JP5076436B2

JP5076436B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP5076436B2
Application number: JP2006275950A
Authority: JP
Inventors: 雅樹安藤; 好博井漕; 茂樹長谷川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2026-10-10
Also published as: JP2008097892A

Description

この発明は、燃料電池に係り、特に燃料電池の構造に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a structure of a fuel cell.

従来、特開２００３−２４９２４３号公報に開示されているように、発電に伴う生成水などの燃料電池内部の水を利用して、電解質膜の加湿を行う燃料電池が知られている。上記従来の燃料電池は、その内部に電解質膜を有している。電解質膜の一方の面側には、水素が流通するアノードガス流路が形成されたセパレータが設けられ、他方の面側には、空気が流通するカソードガス流路が形成されたセパレータが設けられる。 Conventionally, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-249243, there is known a fuel cell that humidifies an electrolyte membrane using water inside the fuel cell such as generated water accompanying power generation. The conventional fuel cell has an electrolyte membrane therein. On one surface side of the electrolyte membrane, a separator having an anode gas flow path through which hydrogen flows is provided, and on the other surface side, a separator having a cathode gas flow path through which air flows is provided. .

これらのセパレータは、アノードのガス流路の入口側とカソードのガス流路の出口側、および、アノードのガス流路の出口側とカソードのガス流路の入口側が、それぞれ電解質膜を介して対向するように設けられている。また、上記従来の技術における燃料電池では、電解質膜の上述した各ガス流路が対向する部位には電極触媒層が設けられていない（電解質膜が露出している）状態とされ、かつ、各ガス流路の出口部分を冷却する冷却系を備えている。 In these separators, the inlet side of the anode gas flow path and the outlet side of the cathode gas flow path, and the outlet side of the anode gas flow path and the inlet side of the cathode gas flow path face each other through the electrolyte membrane. It is provided to do. Further, in the fuel cell according to the above-described conventional technology, the electrode catalyst layer is not provided in the portion of the electrolyte membrane facing each gas flow path described above (the electrolyte membrane is exposed), and each A cooling system for cooling the outlet portion of the gas flow path is provided.

燃料電池が発電する際には、カソードに水が生成する。カソードガス流路の空気は、この生成水を含みながら流れる。このため、カソードガス流路の出口側の空気は相対的に湿度が高くなり、当該位置ではカソードとアノードの間の湿度差が大きくなる。カソードとアノードの間に湿度差があると、湿度の低い側へと電解質膜を介して水が移動する。このため、上記従来の燃料電池では、カソードガス流路の出口側からアノードのガス流路の入口側へと電解質膜を介して水が移動することになる。 When the fuel cell generates electricity, water is generated at the cathode. The air in the cathode gas passage flows while containing this generated water. For this reason, the air on the outlet side of the cathode gas flow path has a relatively high humidity, and the humidity difference between the cathode and the anode becomes large at this position. When there is a humidity difference between the cathode and the anode, water moves to the low humidity side through the electrolyte membrane. For this reason, in the conventional fuel cell, water moves from the outlet side of the cathode gas flow path to the inlet side of the anode gas flow path through the electrolyte membrane.

アノードガス流路の入口側へと移動してきた水は、当該位置を流れる水素に持ち去られる。換言すれば、アノードガス流路の入口側へ移動してきた水により、水素の加湿が行われる。加湿された水素はアノードへと流れ込み、当該水素に含まれる水分が電解質膜へと供給される。 The water that has moved to the inlet side of the anode gas channel is taken away by the hydrogen flowing through the position. In other words, hydrogen is humidified by the water that has moved to the inlet side of the anode gas flow path. The humidified hydrogen flows into the anode, and moisture contained in the hydrogen is supplied to the electrolyte membrane.

アノードガス流路内の水素もアノードの水を含みながら流れるので、アノードガス流路の出口側は相対的に湿度が高くなる。このため、アノードガス流路の出口側においても、アノードとカソードの湿度差が大きくなる。その結果、アノードガス流路の出口側からカソードガス流路の入口側へと水が移動し、カソードガス流路の入口部分で空気が加湿される。その結果、加湿された空気がカソードに流れ込み、当該空気の水分が電解質膜に供給される。このように、上記従来の技術によれば、燃料電池内部の水を利用してアノードとカソードのガスを加湿し、電解質膜の加湿を行うことができる。 Since the hydrogen in the anode gas channel also flows while containing the water of the anode, the humidity on the outlet side of the anode gas channel is relatively high. For this reason, the humidity difference between the anode and the cathode also increases on the outlet side of the anode gas flow path. As a result, water moves from the outlet side of the anode gas channel to the inlet side of the cathode gas channel, and air is humidified at the inlet part of the cathode gas channel. As a result, humidified air flows into the cathode, and moisture in the air is supplied to the electrolyte membrane. As described above, according to the conventional technique, the anode and cathode gases can be humidified using the water in the fuel cell, and the electrolyte membrane can be humidified.

また、上記従来の技術における燃料電池は、冷却系が各ガス流路の出口部分のガスを冷却することで、ガス中の水分を凝縮し、当該位置に多くの液体の水を供給できるという利点や、電解質膜の露出部分を設けることで、電解質膜の表面に触れるガス量を増加させることができるという利点も有している。 In addition, the fuel cell in the above conventional technique has an advantage that the cooling system cools the gas at the outlet portion of each gas flow path, thereby condensing moisture in the gas and supplying a large amount of liquid water to the position. In addition, by providing the exposed portion of the electrolyte membrane, there is an advantage that the amount of gas that touches the surface of the electrolyte membrane can be increased.

特開２００３−２４９２４３号公報JP 2003-249243 A 特開２００２−２５５８４号公報JP 2002-25584 A 国際公開ＷＯ００／１４８１９号パンフレットInternational Publication WO00 / 14819 Pamphlet 特開２００５−２６７９０４号公報JP 2005-267904 A

しかしながら、上記従来の技術においては、アノードのガス流路とカソードのガス流路のうち、一方のガス流路の出口側から他方のガス流路の入口側へと電解質膜を介して移動してくる水の量が少ないと、当該他方のガス流路を流れるガスを加湿する効果が低下してしまう。 However, in the above conventional technique, the anode gas channel and the cathode gas channel move from the outlet side of one gas channel to the inlet side of the other gas channel via the electrolyte membrane. If the amount of water coming is small, the effect of humidifying the gas flowing through the other gas flow path will be reduced.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、アノードとカソードのうち一方を流れるガスの水分を他方を流れるガスに供給してガスの加湿を行う際に、このガスの加湿を促進することができる燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. When the moisture of the gas flowing through one of the anode and the cathode is supplied to the gas flowing through the other to humidify the gas, An object is to provide a fuel cell capable of promoting humidification.

第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池であって、
電解質膜の両側に触媒層を備える平面体と、前記平面体の一方の面に接して設けられた第１ガス流路と、前記平面体の他方の面に接して設けられた第２ガス流路とを有し、前記第１ガス流路のガスの入口部と前記第２ガス流路のガスの出口部とが前記平面体を挟んで対向している燃料電池において、
前記平面体の前記第１ガス流路の入口部と前記第２ガス流路の出口部とに挟まれた特定部位は、前記電解質膜の少なくとも一方の面にイオン交換樹脂を含む多孔質体によって形成され触媒含有量が実質的に零である層を直接積層されてなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell,
A planar body having a catalyst layer on both sides of the electrolyte membrane, a first gas flow path provided in contact with one surface of the planar body, and a second gas flow provided in contact with the other surface of the planar body A fuel cell in which a gas inlet portion of the first gas flow path and a gas outlet portion of the second gas flow path are opposed to each other with the planar body interposed therebetween,
The specific part sandwiched between the inlet part of the first gas channel and the outlet part of the second gas channel of the planar body is formed by a porous body containing an ion exchange resin on at least one surface of the electrolyte membrane. It is characterized in that it is formed by directly laminating layers that are formed and have substantially zero catalyst content.

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第１ガス流路のガスの出口部と前記第２ガス流路のガスの入口部とが前記平面体を挟んで対向しており、
前記平面体の前記第１ガス流路の出口部と前記第２ガス流路の入口部とに挟まれた特定部位は、前記電解質膜の少なくとも一方の面にイオン交換樹脂を含む多孔質体によって形成され触媒含有量が実質的に零である層を直接積層されてなることを特徴とする。 The second invention is the first invention, wherein
The gas outlet portion of the first gas flow path and the gas inlet portion of the second gas flow path are opposed to each other with the planar body interposed therebetween,
The specific part sandwiched between the outlet part of the first gas flow path and the inlet part of the second gas flow path of the planar body is formed by a porous body containing an ion exchange resin on at least one surface of the electrolyte membrane. It is characterized in that it is formed by directly laminating layers that are formed and have substantially zero catalyst content.

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記イオン交換樹脂を含む多孔質体によって形成され触媒含有量が実質的に零である層に、燃料電池の劣化を促進する物質を除去する物質が含有されていることを特徴とする。 The third invention is the second invention, wherein
A layer formed of a porous body containing the ion exchange resin and having substantially zero catalyst content contains a substance that removes a substance that promotes deterioration of the fuel cell.

また、第４の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池であって、
電解質膜の両側に触媒層を備える平面体と、前記平面体の一方の面に接して設けられた第１ガス流路と、前記平面体の他方の面に接して設けられた第２ガス流路とを有し、前記第１ガス流路のガスの入口部と前記第２ガス流路のガスの出口部とが前記平面体を挟んで対向している燃料電池において、
前記平面体の前記第１ガス流路の入口部と前記第２ガス流路の出口部とに挟まれた特定部位は、前記触媒層の触媒含有量を他の部位よりも相対的に少なくされていることを特徴とする。 A fourth invention is a fuel cell for achieving the above object,
A planar body having a catalyst layer on both sides of the electrolyte membrane, a first gas flow path provided in contact with one surface of the planar body, and a second gas flow provided in contact with the other surface of the planar body A fuel cell in which a gas inlet portion of the first gas flow path and a gas outlet portion of the second gas flow path are opposed to each other with the planar body interposed therebetween,
The specific part sandwiched between the inlet part of the first gas flow path and the outlet part of the second gas flow path of the planar body has the catalyst content of the catalyst layer relatively less than other parts. It is characterized by.

