JPH0896820A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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Publication number
JPH0896820A
JPH0896820A JP6259487A JP25948794A JPH0896820A JP H0896820 A JPH0896820 A JP H0896820A JP 6259487 A JP6259487 A JP 6259487A JP 25948794 A JP25948794 A JP 25948794A JP H0896820 A JPH0896820 A JP H0896820A
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JP
Japan
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electrode
rib
contact
gas
fuel
Prior art date
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Pending
Application number
JP6259487A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiji Mizuno
誠司 水野
Tatsuya Kawahara
竜也 川原
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH0896820A publication Critical patent/JPH0896820A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • 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

Abstract

PURPOSE: To Provide a fuel cell in which diffusion of fuel in an electrode is increased to enhance utilization factor of the electrode, and contact resistance is decreased to enhance efficiency. CONSTITUTION: Recesses and projections of 5-500μm, preferably 10-200μm are formed on the end surface 46, coming in contact with a gas diffusion electrode 30, of a rib 42 of a current collecting electrode 40, on the side surface 47 of the rib 42, and on the surface 48 of the rib 42. When compression load is applied to the stacking direction of a fuel cell, the recesses and projections form low surface pressure parts in a contact part 34, which comes in contact with the end surface 46 of the rib 42 of the current collecting electrode 40, of the gas diffusion electrode 30. Oxidizing gas or fuel gas in a gas flow path 44 diffuses inside the contact part 34 of the gas diffusion electrode 30 through the low surface pressure part from the edge of the end surface 46 of the rib 42. As a result, the area of the gas diffusion electrode 30 contributing to electrochemical reaction is enlarged, and a fuel cell with high efficiency can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池に関し、詳し
くは、電解質層と、この電解質層を挟持して発電層を形
成する電極と、この発電層を挟持し電極とで燃料の流路
を形成するリブ部を有する集電極とからなる燃料電池に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell, and more specifically, to a fuel flow path composed of an electrolyte layer, electrodes for sandwiching the electrolyte layer to form a power generation layer, and electrodes sandwiching the power generation layer for the fuel cell. And a collector electrode having a rib portion that forms the fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の燃料電池としては、1μ
m〜100μm程度の多くの気孔を有するガス拡散電極
を用いたものが提案されている(例えば、特開平6−3
6771号公報や特開平3−93165号公報等)。こ
れらの燃料電池は、ガス拡散電極に多くの気孔を設ける
ことで、燃料ガスの電解質層への供給を円滑に行ない、
高電流密度領域における発電特性を向上させている。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of fuel cell has a size of 1 μm.
One using a gas diffusion electrode having many pores of about m to 100 μm has been proposed (for example, JP-A-6-3.
6771 and JP-A-3-93165). In these fuel cells, by providing many pores in the gas diffusion electrode, the fuel gas is smoothly supplied to the electrolyte layer,
The power generation characteristics in the high current density region are improved.

【0003】こうしたガス拡散電極、例えば、特開平6
−36771号公報記載のガス拡散電極では、ガス拡散
電極を構成する材料に無機塩粉末を混合してシート状に
成形し、焼結し、更に焼結物から無機塩粉末を溶剤に抽
出して取り除いて、所望の気孔を得ている。
Such a gas diffusion electrode, for example, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No.
In the gas diffusion electrode described in JP-A-36771, an inorganic salt powder is mixed with a material forming the gas diffusion electrode to form a sheet, which is then sintered, and the inorganic salt powder is extracted from a sintered product into a solvent. It is removed to obtain the desired porosity.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
たガス拡散電極を用いた燃料電池では、ガス拡散電極が
焼結により形成されているので、柔軟性に欠け、製造誤
差等による接触不良が生じ、接触抵抗が増大するという
問題があった。また、ガス拡散電極が多くの気孔を有す
るため、脆く、強度が低いという問題もあった。
However, in a fuel cell using such a gas diffusion electrode, since the gas diffusion electrode is formed by sintering, it lacks flexibility and causes contact failure due to manufacturing error or the like. There was a problem that resistance increased. In addition, since the gas diffusion electrode has many pores, it is fragile and low in strength.

【0005】これらの問題を解決するために、柔軟で通
気性を有するカーボンクロス(カーボン繊維による織布
等)をガス拡散電極に用いることも考えられる。しか
し、このカーボンクロスによるガス拡散電極を、ガス拡
散電極とで燃料ガスの流路を形成するリブを有する集電
極と共に積層して燃料電池を形成し、燃料電池の接触抵
抗の低減のためにその積層方向に押圧荷重を作用させる
と、ガス拡散電極のうち集電極のリブと接触している部
分は、押圧荷重により圧縮されて緻密化し、通気性が低
下する。このため、この緻密化した部分への燃料ガスの
拡散が阻害され、電気化学反応に寄与し難くなり、ガス
拡散電極の利用率が低くなるという問題が生じる。ガス
拡散電極の集電極のリブと接触する部分への燃料ガスの
拡散を向上させるために、集電極のリブに気孔を設ける
ことも考えられるが、ガス拡散電極のうちの押圧荷重に
より緻密化した部分での燃料ガスの透過性の向上は望め
ない。
In order to solve these problems, it is conceivable to use a soft and breathable carbon cloth (woven cloth made of carbon fibers) for the gas diffusion electrode. However, a gas diffusion electrode made of this carbon cloth is laminated with a collector electrode having a rib that forms a fuel gas flow path together with the gas diffusion electrode to form a fuel cell, and in order to reduce the contact resistance of the fuel cell, When a pressing load is applied in the stacking direction, the portion of the gas diffusion electrode that is in contact with the rib of the collector electrode is compressed and densified by the pressing load, and the air permeability is reduced. Therefore, the diffusion of the fuel gas to the densified portion is hindered, it becomes difficult to contribute to the electrochemical reaction, and there arises a problem that the utilization rate of the gas diffusion electrode becomes low. In order to improve the diffusion of the fuel gas to the portion of the gas diffusion electrode that contacts the rib of the collector electrode, it is possible to provide pores in the rib of the collector electrode, but it was densified by the pressing load of the gas diffusion electrode. The improvement of fuel gas permeability in the part cannot be expected.

【0006】本発明の燃料電池は、こうした問題を解決
し、電極の燃料の拡散性を向上させて電極の利用率を増
加し、接触抵抗を低減して効率の良い燃料電池とするこ
とを目的とし、次の構成を採った。
An object of the fuel cell of the present invention is to solve such problems, improve the fuel diffusion of the electrode to increase the utilization factor of the electrode, and reduce the contact resistance to provide an efficient fuel cell. And adopted the following configuration.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の燃料電池
は、電解質層と、該電解質層を挟持して発電層を形成す
る電極と、該発電層を挟持し該電極とで燃料の流路を形
成するリブ部を有する集電極と、からなる燃料電池にお
いて、前記流路の燃料が前記電極と接触する前記リブ部
の接触面の縁部から所定寸法以上該接触面と接触する該
電極の被接触部に拡散するよう、該接触面を非平坦形状
としたことを特徴とする。
A first fuel cell of the present invention is a fuel cell comprising an electrolyte layer, electrodes for sandwiching the electrolyte layer to form a power generation layer, and sandwiching the power generation layer for holding fuel. In a fuel cell comprising a collecting electrode having a rib portion forming a flow path, the fuel in the flow path is in contact with the electrode from an edge of a contact surface of the rib portion which contacts the contact surface by a predetermined dimension or more. It is characterized in that the contact surface has a non-flat shape so as to diffuse to the contacted portion of the electrode.

【0008】本発明の第2の燃料電池は、電解質層と、
該電解質層を挟持して発電層を形成する電極と、該発電
層を挟持し該電極とで燃料の流路を形成するリブ部を有
する集電極と、からなる燃料電池において、前記電極と
接触する前記リブ部の接触面に、該リブ部を横断する複
数の溝を形成したことを特徴とする。
A second fuel cell of the present invention comprises an electrolyte layer,
In a fuel cell, comprising: an electrode that sandwiches the electrolyte layer to form a power generation layer; and a collector electrode that sandwiches the power generation layer and has a rib portion that forms a fuel flow path with the electrode, in contact with the electrode A plurality of grooves that cross the rib portion are formed on the contact surface of the rib portion.

【0009】本発明の第3の燃料電池は、電解質層と、
該電解質層を挟持して発電層を形成する電極と、該発電
層を挟持し該電極とで燃料の流路を形成するリブ部を有
する集電極と、からなる燃料電池において、前記電極と
接触する前記リブ部の接触面に、該接触面の縁部から所
定寸法以内に溝を形成したことを特徴とする。
A third fuel cell of the present invention comprises an electrolyte layer,
In a fuel cell, comprising: an electrode that sandwiches the electrolyte layer to form a power generation layer; and a collector electrode that sandwiches the power generation layer and has a rib portion that forms a fuel flow path with the electrode, in contact with the electrode A groove is formed on the contact surface of the rib portion within a predetermined dimension from the edge of the contact surface.

【0010】本発明の第4の燃料電池は、電解質層と、
該電解質層を挟持して発電層を形成する電極と、該発電
層を挟持し該電極とで燃料の流路を形成するリブ部を有
する集電極と、からなる燃料電池において、前記電極と
接触する前記リブ部の接触面を、突出形状に形成したこ
とを特徴とする。
A fourth fuel cell of the present invention comprises an electrolyte layer and
In a fuel cell, comprising: an electrode that sandwiches the electrolyte layer to form a power generation layer; and a collector electrode that sandwiches the power generation layer and has a rib portion that forms a fuel flow path with the electrode, in contact with the electrode The contact surface of the rib portion is formed in a protruding shape.

【0011】本発明の第5の燃料電池は、電解質層と、
該電解質層を挟持して発電層を形成する電極と、該発電
層を挟持し該電極とで燃料の流路を形成するリブ部を有
する集電極とからなる燃料電池において、前記電極と接
触する前記リブ部の接触面に、導電性を有する繊維を植
毛したことを特徴とする。
A fifth fuel cell of the present invention comprises an electrolyte layer,
In a fuel cell comprising an electrode that sandwiches the electrolyte layer to form a power generation layer and a collector electrode that sandwiches the power generation layer and has a rib portion that forms a fuel flow path with the electrode, is in contact with the electrode Conductive fibers are implanted on the contact surface of the rib portion.

