JP2016081594A - Water content measuring device for fuel battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water content measuring device for a fuel battery that can surely measure impedance with a simple construction and also can accurately and easily measure the water content of any portion of an electrolytic film/electrode structure.SOLUTION: An impedance measuring device 10 is provided with a first cut-out portion 50a on one surface of an electrolyte film/electrode structure 24, and a first electrode portion 52a is disposed at the first cut-out portion 50a. A second cut-out portion 50b is provided on the other surface of the electrolyte/electrode structure 24, and a second electrode portion 52b is disposed at the second cut-out portion 50b. The first electrode portion 52a is provided with a first sheet member 54, and the second electrode portion 52b is provided with a second sheet member 56.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池に組み込まれ、前記電解質膜の含水量を計測する燃料電池用含水量計測装置に関する。   The present invention relates to a water content measuring device for a fuel cell that is incorporated in a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure having electrodes provided on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and measures the water content of the electrolyte membrane. .

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を採用している。この燃料電池は、電解質膜の一方側にアノード電極が、前記電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・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構成されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell is constructed by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) having an anode electrode on one side of the electrolyte membrane and a cathode electrode on the other side of the electrolyte membrane with a separator. ing.

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 a fuel cell, 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、発電性能が低下するおそれがある。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 may be clogged, and there exists a possibility that electric power generation performance may fall. In addition, performance degradation may occur due to a shortage of fuel gas.

ここで、燃料電池の内部水分量は、前記燃料電池のインピーダンスを測定することにより測定することができる。例えば、印加する正弦波の周波数を変化させながら、多数の点でインピーダンスを計測する交流インピーダンス法が採用されている。   Here, the internal moisture content of the fuel cell can be measured by measuring the impedance of the fuel cell. For example, an AC impedance method is employed in which impedance is measured at a number of points while changing the frequency of the applied sine wave.

この種の技術として、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池のインピーダンス分布測定装置が知られている。このインピーダンス分布測定装置では、燃料電池は、アノード側及びカソード側のガス流路の一方の口から他方の口に向かって、複数の領域に分割され、分割された個々の前記領域間で、セパレータは互いに絶縁された状態で分割されている。   As this type of technology, for example, a fuel cell impedance distribution measuring device disclosed in Patent Document 1 is known. In this impedance distribution measuring apparatus, the fuel cell is divided into a plurality of regions from one port of the anode-side and cathode-side gas flow paths toward the other port, and a separator is formed between the divided regions. Are separated from each other.

そして、インピーダンス分布測定装置は、アノード側のガス流路の一方の口から他方の口に向かって燃料ガスを供給するとともに、カソード側のガス流路の一方の口から他方の口に向かって酸化ガスを供給するガス供給手段を備えている。さらに、インピーダンス分布測定装置は、ガス供給手段により燃料ガス及び酸化ガスが供給された状態で、電解質膜を挟んで対向する、個々の分割されたセパレータ間のインピーダンスを独立して測定する測定手段を備えている。   The impedance distribution measuring device supplies fuel gas from one port of the anode-side gas flow channel to the other port and oxidizes from one port of the cathode-side gas flow channel to the other port. Gas supply means for supplying gas is provided. Further, the impedance distribution measuring device includes measuring means for independently measuring the impedance between the divided separators facing each other with the electrolyte membrane sandwiched between the fuel gas and the oxidizing gas supplied by the gas supply means. I have.

特許第5103813号公報Japanese Patent No. 5103813

上記のインピーダンス分布測定装置では、燃料電池が複数の領域に分割されるとともに、分割された個々の前記領域間で、セパレータが互いに絶縁された状態で分割されている。このため、構成が複雑化するとともに、製造コストが高騰するという問題がある。   In the impedance distribution measuring apparatus, the fuel cell is divided into a plurality of regions, and the separators are divided between the divided regions in a state of being insulated from each other. For this reason, there exists a problem that a structure becomes complicated and manufacturing cost rises.

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、インピーダンスを確実に計測することができ、電解質膜・電極構造体の任意の部分の含水量を正確且つ容易に計測することが可能な燃料電池用含水量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 with a simple configuration, the impedance can be reliably measured, and the water content of any part of the electrolyte membrane / electrode structure can be accurately and easily measured. An object of the present invention is to provide a water content measuring device for a fuel cell.

本発明は、電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池に組み込まれ、前記電解質膜の含水量を計測する燃料電池用含水量計測装置に関するものである。燃料電池用含水量計測装置は、電解質膜・電極構造体の一方の面に、電極の一部を切り欠いて設けられる第1切り欠き部を備えている。燃料電池用含水量計測装置は、電解質膜・電極構造体の他方の面に、電極の一部を切り欠いて設けられる第2切り欠き部を備えている。   The present invention relates to a water content measuring device for a fuel cell that is incorporated in a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure having electrodes provided on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and measures the water content of the electrolyte membrane. Is. The fuel cell moisture content measuring device includes a first cutout portion provided by cutting out a part of the electrode on one surface of the electrolyte membrane / electrode structure. The fuel cell moisture content measuring apparatus includes a second cutout portion provided by cutting out a part of the electrode on the other surface of the electrolyte membrane / electrode structure.

燃料電池用含水量計測装置は、さらに第1切り欠き部に配置される第1電極部、第2切り欠き部に配置される第2電極部、第1シート部材及び第2シート部材を備えている。第1シート部材は、一端部が第1電極部に電気的に接続されるとともに、他端部が電解質膜・電極構造体の外方に延在されている。第2シート部材は、一端部が第2電極部に電気的に接続されるとともに、他端部が電解質膜・電極構造体の外方に延在されている。そして、第1シート部材の他端部と第2シート部材の他端部とには、交流印加部が接続されている。   The fuel cell moisture content measuring device further includes a first electrode portion disposed in the first notch portion, a second electrode portion disposed in the second notch portion, a first sheet member, and a second sheet member. Yes. One end portion of the first sheet member is electrically connected to the first electrode portion, and the other end portion extends outward from the electrolyte membrane / electrode structure. One end portion of the second sheet member is electrically connected to the second electrode portion, and the other end portion extends outward from the electrolyte membrane / electrode structure. And the alternating current application part is connected to the other end part of the 1st sheet member, and the other end part of the 2nd sheet member.

また、この燃料電池用含水量計測装置では、第1電極部及び第2電極部は、それぞれ単一又は複数箇所に設けられるとともに、電解質膜・電極構造体の電解質膜範囲内に配置されることが好ましい。   Further, in this fuel cell moisture content measuring device, the first electrode portion and the second electrode portion are each provided in a single or a plurality of locations, and are disposed within the electrolyte membrane range of the electrolyte membrane / electrode structure. Is preferred.

本発明に係る燃料電池用含水量計測装置は、電解質膜・電極構造体の一方の電極面に配置される第1電極部と、前記電解質膜・電極構造体の他方の電極面に配置される第2電極部と、第1シート部材及び第2シート部材を備えている。   The fuel cell moisture content measuring device according to the present invention is disposed on the first electrode portion disposed on one electrode surface of the electrolyte membrane / electrode structure and on the other electrode surface of the electrolyte membrane / electrode structure. A second electrode part, a first sheet member and a second sheet member are provided.

第1シート部材は、一端部が第1電極部に電気的に接続されるとともに、他端部が電解質膜・電極構造体の外方に延在されている。第2シート部材は、一端部が第2電極部に電気的に接続されるとともに、他端部が電解質膜・電極構造体の外方に延在されている。そして、第1シート部材の他端部と第2シート部材の他端部とには、交流印加部が接続されている。   One end portion of the first sheet member is electrically connected to the first electrode portion, and the other end portion extends outward from the electrolyte membrane / electrode structure. One end portion of the second sheet member is electrically connected to the second electrode portion, and the other end portion extends outward from the electrolyte membrane / electrode structure. And the alternating current application part is connected to the other end part of the 1st sheet member, and the other end part of the 2nd sheet member.

さらに、この燃料電池用含水量計測装置では、第1シート部材及び第2シート部材は、それぞれ交流印加用配線と測定用配線とを個別に設けることが好ましい。   Furthermore, in this fuel cell moisture content measuring apparatus, it is preferable that the first sheet member and the second sheet member are provided with AC application wiring and measurement wiring, respectively.

本発明によれば、電解質膜・電極構造体の両面に、電極の一部を切り欠いて第1切り欠き部と第2切り欠き部とが設けられ、前記第1切り欠き部に第1電極部が配置される一方、前記第2切り欠き部に第2電極部が配置されている。このため、第1切り欠き部及び第2切り欠き部の位置を設定するだけで、電解質膜・電極構造体の必要な部分におけるインピーダンスの計測を行うことが可能になる。   According to the present invention, on both surfaces of the electrolyte membrane / electrode structure, a first cutout portion and a second cutout portion are provided by cutting out a part of the electrode, and the first electrode is provided in the first cutout portion. The second electrode portion is disposed in the second notch portion while the portion is disposed. For this reason, it is possible to measure impedance at a necessary portion of the electrolyte membrane / electrode structure only by setting the positions of the first notch and the second notch.

また、本発明によれば、電解質膜・電極構造体の両面に、第1電極部と第2電極部とが配置されている。従って、電解質膜・電極構造体の必要な部分におけるインピーダンスの計測を行うことが可能になる。   Moreover, according to this invention, the 1st electrode part and the 2nd electrode part are arrange | positioned on both surfaces of electrolyte membrane and an electrode structure. Therefore, it is possible to measure impedance at a necessary portion of the electrolyte membrane / electrode structure.

これにより、簡単な構成で、インピーダンスを確実に計測することができ、電解質膜・電極構造体の任意の部分の含水量を正確且つ容易に計測することが可能になる。   Thereby, the impedance can be reliably measured with a simple configuration, and the water content of an arbitrary part of the electrolyte membrane / electrode structure can be accurately and easily measured.

本発明の第1の実施形態に係るインピーダンス計測装置が組み込まれた燃料電池スタックの概略側面説明図である。1 is a schematic side view of a fuel cell stack in which an impedance measuring device according to a first embodiment of the present invention is incorporated. 前記燃料電池スタックを構成する計測用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 for a measurement which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池の、図2中、III−III線断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell taken along line III-III in FIG. 2. 前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の一方の面の正面説明図である。It is front explanatory drawing of one surface of the electrolyte membrane and electrode structure which comprises the said fuel cell. 前記電解質膜・電極構造体の他方の面の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the other surface of the said electrolyte membrane and electrode structure. 前記インピーダンス計測装置の一部斜視説明図である。It is a partial perspective explanatory view of the impedance measuring device. 交流インピーダンスの直流抵抗成分と含水量との関係説明図である。It is a relationship explanatory drawing of the direct current | flow resistance component of alternating current impedance, and moisture content. 本発明の第2の実施形態に係るインピーダンス計測装置が組み込まれた電解質膜・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 impedance measuring device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention was integrated. 本発明の第3の実施形態に係るインピーダンス計測装置が組み込まれた電解質膜・電極構造体の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the electrolyte membrane and electrode structure in which the impedance measuring device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention was integrated. 前記インピーダンス計測装置の概略斜視説明図である。It is a schematic perspective view of the impedance measuring device. 本発明の第4の実施形態に係るインピーダンス計測装置が組み込まれた電解質膜・電極構造体の正面説明図である。It is front explanatory drawing of the electrolyte membrane and electrode structure in which the impedance measuring device which concerns on the 4th Embodiment of this invention was integrated. 本発明の第5の実施形態に係るインピーダンス計測装置の概略斜視説明図である。It is a schematic perspective explanatory drawing of the impedance measuring device which concerns on the 5th Embodiment of this invention.

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含水量計測装置であるインピーダンス計測装置10は、燃料電池スタック12に組み込まれる。   As shown in FIG. 1, an impedance measuring device 10 that is a water content measuring device for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention is incorporated in a fuel cell stack 12.

燃料電池スタック12は、少なくとも1つの計測用燃料電池14Sと、複数の燃料電池14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。燃料電池スタック12は、燃料電池14の積層方向(矢印A方向)一端にターミナルプレート16a、絶縁プレート18a及びエンドプレート20aが配設される。燃料電池スタック12は、積層方向他端にターミナルプレート16b、絶縁プレート18b及びエンドプレート20bが配設される。   The fuel cell stack 12 includes at least one measurement fuel cell 14S and a plurality of fuel cells 14, and is configured as, for example, an in-vehicle fuel cell stack. In the fuel cell stack 12, a terminal plate 16a, an insulating plate 18a, and an end plate 20a are disposed at one end of the fuel cell 14 in the stacking direction (arrow A direction). In the fuel cell stack 12, a terminal plate 16b, an insulating plate 18b, and an end plate 20b are disposed at the other end in the stacking direction.

ターミナルプレート16aは、絶縁プレート18a内に収容されるとともに、積層方向一端側に端子部16atが突出する。ターミナルプレート16bは、絶縁プレート18b内に収容されるとともに、積層方向他端側に端子部16btが突出する。端子部16at、16btには、外部負荷22が接続される。   The terminal plate 16a is accommodated in the insulating plate 18a, and the terminal portion 16at projects to one end side in the stacking direction. The terminal plate 16b is accommodated in the insulating plate 18b, and the terminal portion 16bt protrudes to the other end side in the stacking direction. An external load 22 is connected to the terminal portions 16at and 16bt.

図2に示すように、燃料電池14Sは、電解質膜・電極構造体24と、前記電解質膜・電極構造体24を挟持する第1セパレータ26及び第2セパレータ28とを備える。第1セパレータ26及び第2セパレータ28は、例えば、金属セパレータ又はカーボンセパレータにより構成される。   As shown in FIG. 2, the fuel cell 14 </ b> S includes an electrolyte membrane / electrode structure 24, and a first separator 26 and a second separator 28 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 24. The first separator 26 and the second separator 28 are constituted by, for example, a metal separator or a carbon separator.

燃料電池14Sの矢印B方向(矢印A方向に交差する水平方向)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、酸化剤ガス供給連通孔30a、冷却媒体供給連通孔32a及び燃料ガス排出連通孔34bが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔30aは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給し、冷却媒体供給連通孔32aは、冷却媒体を供給し、燃料ガス排出連通孔34bは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス供給連通孔30a、冷却媒体供給連通孔32a及び燃料ガス排出連通孔34bは、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。   One end edge of the fuel cell 14S in the arrow B direction (horizontal direction intersecting the arrow A direction) communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction, and the oxidant gas supply communication hole 30a and the cooling medium supply communication hole. 32a and a fuel gas discharge communication hole 34b are provided. The oxidant gas supply communication hole 30a supplies an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, the cooling medium supply communication hole 32a supplies a cooling medium, and the fuel gas discharge communication hole 34b has a fuel gas, for example, hydrogen. The contained gas is discharged. The oxidant gas supply communication hole 30a, the cooling medium supply communication hole 32a, and the fuel gas discharge communication hole 34b are arranged in the arrow C direction (vertical direction).

燃料電池14S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、燃料ガス供給連通孔34a、冷却媒体排出連通孔32b及び酸化剤ガス排出連通孔30bが矢印C方向に配列して設けられる。燃料ガス供給連通孔34aは、燃料ガスを供給し、冷却媒体排出連通孔32bは、冷却媒体を排出し、酸化剤ガス排出連通孔30bは、酸化剤ガスを排出する。   The other end edge of the fuel cell 14S in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, and a fuel gas supply communication hole 34a, a cooling medium discharge communication hole 32b, and an oxidant gas discharge communication hole 30b extend in the direction of arrow C. Arranged and provided. The fuel gas supply communication hole 34a supplies fuel gas, the cooling medium discharge communication hole 32b discharges the cooling medium, and the oxidant gas discharge communication hole 30b discharges the oxidant gas.

電解質膜・電極構造体24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36と、該固体高分子電解質膜36を挟持するカソード電極38及びアノード電極40とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 24 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 36 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode electrode 38 and an anode electrode 40 sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 36. Prepare.

カソード電極38は、図3に示すように、固体高分子電解質膜36の一方の面に接合される電極触媒層38aと、前記電極触媒層38aに配設されるカーボンペーパ等からなる多孔性且つ導電性を有するガス拡散層38bとを設ける。アノード電極40は、固体高分子電解質膜36の他方の面に接合される電極触媒層40aと、前記電極触媒層40aに配設されるカーボンペーパ等からなる多孔性且つ導電性を有するガス拡散層40bとを設ける。電極触媒層38a、40aは、例えば、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36の両面に一様に塗布して形成される。なお、電極触媒層38a、40aは、多層で構成されてもよい。   As shown in FIG. 3, the cathode electrode 38 is a porous and made of an electrode catalyst layer 38a joined to one surface of the solid polymer electrolyte membrane 36, a carbon paper or the like disposed on the electrode catalyst layer 38a. A conductive gas diffusion layer 38b is provided. The anode electrode 40 includes an electrode catalyst layer 40a joined to the other surface of the solid polymer electrolyte membrane 36, and a porous and conductive gas diffusion layer made of carbon paper or the like disposed on the electrode catalyst layer 40a. 40b. The electrode catalyst layers 38 a and 40 a are formed, for example, by uniformly applying porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface thereof to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 36. The electrode catalyst layers 38a and 40a may be formed of multiple layers.

図2に示すように、第1セパレータ26の電解質膜・電極構造体24に向かう面26aには、酸化剤ガス流路42が設けられる。酸化剤ガス流路42は、矢印B方向に延在する複数の流路溝を有しており、酸化剤ガス供給連通孔30aと酸化剤ガス排出連通孔30bとに連通する。第1セパレータ26の面26bには、第2セパレータ28の面28bとの間に冷却媒体流路44が設けられる。   As shown in FIG. 2, an oxidant gas flow path 42 is provided on the surface 26 a of the first separator 26 facing the electrolyte membrane / electrode structure 24. The oxidant gas flow channel 42 has a plurality of flow channel grooves extending in the arrow B direction, and communicates with the oxidant gas supply communication hole 30a and the oxidant gas discharge communication hole 30b. A cooling medium flow path 44 is provided between the surface 26 b of the first separator 26 and the surface 28 b of the second separator 28.

第2セパレータ28の電解質膜・電極構造体24に向かう面28aには、燃料ガス流路46が設けられる。燃料ガス流路46は、酸化剤ガス流路42と同様に、矢印B方向に延在する複数の流路溝を有し、燃料ガス供給連通孔34aと燃料ガス排出連通孔34bとに連通する。第1セパレータ26には、第1シール部材48aが設けられる一方、第2セパレータ28には、第2シール部材48bが設けられる。   A fuel gas channel 46 is provided on a surface 28 a of the second separator 28 facing the electrolyte membrane / electrode structure 24. Similar to the oxidant gas flow path 42, the fuel gas flow path 46 has a plurality of flow path grooves extending in the direction of arrow B, and communicates with the fuel gas supply communication hole 34a and the fuel gas discharge communication hole 34b. . The first separator 26 is provided with a first seal member 48a, while the second separator 28 is provided with a second seal member 48b.

図3及び図4に示すように、インピーダンス計測装置10は、電解質膜・電極構造体24の一方の面に、すなわち、アノード電極40側の面に、前記アノード電極40の一部を切り欠いて設けられる第1切り欠き部50aを備える。第1切り欠き部50aは、電極触媒層40a及びガス拡散層40bの一部を切り欠いて単一又は複数個設けられるとともに、固体高分子電解質膜36の範囲内に配置される。   As shown in FIGS. 3 and 4, the impedance measuring device 10 is formed by cutting out a part of the anode electrode 40 on one surface of the electrolyte membrane / electrode structure 24, that is, on the surface on the anode electrode 40 side. A first cutout 50a is provided. The first cutout portion 50a is provided by single or plural cutouts of a part of the electrode catalyst layer 40a and the gas diffusion layer 40b, and is disposed within the solid polymer electrolyte membrane 36.

第1切り欠き部50aは、例えば、燃料ガス供給連通孔34aの近傍及び燃料ガス排出連通孔34bの近傍に設けられるとともに、好ましくは、アノード電極40の外周端部に近接する位置に配置される。燃料ガスの流れに影響を及ぼすことがないからである。   The first cutout 50a is provided, for example, in the vicinity of the fuel gas supply communication hole 34a and in the vicinity of the fuel gas discharge communication hole 34b, and is preferably disposed at a position close to the outer peripheral end of the anode electrode 40. . This is because it does not affect the flow of fuel gas.

第1切り欠き部50aは、閉塞された又は一辺が開放された矩形状を有するが、これに限定されるものではなく、多角形や円形、楕円形等、種々の形状に設定することができる。第1切り欠き部50aの個数及び設置位置は、種々変更可能であり、例えば、酸化剤ガス供給連通孔30aの近傍及び酸化剤ガス排出連通孔30bの近傍に設けてもよい。   The first cutout portion 50a has a rectangular shape that is closed or open on one side, but is not limited thereto, and can be set in various shapes such as a polygon, a circle, and an ellipse. . The number and installation positions of the first notches 50a can be variously changed. For example, the first notches 50a may be provided in the vicinity of the oxidant gas supply communication hole 30a and in the vicinity of the oxidant gas discharge communication hole 30b.

第1切り欠き部50aには、アノード電極40と接触しない状態で、隙間を有して第1電極部52aが固体高分子電解質膜36と一体に配置される。すなわち、第1電極部52aは、アノード電極40から独立して島状に構成される。第1電極部52a同士を互いに絶縁させるためである。第1電極部52aは、例えば、触媒層を構成する白金又は白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を用いている。   The first electrode portion 52 a is disposed integrally with the solid polymer electrolyte membrane 36 with a gap in the first cutout portion 50 a without being in contact with the anode electrode 40. That is, the first electrode portion 52 a is configured in an island shape independently of the anode electrode 40. This is because the first electrode parts 52a are insulated from each other. For example, the first electrode portion 52a uses porous carbon particles having platinum or platinum alloy constituting the catalyst layer supported on the surface thereof.

図3及び図5に示すように、インピーダンス計測装置10は、電解質膜・電極構造体24の他方の面に、すなわち、カソード電極38側の面に、前記カソード電極38の一部を切り欠いて単一又は複数個設けられる第2切り欠き部50bを備える。第2切り欠き部50bは、電極触媒層38a及びガス拡散層38bの一部を切り欠いて複数個設けられるとともに、固体高分子電解質膜36の範囲内であって、好ましくは、第1切り欠き部50aと積層方向から見て重なり合う位置に配置される。なお、第1切り欠き部50aと第2切り欠き部50bとは、固体高分子電解質膜36を挟んで同一の位置に配置されていなくてもよく、少なくとも一部が重なっていればよい。   As shown in FIGS. 3 and 5, the impedance measuring apparatus 10 is formed by cutting out a part of the cathode electrode 38 on the other surface of the electrolyte membrane / electrode structure 24, that is, on the surface on the cathode electrode 38 side. Single or plural second notches 50b are provided. A plurality of the second cutout portions 50b are provided by cutting out part of the electrode catalyst layer 38a and the gas diffusion layer 38b, and are within the range of the solid polymer electrolyte membrane 36, preferably the first cutout portion 50b. It arrange | positions in the position which overlaps seeing from the lamination direction with the part 50a. Note that the first cutout portion 50a and the second cutout portion 50b do not have to be disposed at the same position with the solid polymer electrolyte membrane 36 interposed therebetween, and it is sufficient that at least a part thereof overlaps.

第2切り欠き部50bは、第1切り欠き部50aと同様に構成されており、矩形状を有するが、これに限定されるものではなく、多角形や円形、楕円形等、種々の形状に設定することができる。第2切り欠き部50bの個数及び設置位置は、種々変更可能である。   The second cutout portion 50b is configured in the same manner as the first cutout portion 50a and has a rectangular shape. However, the second cutout portion 50b is not limited to this, and has various shapes such as a polygon, a circle, and an ellipse. Can be set. The number and installation position of the second cutout portions 50b can be variously changed.

第2切り欠き部50bには、カソード電極38と接触しない状態で、隙間を有して第2電極部52bが固体高分子電解質膜36と一体に配置される。すなわち、第2電極部52bは、カソード電極38から独立して島状に構成される。第2電極部52b同士を互いに絶縁させるためである。第2電極部52bは、例えば、触媒層を構成する白金又は白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を用いている。   In the second notch 50b, the second electrode 52b is disposed integrally with the solid polymer electrolyte membrane 36 with a gap in a state where it is not in contact with the cathode electrode 38. That is, the second electrode portion 52 b is configured in an island shape independently of the cathode electrode 38. This is to insulate the second electrode parts 52b from each other. The second electrode portion 52b uses, for example, porous carbon particles having platinum or platinum alloy constituting the catalyst layer supported on the surface.

インピーダンス計測装置10は、一端部が第1電極部52aに電気的に接続されるとともに、他端部が電解質膜・電極構造体24の外方に延在される第1シート部材54を備える。インピーダンス計測装置10は、さらに一端部が第2電極部52bに電気的に接続されるとともに、他端部が電解質膜・電極構造体24の外方に延在される第2シート部材56を備える。   The impedance measuring apparatus 10 includes a first sheet member 54 having one end electrically connected to the first electrode portion 52 a and the other end extending outward from the electrolyte membrane / electrode structure 24. The impedance measuring apparatus 10 further includes a second sheet member 56 having one end portion electrically connected to the second electrode portion 52 b and the other end portion extending outward from the electrolyte membrane / electrode structure 24. .

図3及び図6に示すように、第1シート部材54は、短冊状の絶縁フィルム54a、54b間に交流印加用配線58a及び測定用配線58bを配置する。絶縁フィルム54a、54bは、電気的絶縁性を有し、ガスや水蒸気を通す一方、液水を通さないものが好ましい。絶縁フィルム54a、54bは、例えば、ポリイミド(PI)、ポリエチレンナフタレート、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、液晶ポリマ(LCP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、フッ素系電解質膜又は炭化水素系電解質膜等で形成される。   As shown in FIGS. 3 and 6, the first sheet member 54 has an AC application wiring 58 a and a measurement wiring 58 b disposed between the strip-shaped insulating films 54 a and 54 b. The insulating films 54a and 54b are preferably electrically insulating and pass gas or water vapor but not liquid water. The insulating films 54a and 54b are, for example, polyimide (PI), polyethylene naphthalate, polytetrafluoroethylene (PTFE), liquid crystal polymer (LCP), polyphenylene sulfide (PPS), polyethylene terephthalate (PET), fluorine-based electrolyte membrane or carbonized. It is formed of a hydrogen-based electrolyte membrane or the like.

図3に示すように、絶縁フィルム54aは、絶縁フィルム54bよりも短尺に構成され、前記絶縁フィルム54aの先端から前方に交流印加用配線58a及び測定用配線58bが延在し、第1電極部52aに接続(接触)される。絶縁フィルム54aの先端と固体高分子電解質膜36の先端との間には、液状電解質又は液状樹脂である充填材59aが設けられる。絶縁フィルム54bは、交流印加用配線58a及び測定用配線58bよりも外方に突出することが好ましい。また、測定精度を向上させるために、交流印加用配線58aと測定用配線58bとを分離させることが好ましい。   As shown in FIG. 3, the insulating film 54a is configured to be shorter than the insulating film 54b, the AC application wiring 58a and the measurement wiring 58b extend forward from the front end of the insulating film 54a, and the first electrode portion. 52a is connected (contacted). A filler 59a that is a liquid electrolyte or a liquid resin is provided between the tip of the insulating film 54a and the tip of the solid polymer electrolyte membrane 36. The insulating film 54b preferably protrudes outward from the AC application wiring 58a and the measurement wiring 58b. In order to improve the measurement accuracy, it is preferable to separate the AC applying wiring 58a and the measuring wiring 58b.

図3及び図6に示すように、第2シート部材56は、短冊状の絶縁フィルム56a、56b間に交流印加用配線60a及び測定用配線60bを配置する。絶縁フィルム56a、56bは、電気的絶縁性を有し、ガスや水蒸気を通す一方、液水を通さないものが好ましい。絶縁フィルム56a、56bは、例えば、ポリイミド(PI)、ポリエチレンナフタレート、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、液晶ポリマ(LCP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、フッ素系電解質膜又は炭化水素系電解質膜等で形成される。   As shown in FIGS. 3 and 6, the second sheet member 56 has an AC application wiring 60 a and a measurement wiring 60 b disposed between the strip-shaped insulating films 56 a and 56 b. The insulating films 56a and 56b are preferably electrically insulative and pass gas or water vapor, but not liquid water. The insulating films 56a and 56b are, for example, polyimide (PI), polyethylene naphthalate, polytetrafluoroethylene (PTFE), liquid crystal polymer (LCP), polyphenylene sulfide (PPS), polyethylene terephthalate (PET), fluorine-based electrolyte membrane, or carbonized. It is formed of a hydrogen-based electrolyte membrane or the like.

図3に示すように、絶縁フィルム56aは、絶縁フィルム56bよりも短尺に構成され、前記絶縁フィルム56aの先端から前方に交流印加用配線60a及び測定用配線60bが延在し、第2電極部52bに接続(接触)される。絶縁フィルム56aの先端と固体高分子電解質膜36の先端との間には、液状電解質又は液状樹脂である充填材59bが設けられる。絶縁フィルム56bは、交流印加用配線60a及び測定用配線60bよりも外方に突出することが好ましい。また、測定精度を向上させるために、交流印加用配線60aと測定用配線60bとを分離させることが好ましい。   As shown in FIG. 3, the insulating film 56a is configured to be shorter than the insulating film 56b, the AC application wiring 60a and the measurement wiring 60b extend forward from the tip of the insulating film 56a, and the second electrode portion. 52b is connected (contacted). A filler 59b that is a liquid electrolyte or a liquid resin is provided between the tip of the insulating film 56a and the tip of the solid polymer electrolyte membrane 36. It is preferable that the insulating film 56b protrudes outward from the AC application wiring 60a and the measurement wiring 60b. In order to improve the measurement accuracy, it is preferable to separate the AC application wiring 60a and the measurement wiring 60b.

図6に示すように、第1シート部材54の一端部側及び第2シート部材56の一端部側は、第1電極部52a及び第2電極部52bが固体高分子電解質膜36を挟持し得るように互いに分離して外部に露呈する一方、それぞれの他端部は、互いに熱圧着等により一体化(溶着)される。   As shown in FIG. 6, the first electrode portion 52 a and the second electrode portion 52 b can sandwich the solid polymer electrolyte membrane 36 on one end portion side of the first sheet member 54 and one end portion side of the second sheet member 56. In this way, the other end portions are separated from each other and exposed to the outside, and the other end portions are integrated (welded) by thermocompression bonding or the like.

第1シート部材54及び第2シート部材56の他端部は、互いに熱圧着等により一体化(溶着)されるとともに、コネクタ62に接続される。コネクタ62は、ケーブル64を介してコントローラ66に接続される。コントローラ66は、交流電圧・電流印加部68、電圧測定部70及び電流測定部72を備える。図1に示すように、交流印加用配線58a、60aは、交流電圧・電流印加部68に接続される一方、測定用配線58b、60bは、電圧測定部70及び電流測定部72に接続される。コントローラ66では、交流の印加方法は電圧や電流に限定されず、測定方法により電流をコントロールするか、電圧をコントロールするかの選択が行われる。   The other end portions of the first sheet member 54 and the second sheet member 56 are integrated (welded) to each other by thermocompression bonding or the like, and are connected to the connector 62. The connector 62 is connected to the controller 66 via the cable 64. The controller 66 includes an AC voltage / current application unit 68, a voltage measurement unit 70, and a current measurement unit 72. As shown in FIG. 1, the AC application wires 58 a and 60 a are connected to the AC voltage / current application unit 68, while the measurement wires 58 b and 60 b are connected to the voltage measurement unit 70 and the current measurement unit 72. . In the controller 66, the method of applying an alternating current is not limited to voltage or current, and the selection of whether to control the current or the voltage by the measurement method is performed.

図1に示すように、燃料電池14は、電解質膜・電極構造体24と、前記電解質膜・電極構造体24を挟持する第1セパレータ26及び第2セパレータ28とを備える。なお、燃料電池14では、上記の燃料電池14S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。実質的には、燃料電池14は、インピーダンス計測装置10が組み込まれていない他、燃料電池14Sと同一に構成される。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 14 includes an electrolyte membrane / electrode structure 24, and a first separator 26 and a second separator 28 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 24. In the fuel cell 14, the same components as those in the fuel cell 14S are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Substantially, the fuel cell 14 has the same configuration as the fuel cell 14S except that the impedance measuring device 10 is not incorporated.

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2に示すように、酸化剤ガス供給連通孔30a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34a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. 2, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas supply communication hole 30a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas supply communication hole 34a. Further, a coolant such as pure water or ethylene glycol is supplied to the coolant supply passage 32a.

酸化剤ガスは、第1セパレータ26に設けられている酸化剤ガス流路42に導入され、電解質膜・電極構造体24を構成するカソード電極38に沿って移動する。一方、燃料ガス供給連通孔34aに供給された燃料ガスは、第2セパレータ28の燃料ガス流路46に導入され、電解質膜・電極構造体24を構成するアノード電極40に沿って移動する。   The oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 42 provided in the first separator 26 and moves along the cathode electrode 38 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 24. On the other hand, the fuel gas supplied to the fuel gas supply communication hole 34 a is introduced into the fuel gas flow path 46 of the second separator 28 and moves along the anode electrode 40 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 24.

従って、各電解質膜・電極構造体24では、カソード電極38に供給される酸化剤ガスと、アノード電極40に供給される燃料ガスとが、電極触媒層38a、40a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 24, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 38 and the fuel gas supplied to the anode electrode 40 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layers 38a and 40a. Power generation is performed.

次いで、カソード電極38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30bに排出される。同様に、アノード電極40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34bに排出される。   Next, the oxidant gas supplied to and consumed by the cathode electrode 38 is discharged to the oxidant gas discharge communication hole 30b. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 40 is discharged to the fuel gas discharge communication hole 34b.

また、冷却媒体供給連通孔32aに供給された冷却媒体は、第1セパレータ26及び第2セパレータ28間の冷却媒体流路44に導入される。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体24を冷却した後、冷却媒体排出連通孔32bに排出される。   Further, the cooling medium supplied to the cooling medium supply communication hole 32 a is introduced into the cooling medium flow path 44 between the first separator 26 and the second separator 28. The cooling medium cools the electrolyte membrane / electrode structure 24 and then is discharged into the cooling medium discharge communication hole 32b.

上記の発電時において、図1に示すように、コントローラ66では、外部負荷22により燃料電池スタック12から直流電流(インピーダンス計測では、交流又は電圧でもよい)を出力させる。コントローラ66から外部負荷22とは別の負荷(図示せず)によって、交流電流又は電圧を第1電極部52a及び第2電極部52bに重畳させている。   At the time of the above power generation, as shown in FIG. 1, the controller 66 causes the external load 22 to output a direct current (may be an alternating current or a voltage in impedance measurement) from the fuel cell stack 12. An alternating current or voltage is superimposed on the first electrode portion 52a and the second electrode portion 52b by a load (not shown) different from the external load 22 from the controller 66.

このため、電圧測定部70は、交流電流に対する交流応答電圧を測定する一方、電流測定部72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、第1電極部52a及び第2電極部52b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14Sの電極面内の局所部位の交流インピーダンスを検出することが可能になる。   For this reason, the voltage measuring unit 70 measures the alternating current response voltage with respect to the alternating current, while the current measuring unit 72 measures the alternating current. Accordingly, the AC impedance between the first electrode portion 52a and the second electrode portion 52b is calculated from the measured AC voltage and AC current. Thereby, it becomes possible to detect the alternating current impedance of the local site in the electrode surface of the fuel cell 14S.

検出された交流インピーダンスに基づいて、該交流インピーダンスの直流抵抗成分が算出される。ここで、交流インピーダンスは、固体高分子電解質膜36の含水率に依存している。図7に示すように、高湿度(高RH)(多含水量)になる程、小さな抵抗値となるとともに、低湿度(低RH)(少含水量)になる程、大きな抵抗値となる。このため、直流抵抗成分から固体高分子電解質膜36の含水状態を把握することができる。   Based on the detected AC impedance, a DC resistance component of the AC impedance is calculated. Here, the AC impedance depends on the moisture content of the solid polymer electrolyte membrane 36. As shown in FIG. 7, the resistance value decreases as the humidity (high RH) (high water content) decreases, and the resistance value increases as the humidity (low RH) (small water content) decreases. For this reason, it is possible to grasp the water content of the solid polymer electrolyte membrane 36 from the DC resistance component.

この場合、第1の実施形態では、電解質膜・電極構造体24の一方の面に、アノード電極40の一部を切り欠いて第1切り欠き部50aが設けられている。電解質膜・電極構造体24の他方の面に、カソード電極38の一部を切り欠いて第2切り欠き部50bが設けられている。そして、第1切り欠き部50aには、第1電極部52aが配置される一方、第2切り欠き部50bには、第2電極部52bが配置されている。   In this case, in the first embodiment, a part of the anode electrode 40 is cut out on one surface of the electrolyte membrane / electrode structure 24 to provide a first cutout portion 50a. On the other surface of the electrolyte membrane / electrode structure 24, a part of the cathode electrode 38 is notched and a second notch 50b is provided. The first electrode portion 52a is disposed in the first cutout portion 50a, while the second electrode portion 52b is disposed in the second cutout portion 50b.

このため、第1切り欠き部50a及び第2切り欠き部50bの位置を設定するだけで、電解質膜・電極構造体24の必要な部分における交流インピーダンスの計測を行うことが可能になる。   For this reason, it becomes possible to measure the alternating current impedance in the necessary part of the electrolyte membrane / electrode structure 24 only by setting the positions of the first notch 50a and the second notch 50b.

従って、簡単な構成で、交流インピーダンスを確実に計測することができ、電解質膜・電極構造体24の任意の部分の含水量を正確且つ容易に計測することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, the AC impedance can be reliably measured with a simple configuration, and the water content of any part of the electrolyte membrane / electrode structure 24 can be accurately and easily measured.

図8は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池用含水量計測装置であるインピーダンス計測装置80が組み込まれた電解質膜・電極構造体82の要部断面説明図である。なお、第1の実施形態に係るインピーダンス計測装置10を構成する電解質膜・電極構造体24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。   FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view of a main part of an electrolyte membrane / electrode structure 82 in which an impedance measuring device 80 which is a fuel cell moisture content measuring device according to the second embodiment of the present invention is incorporated. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the electrolyte membrane and electrode structure 24 which comprises the impedance measuring device 10 which concerns on 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

インピーダンス計測装置80は、固体高分子電解質膜36の一方の面側(アノード電極40側)に配置される第1シート部材84と、前記固体高分子電解質膜36の他方の面側(カソード電極38側)に配置される第2シート部材86とを備える。   The impedance measuring device 80 includes a first sheet member 84 disposed on one surface side (anode electrode 40 side) of the solid polymer electrolyte membrane 36, and the other surface side (cathode electrode 38) of the solid polymer electrolyte membrane 36. And a second sheet member 86 disposed on the side).

第1シート部材84は、絶縁フィルム84a、84b間に交流印加用配線58a及び測定用配線58bを配置するとともに、前記交流印加用配線58a及び測定用配線58bには、第1電極部52aが設けられる。第2シート部材86は、絶縁フィルム86a、86b間に交流印加用配線60a及び測定用配線60bを配置するとともに、前記交流印加用配線60a及び測定用配線60bには、第2電極部52bが設けられる。   The first sheet member 84 has an AC applying wire 58a and a measuring wire 58b disposed between the insulating films 84a and 84b, and the AC applying wire 58a and the measuring wire 58b are provided with a first electrode portion 52a. It is done. The second sheet member 86 has an AC application wiring 60a and a measurement wiring 60b disposed between the insulating films 86a and 86b, and a second electrode portion 52b is provided on the AC application wiring 60a and the measurement wiring 60b. It is done.

絶縁フィルム84aは、絶縁フィルム84bよりも短尺に形成され、前記絶縁フィルム84aの先端部は、固体高分子電解質膜36の先端部に重なり合っており、第1電極部52aに隣接していることが好ましい。絶縁フィルム84aの先端部は、固体高分子電解質膜36と接着していることが好ましく、また、前記絶縁フィルム84aは、第1電極部52aよりも厚さが薄い方が好ましい。   The insulating film 84a is formed to be shorter than the insulating film 84b, and the tip portion of the insulating film 84a overlaps the tip portion of the solid polymer electrolyte membrane 36 and is adjacent to the first electrode portion 52a. preferable. The tip of the insulating film 84a is preferably bonded to the solid polymer electrolyte membrane 36, and the insulating film 84a is preferably thinner than the first electrode portion 52a.

絶縁フィルム86aは、絶縁フィルム86bよりも短尺に形成され、前記絶縁フィルム86aの先端部は、固体高分子電解質膜36の先端部に重なり合っており、第2電極部52bに隣接していることが好ましい。絶縁フィルム86aの先端部は、固体高分子電解質膜36と接着していることが好ましく、また、前記絶縁フィルム86aは、第2電極部52bよりも厚さが薄い方が好ましい。固体高分子電解質膜36の一方の面には、第1電極部52aが当接するとともに、前記固体高分子電解質膜36の他方の面には、第2電極部52bが当接する。絶縁フィルム84aと絶縁フィルム86aの外延部は、接着されていることが好ましい。   The insulating film 86a is formed to be shorter than the insulating film 86b, and the distal end portion of the insulating film 86a overlaps the distal end portion of the solid polymer electrolyte membrane 36 and is adjacent to the second electrode portion 52b. preferable. The tip of the insulating film 86a is preferably bonded to the solid polymer electrolyte membrane 36, and the insulating film 86a is preferably thinner than the second electrode portion 52b. The first electrode portion 52a is in contact with one surface of the solid polymer electrolyte membrane 36, and the second electrode portion 52b is in contact with the other surface of the solid polymer electrolyte membrane 36. It is preferable that the extended portions of the insulating film 84a and the insulating film 86a are bonded.

このように構成される第2の実施形態では、簡単な構成で、交流インピーダンスを確実に計測することができ、電解質膜・電極構造体82の任意の部分の含水量を正確且つ容易に計測することが可能になる等、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, the AC impedance can be reliably measured with a simple configuration, and the water content of an arbitrary portion of the electrolyte membrane / electrode structure 82 is accurately and easily measured. For example, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

なお、第2の実施形態では、絶縁フィルム86a、86bの各先端部は、固体高分子電解質膜36の先端部に重なり合っているがこれに限定されるものではない。例えば、第1の実施形態と同様に、絶縁フィルム86a、86bの各先端部と固体高分子電解質膜36の先端部との間に間隙を設け、この間隙に充填材を設けてもよい。一方、上記の第2の実施形態の構造を、第1の実施形態に採用してもよい。   In the second embodiment, the tip portions of the insulating films 86a and 86b overlap the tip portion of the solid polymer electrolyte membrane 36. However, the present invention is not limited to this. For example, as in the first embodiment, a gap may be provided between the respective leading end portions of the insulating films 86a and 86b and the leading end portion of the solid polymer electrolyte membrane 36, and a filler may be provided in the gap. On the other hand, you may employ | adopt the structure of said 2nd Embodiment for 1st Embodiment.

図9は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池用含水量計測装置であるインピーダンス計測装置90が組み込まれた電解質膜・電極構造体92の正面説明図である。なお、第1の実施形態に係るインピーダンス計測装置10を構成する電解質膜・電極構造体24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。   FIG. 9 is an explanatory front view of an electrolyte membrane / electrode structure 92 in which an impedance measuring device 90 that is a water content measuring device for a fuel cell according to a third embodiment of the present invention is incorporated. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the electrolyte membrane and electrode structure 24 which comprises the impedance measuring device 10 which concerns on 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図10に示すように、インピーダンス計測装置90は、固体高分子電解質膜36の一方の面側(アノード電極40側)に配置される第1シート部材94と、前記固体高分子電解質膜36の他方の面側(カソード電極38側)に配置される第2シート部材96とを備える。   As shown in FIG. 10, the impedance measuring device 90 includes a first sheet member 94 disposed on one surface side (the anode electrode 40 side) of the solid polymer electrolyte membrane 36 and the other of the solid polymer electrolyte membrane 36. And a second sheet member 96 disposed on the surface side (cathode electrode 38 side).

第1シート部材94は、絶縁フィルム94a、94b間に交流印加用配線58aを配置するとともに、前記交流印加用配線58aの先端には、第1電極部98aが前記絶縁フィルム94aに固定されて設けられる。第2シート部材96は、絶縁フィルム96a、96b間に交流印加用配線60aを配置するとともに、前記交流印加用配線60aの先端には、第2電極部98bが前記絶縁フィルム96bに固定されて設けられる。   The first sheet member 94 has an AC applying wiring 58a disposed between the insulating films 94a and 94b, and a first electrode portion 98a is fixed to the insulating film 94a at the tip of the AC applying wiring 58a. It is done. The second sheet member 96 has an AC applying wiring 60a disposed between the insulating films 96a and 96b, and a second electrode portion 98b is fixed to the insulating film 96b at the tip of the AC applying wiring 60a. It is done.

第1電極部98a及び第2電極部98bは、白金(Pt)、白金又は白金合金が担持されているカーボンを用いた電極等により構成される。なお、第1シート部材94と第2シート部材96とは、端部が一体化されているが、それぞれ別体で構成してもよい。   The 1st electrode part 98a and the 2nd electrode part 98b are comprised by the electrode etc. which used carbon with which platinum (Pt), platinum, or a platinum alloy is carry | supported. The first sheet member 94 and the second sheet member 96 are integrated at the ends, but may be configured separately.

図9に示すように、電解質膜・電極構造体92には、切り欠き部が設けられておらず、例えば、インピーダンス計測装置90を構成する第1電極部98aと第2電極部98bとは、固体高分子電解質膜36の両面の任意の位置(発電領域外)に直接配置される。図9では、2個のインピーダンス計測装置90が配置されているが、1個又は3個以上であってもよい。   As shown in FIG. 9, the electrolyte membrane / electrode structure 92 is not provided with a notch, and for example, the first electrode portion 98a and the second electrode portion 98b constituting the impedance measuring device 90 are: The polymer electrolyte membrane 36 is directly disposed at any position (outside the power generation region) on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 36. In FIG. 9, two impedance measuring devices 90 are arranged, but may be one or three or more.

従って、第3の実施形態では、電解質膜・電極構造体92に切り欠き部を設けなくてもよく、任意の位置にインピーダンス計測装置90を容易に配置することができる。これにより、インピーダンス計測が一層簡易に遂行可能になる。   Therefore, in the third embodiment, it is not necessary to provide a notch in the electrolyte membrane / electrode structure 92, and the impedance measuring device 90 can be easily arranged at an arbitrary position. Thereby, impedance measurement can be performed more easily.

図11は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池用含水量計測装置であるインピーダンス計測装置90が組み込まれた電解質膜・電極構造体100の正面説明図である。なお、第3の実施形態に係るインピーダンス計測装置90及び電解質膜・電極構造体92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。   FIG. 11 is an explanatory front view of an electrolyte membrane / electrode structure 100 in which an impedance measuring device 90 that is a water content measuring device for a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention is incorporated. The same components as those of the impedance measuring device 90 and the electrolyte membrane / electrode structure 92 according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

電解質膜・電極構造体100では、インピーダンス計測装置90を構成する第1電極部98aと第2電極部98bとは、アノード電極40とカソード電極38の任意の位置(発電領域内)に直接配置される。図11では、2個のインピーダンス計測装置90が配置されているが、1個又は3個以上であってもよい。   In the electrolyte membrane / electrode structure 100, the first electrode portion 98a and the second electrode portion 98b constituting the impedance measuring device 90 are directly arranged at arbitrary positions (within the power generation region) of the anode electrode 40 and the cathode electrode 38. The In FIG. 11, two impedance measuring devices 90 are arranged, but may be one or three or more.

従って、第4の実施形態では、電解質膜・電極構造体100に切り欠き部を設けなくてもよく、任意の位置にインピーダンス計測装置90を容易に配置することができる。これにより、インピーダンス計測が一層簡易に遂行可能になる等、第3の実施形態と同様の効果が得られる。   Therefore, in the fourth embodiment, it is not necessary to provide a notch in the electrolyte membrane / electrode structure 100, and the impedance measuring device 90 can be easily arranged at an arbitrary position. As a result, the same effects as those of the third embodiment can be obtained, for example, impedance measurement can be performed more easily.

図12は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池用含水量計測装置であるインピーダンス計測装置110の概略斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係るインピーダンス計測装置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。   FIG. 12 is a schematic perspective explanatory view of an impedance measuring device 110 which is a water content measuring device for a fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the impedance measuring apparatus 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

インピーダンス計測装置110は、第1シート部材112と第2シート部材114とを備える。第1シート部材112は、絶縁フィルム112a、112b間に交流印加用配線58a及び測定用配線58bを配置する。交流印加用配線58a及び測定用配線58bの先端には、第1電極部116aが絶縁フィルム112aに固定されて設けられる。第2シート部材114は、絶縁フィルム114a、114b間に交流印加用配線60a及び測定用配線60bを配置する。交流印加用配線60a及び測定用配線60bの先端には、第2電極部116bが絶縁フィルム114bに固定されて設けられる。   The impedance measuring device 110 includes a first sheet member 112 and a second sheet member 114. In the first sheet member 112, an AC applying wiring 58a and a measuring wiring 58b are disposed between the insulating films 112a and 112b. A first electrode portion 116a is fixed to the insulating film 112a at the tips of the AC application wiring 58a and the measurement wiring 58b. In the second sheet member 114, the AC application wiring 60a and the measurement wiring 60b are disposed between the insulating films 114a and 114b. A second electrode portion 116b is fixed to the insulating film 114b at the tips of the AC application wiring 60a and the measurement wiring 60b.

このように構成されるインピーダンス計測装置110は、上記のインピーダンス計測装置90に代えて使用することができ、特に交流印加用配線58a、60aと測定用配線58b、60bとが分離して設けられている。従って、より正確なインピーダンス計測処理が遂行される。   The impedance measuring device 110 configured as described above can be used in place of the impedance measuring device 90 described above, and in particular, the AC applying wires 58a and 60a and the measuring wires 58b and 60b are provided separately. Yes. Therefore, a more accurate impedance measurement process is performed.

10、80、90、110…インピーダンス計測装置
12…燃料電池スタック 14、14S…燃料電池
24、82、92、100…電解質膜・電極構造体
26、28…セパレータ 30a…酸化剤ガス供給連通孔
30b…酸化剤ガス排出連通孔 32a…冷却媒体供給連通孔
32b…冷却媒体排出連通孔 34a…燃料ガス供給連通孔
34b…燃料ガス排出連通孔 36…固体高分子電解質膜
38…カソード電極 38a、40a…電極触媒層
38b、40b…ガス拡散層 40…アノード電極
42…酸化剤ガス流路 44…冷却媒体流路
46…燃料ガス流路 48a、48b…シール部材
50a、50b…切り欠き部
52a、52b、98a、98b、116a、116b…電極部
54、56、84、86、94、96、112、114…シート部材
54a、54b、56a、56b、84a、84b、86a、86b、94a、94b、96a、96b、112a、112b、114a、114b…絶縁フィルム
58a、60a…交流印加用配線 58b、60b…測定用配線
59a、59b…充填材 66…コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 80, 90, 110 ... Impedance measuring device 12 ... Fuel cell stack 14, 14S ... Fuel cell 24, 82, 92, 100 ... Electrolyte membrane and electrode structure 26, 28 ... Separator 30a ... Oxidant gas supply communication hole 30b ... Oxidant gas discharge communication hole 32a ... Cooling medium supply communication hole 32b ... Cooling medium discharge communication hole 34a ... Fuel gas supply communication hole 34b ... Fuel gas discharge communication hole 36 ... Solid polymer electrolyte membrane 38 ... Cathode electrodes 38a, 40a ... Electrode catalyst layer 38b, 40b ... Gas diffusion layer 40 ... Anode electrode 42 ... Oxidant gas channel 44 ... Coolant medium channel 46 ... Fuel gas channel 48a, 48b ... Seal members 50a, 50b ... Notches 52a, 52b, 98a, 98b, 116a, 116b ... electrode portions 54, 56, 84, 86, 94, 96, 112, 114 ... sheet members 4a, 54b, 56a, 56b, 84a, 84b, 86a, 86b, 94a, 94b, 96a, 96b, 112a, 112b, 114a, 114b ... Insulating films 58a, 60a ... AC application wiring 58b, 60b ... Measurement wiring 59a 59b ... filler 66 ... controller

Claims (4)

電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池に組み込まれ、前記電解質膜の含水量を計測する燃料電池用含水量計測装置であって、
前記電解質膜・電極構造体の一方の面に、前記電極の一部を切り欠いて設けられる第1切り欠き部と、
前記電解質膜・電極構造体の他方の面に、前記電極の一部を切り欠いて設けられる第2切り欠き部と、
前記第1切り欠き部に配置される第1電極部と、
前記第2切り欠き部に配置される第2電極部と、
一端部が前記第1電極部に電気的に接続されるとともに、他端部が前記電解質膜・電極構造体の外方に延在される第1シート部材と、
一端部が前記第2電極部に電気的に接続されるとともに、他端部が前記電解質膜・電極構造体の外方に延在される第2シート部材と、
前記第1シート部材の前記他端部と前記第2シート部材の前記他端部とに接続される交流印加部と、
を備えることを特徴とする燃料電池用含水量計測装置。
A water content measuring device for a fuel cell, which is incorporated in a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a separator are stacked, and measures the water content of the electrolyte membrane,
A first cutout portion provided on one surface of the electrolyte membrane / electrode structure by cutting out a part of the electrode;
A second cutout portion provided by cutting out a part of the electrode on the other surface of the electrolyte membrane / electrode structure;
A first electrode portion disposed in the first cutout portion;
A second electrode portion disposed in the second notch,
A first sheet member having one end portion electrically connected to the first electrode portion and the other end portion extending outward of the electrolyte membrane / electrode structure;
A second sheet member having one end portion electrically connected to the second electrode portion and the other end portion extending outward of the electrolyte membrane / electrode structure;
An alternating-current applying unit connected to the other end of the first sheet member and the other end of the second sheet member;
A water content measuring device for a fuel cell, comprising:
請求項1記載の燃料電池用含水量計測装置において、前記第1電極部及び前記第2電極部は、それぞれ単一又は複数箇所に設けられるとともに、
前記電解質膜・電極構造体の電解質膜範囲内に配置されることを特徴とする燃料電池用含水量計測装置。
The water content measuring device for a fuel cell according to claim 1, wherein the first electrode portion and the second electrode portion are provided at a single location or at a plurality of locations, respectively.
A water content measuring device for a fuel cell, which is disposed within an electrolyte membrane range of the electrolyte membrane / electrode structure.
電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池に組み込まれ、前記電解質膜の含水量を計測する燃料電池用含水量計測装置であって、
前記電解質膜・電極構造体の一方の電極面に配置される第1電極部と、
前記電解質膜・電極構造体の他方の電極面に配置される第2電極部と、
一端部が前記第1電極部に電気的に接続されるとともに、他端部が前記電解質膜・電極構造体の外方に延在される第1シート部材と、
一端部が前記第2電極部に電気的に接続されるとともに、他端部が前記電解質膜・電極構造体の外方に延在される第2シート部材と、
前記第1シート部材の前記他端部と前記第2シート部材の前記他端部とに接続される交流印加部と、
を備えることを特徴とする燃料電池用含水量計測装置。
A water content measuring device for a fuel cell, which is incorporated in a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of the electrolyte membrane and a separator are stacked, and measures the water content of the electrolyte membrane,
A first electrode portion disposed on one electrode surface of the electrolyte membrane / electrode structure;
A second electrode portion disposed on the other electrode surface of the electrolyte membrane / electrode structure;
A first sheet member having one end portion electrically connected to the first electrode portion and the other end portion extending outward of the electrolyte membrane / electrode structure;
A second sheet member having one end portion electrically connected to the second electrode portion and the other end portion extending outward of the electrolyte membrane / electrode structure;
An alternating-current applying unit connected to the other end of the first sheet member and the other end of the second sheet member;
A water content measuring device for a fuel cell, comprising:
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池用含水量計測装置において、前記第1シート部材及び前記第2シート部材は、それぞれ交流印加用配線と測定用配線とを個別に設けることを特徴とする燃料電池用含水量計測装置。   The fuel cell moisture content measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the first sheet member and the second sheet member are provided with an AC application wiring and a measurement wiring, respectively. A water content measuring device for a fuel cell.
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