JP2018022614A - Fuel battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質膜・電極構造体に臨むセパレータを備える燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell including a separator facing an electrolyte membrane / electrode structure.
固体高分子型の燃料電池の単位セルは、電解質膜・電極構造体(MEA)を一組のセパレータによって挟持することで構成される(例えば、特許文献1)。電解質膜・電極構造体は電解質高分子からなる電解質膜の両面に、触媒を備えた電極触媒層と、電極触媒層に燃料ガスや酸化剤ガスを供給するためのガス拡散層とが積層されて構成される。 A unit cell of a polymer electrolyte fuel cell is configured by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) with a pair of separators (for example, Patent Document 1). In the electrolyte membrane / electrode structure, an electrode catalyst layer provided with a catalyst and a gas diffusion layer for supplying fuel gas and oxidant gas to the electrode catalyst layer are laminated on both sides of an electrolyte membrane made of an electrolyte polymer. Composed.
セパレータにはガス流路が設けられている。ガス流路はガス拡散層に沿って延在し、このガス流路を流れる前記ガスがガス拡散層に拡散していき、さらに電極触媒層に到達する。電極触媒層では電気化学反応が生じ、発電が行われる。 The separator is provided with a gas flow path. The gas flow path extends along the gas diffusion layer, and the gas flowing through the gas flow path diffuses into the gas diffusion layer and further reaches the electrode catalyst layer. An electrochemical reaction occurs in the electrode catalyst layer, and power generation is performed.
しかしながら、上記のようにガス拡散層に沿って延在するガス流路では、例えば、前記電気化学反応に伴う生成水等がガス拡散層に滞留した場合、ガス流路からのガスの拡散が妨げられてしまう虞がある。この場合、ガスがガス拡散層に供給されることなくガス流路を通過し、単位セル内から排出されてしまうことになり、その結果、燃料電池の発電効率が低下してしまう懸念がある。 However, in the gas flow path extending along the gas diffusion layer as described above, for example, when generated water or the like accompanying the electrochemical reaction stays in the gas diffusion layer, gas diffusion from the gas flow path is hindered. There is a risk that it will be. In this case, the gas passes through the gas flow path without being supplied to the gas diffusion layer, and is discharged from the unit cell. As a result, there is a concern that the power generation efficiency of the fuel cell is lowered.
そこで、例えば、特許文献2には、ガス拡散層に前記生成水等が滞留しているか否かに関わらず、電解質膜・電極構造体の積層方向に沿ってガスを供給することが可能なセパレータを備える燃料電池が提案されている。具体的には、このセパレータには、延在方向の一端が閉塞し且つ他端が開口した角筒状のガス供給流路及びガス排出流路が複数並設されている。このガス供給流路及びガス排出流路のガス拡散層に臨む側壁には、矩形状の供給孔及び排出孔がそれぞれ設けられている。 Therefore, for example, Patent Document 2 discloses a separator capable of supplying gas along the stacking direction of the electrolyte membrane / electrode structure regardless of whether the generated water or the like is retained in the gas diffusion layer. Has been proposed. Specifically, the separator is provided with a plurality of rectangular gas supply passages and gas discharge passages that are closed at one end in the extending direction and opened at the other end. Rectangular supply holes and discharge holes are respectively provided on the side walls of the gas supply flow path and the gas discharge flow path facing the gas diffusion layer.
このように、一端が閉塞したガス供給流路に対して、他端の開口からガスを供給して内圧を高めることで、該ガス供給流路に供給したガスのほぼ全てを、供給孔を介して電解質膜・電極構造体の積層方向に沿って供給することができる。このようにして供給孔から電解質膜・電極構造体に供給されたガスのうち、電極触媒層内の電気化学反応により消費されなかった残余のガス等は、排出孔を介してガス排出流路に流入し、該排出流路の開口から排出される。 In this way, by supplying gas from the opening at the other end to the gas supply channel closed at one end and increasing the internal pressure, almost all of the gas supplied to the gas supply channel is passed through the supply hole. Thus, it can be supplied along the stacking direction of the electrolyte membrane / electrode structure. Of the gas supplied from the supply hole to the electrolyte membrane / electrode structure in this way, the remaining gas that has not been consumed by the electrochemical reaction in the electrode catalyst layer is passed through the discharge hole to the gas discharge channel. It flows in and is discharged from the opening of the discharge channel.
上記のように、電解質膜・電極構造体の積層方向に沿ってガスを供給する場合、供給孔及び排出孔の配置によっては電極触媒層の供給孔近傍に比して、排出孔近傍のガス濃度が低くなるため、該排出孔近傍で十分に電気化学反応を生じさせることが困難になる。つまり、電極触媒層の面内方向に生じるガス濃度のばらつきにより、燃料電池の発電効率が低下してしまう懸念がある。 As described above, when gas is supplied along the stacking direction of the electrolyte membrane / electrode structure, the gas concentration in the vicinity of the discharge hole may be larger than that in the vicinity of the supply hole of the electrode catalyst layer depending on the arrangement of the supply hole and the discharge hole Therefore, it becomes difficult to cause an electrochemical reaction sufficiently in the vicinity of the discharge hole. That is, there is a concern that the power generation efficiency of the fuel cell may be reduced due to variations in the gas concentration generated in the in-plane direction of the electrode catalyst layer.
本発明は、この種の問題を解決するものであり、電解質膜・電極構造体に良好にガスを供給でき、しかも、電極触媒層の面内方向にガス濃度のばらつきが生じることを抑制できるため、優れた発電効率を示す燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, because it can supply gas to the electrolyte membrane / electrode structure well, and it is possible to suppress variation in gas concentration in the in-plane direction of the electrode catalyst layer. An object of the present invention is to provide a fuel cell exhibiting excellent power generation efficiency.
前記の目的を達成するために、本発明は、電解質膜・電極構造体に臨むセパレータを備える燃料電池であって、前記セパレータは、一端が閉塞するとともに他端にガスが供給される供給開口を備え、前記供給開口から供給された前記ガスを吐出する供給孔が前記電解質膜・電極構造体に臨む側壁に所定の間隔をおいて複数設けられたガス供給流路と、一端が閉塞するとともに他端に前記ガスを排出する排出開口を備え、前記供給孔から吐出された前記ガスが流入する排出孔が前記電解質膜・電極構造体に臨む側壁に所定の間隔をおいて複数設けられたガス排出流路と、を備え、前記ガス供給流路と前記ガス排出流路とは交互に複数並設され、一つの前記供給孔に隣接する四つの前記排出孔による方形において、短辺に対する長辺の長さの比が1.00〜1.33であることを特徴とする。 To achieve the above object, the present invention provides a fuel cell comprising a separator facing an electrolyte membrane / electrode structure, wherein the separator has a supply opening that is closed at one end and supplied with gas at the other end. A gas supply flow path in which a plurality of supply holes for discharging the gas supplied from the supply opening are provided at predetermined intervals on a side wall facing the electrolyte membrane / electrode structure; A gas exhaust having a discharge opening for discharging the gas at an end, and a plurality of discharge holes into which the gas discharged from the supply hole flows is provided at a predetermined interval on a side wall facing the electrolyte membrane / electrode structure. A plurality of the gas supply flow paths and the gas discharge flow paths are alternately arranged in parallel, and in the square formed by the four discharge holes adjacent to the one supply hole, the long side with respect to the short side is provided. Length ratio is Characterized in that it is a .00~1.33.
本発明に係る燃料電池では、一端が閉塞したガス供給流路に対して、他端の供給開口からガスを供給することで、該ガス供給流路の内圧を高めて、供給孔から吐出するガスの圧力を増大させることができる。これによって、例えば、電極触媒層での電気化学反応に伴う生成水等がガス拡散層に滞留しているか否かに関わらず、ガス供給流路に供給されたガスのほぼ全てを電解質膜・電極構造体の積層方向に沿って良好に供給することができる。 In the fuel cell according to the present invention, the gas discharged from the supply hole by increasing the internal pressure of the gas supply flow path by supplying gas from the supply opening at the other end to the gas supply flow path closed at one end. The pressure of can be increased. Thus, for example, almost all of the gas supplied to the gas supply flow path can be removed from the electrolyte membrane / electrode regardless of whether or not the water produced by the electrochemical reaction in the electrode catalyst layer is retained in the gas diffusion layer. It can be satisfactorily supplied along the stacking direction of the structures.
この際、一つの前記排出孔に隣接する四つの前記供給孔による方形において、短辺に対する長辺の長さの比が1.00〜1.33となるように、供給孔の配置が調整されている。なお、ここでは、前記長さの比が1.00となり、前記方形が正方形からなる場合も、説明の便宜上、該方形の一辺を短辺といい、他辺を長辺という。すなわち、短辺と長辺とは互いに同じ長さであってもよい。供給孔から吐出されたガスは球面波として電解質膜・電極構造体中を拡散していくため、上記の条件となるように供給孔を配置することで、電極触媒層の面内方向に生じるガス濃度のばらつきを十分に低減することができる。すなわち、電極触媒層内で電気化学反応を効果的に生じさせることが可能となる。 At this time, the arrangement of the supply holes is adjusted so that the ratio of the length of the long side to the short side is 1.00 to 1.33 in the square formed by the four supply holes adjacent to the one discharge hole. ing. Here, even when the ratio of the length is 1.00 and the square is a square, for convenience of explanation, one side of the square is referred to as a short side and the other side is referred to as a long side. That is, the short side and the long side may have the same length. Since the gas discharged from the supply hole diffuses in the electrolyte membrane / electrode structure as a spherical wave, the gas generated in the in-plane direction of the electrode catalyst layer by arranging the supply hole to satisfy the above conditions Variation in density can be sufficiently reduced. That is, it is possible to effectively cause an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer.
以上から、本発明に係る燃料電池によれば、電極触媒層に対して、その面内方向にガス濃度のばらつきが生じることを抑制しつつ良好にガスを供給して電気化学反応を促進することができるため、発電効率を向上させることができる。 From the above, according to the fuel cell according to the present invention, the electrochemical reaction is promoted by supplying the gas satisfactorily while suppressing the variation of the gas concentration in the in-plane direction with respect to the electrode catalyst layer. Therefore, power generation efficiency can be improved.
上記の燃料電池において、前記供給孔は前記方形の対角線の交点の位置に配置されていることが好ましい。この場合、電極触媒層の供給孔近傍と排出孔近傍との間におけるガス濃度のばらつきを一層良好に低減することができるため、電極触媒層全体における電気化学反応を促して、燃料電池の発電効率のさらなる向上を図ることが可能になる。 In the above fuel cell, it is preferable that the supply hole is disposed at the intersection of the rectangular diagonal lines. In this case, the variation in gas concentration between the vicinity of the supply hole and the discharge hole of the electrode catalyst layer can be further reduced, so that the electrochemical reaction in the entire electrode catalyst layer is promoted and the power generation efficiency of the fuel cell is increased. Can be further improved.
上記の燃料電池において、前記供給孔及び前記排出孔の少なくとも何れか一方は平面視で円形状であることが好ましい。この場合、上記の通り、球面波として拡散するガスを、供給孔又は排出孔を介して一層円滑に流通させることが可能になり、電極触媒層での電気化学反応を促進させることができるため、燃料電池の発電効率のさらなる向上を図ることが可能になる。 In the fuel cell, it is preferable that at least one of the supply hole and the discharge hole has a circular shape in a plan view. In this case, as described above, the gas diffusing as a spherical wave can be circulated more smoothly through the supply hole or the discharge hole, and the electrochemical reaction in the electrode catalyst layer can be promoted. It becomes possible to further improve the power generation efficiency of the fuel cell.
上記の燃料電池において、前記セパレータは、複数の前記ガス供給流路及び前記ガス排出流路のそれぞれの前記電解質膜・電極構造体に臨む前記側壁を一体に形成する板部材と、前記板部材が重ね合わされることで、前記ガス供給流路及び前記ガス排出流路を構成する複数のガス供給流路溝及びガス排出流路溝が交互に複数並設された溝板部材と、を有することが好ましい。この場合、複数のガス供給流路及びガス排出流路を有するセパレータを、簡素な構成によって容易に得ることができ、ひいては、燃料電池の製造コストを低減すること等が可能となる。 In the above fuel cell, the separator includes a plate member integrally forming the side walls facing the electrolyte membrane / electrode structure of each of the plurality of gas supply channels and the gas discharge channels, and the plate member includes A plurality of gas supply flow channel grooves and gas discharge flow channel grooves constituting the gas supply flow channel and the gas discharge flow channel, and a groove plate member in which a plurality of gas discharge flow channel grooves are alternately arranged. preferable. In this case, a separator having a plurality of gas supply passages and gas discharge passages can be easily obtained with a simple configuration, and thus the manufacturing cost of the fuel cell can be reduced.
本発明に係る燃料電池では、一端が閉塞し、他端に供給開口が設けられ、電解質膜・電極構造体に臨む側壁に複数の供給孔が設けられたガス供給流路に対して、該供給開口からガスを供給する。これによって、ガス供給流路の内圧を高めて、供給孔から吐出するガスの圧力を増大させることができるため、該ガス供給流路に供給されたガスのほぼ全てを電解質膜・電極構造体に、その積層方向に沿って良好に供給することができる。 In the fuel cell according to the present invention, the supply is made with respect to a gas supply channel in which one end is closed, a supply opening is provided at the other end, and a plurality of supply holes are provided in a side wall facing the electrolyte membrane / electrode structure. Gas is supplied from the opening. As a result, the internal pressure of the gas supply channel can be increased and the pressure of the gas discharged from the supply hole can be increased, so almost all of the gas supplied to the gas supply channel is transferred to the electrolyte membrane / electrode structure. , Can be supplied well along the stacking direction.
また、一つの前記供給孔に隣接する四つの前記排出孔による方形において、短辺に対する長辺の長さの比が1.00〜1.33となるように配置されている。このため、上記のように、供給孔から電解質膜・電極構造体の積層方向に沿ってガスを供給しても、電極触媒層の面内方向にガス濃度のばらつきが生じることを抑制して、電気化学反応を効果的に生じさせることができる。その結果、燃料電池の発電効率を向上させることができる。 Moreover, in the square by the four said discharge holes adjacent to the said one supply hole, it arrange | positions so that the ratio of the length of the long side with respect to a short side may be set to 1.00-1.33. For this reason, as described above, even if gas is supplied from the supply hole along the stacking direction of the electrolyte membrane / electrode structure, the variation in gas concentration in the in-plane direction of the electrode catalyst layer is suppressed, An electrochemical reaction can be effectively generated. As a result, the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
以下、本発明に係る燃料電池につき好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Preferred embodiments of a fuel cell according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池10の単位セルは、電解質膜・電極構造体12と、電解質膜・電極構造体12の一方の面に臨むセパレータ14と、電解質膜・電極構造体12の他方の面に臨む不図示のセパレータとを有する。なお、不図示のセパレータは、セパレータ14とほぼ同様に構成されるため、以下では、セパレータ14の説明をもって不図示のセパレータの説明を省略する。
As shown in FIG. 1, the unit cell of the
電解質膜・電極構造体12は、電解質高分子からなる電解質膜と、該電解質膜の両面にそれぞれ電極反応の反応場となる電極触媒層と、該電極触媒層の各々に燃料ガスや酸化剤ガス等のガスを拡散して供給するガス拡散層とが積層されて構成される。すなわち、電解質膜の両側に電極触媒層が配設され、さらに該電極触媒層の両側にガス拡散層が配設される。なお、電解質膜・電極構造体12の各構成要素についての図示は省略する。
The electrolyte membrane /
セパレータ14は、例えば、鋼、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、めっき処理鋼、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や、カーボン等からなる矩形状であり、板部材20及び溝板部材22を有する。板部材20は、電解質膜・電極構造体12のガス拡散層に臨み、複数の供給孔24及び排出孔26が後述するように貫通形成されている。
The
溝板部材22は、該溝板部材22の短辺方向に沿って延在する複数のガス供給流路溝32及びガス排出流路溝34が、該溝板部材22の長辺方向に所定の間隔をおいて交互に複数並設される。また、溝板部材22の短辺方向の一端側にはガス供給口40が設けられ、該ガス供給口40は、該溝板部材22の長辺方向に沿って延在するガス供給連通路42を介して複数のガス供給流路溝32のそれぞれと連通する。一方、溝板部材22の短辺方向の他端側にはガス排出口44が設けられ、該ガス排出口44は、該溝板部材22の長辺方向に沿って延在するガス排出連通路46を介して複数のガス排出流路溝34のそれぞれと連通する。
The
図2に示すように、板部材20と溝板部材22とは、供給孔24がガス供給流路溝32に臨み、且つ排出孔26がガス排出流路溝34に臨むように重ね合わされた状態で位置決め固定される。これによって、ガス供給流路溝32と板部材20との間にガス供給流路50が形成され、ガス排出流路溝34と板部材20との間にガス排出流路52が形成される。
As shown in FIG. 2, the
すなわち、電解質膜・電極構造体12に臨むガス供給流路50及びガス排出流路52の側壁は、板部材20によって一体的に形成される。また、ガス供給流路50及びガス排出流路52は、セパレータ14の短辺方向に沿って延在し、且つセパレータ14の長辺方向に所定の間隔をおいて交互に複数配設される。
That is, the side walls of the gas supply channel 50 and the
ガス供給流路50は、一端が閉塞し且つ他端にガス供給連通路42を介してガス供給口40と連通する供給開口54が設けられる。このため、ガス供給口40からガス供給連通路42に供給された燃料ガスや酸化剤ガス等のガス(以下、単にガスともいう)は、供給開口54を介してガス供給流路50内に流入する。ガス排出流路52は、一端が閉塞し且つ他端にガス排出連通路46を介してガス排出口44と連通する排出開口56が設けられる。ガス排出流路52内のガスは、排出開口56を介してガス排出連通路46に流通し、ガス排出口44からセパレータ14の外部へと排出される。
The gas supply channel 50 is provided with a supply opening 54 that is closed at one end and communicates with the
供給孔24は、例えば、平面視で直径がほぼ0.1〜3.0mmの円形状であり、複数のガス供給流路50のそれぞれの延在方向に所定の間隔(〜20mm)をおいて複数配設される。これによって、ガス供給流路50内のガスは、供給孔24を介して電解質膜・電極構造体12の積層方向に沿って吐出されることが可能となっている。
The
排出孔26は、例えば、平面視で直径がほぼ0.1〜3.0mmの円形状であり、複数のガス排出流路52のそれぞれの延在方向に所定の間隔(〜20mm)をおいて複数配設される。これによって、電解質膜・電極構造体12に供給されたガスのうち、電極触媒層での電気化学反応で消費されなかった残余のガス等が排出孔26を介してガス排出流路52に流入することが可能になっている。
The discharge holes 26 have, for example, a circular shape with a diameter of approximately 0.1 to 3.0 mm in plan view, and have a predetermined interval (up to 20 mm) in the extending direction of each of the plurality of
すなわち、供給孔24及び排出孔26は、板部材20に格子点状に配置される。具体的には、一つの供給孔24を囲んで隣接する四つの排出孔26、26、26、26を頂点とする方形Sの短辺(図2における第1線分L1)に対する、長辺(図2における第2線分L2)の長さの比が1.00〜1.33となるように設定される。また、前記方形Sの対角線の交点となる位置に供給孔24が設けられる。なお、ここでは、前記長さの比が1.00となり、方形Sが正方形からなる場合も、説明の便宜上、該方形Sの一辺(第1線分L1)を短辺といい、他辺(第2線分L2)を長辺という。すなわち、短辺と長辺とは互いに同じ長さであってもよい。
That is, the supply holes 24 and the discharge holes 26 are arranged on the
基本的には上記のように構成される燃料電池10について、その動作との関係で作用効果を説明する。
Basically, the effects of the
先ず、ガス供給口40から、ガス供給連通路42にガスが供給される。このガスは、供給開口54を介してガス供給流路50にそれぞれ導入される。ガス供給流路50では、その一端が閉塞するため、供給開口54に比して小径の供給孔24のみがガスの出口となる。このため、ガス供給流路50内で圧力が高められたガスが供給孔24から吐出される。これによって、例えば、前記電気化学反応に伴う生成水等がガス拡散層に滞留しているか否かに関わらず、ガス供給流路50に供給されたガスのほぼ全てを供給孔24から電解質膜・電極構造体12の積層方向に沿って良好に供給することができる。
First, gas is supplied from the
このようにして供給孔24から供給されたガスは、ガス拡散層でさらに拡散されつつ電極触媒層に到達し、該電極触媒層内での電気化学反応により消費される。この際、第1線分L1に対する第2線分L2の比が上記の範囲となるように排出孔26の配置が設定され、排出孔26、26、26、26に対して上記のように供給孔24が設けられている。また、供給孔24及び排出孔26が平面視で円形状である。これらによって、球面波であるガスを電解質膜・電極構造体12中に円滑に流通させて効果的に拡散させることができるため、電極触媒層の供給孔24近傍と排出孔26近傍との間におけるガス濃度のばらつきを良好に低減することができる。
Thus, the gas supplied from the
したがって、上記のように、電解質膜・電極構造体12に良好にガスを供給するべく、その積層方向に沿ってガスを供給しても、電極触媒層の面内方向にガス濃度のばらつきが生じることを抑制して、電極触媒層全体における電気化学反応を促すことができる。これによって、燃料電池10の発電効率を向上させることが可能になる。
Therefore, as described above, in order to supply gas to the electrolyte membrane /
一方、供給孔24から電解質膜・電極構造体12に供給されたガスのうち、電気化学反応により消費されなかった残余のガス等は、排出孔26を介してガス排出流路52に流入し、排出開口56及びガス排出連通路46を介して、ガス排出口44からセパレータ14の外部へ排出される。これによって、電解質膜・電極構造体12に対して良好にガスを供給することができる。
On the other hand, of the gas supplied from the
また、この燃料電池10では、セパレータ14が板部材20と溝板部材22とを有し、板部材20に設けられた供給孔24及び排出孔26と、溝板部材22に設けられたガス供給流路溝32及びガス排出流路溝34とを重ね合わせることで、ガス供給流路50及びガス排出流路52が形成されることとした。これによって、複数のガス供給流路50及びガス排出流路52を有するセパレータ14を、簡素な構成によって容易に得ることができ、ひいては、燃料電池10の製造コストを低減すること等が可能となる。
In the
なお、本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。 In addition, this invention is not specifically limited to above-described embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the summary.
例えば、上記の実施形態では同じガス排出流路52にある排出孔26間の長さである第2線分L2を長辺とし、ガス供給流路50を挟んで異なるガス排出流路52にある排出孔26間の長さである第1線分L1を短辺としたが、これとは逆に第1線分L1を第2線分L2よりも長くすることもできる。あるいは、供給孔24の位置は、供給孔24近傍と排出孔26近傍との間におけるガス濃度のばらつきを十分に低減することが可能な位置であれば、排出孔26による方形Sの対角線の交点からずれていてもよい。
For example, in the above embodiment, the second line segment L2 that is the length between the discharge holes 26 in the same gas
また、上記の実施形態では、供給孔24及び排出孔26の両方が平面視で円形状であることとしたが、供給孔24及び排出孔26の形状は特に限定されるものではない。例えば、供給孔24及び排出孔26の何れか一方のみが平面視で円形状であり、他方が平面視で多角形状であってもよい。また、供給孔24及び排出孔26の両方が平面視で多角形状であってもよい。
In the above embodiment, both the
さらに、上記の実施形態では、セパレータ14が板部材20と溝板部材22とを有することとしたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、セパレータ14は、それぞれ別部材から形成されたガス供給流路50及びガス排出流路52を有していてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
以下、本発明に係る実験結果を示す。本実験では、1つの供給孔の周囲に該供給孔から等距離(8.5mm)で且つその位置がそれぞれ長(正)方形の頂点となるよう4つの排出孔を配置したセパレータで、前記長(正)方形の短辺と長辺の長さの比率が異なるものを複数用意し、それぞれ燃料電池の単位セルを作成して前記長さの比率の違いによる燃料電池の性能を検証した。なお長さの比は、1.0、1.2、1.4、1.6の4種類で、供給孔、排出孔ともに平面視で直径が0.5mmの円形状である。 Hereinafter, experimental results according to the present invention will be shown. In this experiment, a separator in which four discharge holes are arranged around one supply hole so as to be equidistant (8.5 mm) from the supply hole and the position thereof is a vertex of a long (positive) square, (Correct) A plurality of cells having different ratios of the short side and the long side of the square were prepared, and unit cells of the fuel cell were prepared respectively, and the performance of the fuel cell according to the difference in the length ratio was verified. There are four types of length ratios of 1.0, 1.2, 1.4, and 1.6. Both the supply hole and the discharge hole have a circular shape with a diameter of 0.5 mm in plan view.
4種の単位セルに対して、燃料ガスとして水素ガスを供給し、酸化剤ガスとして空気を供給して発電を行い、電圧を測定した。結果を図3に示す。 For four types of unit cells, hydrogen gas was supplied as a fuel gas, and air was supplied as an oxidant gas to generate power, and the voltage was measured. The results are shown in FIG.
図3から、前記長さの比率が1から大きくなるにつれてセル電圧が低下する傾向にあることが分かる。また、図3に示す特性の近似式では、変曲点(2階微分が0になる点)における比率が1.33であった。すなわち、短辺に対する長辺の長さの比率が1.00〜1.33の範囲内であれば、良好なセル電圧を示すといえる。 It can be seen from FIG. 3 that the cell voltage tends to decrease as the length ratio increases from 1. Further, in the approximate expression of the characteristic shown in FIG. 3, the ratio at the inflection point (the point at which the second derivative becomes 0) was 1.33. That is, if the ratio of the length of the long side to the short side is in the range of 1.00 to 1.33, it can be said that a good cell voltage is exhibited.
以上から、短辺に対する長辺の長さの比率を1.00〜1.33とする本実施形態に係る燃料電池では、電極触媒層に対して、その面内方向にガス濃度のばらつきが生じることを抑制しつつ良好にガスを供給して電気化学反応を促進できるため、発電効率を向上させることができる。 From the above, in the fuel cell according to this embodiment in which the ratio of the length of the long side to the short side is 1.00 to 1.33, the gas concentration varies in the in-plane direction with respect to the electrode catalyst layer. Since the gas can be supplied satisfactorily and the electrochemical reaction can be promoted while suppressing this, the power generation efficiency can be improved.
10…燃料電池 12…電解質膜・電極構造体
14…セパレータ 20…板部材
22…溝板部材 24…供給孔
26…排出孔 32…ガス供給流路溝
34…ガス排出流路溝 40…ガス供給口
42…ガス供給連通路 44…ガス排出口
46…ガス排出連通路 50…ガス供給流路
52…ガス排出流路 54…供給開口
56…排出開口 S…方形
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記セパレータは、
一端が閉塞するとともに他端にガスが供給される供給開口を備え、前記供給開口から供給された前記ガスを吐出する供給孔が前記電解質膜・電極構造体に臨む側壁に所定の間隔をおいて複数設けられたガス供給流路と、
一端が閉塞するとともに他端に前記ガスを排出する排出開口を備え、前記供給孔から吐出された前記ガスが流入する排出孔が前記電解質膜・電極構造体に臨む側壁に所定の間隔をおいて複数設けられたガス排出流路と、を備え、
前記ガス供給流路と前記ガス排出流路とは交互に複数並設され、
一つの前記供給孔に隣接する四つの前記排出孔による方形において、短辺に対する長辺の長さの比が1.00〜1.33であることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell comprising a separator facing the electrolyte membrane / electrode structure,
The separator is
A supply opening for closing one end and supplying gas to the other end is provided, and a supply hole for discharging the gas supplied from the supply opening is spaced apart from a side wall facing the electrolyte membrane / electrode structure. A plurality of gas supply passages;
One end is closed and the other end is provided with a discharge opening for discharging the gas, and the discharge hole into which the gas discharged from the supply hole flows is spaced from the side wall facing the electrolyte membrane / electrode structure at a predetermined interval. A plurality of gas discharge passages provided,
A plurality of the gas supply flow paths and the gas discharge flow paths are alternately arranged in parallel,
A fuel cell, wherein a ratio of a length of a long side to a short side is 1.00 to 1.33 in a square formed by four discharge holes adjacent to one supply hole.
前記供給孔は前記方形の対角線の交点の位置に配置されていることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The fuel cell according to claim 1, wherein the supply hole is disposed at an intersection of the rectangular diagonal lines.
前記供給孔及び前記排出孔の少なくとも何れか一方は平面視で円形状であることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2,
At least one of the supply hole and the discharge hole has a circular shape in a plan view.
前記セパレータは、
複数の前記ガス供給流路及び前記ガス排出流路のそれぞれの前記電解質膜・電極構造体に臨む前記側壁を一体に形成する板部材と、
前記板部材が重ね合わされることで、前記ガス供給流路及び前記ガス排出流路を構成する複数のガス供給流路溝及びガス排出流路溝が交互に複数並設された溝板部材と、
を有することを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The separator is
A plate member integrally forming the side walls facing the electrolyte membrane / electrode structure of each of the plurality of gas supply channels and the gas discharge channels;
A plurality of gas supply flow channel grooves and gas discharge flow channel grooves that constitute the gas supply flow channel and the gas discharge flow channel, and a plurality of the gas supply flow channel grooves alternately arranged in parallel;
A fuel cell comprising:
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