JP5183130B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP5183130B2
JP5183130B2 JP2007230912A JP2007230912A JP5183130B2 JP 5183130 B2 JP5183130 B2 JP 5183130B2 JP 2007230912 A JP2007230912 A JP 2007230912A JP 2007230912 A JP2007230912 A JP 2007230912A JP 5183130 B2 JP5183130 B2 JP 5183130B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separator
inlet
outlet
fuel
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007230912A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009064647A (en
Inventor
弘之 佐竹
正也 小境
務 奥澤
秀一 高澤
宏 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2007230912A priority Critical patent/JP5183130B2/en
Publication of JP2009064647A publication Critical patent/JP2009064647A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5183130B2 publication Critical patent/JP5183130B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

本発明は、燃料電池に係り、特に、定置用電源および移動体用電源として有用である固体高分子型燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a polymer electrolyte fuel cell useful as a stationary power source and a mobile power source.

燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させ、発電した電気を供給するものである。燃料電池の重要な構成要素にセパレータがある。   A fuel cell supplies electricity generated by electrochemically reacting a fuel gas and an oxidant gas. An important component of a fuel cell is a separator.

セパレータは、燃料ガスと酸化剤ガスを分離し、ガスが均等に拡散層に行き渡るように工夫された流路構造を持ち、膜・電極接合体(MEA)で発電された電気を誘電する電気誘導部をもつものである。   The separator separates the fuel gas and the oxidant gas, has a channel structure designed to distribute the gas evenly to the diffusion layer, and induces electricity generated by the membrane / electrode assembly (MEA). It has a part.

セパレータは、黒鉛材料と金属材料のものが開発されている。金属材料のセパレータは、腐食への対策が必要になるが、金属材料をプレス成形にて流路を形成するので、コスト低減化や薄型化・軽量化が可能であり、体積あたりの出力向上が期待できる。   Separators of graphite material and metal material have been developed. Metal material separators require countermeasures against corrosion, but the metal material is formed by press forming the flow path, so it is possible to reduce costs, reduce thickness and weight, and improve output per volume. I can expect.

したがって、高密度出力化や低コスト化のニーズに伴い、金属材料セパレータは広い分野で展開が進められている。   Therefore, metal material separators are being developed in a wide range of fields in accordance with the needs for high density output and low cost.

燃料電池は、電流を引くことにより電圧が降下する。電圧降下の原因は、触媒活性に起因する活性化損失,電解質膜のイオン伝導抵抗や電池内部の抵抗による抵抗損失、およびガスの拡散に起因する濃度損失である。   In a fuel cell, the voltage drops when current is drawn. The causes of the voltage drop are activation loss due to catalytic activity, resistance loss due to ion conduction resistance of the electrolyte membrane and resistance inside the battery, and concentration loss due to gas diffusion.

電池性能を向上する上で、これらの損失を小さくすることが重要であるが、特に、高電流密度の出力を実現するには、ガスの拡散に起因する濃度損失が問題となる。   In order to improve the battery performance, it is important to reduce these losses. In particular, in order to realize a high current density output, concentration loss due to gas diffusion becomes a problem.

すなわち、多くの電流を得るには、燃料ガスや酸化剤ガスをMEA全体に供給し、反応領域全域に渡り電気化学反応を活性化する必要がある。   That is, in order to obtain a large amount of current, it is necessary to supply fuel gas or oxidant gas to the entire MEA and activate the electrochemical reaction over the entire reaction region.

燃料ガスや酸化剤ガスをMEA全体に供給し、反応領域全域に渡り電気化学反応を活性化する技術に、流路同士を連結するスリット状の流路を設け、局所的な濃度損失を低減し、安定した発電特性を得られるようにしたものや、セパレータの端方から中央にかけて流路断面積を大きく取るような流路断面積分布を持たせることで、ガスの質量流量の低下を防止し、電流密度分布の不均一性による性能低下を改善するものがある(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。   The technology that supplies fuel gas and oxidant gas to the entire MEA and activates the electrochemical reaction over the entire reaction region is provided with a slit-like channel that connects the channels to reduce local concentration loss. In order to prevent a decrease in the mass flow rate of the gas, it is possible to obtain stable power generation characteristics and to have a flow passage cross-sectional area distribution that increases the flow passage cross-sectional area from the end to the center of the separator. Some have improved performance degradation due to non-uniformity of current density distribution (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

特開2006−351222号公報JP 2006-351222 A 特開2005−174648号公報JP 2005-174648 A

電気化学反応に必要な燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電気化学反応により消費され、燃料ガスに水素ガスを、酸化剤ガスに空気をもちいた場合、電気化学反応は次式のように示される。   The fuel gas and oxidant gas necessary for the electrochemical reaction are consumed by the electrochemical reaction. When hydrogen gas is used as the fuel gas and air is used as the oxidant gas, the electrochemical reaction is expressed by the following equation.

アノード側(燃料極):H2 → 2H++2e (1)
カソード側(空気極):4H++O2+4e → 2H2O (2)
上式より、アノード側では、燃料ガスである水素ガスは、水素イオンと電子になり、空気極で消費される。
Anode side (fuel electrode): H 2 → 2H + + 2e (1)
Cathode side (air electrode): 4H + + O 2 + 4e → 2H 2 O (2)
From the above equation, on the anode side, the hydrogen gas as the fuel gas becomes hydrogen ions and electrons and is consumed at the air electrode.

一方、カソード側では、酸素が消費される一方で、水蒸気が生成される。空気中には、20%程度の酸素が含まれるが、入口から出口に向かって酸素の消費が進みに連れ、水蒸気の占める割合が大きくなり、酸素の占める割合(分圧が)小さくなる。   On the other hand, on the cathode side, water is generated while oxygen is consumed. The air contains about 20% of oxygen, but as oxygen consumption progresses from the inlet toward the outlet, the proportion of water vapor increases and the proportion of oxygen (partial pressure) decreases.

従って、カソード側では、入口から出口に向かって、電気化学反応に必要な空中の酸素の供給が、難しくなってくる。それ故、電気化学反応でボトルネックとなるのは、酸素の供給であるといえる。酸素供給の問題は、高電流密度条件の運転や高酸素利用率条件時において、特に顕著にあらわれると考える。   Therefore, on the cathode side, it becomes difficult to supply air oxygen necessary for the electrochemical reaction from the inlet toward the outlet. Therefore, it can be said that the bottleneck in the electrochemical reaction is the supply of oxygen. The problem of oxygen supply appears to be particularly noticeable during operation under high current density conditions and high oxygen utilization rate conditions.

これは、カソード側流路の入口付近では、酸素が十分供給できるので電気化学反応は活発に行えるが、出口に向うにつれ、酸素濃度は薄くなると共に、電気化学反応で生成される水蒸気により酸素が発電部にいきにくくなるためと考えられる。   This is because the oxygen can be sufficiently supplied in the vicinity of the inlet of the cathode side flow path so that the electrochemical reaction can be actively performed, but the oxygen concentration decreases as it goes to the outlet, and the oxygen is generated by the water vapor generated by the electrochemical reaction. It is thought that it becomes difficult to go to the power generation section.

