JP2022146434A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022146434A JP2022146434A JP2021047390A JP2021047390A JP2022146434A JP 2022146434 A JP2022146434 A JP 2022146434A JP 2021047390 A JP2021047390 A JP 2021047390A JP 2021047390 A JP2021047390 A JP 2021047390A JP 2022146434 A JP2022146434 A JP 2022146434A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- electrolyte membrane
- fuel cell
- outer peripheral
- frame member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 72
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 62
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 14
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 38
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 36
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 28
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 27
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 21
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 19
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 19
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 14
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 11
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 11
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 11
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 2
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 239000004954 Polyphthalamide Substances 0.000 description 2
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 229920005598 conductive polymer binder Polymers 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 2
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 2
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 229920006375 polyphtalamide Polymers 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001955 polyphenylene ether Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
- H01M8/1006—Corrugated, curved or wave-shaped MEA
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】反応ガスの圧力損失を抑制できる燃料電池を提供する。【解決手段】電解質膜１８の両面に電極２０、２２が設けられ、電解質膜１８の外周部に枠部材２４が接合された電解質膜・電極構造体１０ａと、電解質膜・電極構造体１０ａを挟持する一対のセパレータ１４、１６と、を有する燃料電池１２において、電極２２の外周部２２ｃと枠部材２４の内周部２４ｎとの重複部分２４ｍを、電解質膜・電極構造体１０ａの電極面に沿って反応ガスを流す流路溝３６ａが形成された流路領域３６ｂに配置し、流路領域３６ｂと連通孔３０ａ、３０ｂとの間のバッファ部４４ａ、４４ｂにはみ出さないように配置する。【選択図】図２
Description
本発明は、樹脂フィルム付きＭＥＡを備えた燃料電池に関する。
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。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が配置され、他方の面にカソード電極が配置された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備える。ＭＥＡは、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、燃料電池（単位燃料電池）が構成されている。燃料電池は、所定の数だけ積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
近年、比較的高価な固体高分子電解質膜の使用量を削減するとともに、薄膜状で強度が低い固体電解質膜を保護するために、外周に枠形状の樹脂フィルム（枠部材）を組み込んだ樹脂フィルム付きＭＥＡが採用されている。
このような燃料電池において、発電領域に隣接して、セパレータから突出する複数の線状の凸部の間に反応ガスを所定方向に導く流路溝（反応ガス流路）が複数形成された流路領域が設けられている。流路領域の流路溝には、セパレータを貫通して設けられた連通孔から反応ガスが供給される。また、連通孔と流路領域との間には、流路溝に均等に反応ガスを供給するために、セパレータから突出する凸部構造によって形成されたバッファ部が設けられている（例えば、特許文献１）。
従来の燃料電池では、枠部材（枠状の樹脂フィルム）と電極及び電解質膜との接続部分は、流路領域の外側のバッファ部に延在している。
ところが、バッファ部には、反応ガス流路に繋がる分岐部や合流部が発生し、これらの部位において樹脂枠を支持するセパレータの凸部の一部が途切れている。途切れた凸部の先には、流路の分岐部や合流部を構成する比較的大きな空隙が発生する。そのため、樹脂枠と電極及び電解質膜との接合部分（重複部分）が流路領域とバッファ部に跨って位置すると流路領域の凸部で圧迫された電極（拡散層）等の比較的厚い構造物が、凸部が比較的疎らなバッファ部側に逃げるように膨出し、バッファ部の流路の一部を埋めてしまうことがある。その結果、反応ガスの圧力損失が増大する場合がある。
