JP4360118B2 - Fuel cell - Google Patents

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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、移動通信装置、家庭用発電システムなどの発電装置として使用される燃料電池セル、特に高分子電解質を用いた燃料電池セルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
高分子電解質型燃料電池セルは、図17に示すように、高分子電解質膜71をアノード72とカソード73で両側から挟み込んだ構造をしており、アノード72は、ガス拡散層74と触媒層76からなり、カソード73は、ガス拡散層75と触媒層77からなっている。アノード72側では、ガス拡散層74を通して供給された水素ガスから触媒層76により水素イオン(プロトン)と電子とが生成され、この水素イオンは高分子電解質膜71中をカソード73側に移動する。カソード73側では、ガス拡散層75を通して供給される酸素ガスおよび外部回路を経てカソード73に供給される電子とが反応して水が生成される。このときのアノード72側での反応およびカソード73側での反応は、次の通りである。
アノード72側 H2 → 2H+ + 2e-
カソード73側 (1/2)O2 + 2H+ + 2e- → H2
【0003】
上記の水素イオン源として、水素ガスを直接供給する方式と、メタノールなどのアルコール類やその他の液体水素化合物を用い、これらと水とを反応させる方式が知られており、メタノールをアノード72に供給する燃料電池は、ダイレクトメタノール燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)と呼ばれ、小型化および密封化が可能であることから、携帯端末などへの用途が期待されている。
【0004】
高分子電解質膜71としては、パーフルオロスルホン酸系ポリマーなどのイオン導電性樹脂からなるもの、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜にイオン導電性樹脂を含浸させたものなどが知られている。高分子電解質膜71の両面に白金などの貴金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒層76、77が密着して配置され、触媒層76の外側にガス透過性と導電性を兼ね備えたガス拡散層74、75が密着して配置される。高分子電解質膜71と触媒層76、77とを機械的に一体化したもの、または、高分子電解質膜71と触媒層76、77とガス拡散層74、75を機械的に一体化したものがMEA(Membrane − Electrode Assembly)と呼ばれ、燃料電池の一部品として使用されるようになってきている。
【0005】
従来から提案されている燃料電池セルは、図18の側断面図および図19の外観図に示すように、MEA(高分子電解質膜の両側に触媒層を形成したもの)81の両側にガス拡散層82、83を設け、これらをセパレータ(筐体)84、85で挟み込んだ構造をしている。なお、86は、カソード側ガス流路、87は、アノード側ガス流路、88は、カソードガス(水素 )導入管、89は、アノードガス(酸素または空気)導入管、90は、生成水排出管である。
【0006】
このような、構成の燃料電池セルにおいて、燃料となる水素のようなガスあるいはメタノールのような液体は、導入管の途中に設けられたバブルの開閉により供給および遮断の切り換えが行われている(例えば、特許文献1)。
【0007】
【特許文献1】
特開平08−078037号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の燃料電池セルにおいて、燃料となる水素のようなガスあるいはメタノールのような液体は、導入管の途中に設けられたバルブの開閉により供給および遮断の切り換えが行われている。しかしながら、この方法であると、バルブと高分子電解質膜表面との間の空間の容量が大きく、ここで燃料ガスや液体のロスが発生して効率が低下し、また、燃料電池セルのオン、オフ動作の時間的遅延が発生したりするなどの問題がある。さらに、DMFCは携帯端末の発電機としての用途が期待されているものであるが、バルブと高分子電解質膜表面との間に滞留したメタノールが、高分子電解質膜を拡散し、酸素極(カソード)側に抜けて直接空気中の酸素と反応して異常発熱の原因となることが認められている。さらにまた、携帯端末への用途としては小型化が求められ、バルブを取り付ける空間を確保しにくいとう問題がある。