この結果、入口付近と出口付近では、電流密度が異なり、出口に近づくほど発電の効率が悪くなる。   As a result, the current density is different between the vicinity of the inlet and the vicinity of the outlet, and the power generation efficiency becomes worse as it approaches the outlet.

つまり、入口付近と出口付近に発電の格差が生じてしまう。これは、高出力密度の電流を得るためにも、また発電部品の寿命の観点からも解決しなければならない問題である。
従来技術における、スリット状に流路同士を連結する手段や、端方から中央にかけて流路断面積を大きくする手段は、ガスの流れを制御し、ガス拡散に起因する濃度損失を解決しようとするものである。
That is, there is a difference in power generation near the entrance and the exit. This is a problem that must be solved in order to obtain a high power density current and from the viewpoint of the life of the power generation component.
In the prior art, the means for connecting the flow paths in a slit shape or the means for increasing the cross-sectional area of the flow path from the end to the center controls the flow of gas and tries to solve the concentration loss caused by gas diffusion. Is.

しかしながら、スリット状に流路同士を連結する手段や、端方から中央にかけて流路断面積を大きくする手段は、消費される酸素の量や生成される水蒸気の量を変化させるものではなく、まして、電気化学反応を制御し、入口付近と出口付近における発電の格差を解決するものでもない。   However, the means for connecting the flow paths in a slit shape and the means for increasing the cross-sectional area of the flow path from the end to the center do not change the amount of oxygen consumed or the amount of water vapor generated. It does not solve the disparity in power generation near the inlet and the outlet by controlling the electrochemical reaction.

本発明の目的は、電気化学反応で消費される酸素の量や、生成される水蒸気の量を変化させ、電気化学反応を制御し、入口付近と出口付近における発電の格差を解決するものである。   An object of the present invention is to solve the disparity in power generation near the inlet and the outlet by controlling the electrochemical reaction by changing the amount of oxygen consumed in the electrochemical reaction and the amount of water vapor generated. .

本発明の燃料電池は、電解質層を燃料極と酸素極とで挟持し、前記燃料極に沿って燃料ガス流路を形成し、前記燃料極に対し電気を誘電する電気誘導部を有する燃料極セパレータと、前記酸素極に沿って酸化剤ガス流路を形成し、前記酸素極に対し電気を誘電する電気誘導部を有する酸素極セパレータと、を備えたものである。   The fuel cell according to the present invention includes a fuel electrode having an electric induction portion that sandwiches an electrolyte layer between a fuel electrode and an oxygen electrode, forms a fuel gas flow path along the fuel electrode, and dielectrics electricity with respect to the fuel electrode. A separator and an oxygen electrode separator having an electric induction part that forms an oxidant gas flow path along the oxygen electrode and that generates electricity with respect to the oxygen electrode are provided.

そして、前記酸素極セパレータの電気誘導部が、酸化剤ガス流路の入口から、酸化剤ガス流路の出口に向かって、電気伝導率の大きくなる部材で構成されていることを特徴とする。   And the electric induction part of the said oxygen electrode separator is comprised by the member from which an electrical conductivity becomes large toward the exit of an oxidizing gas channel from the inlet of an oxidizing gas channel.

また、前記酸素極セパレータの電気誘導部が、酸化剤ガス流路の入口から、酸化剤ガス流路の出口に向かって、酸素極と接する面積が大きくなることを特徴とする。   Further, the electric induction part of the oxygen electrode separator has a feature that an area in contact with the oxygen electrode increases from the inlet of the oxidant gas flow path to the outlet of the oxidant gas flow path.

つまり、本発明は、セパレータのカソード側の空気の入口付近において、電気化学反応を抑制し、かつ、カソード側の空気の出口付近において、電気化学反応を助長する手段を持たせることで、入口付近と出口付近における発電の格差を解決するものである。   In other words, the present invention provides a means for suppressing the electrochemical reaction in the vicinity of the air inlet on the cathode side of the separator and for promoting the electrochemical reaction in the vicinity of the air outlet on the cathode side. It solves the disparity in power generation near the exit.

電気化学反応を入口付近で抑制し、かつ、カソード側の空気の出口付近で助長する手段は、発電部分が接続されるセパレータの電気誘導部において、電気伝導率が入口付近で小さく、出口付近で大きい値を持つ材料を適用する。   The means of suppressing the electrochemical reaction near the inlet and promoting it near the cathode air outlet is that the electrical conductivity is small near the inlet and near the outlet in the electric induction part of the separator to which the power generation part is connected. Apply a material with a large value.

あるいは、セパレータのカソード側入口付近において、電気化学反応を抑制し、かつ、カソード側の空気の出口付近において、電気化学反応を助長する手段に、セパレータと発電部分が接続される電気誘導部において、接触面積が入口付近で小さく、出口付近で大きい値を持つ構造を適用する。   Alternatively, in the electrical induction part where the separator and the power generation part are connected to the means for suppressing the electrochemical reaction in the vicinity of the cathode side inlet of the separator and for promoting the electrochemical reaction in the vicinity of the cathode side air outlet, A structure having a small contact area near the entrance and a large value near the exit is applied.

カソード側発電部における電気化学反応には、式(2)に示すように、電解質膜から通ってくる水素イオンとカソード側セパレータ流路を流れる空気中の酸素、それにカソード側セパレータから供給される電子の3要素が必要である。   In the electrochemical reaction in the cathode side power generation unit, as shown in the formula (2), hydrogen ions passing from the electrolyte membrane, oxygen in the air flowing through the cathode side separator channel, and electrons supplied from the cathode side separator These three elements are necessary.

セパレータと発電部分が接続される電気誘導部において、電気伝導率が入口付近で小さく、出口付近で大きい値を持つ材料を適用すれば、入口付近で反応に必要な電子の供給が抑制され、消費される酸素量が減少し、出口付近で電子の供給が助長され、入口付近で消費されなかった酸素が、出口付近で消費される。   In the electrical induction part where the separator and the power generation part are connected, if a material with a small electrical conductivity near the inlet and a large value near the outlet is applied, the supply of electrons necessary for the reaction near the inlet is suppressed and consumed. The amount of oxygen to be reduced is reduced, the supply of electrons is promoted near the exit, and oxygen that has not been consumed near the entrance is consumed near the exit.

この結果、入口付近では、電気化学反応が抑制され、出口付近では、電気化学反応が助長されるので、入口付近と出口付近における発電の格差を解消することができる。   As a result, the electrochemical reaction is suppressed in the vicinity of the inlet, and the electrochemical reaction is promoted in the vicinity of the outlet, so that the power generation difference between the vicinity of the inlet and the vicinity of the outlet can be eliminated.