そこで、一実施形態は、反応ガスの圧力損失を抑制できる燃料電池を提供することを目的とする。
以下の開示の一観点は、電解質膜の両面に一対の電極が設けられ、前記電解質膜の外周部に枠部材が接合された電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体を挟持する一対のセパレータと、前記電解質膜・電極構造体の発電領域に隣接して設けられ、前記セパレータから前記電解質膜・電極構造体に向けて突出した複数の線状の凸部と、前記凸部の間に形成され、前記電解質膜・電極構造体の電極面に沿って反応ガスを流す複数の流路溝を有する流路領域と、前記セパレータを厚さ方向に貫通し、前記反応ガスを供給又は排出する連通孔と、前記連通孔と前記流路領域との間に設けられ、前記連通孔と前記流路領域との間で前記反応ガスを導くバッファ部と、を備え、少なくとも一方の前記電極の外周端を前記流路領域に配置し、前記一方の電極の外周部と前記枠部材の内周部との重複部分を前記バッファ部と前記流路領域との境界よりも前記流路領域側に収めた、燃料電池にある。
上記観点の燃料電池によれば、反応ガスの圧力損失を抑制でき発電効率を向上させることができる。
以下、燃料電池について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。
図１に示すように、燃料電池１２（発電セル）は、枠付き電解質膜・電極構造体１０（以下、「枠付きＭＥＡ１０」という）と、枠付きＭＥＡ１０の両側に配置された第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６とを備える。燃料電池１２は、例えば、横長（又は縦長）の長方形状の固体高分子型燃料電池である。複数個の燃料電池１２は、例えば、矢印Ａ方向に積層されて燃料電池スタック（図示せず）を構成する。燃料電池スタックは、例えば、積層方向を水平方向又は上下方向に向けた状態で車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。
燃料電池１２では、枠付きＭＥＡ１０が第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６により挟持される。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、横長（又は縦長）の長方形状を有する。第１セパレータ１４及び第２セパレータ１６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、チタン板、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や、カーボン部材等で構成される。
長方形状の枠付きＭＥＡ１０は、電解質膜・電極構造体１０ａ（以下、「ＭＥＡ１０ａ」という）を備える。ＭＥＡ１０ａは、電解質膜１８と、電解質膜１８の第１面１８ａ（図の紙面手前側の面）に設けられたアノード電極２０（第１電極）と、電解質膜１８の第２面１８ｂ（図の紙面奥側の面）に設けられたカソード電極２２（第２電極）とを備える。
電解質膜１８は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜であり、水素イオンを通過させる材料よりなる。電解質膜１８の材料には、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。電解質膜１８は、アノード電極２０及びカソード電極２２に挟持される。
図２に示すように、アノード電極２０は、電解質膜１８及びカソード電極２２よりも大きな平面寸法（外形寸法）を有する。アノード電極２０は、電解質膜１８の第１面１８ａに接合される第１触媒層２０ａと、第１触媒層２０ａに積層される第１ガス拡散層２０ｂとを有する。第１触媒層２０ａ及び第１ガス拡散層２０ｂは、互いに同一の平面寸法を有するとともに、電解質膜１８及びカソード電極２２よりも僅かに大きな平面寸法に設定される。
カソード電極２２は、電解質膜１８の第２面１８ｂに接合される第２触媒層２２ａと、第２触媒層２２ａに積層される第２ガス拡散層２２ｂとを有する。第２触媒層２２ａ及び第２ガス拡散層２２ｂは、互いに同一の平面寸法を有するとともに、電解質膜１８と同値の平面寸法に設定される。従って、電解質膜１８の面方向において、カソード電極２２の外周端２２ｅは、電解質膜１８の外周端１８ｅと同じ位置にある。
カソード電極２２は、アノード電極２０よりも小さい平面寸法に設定される。カソード電極２２の外周端２２ｅ及び電解質膜１８の外周端１８ｅは、全周に亘ってアノード電極２０の外周端２０ｅよりも内方に位置する。
なお、カソード電極２２は、アノード電極２０よりも大きな平面寸法に設定され、カソード電極２２の外周端２２ｅは、全周に亘ってアノード電極２０の外周端２０ｅよりも外方に位置してもよい。あるいは、アノード電極２０とカソード電極２２は、同値の平面寸法に設定され、アノード電極２０の外周端２０ｅと、カソード電極２２の外周端２２ｅは、電解質膜１８の面方向において、同一位置にあってもよい。
第１触媒層２０ａ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が、イオン導電性高分子バインダとともに第１ガス拡散層２０ｂの表面に一様に塗布されて形成される。第２触媒層２２ａ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がイオン導電性高分子バインダとともに第２ガス拡散層２２ｂの表面に一様に塗布されて形成される。
第１ガス拡散層２０ｂ及び第２ガス拡散層２２ｂは、カーボンペーパ又はカーボンクロス等から形成される。第２ガス拡散層２２ｂの平面寸法は、第１ガス拡散層２０ｂの平面寸法よりも小さく設定される。第１触媒層２０ａ及び第２触媒層２２ａは、各々電解質膜１８の両面に配置される。
図１に示すように、枠付きＭＥＡ１０は、電解質膜１８の外周を全周に亘って周回するとともに、アノード電極２０及びカソード電極２２に接合される矩形状の枠部材２４をさらに備える。図２に示すように、枠部材２４は、第１樹脂枠２４ａと第２樹脂枠２４ｂとの２枚の枠状シートを厚さ方向に重ね合わせて形成される。第１樹脂枠２４ａと第２樹脂枠２４ｂとは、接着層２４ｃを介して接合されている。この場合には、第１樹脂枠２４ａ（枠状シート）のカソード側の外周側に第２樹脂枠２４ｂ（枠状シート）を重ね合わせるように接合することにより、枠部材２４の内周部２４ｎよりも外周部の方が厚く形成されている。
枠部材２４を構成する枠状シートは、樹脂材料により構成される。その構成材料としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ｍ－ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィン等が挙げられる。
図２に示すように、枠部材２４の内周部２４ｎは、アノード電極２０の外周部２０ｃとカソード電極２２の外周部２２ｃとの間に配置される。具体的には、枠部材２４の内周部２４ｎは、電解質膜１８の外周部とアノード電極２０の外周部２０ｃとの間に挟持される。枠部材２４と電解質膜１８の外周部とは、接着剤（接着層２４ｃ）を介して接合される。
枠部材２４の内周部２４ｎは、ＭＥＡ１０ａの厚さ方向から見て、アノード電極２０の外周部２０ｃと全周に亘って重なる重複部分２４ｋを有する。アノード電極２０には、枠部材２４に乗り上げる部分に、傾斜した段差部２１ｃが形成される。
また、枠部材２４の内周部２４ｎは、ＭＥＡ１０ａの厚さ方向からみて、カソード電極２２の外周部２２ｃと全周に亘って重なる重複部分２４ｍを有する。カソード電極２２及び電解質膜１８は、重複部分２４ｍを含めて平坦状に形成される。
枠部材２４を２枚の枠状シートで構成して外周側を厚くする場合には、枠部材２４の肉厚部分の第２樹脂枠２４ｂの内周端を電解質膜１８の外周端１８ｅよりも外方に離間させることが好ましい。
アノード電極２０の外周及び枠部材２４の内周側が重なる重複部分２４ｋと、カソード電極２２の外周及び枠部材２４の内周部２４ｎが重なる重複部分２４ｍとは、アノード電極２０に向けて突出した第１セパレータ１４の凸部３９と、カソード電極２２に向けて突出した第２セパレータ１６の凸部３７とにより挟持されている。
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、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３０ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、冷却媒体入口連通孔３２ａは、冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔３４ｂは、燃料ガスとして例えば水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂは、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
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燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが設けられる。燃料ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３０ｂは、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
図３に示すように、第１セパレータ１４の枠付きＭＥＡ１０に向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３４ａと燃料ガス出口連通孔３４ｂとに連通する燃料ガス流路３８が設けられる。燃料ガス流路３８は、第１セパレータ１４と枠付きＭＥＡ１０との間に形成される。燃料ガス流路３８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波線状の波状流路溝３８ａを有する。
図４に示すように、第２セパレータ１６の枠付きＭＥＡ１０に向かう面１６ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとに連通する酸化剤ガス流路３６が設けられる。具体的には、酸化剤ガス流路３６は、第２セパレータ１６と枠付きＭＥＡ１０との間に形成される。酸化剤ガス流路３６は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波線状の波状流路溝３６ａを有する。
互いに隣接する第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂ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、矢印Ｂ方向に延在して形成される。
図３に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ（枠付きＭＥＡ１０と対向する面）には、燃料ガス流路３８を形成する凸部３９が複数設けられる。凸部３９は、アノード電極２０側に向かって膨出するとともにアノード電極２０に当接する。凸部３９は波線状に形成され、矢印Ｂ方向に延在している。複数本の凸部３９の間に波状流路溝３８ａが形成される。凸部３９と波状流路溝３８ａは、流路幅方向（矢印Ｃ方向）に交互に配置される。凸部３９と波状流路溝３８ａとが形成された領域を流路領域３８ｂ（アノード側）と呼ぶ。流路領域３８ｂは、枠付きＭＥＡ１０において発電が行われる発電領域４１よりも広い平面寸法に形成されている。発電領域４１とは電解質膜１８を介して、第１触媒層２０ａと第２触媒層２２ａが互いに向かい合った領域である。
第１セパレータ１４の面１４ａにおいて、燃料ガス入口連通孔３４ａと流路領域３８ｂとの間には、燃料ガス入口連通孔３４ａから放射状に延びる複数の線状凸部４２を有する入口バッファ部４２ａが設けられる。入口バッファ部４２ａにおいて、線状凸部４２の端部は凸部３９の近傍に配置されている。線状凸部４２の本数は凸部３９の本数よりも少ないため、一部の凸部３９の燃料ガス入口連通孔３４ａ側の端部は、入口バッファ部４２ａとの境界部分で途切れて孤立している。凸部３９が途切れた部分よりも燃料ガス入口連通孔３４ａ側には、凸部３９及び線状凸部４２が設けられていない流路の分岐部分４３ａが形成されている。流路の分岐部分４３ａは枠付きＭＥＡ１０を支持する構造が設けられていない、比較的大きな隙間となっている。
また、第１セパレータ１４の面１４ａにおいて、燃料ガス出口連通孔３４ｂと流路領域３８ｂとの間には、燃料ガス出口連通孔３４ｂから放射状に延びる複数の線状凸部４２を有する出口バッファ部４２ｂが設けられる。出口バッファ部４２ｂにおいても、線状凸部４２は一部の凸部３９の近傍に配置されている。出口バッファ部４２ｂの線状凸部４２の本数は、凸部３９の本数よりも少ないため、出口バッファ部４２ｂとの境界において一部の凸部３９は途切れて孤立している。凸部３９が途切れた部分よりも燃料ガス出口連通孔３４ｂ側には、凸部３９及び線状凸部４２が設けられていない流路の合流部分４３ｂが形成されている。流路の合流部分４３ｂは枠付きＭＥＡ１０を支持する構造が設けられていない、比較的大きな隙間となっている。
出口バッファ部４２ｂに形成される合流部分４３ｂは、図２に示すように、第１セパレータ１４において最も膨出したレイヤに属している。このため、合流部分４３ｂの反対側に形成される平坦面４３ｃは、隣接する他の燃料電池１２の第２セパレータ１６に形成される平坦面４５ｃと面接触する接合面となる。また、入口バッファ部４２ａに形成される分岐部分４３ａも同様に、反対側の平坦面４３ｃが隣接する他の第２セパレータ１６に形成される平坦面４５ｃとの接合面となる。
図４に示すように、第２セパレータ１６の面１６ａ（枠付きＭＥＡ１０と対向する面）には、酸化剤ガス流路３６を形成する凸部３７が複数設けられる。凸部３７は、カソード電極２２側に向かって膨出するとともにカソード電極２２に当接する。凸部３７は、平面視で波線状に形成され、矢印Ｂ方向に延在している。複数本の凸部３７の間に波状流路溝３６ａが形成される。凸部３７と波状流路溝３６ａは、流路幅方向（矢印Ｃ方向）に交互に配置される。凸部３７と波状流路溝３６ａとが形成された領域を流路領域３６ｂ（カソード側）と呼ぶ。流路領域３６ｂは、発電領域４１を覆うように配置されている。厚さ方向から見ると、アノード側の流路領域３８ｂとカソード側の流路領域３６ｂとは、同一の平面寸法を有し、互いに同じ位置で重なる。
第２セパレータ１６の面１６ａにおいて、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと流路領域３６ｂとの間には、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから放射状に延びる複数の線状凸部４４を有する入口バッファ部４４ａが設けられる。入口バッファ部４４ａにおいて、線状凸部４４の端部は凸部３７の近傍に配置されている。線状凸部４４の本数は凸部３７の本数よりも少ないため、一部の凸部３７の酸化剤ガス入口連通孔３０ａ側の端部は、入口バッファ部４４ａの境界部分で途切れて孤立している。凸部３７が途切れた部分よりも酸化剤ガス入口連通孔３０ａ側には、凸部３７及び線状凸部４４が設けられていない流路の分岐部分４５ａが形成されている。流路の分岐部分４５ａは枠付きＭＥＡ１０を支持する構造が設けられていない比較的大きな隙間となっている。
また、第２セパレータ１６の面１６ａにおいて、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂと流路領域３８ｂとの間には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂから放射状に延びる複数の線状凸部４４を有する出口バッファ部４４ｂが設けられる。出口バッファ部４４ｂにおいても、線状凸部４４は一部の凸部３７の近傍に配置されている。出口バッファ部４４ｂの線状凸部４４の本数は、凸部３７の本数よりも少ないため、出口バッファ部４４ｂとの境界において一部の凸部３７は途切れて孤立している。凸部３７が途切れた部分よりも酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ側には、凸部３７及び線状凸部４４が設けられていない流路の合流部分４５ｂが形成されている。流路の合流部分４５ｂは枠付きＭＥＡ１０を支持する構造が設けられていない、比較的大きな隙間となっている。
入口バッファ部４４ａに形成される分岐部分４５ａは、図２に示すように、第２セパレータ１６において枠付きＭＥＡ１０から最も離間したレイヤに属している。このため、分岐部分４５ａの反対側に形成される平坦面４５ｃは、隣接する他の燃料電池１２の第１セパレータ１４に形成される平坦面４３ｃとの接合面となる。出口バッファ部４４ｂに形成される合流部分４５ｂも同様である。
厚さ方向から見て、第１セパレータ１４の入口バッファ部４２ａと第２セパレータ１６の出口バッファ部４４ｂとが同じ位置で重なり、第１セパレータ１４の出口バッファ部４２ｂと第２セパレータ１６の入口バッファ部４４ａとが同じ位置で重なる。図３及び図４に示すように、バッファ部４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂに含まれる流路の合流部分４３ｂ、４５ｂ又は分岐部分４３ａ、４５ａを構成する隙間が枠付きＭＥＡ１０を厚さ方向に挟むように形成されている。
図２及び図３に示すように、アノード電極２０と枠部材２４とが重なる重複部分２４ｋは、流路領域３８ｂとバッファ部４２ａ、４２ｂとの境界よりも流路領域３８ｂ側に収まっており、バッファ部４２ａ、４２ｂ側に延在しない。
また、図２及び図４に示すように、カソード電極２２の外周端２２ｅは、流路領域３６ｂに配置されている。すなわち、カソード電極２２と枠部材２４とが重なる重複部分２４ｍは、流路領域３６ｂとバッファ部４４ａ、４４ｂとの境界より流路領域３６ｂ側に配置されている。重複部分２４ｍは、バッファ部４４ａ、４４ｂ側にまで延在せずに、流路領域３６ｂ内に収まるように配置されている。
図２に示すように、第１セパレータ１４の凸部３９の外周部には、アノード電極２０と、枠部材２４との重複部分２４ｋを受け入れるための段差部１５が設けられている。段差部１５よりも外周側では、凸部３９の突出高さが低く形成されている。また、第１セパレータ１４のバッファ部４２ａ、４２ｂに設けられる線状凸部４２にも段差部１５が設けられている。段差部１５よりも発電領域４１側（内側）では、線状凸部４２の突出高さが他の部分よりも低くなっており、枠部材２４とアノード電極２０との重複部分２４ｋを収容する凹部が構成されている。
第２セパレータ１６の線状凸部４４には、第１樹脂枠２４ａ、第２樹脂枠２４ｂ及びアノード電極２０の重複部分２４ｋを受け入れるべく、段差部１７が設けられている。図２の断面には表されていないが、図の紙面奥側に線状凸部４４は続いており、段差部１７よりも発電領域４１側（図の左側）では、線状凸部４４の突出高さが他の部分よりも低くなっており、枠部材２４の第２樹脂枠２４ｂを収容する凹部が構成されている。
図３に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａには、燃料ガスの外部への漏洩を防止するため、第１セパレータ１４の外周部を周回するビードシール４６が設けられる。また、ビードシール４６は、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ、冷却媒体入口連通孔３２ａ及び冷却媒体出口連通孔３２ｂの周囲を周回して設けられている。これらのビードシール４６は、プレス成形により、枠部材２４に向かって膨出して一体で凸状に形成されている。なお、ビードシール４６の頂部には、ゴム等の弾性体が固着されてもよい。また、ビードシール４６に代えて、枠部材２４に向けて突出する弾性体からなる凸状シールを設けてもよい。
図４に示すように、第２セパレータ１６の面１６ａには、酸化剤ガスの外部への漏れを防止するためのビードシール４６が設けられている。ビードシール４６は、第２セパレータ１６の外周部を周回する部分と、冷却媒体入口連通孔３２ａ、冷却媒体出口連通孔３２ｂ、燃料ガス入口連通孔３４ａ及び燃料ガス出口連通孔３４ｂのそれぞれを周回する部分とに設けられている。ビードシール４６は、プレス成形により枠部材２４に向けて膨出して一体で凸状に形成されている。ビードシール４６は複数本（例えば２本）設けられてもよい。
第１セパレータ１４のビードシール４６と第２セパレータ１６のビードシール４６とは、枠部材２４を介して対向する。枠部材２４の外周部は、第１セパレータ１４のビードシール４６と第２セパレータ１６のビードシール４６との間に挟持される。
このように構成される燃料電池１２を含む燃料電池スタックの動作について、以下に説明する。
図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａには、酸素含有ガス（例えば、空気）等の酸化剤ガスが供給される。燃料ガス入口連通孔３４ａには、水素含有ガス（例えば、水素と水蒸気の混合ガス）等の燃料ガスが供給される。冷却媒体入口連通孔３２ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１６の面１６ａ側に導入される。導入された酸化剤ガスは、入口バッファ部４４ａにより分配されて酸化剤ガス流路３６（流路領域３６ｂ）に導入される。
図５の比較例に示す燃料電池１２では、枠部材２４とカソード電極２２との重複部分２４ｍ及び、枠部材２４とアノード電極２０との重複部分２４ｋが、流路領域３６ｂ、３８ｂとバッファ部４２ｂ、４４ａとの境界よりもバッファ部４２ｂ、４４ａ側に延在している。そのため、流路領域３６ｂ、３８ｂの凸部３７、３９で圧迫されたアノード電極２０及びカソード電極２２が、合流部分４３ｂ及び分岐部分４５ａ側に膨出し、流路の一部を埋めてしまう。そのため、反応ガスの流路断面積が減少し、ガスの流動抵抗が増大してしまう。
これに対し、本実施形態では、図２に示すように、枠部材２４の内周部２４ｎとカソード電極２２の外周部２２ｃとの重複部分２４ｍは、入口バッファ部４４ａと流路領域３６ｂとの境界よりも流路領域３６ｂ側に収まるように配置されている。そのため、重複部分２４ｍが入口バッファ部４４ａに膨出して入口バッファ部４４ａを埋めるのを防ぐことができ、酸化剤ガスの圧力損失の増大を防止できる。
入口バッファ部４４ａを通過した酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路３６の波状流路溝３６ａに導入され、波状流路溝３６ａにより矢印Ｂ方向に電極面に沿って流通し、カソード電極２２に供給される。カソード電極２２で供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部４４ｂを介して酸化剤ガス出口連通孔３０ｂから矢印Ａ方向に排出される。
流路領域３６ｂと出口バッファ部４４ｂとの境界においても、枠部材２４の内周部２４ｎとカソード電極２２の外周部２２ｃとの重複部分２４ｍは、流路領域３６ｂに収まるように配置されている。そのため、そのため、重複部分２４ｍが出口バッファ部４４ｂに膨出して出口バッファ部４４ｂを埋めるのを防止でき、酸化剤ガスの圧力損失の増大を防止できる。このことにより、酸化剤ガスを供給するエアポンプ（不図示）の負荷の軽減につながる。
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３４ａから第１セパレータ１４の入口バッファ部４２ａに導入される。そして入口バッファ部４２ａで分配された燃料ガスが第１セパレータ１４の燃料ガス流路３８に導入される。本実施形態では、枠部材２４とアノード電極２０との重複部分２４ｋは、入口バッファ部４２ａ及び出口バッファ部４２ｂと流路領域３８ｂとの境界よりも流路領域３８ｂ側に収まっている。従って、重複部分２４ｋのアノード電極２０が分岐部分４３ａや合流部分４３ｂを埋めるのを防止できる。そのため、十分な量の燃料ガスを発電領域４１に供給できる。
燃料ガスは、入口バッファ部４２ａで分配された後、燃料ガス流路３８の波状流路溝３８ａにより、矢印Ｂ方向に、電極面に沿って流通する。そして、燃料ガスは、ＭＥＡ１０ａのアノード電極２０に供給される。アノード電極２０で消費された燃料ガスは、出口バッファ部４２ｂを通じて燃料ガス出口連通孔３４ｂから矢印Ａ方向に流出する。
ＭＥＡ１０ａの枠部材２４の内側の発電領域４１では、カソード電極２２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極２０に供給される燃料ガスとが、第２触媒層２２ａ及び第１触媒層２０ａ内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。
また、冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ１４と第２セパレータ１６との間の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、ＭＥＡ１０ａを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３２ｂから排出される。
以下、本実施形態の変形例について説明する。
（変形例１）
本実施形態の変形例１は、セパレータ１４、１６のバッファ部４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂにおいて異なる。すなわち、図６に示すように、本変形例では、第２セパレータ１６のバッファ部４４ｂ（出口側）は、複数のドット状凸部４４Ａを流路方向（矢印Ｂ方向）及び流路幅方向（矢印Ｃ方向）に一定の間隔で配置されている。ドット状凸部４４Ａは、第２セパレータ１６が枠付きＭＥＡ１０に向けて突出形成されており、平面視して孤立したドット状に形成されている。ドット状凸部４４Ａの頂部は、枠付きＭＥＡ１０に当接している。他のバッファ部４２ａ、４２ｂ、４４ａについても、図６のバッファ部４４ｂと同様に、ドット状凸部４４Ａを複数配置して構成される。
本実施形態の変形例１は、セパレータ１４、１６のバッファ部４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂにおいて異なる。すなわち、図６に示すように、本変形例では、第２セパレータ１６のバッファ部４４ｂ（出口側）は、複数のドット状凸部４４Ａを流路方向（矢印Ｂ方向）及び流路幅方向（矢印Ｃ方向）に一定の間隔で配置されている。ドット状凸部４４Ａは、第２セパレータ１６が枠付きＭＥＡ１０に向けて突出形成されており、平面視して孤立したドット状に形成されている。ドット状凸部４４Ａの頂部は、枠付きＭＥＡ１０に当接している。他のバッファ部４２ａ、４２ｂ、４４ａについても、図６のバッファ部４４ｂと同様に、ドット状凸部４４Ａを複数配置して構成される。
本変形例においても、流路領域３６ｂの凸部３７は、バッファ部４４ａ、４４ｂとの境界で途切れており、凸部３７のバッファ部４４ａ、４４ｂ側には流路の分岐又は合流部分を構成するべく、枠付きＭＥＡ１０を支持する凸部３７が設けられていない比較的大きな隙間が形成されている。流路の分岐又は合流部分の閉塞を防ぐためにカソード電極２２の外周部２２ｃと枠部材２４との重複部分２４ｍは、流路領域３６ｂ側に収まるように配置されている。これにより、本変形例によっても、図１～図４を参照しつつ説明した燃料電池１２と同様の効果が得られる。
（変形例２）
本実施形態の変形例２は、セパレータ１４、１６のバッファ部４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂにおいて異なる。すなわち、図７に示すように、本変形例では、第２セパレータ１６のバッファ部４４ｂ（出口側）は、放射状に延びる線状凸部４４Ｂにより構成される。一部の線状凸部４４Ｂは、その一端が屈曲部５２を介して流路領域３６ｂを構成する一部の凸部３７に連結されている。屈曲部５２は、流路領域３６ｂの境界に沿って配置されている。特に図示しないが、本変形例の他のバッファ部４２ａ、４２ｂ、４４ａも図６と同様に構成されている。