【0012】[0012]

【作用】以上のように構成された本発明の第1の燃料電
池は、電極と接触する集電極のリブ部の接触面を非平坦
形状としたことにより、流路の燃料が、この接触面の縁
部から所定寸法以上この接触面と接触する電極の被接触
部に拡散する。この結果、電気化学反応に寄与し得る電
極の面積が増大し、効率の良い燃料電池となる。ここで
いう所定寸法は、集電極のリブ部の接触面を平坦形状と
した場合に、流路の燃料が接触面の縁部から電極の被接
触部に拡散し得る寸法より大きな値として設定されるも
のであり、電極の材質,構造,柔軟性,透過性,燃料電
池の積層方向に作用させる押圧荷重による電極の被接触
部の面圧等により定まるものである。
In the first fuel cell of the present invention constructed as described above, the contact surface of the rib portion of the collecting electrode which comes into contact with the electrode is made non-flat, so that the fuel in the flow path is protected from the contact surface. From the edge of the electrode to the contacted portion of the electrode that contacts this contact surface by a predetermined size or more. As a result, the area of the electrode that can contribute to the electrochemical reaction is increased, and an efficient fuel cell is obtained. The predetermined dimension here is set to a value larger than the dimension at which the fuel in the flow path can diffuse from the edge of the contact surface to the contacted portion of the electrode when the contact surface of the rib portion of the collecting electrode is made flat. It is determined by the material, structure, flexibility, permeability of the electrode, the surface pressure of the contacted portion of the electrode due to the pressing load acting in the stacking direction of the fuel cell, and the like.

【0013】本発明の第2の燃料電池は、流路の燃料
が、電極と接触するリブ部の接触面に形成されたリブ部
を横断する複数の溝を通って、この接触面と接触する電
極の被接触部に拡散する。
In the second fuel cell of the present invention, the fuel in the flow path comes into contact with the contact surface through a plurality of grooves formed in the contact surface of the rib contacting the electrodes and traversing the ribs. It diffuses to the contacted part of the electrode.

【0014】本発明の第3の燃料電池は、電極と接触す
るリブ部の接触面の縁部から所定寸法以内に形成された
溝が、この接触面と接触する電極の被接触部の縁部から
所定寸法以内に面圧の低い部分を作る。この結果、流路
の燃料はリブ部の接触面の縁部から電極の被接触部の面
圧の低い部分まで拡散し、この面圧の低い部分まで拡散
した燃料は、さらに被接触部の内部に拡散する。ここで
いう所定寸法は、集電極のリブ部の接触面に溝を形成せ
ず平坦形状とした場合に、流路の燃料がリブ部の接触面
の縁部から電極の被接触部に拡散し得る寸法より小さな
値として設定されるものであり、電極の材質,構造,柔
軟性,透過性,燃料電池の積層方向に作用させる押圧荷
重による電極の被接触部の面圧等により定まるものであ
る。
In the third fuel cell of the present invention, the groove formed within a predetermined dimension from the edge of the contact surface of the rib portion contacting the electrode has an edge portion of the contacted portion of the electrode contacting the contact surface. Make a part with low surface pressure within the specified dimension. As a result, the fuel in the flow path diffuses from the edge of the contact surface of the rib to the low contact pressure portion of the contacted portion of the electrode, and the fuel that has diffused to this low contact pressure portion is further absorbed inside the contacted portion. Spread to. The predetermined size here means that the fuel in the flow channel diffuses from the edge of the contact surface of the rib to the contacted part of the electrode when the groove is not formed on the contact surface of the rib of the collecting electrode. It is set as a value smaller than the obtained size, and is determined by the material, structure, flexibility, permeability of the electrode, the surface pressure of the contacted part of the electrode due to the pressing load applied in the stacking direction of the fuel cell, etc. .

【0015】本発明の第4の燃料電池は、電極と接触す
るリブ部の突出形状の接触面が、この接触面と接触する
電極の被接触部に作用する面圧をこの突出形状に基づい
て変化させる。この結果、流路の燃料は、リブ部の接触
面の縁部から電極の被接触部の面圧の低い部分を通って
内部に拡散する。
In the fourth fuel cell of the present invention, the protruding contact surface of the rib portion in contact with the electrode acts on the contacted portion of the electrode in contact with the contact surface based on this protruding shape. Change. As a result, the fuel in the flow path diffuses inward from the edge of the contact surface of the rib portion through the low contact pressure portion of the contacted portion of the electrode.

【0016】本発明の第5の燃料電池は、電極と接触す
るリブ部の接触面に植毛した導電性を有する繊維が、こ
の接触面と接触する電極の被接触部に作用する面圧に変
化を与える。この結果、流路の燃料は、リブ部の接触面
の縁部から電極の被接触部の面圧の低い部分を通って内
部に拡散する。また、リブ部の接触面に植毛した導電性
を有する繊維は、リブの接触面と電極の被接触部との接
触部に複数の微小な隙間を有する層を形成する。このた
め、この層の隙間から燃料が電極の被接触部に拡散す
る。さらに、リブ部の接触面に植毛した導電性を有する
繊維は、電極がカーボンクロス等の繊維により形成され
ている場合には、電極の繊維に絡みつき、電極と集電極
との接触抵抗を小さくする。
In the fifth fuel cell of the present invention, the conductive fibers planted on the contact surface of the rib portion in contact with the electrode change into the surface pressure acting on the contacted portion of the electrode in contact with this contact surface. give. As a result, the fuel in the flow path diffuses inward from the edge of the contact surface of the rib portion through the low contact pressure portion of the contacted portion of the electrode. In addition, the fibers having conductivity, which are implanted on the contact surface of the rib portion, form a layer having a plurality of minute gaps at the contact portion between the contact surface of the rib and the contacted portion of the electrode. Therefore, the fuel diffuses from the gap of this layer to the contacted portion of the electrode. Furthermore, when the electrode is formed of fibers such as carbon cloth, the conductive fibers implanted on the contact surface of the rib portion are entangled with the fibers of the electrode and reduce the contact resistance between the electrode and the collecting electrode. .

【0017】[0017]

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図1は本発明の好適な一実施例である燃料電池
を構成する単電池10の構成を例示する説明図、図2は
図1中の破線円の部分を拡大して示した拡大説明図であ
る。単電池10は、固体高分子型燃料電池の単電池であ
り、図1に示すように、電解質膜20と、この電解質膜
20を両側から挟んでサンドイッチ構造を形成する2つ
のガス拡散電極30と、このサンドイッチ構造を両側か
ら挟持する2つの集電極40とから構成される。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in order to further clarify the structure and operation of the present invention described above. FIG. 1 is an explanatory view illustrating the configuration of a unit cell 10 that constitutes a fuel cell that is a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged explanatory view showing an enlarged portion of a broken line circle in FIG. is there. The unit cell 10 is a polymer electrolyte fuel cell unit cell, and as shown in FIG. 1, an electrolyte membrane 20 and two gas diffusion electrodes 30 that sandwich the electrolyte membrane 20 from both sides to form a sandwich structure. , And two collector electrodes 40 sandwiching this sandwich structure from both sides.

【0018】電解質膜20は、高分子材料、例えば、フ
ッ素系樹脂により形成された厚さ100μmないし20
0μmのイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝
導性を示す。2つのガス拡散電極30は、共に炭素繊維
からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されて
いる。このカーボンクロスの電解質膜20側の表面およ
び隙間には、白金または白金と他の金属からなる合金等
を担持したカーボン粉が練り込まれて触媒層32が形成
されている(図2参照)。この電解質膜20と2つのガ
ス拡散電極30は、2つのガス拡散電極30が電解質膜
20を挟んでサンドイッチ構造とした状態で、100℃
ないし160℃好ましくは110℃ないし130℃の温
度で、1MPa{10.2kgf/cm2}ないし20MPa
{204kgf/cm2}好ましくは5MPa{51kgf/c
m2}ないし10MPa{102kgf/cm2}の圧力を作用
させて接合するホットプレス法により接合されている。
The electrolyte membrane 20 is made of a polymer material such as a fluorine resin and has a thickness of 100 μm to 20 μm.
It is a 0 μm ion-exchange membrane and exhibits good electric conductivity in a wet state. The two gas diffusion electrodes 30 are both formed of carbon cloth woven with threads made of carbon fibers. On the surface of the carbon cloth on the side of the electrolyte membrane 20 and the gap, carbon powder carrying platinum or an alloy of platinum and another metal is kneaded to form a catalyst layer 32 (see FIG. 2). The electrolyte membrane 20 and the two gas diffusion electrodes 30 have a sandwich structure in which the two gas diffusion electrodes 30 sandwich the electrolyte membrane 20 at 100 ° C.
To 160 ° C., preferably 110 to 130 ° C., 1 MPa {10.2 kgf / cm 2 } to 20 MPa
{204 kgf / cm 2 } preferably 5 MPa {51 kgf / c
They are joined by a hot pressing method in which a pressure of m 2 } to 10 MPa {102 kgf / cm 2 } is applied to join.

【0019】集電極40は、カーボンを圧縮して緻密化
しガス不透過とした緻密質カーボンにより形成されてい
る。集電極40のガス拡散電極30と接触する図1中左
右の面(積層面)には、それぞれ平行に配置された複数
のリブ42が、互いに直交する配置として形成されてい
る。このリブ42は、ガス拡散電極30の表面とで酸素
を含有する酸化ガスまたは水素を含有する燃料ガスの流
路をなすガス流路44を形成する。2つの集電極40
は、電解質膜20および2つのガス拡散電極30を挟ん
で対峙するそれぞれのリブ42が互いに直交するよう配
置されている。
The collector electrode 40 is made of dense carbon which is made compact by compressing carbon to make it gas impermeable. A plurality of ribs 42 arranged in parallel with each other are formed on the left and right surfaces (laminating surfaces) of FIG. 1 that are in contact with the gas diffusion electrode 30 of the collecting electrode 40 so as to be orthogonal to each other. The rib 42 forms a gas flow channel 44 with the surface of the gas diffusion electrode 30 to form a flow channel of an oxidizing gas containing oxygen or a fuel gas containing hydrogen. Two collector electrodes 40
Are arranged so that the ribs 42 facing each other with the electrolyte membrane 20 and the two gas diffusion electrodes 30 sandwiched therebetween are orthogonal to each other.