同様に、セパレータと発電部分が接続される電気誘導部において、接触面積が入口付近で小さく、出口付近で大きい値を持つ構造を適用することで、入口付近で反応面積が小さくなり、電子の供給が減少し、消費される酸素量が減少する。   Similarly, in the electrical induction part where the separator and the power generation part are connected, by applying a structure that has a small contact area near the entrance and a large value near the exit, the reaction area becomes small near the entrance and the supply of electrons Decreases and the amount of oxygen consumed decreases.

また、出口付近では、反応する面積が大きいので、電子の供給が増加し、入口付近で消費されなかった酸素が、出口付近で消費される。   In addition, since the reacting area is large near the outlet, the supply of electrons increases, and oxygen that has not been consumed near the inlet is consumed near the outlet.

この結果、入口付近では、電気化学反応が抑制され、出口付近では、電気化学反応が助長されるので、入口付近と出口付近における発電の格差を解消することができる。   As a result, the electrochemical reaction is suppressed in the vicinity of the inlet, and the electrochemical reaction is promoted in the vicinity of the outlet, so that the power generation difference between the vicinity of the inlet and the vicinity of the outlet can be eliminated.

本発明により、電気化学反応で消費される酸素の量や生成される水蒸気の量を変化させ、電気化学反応を制御することにより入口付近と出口付近における発電の格差を低減することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the difference in power generation between the vicinity of the inlet and the vicinity of the outlet by changing the amount of oxygen consumed in the electrochemical reaction and the amount of water vapor generated and controlling the electrochemical reaction.

以下に、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明に関する第1の実施の形態を示した燃料電池用セパレータ100の概念図である。   FIG. 1 is a conceptual diagram of a fuel cell separator 100 according to a first embodiment of the present invention.

セパレータ100は、ステンレスやチタン,アルミニウムなどの薄い金属材料をプレス加工で形成されたものを基盤としたものであり、燃料ガスと酸化剤ガスを分離し、ガスが均等に拡散層に行き渡るように工夫された流路構造を持ち、後で述べる膜・電極接合体(MEA)で発電された電気を誘電するものである。   The separator 100 is based on a thin metal material such as stainless steel, titanium, or aluminum formed by press working, and separates the fuel gas and the oxidant gas so that the gas is evenly distributed to the diffusion layer. It has a devised flow path structure and dielectrics electricity generated by a membrane / electrode assembly (MEA) described later.

セパレータ100は、ガスが注入される入口103と、ガスが流れる流路部102,電気誘導部101,ガスが排出される出口104、およびガスが外に漏れないように設置したシール材121とからなる。   The separator 100 includes an inlet 103 into which a gas is injected, a flow path portion 102 through which the gas flows, an electric induction portion 101, an outlet 104 through which the gas is discharged, and a sealing material 121 installed so that the gas does not leak outside. Become.

ここでは、セパレータ100の基盤には、長さ120mm,幅18mm,厚さ0.2mmのアルミニウムの金属材料を用いる。   Here, an aluminum metal material having a length of 120 mm, a width of 18 mm, and a thickness of 0.2 mm is used for the base of the separator 100.

ここで、本発明のセパレータ100は、電気誘導部101に電気伝導率の異なる部材を設置したことを特徴とする。例えば、セパレータ100のガスが注入される入口103からガスが排出される出口104に向って4つの領域106,197,108,109を設け、その領域ごとに電気誘導部101に電気伝導率の異なる部材を適用する。   Here, the separator 100 of the present invention is characterized in that members having different electrical conductivities are installed in the electrical induction portion 101. For example, four regions 106, 197, 108, and 109 are provided from the inlet 103 into which the gas of the separator 100 is injected toward the outlet 104 through which the gas is discharged, and the electric conductivity of the electric induction portion 101 is different for each region. Apply the member.

図2は、4つの領域106,197,108,109毎の電気誘導部101の材質および電気伝導率を示したものである。   FIG. 2 shows the material and electric conductivity of the electric induction portion 101 for each of the four regions 106, 197, 108 and 109.

図2において、領域106には、カーボンペーパからなる部材を適用し、領域107には、グラファイトからなる部材を、領域108には、チタンからなる部材を、領域109には、アルミニウムからなる部材を、それぞれ適用する。   In FIG. 2, a member made of carbon paper is applied to the region 106, a member made of graphite is applied to the region 107, a member made of titanium is applied to the region 108, and a member made of aluminum is applied to the region 109. Apply respectively.

電気誘導部101は、4つの領域106,197,108,109毎に、長さ20mm,幅2mm,厚さ0.5mmの電気伝導率の異なる部材を用意する。   The electric induction part 101 prepares members having different electrical conductivities of 20 mm in length, 2 mm in width, and 0.5 mm in thickness for each of the four regions 106, 197, 108, and 109.

ただし、領域106,109の両端に位置する部材の長さは30mmとする。   However, the length of the members located at both ends of the regions 106 and 109 is 30 mm.

図1において、断面図105は、セパレータ100を線abで切断した時の断面を表すものである。セパレータ100は、断面図105から分るように、アルミニウムの金属材料をプレス加工して幅2mm,高さ0.1mmの溝を形成し、形成された薄板111に、電気誘導部101を構成する電気伝導率の異なる部材112を、はめ込んで作成されている。   In FIG. 1, a cross-sectional view 105 represents a cross section when the separator 100 is cut along a line ab. As can be seen from the cross-sectional view 105, the separator 100 is formed by pressing aluminum metal material to form a groove having a width of 2 mm and a height of 0.1 mm, and the formed thin plate 111 constitutes the electric induction portion 101. The members 112 having different electric conductivities are formed by being fitted.

こうすることで、セパレータと発電部分が接続される電気誘導部101において、電気伝導率が入口付近で小さく、出口付近で大きくなり、入口付近で電子の供給が抑制され、消費される酸素量が減少し、入口付近で消費されなかった酸素が、出口付近で消費される。この結果、入口付近では、電気化学反応が抑制され、出口付近では、電気化学反応が助長されるので、入口付近と出口付近における発電の格差を解消することができる。   In this way, in the electric induction part 101 where the separator and the power generation part are connected, the electric conductivity is small near the inlet, increases near the outlet, the supply of electrons is suppressed near the inlet, and the amount of oxygen consumed is reduced. The oxygen that is reduced and not consumed near the inlet is consumed near the outlet. As a result, the electrochemical reaction is suppressed in the vicinity of the inlet, and the electrochemical reaction is promoted in the vicinity of the outlet, so that the power generation difference between the vicinity of the inlet and the vicinity of the outlet can be eliminated.