本実施形態の変形例２は、セパレータ１４、１６のバッファ部４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂにおいて異なる。すなわち、図７に示すように、本変形例では、第２セパレータ１６のバッファ部４４ｂ（出口側）は、放射状に延びる線状凸部４４Ｂにより構成される。一部の線状凸部４４Ｂは、その一端が屈曲部５２を介して流路領域３６ｂを構成する一部の凸部３７に連結されている。屈曲部５２は、流路領域３６ｂの境界に沿って配置されている。特に図示しないが、本変形例の他のバッファ部４２ａ、４２ｂ、４４ａも図６と同様に構成されている。
本変形例においても、流路領域３６ｂの凸部３７の数は線状凸部４４Ｂの数よりも多いため、一部の凸部３７がバッファ部４４ａ、４４ｂとの境界で途切れている。そのため、途切れて孤立した凸部３７のバッファ部４４ａ、４４ｂ側には流路の分岐部分４３ａ、４５ａ又は合流部分４３ｂ、４５ｂが形成される。これらの分岐部分４３ａ、４５ａ及び合流部分４３ｂ、４５ｂは、枠付きＭＥＡ１０を支持する凸部３７が設けられていない比較的大きな隙間を形成する。そこで、本変形例においても、流路の分岐部分４３ａ、４５ａ又は合流部分４３ｂ、４５ｂの閉塞を防ぐために、カソード電極２２の外周部２２ｃと枠部材２４との重複部分２４ｍは、流路領域３６ｂ側に収まるように配置されている。これにより、本変形例によっても、図１～図４を参照しつつ説明した燃料電池１２と同様の効果が得られる。
本実施形態の燃料電池１２は、以下の効果を奏する。
本実施形態の燃料電池１２は、電解質膜１８の両面に一対の電極（アノード電極２０、カソード電極２２）が設けられ、電解質膜１８の外周部に枠部材２４が接合された電解質膜・電極構造体１０と、電解質膜・電極構造体１０を挟持する一対のセパレータ（第１セパレータ１４、第２セパレータ１６）と、電解質膜・電極構造体１０の発電領域４１に隣接して設けられ、セパレータ１４、１６から電解質膜・電極構造体１０に向けて突出した複数の線状の凸部３７、３９と、凸部３７、３９の間に形成され、電解質膜・電極構造体１０の電極面に沿って反応ガスを流す複数の波状流路溝３６ａ、３８ａとを有する流路領域３６ｂ、３８ｂと、セパレータ１４、１６を厚さ方向に貫通し、反応ガスの供給又は排出を行う連通孔と、連通孔（酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ）と流路領域３８ｂとの間に設けられ、連通孔と流路領域３８ｂとの間で反応ガスを導くバッファ部４４ａ、４４ｂと、を備え、少なくとも一方の電極（カソード電極２２）の外周端２２ｅを流路領域３６ｂに配置し、一方の電極（カソード電極２２）の外周部２２ｃと枠部材２４の内周部２４ｎとの重複部分２４ｍをバッファ部４４ａ、４４ｂと流路領域３８ｂとの境界よりも流路領域３６ｂ側に収めた。
上記の構成によれば、重複部分２４ｍがバッファ部４４ａ、４４ｂに膨出して出口バッファ部４４ｂを埋めるのを防止でき、酸化剤ガスの圧力損失の増大を防止できる。すなわち、図５の比較例に示すように、重複部分２４ｍがバッファ部４４ａ、４２ａ側に延在している場合には、紙面奥側又は手前側で線状凸部４４に隣接する流路の分岐部分４３ａ、４５ａ（又は合流部分４３ｂ、４５ｂ）を構成する空隙において、重複部分２４ｍが厚さ方向に膨らむように膨出してしまい、流路の分岐部分４３ａ、４５ａ（又は合流部分４３ｂ、４５ｂ）を狭めてしまう。その結果、バッファ部４４ａの流路の分岐部分４３ａ、４５ａ（又は合流部分４３ｂ、４５ｂ）において酸化剤ガスが流通しにくくなり、反応ガス流動抵抗が増大し圧力損失が増えてしまう。
これに対し、図２～図４に示すように、本実施形態では、重複部分２４ｍを流路領域３６ｂに収めることで、バッファ部４４ａ、４４ｂの流路の合流部分４３ｂ、４５ｂや分岐部分４３ａ、４５ａへの重複部分２４ｍの重複を防いでいる。その結果、重複部分２４ｍによるバッファ部４４ａ、４４ｂの狭窄を防止できる。
上記の燃料電池１２において、電極は、電解質膜１８の第１面１８ａに設けられた第１電極（例えば、アノード電極２０）と、電解質膜１８の第２面１８ｂに設けられた第２電極（例えば、カソード電極２２）と、を有し、枠部材２４の内周部２４ｎは、電解質膜１８の第１面１８ａの外周部と第１電極の外周部との間に挟持され、かつ、第２電極の外周部と枠部材２４の内周部２４ｎとの重複部分２４ｍをバッファ部４４ａ、４４ｂと流路領域３６ｂ、３８ｂとの境界よりも流路領域３６ｂ、３８ｂ側に収めてもよい。この構成によれば、第２電極に側に供給される反応ガスについて、バッファ部４４ａ、４４ｂでの圧力損失を防止できる。
上記の燃料電池１２において、第１電極（アノード電極２０）の外周端２０ｅと、第２電極（カソード電極２２）の外周端２２ｅとが異なる位置に設けられてもよい。
上記の燃料電池１２において、第１電極の外周部と枠部材２４の内周部２４ｎとの重複部分２４ｋは、バッファ部４２ａ、４２ｂに延在してもよい。この構成によれば、第１電極について、レイアウト上の制約を減らすことができる。例えば、高圧タンクからアノードに供給される水素ガスのように、圧力損失が生じても影響が生じにくいアノード電極２０において、設計上の自由度が向上する。
上記の燃料電池１２において、第１電極に供給される第１反応ガスの供給圧力は、第２電極に供給される第２反応ガスの供給圧力よりも高くてもよい。この構成によれば、供給圧力が低く、圧力損失の影響を受けやすい第２反応ガスについてバッファ部４４ａ、４４ｂでの圧力損失を減らすことができる。
上記の燃料電池１２において、枠部材２４は電解質膜１８と接着剤で接合されてもよい。
上記の燃料電池１２において、第１電極（例えば、アノード電極２０）の外周部２０ｃと枠部材２４の内周部２４ｎとの重複部分２４ｋを、バッファ部４２ａ、４２ｂとの境界よりも流路領域３８ｂ側に収めてもよい。この構成によれば、第１電極側についても、バッファ部４２ａ、４２ｂにおける圧力損失を減らすことができる。
上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
１０…枠付きＭＥＡ １０ａ…電解質膜・電極構造体
１２…燃料電池 １４、１６…セパレータ
１８…電解質膜 ２４…枠部材
２４ｋ、２４ｍ…重複部分 ３６ｂ、３８ｂ…流路領域
３７、３９…凸部 ４１…発電領域
４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ…バッファ部
１２…燃料電池 １４、１６…セパレータ
１８…電解質膜 ２４…枠部材
２４ｋ、２４ｍ…重複部分 ３６ｂ、３８ｂ…流路領域
３７、３９…凸部 ４１…発電領域
４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ…バッファ部
Claims (7)
- 電解質膜の両面に一対の電極が設けられ、前記電解質膜の外周部に枠部材が接合された電解質膜・電極構造体と、
前記電解質膜・電極構造体を挟持する一対のセパレータと、
前記電解質膜・電極構造体の発電領域に隣接して設けられ、前記セパレータから前記電解質膜・電極構造体に向けて突出した複数の線状の凸部と、前記凸部の間に形成され、前記電解質膜・電極構造体の電極面に沿って反応ガスを流す複数の流路溝とを有する流路領域と、
前記セパレータを厚さ方向に貫通し、前記反応ガスの供給又は排出を行う連通孔と、
前記連通孔と前記流路領域との間に設けられ、前記連通孔と前記流路領域との間で前記反応ガスを導くバッファ部と、を備え、
少なくとも一方の前記電極の外周端を前記流路領域に配置し、前記一方の電極の外周部と前記枠部材の内周部との重複部分を前記バッファ部と前記流路領域との境界よりも前記流路領域側に収めた、燃料電池。 - 請求項１記載の燃料電池であって、前記電極は、前記電解質膜の第１面に設けられた第１電極と、前記電解質膜の第２面に設けられた第２電極と、を有し、
前記枠部材の内周部は、前記電解質膜の外周部と前記第１電極の外周部との間に挟持され、かつ、前記第２電極の外周部と前記枠部材の内周部との重複部分を前記バッファ部と前記流路領域との境界よりも前記流路領域側に収めた、燃料電池。 - 請求項２記載の燃料電池であって、前記第１電極の外周端と、前記第２電極の外周端とが異なる位置に設けられている、燃料電池。
- 請求項３記載の燃料電池であって、前記第１電極の外周部と前記枠部材の内周部との重複部分は、前記バッファ部に延在する、燃料電池。
- 請求項４記載の燃料電池であって、前記第１電極に供給される第１反応ガスの供給圧力は、前記第２電極に供給される第２反応ガスの供給圧力よりも高い、燃料電池。
- 請求項１～５のいずれか１項に記載の燃料電池であって、前記枠部材は前記電解質膜と接着剤で接合されている、燃料電池。
- 請求項２又は３記載の燃料電池であって、前記第１電極の外周部と前記枠部材の内周部との重複部分を、前記バッファ部との境界よりも前記流路領域側に収めた、燃料電池。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021047390A JP7212090B2 (ja) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | 燃料電池 |
| US17/674,080 US11777110B2 (en) | 2021-03-22 | 2022-02-17 | Fuel cell |
| CN202210183649.6A CN115117385B (zh) | 2021-03-22 | 2022-02-28 | 燃料电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021047390A JP7212090B2 (ja) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022146434A true JP2022146434A (ja) | 2022-10-05 |
| JP7212090B2 JP7212090B2 (ja) | 2023-01-24 |
Family
ID=83285102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021047390A Active JP7212090B2 (ja) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | 燃料電池 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11777110B2 (ja) |
| JP (1) | JP7212090B2 (ja) |
| CN (1) | CN115117385B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022151929A (ja) * | 2021-03-29 | 2022-10-12 | 本田技研工業株式会社 | 発電セル及び樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018209441A1 (de) * | 2018-06-13 | 2019-12-19 | Audi Ag | Brennstoffzellenplatte |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020119885A (ja) * | 2019-01-18 | 2020-08-06 | 本田技研工業株式会社 | 枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法、枠付き電解質膜・電極構造体及び燃料電池 |
| JP2020198266A (ja) * | 2019-06-05 | 2020-12-10 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池及び燃料電池スタック |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5178673B2 (ja) * | 2009-09-24 | 2013-04-10 | 本田技研工業株式会社 | 固体高分子型燃料電池 |
| JP5824575B2 (ja) | 2012-03-23 | 2015-11-25 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| JP5584731B2 (ja) * | 2012-05-25 | 2014-09-03 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| JP5918037B2 (ja) * | 2012-06-14 | 2016-05-18 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| JP6068218B2 (ja) | 2013-03-22 | 2017-01-25 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池の運転方法 |
| JP5591392B2 (ja) | 2013-10-28 | 2014-09-17 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池用電解質・電極構造体及び燃料電池 |
| JP6843730B2 (ja) | 2016-11-17 | 2021-03-17 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池及びその運転方法 |
| JP6496382B1 (ja) * | 2017-10-26 | 2019-04-03 | 本田技研工業株式会社 | 発電セル |
| JP6649938B2 (ja) * | 2017-12-26 | 2020-02-19 | 本田技研工業株式会社 | 発電セル |
| JP6649939B2 (ja) * | 2017-12-27 | 2020-02-19 | 本田技研工業株式会社 | 発電セル |
| JP6997630B2 (ja) * | 2018-01-10 | 2022-02-04 | 本田技研工業株式会社 | 発電セル |
| US20190273268A1 (en) | 2018-03-02 | 2019-09-05 | Honda Motor Co., Ltd. | Frame equipped membrane electrode assembly, method of producing the frame equipped membrane electrode assembly, and fuel cell |
| JP7022023B2 (ja) | 2018-07-20 | 2022-02-17 | 本田技研工業株式会社 | 発電セル |
-
2021
- 2021-03-22 JP JP2021047390A patent/JP7212090B2/ja active Active
-
2022
- 2022-02-17 US US17/674,080 patent/US11777110B2/en active Active
- 2022-02-28 CN CN202210183649.6A patent/CN115117385B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020119885A (ja) * | 2019-01-18 | 2020-08-06 | 本田技研工業株式会社 | 枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法、枠付き電解質膜・電極構造体及び燃料電池 |
| JP2020198266A (ja) * | 2019-06-05 | 2020-12-10 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池及び燃料電池スタック |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022151929A (ja) * | 2021-03-29 | 2022-10-12 | 本田技研工業株式会社 | 発電セル及び樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 |
| JP7183328B2 (ja) | 2021-03-29 | 2022-12-05 | 本田技研工業株式会社 | 発電セル及び樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 |
| US11735748B2 (en) | 2021-03-29 | 2023-08-22 | Honda Motor Co., Ltd. | Power generation cell and resin-framed membrane electrode assembly |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115117385B (zh) | 2023-09-01 |
| US20220302470A1 (en) | 2022-09-22 |
| JP7212090B2 (ja) | 2023-01-24 |
| US11777110B2 (en) | 2023-10-03 |
| CN115117385A (zh) | 2022-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109713344B (zh) | 发电单电池 | |
| JP4067371B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2018125258A (ja) | 燃料電池用金属セパレータ及び発電セル | |
| CN109980240B (zh) | 发电单电池 | |
| JP2015076286A (ja) | 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 | |
| CN109962257B (zh) | 发电单电池 | |
| CN115117385B (zh) | 燃料电池 | |
| CN110021762B (zh) | 发电单电池 | |
| JP5178673B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| JP6053649B2 (ja) | 燃料電池 | |
| CN109950571B (zh) | 燃料电池 | |
| JP4473519B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2021086649A (ja) | 燃料電池用セパレータ及び発電セル | |
| JP2017147101A (ja) | 燃料電池 | |
| US11735748B2 (en) | Power generation cell and resin-framed membrane electrode assembly | |
| JP7034212B2 (ja) | 枠付き電解質膜・電極構造体及び燃料電池 | |
| JP2021002515A (ja) | 燃料電池スタック | |
| JP6208650B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP7480216B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ及び発電セル | |
| JP6621605B2 (ja) | 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 | |
| JP7083867B2 (ja) | 金属セパレータ及び燃料電池スタック | |
| JP6174524B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2022128044A (ja) | 発電セル | |
| JP2017050206A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2023149965A (ja) | 燃料電池用セパレータ及び発電セル |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211129 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230110 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230112 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7212090 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |