合体２の周辺部２Ｐに対応した板状体２０とカバープレート２１との間には、加圧部材４０は配置されていない。 The pressure member 40 is disposed between the plate-like body 20 and the cover plate 21. The pressurizing member 40 is disposed corresponding to the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2. The pressure member 40 is not disposed between the plate-like body 20 and the cover plate 21 corresponding to the peripheral portion 2P of the membrane electrode assembly 2.

ここに示す例では、加圧部材４０は、略均一な厚さの平板状であり、例えば、ステンレス板によって構成されている。また、この加圧部材４０は、板状体２０の側とカバープレート２１の側とを貫通する貫通孔４０Ｈを有している。貫通孔４０Ｈのそれぞれは、カバープレート２１の開口部２１Ｈと同じ位置に形成され、開口部２１Ｈと略同一の形状を有している。つまり、貫通孔４０Ｈと開口部２１Ｈとは連通している。 In the example shown here, the pressurizing member 40 is a flat plate having a substantially uniform thickness, and is made of, for example, a stainless steel plate. The pressure member 40 has a through hole 40H that penetrates the plate-like body 20 side and the cover plate 21 side. Each of the through holes 40H is formed at the same position as the opening 21H of the cover plate 21, and has substantially the same shape as the opening 21H. That is, the through hole 40H and the opening 21H communicate with each other.

さらに、加圧部材４０は、その周縁部にテーパーを有している。すなわち、加圧部材４０の周縁部の厚さは、外方に向かうにしたがって次第に薄くなっている。この加圧部材４０のカバープレート２１に接触する面積は、加圧部材４０の板状体２０と接触する面積より大きい。 Furthermore, the pressurizing member 40 has a taper at its peripheral edge. That is, the thickness of the peripheral edge of the pressure member 40 is gradually reduced toward the outside. The area of the pressure member 40 that contacts the cover plate 21 is larger than the area of the pressure member 40 that contacts the plate-like body 20.

燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３の側に配置されている。つまり、膜電極接合体２は、アノード１３の側に配置された燃料供給機構３とカソード１６の側に配置されたカバープレート２１との間に配置されている。燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給するように構成されているが、特に、特定の構成に限定されるものではない。このような燃料供給機構３は、液体燃料Ｆを収容する燃料収容部４と流路５を介して接続されている。 The fuel supply mechanism 3 is disposed on the anode 13 side of the membrane electrode assembly 2. That is, the membrane electrode assembly 2 is disposed between the fuel supply mechanism 3 disposed on the anode 13 side and the cover plate 21 disposed on the cathode 16 side. The fuel supply mechanism 3 is configured to supply fuel to the anode 13 of the membrane electrode assembly 2, but is not particularly limited to a specific configuration. Such a fuel supply mechanism 3 is connected to a fuel storage portion 4 that stores the liquid fuel F via a flow path 5.

以下に、燃料供給機構３の一例について説明する。 Hereinafter, an example of the fuel supply mechanism 3 will be described.

燃料供給機構３は、箱状に形成された容器３０、及び、膜電極接合体２のアノード１３の面方向に燃料を分散並びに拡散させつつ供給する燃料供給部３１を備えている。容器３０は、燃料導入口３０Ａを有しており、この燃料導入口３０Ａと流路５とが接続されている。燃料供給部３１は、例えば、１つの燃料注入口３２と、複数の燃料排出口３３とを有する平板で構成されている。燃料注入口３２と燃料排出口３３とは、細管あるいは溝のような燃料通路３４を介して接続されている。燃料注入口３２は、燃料導入口３０Ａと直接接続されているが、他の燃料通路を介して接続されていても良い。燃料排出口３３は、膜電極接合体２のアノード１３に対向している。 The fuel supply mechanism 3 includes a container 30 formed in a box shape, and a fuel supply unit 31 that supplies the fuel while dispersing and diffusing the fuel in the surface direction of the anode 13 of the membrane electrode assembly 2. The container 30 has a fuel inlet 30A, and the fuel inlet 30A and the flow path 5 are connected. The fuel supply unit 31 is configured by a flat plate having one fuel inlet 32 and a plurality of fuel outlets 33, for example. The fuel inlet 32 and the fuel outlet 33 are connected via a fuel passage 34 such as a narrow tube or a groove. The fuel inlet 32 is directly connected to the fuel inlet 30A, but may be connected via another fuel passage. The fuel discharge port 33 faces the anode 13 of the membrane electrode assembly 2.

カバープレート２１は、膜電極接合体２の周辺部２Ｐよりも外側で、カシメ、ネジ止め、リベット継手などの手法により容器３０に締結されている。例えば、図３に示した例では、カバープレート２１は、容器３０の側壁３５に沿って折り曲げられ、容器３０の底部３６を抱え込むようにカシメられている。 The cover plate 21 is fastened to the container 30 by a technique such as caulking, screwing, or rivet joint on the outer side of the peripheral portion 2P of the membrane electrode assembly 2. For example, in the example shown in FIG. 3, the cover plate 21 is bent along the side wall 35 of the container 30 and crimped so as to hold the bottom portion 36 of the container 30.

このような燃料供給部３１は、容器３０の底部３６とアノードガス拡散層１２との間に配置されている。この燃料供給部３１は、液体燃料Ｆの気化成分や液体燃料Ｆを透過させない材料で形成され、具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリイミド系樹脂等で形成される。また、燃料供給部３１は、例えば、液体燃料Ｆの気化成分と液体燃料Ｆとを分離し、その気化成分を膜電極接合体２の側へ透過させる気液分離膜で構成されてもよい。気液分離膜には、例えば、シリコーンゴム、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）薄膜、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）薄膜、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄膜、フッ素樹脂（たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）など）微多孔膜などが適用可能である。 Such a fuel supply unit 31 is disposed between the bottom 36 of the container 30 and the anode gas diffusion layer 12. The fuel supply unit 31 is formed of a material that does not allow the vaporized component of the liquid fuel F or the liquid fuel F to permeate. Specifically, for example, a polyethylene terephthalate (PET) resin, a polyethylene naphthalate (PEN) resin, or a polyimide resin is used. Etc. are formed. Moreover, the fuel supply part 31 may be comprised by the gas-liquid separation membrane which isolate | separates the vaporization component of the liquid fuel F, and the liquid fuel F, and permeate | transmits the vaporization component to the membrane electrode assembly 2 side, for example. Examples of the gas-liquid separation membrane include silicone rubber, low density polyethylene (LDPE) thin film, polyvinyl chloride (PVC) thin film, polyethylene terephthalate (PET) thin film, fluororesin (for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene). -Perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) etc.) A microporous film etc. are applicable.

流路５は、配管などで構成されているが、燃料供給部３１や燃料収容部４と独立した配管に限られるものではない。例えば、流路５は、燃料供給部３１や燃料収容部４を積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料Ｆの燃料流路であってもよい。すなわち、燃料供給部３１は、流路等を介して燃料収容部４と連通されていればよい。 The flow path 5 is configured by a pipe or the like, but is not limited to a pipe independent of the fuel supply unit 31 and the fuel storage unit 4. For example, when the fuel supply unit 31 and the fuel storage unit 4 are stacked and integrated, the flow channel 5 may be a fuel flow channel of the liquid fuel F that connects them. That is, the fuel supply part 31 should just be connected with the fuel accommodating part 4 via the flow path.

燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料Ｆが収容されている。液体燃料Ｆとしては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。なお、液体燃料Ｆは、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料Ｆは、例えば、エタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料Ｆであってもよい。いずれにしても、燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料Ｆが収容される。 Liquid fuel F corresponding to the membrane electrode assembly 2 is stored in the fuel storage portion 4. Examples of the liquid fuel F include methanol fuels such as methanol aqueous solutions having various concentrations and pure methanol. The liquid fuel F is not necessarily limited to methanol fuel. The liquid fuel F may be, for example, an ethanol fuel such as an ethanol aqueous solution or pure ethanol, a propanol fuel such as a propanol aqueous solution or pure propanol, a glycol fuel such as a glycol aqueous solution or pure glycol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel F. Good. In any case, the fuel containing portion 4 contains the liquid fuel F corresponding to the membrane electrode assembly 2.

燃料収容部４に収容された液体燃料Ｆは、重力を利用して流路５を介して燃料供給部３１で落下させて送液することができる。また、流路５に多孔体等を充填して、毛細管現象により燃料収容部４に収容された液体燃料Ｆを燃料供給部３１まで送液してもよい。 The liquid fuel F accommodated in the fuel accommodating part 4 can be dropped and fed by the fuel supply part 31 via the flow path 5 using gravity. Alternatively, the flow path 5 may be filled with a porous body or the like, and the liquid fuel F stored in the fuel storage unit 4 may be fed to the fuel supply unit 31 by capillary action.

さらに、燃料供給機構３と燃料収容部４とを繋げる流路５、あるいは、燃料導入口３０Ａと燃料注入口３２との間の燃料通路にポンプ６を介在させて、燃料収容部４に収容された液体燃料Ｆを燃料供給部３１まで強制的に送液してもよい。ポンプ６は、燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部４から燃料供給部３１に液体燃料Ｆを送液する燃料供給ポンプである。燃料供給部３１から膜電極接合体２に供給された燃料は、発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部４に戻されることはない。ポンプ６の種類は、特に限定されるものではないが、少量の液体燃料Ｆを制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能なものが好ましい。 Further, the fuel supply mechanism 3 and the fuel storage portion 4 are accommodated in the fuel storage portion 4 with the pump 6 interposed in the flow path 5 connecting the fuel supply mechanism 3 and the fuel inlet 30 A and the fuel inlet 32. The liquid fuel F may be forcibly sent to the fuel supply unit 31. The pump 6 is not a circulation pump that circulates fuel, but is a fuel supply pump that sends the liquid fuel F from the fuel storage unit 4 to the fuel supply unit 31 to the last. The fuel supplied from the fuel supply unit 31 to the membrane electrode assembly 2 is used for a power generation reaction, and is not circulated thereafter and returned to the fuel storage unit 4. The type of the pump 6 is not particularly limited, but a pump that can feed a small amount of liquid fuel F with good controllability and can be reduced in size and weight is preferable.

この実施の形態の燃料電池１は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ６を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。図１に示す燃料電池１は、例えばセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。 The fuel cell 1 of this embodiment is different from the conventional active method because it does not circulate the fuel, and does not impair the downsizing of the device. Further, the pump 6 is used to supply the liquid fuel, which is different from a pure passive system such as a conventional internal vaporization type. The fuel cell 1 shown in FIG. 1 employs a system called a semi-passive type, for example.

また、燃料供給機構３において、ポンプ６と直列に燃料遮断バルブを配置してもよい。また、燃料収容部４や流路５には、燃料収容部４内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブを装着してもよい。 In the fuel supply mechanism 3, a fuel cutoff valve may be disposed in series with the pump 6. Further, a balance valve that balances the pressure in the fuel storage unit 4 with the outside air may be attached to the fuel storage unit 4 and the flow path 5.

上述した燃料電池１においては、燃料収容部４から流路５を介して燃料供給部３１に導入された液体燃料Ｆは、液体燃料Ｆのまま、もしくは液体燃料Ｆと液体燃料Ｆが気化した気化成分とが混在する状態で、燃料供給部３１の燃料排出口３３から集電体１８のアノード集電部Ａを介して膜電極接合体２のアノード１３に供給される。 In the fuel cell 1 described above, the liquid fuel F introduced into the fuel supply unit 31 from the fuel storage unit 4 via the flow path 5 remains as the liquid fuel F, or the vaporization of the liquid fuel F and the liquid fuel F vaporized. In a state where components are mixed, the fuel is supplied from the fuel discharge port 33 of the fuel supply unit 31 to the anode 13 of the membrane electrode assembly 2 through the anode current collector A of the current collector 18.

アノード１３に供給された燃料は、アノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。液体燃料Ｆとしてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の（１）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起させる、あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。 The fuel supplied to the anode 13 diffuses through the anode gas diffusion layer 12 and is supplied to the anode catalyst layer 11. When methanol fuel is used as the liquid fuel F, an internal reforming reaction of methanol shown in the following formula (1) occurs in the anode catalyst layer 11. When pure methanol is used as the methanol fuel, the water generated in the cathode catalyst layer 14 or the water in the electrolyte membrane 17 is reacted with methanol to cause the internal reforming reaction of the formula (1), or The internal reforming reaction is caused by another reaction mechanism that does not require water.

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- …（１）
この反応で生成した電子（ｅ^-）は、集電体１８を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、集電体１８を経由してカソード１６に導かれる。（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ⁺）は、電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には、酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ^-）とプロトン（Ｈ⁺）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。 CH ₃ OH + H ₂ O → CO ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ (1)
The electrons (e ⁻ ) generated by this reaction are guided to the outside via the current collector 18, and after operating a portable electronic device or the like as so-called electricity, the electrons (e ⁻ ) are passed to the cathode 16 via the current collector 18. Led. Proton (H ⁺ ) generated by the internal reforming reaction of the formula (1) is guided to the cathode 16 through the electrolyte membrane 17. Air is supplied to the cathode 16 as an oxidant. Electrons (e ⁻ ) and protons (H ⁺ ) that have reached the cathode 16 react with oxygen in the air in the cathode catalyst layer 14 according to the following formula (2), and water is generated with this reaction.

６ｅ^-＋６Ｈ⁺＋（３／２）Ｏ₂ → ３Ｈ₂Ｏ …（２）
上述した燃料電池１の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせるとともに、膜電極接合体２の電極全体に均一に燃料を供給し、電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。 6e ⁻ + 6H ⁺ + (3/2) O ₂ → 3H ₂ O (2)
In the power generation reaction of the fuel cell 1 described above, in order to increase the power to be generated, the catalytic reaction is smoothly performed, and the fuel is uniformly supplied to the entire electrode of the membrane electrode assembly 2 so that the entire electrode becomes more effective. It is important to contribute to power generation.

上述したような構成によれば、板状体２０とカバープレート２１との間において、膜電極接合体２の中央部２Ｃに対応する位置に加圧部材４０が配置されているため、カバープレート２１と燃料供給機構３とが締結された際に、膜電極接合体２の中央部２Ｃは、膜電極接合体２の周辺部２Ｐよりも強い圧力で加圧される。 According to the configuration as described above, the pressure member 40 is disposed between the plate-like body 20 and the cover plate 21 at a position corresponding to the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2. When the fuel supply mechanism 3 and the fuel supply mechanism 3 are fastened, the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2 is pressurized with a pressure stronger than that of the peripheral portion 2P of the membrane electrode assembly 2.

