JP5281256B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
本発明の第1の形態は、
電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の両面にそれぞれ積層され、導電性を有する多孔質部材からなり、前記膜電極接合体における発電に供する反応ガスを、前記アノード、および、前記カソードにそれぞれ供給するための流路形成部材と、
前記膜電極接合体、および、前記流路形成部材を挟持し、前記膜電極接合体によって発電された電力を集電する集電部材と、を備え、
前記集電部材は、前記流路形成部材に接する面が平坦であり、
前記アノード側に積層された前記流路形成部材と前記集電部材との間、および、前記カソード側に積層された前記流路形成部材と前記集電部材との間の少なくとも一方に、導電性、および、吸湿性を有する吸湿部材が介装されている、燃料電池である。
本形態では、燃料電池による発電時に発生する反応熱は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応が起こる触媒層で発生し、この反応熱は、触媒層からガス拡散層、流路形成部材、吸湿部材、集電部材の順に伝導する。そして、本願発明者は、流路形成部材と集電部材との間に吸湿部材を介装した場合と、流路形成部材と集電部材との間に吸湿部材を介装せずに、流路形成部材と集電部材とを直接当接させた場合との、触媒層から集電部材までの熱抵抗を実験的に解析した。この結果、本願発明者は、流路形成部材と集電部材との間に吸湿部材を介装した場合の方が、流路形成部材と集電部材とを直接当接させた場合よりも、流路形成部材から集電部材までの熱抵抗を低減することができることを見出した。これは、燃料電池による発電時に生成された生成水が、吸湿部材に吸収されて熱伝達媒体となり、液状の水の熱伝導率の方が反応ガスの熱伝導率よりも1桁高いことによると考えられる。つまり、本形態によって、アノード、および、カソードから各集電部材までの熱抵抗を低減させ、燃料電池の冷却効率を向上させることができる。
前記吸湿部材は、フィルム状、または、ペースト状の部材からなる、燃料電池。
A.燃料電池の構成:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池100の概略構成を示す説明図である。燃料電池100の断面図を示した。
図2は、燃料電池100の製造工程を示す説明図である。まず、膜電極接合体10を作製する(ステップS100)。この膜電極接合体10は、例えば、電解質膜10mの両面に、それぞれ、いわゆる触媒インクを塗布して乾燥させることによって、アノード側触媒層10a、および、カソード側触媒層10cを形成し、この両面に、それぞれアノード側ガス拡散層12a、および、カソード側ガス拡散層12cを構成するカーボンクロスを重ねてホットプレス接合することによって作製することができる。なお、触媒インクは、例えば、白金(Pt)等の水素と酸素との電気化学反応を促進する触媒金属を担持したカーボンと、電解質溶液としてのナフィオン分散溶液と、溶媒(例えば、水、エタノール、ポリエチレングリコール)とを混合したものである。
上述した本実施例の燃料電池100の効果を示すため、以下、比較例の燃料電池100Rの構成、および、比較例の燃料電池100Rと本実施例の燃料電池100との熱抵抗の差異について説明する。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
上記実施例では、吸湿部材として、アノード側吸湿性フィルム25a、および、カソード側吸湿性フィルム25cを用いるものとしたが、本発明は、これに限られない。アノード側吸湿性フィルム25a、および、カソード側吸湿性フィルム25cの代わりに、導電性、および、吸湿性を有するペースト状の部材を用いるようにしてもよい。この場合、図2に示したステップS120において、アノード側金属多孔体20aと集電部材30との互いに当接する少なくとも一方の表面、および、カソード側金属多孔体20cと集電部材30との互いに当接する少なくとも一方の表面に、上述したペーストを塗布するようにすればよい。このペーストは、例えば、吸湿性樹脂、導電性材料、架橋剤、溶剤を混合してペースト状にしたものである。
上記実施例では、アノード側金属多孔体20aと集電部材30との間と、カソード側金属多孔体20cと集電部材30との間との双方に、アノード側吸湿性フィルム25a、および、カソード側吸湿性フィルム25cをそれぞれ介装するものとしたが、本発明は、これに限られない。アノード側吸湿性フィルム25a、および、カソード側吸湿性フィルム25cの少なくとも一方を省略するようにしてもよい。これは、上述した変形例1における、導電性、および、吸湿性を有するペーストついても同様である。
上記実施例では、膜電極接合体10において、アノード、および、カソードに、アノード側ガス拡散層12a、および、カソード側ガス拡散層12cをそれぞれ備えるものとしたが、これらのうちの少なくとも一方を省略してもよい。
上記実施例では、本発明を単電池に適用した場合について説明したが、複数の膜電極接合体10を、セパレータを介在させて積層した燃料電池スタックに適用するようにしてもよい。
10…膜電極接合体
10m…電解質膜
10a…アノード側触媒層
10c…カソード側触媒層
12a…アノード側ガス拡散層
12c…カソード側ガス拡散層
20a…アノード側金属多孔体
20c…カソード側金属多孔体
25a…アノード側吸湿性フィルム
25c…カソード側吸湿性フィルム
30…集電部材
Claims (3)
- 燃料電池であって、
電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の両面にそれぞれ積層され、導電性を有する多孔質部材からなり、前記膜電極接合体における発電に供する反応ガスを、前記アノード、および、前記カソードにそれぞれ供給するための流路形成部材と、
前記膜電極接合体、および、前記流路形成部材を挟持し、前記膜電極接合体によって発電された電力を集電する集電部材と、を備え、
前記集電部材は、前記流路形成部材に接する面が平坦であり、
前記アノード側に積層された前記流路形成部材と前記集電部材との間、および、前記カソード側に積層された前記流路形成部材と前記集電部材との間の少なくとも一方に、導電性、および、吸湿性を有する吸湿部材が介装されている、
燃料電池。 - 請求項1記載の燃料電池であって、
前記吸湿部材は、フィルム状、または、ペースト状の部材からなる、燃料電池。 - 請求項1記載の燃料電池であって、
前記吸湿部材は、前記流路形成部材と前記集電部材との互いに当接する少なくとも一方の表面に、前記吸湿部材を構成するペーストを塗布することによって形成されている、燃料電池。
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