JPH11135132A - Solid polymer electrolyte fuel cell - Google Patents
Solid polymer electrolyte fuel cellInfo
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- JPH11135132A JPH11135132A JP9295545A JP29554597A JPH11135132A JP H11135132 A JPH11135132 A JP H11135132A JP 9295545 A JP9295545 A JP 9295545A JP 29554597 A JP29554597 A JP 29554597A JP H11135132 A JPH11135132 A JP H11135132A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子膜を電
解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池に係り、
特に、電池内に凝集された水を除去するよう構成された
固体高分子電解質型燃料電池に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte,
In particular, the present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell configured to remove water aggregated in the cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、燃料電池は水素などの燃料と空
気などの酸化剤という２種類のガスを電気化学的に反応
させることにより、燃料のもつ化学的エネルギーを直
接、電気エネルギーに変換する装置である。この燃料電
池には様々なタイプのものが提案されているが、その１
つとして、電解質に固体高分子膜を用いた固体高分子電
解質型燃料電池が知られている。ここで図１０を参照し
て、固体高分子電解質型燃料電池の構成について具体的
に説明する。2. Description of the Related Art In general, a fuel cell is a device for directly converting the chemical energy of a fuel into electric energy by electrochemically reacting two kinds of gases such as a fuel such as hydrogen and an oxidant such as air. It is. Various types of fuel cells have been proposed.
One known example is a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte. Here, the configuration of the solid polymer electrolyte fuel cell will be specifically described with reference to FIG.
【０００３】図１０に示すように、固体高分子電解質型
燃料電池には単電池１が設けられ、この単電池１を挟む
ようにしてガス不透過性のセパレータ５，５が設置され
ている。単電池１には燃料として水素が供給されるアノ
ード電極３と、酸化剤として空気が供給されるカソード
電極４とが設けられ、これらアノード電極３およびカソ
ード電極４間には電解質層としてプロトン導電性を有す
る固体高分子膜２が配置されている。As shown in FIG. 10, a cell 1 is provided in a solid polymer electrolyte fuel cell, and gas impermeable separators 5 and 5 are provided so as to sandwich the cell 1. The unit cell 1 is provided with an anode electrode 3 to which hydrogen is supplied as a fuel and a cathode electrode 4 to which air is supplied as an oxidizing agent. A proton conductive material as an electrolyte layer is provided between the anode electrode 3 and the cathode electrode 4. Is disposed.
【０００４】また、セパレータ５の下面にはアノード電
極３に燃料を供給するための溝３（ｃ）が形成され、セ
パレータ５の上面にはカソード電極４に酸化剤を供給す
るための溝４（ｃ）が形成されている。なお、アノード
電極３はアノード触媒層３（ａ）とアノード多孔質カー
ボン平板３（ｂ）とから構成され、カソード電極４はカ
ソード触媒層４（ａ）とカソード多孔質カーボン平板４
（ｂ）とから構成されている。このうち、触媒層３
（ａ），４（ａ）の方が前記固体高分子膜２を挟むよう
になっている。A groove 3 (c) for supplying fuel to the anode 3 is formed on the lower surface of the separator 5, and a groove 4 (c) for supplying an oxidant to the cathode 4 is formed on the upper surface of the separator 5. c) is formed. The anode electrode 3 is composed of an anode catalyst layer 3 (a) and an anode porous carbon flat plate 3 (b), and the cathode electrode 4 is a cathode catalyst layer 4 (a) and a cathode porous carbon flat plate 4 (b).
(B). Among them, the catalyst layer 3
(A) and 4 (a) sandwich the solid polymer film 2 therebetween.
【０００５】以上のような構成を有する固体高分子電解
質型燃料電池において、セパレータ５の溝３（ｃ）から
アノード電極３に燃料を、セパレータ５の溝４（ｃ）か
らカソード電極４に酸化剤をそれぞれ供給すると、単電
池１の一対の電極間で電気化学反応により起電力が生じ
る。より詳細には、アノード電極３に水素を、カソード
電極４に空気をそれぞれ供給すると、アノード電極３で
は供給された水素がアノード電極３の触媒層３（ａ）で
水素イオンと電子とに解離し、水素イオンは固体高分子
膜２を通って、電子は外部回路を通って、カソード電極
４にそれぞれ移動する。In the solid polymer electrolyte fuel cell having the above structure, fuel is supplied from the groove 3 (c) of the separator 5 to the anode electrode 3 and oxidant is supplied from the groove 4 (c) of the separator 5 to the cathode electrode 4. Is supplied, an electromotive force is generated between a pair of electrodes of the unit cell 1 by an electrochemical reaction. More specifically, when hydrogen is supplied to the anode electrode 3 and air is supplied to the cathode electrode 4, the supplied hydrogen is dissociated into hydrogen ions and electrons in the catalyst layer 3 (a) of the anode electrode 3. , Hydrogen ions pass through the solid polymer membrane 2, and electrons pass through the external circuit to the cathode electrode 4.
【０００６】一方、カソード電極４では供給された空気
中の酸素と、固体高分子膜２を通過した上記水素イオン
と、外部回路を経由した電子とがカソード触媒層４
（ａ）で反応して水を生成する。このとき、外部回路を
通った電子は電流となり、電力を供給することができ
る。このように進行する各電極３，４での反応を式で示
すと、次のようになる。すなわち、 アノード反応 ： Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- カソード反応 ： ２Ｈ+ ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ となる。なお、カソード電極４にて生成された水は未反
応ガスと共に電池外に排出される。On the other hand, at the cathode electrode 4, oxygen in the supplied air, the hydrogen ions passing through the solid polymer membrane 2, and electrons passing through an external circuit are converted into cathode catalyst layers 4.
It reacts in (a) to produce water. At this time, the electrons that have passed through the external circuit become currents and can supply power. The reaction at each of the electrodes 3 and 4 proceeding as described above is represented by the following equation. That is, anode reaction: H 2 → 2H + + 2e − cathode reaction: 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O The water generated at the cathode 4 is discharged out of the battery together with the unreacted gas.
【０００７】上記のようにして得られる単電池１の起電
力は１Ｖ以下と低い。そのため、実際に運転する燃料電
池では、上記セパレータ５を介して数十〜数百枚の単電
池１を積層し電池スタックとして使用している。その
際、電池スタックにおいては発電に伴う電池スタックの
昇温を制御するために数枚の単電池１毎に冷却板が挿入
されるのが一般的である。The electromotive force of the cell 1 obtained as described above is as low as 1 V or less. Therefore, in a fuel cell that is actually operated, several tens to several hundreds of unit cells 1 are stacked via the separator 5 and used as a cell stack. At that time, in the battery stack, a cooling plate is generally inserted for every several cells 1 in order to control the temperature rise of the battery stack accompanying the power generation.
【０００８】ところで、プロトン導電性を有する固体高
分子膜２としては、たとえばプロトン交換膜であるパー
フルオロロカーボンスルホン酸（ナフィオンR ：米国、
デュポン社）が知られている。このような固体高分子膜
２は分子中に水素イオンの交換基を持ち、飽和含水状態
とすることにより、イオン導電性電解質として機能する
と共に、燃料（水素）と酸化剤（空気）とを分離する機
能も発揮することができる。しかし、固体高分子膜２中
の含水量が少なくなるとイオン抵抗が高くなり、燃料
（水素）と酸化剤（空気）の混合（クロスオーバ）が発
生して、発電性能が著しく劣化する。このため、固体高
分子膜２は常に飽和含水状態としておくことが望ましい
とされている。By the way, as the solid polymer membrane 2 having proton conductivity, for example, perfluorosulfonic b carbon acid is a proton exchange membrane (Nafion R: USA,
DuPont) is known. Such a solid polymer membrane 2 has a hydrogen ion exchange group in the molecule and functions as an ion-conductive electrolyte by making it saturated with water, and separates fuel (hydrogen) and oxidant (air). Can also be used. However, when the water content in the solid polymer membrane 2 decreases, the ionic resistance increases, and a mixture (crossover) of fuel (hydrogen) and oxidant (air) occurs, and power generation performance is significantly deteriorated. Therefore, it is desirable that the solid polymer film 2 is always kept in a saturated water-containing state.