【0020】図2に示すように、集電極40のリブ42
のガス拡散電極30と接触する端面46,リブ42の側
面47およびリブ42の間の面48には、5μmないし
500μm好ましくは10μmないし200μmの凹凸
が形成されている。
As shown in FIG. 2, the rib 42 of the collecting electrode 40 is formed.
In the end face 46 that contacts the gas diffusion electrode 30, the side face 47 of the rib 42, and the face 48 between the ribs 42, unevenness of 5 μm to 500 μm, preferably 10 μm to 200 μm is formed.

【0021】なお、本実施例の集電極40は、次のよう
に製作した。まず、集電極40の材料である緻密質カー
ボンの板材を所望の形状、例えば、正方形状に形成し、
その積層面をダイヤモンド電着砥石で幅2mm,深さ1
mmの溝を切削加工してリブ42を形成する。次に、集
電極40の積層面全体に、砥石#60(粒径425μ
m)を噴出ガン(ノズル径8.33,ジェット径4.3
7)を用いて空気圧400kPa(4Kgf/cm2)で吹き
付ける表面処理(液体ホーニング)により10μmない
し100μmの凹凸を形成する。こうして形成された集
電極40の積層面の面粗度(Rz/Rmax)は、20
/50であった。ここで、凹凸の大きさは、ガス拡散電
極30の厚さや柔軟性等の性状,単電池10の積層方向
に作用する面圧,集電極40に必要な強度等により定ま
るものである。
The collector electrode 40 of this embodiment was manufactured as follows. First, a dense carbon plate material that is a material of the collecting electrode 40 is formed into a desired shape, for example, a square shape,
The laminated surface is a diamond electrodeposited stone with a width of 2 mm and a depth of 1
A mm 42 groove is cut to form a rib 42. Next, grindstone # 60 (particle size 425 μ
m) jet gun (nozzle diameter 8.33, jet diameter 4.3)
7) is used to form irregularities of 10 μm to 100 μm by surface treatment (liquid honing) which is sprayed at an air pressure of 400 kPa (4 Kgf / cm 2 ). The surface roughness (Rz / Rmax) of the laminated surface of the collector electrode 40 thus formed is 20.
It was / 50. Here, the size of the irregularities is determined by the thickness and flexibility of the gas diffusion electrode 30, the surface pressure acting in the stacking direction of the unit cells 10, the strength required for the collector electrode 40, and the like.

【0022】こうして構成された単電池10は、電解質
膜20および2つのガス拡散電極30を挟んで対峙する
一対のガス流路44に酸化ガスおよび燃料ガスを流せ
ば、次式に示す電気化学反応が行なわれ、化学エネルギ
を直接電気エネルギに変換する。
In the unit cell 10 thus constructed, if the oxidizing gas and the fuel gas are caused to flow through the pair of gas passages 44 facing each other with the electrolyte membrane 20 and the two gas diffusion electrodes 30 interposed therebetween, the electrochemical reaction shown by the following formula Is performed to convert chemical energy directly into electrical energy.

【0023】カソード反応(酸素極):2H++2e-
(1/2)O2→H2O アノード反応(燃料極):H2→2H++2e-
Cathode reaction (oxygen electrode): 2H + + 2e +
(1/2) O 2 → H 2 O Anode reaction (fuel electrode): H 2 → 2H + + 2e

【0024】このとき、ガス流路44の酸化ガスまたは
燃料ガスは、次のようにガス拡散電極30に拡散し、電
気化学反応に寄与する。ガス拡散電極30のうちガス流
路44に面している部分は、ガス流路44から直接酸化
ガスまたは燃料ガスが拡散する。一方、ガス拡散電極3
0のうち集電極40のリブ42の端面46と接触する接
触部34は、端面46がフラットで凹凸が形成されてい
ない従来例では、端面46からの押圧荷重により圧縮さ
れて緻密化するから、酸化ガスまたは燃料ガスは、接触
部34の緻密化の程度に応じた範囲にのみ拡散するが、
実施例の単電池10では、端面46からの押圧荷重によ
り緻密化するが、端面46に形成された凹凸により面圧
の低い部分が生じるから、図2中矢印で示すように、酸
化ガスまたは燃料ガスは、リブ42の端面46の縁部か
ら面圧の低い部分を通ってガス拡散電極30の接触部3
4の内部にまで拡散する。
At this time, the oxidizing gas or the fuel gas in the gas flow path 44 diffuses into the gas diffusion electrode 30 as follows and contributes to the electrochemical reaction. In the portion of the gas diffusion electrode 30 facing the gas passage 44, the oxidizing gas or the fuel gas diffuses directly from the gas passage 44. On the other hand, the gas diffusion electrode 3
In the conventional example in which the end surface 46 of the collector electrode 40, which is in contact with the end surface 46 of the rib 42 of the collector electrode 40, is flat and has no unevenness, the contact portion 34 is compressed and densified by the pressing load from the end surface 46. The oxidizing gas or the fuel gas diffuses only in the range corresponding to the degree of densification of the contact portion 34,
In the unit cell 10 of the example, although it is densified by the pressure load from the end face 46, the unevenness formed on the end face 46 causes a portion having a low surface pressure. Therefore, as shown by the arrow in FIG. The gas passes from the edge portion of the end surface 46 of the rib 42 through a portion having a low surface pressure to the contact portion 3 of the gas diffusion electrode 30.
It spreads to the inside of 4.

【0025】ここで、従来例の接触部34での酸化ガス
または燃料ガスが拡散する範囲は、ガス拡散電極30の
厚さを0.3mm,リブ42の幅を2mm,リブ42の
間隔を2mmとし、面圧を2MPa(20.4Kgf/c
m2)とした条件での実験結果によると、リブ42の端面
46の縁部から約0.2mmの範囲であった。したがっ
て、ガス拡散電極30の接触部34の幅も2mmとなる
が、そのうち中央を中心とした約1.6mmの幅の領域
は、酸化ガスまたは燃料ガスが拡散されないから、上述
の電気化学反応を行なわない。なお、従来例の接触部3
4での酸化ガスまたは燃料ガスが拡散する範囲は、ガス
拡散電極30の性状や面圧等により定まるものである。
Here, the range in which the oxidizing gas or the fuel gas diffuses in the contact portion 34 of the conventional example is 0.3 mm in thickness of the gas diffusion electrode 30, 2 mm in width of the rib 42, and 2 mm in interval between the ribs 42. And the surface pressure is 2 MPa (20.4 Kgf / c
According to the experimental result under the condition of m 2 ), the range was about 0.2 mm from the edge of the end face 46 of the rib 42. Therefore, the width of the contact portion 34 of the gas diffusion electrode 30 is also 2 mm, but in the area having a width of about 1.6 mm centering on the center, the oxidizing gas or the fuel gas is not diffused, so that the electrochemical reaction described above is performed. Do not do. The contact portion 3 of the conventional example
The range in which the oxidizing gas or the fuel gas diffuses in 4 is determined by the properties and surface pressure of the gas diffusion electrode 30.

【0026】図3は、本実施例の単電池10および集電
極の端面がフラットな単電池(以下「従来例の単電池」
といいう。)の電流密度とセル電圧との関係を例示した
グラフである。グラフ中、曲線Aは従来例の単電池、曲
線Bは単電池10の電流密度とセル電圧との関係を示
す。なお、実施例の集電極40の積層面に凹凸を形成す
る処理と同様な処理で、砥石#700(粒径25μm)
を用いてリブの端面の面粗度を3/5とした集電極を用
いた単電池の電流密度とセル電圧との関係を曲線C、砥
石#150(粒径100μm)を用いてリブの端面の面
粗度を10/20とした集電極を用いた単電池の電流密
度とセル電圧との関係を曲線Dとして示した。図示する
ように、集電極の積層面に凹凸を形成した単電池は、凹
凸が形成されていない従来例の単電池に比して、いずれ
もその性能の向上が認めらる。面粗度を20/50とし
た実施例の単電池10は、面粗度の低い曲線Cおよび曲
線Dとして示した単電池と比較しても、その性能の向上
が認められ、特に、高電流密度領域での向上が著しい。
FIG. 3 shows a unit cell 10 of this embodiment and a unit cell whose collector electrode has a flat end surface (hereinafter referred to as "conventional unit cell").
Say. 5 is a graph illustrating the relationship between the current density and the cell voltage in FIG. In the graph, the curve A shows the relationship between the cell density and the current density of the conventional battery, and the curve B shows the relationship between the current density and the cell voltage. In addition, a grindstone # 700 (particle diameter 25 μm) was obtained by the same process as the process of forming unevenness on the laminated surface of the collecting electrode 40 of the example.
The relationship between the cell voltage and the current density of the unit cell using the collecting electrode having the surface roughness of the rib of 3/5 using the curve C and the end surface of the rib using the grindstone # 150 (particle size 100 μm) The relationship between the cell voltage and the current density of the unit cell using the collecting electrode having the surface roughness of 10/20 is shown as a curve D. As shown in the figure, in each of the unit cells in which irregularities are formed on the laminated surface of the collector electrode, the improvement in performance is recognized in comparison with the conventional unit cell in which no irregularities are formed. The unit cell 10 of the example having the surface roughness of 20/50 was found to have improved performance even when compared with the unit cells shown as the curve C and the curve D having the low surface roughness. The improvement in the density region is remarkable.

【0027】こうした性能の向上は、上述したように、
ガス拡散電極30の接触部34の内部にも酸化ガスまた
は燃料ガスが拡散してガス拡散電極30の利用率が高く
なること、集電極40の端面46に形成した凹凸により
集電極40とガス拡散電極30との接触面積が増加して
接触抵抗が小さくなることによる。
As described above, such improvement in performance is as follows.
Oxidizing gas or fuel gas also diffuses inside the contact portion 34 of the gas diffusion electrode 30 to increase the utilization rate of the gas diffusion electrode 30, and due to the unevenness formed on the end surface 46 of the collection electrode 40, gas diffusion with the collection electrode 40 occurs. This is because the contact area with the electrode 30 increases and the contact resistance decreases.

【0028】また、集電極40のリブ42の側面47お
よびリブ42間の面48に形成された凹凸は、酸化ガス
または燃料ガスの流れを乱し、ガス拡散電極30への拡
散性を増加する。
Further, the unevenness formed on the side surface 47 of the rib 42 of the collector electrode 40 and the surface 48 between the ribs 42 disturbs the flow of the oxidizing gas or the fuel gas and increases the diffusibility to the gas diffusion electrode 30. .

【0029】以上説明した実施例の燃料電池の単電池1
0によれば、リブ42の端面46に凹凸を形成すること
により、単電池10ひいては燃料電池の性能を向上させ
ることができる。すなわち、端面46に形成された凹凸
が、接触部34に面圧の低い部分を生じさせ、面圧の低
い部分から接触部34の内部に酸化ガスまたは燃料ガス
を拡散させる。このため、ガス拡散電極30の電気化学
反応に寄与する面積が増大し、ガス拡散電極30の利用
率が高くなるので、発電効率を高くすることができる。
また、リブ42の端面46に凹凸を形成することによ
り、集電極40とガス拡散電極30との接触面積が大き
くなり、このため、接触抵抗が小さくなって燃料電池の
内部抵抗を小さくすることができる。このほか、リブ4
2の側面47およびリブ42間の面48にも凹凸を形成
することにより、酸化ガスまたは燃料ガスの流れを乱し
て、ガス拡散電極30への拡散性を増加し、燃料電池の
性能を向上させることができる。
The unit cell 1 of the fuel cell of the embodiment described above
According to No. 0, by forming the unevenness on the end surface 46 of the rib 42, it is possible to improve the performance of the unit cell 10 and thus the fuel cell. That is, the unevenness formed on the end surface 46 causes a portion having a low surface pressure in the contact portion 34, and causes the oxidizing gas or the fuel gas to diffuse from the portion having a low surface pressure to the inside of the contact portion 34. Therefore, the area of the gas diffusion electrode 30 that contributes to the electrochemical reaction is increased, and the utilization rate of the gas diffusion electrode 30 is increased, so that the power generation efficiency can be increased.
Further, by forming the unevenness on the end surface 46 of the rib 42, the contact area between the collector electrode 40 and the gas diffusion electrode 30 is increased, and thus the contact resistance is decreased and the internal resistance of the fuel cell can be decreased. it can. Besides this, rib 4
By forming irregularities also on the side surface 47 of the second side and the surface 48 between the ribs 42, the flow of the oxidizing gas or the fuel gas is disturbed, the diffusivity to the gas diffusion electrode 30 is increased, and the performance of the fuel cell is improved. Can be made.

【0030】なお、実施例では、リブ42の端面46の
他に、側面47および面48にも凹凸を形成したが、端
面46以外には凹凸を形成しない構成もかまわない。ま
た、実施例では、リブ42の端面46等に液体ホーニン
グを用いて凹凸を形成したが、他の手法、例えば集電極
40を型成形する場合、型の端面46等に相当する部分
に凹凸を設けておく手法等により凹凸を形成してもよ
い。
In the embodiment, the side surface 47 and the surface 48 of the rib 42 are provided with the concavities and convexities in addition to the end surface 46, but it is also possible to form the concavities and convexities other than the end surface 46. Further, in the embodiment, the concavities and convexities are formed on the end faces 46 and the like of the ribs 42 by using liquid honing. The unevenness may be formed by a method provided beforehand.

【0031】次に本発明の第2の実施例である燃料電池
の単電池110について説明する。第2実施例の単電池
110は、集電極40に代えて集電極140を用いた点
を除いて第1実施例の単電池10と同一の構成をしてい
る。そこで、第1実施例の単電池10と同一の構成に
は、同一の符号を付し、その説明を省略する。
Next, a single cell 110 of a fuel cell which is a second embodiment of the present invention will be described. The unit cell 110 of the second embodiment has the same configuration as the unit cell 10 of the first embodiment except that the collector electrode 140 is used instead of the collector electrode 40. Therefore, the same components as those of the unit cell 10 of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0032】図4は、第2実施例の単電池110の図1
中の破線円に相当する部分を拡大して示した拡大説明図
である。図5は、集電極140の積層面の一部(図4中
5−5面)を拡大して示した拡大説明図である。第2実
施例の集電極140は、第1実施例の集電極40と同様
に、緻密質カーボンにより形成されており、その2つの
積層面には、それぞれ平行に配置された複数のリブ14
2が、互いに直交する配置として形成されている。この
リブ142は、ガス拡散電極30の表面とで酸化ガスま
たは燃料ガスの流路をなすガス流路144を形成する。
リブ142のガス拡散電極30と接触する端面146に
は、リブ142の長手方向と垂直な方向に、すなわちリ
ブ142を横断するよう幅0.2mm,深さ0.2mm
の細溝148が0.2mmの間隔で複数形成されている
(図5参照)。
FIG. 4 shows the unit cell 110 of the second embodiment shown in FIG.
It is an expansion explanatory view which expanded and showed the part equivalent to a dashed circle in the inside. FIG. 5 is an enlarged explanatory view showing a part (5-5 surface in FIG. 4) of the laminated surface of the collecting electrode 140 in an enlarged manner. Like the collector electrode 40 of the first embodiment, the collector electrode 140 of the second embodiment is formed of dense carbon, and a plurality of ribs 14 arranged in parallel are provided on the two laminated surfaces thereof.
2 are formed in a mutually orthogonal arrangement. The ribs 142 form a gas flow path 144 that forms a flow path for the oxidizing gas or the fuel gas together with the surface of the gas diffusion electrode 30.
The end surface 146 of the rib 142, which is in contact with the gas diffusion electrode 30, has a width of 0.2 mm and a depth of 0.2 mm in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the rib 142, that is, across the rib 142.
A plurality of thin grooves 148 are formed at intervals of 0.2 mm (see FIG. 5).

【0033】こうして構成された第2実施例の単電池1
10は、電解質膜20および2つのガス拡散電極30を
挟んで対峙する一対のガス流路144に酸化ガスおよび
燃料ガスを流せば、上述の電気化学反応を行い、化学エ
ネルギを直接電気エネルギに変換する。このとき、ガス
拡散電極30のうち集電極140のリブ142の端面1
46と接触する接触部34には、図4中矢印で示すよう
に、ガス流路144の酸化ガスまたは燃料ガスが端面1
46に形成されたリブ142を横断する細溝148を介
して拡散される。また、ガス拡散電極30が比較的柔軟
性に富むカーボンクロスにより形成されているから、細
溝148にガス拡散電極30がくい込んで、細溝148
の形成面にガス拡散電極30が接触する。この結果、集
電極140とガス拡散電極30との接触面積が、細溝1
48が形成されていない場合に比して大きくなり、集電
極140とガス拡散電極30との接触抵抗が小さくな
る。このことより、細溝148の深さは、ガス拡散電極
30がくい込んで接触する程度の深さ、すなわちガス拡
散電極30の厚さ以下とするのが好ましい。
The unit cell 1 of the second embodiment thus constructed
When an oxidizing gas and a fuel gas are caused to flow through a pair of gas flow passages 144 that face each other with the electrolyte membrane 20 and the two gas diffusion electrodes 30 sandwiched therebetween, the electrochemical reaction described above is performed and the chemical energy is directly converted into electrical energy. To do. At this time, the end surface 1 of the rib 142 of the collector electrode 140 of the gas diffusion electrode 30 is
As shown by the arrow in FIG. 4, the oxidizing gas or fuel gas in the gas flow path 144 is applied to the end surface 1 at the contact portion 34 that contacts the end surface 1.
Diffused through the narrow groove 148 that traverses the rib 142 formed on the nozzle 46. Further, since the gas diffusion electrode 30 is formed of carbon cloth having relatively high flexibility, the gas diffusion electrode 30 bites into the narrow groove 148, and the narrow groove 148.
The gas diffusion electrode 30 comes into contact with the formation surface of the. As a result, the contact area between the collector electrode 140 and the gas diffusion electrode 30 is smaller than that of the narrow groove 1.
As compared with the case where 48 is not formed, the contact resistance between the collector electrode 140 and the gas diffusion electrode 30 becomes smaller, as compared with the case where 48 is not formed. Therefore, the depth of the narrow groove 148 is preferably set to a depth at which the gas diffusion electrode 30 comes into contact with the gas diffusion electrode 30, that is, the thickness of the gas diffusion electrode 30 or less.

【0034】図6は、第2実施例の単電池110および
従来例の単電池の電流密度とセル電圧との関係を例示し
たグラフである。グラフ中、曲線Aは従来例の単電池、
曲線Eは第2実施例の単電池10の電流密度とセル電圧
との関係を表わす。図示するように、リブ142の端面
146にリブ142を横断するように複数の細溝148
を形成した単電池110は、細溝148が形成されてい
ない従来例の単電池に比して、その性能の向上が認めら
れる。特に高電流密度領域での性能の向上が著しい。
FIG. 6 is a graph illustrating the relationship between the cell density and the current density of the unit cell 110 of the second embodiment and the unit cell of the conventional example. In the graph, curve A is the conventional single cell,
The curve E represents the relationship between the current density and the cell voltage of the unit cell 10 of the second embodiment. As shown, an end surface 146 of the rib 142 has a plurality of narrow grooves 148 extending across the rib 142.
The performance of the unit cell 110 formed with is improved compared to the conventional unit cell in which the narrow groove 148 is not formed. Especially, the performance is remarkably improved in the high current density region.

【0035】グラフ中、曲線Fは、細溝の方向をリブの
長手方向と同方向とし、細溝がリブを横断しないタイプ
の集電極240(図7および図8参照)を用いた単電池
210の電流密度とセル電圧との関係を示したものであ
る。この集電極240は、図7および図8に示すよう
に、リブ242の端面246に、リブ242の長手方向
と平行に集電極140の細溝148と同じ幅,深さおよ
び間隔の複数の細溝248が形成されている。図6のグ
ラフに示すように、この集電極240を用いた単電池2
10も、細溝が形成されていない従来例の単電池に比し
て、単電池110程ではないが、その性能の向上が認め
られる。これは、細溝248にガス拡散電極30がくい
込んで接触面積が大きくなり接触抵抗が小さくなること
の他に、端面246に細溝248を形成したことにより
ガス拡散電極30の接触部34に面圧の低い帯状の部分
が形成され、酸化ガスおよび燃料ガスが、端面246の
縁部から接触部34の内部に拡散することによる。
In the graph, a curve F indicates a unit cell 210 using a collector electrode 240 (see FIGS. 7 and 8) of a type in which the direction of the narrow groove is the same as the longitudinal direction of the rib and the narrow groove does not cross the rib. 3 shows the relationship between the current density and the cell voltage. As shown in FIGS. 7 and 8, the collector electrode 240 has a plurality of fine grooves having the same width, depth, and spacing as the narrow grooves 148 of the collector electrode 140, which are parallel to the longitudinal direction of the rib 242 on the end surface 246 of the rib 242. A groove 248 is formed. As shown in the graph of FIG. 6, the unit cell 2 using this collecting electrode 240
Also in No. 10, as compared with the unit cell of the conventional example in which the narrow groove is not formed, the performance improvement is recognized, though not as much as the unit cell 110. This is because the gas diffusion electrode 30 bites into the narrow groove 248 to increase the contact area and reduce the contact resistance. In addition, since the narrow groove 248 is formed on the end face 246, the contact portion 34 of the gas diffusion electrode 30 is covered. This is because a band-shaped portion having a low pressure is formed, and the oxidizing gas and the fuel gas diffuse from the edge of the end surface 246 into the inside of the contact portion 34.

【0036】上述したように、従来例の単電池では、接
触部34の緻密化の程度により、酸化ガスまたは燃料ガ
スが拡散する範囲が限定されるが、この範囲内に面圧の
低い部分を端面246の細溝248により形成すれば、
ガス流路244の酸化ガスまたは燃料ガスは、リブ24
2の端面246の縁部から接触部34の面圧の高い部分
を透過して面圧の低い部分および細溝248に達し、こ
の面圧の低い部分および細溝248からも酸化ガスまた
は燃料ガスの拡散が行なわれる。したがって、緻密化し
ても拡散が可能な範囲以内の間隔で端面246に細溝2
48を形成すれば、接触部34の中央部にまで酸化ガス
または燃料ガスを拡散させることができる。第2実施例
では、ガス拡散電極30の厚さを0.3mm,リブ24
2の幅を2mm,リブ242の間隔を2mmとし、面圧
を2MPa(20.4Kgf/cm2)としたので、接触部3
4が緻密化しても酸化ガスまたは燃料ガスの拡散が可能
な範囲は上述したように約0.2mmとなり、細溝24
8の間隔を0.2mmとしたので、接触部34全体に酸
化ガスまたは燃料ガスが拡散する。
As described above, in the unit cell of the conventional example, the range in which the oxidizing gas or the fuel gas diffuses is limited depending on the degree of densification of the contact portion 34. If formed by the narrow groove 248 of the end face 246,
The oxidizing gas or the fuel gas in the gas flow path 244 is removed by the ribs 24.
2 from the edge of the end surface 246 of the contact portion 34 to the high surface pressure portion of the contact portion 34 to reach the low surface pressure portion and the narrow groove 248, and the low surface pressure portion and the narrow groove 248 also supply the oxidizing gas or the fuel gas. Is diffused. Therefore, even if it is densified, the fine grooves 2 are formed on the end surface 246 at intervals within a range in which diffusion is possible.
By forming 48, the oxidizing gas or the fuel gas can be diffused to the central portion of the contact portion 34. In the second embodiment, the thickness of the gas diffusion electrode 30 is 0.3 mm and the rib 24 is
The width of 2 is 2 mm, the distance between the ribs 242 is 2 mm, and the surface pressure is 2 MPa (20.4 Kgf / cm 2 ).
Even if 4 is densified, the range in which the oxidizing gas or the fuel gas can diffuse is about 0.2 mm as described above.
Since the interval of 8 is 0.2 mm, the oxidizing gas or the fuel gas diffuses throughout the contact portion 34.

【0037】以上説明した第2実施例の燃料電池の単電
池110によれば、リブ142の端面46にリブ142
を横断する複数の細溝148を形成したことにより、ガ
ス流路244の酸化ガスおよび燃料ガスを接触部34の
内部にまで拡散させることができる。この結果、電気化
学反応に寄与するガス拡散電極30の利用率を高くし
て、単電池110ひいては燃料電池の性能を向上させる
ことができる。また、ガス拡散電極30が細溝148に
くい込んで細溝148の形成面と接触するので、集電極
140とガス拡散電極30との接触面積を大きくして接
触抵抗を小さくすることができる。
According to the unit cell 110 of the fuel cell of the second embodiment described above, the rib 142 is formed on the end surface 46 of the rib 142.
By forming the plurality of narrow grooves 148 that traverse each other, the oxidizing gas and the fuel gas in the gas flow path 244 can be diffused into the contact portion 34. As a result, it is possible to increase the utilization rate of the gas diffusion electrode 30 that contributes to the electrochemical reaction and improve the performance of the unit cell 110 and thus the fuel cell. Further, since the gas diffusion electrode 30 is embedded in the narrow groove 148 and contacts the surface where the narrow groove 148 is formed, the contact area between the collector electrode 140 and the gas diffusion electrode 30 can be increased to reduce the contact resistance.

【0038】なお、第2実施例の単電池110では、細
溝148の幅,深さおよびその間隔をいずれも0.2m
mとしたが、如何なる寸法でもかまわない。ただし、細
溝148とガス拡散電極30との接触面積を大きくする
ために、その深さをガス拡散電極30の厚さ以下とする
のが好ましい。
In the unit cell 110 of the second embodiment, the width and depth of the narrow groove 148 and the distance between them are both 0.2 m.
Although m is used, any size may be used. However, in order to increase the contact area between the narrow groove 148 and the gas diffusion electrode 30, it is preferable that the depth thereof be equal to or less than the thickness of the gas diffusion electrode 30.

【0039】第2実施例の単電池110では、細溝14
8をリブ142の長手方向と垂直な方向に形成したが、
リブ142を横断すれば如何なる方向に形成してもかま
わない。また、図7および図8に示した集電極240の
ように、リブを横断しない細溝として形成してもよい。
この集電極240では、細溝248がリブ242を横断
しないため、酸化ガスまたは燃料ガスが細溝248を通
ってガス拡散電極30の接触部34内部に拡散すること
はないが、接触部34が緻密化しても酸化ガスまたは燃
料ガスの拡散が可能な範囲以内の間隔で端面246に細
溝248が形成されているので、リブ242の端面24
6の縁部から接触部34の面圧の高い部分を透過した酸
化ガスまたは燃料ガスがさらに内部の面圧の高い部分へ
拡散することにより、酸化ガスまたは燃料ガスを接触部
34の中央部まで拡散させることができる。この結果、
電気化学反応に寄与するガス拡散電極30の利用率を高
くすることができる。もとより、集電極240を用いた
単電池210でも、ガス拡散電極30が細溝248にく
い込んで細溝248の形成面と接触するので、集電極2
40とガス拡散電極30との接触面積を大きくして接触
抵抗を小さくすることができる。
In the unit cell 110 of the second embodiment, the narrow groove 14
8 was formed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the rib 142,
It may be formed in any direction as long as it crosses the rib 142. Further, as in the collecting electrode 240 shown in FIGS. 7 and 8, it may be formed as a fine groove that does not cross the rib.
In this collecting electrode 240, since the fine groove 248 does not cross the rib 242, the oxidizing gas or the fuel gas does not diffuse through the fine groove 248 into the contact portion 34 of the gas diffusion electrode 30, but the contact portion 34 is Since the fine grooves 248 are formed in the end face 246 at intervals within a range in which the oxidizing gas or the fuel gas can be diffused even if the end face 24 of the rib 242 is densified.
The oxidizing gas or fuel gas that has permeated through the high surface pressure portion of the contact portion 34 from the edge portion of 6 diffuses to the inner portion of high contact surface pressure, so that the oxidizing gas or fuel gas reaches the central portion of the contact portion 34. Can be diffused. As a result,
The utilization rate of the gas diffusion electrode 30 that contributes to the electrochemical reaction can be increased. Even in the unit cell 210 using the collecting electrode 240, the gas diffusion electrode 30 is embedded in the narrow groove 248 and comes into contact with the surface where the narrow groove 248 is formed.
The contact area between the gas diffusion electrode 30 and the gas diffusion electrode 30 can be increased to reduce the contact resistance.

【0040】次に本発明の第3の実施例である燃料電池
の単電池310について説明する。第3実施例の単電池
310は、集電極40に代えて集電極340を用いた点
を除いて第1実施例の単電池10と同一の構成をしてい
る。そこで、第1実施例の単電池10と同一の構成に
は、同一の符号を付し、その説明を省略する。
Next, a unit cell 310 of a fuel cell which is a third embodiment of the present invention will be described. The unit cell 310 of the third embodiment has the same configuration as the unit cell 10 of the first embodiment except that the collecting electrode 340 is used instead of the collecting electrode 40. Therefore, the same components as those of the unit cell 10 of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0041】図9は、第3実施例の単電池310の図1
中の破線円に相当する部分を拡大して示した拡大説明図
である。第3実施例の集電極340は、第1実施例の集
電極40と同様に、緻密質カーボンにより形成されてお
り、その2つの積層面には、それぞれ平行に配置された
複数のリブ342が、互いに直交する配置として形成さ
れている。このリブ342は、ガス拡散電極30の表面
とで酸化ガスまたは燃料ガスの流路をなすガス流路34
4を形成する。集電極340のリブ342のガス拡散電
極30と接触する端部346は、2つのテーパー面によ
り山形に形成されている。図に示すテーパー面の角度θ
は、次式で示す範囲が好ましく、第3実施例の集電極3
40では、ガス拡散電極30の厚さを0.3mm,ガス
拡散電極30に乗じる係数を0.7,リブ342の幅を
2mmとして代入し、θ=12゜とした。
FIG. 9 shows the unit cell 310 of the third embodiment shown in FIG.
It is an expansion explanatory view which expanded and showed the part equivalent to a dashed circle in the inside. Like the collector electrode 40 of the first embodiment, the collector electrode 340 of the third embodiment is formed of dense carbon, and a plurality of ribs 342 arranged in parallel are formed on the two laminated surfaces thereof. , Are formed so as to be orthogonal to each other. The rib 342 forms a gas flow path 34 that forms a flow path for the oxidizing gas or the fuel gas with the surface of the gas diffusion electrode 30.
4 is formed. An end portion 346 of the rib 342 of the collector electrode 340 that comes into contact with the gas diffusion electrode 30 is formed in a mountain shape by two tapered surfaces. Angle θ of the tapered surface shown in the figure
Is preferably in the range represented by the following formula, and the collector electrode 3 of the third embodiment is
In No. 40, the thickness of the gas diffusion electrode 30 was 0.3 mm, the coefficient for multiplying the gas diffusion electrode 30 was 0.7, and the width of the rib 342 was 2 mm.

【0042】tanθ=(ガス拡散電極30の厚さ×1
〜0.5)/(リブ342の幅×0.5)
Tan θ = (thickness of gas diffusion electrode 30 × 1
~ 0.5) / (width of rib 342 x 0.5)

【0043】ここで、上式の分母をガス拡散電極30の
厚さ以下とするのは、端部346全体がガス拡散電極3
0に接触するようにするためである。ガス拡散電極30
の厚さ以上にすると、リブ342のテーパー面の一部が
ガス拡散電極30に接触しなくなり、リブ342の幅を
無為に設定したことになるからである。また、ガス拡散
電極30の厚さの0.5倍以上としたのは、ガス拡散電
極30の厚さに比してリブ342の幅が広いため、これ
より小さくすると有効なテーパーが得られなくなるから
である。したがって、ガス拡散電極30の厚さに比して
リブ342の幅がさほど広くない場合は、0.5倍以下
とすることもできる。
Here, the denominator of the above equation is set to be equal to or less than the thickness of the gas diffusion electrode 30 because the entire end portion 346 is the gas diffusion electrode 3.
This is to make it contact 0. Gas diffusion electrode 30
This is because when the thickness is equal to or larger than the above, a part of the tapered surface of the rib 342 does not contact the gas diffusion electrode 30, and the width of the rib 342 is set to be useless. The reason why the thickness of the gas diffusion electrode 30 is 0.5 times or more is that the rib 342 is wider than the thickness of the gas diffusion electrode 30. Therefore, if it is smaller than this, an effective taper cannot be obtained. Because. Therefore, when the width of the rib 342 is not so wide as compared with the thickness of the gas diffusion electrode 30, it can be set to 0.5 times or less.

【0044】こうして構成された第3実施例の単電池3
10は、電解質膜20および2つのガス拡散電極30を
挟んで対峙する一対のガス流路344に酸化ガスおよび
燃料ガスを流せば、第1実施例で示した電気化学反応と
同一の反応を行い、化学エネルギを直接電気エネルギに
変換する。このとき、ガス拡散電極30の接触部34の
中央付近は、端部346が山形に形成されていることか
ら燃料電池に加えられる積層方向の押圧荷重により、従
来例の単電池に比してより緻密化され、酸化ガスまたは
燃料ガスが拡散せず、電気化学反応に寄与しない不活性
化領域となる。しかし、その領域以外では、押圧荷重に
よる緻密化の程度は従来例の単電池に比して低くなるか
ら、図中矢印で示すように、ガス流路344の酸化ガス
または燃料ガスは、端部346の縁部からテーパー面に
沿って拡散する。したがって、不活性化領域が存在する
ものの、従来例の単電池に比してその面積は小さいか
ら、電気化学反応に寄与する領域の面積が大きくなり、
燃料電池の性能を向上させる。また、端部346を山形
形状としたことにより、集電極340とガス拡散電極3
0との接触面積も大きくなり、接触抵抗が小さくなる。
The unit cell 3 of the third embodiment thus constructed
When the oxidizing gas and the fuel gas are caused to flow through the pair of gas flow passages 344 facing each other with the electrolyte membrane 20 and the two gas diffusion electrodes 30 interposed therebetween, the same reaction as the electrochemical reaction shown in the first embodiment is performed. , Converts chemical energy directly into electrical energy. At this time, in the vicinity of the center of the contact portion 34 of the gas diffusion electrode 30, since the end portion 346 is formed in a chevron shape, a pressing load in the stacking direction applied to the fuel cell makes it more effective than the conventional unit cell. The inactivated region is densified so that the oxidizing gas or the fuel gas does not diffuse and does not contribute to the electrochemical reaction. However, since the degree of densification due to the pressing load is lower than that of the conventional unit cell except in the region, the oxidizing gas or the fuel gas in the gas flow path 344 has an edge portion as shown by an arrow in the figure. Diffuse from the edge of 346 along the tapered surface. Therefore, although there is a deactivation region, the area of the region contributing to the electrochemical reaction becomes large because the area is smaller than that of the conventional unit cell.
Improve fuel cell performance. In addition, since the end portion 346 has a chevron shape, the collector electrode 340 and the gas diffusion electrode 3 are
The contact area with 0 also becomes large and the contact resistance becomes small.

【0045】図10は、第3実施例の単電池310およ
び従来例の単電池の電流密度とセル電圧との関係を例示
したグラフである。グラフ中、曲線Aは従来例の単電
池、曲線Gは第3実施例の単電池310の電流密度とセ
ル電圧との関係を示す。図示するように、リブ342の
端部346を山形に形成した単電池310は、端部34
6がフラットな従来例にの単電池に比して、その性能の
向上が認められる。
FIG. 10 is a graph illustrating the relationship between the cell density and the current density of the unit cell 310 of the third embodiment and the unit cell of the conventional example. In the graph, the curve A shows the relationship between the current density and the cell voltage of the conventional unit cell and the curve G shows the unit cell 310 of the third embodiment. As shown in the drawing, the unit cell 310 in which the end portion 346 of the rib 342 is formed in a mountain shape is
An improvement in the performance is recognized as compared with the unit cell of the conventional example in which 6 is flat.

【0046】以上説明した第3実施例の燃料電池の単電
池310によれば、リブ342の端部346を山形に形
成したことにより、ガス拡散電極30のうち緻密化によ
り不活性化する領域を小さくして電気化学反応に寄与す
るガス拡散電極30の利用率を高くし、単電池310ひ
いては燃料電池の性能を向上させることができる。ま
た、リブ342の端部346を山形に形成したので、集
電極340とガス拡散電極30との接触面積を大きくし
て接触抵抗を小さくすることができる。
According to the unit cell 310 of the fuel cell of the third embodiment described above, since the end portion 346 of the rib 342 is formed in a mountain shape, a region of the gas diffusion electrode 30 which is inactivated by densification is formed. The utilization rate of the gas diffusion electrode 30 contributing to the electrochemical reaction can be increased by reducing the size, and the performance of the unit cell 310 and thus the fuel cell can be improved. Further, since the end portion 346 of the rib 342 is formed in a mountain shape, the contact area between the collector electrode 340 and the gas diffusion electrode 30 can be increased to reduce the contact resistance.

【0047】なお、第3実施例の単電池310では、リ
ブ342の端部346を2つのテーパー面により山形と
したが、1つのテーパー面による片斜面とする構成や円
弧とする構成、凸形状とする構成等も差し支えない。こ
の場合でも、端部346全体がガス拡散電極30と接触
するよう端部346の先端部までの距離をガス拡散電極
30の厚さ以下にするのが好ましい。
In the unit cell 310 of the third embodiment, the end portion 346 of the rib 342 is mountain-shaped by the two tapered surfaces, but one taper surface is a one-sided sloped surface, a circular arc, or a convex shape. There is no problem with the configuration. Even in this case, it is preferable that the distance to the tip of the end portion 346 be equal to or less than the thickness of the gas diffusion electrode 30 so that the entire end portion 346 contacts the gas diffusion electrode 30.

【0048】次に本発明の第4の実施例である燃料電池
の単電池410について説明する。第4実施例の単電池
410は、集電極40に代えて集電極440を用いた点
を除いて第1実施例の単電池10と同一の構成をしてい
る。そこで、第1実施例の単電池10と同一の構成に
は、同一の符号を付し、その説明を省略する。
Next, the unit cell 410 of the fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention will be described. The unit cell 410 of the fourth embodiment has the same configuration as the unit cell 10 of the first embodiment except that the collecting electrode 440 is used instead of the collecting electrode 40. Therefore, the same components as those of the unit cell 10 of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0049】図11は、第4実施例の単電池410の図
1中の破線円に相当する部分を拡大して示した拡大説明
図である。第4実施例の集電極440は、第1実施例の
集電極40と同様に、緻密質カーボンにより形成されて
おり、その2つの積層面には、それぞれ平行に配置され
た複数のリブ442が、互いに直交する配置として形成
されている。このリブ442が形成された積層面には、
導電性の接着剤450、例えば、エポキシ系の接着剤や
ポリ四フッ化エチレン等のフッ素系の樹脂にカーボンの
粉体を混合したカーボンペースト等により、太さ5μ
m,長さ100μmのカーボン短繊維452が多数植毛
されている。このカーボン短繊維452を表面に植毛し
たリブ442は、ガス拡散電極30の表面とで酸化ガス
または燃料ガスの流路をなすガス流路344を形成す
る。
FIG. 11 is an enlarged explanatory view showing a portion corresponding to a broken line circle in FIG. 1 of the unit cell 410 of the fourth embodiment. Like the collector electrode 40 of the first embodiment, the collector electrode 440 of the fourth embodiment is formed of dense carbon, and a plurality of ribs 442 arranged in parallel are formed on the two laminated surfaces thereof. , Are formed so as to be orthogonal to each other. On the laminated surface on which the rib 442 is formed,
A conductive adhesive 450, for example, an epoxy adhesive or a carbon paste obtained by mixing carbon powder with a fluorine resin such as polytetrafluoroethylene, has a thickness of 5 μm.
A large number of short carbon fibers 452 having a length of m and a length of 100 μm are planted. The ribs 442 in which the short carbon fibers 452 are planted on the surface form a gas flow path 344 that forms a flow path for the oxidizing gas or the fuel gas together with the surface of the gas diffusion electrode 30.

【0050】第4実施例の集電極440では、次のよう
にカーボン短繊維452をその積層面に植毛した。ま
ず、集電極440の積層面に接着剤450を塗布し、集
電極440をアースに接続またはマイナスに帯電させ
る。次に、アース接続またはマイナスに帯電させた集電
極440の接着剤450を塗布した積層面に、プラスに
帯電させたカーボン短繊維452を散布する。すると、
カーボン短繊維452は、靜電誘導により集電極440
の積層面の接着剤450に立つように植え付けられる。
続いて、集電極440に塗布した接着剤450を温度1
50℃で30分間乾燥させて硬化させ、集電極440を
完成する。
In the collecting electrode 440 of the fourth embodiment, short carbon fibers 452 were planted on the laminated surface as follows. First, the adhesive 450 is applied to the laminated surface of the collecting electrode 440, and the collecting electrode 440 is connected to the ground or charged negatively. Then, positively charged short carbon fibers 452 are sprinkled on the laminated surface of the grounded or negatively charged collector electrode 440 coated with the adhesive 450. Then,
The short carbon fibers 452 are collected by electrostatic induction to the collecting electrode 440.
It is planted so as to stand on the adhesive 450 on the laminated surface of the.
Then, the adhesive 450 applied to the collecting electrode 440 is heated to a temperature of 1
The collector electrode 440 is completed by drying and curing at 50 ° C. for 30 minutes.

【0051】こうして構成された第4実施例の単電池4
10は、電解質膜20および2つのガス拡散電極30を
挟んで対峙する一対のガス流路444に酸化ガスおよび
燃料ガスを流せば、第1実施例で示した電気化学反応と
同一の反応を行い、化学エネルギを直接電気エネルギに
変換する。
The unit cell 4 of the fourth embodiment thus constructed
When the oxidizing gas and the fuel gas are caused to flow through the pair of gas flow paths 444 facing each other with the electrolyte membrane 20 and the two gas diffusion electrodes 30 sandwiched therebetween, the same reaction as the electrochemical reaction shown in the first embodiment is performed. , Converts chemical energy directly into electrical energy.

【0052】このとき、ガス拡散電極30の接触部34
には、リブ442の端面446に植毛したカーボン短繊
維452により面圧に高低が生じ、図中矢印で示すよう
に、ガス流路444の酸化ガスまたは燃料ガスが端面4
46の端部から圧力の低い部分を介して接触部34の内
部に拡散する。また、ガス拡散電極30の接触部34と
端面446との接触部には、カーボン短繊維452によ
る微小な隙間を有する層が生じ、この層の隙間から接触
部34の内部に酸化ガスまたは燃料ガスが拡散する。さ
らに、端面446に植毛されたカーボン短繊維452が
ガス拡散電極30を形成するカーボン繊維に絡みつく。
このため、集電極440とガス拡散電極30との接触抵
抗が小さくなる。また、ガス流路444を形成するリブ
442の側面等に植毛したカーボン短繊維452は、ガ
ス流路444内の酸化ガスまたは燃料ガスの流れを乱
し、酸化ガスまたは燃料ガスのガス拡散電極30への拡
散性を向上させる。
At this time, the contact portion 34 of the gas diffusion electrode 30
The surface pressure is increased or decreased by the short carbon fibers 452 planted on the end surface 446 of the rib 442, and as shown by the arrow in the figure, the oxidizing gas or the fuel gas in the gas flow path 444 is discharged.
It diffuses from the end portion of 46 into the inside of the contact portion 34 through the low pressure portion. In addition, a layer having a minute gap due to the short carbon fibers 452 is formed at the contact portion between the contact portion 34 of the gas diffusion electrode 30 and the end surface 446, and an oxidizing gas or a fuel gas is generated inside the contact portion 34 from the gap of this layer. Spread. Further, the short carbon fibers 452 that are planted on the end surface 446 are entangled with the carbon fibers forming the gas diffusion electrode 30.
Therefore, the contact resistance between the collector electrode 440 and the gas diffusion electrode 30 becomes small. Further, the short carbon fibers 452 that are planted on the side surfaces of the ribs 442 that form the gas flow channel 444 disturb the flow of the oxidizing gas or the fuel gas in the gas flow channel 444, and the gas diffusion electrode 30 for the oxidizing gas or the fuel gas 30 To improve the diffusion.

【0053】図12は、第4実施例の単電池410およ
び従来例の単電池の電流密度とセル電圧との関係を例示
したグラフである。グラフ中、曲線Aは従来例の単電
池、曲線Hは第4実施例の単電池410の電流密度とセ
ル電圧との関係を示す。図示するように、集電極440
の積層面にカーボン短繊維452を植毛した単電池41
0は、カーボン短繊維が植毛されていない従来例の単電
池に比して、その性能の著しい向上が認められる。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the cell density and the current density of the unit cell 410 of the fourth embodiment and the unit cell of the conventional example. In the graph, the curve A shows the relationship between the current density and the cell voltage of the conventional unit cell and the curve H shows the unit cell 410 of the fourth embodiment. As shown, collector electrode 440
Cell 41 in which short carbon fibers 452 are planted on the laminated surface of
0 indicates that the performance is remarkably improved as compared with the conventional unit cell in which short carbon fibers are not implanted.

【0054】以上説明した第4実施例の燃料電池の単電
池410によれば、リブ442の端面446にカーボン
短繊維452を植毛したことにより、接触部34に面圧
の低い部分を生じさせ、ガス流路444の酸化ガスまた
は燃料ガスを、端面446の縁部からこの面圧の低い部
分を介して接触部34の内部に拡散させることができ
る。また、リブ442の端面446にカーボン短繊維4
52を植毛したことにより、接触部34と端面446と
の接触部に微小な隙間を有する層を形成するので、この
層の隙間から酸化ガスまたは燃料ガスを接触部34の内
部に拡散させることができる。このように接触部34の
内部にまで酸化ガスまたは燃料ガスを拡散させるので、
電気化学反応に寄与するガス拡散電極30の利用率を高
くして、単電池410ひいては燃料電池の性能を向上さ
せることができる。
According to the unit cell 410 of the fuel cell of the fourth embodiment described above, short carbon fibers 452 are planted on the end surfaces 446 of the ribs 442, so that a low surface pressure portion is generated in the contact portion 34. The oxidizing gas or the fuel gas in the gas flow path 444 can be diffused from the edge portion of the end surface 446 into the inside of the contact portion 34 via the low surface pressure portion. In addition, the carbon short fiber 4 is attached to the end surface 446 of the rib 442.
By flocking 52, a layer having a minute gap is formed at the contact portion between the contact portion 34 and the end surface 446, so that the oxidizing gas or the fuel gas can be diffused into the contact portion 34 from the gap of this layer. it can. In this way, since the oxidizing gas or the fuel gas is diffused to the inside of the contact portion 34,
The utilization rate of the gas diffusion electrode 30 that contributes to the electrochemical reaction can be increased to improve the performance of the unit cell 410 and thus the fuel cell.

【0055】また、第4実施例の燃料電池の単電池41
0によれば、リブ442の端面446のカーボン短繊維
452がガス拡散電極30を形成するカーボン繊維に絡
みつくので、接触抵抗を小さくすることができ、内部抵
抗の小さな燃料電池とすることができる。さらに、ガス
流路444を形成するリブ442の側面等にもカーボン
短繊維452を植毛したので、カーボン短繊維452が
ガス流路444の酸化ガスまたは燃料ガスの流れを乱
し、ガス拡散電極30への拡散性を向上させることがで
きる。
Further, the unit cell 41 of the fuel cell of the fourth embodiment
According to 0, since the short carbon fibers 452 of the end surface 446 of the rib 442 are entangled with the carbon fibers forming the gas diffusion electrode 30, the contact resistance can be reduced and the fuel cell with a small internal resistance can be obtained. Furthermore, since the short carbon fibers 452 are also planted on the side surfaces of the ribs 442 forming the gas flow passage 444, the short carbon fibers 452 disturb the flow of the oxidizing gas or the fuel gas in the gas flow passage 444, and the gas diffusion electrode 30 It is possible to improve the diffusion property to

【0056】なお、第4実施例では、ガス流路444を
形成するリブ442の側面等にもカーボン短繊維452
を植毛したが、リブ442の端面446にのみ植毛する
構成も差し支えない。また、第4実施例では、カーボン
短繊維452を太さ5μm,長さ100μmとしたが、
この形状に限られるものではない。カーボン短繊維の形
状は、リブ442の幅および間隔、ガス拡散電極30の
柔軟性等により定まるのもである。
In the fourth embodiment, the short carbon fibers 452 are also formed on the side surfaces of the ribs 442 forming the gas flow passage 444.
However, a structure in which only the end surfaces 446 of the ribs 442 are flocked may also be used. In the fourth embodiment, the short carbon fiber 452 has a thickness of 5 μm and a length of 100 μm.
The shape is not limited to this. The shape of the short carbon fibers is determined by the width and spacing of the ribs 442, the flexibility of the gas diffusion electrode 30, and the like.

【0057】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。
The embodiment of the present invention has been described above.
The present invention is not limited to these examples, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように本発明の第1の燃料
電池によれば、電極と接触する集電極のリブ部の接触面
を非平坦形状としたことにより、流路の燃料を、この接
触面の縁部から所定寸法以上この接触面と接触する電極
の被接触部に拡散させることができる。この結果、電気
化学反応に寄与し得る電極の面積を増大させることがで
き、効率の良い燃料電池とすることができる。また、リ
ブ部の接触面を非平坦形状としたので、接触面が平坦形
状の燃料電池に比して接触面積を大きくすることがで
き、内部抵抗の小さな燃料電池とすることができる。
As described above, according to the first fuel cell of the present invention, since the contact surface of the rib portion of the collecting electrode that comes into contact with the electrode has a non-flat shape, the fuel in the flow path is It is possible to diffuse from the edge portion of the contact surface to a contacted portion of the electrode which contacts the contact surface by a predetermined size or more. As a result, the area of the electrode that can contribute to the electrochemical reaction can be increased, and an efficient fuel cell can be obtained. Further, since the contact surface of the rib portion has a non-flat shape, the contact area can be made larger than that of a fuel cell having a flat contact surface, and a fuel cell having a small internal resistance can be obtained.

【0059】本発明の第2の燃料電池によれば、電極と
接触するリブ部の接触面にリブ部を横断する複数の溝を
形成することにより、流路の燃料を、この接触面と接触
する電極の被接触部に拡散させることができる。この結
果、電気化学反応に寄与し得る電極の面積を増大させる
ことができ、効率の良い燃料電池とすることができる。
According to the second fuel cell of the present invention, the fuel in the flow path is brought into contact with the contact surface by forming a plurality of grooves on the contact surface of the rib portion that contacts the electrode. Can be diffused to the contacted part of the electrode. As a result, the area of the electrode that can contribute to the electrochemical reaction can be increased, and an efficient fuel cell can be obtained.

【0060】本発明の第3の燃料電池によれば、電極と
接触するリブ部の接触面の縁部から所定寸法以内に溝を
形成したことにより、流路の燃料を、リブ部の接触面の
縁部から電極の被接触部の所定寸法以上の内側まで拡散
させることができる。この結果、電気化学反応に寄与し
得る電極の面積を増大させることができ、効率の良い燃
料電池とすることができる。
According to the third fuel cell of the present invention, since the groove is formed within a predetermined dimension from the edge of the contact surface of the rib portion that contacts the electrode, the fuel in the flow path is fed to the contact surface of the rib portion. It is possible to diffuse from the edge portion to the inside of the contacted portion of the electrode having a predetermined size or more. As a result, the area of the electrode that can contribute to the electrochemical reaction can be increased, and an efficient fuel cell can be obtained.

【0061】本発明の第4の燃料電池によれば、電極と
接触するリブ部の接触面を突出形状としたことにより、
流路の燃料を、リブ部の接触面の縁部から電極の被接触
部の内部にまで拡散させることができる。この結果、電
気化学反応に寄与し得る電極の面積を増大させることが
でき、効率の良い燃料電池とすることができる。
According to the fourth fuel cell of the present invention, by making the contact surface of the rib portion that comes into contact with the electrode into a protruding shape,
The fuel in the flow path can be diffused from the edge of the contact surface of the rib portion to the inside of the contacted portion of the electrode. As a result, the area of the electrode that can contribute to the electrochemical reaction can be increased, and an efficient fuel cell can be obtained.

【0062】本発明の第5の燃料電池によれば、電極と
接触するリブ部の接触面に導電性を有する繊維を植毛す
ることにより、流路の燃料を、リブ部の接触面と接触す
る被接触部の内部にまで拡散させることができる。この
結果、電気化学反応に寄与し得る電極の面積を増大させ
ることができ、効率の良い燃料電池とすることができ
る。また、電極がカーボンクロス等の繊維により形成さ
れている場合には、リブ部の接触面に植毛した導電性を
有する繊維が電極の繊維に絡みつくので、電極と集電極
との接触抵抗を小さくして、内部抵抗の小さな燃料電池
とすることができる。
According to the fifth fuel cell of the present invention, the fuel in the flow path is brought into contact with the contact surface of the rib portion by implanting electrically conductive fibers on the contact surface of the rib portion in contact with the electrode. It can be diffused into the contacted part. As a result, the area of the electrode that can contribute to the electrochemical reaction can be increased, and an efficient fuel cell can be obtained. In addition, when the electrode is formed of a fiber such as carbon cloth, the conductive fiber implanted on the contact surface of the rib portion is entangled with the fiber of the electrode, so that the contact resistance between the electrode and the collecting electrode is reduced. As a result, a fuel cell having a small internal resistance can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の好適な一実施例である燃料電池を構成
する単電池10の構成を例示する説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a unit cell 10 that constitutes a fuel cell that is a preferred embodiment of the present invention.

【図2】図1中の破線円の部分を拡大して示した拡大説
明図である。
FIG. 2 is an enlarged explanatory view showing an enlarged part of a broken line circle in FIG.

【図3】本実施例の単電池10および従来例の単電池に
おける電流密度とセル電圧との関係を例示したグラフで
ある。
FIG. 3 is a graph illustrating the relationship between the current density and the cell voltage in the unit cell 10 of the present example and the conventional unit cell.

【図4】第2実施例の単電池110の一部の拡大説明図
である。
FIG. 4 is an enlarged explanatory view of a part of the unit cell 110 according to the second embodiment.

【図5】第2実施例の集電極140の積層面の一部を拡
大して示した拡大説明図である。
FIG. 5 is an enlarged explanatory view showing an enlarged part of a laminated surface of a collector electrode 140 of the second embodiment.

【図6】第2実施例の単電池110および従来例におけ
る単電池の電流密度とセル電圧との関係を例示したグラ
フである。
FIG. 6 is a graph illustrating the relationship between the cell density and the current density of the unit cell 110 of the second example and the conventional unit cell.

【図7】第2実施例の単電池110の変形例の拡大説明
図である。
FIG. 7 is an enlarged explanatory diagram of a modified example of the unit cell 110 according to the second embodiment.

【図8】第2実施例の単電池110の変形例の集電極2
40の一部を拡大して示した拡大説明図である。
FIG. 8 is a collector electrode 2 of a modified example of the unit cell 110 of the second embodiment.
It is an expansion explanatory view which expanded and showed a part of 40.

【図9】第3実施例の単電池310の一部を拡大して示
した拡大説明図である。
FIG. 9 is an enlarged explanatory view showing an enlarged part of the unit cell 310 of the third embodiment.

【図10】第3実施例の単電池310および従来例の単
電池における電流密度とセル電圧との関係を例示したグ
ラフである。
FIG. 10 is a graph illustrating the relationship between the current density and the cell voltage in the unit cell 310 of the third embodiment and the unit cell of the conventional example.

【図11】第4実施例の単電池410の一部を拡大して
示した拡大説明図である。
FIG. 11 is an enlarged explanatory view showing an enlarged part of the unit cell 410 of the fourth embodiment.

【図12】第4実施例の単電池410および従来例の単
電池における電流密度とセル電圧との関係を例示したグ
ラフである。
FIG. 12 is a graph illustrating the relationship between the cell density and the current density in the unit cell 410 of the fourth example and the unit cell of the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,110,210,310,410…単電池 20…電解質膜 30…ガス拡散電極 32…触媒層 34…接触部 40,140,240,340,440…集電極 42,142,242,342,442…リブ 44,144,244,344,444…ガス流路 46,146,246…端面 47…側面 48…面 148,248…細溝 346…端部 446…端面 450…接着剤 452…カーボン短繊維 10, 110, 210, 310, 410 ... Single cell 20 ... Electrolyte membrane 30 ... Gas diffusion electrode 32 ... Catalyst layer 34 ... Contact part 40, 140, 240, 340, 440 ... Collection electrode 42, 142, 242, 342, 442 ... Ribs 44, 144, 244, 344, 444 ... Gas flow paths 46, 146, 246 ... End surface 47 ... Side surface 48 ... Surface 148, 248 ... Fine groove 346 ... End portion 446 ... End surface 450 ... Adhesive 452 ... Carbon short fiber

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質層と、該電解質層を挟持して発電
層を形成する電極と、該発電層を挟持し該電極とで燃料
の流路を形成するリブ部を有する集電極と、からなる燃
料電池において、 前記流路の燃料が前記電極と接触する前記リブ部の接触
面の縁部から所定寸法以上該接触面と接触する該電極の
被接触部に拡散するよう、該接触面を非平坦形状とした
ことを特徴とする燃料電池。
1. An electrolyte layer, an electrode for sandwiching the electrolyte layer to form a power generation layer, and a collector electrode having a rib portion for sandwiching the power generation layer and forming a fuel flow path with the electrode. In the fuel cell, the contact surface is formed so that the fuel in the flow path diffuses from an edge of the contact surface of the rib portion that contacts the electrode to a contacted portion of the electrode that contacts the contact surface by a predetermined size or more. A fuel cell having a non-flat shape.
【請求項2】 電解質層と、該電解質層を挟持して発電
層を形成する電極と、該発電層を挟持し該電極とで燃料
の流路を形成するリブ部を有する集電極と、からなる燃
料電池において、 前記電極と接触する前記リブ部の接触面に、該リブ部を
横断する複数の溝を形成したことを特徴とする燃料電
池。
2. An electrolyte layer, an electrode for sandwiching the electrolyte layer to form a power generation layer, and a collector electrode having a rib portion for sandwiching the power generation layer and forming a fuel flow path with the electrode. In the fuel cell, the fuel cell is characterized in that a plurality of grooves that cross the rib portion are formed on a contact surface of the rib portion that contacts the electrode.
【請求項3】 電解質層と、該電解質層を挟持して発電
層を形成する電極と、該発電層を挟持し該電極とで燃料
の流路を形成するリブ部を有する集電極と、からなる燃
料電池において、 前記電極と接触する前記リブ部の接触面に、該接触面の
縁部から所定寸法以内に溝を形成したことを特徴とする
燃料電池。
3. An electrolyte layer, an electrode for sandwiching the electrolyte layer to form a power generation layer, and a collector electrode having a rib portion for sandwiching the power generation layer and forming a fuel flow path with the electrode. In the fuel cell, the groove is formed on the contact surface of the rib portion that comes into contact with the electrode within a predetermined dimension from the edge of the contact surface.
【請求項4】 電解質層と、該電解質層を挟持して発電
層を形成する電極と、該発電層を挟持し該電極とで燃料
の流路を形成するリブ部を有する集電極と、からなる燃
料電池において、 前記電極と接触する前記リブ部の接触面を、突出形状に
形成したことを特徴とする燃料電池。
4. An electrolyte layer, an electrode for sandwiching the electrolyte layer to form a power generation layer, and a collector electrode having a rib portion for sandwiching the power generation layer and forming a fuel flow path with the electrode. In the fuel cell, the contact surface of the rib portion that comes into contact with the electrode is formed in a protruding shape.
【請求項5】 電解質層と、該電解質層を挟持して発電
層を形成する電極と、該発電層を挟持し該電極とで燃料
の流路を形成するリブ部を有する集電極とからなる燃料
電池において、 前記電極と接触する前記リブ部の接触面に、導電性を有
する繊維を植毛したことを特徴とする燃料電池。
5. An electrolyte layer, an electrode for sandwiching the electrolyte layer to form a power generation layer, and a collecting electrode having a rib portion for sandwiching the power generation layer and forming a fuel flow path with the electrode. In the fuel cell, conductive fibers are planted on the contact surface of the rib portion that contacts the electrode.
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