一方、電気誘導部101の厚さをL[m]、MEAと平行な断面積をA[m2]とすると、電気抵抗R[Ω]は以下の式より計算される。ここでρは、電気誘導部101の電気抵抗率[Ωm]であり、電気伝導率[1/Ωm]の逆数をとる。 On the other hand, when the thickness of the electric induction portion 101 is L [m] and the cross-sectional area parallel to the MEA is A [m 2 ], the electric resistance R [Ω] is calculated from the following equation. Here, ρ is the electrical resistivity [Ωm] of the electrical induction unit 101, and takes the reciprocal of the electrical conductivity [1 / Ωm].

R=ρ・L/A (3)
(3)式から入口から出口にかけて電気誘導部101の形状を変えることでも、電子の供給を制御し電気化学反応の量を変えることができる。
R = ρ · L / A (3)
By changing the shape of the electric induction portion 101 from the entrance to the exit from the equation (3), the supply of electrons can be controlled and the amount of electrochemical reaction can be changed.

たとえば、電気誘導部101の形状を入口から出口にかけて、膜・電極接合体(MEA)との接触面を徐々に大きくすることや厚みを薄くすることで、入口から出口にかけて電気伝導を良くし、入口付近と出口付近における発電の格差を解消することができる。   For example, the shape of the electric induction part 101 is extended from the inlet to the outlet, the contact surface with the membrane-electrode assembly (MEA) is gradually increased or the thickness is reduced, and the electric conduction is improved from the inlet to the outlet, The gap in power generation near the entrance and exit can be eliminated.

以下に、第2の実施例を説明する。
図3は、本発明に関する第2の実施の形態を示した燃料電池用セパレータ300の概念図である。
The second embodiment will be described below.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a fuel cell separator 300 showing a second embodiment of the present invention.

セパレータ300は、ステンレスやチタン,アルミニウムなどの、厚さ0.2mmの薄い金属の材料をプレス加工したものであり、燃料ガスと酸化剤ガスを分離し、ガスが均等に拡散層に行き渡るように工夫された流路構造を持ち、後で述べる膜・電極接合体(MEA)で発電された電気を誘電するものである。   The separator 300 is formed by pressing a thin metal material having a thickness of 0.2 mm, such as stainless steel, titanium, or aluminum, so that the fuel gas and the oxidant gas are separated so that the gas is evenly distributed to the diffusion layer. It has a devised flow path structure and dielectrics electricity generated by a membrane / electrode assembly (MEA) described later.

セパレータ300は、ガスが注入される入口303と、ガスが流れる流路部302,電気誘導部301,ガスが排出される出口304、およびガスが外に漏れないように設置したシール材306とからなる。   The separator 300 includes an inlet 303 into which gas is injected, a flow path section 302 through which the gas flows, an electric induction section 301, an outlet 304 through which the gas is discharged, and a sealing material 306 that is installed so that the gas does not leak outside. Become.

ここでは、セパレータ300の基盤には、長さ120mm,幅18mm,厚さ0.2mmのアルミニウムの金属材料を用い、プレス加工によって形成された電気誘導部301は、セパレータ300の入口303近くでは幅が1mm、出口304近くでは3mmと、入口から出口に向かって、膜・電極接合体(MEA)との接触面が大きくなるように設定されている。
こうすることで、セパレータと発電部分が接続される電気誘導部301において、電気抵抗の違いにより、電気化学反応の強さが入口付近で小さく、出口付近で大きくなる。
Here, an aluminum metal material having a length of 120 mm, a width of 18 mm, and a thickness of 0.2 mm is used for the base of the separator 300, and the electric induction portion 301 formed by press working has a width near the inlet 303 of the separator 300. Is set to be 1 mm and 3 mm near the outlet 304, so that the contact surface with the membrane-electrode assembly (MEA) increases from the inlet toward the outlet.
By doing so, in the electric induction portion 301 to which the separator and the power generation portion are connected, the strength of the electrochemical reaction is small near the entrance and large near the exit due to the difference in electrical resistance.

この結果、入口付近で電気化学反応が抑制され、出口付近で電気化学反応が助長されるので、入口付近と出口付近における発電の格差を解消することができる。   As a result, the electrochemical reaction is suppressed in the vicinity of the inlet, and the electrochemical reaction is promoted in the vicinity of the outlet, so that the difference in power generation between the vicinity of the inlet and the outlet can be eliminated.

図4は、本発明のセパレータを用いて作成する燃料電池セル400を説明する図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a fuel battery cell 400 produced using the separator of the present invention.

燃料電池セル400は、膜・電極接合体(MEA)402を、アノード側セパレータ401と、カソード側セパレータ403とで両側から挟むようにして構成され、締付け用の板407とボルト408を用いて1メガパスカルの締め圧になるようにトルクレンチ締めて作成される。   The fuel cell 400 is configured such that a membrane-electrode assembly (MEA) 402 is sandwiched from both sides by an anode-side separator 401 and a cathode-side separator 403, and 1 megapascal using a clamping plate 407 and a bolt 408. It is created by tightening a torque wrench so that the tightening pressure is

図4では、便宜上、締付けは、燃料電池セル400の中央の一箇所で行われているように示してあるが、複数の締付け用の板407とボルト408を用いて締め付けを行い、締め付け圧が均等になるようにする。   In FIG. 4, for the sake of convenience, tightening is shown as being performed at one location in the center of the fuel cell 400, but tightening is performed using a plurality of tightening plates 407 and bolts 408, and tightening pressure is reduced. Try to be even.

アノード側セパレータ401とカソード側セパレータ403には同じ形式のセパレータを2枚用意し、使用するが、ここでは、図1で説明したセパレータ100を用いる。   Two separators of the same type are prepared and used as the anode side separator 401 and the cathode side separator 403. Here, the separator 100 described in FIG. 1 is used.

また、膜・電極接合体(MEA)402は、アノード側のガスがカソード側に漏れないようにセパレータ100の流路よび誘電領域をカバーする広さを持つ必要がある。   The membrane / electrode assembly (MEA) 402 needs to have a size that covers the flow path and the dielectric region of the separator 100 so that the gas on the anode side does not leak to the cathode side.

ここでは、膜・電極接合体(MEA)402の面積をセパレータ100より若干大きめの面積で、長さ10.5mm,幅18.5mmのものを使用し、シール材に0.25mmかませるようにし、アノード側のガスがカソード側に漏れないようにする。   Here, the membrane / electrode assembly (MEA) 402 has a slightly larger area than the separator 100, a length of 10.5 mm, a width of 18.5 mm, and a sealing material of 0.25 mm. The anode side gas should not leak to the cathode side.

図5は、燃料電池セル400を中央で切断したときの断面図で、厚さ方向を拡大して示したものである。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the fuel cell 400 cut at the center and shows an enlarged thickness direction.

図5の断面図において、アノード側セパレータ501と、カソード側セパレータ503とで膜・電極接合体(MEA)502を両側から挟むようにして、締付け用の板510とボルト511,512を用いて締め、膜・電極接合体(MEA)502は、アノード側のガスがカソード側に漏れないようにセパレータ100より若干大きめのサイズで、シール材508,509に0.25mmかませるようにしてある。   In the cross-sectional view of FIG. 5, the membrane-electrode assembly (MEA) 502 is sandwiched from both sides by the anode-side separator 501 and the cathode-side separator 503, and tightened using a clamping plate 510 and bolts 511, 512. The electrode assembly (MEA) 502 is slightly larger than the separator 100 so that gas on the anode side does not leak to the cathode side, and 0.25 mm is put between the sealing materials 508 and 509.

ここで、アノード側セパレータ501と、カソード側セパレータ503に図1で説明したセパレータ100を使用したが、図3で説明したセパレータ300を使用する場合も同様にして、燃料電池セル400を構築することができる。   Here, the separator 100 described in FIG. 1 is used for the anode-side separator 501 and the cathode-side separator 503. However, when the separator 300 described in FIG. 3 is used, the fuel cell 400 is constructed in the same manner. Can do.

次に、膜・電極接合体(MEA)402について説明する。   Next, the membrane / electrode assembly (MEA) 402 will be described.

MEAは、固体高分子電解質膜の両側にカソード側電極およびアノード側電極が挟み込む形で構成される。固体高分子電解質膜には、プロトン伝導性を有するイオン交換膜、例えば、ナフィオン117(Nafion117、175μm、Du pont社製)等を用いた厚さ0.03mmのフッ素系イオン交換膜が用いる。   The MEA is configured such that a cathode side electrode and an anode side electrode are sandwiched between both sides of a solid polymer electrolyte membrane. As the solid polymer electrolyte membrane, an ion exchange membrane having proton conductivity, for example, a fluorine ion exchange membrane having a thickness of 0.03 mm using Nafion 117 (Nafion 117, 175 μm, manufactured by Du Pont) or the like is used.

カソード側電極およびアノード側電極には、それぞれ触媒反応層と拡散層とで形成され、カソード側拡散層およびアノード側拡散層は、燃料ガスまたは酸化剤ガスの拡散性を高め、発電により発生した反応生成水の排出機能、および電子伝導性を併せ持つ必要があり、例えば、カーボンペーパ,カーボンクロス等の導電性多孔質材料に撥水処理を施したものを適用することができる。   The cathode side electrode and the anode side electrode are respectively formed of a catalytic reaction layer and a diffusion layer. The cathode side diffusion layer and the anode side diffusion layer enhance the diffusibility of the fuel gas or the oxidant gas, and the reaction generated by power generation. It is necessary to have a function of discharging generated water and electronic conductivity. For example, a conductive porous material such as carbon paper or carbon cloth that has been subjected to water repellent treatment can be applied.

ここでは、導電性多孔質材料に厚さ0.2mmのカーボン不織布(東レ社製TGP−H060)を用い、撥水処理を施すためフッ素系撥水剤のエマルジョン液(ダイキン製D1)に浸し、乾燥後350℃で10分間熱処理し、拡散層を形成した。   Here, a carbon non-woven fabric having a thickness of 0.2 mm (TGP-H060 manufactured by Toray Industries, Inc.) is used as the conductive porous material, and it is immersed in an emulsion liquid of a fluorine-based water repellent (D1 manufactured by Daikin) for water repellent treatment After drying, heat treatment was performed at 350 ° C. for 10 minutes to form a diffusion layer.

触媒反応層は、触媒金属を担持した導電性炭素粒子と高分子電解質を主成分とした厚さ0.01mm程度の薄膜である。   The catalytic reaction layer is a thin film having a thickness of about 0.01 mm mainly composed of conductive carbon particles supporting a catalytic metal and a polymer electrolyte.

アノードおよびカソード触媒反応層には、平均一次粒子径30nmを持つ導電性炭素粒子であるケッチェンブラック(AKZOChemie社製)に、白金を50重量%担持させた触媒担持粒子をイソプロパノール水溶液に分散させた溶液と、高分子電解質、例えばナフィオン117をエタノールに分散させた溶液とを、触媒担持粒子と高分子電解質との重量比を1:1になるように混合した後、ビーズミルで高分散させることによりスラリーを作製し、先に作成したカソード側拡散層およびアノード側拡散層にスプレークオーターを用いて塗布し、これを大気中常温で6時間乾燥させることで形成させた。   In the anode and cathode catalyst reaction layers, catalyst supporting particles in which 50% by weight of platinum is supported on Ketjen Black (manufactured by AKZO Chemie), which is conductive carbon particles having an average primary particle size of 30 nm, are dispersed in an isopropanol aqueous solution. A solution and a solution in which a polymer electrolyte, for example, Nafion 117 is dispersed in ethanol, are mixed so that the weight ratio of the catalyst-supporting particles and the polymer electrolyte is 1: 1, and then highly dispersed by a bead mill. A slurry was prepared and applied to the previously prepared cathode side diffusion layer and anode side diffusion layer using a spray quarter, and this was dried at room temperature in the atmosphere for 6 hours.

このようにして、それぞれの拡散層上にカソード側触媒反応層およびアノード側触媒反応層を形成させることで、カソード側電極とアノード側電極を作成した。   Thus, the cathode side electrode and the anode side electrode were formed by forming the cathode side catalyst reaction layer and the anode side catalyst reaction layer on the respective diffusion layers.

最後に、カソード用電極とアノード用電極をそれぞれ用意し、高分子電解質膜(デュポン社製、Nafion117、175μm)の両面に、中心を合わせて、ホットプレス(125℃,4MPa,10分間)により一体化し、MEAを作成する。   Finally, a cathode electrode and an anode electrode are prepared, respectively, and are integrated by hot pressing (125 ° C., 4 MPa, 10 minutes) with both sides of the polymer electrolyte membrane (manufactured by DuPont, Nafion 117, 175 μm) centered. To create an MEA.

次に、本発明に関する実施の形態を示した燃料電池セル400について電気誘導部の効果を、シミュレーションを用いて検証する。   Next, the effect of the electric induction part is verified using simulation for the fuel cell 400 showing the embodiment of the present invention.

ここでは、セパレータに、図1にある、本発明に関する第1の実施の形態を示した燃料電池用セパレータ100を用いた場合を検証する。   Here, the case where the separator 100 for fuel cells which showed the 1st Embodiment regarding this invention in FIG. 1 is used for a separator is verified.

図6は、燃料電池セル400における解析対象をモデル化した形状を説明する図である。正面図600は、燃料電池セル400の発電部分を抜き出してモデル化したものであり長さ100mm,幅18mmとし、電気伝導部605と流路606が2mm幅で交互に構成されている。   FIG. 6 is a diagram illustrating a shape obtained by modeling the analysis target in the fuel battery cell 400. The front view 600 is a model obtained by extracting the power generation portion of the fuel battery cell 400, having a length of 100 mm and a width of 18 mm, and the electrically conductive portions 605 and the flow paths 606 are alternately configured with a width of 2 mm.

電気伝導部605は、図1で説明したように、長さ方向に4つの領域が設定され、図2にあるようにそれぞれに電気伝導率の異なる材料が適用される。   As described with reference to FIG. 1, four regions are set in the length direction of the electric conductive portion 605, and materials having different electric conductivities are applied to each as shown in FIG. 2.

また、発電部分を正面図600で見えているこちら側の面は、アノード側セパレータで、601および603で示されている面が、それぞれ、燃料ガスの入口面と出口面である。   Further, the surface on this side where the power generation portion can be seen in the front view 600 is an anode-side separator, and the surfaces indicated by 601 and 603 are a fuel gas inlet surface and an outlet surface, respectively.

正面図600で見えていない向こう側の面が、カソード側セパレータで、604および602で示されている面が、それぞれ、空気(酸化剤ガス)の入口面と出口面である。   The other side not visible in front view 600 is the cathode separator, and the surfaces indicated by 604 and 602 are the inlet and outlet surfaces of air (oxidant gas), respectively.

ここで、燃料ガスと空気の流れが対交流であることに注意する。すなわち、正面図600の右側が、燃料ガスの出口面603および、空気の入口面604にあたる。   Note that the flow of fuel gas and air is alternating current. That is, the right side of the front view 600 corresponds to the fuel gas outlet surface 603 and the air inlet surface 604.

図7は、図6の正面図600で、中央のa−bを結ぶ線で切断したときの断面図である。   FIG. 7 is a front view 600 of FIG. 6, which is a cross-sectional view taken along the line connecting the central ab.

図4の燃料電池セル400における解析モデル化の形状で、図7は厚み方向の構造を、図8は各部材の厚さおよび材質を説明する。図7の断面図において、アノード側セパレータは基盤701に0.2mmのアルミニウム材料を、電気伝導部705に0.5mmのアルミニウム材料を用い、燃料ガスの通る0.5mmの流路703を形成している。   FIG. 7 illustrates the structure in the thickness direction, and FIG. 8 illustrates the thickness and material of each member. In the cross-sectional view of FIG. 7, the anode side separator uses a 0.2 mm aluminum material for the base 701 and a 0.5 mm aluminum material for the electric conduction portion 705, and forms a 0.5 mm flow path 703 through which fuel gas passes. ing.

また、カソード側セパレータは厚さ0.2mmのアルミニウム材料の基盤702に、図1で説明したように、20mmまたは30mm間隔の領域ごとに厚さ0.5mmのカーボンペーパ,グラファイト,チタン,アルミニウムの電気伝導部706を配置し、空気の通る流路704を形成している。   In addition, the cathode side separator is formed on an aluminum material base 702 having a thickness of 0.2 mm, and as described with reference to FIG. 1, carbon paper, graphite, titanium, and aluminum having a thickness of 0.5 mm for each 20 mm or 30 mm interval. An electrically conductive portion 706 is disposed to form a flow path 704 through which air passes.

ここでの解析は、カソード側電気伝導部706の効果を明らかにするため、領域ごとに異なる電気伝率の部材を配置するのはカソード側電気伝導部706のみにし、アノード側電気伝導部705は、アルミニウム単体の材料を用いた。   In this analysis, in order to clarify the effect of the cathode-side electric conduction portion 706, only the cathode-side electric conduction portion 706 is provided with a member having a different electric conductivity for each region. The material of aluminum simple substance was used.

膜・電極接合体(MEA)は、厚さ0.03mmのナフィオン製電解質膜711を両側から挟むようようにアノード側触媒層709,カソード側触媒層710と、それらを挟むようにアノード側拡散層707,カソード側拡散層708とで構成されている。   The membrane-electrode assembly (MEA) includes an anode-side catalyst layer 709 and a cathode-side catalyst layer 710 so as to sandwich a Nafion electrolyte membrane 711 having a thickness of 0.03 mm from both sides, and an anode-side diffusion layer so as to sandwich them. 707 and a cathode side diffusion layer 708.

ここで、触媒層709,710は白金50重量%担持の導電性炭素粒子層からなり、拡散層707,708は厚さ0.2mmのカーボンペーパで構成されている。   Here, the catalyst layers 709 and 710 are made of conductive carbon particle layers supporting 50% by weight of platinum, and the diffusion layers 707 and 708 are made of carbon paper having a thickness of 0.2 mm.

図6,図7,図8に示した形状および材質データをもとに、シミュレーションによる解析を行った。   Based on the shape and material data shown in FIGS. 6, 7, and 8, analysis by simulation was performed.

シミュレーションにはFluent社製燃料電池シミュレータを用いた。Fluent社製燃料電池シミュレータに図6,図7,図8に示した形状および材質データを入力し、図9に示すようなシミュレーションの解析条件を設定し、シミュレーションによる解析を行った。   A Fluent fuel cell simulator was used for the simulation. The shape and material data shown in FIGS. 6, 7, and 8 were input to a fuel cell simulator manufactured by Fluent, analysis conditions for simulation as shown in FIG. 9 were set, and analysis by simulation was performed.

次に、異なる電気伝導率の部材を用いた電気誘導部をもつセパレータを使用した燃料電池セル400について、シミュレーションを用いた解析結果を示す。   Next, an analysis result using simulation is shown for the fuel cell 400 using a separator having an electric induction portion using members having different electric conductivity.

ここで、異なる電気伝導率の部材を用いた電気誘導部の効果を明らかにするために、電気誘導部に同じ電気伝導率の部材を用いた燃料電池セルについてもシミュレーションによる解析を行う。   Here, in order to clarify the effect of the electric induction part using the members having different electric conductivities, the fuel cell using the member having the same electric conductivity as the electric induction part is also analyzed by simulation.

すなわち、図6,図7,図8,図9で説明した内容について、図8のカソード側電気伝導部に、アルミニウム単体を用いた場合を、従来型燃料電池セルとしてシミュレーションを行い、解析結果を比較する。   That is, with respect to the contents described in FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8, and FIG. 9, the case where aluminum alone is used for the cathode side electric conduction part of FIG. Compare.

図10は、図9の解析条件でシミュレーションを行った結果で、得られた電流密度分布を示したものである。電流密度分布1001は、セパレータの電気誘導部に同一のアルミニウム部材を使用した燃料電池セルについてもので、電流密度分布1002は、セパレータの電気誘導部に異なる電気伝導率の部材を使用した燃料電池セル400のものである。   FIG. 10 shows the current density distribution obtained as a result of simulation under the analysis conditions of FIG. The current density distribution 1001 is for a fuel cell using the same aluminum member for the electrical induction portion of the separator, and the current density distribution 1002 is a fuel cell using a member having a different electrical conductivity for the electrical induction portion of the separator. 400.