【0009】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料ガスまたは液体の供給と遮断の切り換え時におけるロスの発生を抑止でき、また、燃料電池のオン、オフ動作の時間的遅延の発生を抑止できる燃料電池セルを提供することにある。さらに、本発明の他の目的とするとことは、メタノールと酸素の反応による異常発熱を防止でき、しかも、小型化が可能な燃料電池セルを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜を挟んで配される触媒層と、前記触媒層の外側に配されるガス拡散層と、前記ガス拡散層の外側に配されるセパレータとを備え、かつ、前記セパレータには、前記高分子電解質膜側に複数の溝からなるガス流路が設けられる燃料電池であって、前記セパレータの前記ガス拡散層側には、前記ガス流路の溝と対になった孔を複数有する面状遮断装置が前記固体高分子電解質膜に略平行となるように設けられており、前記面状遮断装置を前記ガス拡散層に沿う方向に移動することにより、前記ガス拡散層との間を遮断できるようにしたことを特徴とする燃料電池セルを提供する。
【0011】
本発明の燃料電池セルによれば、アノード面またはカソード面に近接して燃料または酸素を含んだガス又は液体の供給を遮断する面状遮断装置が設けられているため、燃料が滞留する空間の容量を極めて小さくすることができ、燃料ロスの発生を抑止でき、また、燃料電池のオン、オフ動作の時間的遅延の発生を抑止できるようになる。そして、カソード側に面状遮断装置を設けた場合は、メタノールが、高分子電解質膜を拡散してカソード側に抜けて直接空気中の酸素と反応することが防止され、異常発熱の要因が除去されるようになる。さらに、バルブを取り付ける空間を必要としなくなるので、燃料電池の小型化をはかることができるようになる。なお、本発明の目的達成のためには、アノード面に近接する位置とカソード面に近接する位置の双方に面状遮断装置を設けることも可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の燃料電池セルの一実施の形態の側断面説明図であり、高分子電解質膜の両側に触媒層を密着させたMEA1の一方面にアノードガス拡散層2が、他方面にカソードガス拡散層3が設けられ、これらガス拡散層2および3は、外側からセパレータ(筺体)4および5で挟み込まれ、ガス流路6から水素ガスが、ガス流路7から酸素ガスが導入される構成となっている。水素ガスを送り込むガス流路6を有するセパレータ4とアノードガス拡散層2との間には、ガス流路11を有するスペーサ10が設けられ、セパレータ4とスペーサ10との間にシャッター(面状遮断装置)8が設けられている。シャッター8には孔9が形成されており、この孔9を介してガス流路6と11が連通するようになっている。図1は、燃料電池セルが動作中の状態を示したものであり、ガス導入管(図示せず)から導入された水素ガスは、ガス流路6、孔9およびガス流路11を通ってMEA1に供給され反応が進行する。なお、図1において、12は気密性を保持するためのガスケットである。
【0013】
燃料電池セルの動作を停止させるときは、シャッター8を図1の矢印方向に移動させると、孔9は、図2に示すように、セパレータ4およびスペーサ10の間に挟まれた状態になり、水素ガスの供給がシャッター8により遮断される。図2から明らかなように、MEA1とシャッター8との間に存在する空間は極めて小さいため、この空間に滞留する水素ガスの量を最小限に抑えることができ、燃料効率を向上でき、また、オン、オフ動作の時間的遅延を小さくすることができる。さらに、本実施の形態においては、アノードガス拡散層2とシャッター8との間にスペーサ10が介在されるため、シャッター8の開閉に伴うアノードガス拡散層2の摩耗を防止することができる。
【0014】
図3は、本発明の燃料電池セルの他の実施の形態を示したものであり、図1の実施の形態と異なる点は、スペーサ10を設けることなく、アノードガス拡散層2とセパレータ4の間にシャッター8を配置したものである。MEA1とシャッター8との間には殆ど空間が存在しなくなり、更に効果的に水素ガスの影響を抑止することができる。
【0015】
図4は、本発明の燃料電池セルのさらに他の実施の形態を示したものであり、カソードガス拡散層3とセパレータ5の間にシャッター8を配置したものである。図示されているのは、燃料電池が動作中の状態であり、酸素ガスは、孔9を通してカソードガス拡散層3に供給されるようになっている。燃料電池セルの動作を停止させるときは、シャッター8を図4の矢印方向に移動させ、孔9をセパレータ5で塞ぐことにより酸素の供給が遮断されるようになる。この場合、シャッター8によってガス流路6等に滞留した水素ガスまたはメタノールがアノード側から外部に抜けるのが遮断されるので、酸素ガスとの反応が抑止され、異常発熱が防止される。
【0016】
図5および図6は、本発明の燃料電池セルの参考例を示したものである。本参考例の形態は、セパレータ4を面状遮断装置として使用して水素ガスの供給を遮断できるようにしたものである。図5は、燃料電池セルが動作中の状態であり、セパレータ4に形成されたガス流路6およびスペーサ10に形成されたガス流路11を介して水素ガスがアノードガス拡散層2側に供給されるようになっている。セパレータ4を図中の矢印方向に移動させて、図6に示すような状態にすると、水素ガスの供給が遮断され、燃料電池セルは停止状態となる。このように、セパレータ4に面状遮断装置としての役目を兼備させることにより、より薄型の燃料電池セルを実現できるようになる。
【0017】
図7および図8は、本発明の燃料電池セルの参考例を示したものであり、図8は、図7のA−A′線での断面図である。本参考例の形態は、平板型集積燃料電池セルの例であり、オープン極側に蓋12が設けられており、この蓋12を閉めることで燃料または酸素を含んだガスの供給が遮断され、燃料電池の運転を停止させることができる。図において、13は燃料電池セルであり、本参考例の形態においては、9個の燃料電池セル13が一平面上に配置されており、これらは、電気的には直列に接続されている。また、1は、MEA、2および3はそれぞれガス拡散層、14は筺体、15は燃料流路、16は燃料タンクである。
【0018】
図9および図10は、本発明の燃料電池セルの参考例を示したものであり、図10は、図9のB−B′線での断面図である。本参考例の形態も図7および図8の参考例と同様に平板型集積燃料電池セルの例であり、集積ガス極側にシャッター17が設けられており、このシャッター17を閉めることで燃料または酸素を含んだガスの供給が遮断され、燃料電池の運転を停止させることができる。図において、13は燃料電池セル、1は、MEA、2および3はそれぞれガス拡散層、18は筺体、15は燃料流路、16は燃料タンクである。
【0019】
図11および図12は、本発明の燃料電池セルの参考例を示したものであり、図12は、図11のC−C′線での断面図である。本参考例の形態は、円筒型燃料電池セルの例であり、セパレータ19の外周にはMEA1、ガス拡散層2および3からなる積層体が円筒形状に巻回され、周囲にワイヤ17が、また、両端にはフランジ18が設けられている。そして、セパレータ19の内周にはシャッター20が設けられており、このシャッター20を回転させることで燃料流路21から燃料または酸素を含んだガスが供給され、また、供給が遮断されるようになっている。セパレータ19は、図13に示すように、複数の縦溝22を有し、この縦溝22に孔23が複数形成されている。シャッター20は、図14に示すように、孔24を複数有しており、孔23と孔24の位置を一致させると、燃料または酸素を含んだガスが供給されて電池は運転状態となり、孔23と孔24の位置をずらすことにより、燃料または酸素を含んだガスの供給が遮断され、電池の運転が停止する。図15は、セパレータの他の参考例形態を示したもので、このセパレータ25は、複数の横溝26を有しており、横溝26に孔27が複数設けられている。
【0020】
図16は、本発明の燃料電池セルのさらに他の参考例を示したものである。本参考形態は、図1ないし図4の実施の形態で説明したような構成の燃料電池セル28を多層に積層し、各燃料電池セル28に設けられたシャッター29を連結板30で連結して構成したものである。このような構成により、燃料電池セル28に対する燃料または酸素を含んだガスの供給を同時に遮断し、電池の運転を停止することができる。図において、31は燃料ガス導入管、32は燃料ガス排出管、33は空気導入管、34は空気排出管である。
【0021】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明の燃料電池セルは、アノード面またはカソード面に近接して燃料または酸素を含んだガスの供給を遮断する面状遮断装置が設けられているため、燃料が滞留する空間の容量を極めて小さくすることができ、燃料ロスの発生を抑止でき、また、燃料電池のオン、オフ動作の時間的遅延の発生を抑止できるようになる。そして、カソード側に面状遮断装置を設けた場合は、メタノールが、高分子電解質膜を拡散してカソード側に抜けて直接空気中の酸素と反応することが防止され、異常発熱の要因が除去されるようになる。さらに、本発明の燃料電池セルはバルブを取り付ける空間を必要としなくなるので、燃料電池セルの小型化をはかることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の燃料電池セルの一実施の形態の説明図(動作中の状態)。
【図2】 本発明の燃料電池セルの一実施の形態の説明図(動作停止の状態)。
【図3】 本発明の燃料電池セルの他の実施の形態の説明図。
【図4】 本発明の燃料電池セルの他の実施の形態の説明図。
【図5】 本発明の燃料電池セルの参考例の説明図(動作中の状態)。
【図6】 本発明の燃料電池セルの参考例の説明図(動作停止の状態)。
【図7】 本発明の燃料電池セルの参考例の説明図(平板型集積燃料電池セルの実施の形態)。
【図8】 図7のA−A′線断面説明図。
【図9】 本発明の燃料電池セルの参考例の説明図(平板型集積燃料電池セルの実施の形態)。
【図10】 図9のB−B′線断面説明図。
【図11】 本発明の燃料電池セルの参考例の説明図(円筒型燃料電池セルの実施の形態)。
【図12】 図11のC−C′線断面説明図。
【図13】 セパレータの一参考例の斜視説明図。
【図14】 シャッターの一参考例の斜視説明図。
【図15】 セパレータの参考例の斜視説明図。
【図16】 燃料電池セルを多層に積層した参考例の説明図。
【図17】 燃料電池セルの原理説明図。
【図18】 従来の燃料電池セルの断面説明図。
【図19】 従来の燃料電池セルの外観説明図。
【符号の説明】
1:MEA
2、3:ガス拡散層
4、5:セパレータ
6、7:ガス流路
8:シャッター
9:孔
10:スペーサ
11:ガス流路
12:ガスケット
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel battery cell used as a power generator for automobiles, mobile communication devices, household power generation systems, and the like, and more particularly to a fuel battery cell using a polymer electrolyte.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 17, the polymer electrolyte fuel cell has a structure in which a polymer electrolyte membrane 71 is sandwiched from both sides by an anode 72 and a cathode 73. The anode 72 includes a gas diffusion layer 74 and a catalyst layer 76. The cathode 73 is composed of a gas diffusion layer 75 and a catalyst layer 77. On the anode 72 side, hydrogen ions (protons) and electrons are generated from the hydrogen gas supplied through the gas diffusion layer 74 by the catalyst layer 76, and the hydrogen ions move in the polymer electrolyte membrane 71 to the cathode 73 side. On the cathode 73 side, oxygen gas supplied through the gas diffusion layer 75 and electrons supplied to the cathode 73 through an external circuit react to generate water. At this time, the reaction on the anode 72 side and the reaction on the cathode 73 side are as follows.
Anode 72 side H 2 → 2H + + 2e
Cathode 73 side (1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O
[0003]
As the hydrogen ion source, there are known a method in which hydrogen gas is directly supplied and a method in which alcohols such as methanol and other liquid hydrogen compounds are reacted with water, and methanol is supplied to the anode 72. The fuel cell to be used is called a direct methanol fuel cell (DMFC) and can be miniaturized and sealed, so that it is expected to be used for portable terminals.
[0004]
Known polymer electrolyte membranes 71 include those made of an ion conductive resin such as a perfluorosulfonic acid polymer, and those obtained by impregnating an expanded porous polytetrafluoroethylene membrane with an ion conductive resin. Catalyst layers 76 and 77 mainly composed of carbon powder carrying a noble metal catalyst such as platinum are disposed in close contact with both surfaces of the polymer electrolyte membrane 71, and both the gas permeability and the conductivity are provided outside the catalyst layer 76. The gas diffusion layers 74 and 75 are disposed in close contact with each other. The polymer electrolyte membrane 71 and the catalyst layers 76 and 77 are mechanically integrated, or the polymer electrolyte membrane 71, the catalyst layers 76 and 77, and the gas diffusion layers 74 and 75 are mechanically integrated. It is called MEA (Membrane-Electrode Assembly) and has come to be used as a component of fuel cells.
[0005]
As shown in the side sectional view of FIG. 18 and the external view of FIG. 19, the conventionally proposed fuel cell has gas diffusion on both sides of the MEA (a catalyst layer formed on both sides of the polymer electrolyte membrane) 81. Layers 82 and 83 are provided, and these are sandwiched between separators (housings) 84 and 85. 86 is a cathode side gas flow path, 87 is an anode side gas flow path, 88 is a cathode gas (hydrogen) introduction pipe, 89 is an anode gas (oxygen or air) introduction pipe, and 90 is a generated water discharge. It is a tube.
[0006]
In the fuel cell having such a configuration, a gas such as hydrogen or a liquid such as methanol serving as fuel is switched between supply and cutoff by opening / closing a bubble provided in the middle of the introduction pipe ( For example, Patent Document 1).
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 08-0778037
[Problems to be solved by the invention]
In the fuel cell having such a configuration, a gas such as hydrogen or a liquid such as methanol used as fuel is switched between supply and cutoff by opening and closing a valve provided in the middle of the introduction pipe. However, with this method, the capacity of the space between the valve and the polymer electrolyte membrane surface is large, where fuel gas or liquid loss occurs and the efficiency decreases, and the fuel cell is turned on, There is a problem such as a time delay of the off operation. In addition, DMFC is expected to be used as a power generator for portable terminals, but methanol that has accumulated between the valve and the surface of the polymer electrolyte membrane diffuses through the polymer electrolyte membrane and becomes an oxygen electrode (cathode). ) And reacts directly with oxygen in the air, causing abnormal heat generation. Furthermore, there is a problem in that it is difficult to secure a space for mounting a valve, because miniaturization is required for use in a portable terminal.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to suppress the occurrence of loss when switching between supply and shutoff of fuel gas or liquid, and a fuel cell. An object of the present invention is to provide a fuel cell that can suppress the occurrence of a time delay in the on / off operation of the battery. Furthermore, another object of the present invention is to provide a fuel cell that can prevent abnormal heat generation due to the reaction between methanol and oxygen and can be miniaturized.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a solid polymer electrolyte membrane, a catalyst layer disposed across the solid polymer electrolyte membrane, a gas diffusion layer disposed outside the catalyst layer, and the gas A separator disposed on the outside of the diffusion layer, and the separator is provided with a gas flow path including a plurality of grooves on the polymer electrolyte membrane side, the gas diffusion of the separator On the layer side, a planar blocking device having a plurality of holes paired with the grooves of the gas flow path is provided so as to be substantially parallel to the solid polymer electrolyte membrane. Provided is a fuel cell characterized in that it can be disconnected from the gas diffusion layer by moving in a direction along the gas diffusion layer .
[0011]
According to the fuel battery cell of the present invention, since the planar shut-off device that shuts off the supply of gas or liquid containing fuel or oxygen is provided in the vicinity of the anode surface or the cathode surface, the space where the fuel stays is provided. The capacity can be made extremely small, the occurrence of fuel loss can be suppressed, and the occurrence of a time delay in the on / off operation of the fuel cell can be suppressed. And, when a planar blocking device is provided on the cathode side, it is prevented that methanol diffuses through the polymer electrolyte membrane and escapes to the cathode side and directly reacts with oxygen in the air, eliminating the cause of abnormal heat generation. Will come to be. Further, since a space for mounting the valve is not required, the fuel cell can be reduced in size. In order to achieve the object of the present invention, it is also possible to provide a planar blocking device at both a position close to the anode surface and a position close to the cathode surface.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an explanatory side sectional view of an embodiment of a fuel cell according to the present invention. An anode gas diffusion layer 2 is provided on one side of an MEA 1 having a catalyst layer adhered to both sides of a polymer electrolyte membrane, and the other side. Is provided with a cathode gas diffusion layer 3, and these gas diffusion layers 2 and 3 are sandwiched by separators (housings) 4 and 5 from the outside. Hydrogen gas is introduced from the gas passage 6 and oxygen gas is introduced from the gas passage 7. It becomes the composition which is done. A spacer 10 having a gas flow path 11 is provided between the separator 4 having a gas flow path 6 for feeding hydrogen gas and the anode gas diffusion layer 2, and a shutter (planar blocking) is provided between the separator 4 and the spacer 10. Device) 8 is provided. A hole 9 is formed in the shutter 8, and the gas flow paths 6 and 11 communicate with each other through the hole 9. FIG. 1 shows a state in which a fuel cell is in operation. Hydrogen gas introduced from a gas introduction pipe (not shown) passes through a gas flow path 6, a hole 9 and a gas flow path 11. The reaction proceeds to MEA1 and proceeds. In FIG. 1, 12 is a gasket for maintaining airtightness.
[0013]
When stopping the operation of the fuel cell, if the shutter 8 is moved in the direction of the arrow in FIG. 1, the hole 9 is sandwiched between the separator 4 and the spacer 10 as shown in FIG. The supply of hydrogen gas is interrupted by the shutter 8. As is apparent from FIG. 2, the space existing between the MEA 1 and the shutter 8 is extremely small, so that the amount of hydrogen gas remaining in this space can be minimized, fuel efficiency can be improved, and The time delay of the on / off operation can be reduced. Furthermore, in the present embodiment, since the spacer 10 is interposed between the anode gas diffusion layer 2 and the shutter 8, wear of the anode gas diffusion layer 2 due to opening / closing of the shutter 8 can be prevented.
[0014]
FIG. 3 shows another embodiment of the fuel battery cell of the present invention. The difference from the embodiment of FIG. 1 is that the anode gas diffusion layer 2 and the separator 4 are not provided without the spacer 10. A shutter 8 is disposed between them. Almost no space exists between the MEA 1 and the shutter 8, and the influence of hydrogen gas can be more effectively suppressed.
[0015]
FIG. 4 shows still another embodiment of the fuel cell according to the present invention, in which a shutter 8 is disposed between the cathode gas diffusion layer 3 and the separator 5. Shown is a state in which the fuel cell is in operation, and oxygen gas is supplied to the cathode gas diffusion layer 3 through the holes 9. When stopping the operation of the fuel cell, the supply of oxygen is blocked by moving the shutter 8 in the direction of the arrow in FIG. 4 and closing the hole 9 with the separator 5. In this case, since the hydrogen gas or methanol staying in the gas flow path 6 and the like is blocked by the shutter 8 from the anode side, the reaction with the oxygen gas is suppressed and abnormal heat generation is prevented.
[0016]
5 and 6 show a reference example of the fuel battery cell of the present invention. The form of this reference example uses the separator 4 as a planar interrupting device so that the supply of hydrogen gas can be interrupted. FIG. 5 shows a state where the fuel cell is in operation, and hydrogen gas is supplied to the anode gas diffusion layer 2 side through the gas flow path 6 formed in the separator 4 and the gas flow path 11 formed in the spacer 10. It has come to be. When the separator 4 is moved in the direction of the arrow in the figure to a state as shown in FIG. 6, the supply of hydrogen gas is cut off and the fuel cell is stopped. In this manner, by making the separator 4 also serve as a planar blocking device, a thinner fuel cell can be realized.
[0017]
7 and 8 show a reference example of the fuel cell of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. The form of the present reference example is an example of a flat plate type integrated fuel battery cell, and a lid 12 is provided on the open electrode side. By closing the lid 12, the supply of gas containing fuel or oxygen is shut off, The operation of the fuel cell can be stopped. In the figure, reference numeral 13 denotes a fuel cell, and in the form of this reference example , nine fuel cells 13 are arranged on one plane, and these are electrically connected in series. Further, 1 is an MEA, 2 and 3 are gas diffusion layers, 14 is a housing, 15 is a fuel flow path, and 16 is a fuel tank.
[0018]
9 and 10 show a reference example of the fuel battery cell of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. The form of this reference example is also an example of a flat plate type integrated fuel battery cell like the reference examples of FIG. 7 and FIG. 8, and a shutter 17 is provided on the integrated gas electrode side. The supply of the gas containing oxygen is shut off, and the operation of the fuel cell can be stopped. In the figure, 13 is a fuel cell, 1 is MEA, 2 and 3 are gas diffusion layers, 18 is a housing, 15 is a fuel flow path, and 16 is a fuel tank.
[0019]
11 and 12 show a reference example of the fuel cell of the present invention, and FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. The form of this reference example is an example of a cylindrical fuel cell, and a laminate composed of MEA 1 and gas diffusion layers 2 and 3 is wound around the outer periphery of the separator 19 in a cylindrical shape, and a wire 17 is provided around the periphery. The flange 18 is provided at both ends. A shutter 20 is provided on the inner periphery of the separator 19. By rotating the shutter 20, a gas containing fuel or oxygen is supplied from the fuel flow path 21, and the supply is shut off. It has become. As shown in FIG. 13, the separator 19 has a plurality of vertical grooves 22, and a plurality of holes 23 are formed in the vertical grooves 22. As shown in FIG. 14, the shutter 20 has a plurality of holes 24. When the positions of the holes 23 and 24 coincide with each other, a gas containing fuel or oxygen is supplied, and the battery enters an operating state. By shifting the positions of the holes 23 and the holes 24, the supply of the gas containing fuel or oxygen is cut off, and the operation of the battery is stopped. FIG. 15 shows another reference example embodiment of the separator, the separator 25 has a plurality of transverse grooves 26, and hole 27 is provided with a plurality of the transverse grooves 26.
[0020]
FIG. 16 shows still another reference example of the fuel battery cell of the present invention. In this reference embodiment, the fuel cells 28 having the structure described in the embodiment of FIGS. 1 to 4 are stacked in multiple layers, and the shutters 29 provided in each fuel cell 28 are connected by a connecting plate 30. It is composed. With such a configuration, the supply of the fuel or oxygen-containing gas to the fuel cell 28 can be shut off at the same time, and the operation of the battery can be stopped. In the figure, 31 is a fuel gas introduction pipe, 32 is a fuel gas discharge pipe, 33 is an air introduction pipe, and 34 is an air discharge pipe.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, the fuel battery cell of the present invention is provided with the planar shut-off device that shuts off the supply of fuel or oxygen-containing gas in the vicinity of the anode surface or the cathode surface, so that the fuel stays. The capacity of the space can be made extremely small, the occurrence of fuel loss can be suppressed, and the occurrence of a time delay in the on / off operation of the fuel cell can be suppressed. And, when a planar blocking device is provided on the cathode side, it is prevented that methanol diffuses through the polymer electrolyte membrane and escapes to the cathode side and directly reacts with oxygen in the air, eliminating the cause of abnormal heat generation. Will come to be. Furthermore, since the fuel battery cell of the present invention does not require a space for mounting a valve, the fuel battery cell can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a fuel battery cell of the present invention (in operation state).
FIG. 2 is an explanatory diagram of an embodiment of a fuel cell of the present invention (state of operation stop).
FIG. 3 is an explanatory diagram of another embodiment of the fuel battery cell of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of another embodiment of the fuel cell according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a reference example of a fuel battery cell according to the present invention (state during operation).
FIG. 6 is an explanatory diagram of a reference example of a fuel battery cell according to the present invention (operation stopped state).
FIG. 7 is an explanatory diagram of a reference example of a fuel cell of the present invention (embodiment of a flat plate type integrated fuel cell).
FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view taken along the line AA ′ of FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a reference example of a fuel cell of the present invention (embodiment of a flat plate type integrated fuel cell).
10 is a cross-sectional explanatory view taken along the line BB ′ of FIG. 9;
FIG. 11 is an explanatory diagram of a reference example of a fuel cell according to the present invention (embodiment of a cylindrical fuel cell).
12 is a cross-sectional explanatory view taken along the line CC ′ in FIG. 11;
FIG. 13 is a perspective explanatory view of a reference example of a separator.
FIG. 14 is an explanatory perspective view of a reference example of a shutter.
FIG. 15 is a perspective explanatory view of a reference example of a separator.
FIG. 16 is an explanatory diagram of a reference example in which fuel cells are stacked in multiple layers.
FIG. 17 is a diagram illustrating the principle of a fuel cell.
FIG. 18 is a cross-sectional explanatory view of a conventional fuel cell.
FIG. 19 is an external explanatory view of a conventional fuel cell.
[Explanation of symbols]
1: MEA
2, 3: Gas diffusion layer 4, 5: Separator 6, 7: Gas flow path 8: Shutter 9: Hole 10: Spacer 11: Gas flow path 12: Gasket

Claims (3)

固体高分子電解質膜と、A solid polymer electrolyte membrane;
前記固体高分子電解質膜を挟んで配される触媒層と、A catalyst layer disposed across the solid polymer electrolyte membrane;
前記触媒層の外側に配されるガス拡散層と、A gas diffusion layer disposed outside the catalyst layer;
前記ガス拡散層の外側に配されるセパレータとを備え、A separator disposed outside the gas diffusion layer,
かつ、前記セパレータには、前記高分子電解質膜側に複数の溝からなるガス流路が設けられる燃料電池であって、The separator is a fuel cell in which a gas flow path including a plurality of grooves is provided on the polymer electrolyte membrane side,
前記セパレータの前記ガス拡散層側には、前記ガス流路の溝と対になった孔を複数有する面状遮断装置が前記固体高分子電解質膜に略平行となるように設けられており、前記面状遮断装置を前記ガス拡散層に沿う方向に移動することにより、前記ガス拡散層との間を遮断できるようにしたことを特徴とする燃料電池セル。On the gas diffusion layer side of the separator, a planar blocking device having a plurality of holes paired with the grooves of the gas flow path is provided so as to be substantially parallel to the solid polymer electrolyte membrane, A fuel battery cell characterized in that a gas barrier layer can be blocked by moving a planar blocking device in a direction along the gas diffusion layer.
前記ガス拡散層と前記面状遮断装置との間に、前記ガス流路の溝と対になった孔を複数有するスペーサを設けることを特徴とする請求項1記載の燃料電池セル。2. The fuel cell according to claim 1, wherein a spacer having a plurality of holes paired with a groove of the gas flow path is provided between the gas diffusion layer and the planar blocking device. 前記面状遮断装置は、前記複数の孔がそれぞれ対になったガス流路の溝から隣接するガス流路の溝までは移動できないよう前記セパレータに前記面状遮断装置を係止させるストッパーを有することを特徴とする請求項1記載の燃料電池セル。The planar shut-off device has a stopper for locking the planar shut-off device to the separator so that the planar shut-off device cannot move from a gas channel groove in which the plurality of holes are paired to an adjacent gas channel groove. The fuel cell according to claim 1.
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