JP2013004495A

JP2013004495A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2013004495A
Application number: JP2011138091A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sato; 雅彦佐藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2013-01-07
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: JP5694069B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a decrease in generation efficiency and allow easy and accurate measurement of impedance distribution on an electrode reaction surface in a fuel cell.SOLUTION: A fuel cell 10 includes: a membrane electrode assembly 14; and a first separator 16, and a second separator 18, that hold the membrane electrode assembly 14 therebetween. The first separator 16 has: a plurality of conductive segments 34 provided within a region of an electrode reaction surface thereof; and non-conductive resin 36 that holds the conductive segments 34 so as to insulate the conductive segments 34 from one another. A depressed portion 34a is provided on an outer edge of each of the conductive segments 34 that extends in a thickness direction of the non-conductive resin 36.

Description

本発明は、アノード側電極及びカソード側電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of an electrolyte, and a separator are laminated.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持することにより、燃料電池が構成されている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. A fuel cell is configured by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of the electrolyte membrane with a separator.

上記の燃料電池では、所望の発電を確実に行うために、発電状況を正確に把握することが必要である。例えば、電解質膜は、発電性能を維持するために所望の湿潤状態に加湿しなければならず、この電解質膜が乾燥状態になると、発電性能が低下してしまう。 In the fuel cell described above, it is necessary to accurately grasp the power generation status in order to reliably perform desired power generation. For example, the electrolyte membrane must be moistened to a desired wet state in order to maintain the power generation performance. When the electrolyte membrane is in a dry state, the power generation performance is degraded.

一方、発電による生成水量が多く、水過剰状態になると、フラッディングが惹起され易い。このため、反応ガスを流通させる通路等が詰まり、発電性能が低下してしまう。また、燃料ガスの不足に起因して性能低下が発生する場合がある。 On the other hand, when the amount of water generated by power generation is large and the water becomes excessive, flooding is likely to occur. For this reason, the channel | path etc. which distribute | circulate reaction gas will be blocked, and electric power generation performance will fall. In addition, performance degradation may occur due to a shortage of fuel gas.

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池の駆動装置が知られている。この燃料電池は、図１２に示すように、固体高分子電解質膜１ａを挟むようにしてアノード２ａとカソード３ａが接合されるとともに、その外側にそれぞれ燃料ガス流路５ａと酸化ガス流路６ａとを、予め形成したセパレータ４ａが、これらを両端から挟むようにして配置されている。 Therefore, for example, a fuel cell driving device disclosed in Patent Document 1 is known. In this fuel cell, as shown in FIG. 12, an anode 2a and a cathode 3a are joined so as to sandwich a solid polymer electrolyte membrane 1a, and a fuel gas channel 5a and an oxidizing gas channel 6a are respectively formed on the outside thereof. Pre-formed separators 4a are arranged so as to sandwich them from both ends.

燃料電池のアノード２ａ側には、白金線７ａの一方端が前記アノード２ａに接触しない位置で、固体高分子電解質膜１ａに接触するように保持されている。この接触部分は、基準電極のアノードとなっている。また、固体高分子電解質膜１ａに触れると同時に、燃料ガスである水素ガスにも触れるように、白金線７ａが配置されている。すなわち、この白金線７ａは、基準電極の１つである標準水素電極のアノードとして機能する。 On the anode 2a side of the fuel cell, one end of the platinum wire 7a is held so as to contact the solid polymer electrolyte membrane 1a at a position where it does not contact the anode 2a. This contact portion is the anode of the reference electrode. Further, the platinum wire 7a is arranged so as to touch the solid polymer electrolyte membrane 1a and at the same time, the hydrogen gas as the fuel gas. That is, the platinum wire 7a functions as an anode of a standard hydrogen electrode that is one of the reference electrodes.

さらに、標準水素電極の他端は、燃料電池のアノード２ａ側のセパレータ４ａとカソード側のセパレータ４ａとに、それぞれ接続され、各セパレータ４ａは、カソード８ａ、９ａとなっている。また、燃料電池のアノード２ａ側とカソード側との間の電圧Ｖ₃を計測するために、前記燃料電池の各電極のセパレータ４ａは、それぞれ電圧計を介して導線により接続されている。 Further, the other end of the standard hydrogen electrode is connected to a separator 4a on the anode 2a side and a separator 4a on the cathode side of the fuel cell, respectively, and the separators 4a serve as cathodes 8a and 9a. Further, in order to measure the voltage V ₃ between the anode 2a and cathode sides of the fuel cell, the separator 4a of each electrode of the fuel cell are connected by a conductive wire, respectively, via a voltmeter.

上記の構成により、燃料電池のアノード２ａ側が正常な（電気化学的にみて理想的挙動）状態における運転の場合、前記アノード２ａの電位と白金線７ａの電位は一致し、該アノード２ａと白金線７ａとの間の電圧Ｖ₁はゼロとなり、電圧Ｖ₂が電圧Ｖ₃と等しくなっている。 With the above-described configuration, when the anode 2a side of the fuel cell is operating in a normal (ideal behavior in terms of electrochemical) state, the potential of the anode 2a matches the potential of the platinum wire 7a, and the anode 2a and the platinum wire voltages V ₁ between 7a is zero, the voltage V ₂ is equal to the voltage V _3.

また、特許文献２に開示されている燃料電池は、図１３に示すように、電解質膜１ｂと、４分割されたアノード側触媒層・拡散層２ｂと、４分割されたカソード側触媒層・拡散層３ｂと、４分割されたアノード側セパレータ４ｂと、４分割されたカソード側セパレータ５ｂとを備えている。 Further, as shown in FIG. 13, the fuel cell disclosed in Patent Document 2 includes an electrolyte membrane 1b, an anode side catalyst layer / diffusion layer 2b divided into four parts, and a cathode side catalyst layer / diffusion divided into four parts. A layer 3b, an anode side separator 4b divided into four parts, and a cathode side separator 5b divided into four parts are provided.

各アノード側セパレータ４ｂと各アノード側触媒層・拡散層２ｂとの間には、アノードガス流路６ｂが形成される一方、各カソード側セパレータ５ｂと各カソード側触媒層・拡散層３ｂとの間には、カソードガス流路７ｂが形成されている。各アノード側セパレータ４ｂ間には、絶縁部材８ｂが介装されるとともに、各カソード側セパレータ５ｂ間には、絶縁部材９ｂが介装されている。 An anode gas flow path 6b is formed between each anode-side separator 4b and each anode-side catalyst layer / diffusion layer 2b, and between each cathode-side separator 5b and each cathode-side catalyst layer / diffusion layer 3b. Is formed with a cathode gas flow path 7b. An insulating member 8b is interposed between the anode separators 4b, and an insulating member 9b is interposed between the cathode separators 5b.

このため、燃料電池は、独立した４つの分割電池として動作することができるとともに、各分割電池のインピーダンスを測定することにより、燃料電池のインピーダンス分布を測定することが可能になる、としている。 For this reason, the fuel cell can operate as four independent divided cells, and the impedance distribution of the fuel cell can be measured by measuring the impedance of each divided cell.

特開平７−２８２８３２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-282832 特開２００８−２７８０８号公報JP 2008-27808 A

しかしながら、上記の特許文献１では、燃料電池全体のインピーダンスの計測が可能であるものの、前記燃料電池内部の電極面内環境分布（インピーダンス分布）を精度よく計測することが困難になる。このため、燃料電池を効率的に運転制御することができないという問題がある。 However, although Patent Document 1 described above can measure the impedance of the entire fuel cell, it is difficult to accurately measure the in-electrode environment distribution (impedance distribution) inside the fuel cell. For this reason, there is a problem that the fuel cell cannot be efficiently controlled.

また、上記の特許文献２の燃料電池では、４分割されたアノード側触媒層・拡散層２ｂと、４分割されたカソード側触媒層・拡散層３ｂとが設けられている。従って、この燃料電池を通常発電に使用すると、前記燃料電池全体の発電面積が小さくなってしまう。これにより、燃料電池全体の発電効率が低下し、前記燃料電池の小型化が容易に遂行されないという問題がある。 In the fuel cell of Patent Document 2, the anode side catalyst layer / diffusion layer 2b divided into four parts and the cathode side catalyst layer / diffusion layer 3b divided into four parts are provided. Therefore, when this fuel cell is used for normal power generation, the power generation area of the entire fuel cell is reduced. As a result, the power generation efficiency of the entire fuel cell is lowered, and there is a problem that the fuel cell cannot be easily downsized.

本発明は、この種の問題を解決するものであり、発電効率の低下を抑制するとともに、燃料電池の電極反応面のインピーダンス分布を容易且つ正確に計測することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and provides a fuel cell capable of easily and accurately measuring the impedance distribution on the electrode reaction surface of the fuel cell while suppressing a decrease in power generation efficiency. With the goal.

本発明は、アノード側電極及びカソード側電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of an electrolyte, and a separator are laminated.

この燃料電池では、セパレータは、電極反応面の領域内に設けられる複数個の計測用電極部材と、各計測用電極部材同士を互いに絶縁状態に分離して保持する絶縁性樹脂部材とを備えている。そして、計測用電極部材は、絶縁性樹脂部材の厚さ方向に延在する外周部に、凹凸形状部が設けられている。 In this fuel cell, the separator includes a plurality of measurement electrode members provided in the region of the electrode reaction surface, and an insulating resin member that holds each measurement electrode member in an insulated state. Yes. And as for the electrode member for measurement, the uneven | corrugated shaped part is provided in the outer peripheral part extended in the thickness direction of an insulating resin member.

また、この燃料電池では、計測用電極部材は、絶縁性樹脂部材内に格子状に配列されることが好ましい。 In this fuel cell, it is preferable that the measurement electrode members are arranged in a lattice pattern in the insulating resin member.

さらに、この燃料電池では、絶縁性樹脂部材の外周部には、セパレータの積層方向に貫通して燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔及び冷却媒体連通孔が形成されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that a fuel gas communication hole, an oxidant gas communication hole, and a cooling medium communication hole are formed in the outer peripheral portion of the insulating resin member so as to penetrate in the stacking direction of the separator.

さらにまた、この燃料電池では、計測用電極部材には、燃料ガス又は酸化剤ガスを連通させるガス流路が電極反応面に沿って形成されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that a gas flow path for communicating the fuel gas or the oxidant gas is formed in the measurement electrode member along the electrode reaction surface.

本発明によれば、電解質・電極構造体の電極反応面の領域を複数の領域に分割して複数個の計測用電極部材が設けられるため、前記電極反応面内における各領域のインピーダンス分布を容易且つ正確に計測することができる。このため、電極面内の環境分布を精度よく計測することが可能になり、所望の発電状態を確実に維持することができる。 According to the present invention, the electrode reaction surface region of the electrolyte / electrode structure is divided into a plurality of regions, and a plurality of measurement electrode members are provided. Therefore, the impedance distribution of each region in the electrode reaction surface can be easily performed. And it can measure correctly. For this reason, it becomes possible to measure the environmental distribution in the electrode surface with high accuracy, and the desired power generation state can be reliably maintained.

さらに、アノード側電極及びカソード側電極は、分割されることがなく、電解質の両側に連続して設けられている。従って、発電効率の低下を抑制するとともに、良好な発電を確実に行うことが可能になり、燃料電池として好適に使用することができる。 Furthermore, the anode side electrode and the cathode side electrode are not divided and are continuously provided on both sides of the electrolyte. Therefore, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency and reliably perform good power generation, and can be suitably used as a fuel cell.

しかも、計測用電極部材の厚さ方向に延在する外周部には、凹凸形状部が設けられている。これにより、計測用電極部材は、絶縁性樹脂部材との接触面積を増加させることが可能になり、前記計測用電極部材と前記絶縁性樹脂部材との結合強度が良好に向上する。 Moreover, an uneven portion is provided on the outer peripheral portion extending in the thickness direction of the measurement electrode member. As a result, the measurement electrode member can increase the contact area with the insulating resin member, and the bond strength between the measurement electrode member and the insulating resin member is improved satisfactorily.

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池が組み込まれる燃料電池スタックの要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view of the fuel cell stack in which the fuel cell which concerns on the 1st Embodiment of this invention is integrated. 前記燃料電池の要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view of the said fuel cell. 前記燃料電池の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the said fuel cell. 前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the 2nd separator which comprises the said fuel cell. 面内環境計測装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of an in-plane environment measuring device. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view of the fuel cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記燃料電池の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the said fuel cell. 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view of the fuel cell which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 前記燃料電池の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the said fuel cell. 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view of the fuel cell which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 前記燃料電池の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the said fuel cell. 特許文献１に開示されている駆動装置の一部断面説明図である。It is a partial cross section explanatory drawing of the drive device currently disclosed by patent document 1. FIG. 特許文献２に開示されている燃料電池の断面説明図である。4 is a cross-sectional explanatory view of a fuel cell disclosed in Patent Document 2. FIG.

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池１０は、燃料電池スタック１２に組み込まれる。燃料電池スタック１２は、少なくとも１つの燃料電池１０と、複数の燃料電池１０ａとが積層されるとともに、例えば、車載用燃料電池スタックとして構成される。燃料電池１０と燃料電池１０ａとは、後述する連通孔の位置及び寸法が同一であり、且つ、電極位置及び寸法も同一である。 As shown in FIG. 1, the fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention is incorporated in a fuel cell stack 12. The fuel cell stack 12 is configured by stacking at least one fuel cell 10 and a plurality of fuel cells 10a and, for example, as an in-vehicle fuel cell stack. The fuel cell 10 and the fuel cell 10a have the same position and dimensions of communication holes, which will be described later, and also have the same electrode positions and dimensions.

図１及び図２に示すように、燃料電池１０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８とを備える。燃料電池１０の矢印Ｃ方向（図１中、鉛直方向）の一端縁部（上端縁部）には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔２０ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔２２ａとが、矢印Ｂ方向（水平方向）に配列して設けられる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell 10 includes an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 14, and a first separator 16 and a second separator that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 14. 18. One end edge (upper end edge) of the fuel cell 10 in the arrow C direction (vertical direction in FIG. 1) communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction, and an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. An oxidant gas supply communication hole 20a for supplying and a fuel gas supply communication hole 22a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are arranged in an arrow B direction (horizontal direction).

燃料電池１０の矢印Ｃ方向の他端縁部（下端縁部）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔２２ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔２０ｂとが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。 The other end edge (lower end edge) of the fuel cell 10 in the direction of arrow C communicates with each other in the direction of arrow A, and the fuel gas discharge communication hole 22b for discharging the fuel gas and the oxidant gas are discharged. The oxidant gas discharge communication holes 20b are arranged in the direction of the arrow B.

燃料電池１０の矢印Ｂ方向の一端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔２４ａが設けられるとともに、前記燃料電池１０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔２４ｂが設けられる。 A cooling medium supply communication hole 24a for supplying a cooling medium is provided at one edge of the fuel cell 10 in the direction of arrow B, and a cooling medium is provided at the other edge of the fuel cell 10 in the direction of arrow B. Is provided with a cooling medium discharge communication hole 24b.

電解質膜・電極構造体１４は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２６と、前記固体高分子電解質膜２６を挟持するカソード側電極２８及びアノード側電極３０とを備える。 The electrolyte membrane / electrode structure 14 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 26 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode side electrode 28 and an anode side electrode 30 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 26. With.

図３に示すように、カソード側電極２８及びアノード側電極３０は、固体高分子電解質膜２６の両面に接合される電極触媒層２８ａ、３０ａと、前記電極触媒層２８ａ、３０ａに配設されるカーボンペーパ等からなるガス拡散層２８ｂ、３０ｂとを有する。電極触媒層２８ａ、３０ａは、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を固体高分子電解質膜２６の両面に一様に塗布して形成される。 As shown in FIG. 3, the cathode side electrode 28 and the anode side electrode 30 are disposed on the electrode catalyst layers 28a and 30a bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 26 and the electrode catalyst layers 28a and 30a. Gas diffusion layers 28b and 30b made of carbon paper or the like. The electrode catalyst layers 28 a and 30 a are formed by uniformly applying porous carbon particles having a platinum alloy supported on the both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 26.

図２に示すように、第１セパレータ１６は、外周部に積層方向（矢印Ａ方向）に貫通して酸化剤ガス供給連通孔２０ａ、燃料ガス供給連通孔２２ａ、冷却媒体供給連通孔２４ａ、酸化剤ガス排出連通孔２０ｂ、燃料ガス排出連通孔２２ｂ及び冷却媒体排出連通孔２４ｂが形成される絶縁性樹脂枠部材（絶縁性樹脂部材）３２を備える。 As shown in FIG. 2, the first separator 16 penetrates the outer peripheral portion in the stacking direction (arrow A direction), and the oxidizing gas supply communication hole 20a, the fuel gas supply communication hole 22a, the cooling medium supply communication hole 24a, the oxidation An insulating resin frame member (insulating resin member) 32 in which the agent gas discharge communication hole 20b, the fuel gas discharge communication hole 22b, and the cooling medium discharge communication hole 24b are formed is provided.

絶縁性樹脂枠部材３２は、ＰＰ（ポリプロピレン）やＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン及びスチレンの共重合樹脂）等の非導電性樹脂で形成される。 The insulating resin frame member 32 is formed of a non-conductive resin such as PP (polypropylene) or ABS resin (a copolymer resin of acrylonitrile, butadiene and styrene).

絶縁性樹脂枠部材３２内には、電極反応面の領域内に互いに絶縁状態に維持されて複数個の導電性セグメント（計測用電極部材）３４が設けられる。導電性セグメント３４は、直方体や立方体形状を有するとともに、カーボン等を含んだ導電性樹脂により形成される。絶縁性樹脂枠部材３２は、熱可逆性樹脂又は熱硬化性樹脂であってもよい。使用される樹脂は、分子量、分子構造により融点と調整することができる。 A plurality of conductive segments (measurement electrode members) 34 are provided in the insulating resin frame member 32 so as to be insulated from each other in the region of the electrode reaction surface. The conductive segment 34 has a rectangular parallelepiped shape or a cubic shape, and is formed of a conductive resin containing carbon or the like. The insulating resin frame member 32 may be a thermoreversible resin or a thermosetting resin. Resin used can be adjusted with melting | fusing point with molecular weight and molecular structure.

図２及び図３に示すように、導電性セグメント３４は、絶縁性樹脂枠部材３２の厚さ方向（矢印Ａ方向）に延在する外周部に、段差部（凹凸形状部）３４ａが設けられる。段差部３４ａは、導電性セグメント３４の外周部を所定の深さまで切り欠くことにより形成されるとともに、電解質膜・電極構造体１４とは反対側の端部から厚さ方向に所定の長さにわたって形成される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the conductive segment 34 is provided with a stepped portion (uneven shape portion) 34 a at the outer peripheral portion extending in the thickness direction (arrow A direction) of the insulating resin frame member 32. . The step portion 34a is formed by cutting out the outer peripheral portion of the conductive segment 34 to a predetermined depth, and extends from the end opposite to the electrolyte membrane / electrode structure 14 to a predetermined length in the thickness direction. It is formed.

各導電性セグメント３４は、絶縁性樹脂枠部材３２の中央領域にＰＰやＡＢＳ樹脂等の熱可逆性の非導電性樹脂（絶縁性樹脂部材）３６を介装して格子状に配列される。非導電性樹脂３６と絶縁性樹脂枠部材３２とは、同種の樹脂が好ましい。界面が接合し易いからである。非導電性樹脂３６は、各導電性セグメント３４間に充填されて前記導電性セグメント３４同士を一体に固定する。 Each conductive segment 34 is arranged in a lattice shape with a thermally reversible non-conductive resin (insulating resin member) 36 such as PP or ABS resin interposed in the central region of the insulating resin frame member 32. The non-conductive resin 36 and the insulating resin frame member 32 are preferably the same type of resin. This is because the interface is easy to join. The non-conductive resin 36 is filled between the conductive segments 34 to fix the conductive segments 34 together.

第１セパレータ１６には、図２に示すように、電解質膜・電極構造体１４に向かう面１６ａに酸化剤ガス流路３８が設けられる。酸化剤ガス流路３８は、導電性セグメント３４及び非導電性樹脂３６に形成されて矢印Ｃ方向に延在する複数の流路溝３８ａを有しており、酸化剤ガス供給連通孔２０ａと酸化剤ガス排出連通孔２０ｂとに連通する。流路溝３８ａは、各導電性セグメント３４の面内に設けられており、非導電性樹脂３６の矢印Ｃ方向に延在する部分を避けて形成されることが好ましい。 As shown in FIG. 2, the first separator 16 is provided with an oxidant gas flow path 38 on a surface 16 a facing the electrolyte membrane / electrode structure 14. The oxidant gas flow path 38 has a plurality of flow path grooves 38a formed in the conductive segment 34 and the non-conductive resin 36 and extending in the direction of arrow C, and is connected to the oxidant gas supply communication hole 20a and the oxidant gas flow path 38a. It communicates with the agent gas discharge communication hole 20b. The channel groove 38a is provided in the surface of each conductive segment 34, and is preferably formed so as to avoid a portion of the nonconductive resin 36 extending in the arrow C direction.

図４に示すように、第２セパレータ１８は、外周部に積層方向（矢印Ａ方向）に貫通して酸化剤ガス供給連通孔２０ａ、燃料ガス供給連通孔２２ａ、冷却媒体供給連通孔２４ａ、酸化剤ガス排出連通孔２０ｂ、燃料ガス排出連通孔２２ｂ及び冷却媒体排出連通孔２４ｂが形成される絶縁性樹脂枠部材（絶縁性樹脂部材）４０を備える。 As shown in FIG. 4, the second separator 18 penetrates the outer peripheral portion in the stacking direction (arrow A direction), and the oxidant gas supply communication hole 20a, the fuel gas supply communication hole 22a, the cooling medium supply communication hole 24a, the oxidation An insulating resin frame member (insulating resin member) 40 in which the agent gas discharge communication hole 20b, the fuel gas discharge communication hole 22b, and the cooling medium discharge communication hole 24b are formed is provided.

絶縁性樹脂枠部材４０は、ＰＰやＡＢＳ樹脂等の非導電性樹脂で形成され、前記絶縁性樹脂枠部材４０内には、電極反応面の領域内に互いに絶縁状態に維持されて複数個の導電性セグメント（計測用電極部材）４２が設けられる。 The insulating resin frame member 40 is formed of a non-conductive resin such as PP or ABS resin, and a plurality of insulating resin frame members 40 are maintained in an insulated state in the region of the electrode reaction surface in the insulating resin frame member 40. A conductive segment (measurement electrode member) 42 is provided.

図２及び図３に示すように、導電性セグメント４２は、絶縁性樹脂枠部材４０の厚さ方向（矢印Ａ方向）に延在する外周部に、段差部（凹凸形状部）４２ａが設けられる。段差部４２ａは、導電性セグメント４２の外周部を所定の深さまで切り欠くことにより形成されるとともに、電解質膜・電極構造体１４とは反対側の端部から厚さ方向に所定の長さにわたって形成される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the conductive segment 42 is provided with a stepped portion (uneven shape portion) 42 a on the outer peripheral portion extending in the thickness direction (arrow A direction) of the insulating resin frame member 40. . The stepped portion 42a is formed by cutting out the outer peripheral portion of the conductive segment 42 to a predetermined depth, and extends from the end opposite to the electrolyte membrane / electrode structure 14 to a predetermined length in the thickness direction. It is formed.

各導電性セグメント４２は、絶縁性樹脂枠部材４０の中央領域にＰＰやＡＢＳ樹脂等の非導電性樹脂（絶縁性樹脂部材）４４を介装して格子状に配列される。非導電性樹脂４４は、各導電性セグメント４２間に充填されて前記導電性セグメント４２同士を一体に固定する（図３及び図４参照）。 Each conductive segment 42 is arranged in a lattice shape with a non-conductive resin (insulating resin member) 44 such as PP or ABS resin interposed in the central region of the insulating resin frame member 40. The non-conductive resin 44 is filled between the conductive segments 42 to fix the conductive segments 42 together (see FIGS. 3 and 4).

第２セパレータ１８には、電解質膜・電極構造体１４に向かう面１８ａに燃料ガス流路４６が設けられる。燃料ガス流路４６は、導電性セグメント４２及び非導電性樹脂４４に形成されて矢印Ｃ方向に延在する複数の流路溝４６ａを有しており、燃料ガス供給連通孔２２ａと燃料ガス排出連通孔２２ｂとに連通する。流路溝４６ａは、各導電性セグメント４２の面内に設けられており、非導電性樹脂４４の矢印Ｃ方向に延在する部分を避けて形成されることが好ましい。 The second separator 18 is provided with a fuel gas flow path 46 on a surface 18 a facing the electrolyte membrane / electrode structure 14. The fuel gas channel 46 has a plurality of channel grooves 46a formed in the conductive segment 42 and the non-conductive resin 44 and extending in the direction of arrow C. The fuel gas supply passage 22a and the fuel gas discharge It communicates with the communication hole 22b. The channel groove 46 a is provided in the surface of each conductive segment 42, and is preferably formed so as to avoid a portion extending in the arrow C direction of the non-conductive resin 44.

図３に示すように、各導電性セグメント３４は、第１セパレータ１６の両面に露出するとともに、各導電性セグメント４２は、第２セパレータ１８の両面に露出する。導電性セグメント３４と導電性セグメント４２とは、電解質膜・電極構造体１４に対して互いに対向して（対称に）配置される。互いにずれると、検出精度が低下するからである。 As shown in FIG. 3, each conductive segment 34 is exposed on both surfaces of the first separator 16, and each conductive segment 42 is exposed on both surfaces of the second separator 18. The conductive segment 34 and the conductive segment 42 are disposed opposite to (symmetrically) the electrolyte membrane / electrode structure 14. This is because the detection accuracy decreases if they deviate from each other.

第１セパレータ１６及び第２セパレータ１８には、それぞれ燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体をシールするために、第１シール部材４８及び第２シール部材４９が、一体的又は個別に設けられる。第１シール部材４８及び第２シール部材４９は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。 The first separator 16 and the second separator 18 are provided with a first seal member 48 and a second seal member 49 integrally or individually to seal the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium, respectively. The first seal member 48 and the second seal member 49 are, for example, EPDM, NBR, fluororubber, silicon rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene, or acrylic rubber, or a cushion material. Or use packing material.

図１に示すように、燃料電池１０ａは、電解質膜・電極構造体１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１セパレータ５０及び第２セパレータ５２とを備える。なお、燃料電池１０ａでは、燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。 As shown in FIG. 1, the fuel cell 10 a includes an electrolyte membrane / electrode structure 14, and a first separator 50 and a second separator 52 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 14. In the fuel cell 10a, the same components as those of the fuel cell 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第１セパレータ５０及び第２セパレータ５２は、金属セパレータ又はカーボンセパレータが使用される。第１セパレータ５０の電解質膜・電極構造体１４とは反対側の面には、電極反応面の領域に沿って冷却媒体を矢印Ｂ方向に流通させる冷却媒体流路５４が設けられる。第２セパレータ５２の電解質膜・電極構造体１４とは反対側の面には、同様に冷却媒体流路５４が形成される。なお、第１セパレータ１６の面１６ｂ及び第２セパレータ１８の面１８ｂにも、冷却媒体流路５４を形成してもよい。 As the first separator 50 and the second separator 52, a metal separator or a carbon separator is used. On the surface of the first separator 50 on the side opposite to the electrolyte membrane / electrode structure 14, a cooling medium flow path 54 is provided for flowing the cooling medium in the direction of arrow B along the region of the electrode reaction surface. Similarly, a cooling medium flow path 54 is formed on the surface of the second separator 52 opposite to the electrolyte membrane / electrode structure 14. Note that the coolant flow path 54 may also be formed on the surface 16 b of the first separator 16 and the surface 18 b of the second separator 18.

図５に示すように、燃料電池スタック１２は、面内環境計測装置６０に接続される。面内環境計測装置６０は、端部が第１セパレータ１６の各導電性セグメント３４に接続される配線６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ及び６２ｅと、端部が第２セパレータ１８の各導電性セグメント４２に電気的に接続される配線６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ及び６３ｅとを備える。配線６２ａ〜６２ｅ及び配線６３ａ〜６３ｅには、それぞれ交流電圧を検出するための交流電圧測定器６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ及び６４ｅが配設される。なお、配線数は、導電性セグメント３４、４２の分割数に応じて種々変更可能である。 As shown in FIG. 5, the fuel cell stack 12 is connected to the in-plane environment measuring device 60. The in-plane environment measuring device 60 includes wirings 62a, 62b, 62c, 62d and 62e whose ends are connected to the conductive segments 34 of the first separator 16, and the conductive segments 42 whose ends are the second separator 18. Wirings 63a, 63b, 63c, 63d and 63e electrically connected to each other. The wirings 62a to 62e and the wirings 63a to 63e are provided with AC voltage measuring devices 64a, 64b, 64c, 64d and 64e for detecting an AC voltage, respectively. Note that the number of wirings can be variously changed according to the number of divisions of the conductive segments 34 and 42.

燃料電池スタック１２の積層方向両端には、配線６６の両端が電気的に接続される。配線６６には、外部負荷６８と交流電流を検出するための交流電流測定器６９とが配設される。外部負荷６８は、燃料電池スタック１２から直流電流を出力させるとともに、この直流電流に交流電流を重畳させる機能を有する。外部負荷６８としては、例えば、電子負荷装置が使用されるが、これに代えて、例えば、電流アンプ等を流用することもできる。 Both ends of the wiring 66 are electrically connected to both ends of the fuel cell stack 12 in the stacking direction. The wiring 66 is provided with an external load 68 and an alternating current measuring device 69 for detecting an alternating current. The external load 68 has a function of outputting a direct current from the fuel cell stack 12 and superimposing an alternating current on the direct current. For example, an electronic load device is used as the external load 68, but a current amplifier or the like can be used instead.

このように構成される燃料電池スタック１２の動作について、以下に説明する。 The operation of the fuel cell stack 12 configured as described above will be described below.

図１に示すように、酸化剤ガス供給連通孔２０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔２２ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔２４ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。 As shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas supply communication hole 20a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas supply communication hole 22a. Further, a cooling medium such as pure water or ethylene glycol is supplied to the cooling medium supply communication hole 24a.

酸化剤ガスは、第１セパレータ１６、５０に設けられている各酸化剤ガス流路３８に導入され、電解質膜・電極構造体１４を構成するカソード側電極２８に沿って移動する。一方、燃料ガス供給連通孔２２ａに供給された燃料ガスは、第２セパレータ１８、５２の各燃料ガス流路４６に導入され、電解質膜・電極構造体１４を構成するアノード側電極３０に沿って移動する。 The oxidant gas is introduced into each oxidant gas flow path 38 provided in the first separator 16, 50 and moves along the cathode side electrode 28 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 14. On the other hand, the fuel gas supplied to the fuel gas supply communication hole 22 a is introduced into the fuel gas flow paths 46 of the second separators 18 and 52, and along the anode side electrode 30 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 14. Moving.

従って、各電解質膜・電極構造体１４では、カソード側電極２８に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極３０に供給される燃料ガスとが、電極触媒層２８ａ、３０ａ内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。 Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 14, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 28 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 30 are electrochemically reacted in the electrode catalyst layers 28 a and 30 a. It is consumed and power is generated.

次いで、カソード側電極２８に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔２０ｂに排出される。同様に、アノード側電極３０に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔２２ｂに排出される。 Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 28 is discharged to the oxidant gas discharge communication hole 20b. Similarly, the fuel gas supplied to and consumed by the anode side electrode 30 is discharged to the fuel gas discharge communication hole 22b.

また、冷却媒体供給連通孔２４ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ５０及び第２セパレータ５２の各冷却媒体流路５４に導入される。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体１４を冷却した後、冷却媒体排出連通孔２４ｂに排出される。 Further, the cooling medium supplied to the cooling medium supply communication hole 24 a is introduced into each cooling medium flow path 54 of the first separator 50 and the second separator 52. The cooling medium cools the electrolyte membrane / electrode structure 14 and then is discharged into the cooling medium discharge communication hole 24b.

上記の発電時において、図５に示すように、面内環境計測装置６０では、外部負荷６８により燃料電池スタック１２から直流電流を出力させるとともに、この直流電流に交流電流を重畳させている。 During the above power generation, as shown in FIG. 5, in the in-plane environment measuring device 60, a DC current is output from the fuel cell stack 12 by the external load 68, and an AC current is superimposed on this DC current.

このため、各交流電圧測定器６４ａ〜６４ｅは、交流電流に対する交流応答電圧を測定する一方、交流電流測定器６９により交流電流が測定されている。従って、測定された交流電圧及び交流電流から、各導電性セグメント３４、４２間の交流インピーダンスが算出される。これにより、燃料電池１０全体のインピーダンス分布が検出され、前記燃料電池１０の電極面内の発電状況を検出することが可能になる。 For this reason, the AC voltage measuring devices 64 a to 64 e measure the AC response voltage with respect to the AC current, while the AC current measuring device 69 measures the AC current. Accordingly, the AC impedance between the conductive segments 34 and 42 is calculated from the measured AC voltage and AC current. Thereby, the impedance distribution of the entire fuel cell 10 is detected, and the power generation state in the electrode surface of the fuel cell 10 can be detected.

この場合、第１の実施形態では、燃料電池１０を構成する電解質膜・電極構造体１４の電極反応面の領域を複数の領域に分割して複数個の導電性セグメント３４、４２が設けられている。このため、電極反応面内における各領域の交流インピーダンスを計測することができ、インピーダンス分布を容易且つ正確に検出することが可能になる。従って、燃料電池１０の電極面内の環境分布を精度よく計測することができ、所望の発電状態を確実に維持することが可能になるという効果が得られる。 In this case, in the first embodiment, a plurality of conductive segments 34 and 42 are provided by dividing the region of the electrode reaction surface of the electrolyte membrane / electrode structure 14 constituting the fuel cell 10 into a plurality of regions. Yes. For this reason, the alternating current impedance of each area | region in an electrode reaction surface can be measured, and it becomes possible to detect an impedance distribution easily and correctly. Therefore, the environmental distribution in the electrode surface of the fuel cell 10 can be measured with high accuracy, and the desired power generation state can be reliably maintained.

さらに、燃料電池１０では、カソード側電極２８及びアノード側電極３０は、分割されることがなく一体で、固体高分子電解質膜２６の両面に連続して設けられている。これにより、燃料電池１０は、発電効率の低下を抑制するとともに、良好な発電を確実に行うことが可能になり、燃料電池スタック１２を構成する燃料電池１０として、他の燃料電池１０ａと同様に好適に使用することができるという利点がある。 Further, in the fuel cell 10, the cathode side electrode 28 and the anode side electrode 30 are integrated without being divided, and are continuously provided on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 26. As a result, the fuel cell 10 can suppress a decrease in power generation efficiency and can reliably perform good power generation. The fuel cell 10 constituting the fuel cell stack 12 is similar to the other fuel cells 10a. There is an advantage that it can be suitably used.

しかも、導電性セグメント３４、４２の厚さ方向に延在する外周部には、凹凸形状部である段差部３４ａ、４２ａが設けられている。このため、導電性セグメント３４、４２は、非導電性樹脂３６、４４との接触面積を増加させることが可能になる。従って、導電性セグメント３４、４２と非導電性樹脂３６、４４との結合強度が良好に向上するとともに、燃料ガス及び酸化剤ガス等の気密性の向上が図られる。 Moreover, step portions 34 a and 42 a that are concave and convex portions are provided on the outer peripheral portion extending in the thickness direction of the conductive segments 34 and 42. For this reason, the conductive segments 34 and 42 can increase the contact area with the non-conductive resins 36 and 44. Therefore, the bonding strength between the conductive segments 34 and 42 and the non-conductive resins 36 and 44 is improved satisfactorily, and the airtightness of the fuel gas and the oxidant gas is improved.

なお、第１の本実施形態では、燃料電池１０の内部抵抗を測定するために、交流インピーダンス法を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、燃料電池１０に一定電流を通電させておき、瞬間的に電流を遮断する際の電圧変化から内部抵抗を測定する電流遮断法を適用してもよい。また、燃料電池１０に一定電流を通電させておき、ステップ状に電流を変化させる際の電圧変化から内部抵抗を測定するステップ法を適用することもできる。 In the first embodiment, the AC impedance method is used to measure the internal resistance of the fuel cell 10, but the present invention is not limited to this. For example, a current interruption method may be applied in which a constant current is passed through the fuel cell 10 and the internal resistance is measured from a voltage change when the current is momentarily interrupted. It is also possible to apply a step method in which a constant current is passed through the fuel cell 10 and the internal resistance is measured from the voltage change when the current is changed stepwise.

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池７０の要部分解斜視図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。 FIG. 6 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 70 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third and subsequent embodiments described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池７０は、電解質膜・電極構造体１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１セパレータ７２及び第２セパレータ７４とを備える。第１セパレータ７２は、絶縁性樹脂枠部材３２内に複数個の導電性セグメント（計測用電極部材）７６を設ける一方、第２セパレータ７４は、絶縁性樹脂枠部材４０内に複数個の導電性セグメント（計測用電極部材）７８を設ける。 The fuel cell 70 includes an electrolyte membrane / electrode structure 14, and a first separator 72 and a second separator 74 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 14. The first separator 72 is provided with a plurality of conductive segments (measurement electrode members) 76 in the insulating resin frame member 32, while the second separator 74 is provided with a plurality of conductive elements in the insulating resin frame member 40. A segment (measurement electrode member) 78 is provided.

図６及び図７に示すように、導電性セグメント７６は、絶縁性樹脂枠部材３２の厚さ方向（矢印Ａ方向）に延在する外周部に、溝部（凹凸形状部）７６ａが設けられる。溝部７６ａは、導電性セグメント７６の外周部の厚さ方向略中央位置に所定の深さまで形成される。各導電性セグメント７６は、絶縁性樹脂枠部材３２の中央領域に非導電性樹脂３６を介装して格子状に配列される。 As shown in FIGS. 6 and 7, the conductive segment 76 is provided with a groove portion (uneven shape portion) 76 a on the outer peripheral portion extending in the thickness direction (arrow A direction) of the insulating resin frame member 32. The groove portion 76 a is formed to a predetermined depth at a substantially central position in the thickness direction of the outer peripheral portion of the conductive segment 76. Each conductive segment 76 is arranged in a lattice shape with a non-conductive resin 36 interposed in the central region of the insulating resin frame member 32.

導電性セグメント７８は、絶縁性樹脂枠部材４０の厚さ方向（矢印Ａ方向）に延在する外周部に、溝部（凹凸形状部）７８ａが設けられる。溝部７８ａは、導電性セグメント７８の外周部の厚さ方向略中央位置に所定の深さまで形成される。各導電性セグメント７８は、絶縁性樹脂枠部材４０の中央領域に非導電性樹脂４４を介装して格子状に配列される。 The conductive segment 78 is provided with a groove portion (uneven shape portion) 78 a on the outer peripheral portion extending in the thickness direction (arrow A direction) of the insulating resin frame member 40. The groove 78a is formed to a predetermined depth at a substantially central position in the thickness direction of the outer periphery of the conductive segment 78. Each conductive segment 78 is arranged in a lattice shape with a non-conductive resin 44 interposed in a central region of the insulating resin frame member 40.

このように構成される第２の実施形態では、導電性セグメント７６、７８の厚さ方向に延在する外周部には、凹凸形状部である溝部７６ａ、７８ａが設けられている。このため、導電性セグメント７６、７８は、非導電性樹脂３６、４４との接触面積を増加させることが可能になる。従って、導電性セグメント７６、７８と非導電性樹脂３６、４４との結合強度が良好に向上するとともに、燃料ガス及び酸化剤ガス等の確実な気密性の向上が図られる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。 In the second embodiment configured as described above, grooves 76 a and 78 a that are concave and convex portions are provided on the outer peripheral portion extending in the thickness direction of the conductive segments 76 and 78. For this reason, the conductive segments 76 and 78 can increase the contact area with the non-conductive resins 36 and 44. Therefore, the bonding strength between the conductive segments 76 and 78 and the non-conductive resins 36 and 44 is improved satisfactorily, and the airtightness of the fuel gas, the oxidant gas, and the like is improved reliably. The same effect as in the embodiment can be obtained.

図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池８０の要部分解斜視図である。 FIG. 8 is an exploded perspective view of main parts of a fuel cell 80 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池８０は、電解質膜・電極構造体１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１セパレータ８２及び第２セパレータ８４とを備える。第１セパレータ８２は、絶縁性樹脂枠部材３２内に複数個の導電性セグメント（計測用電極部材）８６を設ける一方、第２セパレータ８４は、絶縁性樹脂枠部材４０内に複数個の導電性セグメント（計測用電極部材）８８を設ける。 The fuel cell 80 includes an electrolyte membrane / electrode structure 14, and a first separator 82 and a second separator 84 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 14. The first separator 82 is provided with a plurality of conductive segments (measurement electrode members) 86 in the insulating resin frame member 32, while the second separator 84 is provided with a plurality of conductive segments in the insulating resin frame member 40. A segment (measurement electrode member) 88 is provided.

図８及び図９に示すように、導電性セグメント８６は、絶縁性樹脂枠部材３２の厚さ方向（矢印Ａ方向）に延在する外周部に、段差部（凹凸形状部）８６ａが設けられる。段差部８６ａは、導電性セグメント８６の外周部を所定の深さまで切り欠くことにより形成されるとともに、電解質膜・電極構造体１４側の端部から厚さ方向に所定の長さにわたって形成される。各導電性セグメント８６は、絶縁性樹脂枠部材３２の中央領域に非導電性樹脂３６を介装して格子状に配列される。 As shown in FIGS. 8 and 9, the conductive segment 86 is provided with a stepped portion (uneven shape portion) 86 a on the outer peripheral portion extending in the thickness direction (arrow A direction) of the insulating resin frame member 32. . The stepped portion 86a is formed by cutting out the outer peripheral portion of the conductive segment 86 to a predetermined depth and is formed over a predetermined length in the thickness direction from the end on the electrolyte membrane / electrode structure 14 side. . Each conductive segment 86 is arranged in a lattice shape with a non-conductive resin 36 interposed in the central region of the insulating resin frame member 32.

導電性セグメント８８は、絶縁性樹脂枠部材４０の厚さ方向（矢印Ａ方向）に延在する外周部に、段差部（凹凸形状部）８８ａが設けられる。段差部８８ａは、導電性セグメント８８の外周部を所定の深さまで切り欠くことにより形成されるとともに、電解質膜・電極構造体１４側の端部から厚さ方向に所定の長さにわたって形成される。各導電性セグメント８８は、絶縁性樹脂枠部材４０の中央領域に非導電性樹脂４４を介装して格子状に配列される。 The conductive segment 88 is provided with a stepped portion (uneven shape portion) 88 a on the outer peripheral portion extending in the thickness direction (arrow A direction) of the insulating resin frame member 40. The stepped portion 88a is formed by cutting out the outer peripheral portion of the conductive segment 88 to a predetermined depth and is formed over a predetermined length in the thickness direction from the end on the electrolyte membrane / electrode structure 14 side. . The respective conductive segments 88 are arranged in a lattice shape with the non-conductive resin 44 interposed in the central region of the insulating resin frame member 40.

このように構成される第３の実施形態では、導電性セグメント８６、８８の厚さ方向に延在する外周部には、段差部８６ａ、８８ａが設けられている。このため、導電性セグメント８６、８８は、非導電性樹脂３６、４４との接触面積を増加させることが可能になる。従って、導電性セグメント８６、８８と非導電性樹脂３６、４４との結合強度が良好に向上するとともに、燃料ガス及び酸化剤ガス等の確実な気密性の向上が図られる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。 In the third embodiment configured as described above, step portions 86 a and 88 a are provided on the outer peripheral portion extending in the thickness direction of the conductive segments 86 and 88. For this reason, the conductive segments 86 and 88 can increase the contact area with the non-conductive resins 36 and 44. Therefore, the bonding strength between the conductive segments 86 and 88 and the non-conductive resins 36 and 44 is improved satisfactorily, and the airtightness of the fuel gas, the oxidant gas, and the like is improved reliably. And the same effect as 2nd Embodiment is acquired.

図１０は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池９０の要部分解斜視図である。 FIG. 10 is an exploded perspective view of main parts of a fuel cell 90 according to the fourth embodiment of the present invention.

燃料電池９０は、電解質膜・電極構造体１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１セパレータ９２及び第２セパレータ９４とを備える。第１セパレータ９２は、絶縁性樹脂枠部材３２内に複数個の導電性セグメント（計測用電極部材）９６を設ける一方、第２セパレータ９４は、絶縁性樹脂枠部材４０内に複数個の導電性セグメント（計測用電極部材）９８を設ける。 The fuel cell 90 includes an electrolyte membrane / electrode structure 14, and a first separator 92 and a second separator 94 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 14. The first separator 92 is provided with a plurality of conductive segments (measurement electrode members) 96 in the insulating resin frame member 32, while the second separator 94 is provided with a plurality of conductive segments in the insulating resin frame member 40. A segment (measurement electrode member) 98 is provided.

図１０及び図１１に示すように、導電性セグメント９６は、絶縁性樹脂枠部材３２の厚さ方向（矢印Ａ方向）に延在する外周部に、凸部（凹凸形状部）９６ａが設けられる。凸部９６ａは、導電性セグメント９６の外周部の厚さ方向略中央位置に外方に突出して形成される。各導電性セグメント９６は、絶縁性樹脂枠部材３２の中央領域に非導電性樹脂３６を介装して格子状に配列される。 As shown in FIGS. 10 and 11, the conductive segment 96 is provided with a convex portion (uneven shape portion) 96 a on the outer peripheral portion extending in the thickness direction (arrow A direction) of the insulating resin frame member 32. . The convex portion 96 a is formed to protrude outward at a substantially central position in the thickness direction of the outer peripheral portion of the conductive segment 96. Each conductive segment 96 is arranged in a lattice shape with a non-conductive resin 36 interposed in the central region of the insulating resin frame member 32.

導電性セグメント９８は、絶縁性樹脂枠部材４０の厚さ方向（矢印Ａ方向）に延在する外周部に、凸部（凹凸形状部）９８ａが設けられる。凸部９８ａは、導電性セグメント９８の外周部の厚さ方向略中央位置に外方に突出して形成される。各導電性セグメント９８は、絶縁性樹脂枠部材４０の中央領域に非導電性樹脂４４を介装して格子状に配列される。 The conductive segment 98 is provided with a convex portion (uneven shape portion) 98 a on the outer peripheral portion extending in the thickness direction (arrow A direction) of the insulating resin frame member 40. The convex portion 98 a is formed to protrude outward at a substantially central position in the thickness direction of the outer peripheral portion of the conductive segment 98. Each conductive segment 98 is arranged in a lattice shape with a non-conductive resin 44 interposed in the central region of the insulating resin frame member 40.

このように構成される第４の実施形態では、導電性セグメント９６、９８の厚さ方向に延在する外周部には、凹凸形状部である凸部９６ａ、９８ａが設けられている。このため、導電性セグメント９６、９８は、非導電性樹脂３６、４４との接触面積を増加させることが可能になる。従って、導電性セグメント９６、９８と非導電性樹脂３６、４４との結合強度が良好に向上するとともに、燃料ガス及び酸化剤ガス等の確実な気密性の向上が図られる等、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。 In the fourth embodiment configured as described above, convex portions 96 a and 98 a that are concave and convex portions are provided on the outer peripheral portion extending in the thickness direction of the conductive segments 96 and 98. For this reason, the conductive segments 96 and 98 can increase the contact area with the non-conductive resins 36 and 44. Therefore, the bonding strength between the conductive segments 96 and 98 and the non-conductive resins 36 and 44 is improved satisfactorily, and the airtightness of the fuel gas, the oxidant gas, and the like is improved reliably. The same effects as those of the third embodiment are obtained.

１０、１０ａ、７０、８０、９０…燃料電池
１２…燃料電池スタック１４…電解質膜・電極構造体
１６、１８、５０、５２、７２、７４、８２、８４、９２、９４…セパレータ
２０ａ…酸化剤ガス供給連通孔２０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
２２ａ…燃料ガス供給連通孔２２ｂ…燃料ガス排出連通孔
２４ａ…冷却媒体供給連通孔２４ｂ…冷却媒体排出連通孔
２６…固体高分子電解質膜２８…カソード側電極
２８ａ、３０ａ…電極触媒層２８ｂ、３０ｂ…ガス拡散層
３０…アノード側電極３２、４０…絶縁性樹脂枠部材
３４、４２、７６、７８、８６、８８、９６、９８…導電性セグメント
３４ａ、４２ａ、８６ａ、８８ａ…段差部
３６、４４…非導電性樹脂３８…酸化剤ガス流路
３８ａ、４６ａ…流路溝４６…燃料ガス流路
４８、４９…シール部材５４…冷却媒体流路
６０…面内環境計測装置
６２ａ〜６２ｅ、６３ａ〜６３ｅ、６６…配線
６４ａ〜６４ｅ…交流電圧測定器６８…外部負荷
６９…交流電流測定器７６ａ、７８ａ…溝部
９６ａ、９８ａ…凸部 10, 10a, 70, 80, 90 ... Fuel cell 12 ... Fuel cell stack 14 ... Electrolyte membrane / electrode structure 16, 18, 50, 52, 72, 74, 82, 84, 92, 94 ... Separator 20a ... Oxidant Gas supply communication hole 20b ... Oxidant gas discharge communication hole 22a ... Fuel gas supply communication hole 22b ... Fuel gas discharge communication hole 24a ... Cooling medium supply communication hole 24b ... Cooling medium discharge communication hole 26 ... Solid polymer electrolyte membrane 28 ... Cathode Side electrode 28a, 30a ... Electrode catalyst layer 28b, 30b ... Gas diffusion layer 30 ... Anode side electrode 32, 40 ... Insulating resin frame member 34, 42, 76, 78, 86, 88, 96, 98 ... Conductive segment 34a , 42a, 86a, 88a ... step portions 36, 44 ... non-conductive resin 38 ... oxidant gas channel 38a, 46a ... channel groove 46 ... fuel gas channel 48, 49 ... 54 ... Cooling medium flow path 60 ... In-plane environment measuring devices 62a-62e, 63a-63e, 66 ... Wiring 64a-64e ... AC voltage measuring device 68 ... External load 69 ... AC current measuring device 76a, 78a ... Groove 96a, 98a ... convex portion

Claims

A fuel cell in which an anode / cathode side electrode and an electrolyte / electrode structure provided on both sides of an electrolyte and a separator are laminated,
The separator is a plurality of measurement electrode members provided in the region of the electrode reaction surface,
An insulating resin member that holds each measurement electrode member in an insulated state; and
With
The measurement electrode member is provided with a concavo-convex shape portion on an outer peripheral portion extending in a thickness direction of the insulating resin member.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the measurement electrode members are arranged in a lattice pattern in the insulating resin member.

3. The fuel cell according to claim 1, wherein a fuel gas communication hole, an oxidant gas communication hole, and a cooling medium communication hole are formed in the outer peripheral portion of the insulating resin member so as to penetrate in the stacking direction of the separator. The fuel cell characterized by the above-mentioned.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the measurement electrode member is formed with a gas flow path for communicating a fuel gas or an oxidant gas along the electrode reaction surface. A fuel cell.