このため、膜電極接合体２における発電反応にともなった膜電極接合体２の温度上昇に起因して燃料電池１を構成する部材が熱膨張したり、発電反応にともなって発生したガスにより燃料電池内の圧力が高まったりしても、膜電極接合体２の中央部２Ｃにおいて、アノードガス拡散層１２とアノード集電部Ａとを密着した状態に保持することができるとともに、カソードガス拡散層１５とカソード集電部Ｃとを密着した状態に保持することができる。このため、膜電極接合体２と集電体１８との間の接触抵抗の増加が抑制できる。したがって、燃料電池１の出力を向上することが可能となる。また、安定して高い出力を維持することが可能となる。 For this reason, the members constituting the fuel cell 1 are thermally expanded due to the temperature rise of the membrane electrode assembly 2 accompanying the power generation reaction in the membrane electrode assembly 2, or the fuel cell is generated by the gas generated along with the power generation reaction. Even if the internal pressure increases, the anode gas diffusion layer 12 and the anode current collector A can be kept in close contact with each other in the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2, and the cathode gas diffusion layer 15 can be maintained. And the cathode current collector C can be held in close contact with each other. For this reason, an increase in contact resistance between the membrane electrode assembly 2 and the current collector 18 can be suppressed. Therefore, the output of the fuel cell 1 can be improved. In addition, it is possible to stably maintain a high output.

なお、膜電極接合体２の周辺部２Ｐにおいては、中央部２Ｃと比較して、カバープレート２１と燃料供給機構３との締結位置に近いため、熱膨張などに起因した変形が小さい。このため、周辺部２Ｐにおいては、発電反応に伴って膜電極接合体２と集電体１８との間の接触抵抗の増加の影響は極めて小さい。 Note that the peripheral portion 2P of the membrane electrode assembly 2 is closer to the fastening position between the cover plate 21 and the fuel supply mechanism 3 than the central portion 2C, and therefore deformation due to thermal expansion is small. For this reason, in the peripheral part 2P, the influence of the increase in the contact resistance between the membrane electrode assembly 2 and the current collector 18 accompanying the power generation reaction is extremely small.

また、上述した例では、加圧部材４０の周縁部には、テーパーが形成されているため、加圧部材４０を挟んだ状態でカバープレート２１が燃料供給機構３に締結された際に生じた加圧力は、膜電極接合体２の中央部２Ｃに対しては略均等に加わるとともに、中央部２Ｃから周辺部２Ｐに向かうにしたがって次第に弱くなる。このため、膜電極接合体２の面内における加圧力の差が緩和される。 Further, in the above-described example, since the taper is formed at the peripheral portion of the pressurizing member 40, it occurs when the cover plate 21 is fastened to the fuel supply mechanism 3 with the pressurizing member 40 interposed therebetween. The applied pressure is applied substantially evenly to the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2, and gradually decreases as it goes from the central portion 2C to the peripheral portion 2P. For this reason, the difference of the applied pressure in the surface of the membrane electrode assembly 2 is relieved.

また、上述した例では、加圧部材４０に形成された貫通孔４０Ｈは、カバープレート２１の開口部２１Ｈに連通している。このため、貫通孔４０Ｈを介してカソード触媒層１４に向けて発電反応に必要な酸素を供給することが可能となるとともに発電反応に伴って生成された二酸化炭素や過剰な水蒸気などの気体を外部に排出することが可能となる。 In the above-described example, the through hole 40H formed in the pressure member 40 communicates with the opening 21H of the cover plate 21. For this reason, it becomes possible to supply oxygen necessary for the power generation reaction toward the cathode catalyst layer 14 through the through-hole 40H, and gas such as carbon dioxide and excess water vapor generated by the power generation reaction is externally supplied. Can be discharged.

一方で、膜電極接合体２の中央部２Ｃでは、周辺部２Ｐと比較して、発電反応に伴って温度が高くなるため、発電反応に必要な還流水が少なく、また、クロスオーバー量が多い傾向にある。本実施形態では、中央部２Ｃが周辺部２Ｐよりも強い圧力で加圧されているため、中央部２Ｃにおける還流水の増加や、クロスオーバーの抑制を図ることが可能となる。このため、燃料電池１の出力を向上することが可能となる。 On the other hand, in the central part 2C of the membrane electrode assembly 2, the temperature increases with the power generation reaction as compared with the peripheral part 2P. Therefore, less reflux water is required for the power generation reaction and the crossover amount is large. There is a tendency. In the present embodiment, since the central portion 2C is pressurized at a pressure stronger than that of the peripheral portion 2P, it is possible to increase the reflux water in the central portion 2C and to suppress crossover. For this reason, the output of the fuel cell 1 can be improved.

ここで、図４を参照しながら、膜電極接合体２が加圧された状態について説明する。なお、図４では、説明に必要な構成のみを模式的に図示している（図２および図３で説明した板状体２０は図示していない）。膜電極接合体２には、アノード１３、カソード１６、及び、電解質膜１７が含まれている。加圧前の状態の膜電極接合体２は、中央部２Ｃ及び周辺部２Ｐともに略一定の厚さｔ０を有している。膜電極接合体２の中央部２Ｃが加圧部材４０によって加圧された状態では、膜電極接合体２の中央部２Ｃの厚さｔ１は周辺部２Ｐの厚さｔ２より薄い。また、膜電極接合体２の中央部２Ｃの密度は、周辺部２Ｐの密度より高い。 Here, a state in which the membrane electrode assembly 2 is pressurized will be described with reference to FIG. FIG. 4 schematically shows only the configuration necessary for the explanation (the plate-like body 20 explained in FIGS. 2 and 3 is not shown). The membrane electrode assembly 2 includes an anode 13, a cathode 16, and an electrolyte membrane 17. The membrane electrode assembly 2 in a state before pressurization has a substantially constant thickness t0 in both the central portion 2C and the peripheral portion 2P. In a state where the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2 is pressurized by the pressing member 40, the thickness t1 of the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2 is thinner than the thickness t2 of the peripheral portion 2P. Further, the density of the central part 2C of the membrane electrode assembly 2 is higher than the density of the peripheral part 2P.

なお、周辺部２Ｐの厚さｔ２は、加圧前の厚さｔ０と略同等もしくは厚さｔ０よりもわずかに薄い程度である。また、膜電極接合体２の周辺部２Ｐの密度は、加圧前の膜電極接合体２の密度とほぼ同等もしくはわずかに高い程度である。 It should be noted that the thickness t2 of the peripheral portion 2P is substantially equal to the thickness t0 before pressurization or slightly smaller than the thickness t0. Further, the density of the peripheral portion 2P of the membrane electrode assembly 2 is approximately equal to or slightly higher than the density of the membrane electrode assembly 2 before pressurization.

上述したような膜電極接合体２の加圧状態は、加圧部材４０に拠るものに限らず、膜電極接合体２の製造過程においても作り出すことができる。例えば、図５に示すように、電解質膜１７の一方の面１７Ａにアノード１３を配置し、他方の面１７Ｂにカソード１６を配置した状態でプレス接合する際、中央部２Ｃのプレス圧力を周辺部２Ｐのプレス圧力より高く設定する。このプレス後に得られた膜電極接合体２には、プレス圧力の差の痕跡が残り、中央部２Ｃの厚さｔ１が周辺部２Ｐの厚さｔ２よりも薄く、また、中央部２Ｃの密度が周辺部２Ｐの密度よりも高くなる。このため、燃料電池１が特に加圧部材４０を備えていなくても、加圧部材４０を備えた場合と同様の効果が得られる。 The pressurization state of the membrane electrode assembly 2 as described above is not limited to that depending on the pressurizing member 40, and can also be created in the manufacturing process of the membrane electrode assembly 2. For example, as shown in FIG. 5, when press bonding is performed in a state where the anode 13 is disposed on one surface 17A of the electrolyte membrane 17 and the cathode 16 is disposed on the other surface 17B, the pressing pressure of the central portion 2C is changed to the peripheral portion. Set higher than 2P press pressure. In the membrane electrode assembly 2 obtained after the pressing, a trace of the difference in pressing pressure remains, the thickness t1 of the central portion 2C is thinner than the thickness t2 of the peripheral portion 2P, and the density of the central portion 2C is It becomes higher than the density of the peripheral part 2P. For this reason, even if the fuel cell 1 is not particularly provided with the pressurizing member 40, the same effect as that obtained when the pressurizing member 40 is provided can be obtained.

上述した本実施形態では、加圧部材４０が板状体２０とカバープレート２１との間に配置された場合について説明したが、加圧部材４０は、カソード１６とカバープレート２１との間のいずれの位置に配置されても良い。 In the present embodiment described above, the case where the pressurizing member 40 is disposed between the plate-like body 20 and the cover plate 21 has been described. However, the pressurizing member 40 may be located between the cathode 16 and the cover plate 21. It may be arranged at the position.

また、図６に示すように、加圧部材４０は、膜電極接合体２と燃料供給機構３との間に配置されても良い。ここでは、加圧部材４０は、燃料供給部３１と集電体１８との間に配置されているが、アノード１３と燃料供給部３１との間のいずれの位置に配置されても良い。このような構成においても、カバープレート２１が燃料供給機構３に締結された際に生じる加圧力は、膜電極接合体２の周辺部２Ｐよりも中央部２Ｃに強く加わり、加圧部材４０がカソード１６の側に配置された場合と同様の効果が得られる。 Further, as shown in FIG. 6, the pressure member 40 may be disposed between the membrane electrode assembly 2 and the fuel supply mechanism 3. Here, the pressurizing member 40 is disposed between the fuel supply unit 31 and the current collector 18, but may be disposed at any position between the anode 13 and the fuel supply unit 31. Even in such a configuration, the applied pressure generated when the cover plate 21 is fastened to the fuel supply mechanism 3 is applied more strongly to the central portion 2C than to the peripheral portion 2P of the membrane electrode assembly 2, and the pressurizing member 40 is The same effect as the case of being arranged on the 16 side can be obtained.

ここに示す例では、加圧部材４０は、略均一な厚さの平板状であり、例えば、ステンレス板によって構成されている。また、この加圧部材４０は、燃料供給部３１の側と集電体１８の側とを貫通する貫通孔４０Ｈを有している。貫通孔４０Ｈのそれぞれは、燃料供給部３１に形成された燃料排出口３３と同じ位置に形成され、燃料排出口３３と略同一の形状を有している。 In the example shown here, the pressurizing member 40 is a flat plate having a substantially uniform thickness, and is made of, for example, a stainless steel plate. The pressurizing member 40 has a through hole 40H that penetrates the fuel supply unit 31 side and the current collector 18 side. Each of the through holes 40 </ b> H is formed at the same position as the fuel discharge port 33 formed in the fuel supply unit 31 and has substantially the same shape as the fuel discharge port 33.

さらに、加圧部材４０は、その周縁部にテーパーを有している。すなわち、加圧部材４０の周縁部の厚さは、外方に向かうにしたがって次第に薄くなっている。このとき、加圧部材４０の燃料供給部３１に接触する面積は、加圧部材４０の集電体１８と接触する面積より大きい。 Furthermore, the pressurizing member 40 has a taper at its peripheral edge. That is, the thickness of the peripheral edge of the pressure member 40 is gradually reduced toward the outside. At this time, the area of the pressurizing member 40 that contacts the fuel supply unit 31 is larger than the area of the pressurizing member 40 that contacts the current collector 18.

なお、膜電極接合体２のアノード１３の側に配置される加圧部材４０については、例えば、ポリプロピレンなどの耐メタノール性を有する材料によって形成されることが望ましい。 In addition, about the pressurization member 40 arrange | positioned at the anode 13 side of the membrane electrode assembly 2, it is desirable to form with the material which has methanol resistance, such as a polypropylene, for example.

図７に示すように、加圧部材４０は、膜電極接合体２のアノード１３の側及びカソード１６の側の双方に配置されても良い。ここで、カソード１６の側に配置される加圧部材４０は図３などを参照して説明したものが適用可能であり、また、アノード１３の側に配置される加圧部材４０は図６などを参照して説明したものが適用可能である。 As shown in FIG. 7, the pressing member 40 may be disposed on both the anode 13 side and the cathode 16 side of the membrane electrode assembly 2. Here, the pressurizing member 40 disposed on the cathode 16 side can be the one described with reference to FIG. 3 and the like, and the pressurizing member 40 disposed on the anode 13 side is illustrated in FIG. What has been described with reference to FIG.

加圧部材４０は、平板状に限らず、種々の形態が適用可能である。 The pressurizing member 40 is not limited to a flat plate shape, and various forms are applicable.

図８に示すように、加圧部材４０は、膜電極接合体２の中央部２Ｃに向かって下に凸となる反り形状を有するものであっても良い。このような加圧部材４０は、例えばステンレス板をプレス加工することによって形成可能である。ここで適用される加圧部材４０についても、貫通孔４０Ｈが形成されている。また、加圧部材４０の周縁部については、傾斜した平面あるいは曲面が形成され、テーパーと同等に機能する。 As shown in FIG. 8, the pressing member 40 may have a warped shape that protrudes downward toward the center portion 2 </ b> C of the membrane electrode assembly 2. Such a pressure member 40 can be formed, for example, by pressing a stainless plate. The pressurizing member 40 applied here is also formed with a through hole 40H. In addition, an inclined plane or curved surface is formed at the peripheral edge of the pressure member 40, and functions in the same manner as a taper.

図９に示すように、加圧部材４０は、柔軟性、伸縮性、または可撓性のうちの少なくとも一つを有する材料によって形成されても良い。このような加圧部材４０は、例えば多孔質ポリエチレン板によって形成可能である。ここで適用される加圧部材４０については、通気性を有しており、貫通孔を形成する必要はない。 As shown in FIG. 9, the pressure member 40 may be formed of a material having at least one of flexibility, stretchability, and flexibility. Such a pressure member 40 can be formed by, for example, a porous polyethylene plate. About the pressurizing member 40 applied here, it has air permeability, and it is not necessary to form a through-hole.

この加圧部材４０は、板状体２０とカバープレート２１との間に挟持される前の状態では、略均一な厚さを有している。加圧部材４０が板状体２０とカバープレート２１との間に配置され、しかも、カバープレート２１が膜電極接合体２の周囲で燃料供給機構３と締結された際には、加圧部材４０は、変形して、膜電極接合体２の中央部２Ｃから周辺部２Ｐに向かうにしたがって厚さが薄くなる。これは、カバープレート２１によって加圧部材４０が加圧される加圧力はカバープレート２１と燃料供給機構３との締結位置に近いほど強いためである。 The pressure member 40 has a substantially uniform thickness before being sandwiched between the plate-like body 20 and the cover plate 21. When the pressurizing member 40 is disposed between the plate-like body 20 and the cover plate 21, and when the cover plate 21 is fastened to the fuel supply mechanism 3 around the membrane electrode assembly 2, the pressurizing member 40 is used. Is deformed and the thickness becomes thinner from the central part 2C of the membrane electrode assembly 2 toward the peripheral part 2P. This is because the pressure applied to the pressure member 40 by the cover plate 21 is stronger as the cover plate 21 and the fuel supply mechanism 3 are closer to the fastening position.

なお、加圧部材４０は、均一な厚さではなく、膜電極接合体２の中央部２Ｃを周辺部２Ｐより強く加圧可能な形状、例えば中央の厚さが周辺の厚さより厚い形状などに予め成形されていても良い。 The pressing member 40 is not uniform in thickness but has a shape that can press the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2 more strongly than the peripheral portion 2P, such as a shape in which the central thickness is thicker than the peripheral thickness. It may be molded in advance.

図８及び図９に示した例では、膜電極接合体２のカソード１６の側についてのみ加圧部材４０が配置されているが、図６に示した例のように、アノード１３の側についてのみ加圧部材４０が配置されても良いし、図７に示した例のように、アノード１３の側及びカソード１６の側の双方に加圧部材４０が配置されても良い。 In the example shown in FIGS. 8 and 9, the pressure member 40 is arranged only on the cathode 16 side of the membrane electrode assembly 2, but only on the anode 13 side as in the example shown in FIG. The pressurizing member 40 may be disposed, or the pressurizing member 40 may be disposed on both the anode 13 side and the cathode 16 side as in the example illustrated in FIG. 7.

なお、図６乃至図９においては、説明に必要な構成のみを模式的に図示している。 6 to 9 schematically show only the configuration necessary for the description.

いずれにしても、加圧部材４０は、燃料電池１に組み込まれる前、もしくは、燃料電池１に組み込まれた後には、膜電極接合体２の中央部２Ｃに対応する位置の厚さが膜電極接合体２の周辺部２Ｐに対応する位置の厚さより厚い。これにより、中央部２Ｃが周辺部２Ｐよりも強く加圧されるため、膜電極接合体２と集電体１８との間の接触抵抗の増大が抑制され、また、中央部２Ｃにおける還流水の増加や、クロスオーバーの抑制を図ることが可能となる。 In any case, the pressure member 40 has a thickness at a position corresponding to the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2 before being incorporated into the fuel cell 1 or after being incorporated into the fuel cell 1. It is thicker than the thickness corresponding to the peripheral portion 2P of the joined body 2. As a result, the central portion 2C is pressed more strongly than the peripheral portion 2P, so that an increase in contact resistance between the membrane electrode assembly 2 and the current collector 18 is suppressed, and the reflux water in the central portion 2C is suppressed. Increase and suppression of crossover can be achieved.

上述した加圧部材４０は、楕円形の外形を有していたが、加圧部材４０の形状はこれに限らない。例えば、加圧部材４０は、円形、半径の等しい二つの円を共通外接線でつないだ長円形、膜電極接合体２の外形と略相似形である多角形、または、多角形の角の少なくとも一つを丸めた外形を有していても良い。いずれの外形を有する加圧部材４０についても、膜電極接合体２の外形寸法より小さく形成され、膜電極接合体２の中央部２Ｃに対応して配置されている。 Although the pressure member 40 described above has an elliptical outer shape, the shape of the pressure member 40 is not limited thereto. For example, the pressure member 40 is a circle, an ellipse obtained by connecting two circles having the same radius by a common outer tangent, a polygon that is substantially similar to the outer shape of the membrane electrode assembly 2, or at least a corner of the polygon. You may have the external shape which rounded one. The pressurizing member 40 having any outer shape is formed smaller than the outer dimension of the membrane electrode assembly 2 and is disposed corresponding to the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2.

また図２、図３、図７乃至図９において、加圧部材４０は板状体２０とカバープレート２１の間に配置された構成としているが、加圧部材４０による膜電極接合体２の加圧の作用をより有効に得るためには、集電体１８の直上、すなわち集電体１８と板状体４０の間に配置されてもよい。なお、この場合には、膜電極接合体２を必要以上に加圧することによる電極の破損を注意する必要がある。 2, 3, and 7 to 9, the pressure member 40 is arranged between the plate-like body 20 and the cover plate 21, but the membrane electrode assembly 2 is added by the pressure member 40. In order to obtain the action of pressure more effectively, it may be disposed immediately above the current collector 18, that is, between the current collector 18 and the plate-like body 40. In this case, it is necessary to pay attention to the damage of the electrode caused by pressing the membrane electrode assembly 2 more than necessary.

このような加圧部材４０による電極の破損発生の可能性を低減するには、加圧部材４０は板状体２０とカバープレート２１の間に配置された構成とし、加圧部材４０と膜電極接合体２との間に適度に柔軟性を有する板状体４０を介して、加圧部材４０による加圧を行った方がよい。 In order to reduce the possibility of electrode breakage due to the pressure member 40, the pressure member 40 is disposed between the plate-like body 20 and the cover plate 21, and the pressure member 40 and the membrane electrode are arranged. It is better to pressurize by the pressurizing member 40 through a plate-like body 40 having a moderate flexibility between the bonded body 2 and the bonded body 2.

以下に、実施例について説明する。 Examples will be described below.

（実施例１）
アノード用触媒粒子（Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１）を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、アノード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをアノードガス拡散層１２としての多孔質カーボンペーパ（８１ｍｍ×９．７ｍｍの長方形）に塗布することにより、厚さが１２０μｍのアノード触媒層１１を得た。 Example 1
To the carbon black supporting the anode catalyst particles (Pt: Ru = 1: 1), a perfluorocarbon sulfonic acid solution as a proton conductive resin and water and methoxypropanol as a dispersion medium were added to support the anode catalyst particles. A paste was prepared by dispersing carbon black. The obtained paste was applied to porous carbon paper (81 mm × 9.7 mm rectangle) as the anode gas diffusion layer 12 to obtain an anode catalyst layer 11 having a thickness of 120 μm.

カソード用触媒粒子（Ｐｔ）を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、カソード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをカソードガス拡散層１５としての多孔質カーボンペーパに塗布することにより、厚さが１２０μｍのカソード触媒層１４を得た。 To the carbon black carrying the cathode catalyst particles (Pt), a perfluorocarbon sulfonic acid solution as a proton conductive resin and water and methoxypropanol as a dispersion medium are added to disperse the carbon black carrying the cathode catalyst particles. A paste was prepared. The obtained paste was applied to porous carbon paper as the cathode gas diffusion layer 15 to obtain a cathode catalyst layer 14 having a thickness of 120 μm.

なお、アノードガス拡散層１２及びカソードガス拡散層１５は、同一形状かつ同一の大きさであり、厚さも等しく、それぞれのガス拡散層に塗布されたアノード触媒層１１及びカソード触媒層１４も同一形状かつ同一の大きさである。 The anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 15 have the same shape and the same size, the same thickness, and the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 applied to each gas diffusion layer have the same shape. And the same size.

上記したように作製したアノード触媒層１１とカソード触媒層１４との間に、電解質膜１７として厚さが３０μｍで、含水率が１０〜２０重量％のパーフルオロカーボンスルホン酸膜（商品名：ｎａｆｉｏｎ膜、デュポン社製）を、４つのアノードガス拡散層１２および４つのカソードガス拡散層１５が、それぞれの長手方向が略平行で、その間隔が１．２ｍｍとなるように並んで配置されるように配置し、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とが対向するように位置を合わせた状態で、ホットプレスを施すことにより、電解質膜１７にアノード触媒層１１及びカソード触媒層１４が接合された膜電極接合体２を得た。 A perfluorocarbon sulfonic acid membrane (trade name: nafion membrane) having a thickness of 30 μm and a water content of 10 to 20% by weight as the electrolyte membrane 17 between the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 produced as described above. (Manufactured by DuPont) so that the four anode gas diffusion layers 12 and the four cathode gas diffusion layers 15 are arranged side by side so that the longitudinal directions thereof are substantially parallel and the distance therebetween is 1.2 mm. A membrane in which the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 are joined to the electrolyte membrane 17 by performing hot pressing in a state where the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 face each other. An electrode assembly 2 was obtained.

ポリイミドによって形成されたベース絶縁層ＢＦの同一面上に、４つのアノード集電部Ａ及び４つのカソード集電部Ｃを形成した。アノード集電部Ａ及びカソード集電部Ｃのそれぞれは、厚さが０．０１ｍｍであって、外形が８１ｍｍ×９．７ｍｍの長方形であり、導体層である銅箔に、炭素を含有する樹脂組成物で被覆することによって形成されている。カソード集電部Ｃの各々には、カバープレート２１の開口部２１Ｈと同じ位置に貫通孔が形成されている。アノード集電部Ａの各々には、燃料供給部３１の燃料排出口３３に対応した位置に貫通孔が形成されている。これにより、集電体１８を得た。 Four anode current collectors A and four cathode current collectors C were formed on the same surface of the base insulating layer BF made of polyimide. Each of the anode current collector A and the cathode current collector C has a thickness of 0.01 mm and an outer shape of a rectangle of 81 mm × 9.7 mm, and a resin containing carbon in a copper foil as a conductor layer It is formed by coating with a composition. Each of the cathode current collectors C is formed with a through hole at the same position as the opening 21H of the cover plate 21. Each of the anode current collectors A is formed with a through hole at a position corresponding to the fuel discharge port 33 of the fuel supply unit 31. Thereby, the current collector 18 was obtained.

膜電極接合体２は、集電体１８によって挟持され、アノードガス拡散層１２とアノード集電部Ａとが重なり、カソードガス拡散層１５とカソード集電部Ｃとが重なっている。アノード集電部Ａ及びカソード集電部Ｃのそれぞれには、膜電極接合体２におけるそれぞれのアノード触媒層１１とカソード触媒層１４とが電気的に直列に接続されるように配線が施されている。 The membrane electrode assembly 2 is sandwiched by the current collector 18, the anode gas diffusion layer 12 and the anode current collector A overlap, and the cathode gas diffusion layer 15 and the cathode current collector C overlap. Each of the anode current collector A and the cathode current collector C is wired so that the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 in the membrane electrode assembly 2 are electrically connected in series. Yes.

膜電極接合体２の電解質膜１７と集電体１８との間には、アノード側及びカソード側の双方について、シール部材１９として、それぞれ幅が２ｍｍのゴム製のＯリングを挟持してシールを施した。また、板状体２０として、厚さが０．７５ｍｍであり、透気度が３．０秒／１００ｃｍ^３（ＪＩＳＰ−８１１７に規定の測定方法による）であり、透湿度が３０００ｇ／（ｍ^２・２４ｈ）（ＪＩＳＬ−１０９９Ａ−１に規定の測定方法による）のポリエチレン製多孔質フィルムを、長さ８５ｍｍ、幅４６．６ｍｍの長方形に切り、集電体１８とカバープレート２１との間に積層した。外気からカソード１６に供給される空気は、この板状体２０を透過することとなる。 Between the electrolyte membrane 17 and the current collector 18 of the membrane electrode assembly 2, a rubber O-ring having a width of 2 mm is sandwiched between the anode side and the cathode side as seal members 19, respectively. gave. In addition, the plate-like body 20 has a thickness of 0.75 mm, an air permeability of 3.0 seconds / 100 cm ³ (according to a measurement method specified in JIS P-8117), and a moisture permeability of 3000 g / (m ² · 24h) A polyethylene porous film (measured in accordance with JIS L-1099 A-1) is cut into a rectangle having a length of 85 mm and a width of 46.6 mm, and the current collector 18 and the cover plate 21 are Laminated between them. Air supplied from the outside air to the cathode 16 passes through the plate-like body 20.

カバープレート２１としては、厚さが０．３ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）を適用した。カバープレート２１は、その外形が９０ｍｍ×４８ｍｍの長方形となるように折り曲げ、燃料供給機構３の底部を抱え込むようにカシメを施し、締結した。このカバープレート２１には、一辺の長さが３．５ｍｍの正方形の１２０個の開口部２１Ｈが形成されている。 As the cover plate 21, a stainless steel plate (SUS304) having a thickness of 0.3 mm was applied. The cover plate 21 was bent so that its outer shape was a rectangle of 90 mm × 48 mm, and was crimped so as to hold the bottom of the fuel supply mechanism 3 and fastened. The cover plate 21 has 120 square openings 21H each having a side length of 3.5 mm.

加圧部材４０として、図２に示した例のように、外形が楕円形のステンレス（ＳＵＳ３０４）板を適用した。この加圧部材４０は、長軸の長さが６５ｍｍであり、短軸の長さが３５ｍｍである。また、この加圧部材４０は、カバープレート２１と同じ位置に同一形状の貫通孔４０Ｈを有している。さらに、この加圧部材４０は、中央の厚さが０．３ｍｍであり、周縁部に向けたテーパーを有している。このような加圧部材４０は、板状体２０とカバープレート２１との間に挿入した。この加圧部材４０を挿入することによって、カバープレート２１にカシメを施すことによって生じた加圧力が、膜電極接合体２の中央部２Ｃにより強く加わる。 As the pressure member 40, a stainless steel (SUS304) plate having an elliptical outer shape was applied as in the example shown in FIG. The pressure member 40 has a major axis length of 65 mm and a minor axis length of 35 mm. Further, the pressure member 40 has a through hole 40H having the same shape at the same position as the cover plate 21. Further, the pressure member 40 has a center thickness of 0.3 mm and has a taper toward the peripheral edge. Such a pressure member 40 was inserted between the plate-like body 20 and the cover plate 21. By inserting the pressurizing member 40, the applied pressure generated by caulking the cover plate 21 is more strongly applied to the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2.

温度が２５℃、相対湿度が５０％の環境の下、上記したように作成した燃料電池１に、純度９９．９重量％の純メタノールを供給した。また、定電圧電源を接続して、燃料電池１の出力電圧が直列に接続した４対の単セルの中の１対あたり０．３Ｖで一定になるように、燃料電池１に流れる電流を制御し、このとき、燃料電池１から得られる出力密度を計測した。 In an environment where the temperature was 25 ° C. and the relative humidity was 50%, pure methanol having a purity of 99.9% by weight was supplied to the fuel cell 1 produced as described above. In addition, a constant voltage power supply is connected, and the current flowing through the fuel cell 1 is controlled so that the output voltage of the fuel cell 1 is constant at 0.3 V per pair in four pairs of single cells connected in series. At this time, the output density obtained from the fuel cell 1 was measured.

ここで、燃料電池１の出力密度（ｍＷ／ｃｍ^２）とは、燃料電池１に流れる電流密度（発電部の面積１ｃｍ^２当りの電流値（ｍＡ／ｃｍ^２））に燃料電池１の出力電圧を乗じたものである。また、発電部の面積とは、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とが対向している部分の面積である。本実施例では、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４の面積が等しく、かつ完全に対向しているので、発電部の面積はこれらの触媒層の面積（８１ｍｍ×９．７ｍｍ）に等しい。 Here, the output density (mW / cm ² ) of the fuel cell 1 refers to the current density flowing through the fuel cell 1 (current value per 1 cm ² area (mA / cm ² ) of the power generation unit) and the output voltage of the fuel cell 1. Multiplied by. Further, the area of the power generation unit is the area of the portion where the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 face each other. In this embodiment, the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 have the same area and are completely opposed to each other, so that the area of the power generation unit is equal to the area of these catalyst layers (81 mm × 9.7 mm).

また、この燃料電池１の発電を２４時間行った後のインピーダンスの値を測定した。インピーダンスの測定には、燃料電池１の発電を中断して定電圧電源との接続を外し、代わりにＡＣミリオーム計（日置電機製のＡＣミリオームハイテスタ、型番３５６０）を接続して、周波数１ｋＨｚでの交流抵抗を測定した。 Further, the impedance value after 24 hours of power generation of the fuel cell 1 was measured. For impedance measurement, the power generation of the fuel cell 1 is interrupted and disconnected from the constant voltage power supply. Instead, an AC milliohm meter (AC milliohm high tester, model 3560 manufactured by Hioki Electric) is connected, and the frequency is 1 kHz. AC resistance was measured.

ここで測定される交流インピーダンスは、膜電極接合体２と集電体１８との接触抵抗のほか、アノード集電部Ａ及びカソード集電部Ｃ自体の電気抵抗、アノード集電部Ａ及びカソード集電部Ｃと交流インピーダンス測定器の端子との間の接触抵抗、及び、膜電極接合体内の電解質膜１７のイオン導電抵抗をも含む値である。但し、燃料電池１の大きさや、アノード集電部Ａ及びカソード集電部Ｃの材質や厚さ、大きさ、また電解質膜１７の材質、厚さ、大きさ等と、上記した発電条件が同じであれば、膜電極接合体２と集電体１８との間の接触抵抗以外の成分は同じ値になると考えられる。そのため、ここで測定される交流インピーダンスの値の大小は、即ち、膜電極接合体２と集電体１８との間の接触抵抗の大小を示すものであると考えられる。 The AC impedance measured here is not only the contact resistance between the membrane electrode assembly 2 and the current collector 18, but also the electrical resistance of the anode current collector A and the cathode current collector C itself, the anode current collector A and the cathode current collector. The value includes the contact resistance between the electric part C and the terminal of the AC impedance measuring instrument, and the ionic conduction resistance of the electrolyte membrane 17 in the membrane electrode assembly. However, the power generation conditions described above are the same as the size of the fuel cell 1, the material, thickness and size of the anode current collector A and cathode current collector C, and the material, thickness and size of the electrolyte membrane 17. If so, the components other than the contact resistance between the membrane electrode assembly 2 and the current collector 18 are considered to have the same value. Therefore, the magnitude of the value of the AC impedance measured here is considered to indicate the magnitude of the contact resistance between the membrane electrode assembly 2 and the current collector 18.

（実施例２）
加圧部材４０として、図８に示した例のように、長軸の長さが６５ｍｍであり、短軸の長さが３５ｍｍである楕円形の外形を有する厚さ０．１５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）板を、中央部から周辺部に向けて断面が下に凸形状となるようにプレス加工して、その表面形状が実施例１の加圧部材４０のテーパー形状と同様としたものを用意する。実施例２では、この加圧部材４０を膜電極接合体２の中央部２Ｃに対応する板状体２０とカバープレート２１との間に挿入した以外は、実施例１と同様である。なお、この実施例２においても、加圧部材４０には、カバープレート２１と同じ位置に同一形状の貫通孔４０Ｈが形成されている。この実施例２においても、実施例１と同様に出力密度及びインピーダンスを測定した。 (Example 2)
As the pressing member 40, as in the example shown in FIG. 8, a stainless steel (SUS304 having a thickness of 0.15 mm having an elliptical outer shape with a major axis of 65 mm and a minor axis of 35 mm. ) The plate is pressed from the central portion toward the peripheral portion so that the cross section has a convex shape downward, and the surface shape thereof is similar to the tapered shape of the pressure member 40 of Example 1. . The second embodiment is the same as the first embodiment except that the pressure member 40 is inserted between the plate-like body 20 and the cover plate 21 corresponding to the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2. In the second embodiment as well, the pressure member 40 has a through hole 40H having the same shape at the same position as the cover plate 21. In Example 2, the output density and impedance were measured in the same manner as in Example 1.

（実施例３）
加圧部材４０として、図９に示した例のように、長軸の長さが６５ｍｍであり、短軸の長さが３５ｍｍである楕円形の外形を有するとともに柔軟性及び通気性を有する厚さ０．３ｍｍの多孔質ポリエチレン板を用意する。実施例３では、この加圧部材４０を膜電極接合体２の中央部２Ｃに対応する板状体２０とカバープレート２１との間に挿入した以外は、実施例１と同様である。この実施例３においても、実施例１と同様に出力密度及びインピーダンスを測定した。 (Example 3)
As shown in FIG. 9, the pressure member 40 has an elliptical outer shape with a major axis length of 65 mm and a minor axis length of 35 mm, and is flexible and breathable. A porous polyethylene plate having a thickness of 0.3 mm is prepared. The third embodiment is the same as the first embodiment except that the pressing member 40 is inserted between the plate-like body 20 and the cover plate 21 corresponding to the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2. Also in Example 3, the output density and impedance were measured in the same manner as in Example 1.

（実施例４）
加圧部材４０として、図６に示した例のように、長軸の長さが６５ｍｍであり、短軸の長さが３５ｍｍである楕円形の外形を有するポリプロピレン板を用意する。この加圧部材４０は、中央の厚さが０．２ｍｍであり、周縁部に向けたテーパーを有している。実施例４では、この加圧部材４０を膜電極接合体２の中央部２Ｃに対応する集電体１８と燃料供給部３１との間に挿入した以外は、実施例１と同様である。なお、この実施例４においても、加圧部材４０には、燃料供給部３１の燃料排出口３３と同じ位置に同一形状の貫通孔４０Ｈが形成されている。この実施例４においても、実施例１と同様に出力密度及びインピーダンスを測定した。 Example 4
As the pressing member 40, a polypropylene plate having an elliptical outer shape with a major axis length of 65 mm and a minor axis length of 35 mm is prepared as in the example shown in FIG. The pressure member 40 has a central thickness of 0.2 mm and has a taper toward the peripheral edge. The fourth embodiment is the same as the first embodiment except that the pressure member 40 is inserted between the current collector 18 corresponding to the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2 and the fuel supply unit 31. In the fourth embodiment as well, a through hole 40H having the same shape is formed in the pressure member 40 at the same position as the fuel discharge port 33 of the fuel supply unit 31. Also in Example 4, the output density and impedance were measured in the same manner as in Example 1.

（実施例５）
膜電極接合体２をホットプレスにより作成する際、カソードガス拡散層の中央部に、長軸の長さが６５ｍｍであり、短軸の長さが３５ｍｍである楕円形の外形を有する厚さ０．１ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）板を積層してホットプレスを施した。 (Example 5)
When the membrane electrode assembly 2 is formed by hot pressing, the thickness 0 having an elliptical outer shape with a major axis length of 65 mm and a minor axis length of 35 mm is provided at the center of the cathode gas diffusion layer. A 1 mm stainless steel (SUS304) plate was laminated and hot pressed.

この結果、ホットプレス後の膜電極接合体２の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、ステンレス板が積層された膜電極接合体２の中央部２Ｃにおける断面ＳＥＭ観察像では、アノード触媒層１１の厚さが８０μｍ、カソード触媒層１４の厚さが８０μｍとなっていた。一方、ステンレス板が積層されなかった膜電極接合体２の周辺部２Ｐにおける断面ＳＥＭ観察像では、アノード触媒層１１の厚さが１１０μｍ、カソード触媒層１４の厚さが１１０μｍとなっていた。 As a result, when the cross section of the membrane electrode assembly 2 after hot pressing was observed with a scanning electron microscope (SEM), the cross section SEM observation image in the central portion 2C of the membrane electrode assembly 2 on which the stainless steel plate was laminated was The thickness of the catalyst layer 11 was 80 μm, and the thickness of the cathode catalyst layer 14 was 80 μm. On the other hand, in the cross-sectional SEM observation image in the peripheral part 2P of the membrane electrode assembly 2 on which the stainless steel plate was not laminated, the thickness of the anode catalyst layer 11 was 110 μm and the thickness of the cathode catalyst layer 14 was 110 μm.