電流密度分布1001は、電流密度分布1002に比べ、向って右側、すなわち空気の入口付近で、電流密度が大きく、電気化学反応が強く起きていることが分る。   It can be seen that the current density distribution 1001 has a larger current density and a stronger electrochemical reaction than the current density distribution 1002 on the right side, that is, near the air inlet.

グラフ1003は、セパレータの電気誘導部に同一のアルミニウム部材を使用した燃料電池セルについて、横軸に燃料電池セルの長さ方向の位置を、縦軸に電流密度を取ったものである。グラフ1004は、セパレータの電気誘導部に異なる電気伝導率の部材を使用した燃料電池セル400について、横軸に燃料電池セルの長さ方向の位置を、縦軸に電流密度を取ったものである。   A graph 1003 shows the fuel cell using the same aluminum member for the electric induction portion of the separator, with the horizontal axis representing the position in the length direction of the fuel cell and the vertical axis representing the current density. A graph 1004 is a graph showing the fuel cell 400 using a member having different electrical conductivity for the electric induction portion of the separator, with the horizontal axis representing the position in the length direction of the fuel cell and the vertical axis representing the current density. .

それぞれのグラフ上に線が2本あるのは、上側の線が流路下のカソード触媒層中の電流密度の値を示しており、下側の線が電気誘導部下のカソード触媒層中の電流密度の値を示している。   There are two lines on each graph. The upper line shows the value of the current density in the cathode catalyst layer under the flow path, and the lower line shows the current in the cathode catalyst layer under the electric induction part. The density value is shown.

グラフ1003とグラフ1004の電流密度の値を比較すると、グラフ1003は、グラフ1004よりも、空気の入口付近の位置で値が大きく、空気の出口付近の位置で値が小さくなっており、線の傾きが大きいことが分る。   Comparing the current density values of the graph 1003 and the graph 1004, the graph 1003 has a larger value near the air inlet than the graph 1004, and a smaller value near the air outlet. It can be seen that the inclination is large.

つまり、セパレータと発電部分が接続される電気誘導部において、電気伝導率が入口付近で小さく、出口付近で大きい値を持つ材料を適用すれば、入口付近で反応に必要な電子の供給が抑制され、消費される酸素量が減少し、出口付近で電子の供給が助長され、入口付近で消費されなかった酸素が、出口付近で消費される。   In other words, in the electrical induction part where the separator and the power generation part are connected, if a material having a small electric conductivity near the inlet and a large value near the outlet is applied, the supply of electrons necessary for the reaction near the inlet is suppressed. The amount of oxygen consumed is reduced, the supply of electrons is promoted near the exit, and the oxygen not consumed near the entrance is consumed near the exit.

この結果、入口付近では、電気化学反応が抑制され、出口付近では、電気化学反応が助長されるので、入口付近と出口付近における発電の格差を解消できたことが分る。   As a result, the electrochemical reaction is suppressed in the vicinity of the inlet, and the electrochemical reaction is promoted in the vicinity of the outlet, so that it is understood that the difference in power generation between the inlet and the outlet can be eliminated.

図11は、電流密度分布1001,1002の領域を1101のように、それぞれ15分割し、領域ごとに電流密度の代表値を算出し、これらの分割した15領域に対して、平均値,最大値,最小値、および平均値からのズレの大きさを示す標準偏差を求め、1102の表にまとめたものである。   In FIG. 11, the regions of the current density distributions 1001 and 1002 are divided into 15 parts as shown by 1101, the representative values of the current density are calculated for each region, and the average value and the maximum value are calculated for these divided 15 regions. , The minimum value, and the standard deviation indicating the amount of deviation from the average value are obtained and summarized in a table 1102.

表1102から、セパレータの電気誘導部に異なる電気伝導率の部材を使用した燃料電池セル400の電流密度は、セパレータの電気誘導部に同一のアルミニウム部材を使用した燃料電池セルの電流密度に比べ、平均値では大差ないが、最大値と最小値とからなる、電流密度の値が取りうる範囲が、0.34に対し0.29と狭く、また平均値からのズレの大きさを示す標準偏差も0.095に対し0.083と1割ほど小さくなり、電流密度の値に対する斑が小さくなっていることが分る。   From Table 1102, the current density of the fuel battery cell 400 using a member having a different electrical conductivity for the electrical induction part of the separator is compared with the current density of the fuel battery cell using the same aluminum member for the electrical induction part of the separator. Although the average value does not differ greatly, the range of current density values that can be taken from the maximum value and minimum value is as narrow as 0.34 compared to 0.34, and the standard deviation indicates the amount of deviation from the average value. It can be seen that 0.095 is 0.083, which is about 10% smaller, and the unevenness with respect to the value of the current density is reduced.

従って、セパレータと発電部分が接続される電気誘導部において、電気伝導率が入口付近で小さく、出口付近で大きい値を持つ材料を適用すれば、入口付近で電気化学反応が抑制され、出口付近で電気化学反応が助長されるので、発電領域全体で発電斑が解消され、MEAの高寿命化に貢献できる。   Therefore, in the electrical induction part where the separator and the power generation part are connected, if a material having a small electric conductivity near the inlet and a large value near the outlet is applied, the electrochemical reaction is suppressed near the inlet, and near the outlet. Since the electrochemical reaction is promoted, power generation spots are eliminated in the entire power generation region, which can contribute to a longer life of the MEA.

以上、本発明に関する実施の形態を示した燃料電池セル400について電気誘導部の効果を、シミュレーションを用いて検証した。   As mentioned above, the effect of the electric induction part was verified using simulation for the fuel cell 400 showing the embodiment of the present invention.

ここでは、セパレータに、図1にある、本発明に関する第1の実施の形態を示した燃料電池用セパレータ100を用いた場合について検証したが、同様に、図3にある、本発明に関する第2の実施の形態を示した燃料電池用セパレータ300を用いた場合においても、セパレータと発電部分が接続される電気誘導部において、入口付近で接触面積を小さくしたことで電気伝導が小さく、出口付近で接触面積を大きくしたことで電気伝導が大きい値を持つので、入口付近で反応に必要な電子の供給が抑制され、消費される酸素量が減少し、出口付近で電子の供給が助長され、入口付近で消費されなかった酸素が、出口付近で消費される。   Here, the case where the separator 100 for a fuel cell shown in FIG. 1 and showing the first embodiment related to the present invention was used as the separator was verified. Similarly, the second embodiment related to the present invention shown in FIG. Even in the case where the fuel cell separator 300 according to the embodiment is used, in the electric induction part where the separator and the power generation part are connected, the contact area is reduced in the vicinity of the inlet to reduce the electric conduction, and in the vicinity of the outlet. Since the electrical conductivity is large due to the increased contact area, the supply of electrons necessary for the reaction is suppressed near the entrance, the amount of oxygen consumed is reduced, and the supply of electrons is promoted near the exit. Oxygen that was not consumed nearby is consumed near the exit.