また、第５の発明は、第４の発明において、
前記第１ガス流路のガスの出口部と前記第２ガス流路のガスの入口部とが前記平面体を挟んで対向しており、
前記平面体の前記第１ガス流路の出口部と前記第２ガス流路の入口部とに挟まれた特定部位は、前記触媒層の触媒含有量を他の部位よりも相対的に少なくされていることを特徴とする。 The fifth invention is the fourth invention, wherein
The gas outlet portion of the first gas flow path and the gas inlet portion of the second gas flow path are opposed to each other with the planar body interposed therebetween,
The specific part sandwiched between the outlet part of the first gas flow path and the inlet part of the second gas flow path of the planar body has the catalyst content of the catalyst layer relatively less than other parts. It is characterized by.

また、第６の発明は、第４の発明において、
前記第１ガス流路がアノードのガス流路であり、前記第２ガス流路がカソードのガス流路であることを特徴とする。 The sixth invention is the fourth invention, wherein
The first gas flow path is an anode gas flow path, and the second gas flow path is a cathode gas flow path.

第１の発明によれば、第２ガス流路の出口部分から第１ガス流路の入口部分への、水の移動を促進することができる。これにより、第１ガス流路の入口部分を流れるガスを、効率よく加湿することができる。 According to the first invention, it is possible to promote the movement of water from the outlet portion of the second gas passage to the inlet portion of the first gas passage. Thereby, the gas which flows through the inlet part of a 1st gas flow path can be humidified efficiently.

第２の発明によれば、第１の発明において更に、第１のガス流路の出口部分から第２ガス流路の入口部分への水の移動量を増加させることができる。その結果、第１ガス流路と第２ガス流路を通って燃料電池内部を循環するような水の移動を促進することができ、燃料電池内部の水を電解質膜の加湿に無駄なく利用することができる。 According to the second invention, in the first invention, the amount of water movement from the outlet portion of the first gas flow path to the inlet portion of the second gas flow path can be further increased. As a result, the movement of water that circulates inside the fuel cell through the first gas channel and the second gas channel can be promoted, and the water inside the fuel cell can be used without waste for humidifying the electrolyte membrane. be able to.

第３の発明によれば、燃料電池内に存在する水を、当該燃料電池内部で循環するように移動させる際に、燃料電池の劣化を促進する物質の濃度が上昇するのを防ぐことができる。 According to the third invention, when the water present in the fuel cell is moved so as to circulate inside the fuel cell, it is possible to prevent the concentration of the substance that promotes deterioration of the fuel cell from increasing. .

第４の発明によれば、第２ガス流路の出口部分から第１ガス流路の入口部分への、水の移動を促進することができる。これにより、第１ガス流路の入口部分を流れるガスを、効率よく加湿することができる。 According to the fourth invention, it is possible to promote the movement of water from the outlet portion of the second gas flow path to the inlet portion of the first gas flow path. Thereby, the gas which flows through the inlet part of a 1st gas flow path can be humidified efficiently.

第５の発明によれば、第４の発明において更に、第１のガス流路の出口部分から第２ガス流路の入口部分への水の移動量を増加させることができる。その結果、第１ガス流路と第２ガス流路を通って燃料電池内部を循環するような水の移動を促進することができ、燃料電池内部の水を電解質膜の加湿に無駄なく利用することができる。 According to the fifth invention, in the fourth invention, it is possible to further increase the amount of movement of water from the outlet portion of the first gas flow path to the inlet portion of the second gas flow path. As a result, the movement of water that circulates inside the fuel cell through the first gas channel and the second gas channel can be promoted, and the water inside the fuel cell can be used without waste for humidifying the electrolyte membrane. be able to.

第６の発明によれば、カソードガス流路の出口部分からアノードガス流路の入口部分への水の移動量を増加させることができる。これにより、アノードガス流路の入口部分を流れる水素を、効率よく加湿することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to increase the amount of water transferred from the cathode gas channel outlet to the anode gas channel inlet. Thereby, the hydrogen which flows through the inlet part of an anode gas channel can be humidified efficiently.

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の燃料電池の構成を説明するための図である。図１（ａ）は、実施の形態１の燃料電池をアノード側から見た図であり、便宜上、その構造の一部を透視および省略したものである。 Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1A is a view of the fuel cell of Embodiment 1 as viewed from the anode side, and for convenience, a part of the structure is seen through and omitted.

実施の形態１の燃料電池は、アノード側にセパレータ１０を有している。図１（ａ）では、セパレータ１０の中央部分を透視し、更に、セパレータ１０の紙面裏面側に位置するガス拡散層を省略して図示している。その結果、アノードの電極触媒層２０、および当該電極触媒層２０の紙面裏面側に位置する電解質膜２２が目視できるように図示されている。 The fuel cell of Embodiment 1 has a separator 10 on the anode side. In FIG. 1A, the central portion of the separator 10 is seen through, and further, the gas diffusion layer located on the back side of the separator 10 is omitted. As a result, the electrode catalyst layer 20 of the anode and the electrolyte membrane 22 located on the back side of the electrode catalyst layer 20 are shown so as to be visible.

電解質膜２２のアノード側の面には、電極触媒層２０が設けられている。電極触媒層２０は、イオン交換樹脂（アイオノマーとも称される）と、カーボンの粉末に触媒を担持させたものとを混合し、これを電解質膜２２上に塗布し、乾燥させることにより形成される。なお、燃料電池に用いられる電極触媒層の構造、製法に関しては既に公知のため、その詳細な説明は省略する。 An electrode catalyst layer 20 is provided on the anode side surface of the electrolyte membrane 22. The electrode catalyst layer 20 is formed by mixing an ion exchange resin (also referred to as an ionomer) and a carbon powder having a catalyst supported thereon, applying the mixture onto the electrolyte membrane 22 and drying it. . Since the structure and manufacturing method of the electrode catalyst layer used in the fuel cell are already known, detailed description thereof will be omitted.

電解質膜２２のアノード側の面の一方の端側には、多孔質体層２４が設けられる。多孔質体層２４は、イオン交換樹脂を含む多孔質体により、電解質膜２２上に層状に形成される。具体的には、多孔質体層２４は、電極触媒層２０に用いられるイオン交換樹脂と、同じく電極触媒層２０に用いられるカーボンの粉末であって触媒を担持させていないものとを混合し、電解質膜２２上に層状に形成したものである。 A porous body layer 24 is provided on one end side of the anode side surface of the electrolyte membrane 22. The porous body layer 24 is formed in layers on the electrolyte membrane 22 by a porous body containing an ion exchange resin. Specifically, the porous body layer 24 is a mixture of an ion exchange resin used for the electrode catalyst layer 20 and a carbon powder which is also used for the electrode catalyst layer 20 and does not carry a catalyst, It is formed in layers on the electrolyte membrane 22.

このため、多孔質体層２４は、電極触媒層２０と同じくイオン交換樹脂、多孔質体を用いて形成されているものの、実質的に触媒を含まない点で電極触媒層２０と相違する。多孔質体層２４は、電極触媒層２０と同様の製法を用いて形成することができる。従って、多孔質体層２４を形成する際にも、燃料電池の電極触媒層に関する種々の公知の技術を利用することができる。 For this reason, although the porous body layer 24 is formed using an ion exchange resin and a porous body like the electrode catalyst layer 20, it is different from the electrode catalyst layer 20 in that it does not substantially contain a catalyst. The porous body layer 24 can be formed using the same manufacturing method as that for the electrode catalyst layer 20. Therefore, various known techniques relating to the electrode catalyst layer of the fuel cell can also be used when forming the porous body layer 24.

セパレータ１０の紙面裏面側の面には、紙面横方向にガスが流通するようにアノードガス流路が形成されている（図１（ａ）では当該部分を透視しているため図示せず）。従って、実施の形態１の燃料電池をアノード側から見た場合には、セパレータ１０、アノードガス流路（図示せず）、ガス拡散層（図示せず）、電極触媒層２０および多孔質体層２４、電解質膜２２が順次位置することになる。 An anode gas flow path is formed on the surface of the separator 10 on the back side of the paper so that gas flows in the horizontal direction of the paper (not shown in FIG. 1A because the portion is seen through). Therefore, when the fuel cell of Embodiment 1 is viewed from the anode side, the separator 10, the anode gas flow path (not shown), the gas diffusion layer (not shown), the electrode catalyst layer 20, and the porous body layer 24, The electrolyte membrane 22 is sequentially positioned.

セパレータ１０は、紙面右側の端部に水素入口マニホールド１２を、紙面左側の端部に水素出口マニホールド１４を、それぞれ有する。水素入口マニホールド１２、水素出口マニホールド１４は、それぞれ、アノードガス流路に連通している。このような構成によれば、水素入口マニホールド１２からアノードガス流路の入口に水素が流入し、この水素がアノードガス流路を紙面左側に向かって流れた後、アノードガス流路の出口から水素出口マニホールド１４へと流れる。 The separator 10 has a hydrogen inlet manifold 12 at an end portion on the right side of the paper surface and a hydrogen outlet manifold 14 at an end portion on the left side of the paper surface. The hydrogen inlet manifold 12 and the hydrogen outlet manifold 14 each communicate with the anode gas flow path. According to such a configuration, hydrogen flows from the hydrogen inlet manifold 12 to the inlet of the anode gas flow path, and after this hydrogen flows through the anode gas flow path toward the left side of the drawing, the hydrogen flows from the outlet of the anode gas flow path. It flows to the outlet manifold 14.

よって、アノード内部の水素は図１の紙面左側に向かって流れることとなり（図１（ａ）の実線矢印）、アノードガス流路の入口が紙面右側に位置し、アノードガス流路の出口が紙面左側に位置することになる。水素は、アノードガス流路内を入口から出口へと流れる過程で、電極触媒層２０と多孔質体層２４の上方を通過する。水素が電極触媒層２０の上方を流れる際には、この水素がガス拡散層を介して電極触媒層２０へと至り、発電に寄与する。 Therefore, the hydrogen inside the anode flows toward the left side of the paper in FIG. 1 (solid arrow in FIG. 1A), the inlet of the anode gas flow channel is located on the right side of the paper, and the outlet of the anode gas flow channel is the paper surface. It will be located on the left side. Hydrogen passes above the electrode catalyst layer 20 and the porous body layer 24 in the process of flowing from the inlet to the outlet in the anode gas flow path. When hydrogen flows over the electrode catalyst layer 20, the hydrogen reaches the electrode catalyst layer 20 through the gas diffusion layer and contributes to power generation.

図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１（ｂ）において、電解質膜２２の紙面下側がアノード、紙面上側がカソードとなっており、アノードの構造とカソードの構造が略対称となるように構成されている。具体的には、実施の形態１の燃料電池は、電解質膜２２を介して電極触媒層２０、多孔質体層２４と対向する位置に、カソードの構造として電極触媒層３０、多孔質体層３４を有している。 FIG.1 (b) is sectional drawing which follows the AA line in Fig.1 (a). In FIG. 1B, the lower side of the electrolyte membrane 22 in the drawing is an anode, and the upper side of the drawing is a cathode, and the anode structure and the cathode structure are substantially symmetrical. Specifically, in the fuel cell of Embodiment 1, the electrode catalyst layer 30 and the porous layer 34 are formed as cathode structures at positions facing the electrode catalyst layer 20 and the porous layer 24 via the electrolyte membrane 22. have.

図１（ｂ）では、図１（ａ）において図示が省略されたアノードガス流路１６が矢印を用いて簡略に示されている。そして、アノードガス流路１６が電極触媒層２０および多孔質体層２４の上方に位置し、かつ、その内部で水素が紙面左方に流れる様子が表されている。なお、実際には、電極触媒層２０および多孔質体層２４上にガス拡散層が積層され、更に、アノードガス流路１６が形成されたセパレータ１０が取り付けられる構成となる。 In FIG. 1B, the anode gas flow path 16 which is not shown in FIG. 1A is simply shown using arrows. The anode gas flow path 16 is located above the electrode catalyst layer 20 and the porous body layer 24, and hydrogen is flowing leftward in the drawing. In practice, the gas diffusion layer is laminated on the electrode catalyst layer 20 and the porous body layer 24, and the separator 10 in which the anode gas channel 16 is formed is attached.

電極触媒層３０と多孔質体層３４の上には、更に、カソードのガス拡散層（図示せず）、空気を流通させるカソードガス流路３６が形成されたセパレータ（図示せず）が順次設けられる。カソードガス流路３６は、アノードガス流路１６と同様に、図１の紙面横方向にガスが流れるように形成される。従って、実施の形態１の燃料電池をカソード側から見た場合には、カソード側のセパレータ（図示せず）、カソードガス流路３６、ガス拡散層（図示せず）、電極触媒層３０および多孔質体層３４、電解質膜２２が順次位置することになる。 On the electrode catalyst layer 30 and the porous layer 34, a cathode gas diffusion layer (not shown) and a separator (not shown) in which a cathode gas flow path 36 for circulating air is formed are sequentially provided. It is done. The cathode gas channel 36 is formed so that the gas flows in the horizontal direction of the paper in FIG. Therefore, when the fuel cell of Embodiment 1 is viewed from the cathode side, the cathode side separator (not shown), the cathode gas flow path 36, the gas diffusion layer (not shown), the electrode catalyst layer 30, and the porous The material layer 34 and the electrolyte membrane 22 are sequentially positioned.

図１（ｂ）では、アノードガス流路１６と同様に、カソードガス流路３６を、矢印を用いて簡略に示している。図１（ｂ）では、カソードガス流路が電極触媒層３０および多孔質体層３４の上方に位置し、かつ、その内部で空気が紙面右方に流れる様子が表されている。 In FIG. 1 (b), the cathode gas flow path 36 is simply indicated by using arrows as with the anode gas flow path 16. FIG. 1B shows a state in which the cathode gas flow path is located above the electrode catalyst layer 30 and the porous body layer 34 and air flows to the right in the drawing.

カソードのセパレータは、紙面左側の端部に空気入口マニホールドを、紙面右側の端部に空気出口マニホールドを、それぞれ有する。空気入口マニホールドと空気出口マニホールドは、それぞれカソードガス流路３６に連通している。このような構成では、カソードガス流路３６内部を紙面右側に向かって空気が流れ（図１の点線矢印）、カソードガス流路３６の入口が紙面左側に位置し、カソードのガス流路の出口が紙面右側に位置することになる。空気は、カソードガス流路３６内を入口から出口へと流れる過程で、電極触媒層３０と多孔質体層３４の上方を通過する。空気が電極触媒層３０の上方を流れる際には、この空気がガス拡散層を介して電極触媒層３０へと至り、発電に寄与する。 The cathode separator has an air inlet manifold at the left end of the paper and an air outlet manifold at the right end of the paper. Each of the air inlet manifold and the air outlet manifold communicates with the cathode gas flow path 36. In such a configuration, air flows in the cathode gas flow path 36 toward the right side of the drawing (the dotted arrow in FIG. 1), the inlet of the cathode gas flow passage 36 is located on the left side of the drawing, and the outlet of the cathode gas flow passage. Is located on the right side of the page. Air passes over the electrode catalyst layer 30 and the porous body layer 34 in the course of flowing from the inlet to the outlet in the cathode gas flow path 36. When air flows above the electrode catalyst layer 30, this air reaches the electrode catalyst layer 30 through the gas diffusion layer and contributes to power generation.

以上説明した構成によれば、実施の形態１の燃料電池では、アノードガス流路１６の入口側とカソードガス流路３６の出口側、および、アノードガス流路１６の出口側とカソードガス流路３６の入口側が、それぞれ電解質膜２２を介して対向することになる。そして、アノードガス流路１６の入口側とカソードガス流路３６の出口側との間には、多孔質体層２４、３４が位置する状態となる。 According to the configuration described above, in the fuel cell of the first embodiment, the inlet side of the anode gas channel 16 and the outlet side of the cathode gas channel 36, and the outlet side of the anode gas channel 16 and the cathode gas channel. The 36 entrance sides face each other through the electrolyte membrane 22. Then, the porous layers 24 and 34 are located between the inlet side of the anode gas channel 16 and the outlet side of the cathode gas channel 36.

［実施の形態１の動作］
実施の形態１の燃料電池が発電を行う際には、アノードに水素、カソードに空気がそれぞれ供給される。その結果、電気化学的反応により電力が発生し、これに伴いカソードに水が生成する。カソードガス流路３６を流れる空気は、この生成水を含みながら流れる。よって、カソードガス流路３６の下流側の空気は相対的に湿度が高くなり、多孔質体層３４付近には多くの水が存在することとなる。 [Operation of Embodiment 1]
When the fuel cell of Embodiment 1 generates power, hydrogen is supplied to the anode and air is supplied to the cathode. As a result, electric power is generated by an electrochemical reaction, and water is generated at the cathode. The air flowing through the cathode gas flow path 36 flows while containing this generated water. Therefore, the air on the downstream side of the cathode gas flow path 36 has a relatively high humidity, and a lot of water exists in the vicinity of the porous body layer 34.

多孔質体層３４は、イオン交換樹脂を含む多孔質体で形成されている。従って、多孔質体層３４は、ガスとの接触表面積が大きく、かつ、イオン交換樹脂を含むことで多孔質体層内の水の経路（水パス）が確保される構造となっている。このような構造によれば、アノードガス流路１６の出口近傍に存在する空気中の水分を、効率よく多孔質体層３４に取り込むことができる。 The porous body layer 34 is formed of a porous body containing an ion exchange resin. Therefore, the porous body layer 34 has a structure in which the surface area of contact with the gas is large and the water path (water path) in the porous body layer is ensured by including the ion exchange resin. According to such a structure, moisture in the air present in the vicinity of the outlet of the anode gas flow channel 16 can be taken into the porous body layer 34 efficiently.

実施の形態１の燃料電池は、電解質膜２２を介して、アノードとカソードの構造が対称となるように形成されている。よって、電解質膜２２を介して、カソードの多孔質体層３４とアノードの多孔質体層２４とが対向する位置に存在する。カソードとアノードの間に湿度差があると電解質膜を介した水の移動が生ずるため、カソードの多孔質体層３４に取り込まれた水は、電解質膜２２を介して、反対側のアノードの多孔質体層２４へと移動することになる。 The fuel cell of the first embodiment is formed so that the anode and cathode structures are symmetrical via the electrolyte membrane 22. Therefore, the cathode porous body layer 34 and the anode porous body layer 24 exist at positions facing each other through the electrolyte membrane 22. If there is a humidity difference between the cathode and the anode, water moves through the electrolyte membrane, so that the water taken into the porous body layer 34 of the cathode passes through the electrolyte membrane 22 and becomes porous in the anode on the opposite side. It moves to the material layer 24.

アノードの多孔質体層２４も、イオン交換樹脂を含む多孔質体で形成されている。従って、多孔質体層２４も、ガスとの接触表面積が大きく、かつ、イオン交換樹脂を含むことで多孔質体層内の水の経路（水パス）が確保される構造となっている。このような構造によれば、電解質膜２２から多孔質体層２４に移動した水分を、アノードガス流路１６側へと効率よく蒸散させることができる。 The anode porous body layer 24 is also formed of a porous body containing an ion exchange resin. Therefore, the porous body layer 24 also has a structure in which the surface area of contact with the gas is large and the water path (water path) in the porous body layer is ensured by including the ion exchange resin. According to such a structure, the moisture moved from the electrolyte membrane 22 to the porous body layer 24 can be efficiently evaporated to the anode gas channel 16 side.

図１に示すように、多孔質体層２４は、セパレータ１０の水素入口マニホールド１２側、すなわち、アノードガス流路１６の入口側に設けられている。このような構成によれば、多孔質体層２４から蒸散した水が、アノードガス流路１６の入口部分を通過する水素に含まれる。その結果、ガス流路内を水素が流れる過程で水素中の水分が電解質膜２２へと供給され、電解質膜２２が加湿されることになる。すなわち、実施の形態１では、多孔質体層２４、電解質膜２２、多孔質体層３４が、アノードガス流路１６入口で水素を加湿する加湿部を形成していると言うこともできる。 As shown in FIG. 1, the porous body layer 24 is provided on the hydrogen inlet manifold 12 side of the separator 10, that is, on the inlet side of the anode gas channel 16. According to such a configuration, water evaporated from the porous body layer 24 is included in the hydrogen passing through the inlet portion of the anode gas flow channel 16. As a result, moisture in the hydrogen is supplied to the electrolyte membrane 22 in the process of flowing hydrogen through the gas flow path, and the electrolyte membrane 22 is humidified. That is, in the first embodiment, it can be said that the porous body layer 24, the electrolyte membrane 22, and the porous body layer 34 form a humidifying portion that humidifies hydrogen at the inlet of the anode gas flow channel 16.

以上説明したように、実施の形態１の燃料電池によれば、多孔質体層２４および多孔質体層３４を、イオン交換樹脂を含む多孔質体により形成することで、多孔質体層２４、３４に挟まれた位置における電解質膜を介した水の移動を促進することができる。これにより、実施の形態１の燃料電池では、カソードガス流路３６の出口側からアノードガス流路１６の入口側へ向かう水の流れを促進することができる。その結果、カソードの生成水を用いたアノードの水素の加湿を十分に行うことができ、電解質膜２２の加湿を効率よく行うことができる。 As described above, according to the fuel cell of the first embodiment, the porous body layer 24 and the porous body layer 34 are formed of a porous body containing an ion exchange resin. It is possible to promote the movement of water through the electrolyte membrane at the position sandwiched by 34. Thereby, in the fuel cell of Embodiment 1, the flow of water from the outlet side of the cathode gas channel 36 toward the inlet side of the anode gas channel 16 can be promoted. As a result, the anode hydrogen can be sufficiently humidified using the water produced in the cathode, and the electrolyte membrane 22 can be humidified efficiently.

尚、上述した実施の形態１では、電解質膜２２が前記第１の発明における「電解質膜」に、電極触媒層２０、３０が、前記第１の発明における「触媒層」にそれぞれ相当し、電解質膜２２、電極触媒層２０、３０が一体となって、前記第１の発明における「平面体」に相当する膜電極接合体を形成している。 In the first embodiment described above, the electrolyte membrane 22 corresponds to the “electrolyte membrane” in the first invention, and the electrode catalyst layers 20 and 30 correspond to the “catalyst layer” in the first invention. The membrane 22 and the electrode catalyst layers 20 and 30 are united to form a membrane electrode assembly corresponding to the “planar body” in the first invention.

また、実施の形態１では、セパレータ１０が有するアノードガス流路１６が、前記第１の発明の「第１ガス流路」に、カソードのセパレータ（図示せず）が有するカソードガス流路３６が、前記第１の発明における「第２ガス流路」に、多孔質体層２４、３４が、前記第１の発明における「イオン交換樹脂を含む多孔質体層によって形成され触媒含有量が実質的に零である層」にそれぞれ相当している。 In the first embodiment, the anode gas flow path 16 included in the separator 10 is added to the “first gas flow path” of the first invention, and the cathode gas flow path 36 included in the cathode separator (not shown) is provided. In the “second gas flow path” in the first invention, the porous material layers 24 and 34 are formed by the “porous material layer containing an ion exchange resin” in the first invention, and the catalyst content is substantially reduced. Corresponds to “a layer that is zero”.

［実施の形態１の燃料電池における多孔質体層の効果］
（水の移動量に関する実験結果）
以下、図２乃至３を用いて、実施の形態１の多孔質体層２４の効果に関する実験結果を説明する。図２は、多孔質体層２４の効果の測定に用いられた系を説明するための図である。図２の系で測定されたサンプル４０は、電解質膜４２の両面に多孔質体層４４、４６を備える構造である。多孔質体層４４、４６は、実施の形態１の多孔質体層２４と同様に、イオン交換樹脂を含む多孔質体によって形成されている。 [Effect of porous body layer in fuel cell of Embodiment 1]
(Experimental results regarding water movement)
Hereinafter, the experimental result regarding the effect of the porous body layer 24 of Embodiment 1 is demonstrated using FIG. 2 thru | or 3. FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining a system used for measuring the effect of the porous body layer 24. The sample 40 measured in the system of FIG. 2 has a structure including porous body layers 44 and 46 on both surfaces of the electrolyte membrane 42. The porous body layers 44 and 46 are formed of a porous body containing an ion exchange resin, similarly to the porous body layer 24 of the first embodiment.

このようなサンプル４０に対して、多孔質体層４４側に乾燥した窒素を、多孔質体層４６側に高湿度の窒素を供給する。具体的には、多孔質体層４４側には、０％R.H.（乾燥状態）、４０％R.H.（５９℃）、８０％R.H.（７５℃）の窒素をそれぞれ１［Ｌ／ｍｉｎ］で供給し、多孔質体層４６側には常に１００％R.H.以上の窒素（９５℃）を１［Ｌ／ｍｉｎ］で供給する。更に、多孔質体層４６側を流れる窒素の温度が、多孔質体層４６通過後に、８０℃に低下するような状態とする。このような条件で、０、４０、８０％R.H.のそれぞれについて、湿度計Ｈを用いて多孔質体層４４を通過する前後の窒素の湿度を計測する。 For such a sample 40, dry nitrogen is supplied to the porous body layer 44 side, and high-humidity nitrogen is supplied to the porous body layer 46 side. Specifically, nitrogen of 0% RH (dry state), 40% RH (59 ° C.), and 80% RH (75 ° C.) is supplied at 1 [L / min] to the porous body layer 44 side. In addition, 100% RH or higher nitrogen (95 ° C.) is always supplied to the porous body layer 46 side at 1 [L / min]. Further, the temperature of nitrogen flowing on the porous body layer 46 side is set to a state where the temperature decreases to 80 ° C. after passing through the porous body layer 46. Under such conditions, the humidity of nitrogen before and after passing through the porous body layer 44 is measured using a hygrometer H for each of 0, 40, and 80% R.H.

計測された多孔質体層４４通過前後の湿度変化に基づいて、多孔質体層４６側から電解質膜４２を介して多孔質体層４４側へと移動した水の量を求める。また、図示しないが、比較のために、電解質膜４２のみに対して同様の測定を行う。これにより、電解質膜４２のみの状態における水移動量を求める。 Based on the measured humidity change before and after passing through the porous body layer 44, the amount of water that has moved from the porous body layer 46 side to the porous body layer 44 side through the electrolyte membrane 42 is obtained. Although not shown, the same measurement is performed only on the electrolyte membrane 42 for comparison. Thereby, the amount of water movement in the state of only the electrolyte membrane 42 is obtained.

図３は、図２の系を用いて行われた実験の結果を説明するための図である。図３の縦軸は、電解質膜４２を介した水の移動量（単位面積当たり）である。図３の横軸は、多孔質体層４４側の窒素と多孔質体層４６側の窒素との間の湿度差（電解質膜４２のみを用いた測定の場合には、一方の面側の窒素と他方の面側の窒素との間の湿度差）を示している。 FIG. 3 is a diagram for explaining the results of an experiment performed using the system of FIG. The vertical axis in FIG. 3 represents the amount of water movement (per unit area) through the electrolyte membrane 42. The horizontal axis in FIG. 3 represents the humidity difference between the nitrogen on the porous body layer 44 side and the nitrogen on the porous body layer 46 side (in the case of measurement using only the electrolyte membrane 42, the nitrogen on one surface side). And the humidity difference between the other surface side nitrogen).

図３中に、サンプル４０について得られた測定値を三角（▲）で示している。例えば、湿度差が２０％の場合（具体的には、多孔質体層４６の窒素が１００％R.H.の状態で、多孔質体層４４の窒素が８０％R.H.の場合）における水の移動量は、約０．３５［Ｌ／ｍｉｎ］となっている。これに対し、電解質膜４２のみの場合について得られた測定値を、四角（■）で示している。両者を比較することにより、実施の形態１の多孔質体層を設けた場合のほうが、電解質膜４２のみの場合よりも、より多くの水移動が生ずることがわかる。 In FIG. 3, the measurement values obtained for the sample 40 are indicated by triangles (三角). For example, when the humidity difference is 20% (specifically, when the nitrogen of the porous body layer 46 is 100% RH and the nitrogen of the porous body layer 44 is 80% RH), the amount of water movement is About 0.35 [L / min]. On the other hand, the measured values obtained only for the electrolyte membrane 42 are indicated by squares (■). By comparing the two, it can be seen that more water movement occurs when the porous body layer of the first embodiment is provided than when only the electrolyte membrane 42 is provided.

（実施の形態１の多孔質体層のその他の効果）
実施の形態１の多孔質体層３４の触媒含有量は、実質的に零となっている。これにより、多孔質体層３４の位置では発電が生じないため、発電に伴う発熱反応も生じない。その結果、多孔質体層３４は、電極触媒層３０が形成されている側に比べて、相対的に温度が低くなる。これにより、多孔質体層３４の位置ではガスの温度が低下し、多孔質体層３４近傍のガスの湿度が十分に高い状態であれば、ガス中の水分が凝縮して液体の水となる。このような場合には、液体の水が多孔質体層３４へと供給されることとなり、ガス中の水分を効率よく回収することができる。 (Other effects of the porous body layer of the first embodiment)
The catalyst content of the porous body layer 34 of the first embodiment is substantially zero. Thereby, since no power generation occurs at the position of the porous body layer 34, no exothermic reaction accompanying power generation occurs. As a result, the temperature of the porous body layer 34 is relatively lower than that on the side where the electrode catalyst layer 30 is formed. As a result, the temperature of the gas is lowered at the position of the porous body layer 34, and if the humidity of the gas in the vicinity of the porous body layer 34 is sufficiently high, the moisture in the gas is condensed into liquid water. . In such a case, liquid water is supplied to the porous body layer 34, and the moisture in the gas can be efficiently recovered.

また、多孔質体層２４、３４に触媒が含まれているとすると、多孔質体層２４、３４でも発電反応が生じる。前述したように、多孔質体層２４、３４には水が多量に含まれている。このため、多孔質体層２４、３４に触媒が含まれているとすると、いわゆるフラッディングが生じている状態で発電反応が生ずる場合がある。 Further, assuming that the porous body layers 24 and 34 contain a catalyst, a power generation reaction also occurs in the porous body layers 24 and 34. As described above, the porous body layers 24 and 34 contain a large amount of water. For this reason, if the porous body layers 24 and 34 contain a catalyst, a power generation reaction may occur in a state where so-called flooding occurs.

従来、フラッディング状態で発電反応が生ずると、電極触媒層の劣化を招くことが知られている。多孔質体層２４、３４は電極触媒層と同様にイオン交換樹脂を含む多孔質体で形成されているため、フラッディング状態で発電反応が生ずると電極触媒層と同様に劣化を招くおそれがあり、好ましくない。この点、実施の形態１では、多孔質体層２４、３４の触媒含有量を実質的に零としているため、これらの現象が同時に生ずるのを回避することができる。 Conventionally, it is known that when a power generation reaction occurs in a flooding state, the electrode catalyst layer is deteriorated. Since the porous body layers 24 and 34 are formed of a porous body containing an ion exchange resin similarly to the electrode catalyst layer, if a power generation reaction occurs in a flooded state, there is a risk of causing deterioration as in the electrode catalyst layer. It is not preferable. In this regard, in the first embodiment, the catalyst contents of the porous body layers 24 and 34 are substantially zero, so that these phenomena can be avoided from occurring at the same time.

また、多孔質体層２４、３４の触媒含有量を実質的に零とすることで、次のような効果も得られる。燃料電池の電気化学的発電反応の際には、水素イオンがアノードからカソードへ水を伴って移動する。従って、アノードとカソードとの間の湿度差による水移動とは別に、燃料電池の発電中には、アノードからカソードへの水移動が生じる。 Moreover, the following effects are also acquired by making the catalyst content of the porous body layers 24 and 34 substantially zero. During the electrochemical power generation reaction of the fuel cell, hydrogen ions move with water from the anode to the cathode. Therefore, apart from water movement due to the humidity difference between the anode and the cathode, water movement from the anode to the cathode occurs during power generation of the fuel cell.

多孔質体層２４、３４に触媒が含まれると、多孔質体層２４、３４で発電が生じる。この場合には、電解質膜２２のうち多孔質体層２４、３４に挟まれた部分で、上述したような水素イオンの移動が生じる。このような水素イオンの移動に伴う水移動は、カソードガス流路３６の出口部分からアノードガス流路１６の入口部分への水の移動とは逆向きとなる。 When a catalyst is contained in the porous body layers 24 and 34, power generation occurs in the porous body layers 24 and 34. In this case, the movement of hydrogen ions as described above occurs in a portion of the electrolyte membrane 22 sandwiched between the porous body layers 24 and 34. Such movement of water accompanying the movement of hydrogen ions is opposite to the movement of water from the outlet portion of the cathode gas channel 36 to the inlet portion of the anode gas channel 16.

そのため、当該位置のアノードへの水の移動が妨げられてしまい、アノードガス流路１６入口における水素の加湿効率を低下させる要因となる。この点、実施の形態１では、多孔質体層２４、３４の触媒含有量を実質的に零としているため、このような水の流れが生ずるのを避け、アノードガス流路１６入口における水素の加湿効率が低下するのを防止することができる。 Therefore, the movement of water to the anode at the position is hindered, which causes a reduction in the humidification efficiency of hydrogen at the inlet of the anode gas flow path 16. In this regard, in the first embodiment, since the catalyst content of the porous body layers 24 and 34 is substantially zero, such a flow of water is avoided, and the hydrogen gas at the inlet of the anode gas flow channel 16 is avoided. It can prevent that humidification efficiency falls.

なお、上記の説明に基づいて、多孔質体層２４、３４の触媒含有量が実質的に零である状態とは、多孔質体層２４、３４の触媒含有量が、その発電量がほぼ零となるような量である状態とも言うことができる。換言すれば、微量の触媒が含まれていたとしても、多孔質体層２４、３４の位置において実質的に発電が生じていなければ、本発明における「触媒含有量が実質的に零である状態」に相当する。 Based on the above description, the state where the catalyst content of the porous layers 24 and 34 is substantially zero means that the catalyst content of the porous layers 24 and 34 is substantially zero. It can also be said that the amount is such that In other words, even if a small amount of catalyst is contained, if no power generation occurs substantially at the positions of the porous layers 24 and 34, the “state where the catalyst content is substantially zero” in the present invention. Is equivalent to.

また、特開２００２−２５５８４号公報には、カーボン粒子を４フッ化エチレン樹脂のバインダーで結着した層を、電解質膜上に形成する思想が開示されている。この思想は、カーボン粒子と水の経路（水パス）として機能しない４フッ化エチレン樹脂とを混合させている点で、本発明と大きく相違する。４フッ化エチレン樹脂を用いた場合には、水の経路が確保されないため水の移動が円滑に行われず、水が電解質膜へと効率よく移動できない。この点、本発明では、イオン交換樹脂を用いることにより水の経路を確保しているので、電解質膜への水の移動を円滑に行うことができる。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-25584 discloses a concept of forming a layer in which carbon particles are bound with a tetrafluoroethylene resin binder on an electrolyte membrane. This idea is greatly different from the present invention in that carbon particles and a tetrafluoroethylene resin that does not function as a water path (water path) are mixed. When the tetrafluoroethylene resin is used, the water path is not ensured, so that the water does not move smoothly, and the water cannot move efficiently to the electrolyte membrane. In this respect, in the present invention, since the water path is secured by using the ion exchange resin, the water can be smoothly transferred to the electrolyte membrane.

［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
実施の形態１では、カソードガス流路３６の出口側に多孔質体層３４を、アノードガス流路１６の入口側に多孔質体層２４を設けている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。実施の形態１の燃料電池において、多孔質体層２４と多孔質体層３４のいずれか一方のみを備える構成としてもよい。 [Modification of Embodiment 1]
(First modification)
In the first embodiment, the porous body layer 34 is provided on the outlet side of the cathode gas flow path 36, and the porous body layer 24 is provided on the inlet side of the anode gas flow path 16. However, the present invention is not limited to this. The fuel cell of Embodiment 1 may be configured to include only one of the porous body layer 24 and the porous body layer 34.

その場合には、カソードガス流路３６の出口部分とアノードガス流路１６の入口部分のうち多孔質体層を有さない部分が、電解質膜２２の露出部分となっていても良い。或いは、多孔質体層を有さない部分に、電極触媒層が設けられているような構成でもよい。例えば、実施の形態１の変形例として、多孔質体層２４のみを有する構成とし（多孔体層３４を有さない構成とし）、多孔体層３４の位置まで電極触媒層３０が設けられているような構成とすることができる。 In that case, a portion of the outlet portion of the cathode gas passage 36 and the inlet portion of the anode gas passage 16 that does not have the porous body layer may be an exposed portion of the electrolyte membrane 22. Alternatively, a configuration in which an electrode catalyst layer is provided in a portion having no porous body layer may be used. For example, as a modification of the first embodiment, the structure includes only the porous body layer 24 (the structure does not include the porous body layer 34), and the electrode catalyst layer 30 is provided up to the position of the porous body layer 34. It can be set as such a structure.

（第２変形例）
図１で示すように、実施の形態１の燃料電池は、その外形が長方形である。そして、内部を流れるガスの方向が、燃料電池の長辺と並行な方向となるように構成されている。しかしながら、本発明における燃料電池内部のガスの流通方向は、これに限られない。図４は、本発明の実施の形態１の第２変形例を説明するための図である。図４は、第２変形例の燃料電池をアノード側から見た図であり、図１と同様に、その構造の一部を透視、省略して示している。 (Second modification)
As shown in FIG. 1, the fuel cell of Embodiment 1 has a rectangular outer shape. And it is comprised so that the direction of the gas which flows through an inside may become a direction parallel to the long side of a fuel cell. However, the flow direction of the gas inside the fuel cell in the present invention is not limited to this. FIG. 4 is a diagram for explaining a second modification of the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view of the fuel cell of the second modification as viewed from the anode side, and shows a part of the structure in a transparent manner and omitted as in FIG.

第２変形例の燃料電池は、実施の形態１と同様に外形が長方形であるものの、その内部を流れるガスの方向が、燃料電池の短辺と平行な方向（図４における紙面縦方向）となるように構成されている。具体的には、セパレータ６０は、その表面に、紙面縦方向にガスが流れるようにガス流路（図４では当該位置を透視しているため、図示せず）が形成されている。そして、セパレータ６０、紙面下側に水素入口マニホールド６２を有し、紙面上側に水素出口マニホールド６４を有している。 The fuel cell of the second modification example has a rectangular outer shape as in the first embodiment, but the direction of the gas flowing through the fuel cell is parallel to the short side of the fuel cell (the vertical direction in the drawing in FIG. 4). It is comprised so that it may become. Specifically, the separator 60 is formed with a gas flow path (not shown in FIG. 4 since the position is seen through) so that gas flows in the vertical direction on the paper surface. The separator 60 has a hydrogen inlet manifold 62 on the lower side of the paper and a hydrogen outlet manifold 64 on the upper side of the paper.

第２変形例の燃料電池は、その内部に、電極触媒層７０、電解質膜７２、多孔質体層７４を有している。そして、第２変形例の場合には、多孔質体層７４を、水素入口マニホールド６２側の位置、すなわち、図４の紙面下側に設ける。このように、燃料電池内のガス流路の形状に対応させて、適宜、多孔質体層の位置などを定めることができる。 The fuel cell according to the second modification has an electrode catalyst layer 70, an electrolyte membrane 72, and a porous body layer 74 therein. In the case of the second modification, the porous body layer 74 is provided at a position on the hydrogen inlet manifold 62 side, that is, on the lower side in the drawing of FIG. As described above, the position of the porous body layer and the like can be appropriately determined in accordance with the shape of the gas flow path in the fuel cell.

なお、実施の形態１および上述したその第２変形例では、燃料電池の一方の端部から他方の端部へ向かって一方向にガスが流れるように、ガス流路が形成されている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。例えば、面内を蛇行するように設けられたガス流路など種々の形状のガス流路を有する燃料電池について、本発明を適用することができる。 In the first embodiment and the second modification described above, a gas flow path is formed so that gas flows in one direction from one end of the fuel cell toward the other end. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to fuel cells having gas passages of various shapes such as gas passages provided to meander in the plane.

また、アノードの水素の流れとカソードの空気の流れは、その流通方向が完全に対向するように構成されていなくともよい。カソードガス流路とアノードガス流路とが完全に対称の構成となっていなくともよく、一方のガス流路の出口と他方のガス流路の入口とが電解質膜を介して対向するような構成であれば、本発明を用いることが可能である。 Further, the flow of hydrogen at the anode and the flow of air at the cathode need not be configured so that the flow directions are completely opposite to each other. The cathode gas channel and the anode gas channel do not have to be completely symmetric, and the outlet of one gas channel and the inlet of the other gas channel face each other through the electrolyte membrane If so, the present invention can be used.

また、電解質膜を介して各ガス流路の入口部分と出口部分とが対向する際には、それらの位置が完全に重なるような構成でなくともよい。一方のガス流路の出口部分と他方のガス流路の入口部分とが電解質膜を介して一部重なっていれば、一方のガス流路の出口側から他方のガス流路の入口側へと向かう水の移動が生ずることとなる。従って、このような水移動が生ずる位置に、本発明の多孔質体層を設けることとすればよい。 Further, when the inlet portion and the outlet portion of each gas flow channel are opposed to each other through the electrolyte membrane, the positions may not be completely overlapped. If the outlet part of one gas channel and the inlet part of the other gas channel partially overlap via the electrolyte membrane, from the outlet side of one gas channel to the inlet side of the other gas channel There will be a movement of water to go. Therefore, the porous body layer of the present invention may be provided at a position where such water movement occurs.

（第３変形例）
実施の形態１では、電極触媒層２０と多孔質体層２４との間で、同じイオン交換樹脂および同じ多孔質体（カーボン粉体）を用いて、多孔質体層２４を形成した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、多孔質体層２４の材料を、電極触媒層２０と同じイオン交換樹脂、多孔質体としなくともよい。 (Third Modification)
In the first embodiment, the porous body layer 24 is formed between the electrode catalyst layer 20 and the porous body layer 24 by using the same ion exchange resin and the same porous body (carbon powder). However, the present invention is not limited to this. That is, the material of the porous body layer 24 may not be the same ion exchange resin and porous body as the electrode catalyst layer 20.

例えば、多孔質体層２４の多孔質体として、カーボン等の導電性材料に限らず、ＳｉＯ_２やＴｉＯ_２などの非導電性材料を用いることができる。また、イオン交換樹脂についても、適宜、好適な材料を選択することができる。これらの材料を用いて多孔質体層を形成する場合も、従来の電極触媒層を形成する場合と同様に、イオン交換樹脂と多孔質体とを混合し、電解質膜に塗布、乾燥する手法を用いることができる。 For example, as the porous body of the porous body layer 24, not only a conductive material such as carbon but also a nonconductive material such as SiO ₂ or TiO ₂ can be used. Also, a suitable material can be selected as appropriate for the ion exchange resin. When forming a porous body layer using these materials, a method of mixing an ion exchange resin and a porous body, applying to an electrolyte membrane, and drying is the same as in the case of forming a conventional electrode catalyst layer. Can be used.

（第４変形例）
実施の形態１の説明で述べたように、カソードガス流路３６の出口側およびアノードガス流路１６の出口側は、湿度が高くなっている。そこで、実施の形態１の燃料電池に、当該位置を冷却するような冷却系（冷却水流路）を設けることにより、当該位置のガス中の水分を凝縮することができる。これにより、液体の水を多孔質体層に供給することができる。 (Fourth modification)
As described in the description of the first embodiment, the humidity is high on the outlet side of the cathode gas channel 36 and the outlet side of the anode gas channel 16. Therefore, by providing the fuel cell of Embodiment 1 with a cooling system (cooling water flow path) that cools the position, moisture in the gas at the position can be condensed. Thereby, liquid water can be supplied to the porous body layer.

なお、このような冷却系を設けることにより、凝縮された水分は、温度が低い状態になっている。従って、カソードガス流路３４出口とアノードガス流路１６入口に挟まれた特定部位には、低温の水が供給されることになる。実施の形態１と異なり、当該部位を単に電解質膜２２の露出部分などとしたような場合には、この水は、電解質膜２２を透過してアノードガス流路１６側に移動するものの、低温のため蒸発しにくい。これに起因して、アノードガス流路１６入口を流れる水素に対し十分な水分が供給されなくなる恐れがある。 By providing such a cooling system, the condensed moisture is in a low temperature state. Accordingly, low temperature water is supplied to a specific portion sandwiched between the outlet of the cathode gas passage 34 and the inlet of the anode gas passage 16. Unlike Embodiment 1, in the case where the part is simply an exposed part of the electrolyte membrane 22, this water passes through the electrolyte membrane 22 and moves to the anode gas flow channel 16 side, but the temperature is low. Therefore, it is hard to evaporate. Due to this, there is a possibility that sufficient moisture is not supplied to the hydrogen flowing through the inlet of the anode gas flow path 16.

この点、実施の形態１では、アノードガス流路１６入口に多孔質体層２４を有しているため、低温の水も効果的に蒸散し、水素の加湿を十分に行うことができる。 In this regard, in the first embodiment, since the porous body layer 24 is provided at the inlet of the anode gas flow path 16, low-temperature water can be effectively evaporated and the hydrogen can be sufficiently humidified.

なお、図１、４、５に示した燃料電池においては、電極触媒層と多孔質体層との間に間隔が設けられている。しかしながら、本発明はこれに限られず、電極触媒層と多孔質体層とが接するように形成されていてもよい。 In the fuel cell shown in FIGS. 1, 4, and 5, a gap is provided between the electrode catalyst layer and the porous body layer. However, the present invention is not limited to this, and the electrode catalyst layer and the porous body layer may be formed in contact with each other.

また、上述した実施の形態１およびその変形例では、多孔質体層２４、３４が電解質膜２２上の所定の領域に連続して設けられる構成とした。しかしながら、本発明はこれに限られない。多孔質体層２４、３４が電解質膜２２の表面に層として形成されていればよく、電解質膜２２上の所定の領域に不連続に設けられている構成としてもよい。具体的には、島状や、ストライプ状などに形成されてもよい。 Further, in the first embodiment and the modification thereof described above, the porous body layers 24 and 34 are configured to be continuously provided in a predetermined region on the electrolyte membrane 22. However, the present invention is not limited to this. The porous body layers 24 and 34 may be formed on the surface of the electrolyte membrane 22 as a layer, and may be provided discontinuously in a predetermined region on the electrolyte membrane 22. Specifically, it may be formed in an island shape or a stripe shape.

実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
図５は、本発明の実施の形態２を説明するための図である。実施の形態２は、実施の形態１とほぼ同様の構成を有している。図５（ａ）は、実施の形態２の燃料電池をアノード側から見た図であり、図１（ａ）の場合と同様に、一部の構造を透視、省略している。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図１（ｂ）同様にガス拡散層やセパレータを省略して図示したものである。その他、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。 Embodiment 2. FIG.
[Configuration of Embodiment 2]
FIG. 5 is a diagram for explaining the second embodiment of the present invention. The second embodiment has substantially the same configuration as the first embodiment. FIG. 5 (a) is a view of the fuel cell of Embodiment 2 as viewed from the anode side, and a part of the structure is seen through and omitted as in the case of FIG. 1 (a). FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 5A, and the gas diffusion layer and the separator are omitted as in FIG. 1B. In addition, about the structure similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、実施の形態２の燃料電池は、アノードガス流路１６の出口側に多孔質体層８４を、カソードガス流路３６の入口側に多孔質体層９４を有する点で、実施の形態１の燃料電池に相違する。多孔質体層８４、９４は、多孔質体層２４、３４と同様に、イオン交換樹脂を含む多孔質体により、電解質膜２２上に層状に形成される。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the fuel cell of Embodiment 2 has a porous body layer 84 on the outlet side of the anode gas flow channel 16 and a porous material on the inlet side of the cathode gas flow channel 36. It differs from the fuel cell of Embodiment 1 in having a body layer 94. The porous body layers 84 and 94 are formed in layers on the electrolyte membrane 22 by a porous body containing an ion exchange resin, similarly to the porous body layers 24 and 34.

［実施の形態２の動作］
前述したように、カソードを流れる空気がカソード内の水を含みながら流れるため、カソードガス流路３６の出口側（即ち多孔質体層３４近傍）は湿度が高くなる。これと同様に、アノードを流れる水素もアノード内の水を含みながら流れるため、アノードガス流路１６の出口側（即ち多孔質体層８４近傍）の湿度が高くなる。その結果、実施の形態２の燃料電池では、アノードガス流路１６出口部分からカソードガス流路３６入口部分へ向かうような水の移動が生ずる。 [Operation of Embodiment 2]
As described above, since the air flowing through the cathode flows while containing water in the cathode, the outlet side of the cathode gas flow path 36 (that is, the vicinity of the porous body layer 34) has high humidity. Similarly, since the hydrogen flowing through the anode flows while containing water in the anode, the humidity on the outlet side of the anode gas flow path 16 (that is, in the vicinity of the porous body layer 84) becomes high. As a result, in the fuel cell according to the second embodiment, water moves from the anode gas flow path 16 outlet to the cathode gas flow path 36 inlet.

実施の形態２の燃料電池は、このような水移動が生じる位置に、多孔質体層８４、９４を有している。多孔質体層８４、９４は多孔質体層２４、３４と同様にイオン交換樹脂を含む多孔質体により形成されているため、当該位置においても電解質膜を介した水移動が促進される。その結果、カソードガス流路３６の入口部分を流れる空気を、効率よく加湿することができる。 The fuel cell of Embodiment 2 has porous body layers 84 and 94 at positions where such water movement occurs. Since the porous body layers 84 and 94 are formed of a porous body containing an ion exchange resin similarly to the porous body layers 24 and 34, water movement through the electrolyte membrane is also promoted at that position. As a result, the air flowing through the inlet portion of the cathode gas channel 36 can be efficiently humidified.

多孔質体層２４、３４がカソードからアノードへの水移動を、多孔質体層８４、９４がアノードからカソードへの水移動を、それぞれ促進することにより、燃料電池内部を循環するような水の流れを促進することができる。その結果、燃料電池内部の水を、電解質膜の加湿に無駄なく利用することができる。 The porous body layers 24 and 34 promote the water movement from the cathode to the anode, and the porous body layers 84 and 94 promote the water movement from the anode to the cathode. The flow can be promoted. As a result, the water inside the fuel cell can be used without waste for humidifying the electrolyte membrane.

尚、上述した実施の形態２では、電解質膜２２のアノードガス流路１６出口とカソードガス流路３６入口に挟まれた部位が、前記第２の発明における「前記第１ガス流路の出口部と前記第２ガス流路の入口部とに挟まれた特定部位」に相当している。 In the second embodiment described above, the portion of the electrolyte membrane 22 sandwiched between the outlet of the anode gas passage 16 and the inlet of the cathode gas passage 36 is the “exit portion of the first gas passage” in the second invention. And a specific portion sandwiched between the inlet portion of the second gas flow path.

実施の形態３．
［実施の形態３の構成］
図６は、実施の形態３の燃料電池の構成を説明するための図である。実施の形態３の燃料電池は、図５に示した実施の形態２と同様の構造を有している。実施の形態３は、多孔質体層２４のかわりに多孔質体層１２４を、多孔質体層８４のかわりに多孔質体層１８４を有している点で、実施の形態２と相違する。なお、その他の構造で実施の形態２と同一のものは、同一の符号を付して、その説明を省略する。 Embodiment 3 FIG.
[Configuration of Embodiment 3]
FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the fuel cell according to the third embodiment. The fuel cell of the third embodiment has the same structure as that of the second embodiment shown in FIG. The third embodiment is different from the second embodiment in that a porous body layer 124 is provided instead of the porous body layer 24 and a porous body layer 184 is provided instead of the porous body layer 84. Other structures that are the same as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

多孔質体層１２４、１８４は、多孔質体層２４、８４と同様に、イオン交換樹脂とカーボン粉末を用いて形成される。多孔質体層１２４および多孔質体層１８４は、それらの材料に加え、燃料電池の劣化を促進する物質を吸着または分解する材料を含んでいる。具体的には、実施の形態３では、Ｈ_２Ｏ_２とＦ⁻とを燃料電池の劣化（電解質膜やセパレータなど種々の構成要素の劣化）を促進する物質と判断し、多孔質体層１２４、１８４に、Ｈ_２Ｏ_２分解材としてＣｅ（ＰＯ_４）_４とＣｅ（ＣＯ_３）_２を、Ｆ⁻吸着材としてＣｅ（ＯＨ）_４とＣａＣＯ_３を混入させている。 The porous body layers 124 and 184 are formed using an ion exchange resin and carbon powder in the same manner as the porous body layers 24 and 84. In addition to these materials, the porous body layer 124 and the porous body layer 184 include a material that adsorbs or decomposes a substance that promotes deterioration of the fuel cell. Specifically, in Embodiment 3, it is determined that H ₂ O ₂ and F ⁻ are substances that promote deterioration of the fuel cell (deterioration of various components such as an electrolyte membrane and a separator), and the porous body layer 124 is used. 184, Ce (PO ₄ ) ₄ and Ce (CO ₃ ) ₂ are mixed as H ₂ O ₂ decomposition materials, and Ce (OH) ₄ and CaCO ₃ are mixed as F ⁻ adsorbents.

多孔質体層１２４、１８４を形成する際には、イオン交換樹脂、カーボン粉末および上記列挙したＨ_２Ｏ_２分解材とＦ⁻吸着材とを混合した後、これを電解質膜２２上に塗布し、乾燥させる。 When forming the porous body layer 124,184 are ion-exchange resins, and the carbon powder and the recited H ₂ O ₂ decomposition material F ^- after mixing the adsorbent, coated with this on the electrolyte membrane 22 ,dry.

［実施の形態３の動作］
実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、アノードとカソードを通って燃料電池内を循環するような水の流れが生ずる。燃料電池内部に存在する水に種々の物質が含まれている場合、前述した燃料電池内部を循環するような水の流れに伴って、徐々に、その濃度が上昇することになる。それらの物質の中に燃料電池の劣化を促進する物質が含まれている場合は、これらの物質が燃料電池内を循環するように流れる水の中に濃縮することとなる。その結果、燃料電池の劣化を促進する物質が高濃度で存在する水が、燃料電池内部を循環することとなり、好ましくない。 [Operation of Embodiment 3]
In the third embodiment, as in the second embodiment, a water flow that circulates in the fuel cell through the anode and the cathode is generated. When various substances are contained in the water present in the fuel cell, the concentration gradually increases with the flow of water circulating inside the fuel cell described above. If these substances contain substances that promote the deterioration of the fuel cell, these substances will be concentrated in the flowing water so as to circulate in the fuel cell. As a result, water having a high concentration of a substance that promotes deterioration of the fuel cell circulates inside the fuel cell, which is not preferable.

そこで実施の形態３では、多孔質体層１２４、１８４に、燃料電池の劣化を促進する物質を吸着または分解する物質を混入している。これにより、多孔質体層１２４を通ってカソードからアノードへと水が移動する際、および、多孔質体層１８４を通ってアノードからカソードへと水が移動する際に、それらの水に含まれる前述した物質を、多孔質体層に吸着し、または除去することができる。その結果、燃料電池の劣化を促進する物質の濃度が燃料電池内部を流れる水中で上昇するのを回避することができる。 Therefore, in the third embodiment, the porous body layers 124 and 184 are mixed with a substance that adsorbs or decomposes a substance that promotes deterioration of the fuel cell. Accordingly, when water moves from the cathode to the anode through the porous body layer 124 and when water moves from the anode to the cathode through the porous body layer 184, the water is included in the water. The aforementioned substances can be adsorbed on or removed from the porous body layer. As a result, it is possible to avoid the concentration of the substance that promotes deterioration of the fuel cell from rising in the water flowing inside the fuel cell.

尚、上述した実施の形態３では、Ｃｅ（ＰＯ_４）_４、Ｃｅ（ＣＯ_３）_２、Ｃｅ（ＯＨ）_４、ＣａＣＯ_３が前記第３の発明における「燃料電池の劣化を促進する物質を除去する物質」に相当している。 In the third embodiment described above, Ce (PO ₄ ) ₄ , Ce (CO ₃ ) ₂ , Ce (OH) ₄ , and CaCO ₃ are “removing substances that promote deterioration of the fuel cell” in the third invention. It corresponds to "substance to do".

［実施の形態３の変形例］
（第１変形例）
実施の形態３では、多孔質体層１２４、１８４に、Ｈ_２Ｏ_２分解剤とＦ⁻吸着剤を混入した。しかしながら、多孔質体層に含ませる材料はこれらに限定されるものではない。燃料電池の劣化を促進する物質を除去し、燃料電池内部を循環するように流れる水の中で当該物質の濃度が上昇するのを防ぐ機能を有する材料を、適宜、多孔質体層１２４、１８４に混入することができる。 [Modification of Embodiment 3]
(First modification)
In the third embodiment, the porous layer _124,184, H _{2 O} 2 decomposition agent F ^- mixed with the adsorbent. However, the material included in the porous body layer is not limited to these. A material having a function of removing a substance that promotes deterioration of the fuel cell and preventing the concentration of the substance from increasing in water flowing so as to circulate inside the fuel cell is appropriately selected as the porous body layers 124 and 184. Can be mixed.

すなわち、多孔質体層１２４、１８４に含ませる材料は、燃料電池の劣化を促進する物質の濃度上昇を防ぐ機能を有していればよく、当該物質を吸着して捕捉する機能、当該物質を分解して燃料電池にとって無害な物質にする機能、あるいは付加反応により当該物質から燃料電池にとって無害な物質を生成する機能などを有する材料であればよい。 That is, the material included in the porous body layers 124 and 184 only needs to have a function of preventing an increase in the concentration of the substance that promotes deterioration of the fuel cell. Any material may be used as long as it has a function of decomposing and making the substance harmless to the fuel cell or a function of generating a substance harmless to the fuel cell from the substance by the addition reaction.

また、Ｈ_２Ｏ_２とＦ⁻以外の種々の物質（例えば、ラジカルや種々の金属イオン等）についても、適宜、燃料電池の劣化を促進する物質として判断することができる。例えば、燃料電池にガスを供給する配管などから溶け出した金属イオン（例えば鉄イオンなど）を燃料電池の劣化を促進する物質と判断し、これに対処するために、適当なキレート剤を多孔質体層１２４、１２８に含ませることができる。 Also, various substances other than H ₂ O ₂ and F ⁻ (for example, radicals and various metal ions) can be appropriately determined as substances that promote deterioration of the fuel cell. For example, metal ions (for example, iron ions) dissolved from a pipe that supplies gas to the fuel cell are judged as substances that promote deterioration of the fuel cell, and an appropriate chelating agent is used as a porous material to cope with this. It can be included in the body layers 124, 128.

（第２変形例）
実施の形態３では、多孔質体層１２４、１８４に、前述したような分解剤、吸着剤を混入した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。多孔質体層１２４と多孔質体層１８４のいずれか一方のみに、前述したような分解剤、吸着剤を混入することとしてもよい。また、図示しない紙面裏面側に設けられる多孔質体層に対して、前述したような分解剤、吸着剤を混入することとしてもよい。 (Second modification)
In the third embodiment, the above-described decomposition agent and adsorbent are mixed in the porous body layers 124 and 184. However, the present invention is not limited to this. Only one of the porous body layer 124 and the porous body layer 184 may be mixed with the above-described decomposition agent or adsorbent. Moreover, it is good also as mixing a decomposition agent and adsorption agent as mentioned above with respect to the porous body layer provided in the paper back surface side which is not shown in figure.

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４の燃料電池の構成を説明するための図である。図７は、実施の形態４の燃料電池をアノード側から見た図であり、図１（ａ）と同様に構造の一部を透視、省略している。なお、実施の形態１と同一の構造には、同一の符号を付している。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration of a fuel cell according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 7 is a view of the fuel cell of Embodiment 4 as viewed from the anode side, and a part of the structure is seen through and omitted as in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as Embodiment 1. FIG.

実施の形態４は、実施の形態１とほぼ同様の構成を有している。実施の形態１と同様に、電解質膜２２の紙面裏面側には図示しないカソードの構成が設けられており、電解質膜２２を介してアノードとカソードの構造が対称となっている。実施の形態４は、多孔質体層２４、３４の位置にも電極触媒層を設け、当該位置の触媒の量を他の位置の触媒の量よりも少なくしている点で、実施の形態１に相違している。 The fourth embodiment has almost the same configuration as that of the first embodiment. As in the first embodiment, a cathode configuration (not shown) is provided on the back side of the electrolyte membrane 22 in the drawing, and the anode and cathode structures are symmetrical via the electrolyte membrane 22. In the fourth embodiment, an electrode catalyst layer is also provided at the position of the porous layers 24 and 34, and the amount of catalyst at the position is smaller than the amount of catalyst at other positions. Is different.

具体的には、実施の形態４では、アノードガス流路の入口側、すなわち実施の形態１で多孔質体層２４を設けた位置に、電極触媒層２２４を設けている。そして、電極触媒層２２４の触媒量を電極触媒層２２０の触媒量よりも少なくする。また、図示しない紙面裏面側のカソードの電極触媒層についても、カソードガス流路の出口部分に、触媒量が相対的に少ない領域を設ける。 Specifically, in the fourth embodiment, the electrode catalyst layer 224 is provided on the inlet side of the anode gas flow path, that is, the position where the porous body layer 24 is provided in the first embodiment. Then, the catalyst amount of the electrode catalyst layer 224 is made smaller than the catalyst amount of the electrode catalyst layer 220. In addition, for the cathode electrode catalyst layer on the back side of the paper (not shown), a region with a relatively small amount of catalyst is provided at the outlet of the cathode gas flow path.

電極触媒層における触媒量が相対的に少ない部分では、発電量が低下する。発電量が低下することで、当該位置の発熱量が他の位置に比して少なくなる。その結果、当該位置近傍のガス中の水分が、凝縮しやすくなる。そして、当該位置のガスの湿度が十分に高い状況下では、当該位置に多くの液体の水が供給されることとなり、アノードとカソードの間の湿度差が増大し、当該位置での水移動が促進されることとなる。 In a portion where the amount of catalyst in the electrode catalyst layer is relatively small, the amount of power generation decreases. By reducing the amount of power generation, the amount of heat generated at that position becomes smaller than at other positions. As a result, moisture in the gas near the position is likely to condense. Under the situation where the humidity of the gas at the position is sufficiently high, a lot of liquid water is supplied to the position, the humidity difference between the anode and the cathode increases, and water movement at the position Will be promoted.

また、実施の形態１で述べたように、電極触媒層における触媒量が相対的に少ない部分では発電量が低下し、発電時の水素イオンの移動に伴う水移動が減少する。そのため、実施の形態４の構成によれば、カソードガス流路の出口部分からアノードガス流路の入口部分への水移動量を、増加させることができる。 Further, as described in the first embodiment, the amount of power generation is reduced at a portion where the amount of catalyst in the electrode catalyst layer is relatively small, and water movement accompanying movement of hydrogen ions during power generation is reduced. Therefore, according to the configuration of the fourth embodiment, the amount of water movement from the outlet portion of the cathode gas channel to the inlet portion of the anode gas channel can be increased.

尚、上述した実施の形態４では、電解質膜２２が前記第４の発明における「電解質膜」に、電極触媒層２２０、２２４および図示しないカソードの電極触媒層が、前記第４の発明における「触媒層」に、セパレータ１０に設けられたアノードガス流路が、記第４の発明における「第１ガス流路」に、図示しないカソードのセパレータに設けられたカソードガス流路が前記第４の発明における「第２ガス流路」に、それぞれ相当している。そして、電極触媒層２２４の位置が、前記第４の発明における「前記第１ガス流路の入口部と前記第２ガス流路の出口部とに挟まれた特定部位」に相当している。 In the fourth embodiment described above, the electrolyte membrane 22 is the “electrolyte membrane” in the fourth invention, the electrode catalyst layers 220 and 224 and the cathode electrode catalyst layer (not shown) are the “catalysts” in the fourth invention. The anode gas flow path provided in the separator 10 in the “layer” is the “first gas flow path” in the fourth invention, and the cathode gas flow path provided in the cathode separator (not shown) in the fourth invention. Corresponds to the “second gas flow path” in FIG. The position of the electrode catalyst layer 224 corresponds to the “specific portion sandwiched between the inlet portion of the first gas flow path and the outlet portion of the second gas flow path” in the fourth invention.

［実施の形態４の変形例］
（第１変形例）
実施の形態４では、カソードガス流路の出口部分とアノードガス流路の入口部分とに挟まれた部位のみに、触媒量が相対的に少ない部分を設けた。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。実施の形態２と同様に、カソードガス流路の入口部分とアノードガス流路の出口部分に挟まれた部位に、触媒量が相対的に少ない部分を設けることとしても良い。 [Modification of Embodiment 4]
(First modification)
In the fourth embodiment, a portion having a relatively small amount of catalyst is provided only in a portion sandwiched between the outlet portion of the cathode gas passage and the inlet portion of the anode gas passage. However, the present invention is not limited to this. As in the second embodiment, a portion with a relatively small amount of catalyst may be provided at a portion sandwiched between the inlet portion of the cathode gas flow channel and the outlet portion of the anode gas flow channel.

本発明の実施の形態１の燃料電池の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the fuel cell of Embodiment 1 of this invention. 実施の形態１の燃料電池における多孔質体層の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the porous body layer in the fuel cell of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の燃料電池における多孔質体層の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the porous body layer in the fuel cell of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の変形例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for illustrating a modification of the first embodiment. 本発明の実施の形態２の燃料電池の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the fuel cell of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３の燃料電池の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the fuel cell of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態４の燃料電池の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the fuel cell of Embodiment 4 of this invention.

Explanation of symbols

セパレータ１０、６０
水素入口マニホールド１２、６２
水素出口マニホールド１４、６４
電極触媒層２０、７０、２２０、２２４
電解質膜２２、７２
多孔質体層２４、３４、７４、８４、９４、１２４、１８４ Separator 10, 60
Hydrogen inlet manifold 12, 62
Hydrogen outlet manifold 14, 64
Electrocatalyst layer 20, 70, 220, 224
Electrolyte membrane 22, 72
Porous layer 24, 34, 74, 84, 94, 124, 184

Claims

A planar body having a catalyst layer on both sides of the electrolyte membrane, a first gas flow path provided in contact with one surface of the planar body, and a second gas flow provided in contact with the other surface of the planar body A fuel cell in which a gas inlet portion of the first gas flow path and a gas outlet portion of the second gas flow path are opposed to each other with the planar body interposed therebetween,
The specific part sandwiched between the inlet part of the first gas channel and the outlet part of the second gas channel of the planar body is formed by a porous body containing an ion exchange resin on at least one surface of the electrolyte membrane. A fuel cell comprising a layer formed by directly laminating a layer having substantially zero catalyst content.

The gas outlet portion of the first gas flow path and the gas inlet portion of the second gas flow path are opposed to each other with the planar body interposed therebetween,
The specific part sandwiched between the outlet part of the first gas flow path and the inlet part of the second gas flow path of the planar body is formed by a porous body containing an ion exchange resin on at least one surface of the electrolyte membrane. 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the formed layer is formed by directly laminating a layer having substantially zero catalyst content.

2. The layer formed by the porous body containing the ion exchange resin and having substantially zero catalyst content contains a substance that removes a substance that promotes deterioration of the fuel cell. Or the fuel cell of 2.

A planar body having a catalyst layer on both sides of the electrolyte membrane, a first gas flow path provided in contact with one surface of the planar body, and a second gas flow provided in contact with the other surface of the planar body A fuel cell in which a gas inlet portion of the first gas flow path and a gas outlet portion of the second gas flow path are opposed to each other with the planar body interposed therebetween,
The specific part sandwiched between the inlet part of the first gas flow path and the outlet part of the second gas flow path of the planar body has the catalyst content of the catalyst layer relatively less than other parts. A fuel cell characterized by comprising:

The gas outlet portion of the first gas flow path and the gas inlet portion of the second gas flow path are opposed to each other with the planar body interposed therebetween,
The specific part sandwiched between the outlet part of the first gas flow path and the inlet part of the second gas flow path of the planar body has the catalyst content of the catalyst layer relatively less than other parts. The fuel cell according to claim 4, wherein the fuel cell is provided.

5. The fuel cell according to claim 4, wherein the first gas flow path is an anode gas flow path, and the second gas flow path is a cathode gas flow path.