このようにして作成した膜電極接合体２を用いて、実施例１と同一の加圧部材４０を実施例１と同一の位置に挿入した以外は、実施例１と同様である。この実施例５においても、実施例１と同様に出力密度及びインピーダンスを測定した。 Using the membrane electrode assembly 2 created in this way, it is the same as Example 1 except that the same pressure member 40 as in Example 1 is inserted at the same position as in Example 1. In Example 5 as well, the output density and impedance were measured in the same manner as in Example 1.

（比較例）
この比較例では、膜電極接合体２のアノード１３の側及びカソード１６の側のいずれにも加圧部材を設けていない以外は、実施例１と同様である。なお、この比較例に適用される膜電極接合体２は、実施例５で説明したようなステンレス板を積層することなくホットプレスを施して作成したものである。この比較例においても、実施例１と同様に出力密度及びインピーダンスを測定した。 (Comparative example)
This comparative example is the same as Example 1 except that no pressure member is provided on either the anode 13 side or the cathode 16 side of the membrane electrode assembly 2. The membrane electrode assembly 2 applied to this comparative example was prepared by hot pressing without laminating stainless steel plates as described in Example 5. Also in this comparative example, the output density and impedance were measured in the same manner as in Example 1.

実施例１乃至５、及び、比較例における出力密度及びインピーダンスの測定結果について、比較例の値を１００とした場合の相対値で示すと以下の通りとなる。 The measurement results of the output density and impedance in Examples 1 to 5 and the comparative example are as follows when expressed as relative values when the value of the comparative example is 100.

実施例１における出力密度は１１２であり、インピーダンスは８１であった。 The output density in Example 1 was 112, and the impedance was 81.

実施例２における出力密度は１１０であり、インピーダンスは８３であった。 The power density in Example 2 was 110, and the impedance was 83.

実施例３における出力密度は１０９であり、インピーダンスは９０であった。 The output density in Example 3 was 109, and the impedance was 90.

実施例４における出力密度は１１０であり、インピーダンスは８７であった。 The power density in Example 4 was 110, and the impedance was 87.

実施例５における出力密度は１１５であり、インピーダンスは７８であった。 In Example 5, the output density was 115 and the impedance was 78.

この測定結果から、膜電極接合体２のアノード１３の側、及び、カソード１６の側には加圧部材４０を配置することが望ましいことが確認された。 From this measurement result, it was confirmed that it is desirable to dispose the pressure member 40 on the anode 13 side and the cathode 16 side of the membrane electrode assembly 2.

以上説明したように、この実施の形態によれば、出力を向上することを可能にした燃料電池を提供できる。 As described above, according to this embodiment, a fuel cell capable of improving output can be provided.

上述した実施形態の燃料電池１は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、燃料を面方向に分散させつつ供給する燃料供給部３１は、特に燃料濃度が濃い場合に有効である。このため、実施形態の燃料電池１は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、実施形態は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液や純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池１に好適である。 The fuel cell 1 according to the embodiment described above is effective when various liquid fuels are used, and the type and concentration of the liquid fuel are not limited. However, the fuel supply unit 31 that supplies fuel while being dispersed in the plane direction is particularly effective when the fuel concentration is high. For this reason, the fuel cell 1 of the embodiment can exert its performance and effects particularly when methanol having a concentration of 80 wt% or more is used as the liquid fuel. Therefore, the embodiment is suitable for the fuel cell 1 using a methanol aqueous solution having a methanol concentration of 80 wt% or more or pure methanol as the liquid fuel.

さらに、上述した実施形態は、本発明をセミパッシブ型の燃料電池１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内部気化型の純パッシブ型の燃料電池に対しても適用可能である。 Furthermore, although embodiment mentioned above demonstrated the case where this invention was applied to the semi-passive type fuel cell 1, this invention is not restricted to this, It is with respect to an internal vaporization type pure passive type fuel cell. Is applicable.

なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、膜電極接合体に供給される燃料の全てが液体燃料Ｆの蒸気、全てが液体燃料Ｆ、または一部が液体状態で供給される液体燃料Ｆの蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除したりする等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention can be applied to various fuel cells using liquid fuel. In addition, the specific configuration of the fuel cell, the supply state of the fuel, and the like are not particularly limited. The present invention can be applied to various forms such as a vapor of the liquid fuel F supplied in a liquid state. In the implementation stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the technical idea of the present invention. Furthermore, various modifications are possible, such as appropriately combining a plurality of constituent elements shown in the above embodiments, or deleting some constituent elements from all the constituent elements shown in the embodiments. Embodiments of the present invention can be expanded or modified within the scope of the technical idea of the present invention, and these expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

１…燃料電池
２…膜電極接合体
３…燃料供給機構
１３…アノード１６…カソード１７…電解質膜
１８…集電体Ａ…アノード集電部Ｃ…カソード集電部
２１…カバープレート
４０…加圧部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell 2 ... Membrane electrode assembly 3 ... Fuel supply mechanism 13 ... Anode 16 ... Cathode 17 ... Electrolyte membrane 18 ... Current collector A ... Anode current collector C ... Cathode current collector 21 ... Cover plate 40 ... Pressurization Element

Claims

A membrane electrode assembly having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode;
A fuel supply mechanism disposed on the anode side of the membrane electrode assembly and supplying fuel toward the anode;
A cover plate disposed on the cathode side of the membrane electrode assembly and fastened to the fuel supply mechanism outside the periphery of the membrane electrode assembly,
A fuel cell, wherein a central portion of the membrane electrode assembly is pressurized with a pressure stronger than a peripheral portion of the membrane electrode assembly.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein a density of a central portion of the membrane electrode assembly is higher than a density of a peripheral portion of the membrane electrode assembly.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein a thickness of a central portion of the membrane electrode assembly is thinner than a thickness of a peripheral portion of the membrane electrode assembly.

Further, it is disposed between the membrane electrode assembly and the cover plate and at least one of the membrane electrode assembly and the fuel supply mechanism, and a central portion of the membrane electrode assembly is formed from its peripheral portion. The fuel cell according to claim 1, further comprising a pressure member that strongly pressurizes the fuel cell.

5. The fuel according to claim 4, wherein the pressure member has a thickness corresponding to a central portion of the membrane electrode assembly that is thicker than a thickness corresponding to a peripheral portion of the membrane electrode assembly. battery.

The pressure member has a circular shape, an elliptical shape, an oval shape, a polygon shape that is substantially similar to the outer shape of the membrane electrode assembly, or an outer shape obtained by rounding at least one corner of the polygon. 5. The fuel cell according to claim 4, wherein the fuel cell is smaller than an outer dimension of the electrode assembly and is disposed corresponding to a central portion of the membrane electrode assembly.

The fuel cell according to claim 6, wherein the pressurizing member has a flat plate shape and has a taper at a peripheral edge thereof.

The fuel cell according to claim 6, wherein the pressurizing member has a warped shape that protrudes downward toward a center portion of the membrane electrode assembly.

The fuel cell according to claim 6, wherein the pressure member is formed of a material having at least one of flexibility, stretchability, and flexibility.

The fuel cell according to claim 4, wherein the pressurizing member has a through hole.