この結果、入口付近では、電気化学反応が抑制され、出口付近では、電気化学反応が助長されるので、入口付近と出口付近における発電の格差を解消できると考えられ、その結果、発電領域全体で発電斑が解消され、MEAの高寿命化に貢献できる。   As a result, the electrochemical reaction is suppressed near the inlet, and the electrochemical reaction is promoted near the outlet.Therefore, it is considered that the disparity in power generation between the inlet and the outlet can be eliminated. Power generation spots are eliminated, which can contribute to a longer life of MEA.

本発明により、MEAの高寿命化が可能となり、より一層、定置用電源および移動体用電源としての燃料電池に利用可能である。   According to the present invention, the life of the MEA can be extended, and the MEA can be used for a fuel cell as a stationary power source and a moving body power source.

本発明に関する第1の実施の形態を示した燃料電池用セパレータを示した図。The figure which showed the separator for fuel cells which showed 1st Embodiment regarding this invention. 電気誘導部の領域ごとに材質および電気伝導率を示した表。The table | surface which showed the material and the electrical conductivity for every area | region of the electric induction part. 本発明に関する第2の実施の形態を示した燃料電池用セパレータを示した図。The figure which showed the separator for fuel cells which showed 2nd Embodiment regarding this invention. 本発明の実施形態の燃料電池用セパレータを用いて作成される燃料電池セルを示した図。The figure which showed the fuel cell produced using the separator for fuel cells of embodiment of this invention. 燃料電池セルを中央で切断したときの断面図。Sectional drawing when a fuel cell is cut at the center. 解析用に燃料電池セルをモデル化した形状データを説明する図。The figure explaining the shape data which modeled the fuel cell for analysis. モデル化した燃料電池セルの形状データを説明する図。The figure explaining the shape data of the modeled fuel cell. モデル化した燃料電池セルの形状データおよび材質を説明する表。The table | surface explaining the shape data and material of the modeled fuel cell. シミュレーションの解析条件を説明する表。A table explaining the analysis conditions for simulation. シミュレーションの解析結果で電流密度分布を説明する図。The figure explaining current density distribution with the analysis result of simulation. シミュレーションの解析結果で電流密度分布を説明する表。A table explaining the current density distribution in the simulation analysis results.

符号の説明Explanation of symbols

100 セパレータ
101 電気誘導部
102 ガスが流れる流路部
103 ガスが注入される入口
104 ガスが排出される出口
121 シール材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Separator 101 Electric induction part 102 Flow path part 103 through which gas flows Inlet 104 into which gas is injected 104 Outlet 121 through which gas is discharged 121 Sealing material

Claims (1)

電解質層を燃料極と酸素極とで挟持し、
前記燃料極に沿って燃料ガス流路を形成し、前記燃料極に対し電気を誘電する電気誘導部を有する燃料極セパレータと、
前記酸素極に沿って酸化剤ガス流路を形成し、前記酸素極に対し電気を誘電する電気誘導部を有する酸素極セパレータと、を備えた燃料電池において、
前記酸素極セパレータの電気誘導部が電気伝導率の異なる複数の導電性部材で構成され、
酸化剤ガス流路の入口から、酸化剤ガス流路の出口に向かって、前記酸素極セパレータの電気誘導部の電気伝導率大きくなるように前記複数の導電性部材が配置されていることを特徴とする燃料電池。
Sandwiching the electrolyte layer between the fuel electrode and the oxygen electrode,
A fuel electrode separator having an electric induction portion that forms a fuel gas flow path along the fuel electrode, and inducts electricity with respect to the fuel electrode;
In the fuel cell comprising: an oxygen electrode separator having an electric induction part that forms an oxidant gas flow path along the oxygen electrode and dielectrics electricity with respect to the oxygen electrode;
The electric induction part of the oxygen electrode separator is composed of a plurality of conductive members having different electric conductivities,
From the inlet of the oxidizing gas channel, towards the outlet of the oxidizing gas channel, said plurality of conductive members so as to electric conductivity of the electric induction portion of the oxygen electrode separator increases is located A fuel cell.
JP2007230912A 2007-09-06 2007-09-06 Fuel cell Expired - Fee Related JP5183130B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007230912A JP5183130B2 (en) 2007-09-06 2007-09-06 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007230912A JP5183130B2 (en) 2007-09-06 2007-09-06 Fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009064647A JP2009064647A (en) 2009-03-26
JP5183130B2 true JP5183130B2 (en) 2013-04-17

Family

ID=40559055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007230912A Expired - Fee Related JP5183130B2 (en) 2007-09-06 2007-09-06 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5183130B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6204106B2 (en) * 2013-07-30 2017-09-27 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell and fuel cell stack
FR3019383B1 (en) * 2014-03-31 2016-04-01 Commissariat Energie Atomique OPTIMIZED FUEL CELL OPTIMIZED

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3548447B2 (en) * 1999-01-12 2004-07-28 ニチアス株式会社 Fuel cell separator and method of manufacturing the same
JP4493954B2 (en) * 2003-09-01 2010-06-30 パナソニック株式会社 Polymer electrolyte membrane-electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell using the same
JP4788940B2 (en) * 2004-02-24 2011-10-05 Dic株式会社 FUEL CELL SEPARATOR, ITS MANUFACTURING METHOD, AND FUEL CELL
JP2005293928A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2008004292A (en) * 2006-06-20 2008-01-10 Toyota Motor Corp Current collector for fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009064647A (en) 2009-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7476459B2 (en) Membrane electrode assembly and fuel cell
JP5197995B2 (en) Fuel cell
US8795918B2 (en) Single fuel cell and fuel cell stack
KR100699659B1 (en) Polymer Electrolyte Fuel Cell
JP2017525094A (en) Flow field for use with electrochemical cells
JP4559539B2 (en) Fuel cell
CA2728953C (en) Fuel cell assembly having embossed separator plates
JP4056550B2 (en) Fuel cell
US8546038B2 (en) Fuel cell separator having reactant gas channels with different cross sections and fuel cell comprising the same
US7638227B2 (en) Fuel cell having stack structure
JP4599300B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP4894062B2 (en) Fuel cell
US20110033768A1 (en) Fuel cell separator and fuel cell comprising fuel cell separator
US9673467B2 (en) Membrane electrode assembly and fuel cell
JP5183130B2 (en) Fuel cell
JP5396308B2 (en) Fuel cell separator and fuel cell
JP4340417B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP2010153158A (en) Separator for fuel cell, and fuel cell
JP2005038845A (en) Polyelectrolyte fuel cell
JP6894968B2 (en) Fuel cell with membrane electrode assembly with capacitive layer
JP2009037860A (en) Fuel cell and separator used for the same
JP2006210212A (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP4397603B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP5589884B2 (en) Fuel cell
JP2004349013A (en) Fuel cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090526

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120531

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120605

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120806

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121218

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130115

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160125

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees