JP2014225407A - Potential measuring device for fuel cell - Google Patents

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雅孝 古山
Masataka Furuyama
雅孝 古山
恵子 山崎
Keiko Yamazaki
山崎  恵子
吉田 弘道
Hiromichi Yoshida
弘道 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a potential measuring device for a fuel cell capable of highly accurately measuring potential in a simple and economical configuration.SOLUTION: A potential measuring device 10 for a fuel cell is provided in an electrolyte membrane/electrode structure 14. The potential measuring device 10 comprises an anode-side reference electrode 51 and a cathode-side reference electrode 53, the anode-side reference electrode 51 installed in an anode electrode 22 and the cathode-side reference electrode 53 installed in a cathode electrode 24, and potential sensors 54, 56, 58, and 60 which are connected to the anode electrode 22 and measure each anode potential between themselves and the anode-side reference electrode 51. The anode-side reference electrode 51 is integrally provided with the potential sensors 54, 56, 58, and 60 via a base material 62a.

Description

本発明は、一方の電極と他方の電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体に設けられる燃料電池の電位を計測するための燃料電池用電位計測装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell potential measuring device for measuring a potential of a fuel cell provided in an electrolyte membrane / electrode structure that sandwiches an electrolyte membrane between one electrode and the other electrode.

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固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒(電極触媒層)と多孔質カーボン(ガス拡散層)とを有するアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持する発電セルを構成している。通常、燃料電池では、発電セルを所定の数だけ積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。   For example, a solid polymer fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode each having an electrode catalyst (electrode catalyst layer) and porous carbon (gas diffusion layer) are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane ( A power generation cell is formed in which the MEA is sandwiched between separators (bipolar plates). Normally, a fuel cell is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.

この場合、燃料電池では、運転停止に伴って燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止された後、この燃料電池内部に残存する前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスが反応し易い。このため、特に、燃料ガス流路側の燃料ガスの体積の減少に伴って前記燃料ガス流路内の圧力が低下し、酸化剤ガス流路から電解質膜を透過して前記燃料ガス流路内に酸化剤ガスが侵入するおそれがある。これにより、燃料ガス流路内では、燃料ガスが偏在した部分に局部電池が形成され易く、酸化剤ガスが偏在した部分に正常発電時とは逆向きの電流が流れるという問題がある。   In this case, in the fuel cell, after the supply of the fuel gas and the oxidant gas is stopped along with the operation stop, the fuel gas and the oxidant gas remaining in the fuel cell easily react. For this reason, in particular, as the volume of the fuel gas on the fuel gas channel side decreases, the pressure in the fuel gas channel decreases, and passes through the electrolyte membrane from the oxidant gas channel to enter the fuel gas channel. Oxidant gas may enter. Thereby, in the fuel gas flow path, a local battery is easily formed in a portion where the fuel gas is unevenly distributed, and there is a problem that a current opposite to that during normal power generation flows in the portion where the oxidant gas is unevenly distributed.

このため、特許文献1には、燃料電池内部の状態を検出するために、簡単な構成及び工程で、燃料電池の電位測定を確実且つ良好に行うとともに、装置全体の薄肉化を図ることが可能な燃料電池用電位測定装置及びその製造方法が提案されている。この電位測定装置は、アノード電極に配置される一端部に、アノード側電位印加電極及びアノード側電位測定電極が設けられる第1シート部材と、カソード電極に配置される一端部に、カソード側電位印加電極及びカソード側電位測定電極が設けられる第2シート部材とを備え、前記第1シート部材の他端部及び前記第2シート部材の他端部は、互いに接合されている。   For this reason, in Patent Document 1, in order to detect the internal state of the fuel cell, the potential of the fuel cell can be reliably and satisfactorily measured with a simple configuration and process, and the entire apparatus can be thinned. A fuel cell potential measuring device and a method for manufacturing the same have been proposed. This potential measuring device includes a first sheet member provided with an anode side potential applying electrode and an anode side potential measuring electrode at one end portion disposed on the anode electrode, and a cathode side potential applied to one end portion disposed on the cathode electrode. A second sheet member provided with an electrode and a cathode side potential measurement electrode, and the other end of the first sheet member and the other end of the second sheet member are joined to each other.

このため、電位印加電極と電位測定電極とを個別に構成する場合に比べ、構成が一挙に簡素化されるとともに、組み付け作業等が大幅に削減され、経済的であるという効果が得られている。   For this reason, as compared with the case where the potential applying electrode and the potential measuring electrode are individually configured, the configuration is simplified at a time, and the assembling work and the like are greatly reduced, which is economical. .

特開2010−27544号公報JP 2010-27544 A

ところで、最近、アノード電極やカソード電極では、どこの部位の電位を測定しているかを詳細に特定することが望まれている。このため、アノード電極やカソード電極には、複数個の電位測定電極を配置する必要があり、前記電位測定電極の位置合わせ作業が煩雑化するおそれがある。   By the way, recently, it has been desired to specify in detail where the potential of the anode electrode or the cathode electrode is measured. For this reason, it is necessary to arrange a plurality of potential measurement electrodes on the anode electrode and the cathode electrode, and there is a possibility that the alignment work of the potential measurement electrodes becomes complicated.

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、電位測定を高精度に行うことが可能な燃料電池用電位計測装置を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and an object thereof is to provide a fuel cell potential measuring device capable of measuring potential with high accuracy with a simple and economical configuration.

本発明は、一方の電極と他方の電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体に設けられ、燃料電池の電位を計測するための燃料電池用電位計測装置に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell potential measurement device for measuring a potential of a fuel cell, which is provided in an electrolyte membrane / electrode structure that sandwiches an electrolyte membrane between one electrode and the other electrode.

この燃料電池用電位計測装置では、一方の電極に配置される参照電極と、少なくとも一方の電極に配置される複数個の計測電極と、を備えるとともに、前記参照電極及び前記複数個の計測電極は、電極シートに一体化されて前記一方の電極に接続されている。   The potential measuring apparatus for a fuel cell includes a reference electrode disposed on one electrode and a plurality of measurement electrodes disposed on at least one electrode, and the reference electrode and the plurality of measurement electrodes are , Integrated with the electrode sheet and connected to the one electrode.

また、この燃料電池用電位計測装置では、複数個の計測電極は、配列方向に沿って段階的に端部位置をずらして配置されることが好ましい。   Moreover, in this fuel cell potential measuring device, it is preferable that the plurality of measurement electrodes are arranged with their end portions shifted in stages along the arrangement direction.

さらに、この燃料電池用電位計測装置では、他方の電極に配置される他方の参照電極を有し、前記他方の参照電極は、他方の電極シートに一体化されるとともに、一方の電極シートと前記他方の電極シートとの間で電解質膜を挟持することが好ましい。   Further, the fuel cell potential measuring device has the other reference electrode disposed on the other electrode, and the other reference electrode is integrated with the other electrode sheet, It is preferable to sandwich the electrolyte membrane with the other electrode sheet.

本発明によれば、参照電極及び複数個の計測電極は、電極シートに一体化されて一方の電極に接続されている。このため、複数個の計測電極は、一体に取り扱うことができ、設置作業が一挙に簡素化するとともに、製造作業の効率化が容易に図られる。しかも、各計測電極同士を近接して配置させることが可能になり、所望の位置のアノード電位又はカソード電位を確実に計測することができる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、電位測定及び電位分布測定を高精度に行うことが可能になる。   According to the present invention, the reference electrode and the plurality of measurement electrodes are integrated with the electrode sheet and connected to one electrode. For this reason, a plurality of measurement electrodes can be handled integrally, the installation work is simplified at once, and the efficiency of the manufacturing work is easily achieved. In addition, the measurement electrodes can be arranged close to each other, and the anode potential or cathode potential at a desired position can be reliably measured. Thereby, it is possible to perform the potential measurement and the potential distribution measurement with high accuracy with a simple and economical configuration.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置が組み込まれる燃料電池の要部分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell in which a fuel cell potential measuring device according to a first embodiment of the present invention is incorporated. 前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の、図1中、II−II線断面説明図である。FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view taken along the line II-II in FIG. 1 of the electrolyte membrane / electrode structure constituting the fuel cell. 前記電位計測装置の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of the potential measuring device. 前記電位計測装置の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the said electric potential measurement apparatus. 前記電位計測装置の他の配置を示す正面説明図である。It is front explanatory drawing which shows other arrangement | positioning of the said electric potential measurement apparatus. 前記電位計測装置の、図4中、VI−VI線断面説明図である。FIG. 6 is a sectional view of the potential measuring device taken along line VI-VI in FIG. 4. 前記電位計測装置の回路説明図である。It is circuit explanatory drawing of the said electric potential measurement apparatus. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置が組み込まれる電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the electrolyte membrane and electrode structure in which the electric potential measuring apparatus for fuel cells which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is integrated. 前記電位計測装置の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of the potential measuring device. 前記電位計測装置の断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of the said electric potential measurement apparatus. 前記電位計測装置の回路説明図である。It is circuit explanatory drawing of the said electric potential measurement apparatus. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置が組み込まれる電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。It is principal part sectional explanatory drawing of the electrolyte membrane and electrode structure in which the electric potential measuring apparatus for fuel cells which concerns on the 3rd Embodiment of this invention is integrated. 前記電位計測装置の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of the potential measuring device. 本発明の第4の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置の概略斜視説明図である。It is a schematic perspective view of a fuel cell potential measuring device according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置の概略斜視説明図である。FIG. 10 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell potential measuring device according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置が組み込まれる電解質膜・電極構造体の要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the electrolyte membrane and electrode structure in which the potential measuring apparatus for fuel cells which concerns on the 6th Embodiment of this invention is integrated.

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用電位計測装置10が組み込まれる燃料電池12では、電解質膜・電極構造体14が、カソード側セパレータ16及びアノード側セパレータ18に挟持されて矢印A方向(例えば、水平方向)又は矢印C方向(鉛直方向)に積層される。   As shown in FIG. 1, in the fuel cell 12 in which the fuel cell potential measuring device 10 according to the first embodiment of the present invention is incorporated, the electrolyte membrane / electrode structure 14 includes a cathode separator 16 and an anode separator 18. Are stacked in the direction of arrow A (for example, horizontal direction) or the direction of arrow C (vertical direction).

複数の燃料電池12は、矢印A方向に積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックを構成する。なお、複数の燃料電池12は、矢印C方向に積層してもよい。   The plurality of fuel cells 12 are stacked in the direction of arrow A, for example, to constitute an in-vehicle fuel cell stack. The plurality of fuel cells 12 may be stacked in the direction of arrow C.

カソード側セパレータ16及びアノード側セパレータ18は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、チタニウム(Ti)板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板で構成されてもよく、又は、カーボン部材等で構成されてもよい。   The cathode side separator 16 and the anode side separator 18 are made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, a titanium (Ti) plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal plate whose surface is subjected to anticorrosion treatment. Alternatively, it may be composed of a carbon member or the like.

図1及び図2に示すように、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20と、前記固体高分子電解質膜20を挟持するアノード電極22及びカソード電極24とを備える。固体高分子電解質膜20としては、例えば、フッ素系電解質、又は、HC(炭化水素)系電解質が使用される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the electrolyte membrane / electrode structure 14 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 20 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and the solid polymer electrolyte membrane 20 interposed therebetween. An anode electrode 22 and a cathode electrode 24 are provided. As the solid polymer electrolyte membrane 20, for example, a fluorine-based electrolyte or an HC (hydrocarbon) -based electrolyte is used.

図2に示すように、アノード電極22は、固体高分子電解質膜20の一方の面20aに接合されるアノード電極触媒層22aと、前記アノード電極触媒層22aに積層されるアノードガス拡散層22bとを有する。カソード電極24は、固体高分子電解質膜20の他方の面20bに接合されるカソード電極触媒層24aと、前記カソード電極触媒層24aに積層されるカソードガス拡散層24bとを有する。   As shown in FIG. 2, the anode electrode 22 includes an anode electrode catalyst layer 22a bonded to one surface 20a of the solid polymer electrolyte membrane 20, and an anode gas diffusion layer 22b laminated on the anode electrode catalyst layer 22a. Have The cathode electrode 24 has a cathode electrode catalyst layer 24a joined to the other surface 20b of the solid polymer electrolyte membrane 20, and a cathode gas diffusion layer 24b laminated on the cathode electrode catalyst layer 24a.

アノード電極触媒層22aとカソード電極触媒層24aとは、異なる平面寸法(アノード側寸法<カソード側寸法)に設定されるとともに、カソードガス拡散層24bの外周端部は、アノードガス拡散層22bの外周端部よりも外側に突出する。なお、アノード側寸法>カソード側寸法でもよく、アノード電極触媒層22aとカソード電極触媒層24aとは、同一の平面寸法を有していてもよい。また、アノードガス拡散層22bは、カソードガス拡散層24bよりも大きな平面寸法を有していてもよく、あるいは、同一の平面寸法を有していてもよい。   The anode electrode catalyst layer 22a and the cathode electrode catalyst layer 24a are set to have different plane dimensions (anode side dimension <cathode side dimension), and the outer peripheral end of the cathode gas diffusion layer 24b is the outer periphery of the anode gas diffusion layer 22b. Projects outward from the end. The anode side dimension> the cathode side dimension may be satisfied, and the anode electrode catalyst layer 22a and the cathode electrode catalyst layer 24a may have the same planar dimension. The anode gas diffusion layer 22b may have a larger planar dimension than the cathode gas diffusion layer 24b, or may have the same planar dimension.

アノード電極触媒層22a及びカソード電極触媒層24aは、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜20の両面20a、20bに印刷、塗布又は転写することによって構成される。なお、アノード電極触媒層22aとカソード電極触媒層24aとは、アノードガス拡散層22bとカソードガス拡散層24bとに印刷、塗布又は転写することによって構成してもよく、その他、種々の構成を採用することができる。   The anode electrode catalyst layer 22a and the cathode electrode catalyst layer 24a are formed by forming catalyst particles in which platinum particles are supported on carbon black, using a polymer electrolyte as an ion conductive binder, and the catalyst in the solution of the polymer electrolyte. The catalyst paste prepared by uniformly mixing the particles is configured by printing, coating or transferring on both surfaces 20a and 20b of the solid polymer electrolyte membrane 20. The anode electrode catalyst layer 22a and the cathode electrode catalyst layer 24a may be configured by printing, coating, or transferring to the anode gas diffusion layer 22b and the cathode gas diffusion layer 24b, and various other configurations are adopted. can do.

電解質膜・電極構造体14は、固体高分子電解質膜20の外周を周回する樹脂製枠部材26を備える。樹脂製枠部材26は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)やPPA(ポリフタルアミド)、LCP、PES、PEEK、PFA等のスーパーエンプラ、若しくは、2種以上のポリマーアロイやPP(ポリプロピレン)等の汎用エンプラ、若しくは、2種以上のポリマーアロイ等で構成され、必要に応じて設けられる。   The electrolyte membrane / electrode structure 14 includes a resin frame member 26 that goes around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 20. The resin frame member 26 is, for example, a general engineering plastic such as PPS (polyphenylene sulfide), PPA (polyphthalamide), LCP, PES, PEEK, PFA, or two or more kinds of polymer alloys and PP (polypropylene). It is composed of engineering plastics or two or more polymer alloys, and is provided as necessary.

図1に示すように、燃料電池12の矢印B方向(水平方向)の一端縁部には、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入口連通孔28aと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔30bとが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。   As shown in FIG. 1, an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, is supplied to one end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow B (horizontal direction) in the direction of arrow A, which is the stacking direction. An oxidant gas inlet communication hole 28a for fuel and a fuel gas outlet communication hole 30b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are arranged in the direction of arrow C (vertical direction).

燃料電池12の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔30aと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔28bとが、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, and a fuel gas inlet communication hole 30a for supplying fuel gas and an oxidant gas for discharging oxidant gas. Outlet communication holes 28b are arranged in the direction of arrow C.

燃料電池12の矢印C方向の上端縁部には、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔32aが設けられるとともに、前記燃料電池12の矢印C方向の下端縁部には、前記冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔32bが設けられる。なお、冷却媒体入口連通孔32a及び冷却媒体出口連通孔32bは、それぞれ1つであってもよい。   The upper end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow C is provided with a pair of cooling medium inlet communication holes 32a for supplying the cooling medium, and the lower end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow C is A pair of cooling medium outlet communication holes 32b for discharging the cooling medium is provided. The cooling medium inlet communication hole 32a and the cooling medium outlet communication hole 32b may each be one.

カソード側セパレータ16の電解質膜・電極構造体14に向かう面16aには、酸化剤ガス入口連通孔28aと酸化剤ガス出口連通孔28bとに連通する酸化剤ガス流路36が設けられる。アノード側セパレータ18の電解質膜・電極構造体14に向かう面18aには、燃料ガス入口連通孔30aと燃料ガス出口連通孔30bとに連通する燃料ガス流路38が形成される。酸化剤ガス流路36及び燃料ガス流路38は、水平方向に向かって酸化剤ガス及び燃料ガスを流通させる。   An oxidant gas flow path 36 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 28a and the oxidant gas outlet communication hole 28b is provided on the surface 16a of the cathode separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 14. A fuel gas passage 38 communicating with the fuel gas inlet communication hole 30a and the fuel gas outlet communication hole 30b is formed on the surface 18a of the anode separator 18 facing the electrolyte membrane / electrode structure 14. The oxidant gas channel 36 and the fuel gas channel 38 circulate the oxidant gas and the fuel gas in the horizontal direction.

カソード側セパレータ16の面16aとは反対の面16bと、アノード側セパレータ18の面18aとは反対の面18bとの間には、冷却媒体入口連通孔32aと冷却媒体出口連通孔32bとに連通する冷却媒体流路40が形成される。冷却媒体流路40は、鉛直方向下方(鉛直方向上方でもよい)に向かって冷却媒体を流通させる。   The cooling medium inlet communication hole 32a and the cooling medium outlet communication hole 32b communicate between the surface 16b opposite to the surface 16a of the cathode side separator 16 and the surface 18b opposite to the surface 18a of the anode side separator 18. A cooling medium flow path 40 is formed. The cooling medium flow path 40 circulates the cooling medium downward in the vertical direction (or may be upward in the vertical direction).

カソード側セパレータ16の面16a、16bには、このカソード側セパレータ16の外周端部を周回して、第1シール部材42が一体化される。アノード側セパレータ18の面18a、18bには、このアノード側セパレータ18の外周端部を周回して、第2シール部材44が一体化される。   The first seal member 42 is integrated with the surfaces 16 a and 16 b of the cathode separator 16 around the outer peripheral end of the cathode separator 16. The second seal member 44 is integrated with the surfaces 18 a and 18 b of the anode separator 18 around the outer peripheral end of the anode separator 18.

第1シール部材42及び第2シール部材44は、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、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等の弾性を有するシール部材が用いられる。   The first seal member 42 and the second seal member 44 are, for example, EPDM, NBR, fluororubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber or the like, cushion material, Alternatively, an elastic seal member such as a packing material is used.

電位計測装置10は、例えば、電解質膜・電極構造体14の水分量が最も多い領域及び最も少ない領域に配置される。具体的には、電位計測装置10は、水分量が最も多い領域である重力方向下方で且つ燃料ガス出口連通孔30bの近傍、及び、酸化剤ガス出口連通孔28bの近傍と、水分量が最も少ない領域である重力方向上方で且つ燃料ガス入口連通孔30aの近傍、及び、酸化剤ガス入口連通孔28aの近傍に配置される。   The potential measuring device 10 is disposed, for example, in a region where the moisture content of the electrolyte membrane / electrode structure 14 is the largest and the smallest. Specifically, the potential measuring device 10 has the highest moisture content in the region below the gravitational direction, which is the region with the highest moisture content, in the vicinity of the fuel gas outlet communication hole 30b and in the vicinity of the oxidant gas outlet communication hole 28b. It is arranged in the lower part of the gravity direction, which is a small area, in the vicinity of the fuel gas inlet communication hole 30a and in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 28a.

なお、電位計測装置10の設定部位は、上記の領域に限定されるものではなく、電解質膜・電極構造体14の電位測定が必要な任意の位置に設置することができる。   In addition, the setting site | part of the electric potential measurement apparatus 10 is not limited to said area | region, It can install in the arbitrary positions where the electric potential measurement of the electrolyte membrane and electrode structure 14 is required.

図2に示すように、電位計測装置10は、電解質膜・電極構造体14を構成する固体高分子電解質膜20のアノード側の面20a上のアノード側参照電極用電極触媒22asと、導電体で構成されるアノード側電極50とにより構成されるアノード側参照電極51、前記固体高分子電解質膜20のカソード側の面20b上のカソード側参照電極用電極触媒24asと、導電体で構成されるカソード側電極52とにより構成されるカソード側参照電極53、及びアノード電極触媒層22a上並びに面20a上に配置される複数の電位センサ54、56、58及び60を備える。アノード側電極50とカソード側電極52とは、固体高分子電解質膜20を挟んで互いに対向して配置される。   As shown in FIG. 2, the potential measuring device 10 includes an anode-side reference electrode electrode catalyst 22as on the anode-side surface 20a of the solid polymer electrolyte membrane 20 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 14, and a conductor. An anode side reference electrode 51 constituted by the anode side electrode 50 constituted, a cathode side reference electrode electrode catalyst 24as on the cathode side surface 20b of the solid polymer electrolyte membrane 20, and a cathode constituted by a conductor. The cathode side reference electrode 53 constituted by the side electrode 52, and a plurality of potential sensors 54, 56, 58 and 60 disposed on the anode electrode catalyst layer 22a and the surface 20a are provided. The anode side electrode 50 and the cathode side electrode 52 are disposed to face each other with the solid polymer electrolyte membrane 20 interposed therebetween.

第1の実施形態では、アノード側参照電極用電極触媒22as及びカソード側参照電極用電極触媒24asは、固体高分子電解質膜20に一体に設けられているが、後述する基材62a、62bに設けてもよい。   In the first embodiment, the anode-side reference electrode electrode catalyst 22as and the cathode-side reference electrode electrode catalyst 24as are integrally provided on the solid polymer electrolyte membrane 20, but are provided on base materials 62a and 62b described later. May be.

図2〜図4に示すように、アノード側電極50及び電位センサ54、56、58及び60は、絶縁性の基材62aに一体に設けられるとともに、カソード側電極52は、絶縁性の基材62bに一体に設けられる。図3に示すように、基材62bは、カソード側電極52側とは反対側の端部が基材62aに固定(接着)又は溶着され、アノード側電極50及びカソード側電極52が互いに離間して配置される。なお、基材62a、62bは、互いに分離して構成されていてもよく、また、単一の基材を使用してアノード側電極50とカソード側電極52との間に位置して折り曲げて構成することも可能である。   As shown in FIGS. 2 to 4, the anode side electrode 50 and the potential sensors 54, 56, 58 and 60 are integrally provided on an insulating base material 62 a, and the cathode side electrode 52 is an insulating base material. 62b is integrally provided. As shown in FIG. 3, the base material 62b has an end opposite to the cathode side electrode 52 side fixed (adhered) or welded to the base material 62a, and the anode side electrode 50 and the cathode side electrode 52 are separated from each other. Arranged. The base materials 62a and 62b may be configured to be separated from each other, and are configured to be bent between the anode side electrode 50 and the cathode side electrode 52 using a single base material. It is also possible to do.

アノード側電極50には、2本の導線ライン64a、64bが接続されるとともに、カソード側電極52には、1本の導線ライン66が接続される。導線ライン64a、64b及び66は、絶縁性カバー68により覆われており、先端の電極部のみが外部に露呈する。以下に説明する他の実施形態でも同様である。   Two conductor lines 64 a and 64 b are connected to the anode side electrode 50, and one conductor line 66 is connected to the cathode side electrode 52. The conducting wire lines 64a, 64b and 66 are covered with an insulating cover 68, and only the electrode portion at the tip is exposed to the outside. The same applies to other embodiments described below.

電位センサ54、56、58及び60は、例えば、薄膜状又は細線状の金(Au)により形成されるとともに、前記電位センサ54から前記電位センサ60に向かって、順次、短尺に構成される。なお、図5に示すように、電位センサ54、56、58及び60は、同一の長さに構成されてもよい。電位センサ54、56、58及び60は、一方の端部側に厚さ方向に突出する計測部54a、56a、58a及び60aを有する(図3及び図6参照)。   The potential sensors 54, 56, 58, and 60 are made of, for example, thin film or thin gold (Au), and are configured to be short in length from the potential sensor 54 toward the potential sensor 60. As shown in FIG. 5, the potential sensors 54, 56, 58 and 60 may be configured to have the same length. The potential sensors 54, 56, 58, and 60 have measuring portions 54a, 56a, 58a, and 60a that protrude in the thickness direction on one end side (see FIGS. 3 and 6).

図6に示すように、電位センサ54、56、58及び60は、基材62aと絶縁シート70とに覆われており、前記絶縁シート70に形成された開口部70a、70b、70c及び70dから計測部54a、56a、58a及び60aが外部に長さL(数μm〜数十μm)だけ突出する。電位センサ54、56、58及び60の下端部に導線ライン72a、72b、72c及び72dが接続される。   As shown in FIG. 6, the potential sensors 54, 56, 58 and 60 are covered with a base material 62 a and an insulating sheet 70, and from openings 70 a, 70 b, 70 c and 70 d formed in the insulating sheet 70. The measuring units 54a, 56a, 58a and 60a protrude outside by a length L (several μm to several tens μm). Conductor lines 72a, 72b, 72c and 72d are connected to the lower ends of the potential sensors 54, 56, 58 and 60, respectively.

基材62a、62b及び絶縁シート70は、電気的絶縁性を有し、耐熱水性、耐酸性及び耐熱性に優れるとともに、フレキシブルな材料で形成される。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)や液晶ポリマー(LCP)、ポリイミド等が好適である。   The base materials 62a and 62b and the insulating sheet 70 have electrical insulation properties, are excellent in hot water resistance, acid resistance and heat resistance, and are formed of a flexible material. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), liquid crystal polymer (LCP), polyimide, and the like are suitable.

図7に示すように、電位計測装置10は、アノード側参照電極51の導線ライン64bとカソード側参照電極53の導線ライン66とに接続される直流電源74を備える。アノード側参照電極51の導線ライン64aと電位センサ54、56、58及び60の導線ライン72a、72b、72c及び72dとは、図示しない計測器に接続されており、前記アノード側参照電極51と前記電位センサ54、56、58及び60との電位差から各アノード電位が検出される。   As shown in FIG. 7, the potential measuring device 10 includes a DC power source 74 connected to the conductive line 64 b of the anode side reference electrode 51 and the conductive line 66 of the cathode side reference electrode 53. The conductor line 64a of the anode side reference electrode 51 and the conductor lines 72a, 72b, 72c and 72d of the potential sensors 54, 56, 58 and 60 are connected to a measuring instrument (not shown). Each anode potential is detected from the potential difference from the potential sensors 54, 56, 58 and 60.

なお、カソード電極24側にも、カソード電極触媒層24a上に位置して電位センサ54ca等を設けることができる。その際、電位センサ54caの導線ライン74caとアノード側参照電極51の導線ライン64aとは、図示しない計測器に接続されるとともに、前記アノード側参照電極51と前記電位センサ54caとの電位差からカソード電位が検出される。   Note that a potential sensor 54ca and the like can also be provided on the cathode electrode 24 side on the cathode electrode catalyst layer 24a. At that time, the conductor line 74ca of the potential sensor 54ca and the conductor line 64a of the anode-side reference electrode 51 are connected to a measuring instrument (not shown), and the cathode potential is determined from the potential difference between the anode-side reference electrode 51 and the potential sensor 54ca. Is detected.

電位センサ54、56、58及び60は、アノード電極触媒層22a上並びに固体高分子電解質膜20上に設けられているが、前記固体高分子電解質膜20と前記アノード電極触媒層22aとの間に配置されてもよい。   The potential sensors 54, 56, 58 and 60 are provided on the anode electrode catalyst layer 22 a and the solid polymer electrolyte membrane 20, but between the solid polymer electrolyte membrane 20 and the anode electrode catalyst layer 22 a. It may be arranged.

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

図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔28aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔30aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔32a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 inlet communication hole 28a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 30a. Further, a cooling medium such as pure water or ethylene glycol is supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a.

酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔28aからカソード側セパレータ16の酸化剤ガス流路36に導入される。このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路36に沿って矢印B方向に流通し、電解質膜・電極構造体14のカソード電極24に供給される。   The oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 36 of the cathode separator 16 from the oxidant gas inlet communication hole 28a. For this reason, the oxidant gas flows in the direction of arrow B along the oxidant gas flow path 36 and is supplied to the cathode electrode 24 of the electrolyte membrane / electrode structure 14.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔30aからアノード側セパレータ18の燃料ガス流路38に導入される。この燃料ガス流路38では、燃料ガスが矢印B方向に流通することにより、電解質膜・電極構造体14のアノード電極22に供給される。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas passage 38 of the anode separator 18 from the fuel gas inlet communication hole 30a. In the fuel gas flow path 38, the fuel gas flows in the direction of arrow B and is supplied to the anode electrode 22 of the electrolyte membrane / electrode structure 14.

従って、各電解質膜・電極構造体14では、カソード電極24に供給される酸化剤ガスと、アノード電極22に供給される燃料ガスとが、カソード電極触媒層24a及びアノード電極触媒層22a内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。   Accordingly, in each electrolyte membrane / electrode structure 14, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 24 and the fuel gas supplied to the anode electrode 22 are electrically supplied in the cathode electrode catalyst layer 24 a and the anode electrode catalyst layer 22 a. It is consumed by chemical reaction to generate electricity.

次いで、カソード電極24に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔28bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、アノード電極22に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode electrode 24 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 28b. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 22 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 30b.

また、冷却媒体入口連通孔32aに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ16とアノード側セパレータ18との間の冷却媒体流路40に導入された後、矢印C方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体14を冷却した後、冷却媒体出口連通孔32bから排出される。   Further, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 32 a is introduced into the cooling medium flow path 40 between the cathode separator 16 and the anode separator 18 and then flows in the direction of arrow C. The cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 32b after the electrolyte membrane / electrode structure 14 is cooled.

ところで、電位計測装置10では、図7に示すように、直流電源74が駆動されてアノード側参照電極51とカソード側参照電極53とに電圧が印加されている。従って、固体高分子電解質膜20に含まれている水が電気分解され、水素が発生するため、これを基準にしてアノード側参照電極51と電位センサ54、56、58及び60との各電位差が検出される。なお、カソード側参照電極53を設けることなく、アノード側参照電極51を単独で、電位を測定する基準電極として用いてもよい。   Incidentally, in the potential measuring device 10, as shown in FIG. 7, a DC power source 74 is driven to apply a voltage to the anode side reference electrode 51 and the cathode side reference electrode 53. Accordingly, water contained in the solid polymer electrolyte membrane 20 is electrolyzed and hydrogen is generated, so that each potential difference between the anode-side reference electrode 51 and the potential sensors 54, 56, 58 and 60 is based on this. Detected. Note that the anode-side reference electrode 51 may be used alone as a reference electrode for measuring the potential without providing the cathode-side reference electrode 53.

この場合、第1の実施形態では、電解質膜・電極構造体14に設けられている電位センサ54、56、58及び60からの出力(アノードやカソードに設置した電位)を容易且つ確実に検出することができる。   In this case, in the first embodiment, the outputs from the potential sensors 54, 56, 58 and 60 (potentials installed at the anode and the cathode) provided in the electrolyte membrane / electrode structure 14 are detected easily and reliably. be able to.

しかも、少なくともアノード側電極50は、図2〜図4に示すように、電位センサ54、56、58及び60と一体に基材62aに設けられている。このため、少なくともアノード側電極50、電位センサ54、56、58及び60の配置作業が一挙に簡素化されるとともに、アノード側の複数の測定点を同時に計測することができる。さらに、アノード側電極50と電位センサ54、56、58及び60とを可及的に近接して配置することが可能になり、正確なアノード電位を安定して計測することができる。   Moreover, at least the anode side electrode 50 is provided on the base material 62a integrally with the potential sensors 54, 56, 58 and 60, as shown in FIGS. For this reason, the arrangement work of at least the anode side electrode 50 and the potential sensors 54, 56, 58 and 60 is simplified at a time, and a plurality of measurement points on the anode side can be simultaneously measured. Furthermore, the anode-side electrode 50 and the potential sensors 54, 56, 58 and 60 can be disposed as close as possible, and an accurate anode potential can be stably measured.

これにより、簡単且つ経済的な構成で、電解質膜・電極構造体14の複数個所の電位を高精度に計測することが可能になるという効果が得られる。   Thereby, the effect that it becomes possible to measure the electric potential of several places of the electrolyte membrane electrode structure 14 with high precision with a simple and economical structure is acquired.

図8は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置80が組み込まれる電解質膜・電極構造体82の要部断面説明図である。なお、第1の実施形態に係る電位計測装置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. 8 is a cross-sectional explanatory view of a main part of an electrolyte membrane / electrode structure 82 in which the fuel cell potential measuring device 80 according to the second embodiment of the present invention is incorporated. The same components as those of the potential measuring apparatus 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.

図8に示すように、電位計測装置80は、電解質膜・電極構造体82を構成する固体高分子電解質膜20のアノード側の面20a上のアノード側参照電極用電極触媒22asと、導電体で構成されるアノード側電極50とにより構成されるアノード側参照電極51、前記固体高分子電解質膜20のカソード側の面20b上のカソード側参照電極用電極触媒24asと、導電体で構成されるカソード側電極52とにより構成されるカソード側参照電極53、及びカソード電極触媒層24a上並びに面20b上に配置される複数の電位センサ84、86、88及び90を備える。第2の実施形態では、アノード側参照電極用電極触媒22as及びカソード側参照電極用電極触媒24asは、固体高分子電解質膜20に一体に設けられている。   As shown in FIG. 8, the potential measuring device 80 is composed of an anode-side reference electrode electrode catalyst 22as on the anode-side surface 20a of the solid polymer electrolyte membrane 20 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 82, and a conductor. An anode side reference electrode 51 constituted by the anode side electrode 50 constituted, a cathode side reference electrode electrode catalyst 24as on the cathode side surface 20b of the solid polymer electrolyte membrane 20, and a cathode constituted by a conductor. And a plurality of potential sensors 84, 86, 88, and 90 disposed on the cathode electrode catalyst layer 24a and the surface 20b. In the second embodiment, the anode-side reference electrode electrode catalyst 22 as and the cathode-side reference electrode electrode catalyst 24 as are integrally provided on the solid polymer electrolyte membrane 20.

図8及び図9に示すように、カソード側電極52と電位センサ84、86、88及び90とは、絶縁性の基材92aに一体に配置されるとともに、アノード側電極50は、絶縁性の基材92bに設けられる。図9に示すように、基材92aは、アノード側電極50側とは反対側の端部が基材92bに固定(接着又は溶着)され、アノード側電極50及びカソード側電極52が互いに離間して配置される。なお、基材92a、92bは、互いに分離して構成されていてもよく、また、単一の基材を使用してもよい。   As shown in FIGS. 8 and 9, the cathode side electrode 52 and the potential sensors 84, 86, 88 and 90 are integrally disposed on the insulating base material 92 a, and the anode side electrode 50 is made of an insulating material. Provided on the substrate 92b. As shown in FIG. 9, the end of the base 92a opposite to the anode 50 is fixed (adhered or welded) to the base 92b, and the anode 50 and the cathode 52 are separated from each other. Arranged. The base materials 92a and 92b may be configured separately from each other, or a single base material may be used.

電位センサ84、86、88及び90は、例えば、薄膜状又は細線状の金(Au)により形成されるとともに、前記電位センサ84から前記電位センサ90に向かって、順次、短尺に構成される。なお、電位センサ84、86、88及び90は、同一の長さに設定されてもよい。電位センサ84、86、88及び90の各計測部84a、86a、88a及び90aは、絶縁シート94に形成された開口部94a、94b、94c及び94dから外部に数μm〜数十μmだけ突出する。   The potential sensors 84, 86, 88, and 90 are formed of, for example, thin film or thin wire gold (Au), and are sequentially configured to be short from the potential sensor 84 toward the potential sensor 90. The potential sensors 84, 86, 88, and 90 may be set to the same length. The measurement parts 84a, 86a, 88a, and 90a of the potential sensors 84, 86, 88, and 90 protrude from the openings 94a, 94b, 94c, and 94d formed in the insulating sheet 94 to the outside by several μm to several tens of μm. .

図10に示すように、基材92aは、電位センサ84(86〜90も同様)の計測部84aの裏面側に、絶縁シート94側に膨出する突起部位92atを有する。電位センサ84、86、88及び90の端部には、導線ライン96a、96b、96c及び96dが接続され、これらが図示しない計測器に接続される。   As shown in FIG. 10, the base material 92a has a protruding portion 92at that bulges toward the insulating sheet 94 on the back side of the measuring portion 84a of the potential sensor 84 (same for 86 to 90). Lead wires 96a, 96b, 96c and 96d are connected to the ends of the potential sensors 84, 86, 88 and 90, and these are connected to a measuring instrument (not shown).

図11に示すように、電位計測装置80では、電位センサ84、86、88及び90の導線ライン96a、96b、96c及び96dとアノード側電極50の導線ライン64aとは、図示しない計測器に接続されている。アノード側参照電極51と電位センサ84、86、88及び90との電位差から各カソード電位が検出される。   As shown in FIG. 11, in the potential measuring device 80, the lead wires 96 a, 96 b, 96 c and 96 d of the potential sensors 84, 86, 88 and 90 and the lead wire 64 a of the anode side electrode 50 are connected to a measuring instrument (not shown). Has been. Each cathode potential is detected from the potential difference between the anode side reference electrode 51 and the potential sensors 84, 86, 88 and 90.

なお、アノード電極22側にも、アノード電極触媒層22a上に位置して電位センサ84an等を設けることができる。その際、電位センサ84anの導線ライン96anとアノード側電極50の導線ライン64aとは、図示しない計測器に接続されるとともに、アノード側参照電極51と前記電位センサ84anとの電位差からアノード電位が検出される。   Note that a potential sensor 84an or the like can also be provided on the anode electrode 22 side on the anode electrode catalyst layer 22a. At that time, the conductor line 96an of the potential sensor 84an and the conductor line 64a of the anode side electrode 50 are connected to a measuring instrument (not shown), and the anode potential is detected from the potential difference between the anode side reference electrode 51 and the potential sensor 84an. Is done.

このように構成される第2の実施形態では、基材92aにカソード側電極52と電位センサ84、86、88及び90とが一体に設けられている。これにより、少なくともカソード側電極52、電位センサ84、86、88及び90の配置作業が一挙に簡素化されるとともに、カソード側の複数の測定点を同時に計測することができる。さらに、各計測部84a、86a、88a及び90a同士を可及的に隣接して設けることが可能になるとともに、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, the cathode side electrode 52 and the potential sensors 84, 86, 88, and 90 are integrally provided on the base material 92a. Thereby, at least the arrangement of the cathode side electrode 52 and the potential sensors 84, 86, 88, and 90 is simplified at a time, and a plurality of measurement points on the cathode side can be simultaneously measured. Furthermore, the measurement units 84a, 86a, 88a, and 90a can be provided as close as possible to each other, and the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

図12は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置100が組み込まれる電解質膜・電極構造体102の要部断面説明図である。なお、電位計測装置100は、第1の実施形態(電位計測装置10)と第2の実施形態(電位計測装置80)とを組み合わせて構成される。   FIG. 12 is an explanatory cross-sectional view of a principal part of an electrolyte membrane / electrode structure 102 in which the fuel cell potential measuring device 100 according to the third embodiment of the present invention is incorporated. The potential measuring device 100 is configured by combining the first embodiment (potential measuring device 10) and the second embodiment (potential measuring device 80).

絶縁性の基材104aには、アノード側電極50と複数の電位センサ54、56、58及び60とが一体に配置されるとともに、絶縁性の基材104bには、カソード側電極52と複数の電位センサ84、86、88及び90とが一体に配置される。図13に示すように、基材104aと基材104bとは、アノード側電極50側とは反対側の端部とカソード側電極52側とは反対側の端部とが固定(接着)又は溶着される。なお、基材104aと基材104aとは、互いに分離して構成されてもよく、又は、単一の基材により構成してもよい。   The anode base electrode 50 and the plurality of potential sensors 54, 56, 58 and 60 are integrally disposed on the insulating base material 104a, and the cathode side electrode 52 and the plurality of potential sensors 54, 56, 58 and 60 are integrally provided on the insulating base material 104b. The potential sensors 84, 86, 88, and 90 are integrally arranged. As shown in FIG. 13, the base material 104a and the base material 104b are fixed (adhered) or welded to the end portion on the opposite side to the anode side electrode 50 side and the end portion on the opposite side to the cathode side electrode 52 side. Is done. The base material 104a and the base material 104a may be configured separately from each other, or may be configured by a single base material.

このように構成される第3の実施形態では、アノード側及びカソード側のそれぞれ複数の測定点を同時に計測することができるとともに、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, a plurality of measurement points on the anode side and the cathode side can be simultaneously measured, and the same effects as those in the first and second embodiments can be obtained. .

図14は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置120の概略斜視説明図である。   FIG. 14 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell potential measuring device 120 according to the fourth embodiment of the present invention.

電位計測装置120は、アノード側電極50と一体に一対の絶縁シート(絶縁基材)122、124間に被覆されてアノード側に配置される複数の電位センサ126、128、130及び132を備える。カソード側電極52は、基材125に配置されるとともに、前記基材125は、カソード側電極52側とは反対側の端部が絶縁シート122に固定(接着)又は溶着される。なお、基材125は、絶縁シート122と分離して、又は、一体に構成されてもよい。   The potential measuring device 120 includes a plurality of potential sensors 126, 128, 130, and 132 disposed on the anode side so as to be covered between a pair of insulating sheets (insulating base materials) 122 and 124 integrally with the anode side electrode 50. The cathode side electrode 52 is disposed on the base material 125, and the end of the base material 125 opposite to the cathode side electrode 52 side is fixed (adhered) or welded to the insulating sheet 122. The base material 125 may be configured separately from the insulating sheet 122 or integrally.

絶縁シート122、124は、一端側に幅狭部122a、124aを設けるとともに、前記幅狭部122a、124aは、外方に広がる肩部を介して幅広部122b、124bに一体に連なっている。   The insulating sheets 122 and 124 are provided with narrow portions 122a and 124a on one end side, and the narrow portions 122a and 124a are integrally connected to the wide portions 122b and 124b via shoulders that extend outward.

電位センサ126、128、130及び132は、例えば、薄膜状又は細線状の金(Au)により形成される。電位センサ126、128、130及び132の上部側には、それぞれ異なる高さ位置から計測部126a、128a、130a及び132aが膨出形成される。計測部126a、128a、130a及び132aは、絶縁シート122の表面と同一の高さ(厚さ方向)に配置されてもよく、測定点との接触を確保するために、前記絶縁シート122の表面から僅かに突出して構成してもよい。   The potential sensors 126, 128, 130, and 132 are made of, for example, thin film or thin wire gold (Au). On the upper side of the potential sensors 126, 128, 130, and 132, measurement units 126a, 128a, 130a, and 132a are formed to bulge from different height positions. The measuring units 126a, 128a, 130a, and 132a may be arranged at the same height (thickness direction) as the surface of the insulating sheet 122, and in order to ensure contact with the measurement point, the surface of the insulating sheet 122 Alternatively, it may be configured to protrude slightly.

電位センサ126、128、130及び132は、互いに平行して幅狭部122a、124aに沿って延在した後、互いの離間間隔を大きくし、幅広部122b、124bに沿って互いに平行して延在する。電位センサ126、128、130及び132の端部には、導線ライン136a、136b、136c及び136dが接続され、これらが図示しない計測器に接続される。   The potential sensors 126, 128, 130, and 132 extend along the narrow portions 122 a and 124 a in parallel with each other, then increase the spacing between them, and extend in parallel with each other along the wide portions 122 b and 124 b. Exists. Conductor lines 136a, 136b, 136c, and 136d are connected to ends of the potential sensors 126, 128, 130, and 132, and these are connected to a measuring instrument (not shown).

このように構成される第4の実施形態では、上記の第1の実施形態等と同様の効果が得られる他、導線ライン136a、136b、136c及び136dにおける接続部位が幅広部122b、124bを構成している。このため、各導線ライン136a、136b、136c及び136dの結線作業が、容易且つ良好に遂行可能になるという利点がある。   In the fourth embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained, and the connection portions of the conductive lines 136a, 136b, 136c, and 136d form the wide portions 122b and 124b. doing. For this reason, there exists an advantage that the connection operation | work of each conducting wire 136a, 136b, 136c, and 136d can be performed easily and satisfactorily.

図15は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置140の概略正面説明図である。   FIG. 15 is a schematic front explanatory view of a fuel cell potential measuring device 140 according to the fifth embodiment of the present invention.

電位計測装置140は、カソード側電極52と一体に一対の絶縁シート142、144間に被覆されてカソード側に配置される複数の電位センサ146、148、150及び152を備える。アノード側電極50は、基材145に配置されるとともに、前記基材145は、前記アノード側電極50側とは反対側の端部が絶縁シート142に固定(接着)される。なお、基材145は、絶縁シート142と分離して、又は、一体に構成されてもよい。   The potential measuring device 140 includes a plurality of potential sensors 146, 148, 150, and 152 that are disposed between the pair of insulating sheets 142 and 144 integrally with the cathode side electrode 52 and disposed on the cathode side. The anode side electrode 50 is disposed on the base 145, and the end of the base 145 opposite to the anode side electrode 50 is fixed (adhered) to the insulating sheet 142. The base material 145 may be configured separately from the insulating sheet 142 or integrally.

絶縁シート142、144は、一端側に幅狭部142a、144aを設けるとともに、前記幅狭部142a、144aは、外方に広がる肩部を介して幅広部142b、144bに一体に連なっている。   The insulating sheets 142 and 144 are provided with narrow portions 142a and 144a on one end side, and the narrow portions 142a and 144a are integrally connected to the wide portions 142b and 144b via shoulders that extend outward.

電位センサ146、148、150及び152は、例えば、薄膜状又は細線状の金(Au)により形成される。電位センサ146、148、150及び152の上部側には、それぞれ異なる高さ位置から計測部146a、148a、150a及び152aが膨出形成される。計測部146a、148a、150a及び152aは、絶縁シート142の表面と同一の高さ(厚さ方向)に配置されてもよく、測定点との接触を確保するために、前記絶縁シート142の表面から僅かに突出して構成してもよい。   The potential sensors 146, 148, 150, and 152 are made of, for example, thin film or thin wire gold (Au). On the upper side of the potential sensors 146, 148, 150, and 152, measurement units 146a, 148a, 150a, and 152a are bulged from different height positions. The measuring units 146a, 148a, 150a, and 152a may be disposed at the same height (thickness direction) as the surface of the insulating sheet 142, and in order to ensure contact with the measurement point, the surface of the insulating sheet 142 Alternatively, it may be configured to protrude slightly.

電位センサ146、148、150及び152は、互いに平行して幅狭部142a、144aに沿って延在した後、互いの離間間隔を大きくし、幅広部142b、144bに沿って互いに平行して延在する。電位センサ146、148、150及び152の端部には、導線ライン156a、156b、156c及び156dが接続され、これらが図示しない計測器に接続される。   The potential sensors 146, 148, 150, and 152 extend along the narrow portions 142a and 144a in parallel with each other, and then increase the distance between them and extend in parallel with each other along the wide portions 142b and 144b. Exists. Lead wires 156a, 156b, 156c and 156d are connected to the ends of the potential sensors 146, 148, 150 and 152, and these are connected to a measuring instrument (not shown).

このように構成される第5の実施形態では、上記の第2の実施形態等と同様の効果が得られる。   In the fifth embodiment configured as described above, the same effects as those of the second embodiment described above can be obtained.

なお、第4の実施形態と第5の実施形態とを組み合わせて、第3の実施形態と同様に構成することも可能である。具体的には、アノード側に複数の電位センサ126、128、130及び132を配置するとともに、カソード側に複数の電位センサ146、148、150及び152を配置することができる。   Note that the fourth embodiment and the fifth embodiment can be combined and configured similarly to the third embodiment. Specifically, a plurality of potential sensors 126, 128, 130, and 132 can be disposed on the anode side, and a plurality of potential sensors 146, 148, 150, and 152 can be disposed on the cathode side.

図16は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池用電位計測装置160が組み込まれる電解質膜・電極構造体162の要部断面説明図である。   FIG. 16 is a cross-sectional explanatory view of a main part of an electrolyte membrane / electrode structure 162 into which a fuel cell potential measuring device 160 according to a sixth embodiment of the present invention is incorporated.

電位計測装置160は、アノード側の基材62a上に白金(Pt)等の導電体により、又は導電体上に白金(Pt)を一体で塗布することにより構成されるアノード側参照電極164、カソード側の基材62b上に白金(Pt)等の導電体により、又は導電体上に白金(Pt)を一体で塗布することにより構成されるカソード側参照電極166、及びアノード電極触媒層22a上並びに面20a上に配置される複数の電位センサ54、56、58及び60を備える。   The potential measuring device 160 includes an anode-side reference electrode 164 configured by applying platinum (Pt) on the anode-side base material 62a with a conductor such as platinum (Pt) or the like, and a cathode. A cathode-side reference electrode 166 configured by applying a conductive material such as platinum (Pt) on the base material 62b on the side, or by integrally applying platinum (Pt) on the conductive material, and the anode electrode catalyst layer 22a; A plurality of potential sensors 54, 56, 58 and 60 are provided on the surface 20a.

このように構成される第6の実施形態では、アノード側参照電極164及びカソード側参照電極166は、基材62a、62b上に白金(Pt)、又は導電体上に白金(Pt)を塗布することにより構成されている。このため、固体高分子電解質膜20上でのアノード側参照電極用電極触媒22asとアノード側電極50との位置合わせ、及びカソード側参照電極用電極触媒24asとカソード側電極52との位置合わせが不要になる。従って、アノード側参照電極164及びカソード側参照電極166の設置作業が一層簡素化するという効果が得られる。   In the sixth embodiment configured as described above, the anode-side reference electrode 164 and the cathode-side reference electrode 166 apply platinum (Pt) on the base materials 62a and 62b or platinum (Pt) on the conductor. It is constituted by. Therefore, it is not necessary to align the anode-side reference electrode electrode catalyst 22as and the anode-side electrode 50 and the cathode-side reference electrode electrode catalyst 24as and the cathode-side electrode 52 on the solid polymer electrolyte membrane 20. become. Therefore, the effect that the installation work of the anode side reference electrode 164 and the cathode side reference electrode 166 is further simplified can be obtained.

なお、第6の実施形態では、実質的に第1の実施形態と同様の構成を採用しているが、第2の実施形態〜第5の実施形態にも、適用することができる。   In addition, in 6th Embodiment, although the structure substantially the same as 1st Embodiment is employ | adopted, it is applicable also to 2nd Embodiment-5th Embodiment.

10、80、100、120、140、160…電位計測装置
12…燃料電池 14、82、102、162…電解質膜・電極構造体
16…カソード側セパレータ 18…アノード側セパレータ
20…固体高分子電解質膜 22…アノード電極
22a…アノード電極触媒層 22b…アノードガス拡散層
24…カソード電極 24a…カソード電極触媒層
24b…カソードガス拡散層 36…酸化剤ガス流路
38…燃料ガス流路 40…冷却媒体流路
51、164…アノード側参照電極 53、166…カソード側参照電極
54、56、58、60、84、86、88、90、126、128、130、132、146、148、150、152…電位センサ
62a、62b、92a、92b、104a、104b、125、145…基材
64a、64b、66、96a〜96d、136a〜136d、156a〜156d…導線ライン
68…絶縁性カバー
70、94、122、124、142、144…絶縁シート
74…直流電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 80, 100, 120, 140, 160 ... Potential measuring device 12 ... Fuel cell 14, 82, 102, 162 ... Electrolyte membrane and electrode structure 16 ... Cathode side separator 18 ... Anode side separator 20 ... Solid polymer electrolyte membrane 22 ... Anode electrode 22a ... Anode electrode catalyst layer 22b ... Anode gas diffusion layer 24 ... Cathode electrode 24a ... Cathode electrode catalyst layer 24b ... Cathode gas diffusion layer 36 ... Oxidant gas channel 38 ... Fuel gas channel 40 ... Cooling medium flow Path 51, 164 ... anode side reference electrode 53, 166 ... cathode side reference electrode 54, 56, 58, 60, 84, 86, 88, 90, 126, 128, 130, 132, 146, 148, 150, 152 ... potential Sensors 62a, 62b, 92a, 92b, 104a, 104b, 125, 145... Base materials 64a, 64 , 66,96a~96d, 136a~136d, 156a~156d ... conductor line 68 ... insulation cover 70,94,122,124,142,144: insulating sheet 74 ... DC power source

Claims (3)

一方の電極と他方の電極との間に電解質膜を挟持する電解質膜・電極構造体に設けられ、燃料電池の電位を計測するための燃料電池用電位計測装置であって、
前記一方の電極に配置される参照電極と、
少なくとも前記一方の電極に配置される複数個の計測電極と、
を備えるとともに、
前記参照電極及び前記複数個の計測電極は、一方の電極シートに一体化されて前記一方の電極に接続されることを特徴とする燃料電池用電位計測装置。
A fuel cell potential measuring device for measuring a potential of a fuel cell provided in an electrolyte membrane / electrode structure sandwiching an electrolyte membrane between one electrode and the other electrode,
A reference electrode disposed on the one electrode;
A plurality of measurement electrodes disposed on at least one of the electrodes;
With
The fuel cell potential measuring apparatus, wherein the reference electrode and the plurality of measuring electrodes are integrated into one electrode sheet and connected to the one electrode.
請求項1記載の燃料電池用電位計測装置において、前記他方の電極に配置される他方の参照電極を有し、前記他方の参照電極は、他方の電極シートに一体化されるとともに、
前記一方の電極シートと前記他方の電極シートとの間で前記電解質膜を挟持することを特徴とする燃料電池用電位計測装置。
The fuel cell potential measurement device according to claim 1, further comprising: the other reference electrode disposed on the other electrode, wherein the other reference electrode is integrated with the other electrode sheet;
A fuel cell potential measuring device, wherein the electrolyte membrane is sandwiched between the one electrode sheet and the other electrode sheet.
請求項1又は2記載の燃料電池用電位計測装置において、前記複数個の計測電極は、配列方向に沿って段階的に端部位置をずらして配置されることを特徴とする燃料電池用電位計測装置。   3. The fuel cell potential measurement device according to claim 1, wherein the plurality of measurement electrodes are arranged with their end portions shifted in stages along the arrangement direction. apparatus.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023277067A1 (en) * 2021-07-01 2023-01-05 日東電工株式会社 Fuel cell, formate production method, and power generation method

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