【０００９】しかしながら、アノード電極３で分離した
水素イオンが固体高分子膜２を通ってカソード電極４に
移動する時、水も一緒に移動するため、アノード電極３
側の固体高分子膜２は乾燥し易いことが判明している。
また、供給する反応ガス中に含まれる水蒸気が少なけれ
ば、単電池１の反応ガスの入口付近では固体高分子膜２
が乾燥傾向になる。このような固体高分子膜２の乾燥を
防止するために固体高分子電解質型燃料電池では、予め
加湿した反応ガスを電極に対して供給することが一般的
に行われている。通常、反応ガスの加湿は電池運転温度
（６０℃〜９０℃）での相対湿度が１００％となるよう
に設定されている。However, when the hydrogen ions separated by the anode electrode 3 move to the cathode electrode 4 through the solid polymer membrane 2, water also moves therewith.
It has been found that the solid polymer film 2 on the side is easy to dry.
In addition, if the supplied reaction gas contains little water vapor, the solid polymer membrane 2 near the inlet of the reaction gas of the cell 1
Tends to dry. In a solid polymer electrolyte fuel cell, in order to prevent the solid polymer membrane 2 from drying, a reaction gas pre-humidified is supplied to an electrode. Normally, the humidification of the reaction gas is set so that the relative humidity at the battery operating temperature (60 ° C. to 90 ° C.) becomes 100%.
【００１０】ところが、カソード電極４側では発電反応
に伴って反応生成水が発生するため、固体高分子膜２の
乾燥を防ぐことを目的として燃料および酸化剤を加湿し
ている場合、カソード電極４側の触媒層４（ａ）には過
剰の水蒸気が凝集して凝集水が発生し、カソード電極４
内に過剰な水分が蓄積されることがあった。触媒層４
（ａ）にて凝集水が生じると、触媒層４（ａ）への酸化
剤の拡散を阻害することになり、拡散分極の増大を招く
原因となった。拡散分極が進行すれば、電池特性が劣化
し、電池の寿命が短くなるといった不具合が生じた。However, since water generated by the power generation reaction is generated on the cathode electrode 4 side, when the fuel and the oxidant are humidified in order to prevent the solid polymer membrane 2 from drying, the cathode electrode 4 Excess water vapor coagulates in the catalyst layer 4 (a) on the side of the catalyst to generate coagulated water, and the
In some cases, excess water may accumulate. Catalyst layer 4
When the coagulated water is generated in (a), the diffusion of the oxidizing agent into the catalyst layer 4 (a) is inhibited, which causes an increase in diffusion polarization. As diffusion polarization progresses, battery characteristics deteriorate, and a problem such as shortening of battery life occurs.
【００１１】そこで従来より、固体高分子電解質型燃料
電池においては電池内に凝集された水を除去するよう改
良されている。具体的には、セパレータ５における反応
ガス供給用の溝３（ｃ）、４（ｃ）をサーペンタイト構
造の１本溝とするなど、溝３（ｃ）、４（ｃ）の構造に
改善して反応ガスの流速を大きくした固体高分子電解質
型燃料電池が提案されている。このような燃料電池によ
れば、反応ガスのガス圧力を強めることができるため、
凝集水をカソード電極４側の触媒層４（ａ）から電池外
へと吹き飛ばすことができた。Therefore, conventionally, a solid polymer electrolyte fuel cell has been improved to remove water aggregated in the cell. Specifically, the structure of the grooves 3 (c) and 4 (c) is improved, for example, the grooves 3 (c) and 4 (c) for supplying the reaction gas in the separator 5 are formed into a single serpentite groove. There has been proposed a solid polymer electrolyte fuel cell in which the flow rate of the reaction gas is increased. According to such a fuel cell, the gas pressure of the reaction gas can be increased,
The coagulated water could be blown out of the battery from the catalyst layer 4 (a) on the cathode electrode 4 side.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、反応ガ
スの高速化により凝集水の除去を図った上記従来例には
次のような問題点があった。すなわち、反応ガスの流速
を高めるためには、セパレータ５に形成する溝３
（ｃ）、４（ｃ）の断面積を小さくする必要があり、そ
の分だけ溝３（ｃ）、４（ｃ）の数が増えて、セパレー
タ５の形状も複雑になった。したがって、溝加工に要す
る費用が高くなり、セパレータ５の製造コストが高騰し
た。その結果、燃料電池の製造コストが大きく跳ね上が
っていた。However, the above-mentioned prior art in which coagulated water was removed by increasing the speed of the reaction gas had the following problems. That is, in order to increase the flow rate of the reaction gas, the grooves 3 formed in the separator 5 are required.
(C) It is necessary to reduce the cross-sectional area of 4 (c), and the number of grooves 3 (c), 4 (c) increases accordingly, and the shape of the separator 5 becomes complicated. Therefore, the cost required for the groove processing increased, and the manufacturing cost of the separator 5 increased. As a result, the manufacturing cost of the fuel cell has jumped significantly.
【００１３】また、従来例では溝３（ｃ）、４（ｃ）の
構造を工夫して反応ガスの高速化を図っているので、セ
パレータ５における溝３（ｃ）、４（ｃ）中の凝集水は
除去し易いが、カソード電極４側の触媒層４（ａ）や多
孔質カーボン平板４（ｂ）に至っては蓄積した過剰な水
を十分に除去することは困難であった。In the conventional example, the structure of the grooves 3 (c) and 4 (c) is devised to increase the speed of the reaction gas. Although the coagulated water is easily removed, it is difficult to sufficiently remove the accumulated excess water in the catalyst layer 4 (a) and the porous carbon flat plate 4 (b) on the cathode electrode 4 side.
【００１４】さらに、反応ガスの流速を大きくすればす
るほどガス流の圧損は高くなり、場合によっては固体高
分子膜２の破損を招くおそれがあった。しかも、反応ガ
スの流速を速すぎると、固体高分子膜２に必要な水まで
も除去してしまい、必要十分な水分を固体高分子膜２に
確保できない。前述したように、固体高分子膜２中の含
水量が少なくなるとイオン抵抗が高くなるため、固体高
分子膜２中の含水量の変動は電池の内部抵抗が不安定と
なる原因となった。Further, as the flow rate of the reaction gas is increased, the pressure loss of the gas flow is increased, and in some cases, the solid polymer membrane 2 may be damaged. In addition, if the flow rate of the reaction gas is too high, even the water necessary for the solid polymer membrane 2 is removed, and the necessary and sufficient moisture cannot be secured in the solid polymer membrane 2. As described above, as the water content in the solid polymer membrane 2 decreases, the ionic resistance increases. Therefore, the fluctuation in the water content in the solid polymer membrane 2 causes the internal resistance of the battery to become unstable.
【００１５】以上述べたように、触媒層へのガス拡散を
スムーズに行うために電池内の凝集水を除去することは
不可欠であるが、これを簡単な構成により低コストで実
現させることが課題となっていた。また、ただ単に電池
内の凝集水を除去すれば良いというのではなく、安全性
や電池性能の安定化といった観点から、固体高分子膜を
破損させることなく凝集水を除去すると共に、固体高分
子膜は常に飽和含水状態とすることが求められていた。As described above, it is indispensable to remove the coagulated water in the battery in order to smoothly diffuse the gas into the catalyst layer, but it is necessary to realize this at a low cost with a simple structure. Had become. In addition to removing coagulated water from the battery, it is not necessary to simply remove the coagulated water from the viewpoint of safety and stabilization of battery performance. The membrane has always been required to be in a saturated water-containing state.
【００１６】本発明は、以上のような事情を鑑みて提案
されたものであり、その目的は、簡単な構成により電池
内に凝集した過剰の水分を速やか且つ安全に除去すると
同時に、固体高分子膜に必要十分な水を保持することが
でき、製造コストの低減化を図りつつ、高い電池特性を
長期にわたって維持することが可能な優れた固体高分子
電解質型燃料電池を提供することである。The present invention has been proposed in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to quickly and safely remove excess water agglomerated in a battery with a simple structure, An object of the present invention is to provide an excellent solid polymer electrolyte fuel cell which can hold necessary and sufficient water in a membrane and can maintain high cell characteristics for a long period of time while reducing manufacturing costs.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、反応ガスが供給される一対の電
極を備えると共にこれら電極間に電解質層としてイオン
導電性を有する固体高分子膜を配置した単電池が設けら
れ、前記電極はそれぞれ触媒層および多孔質カーボン平
板から構成され、前記単電池を挟むようにしてガス不透
過性のセパレータが設置された固体高分子電解質型燃料
電池において、前記一対の電極のうち少なくとも一方の
電極における多孔質カーボン平板は、前記反応ガスが流
通するよう構成されたことを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention comprises a pair of electrodes to which a reaction gas is supplied, and a solid electrode having ionic conductivity as an electrolyte layer between the electrodes. In a solid polymer electrolyte fuel cell in which a unit cell in which a molecular membrane is disposed is provided, the electrodes are each composed of a catalyst layer and a porous carbon flat plate, and a gas-impermeable separator is provided so as to sandwich the unit cell. The porous carbon flat plate in at least one of the pair of electrodes is configured to flow the reaction gas.
【００１８】上記構成を有する請求項１の発明では、多
孔質カーボン平板内に流通する反応ガスの圧力により、
多孔質カーボン平板に凝集した水を速やかに電池外に押
し出すことが可能となる。したがって従来のように、反
応ガスの流速を高めるための溝をセパレータに加工する
必要が無い。これにより、セパレータの加工費用を抑え
ることができ、燃料電池の製造コストを大幅に削減する
ことができる。According to the first aspect of the present invention having the above-described structure, the pressure of the reaction gas flowing through the porous carbon flat plate increases
It is possible to quickly push out the water aggregated on the porous carbon flat plate out of the battery. Therefore, unlike the related art, it is not necessary to form grooves for increasing the flow rate of the reaction gas in the separator. Thereby, the processing cost of the separator can be suppressed, and the manufacturing cost of the fuel cell can be significantly reduced.
【００１９】また、反応ガスの流速を高めるわけではな
いので、ガス流の圧損は小さく、固体高分子膜を破損さ
せる心配がなく、且つ固体高分子膜の含水量が低下する
おそれがない。したがって、優れた安全性を確保すると
同時に、固体高分子膜を常に飽和含水状態を保持でき、
安定した電池性能を長期にわたって維持することが可能
となる。Further, since the flow rate of the reaction gas is not increased, the pressure loss of the gas flow is small, there is no risk of damaging the solid polymer film, and there is no possibility that the water content of the solid polymer film is reduced. Therefore, at the same time as ensuring excellent safety, the solid polymer membrane can always maintain a saturated water-containing state,
It is possible to maintain stable battery performance for a long time.
【００２０】請求項２の発明は、請求項１記載の固体高
分子電解質型燃料電池において、前記反応ガスが流通す
る多孔質カーボン平板に撥水処理が施されたことを特徴
とする。According to a second aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the first aspect, a water repellent treatment is applied to a porous carbon flat plate through which the reaction gas flows.
【００２１】このような請求項２の発明においては、多
孔質カーボン平板に撥水処理を施すことにより、多孔質
カーボン平板に凝集した水がカーボン繊維に付着するこ
となく、気孔内に水滴として存在することになる。その
ため、多孔質カーボン平板に流通する反応ガスの圧力に
より容易に電池外に押し出すことができる。したがっ
て、触媒層への反応ガスの拡散をスムーズに行って拡散
分極を抑えることができ、電池特性の低下を防止するこ
とができる。According to the second aspect of the present invention, the water-repellent treatment is applied to the porous carbon flat plate so that water agglomerated on the porous carbon flat plate does not adhere to the carbon fibers and remains as water droplets in the pores. Will do. Therefore, it can be easily pushed out of the battery by the pressure of the reaction gas flowing through the porous carbon flat plate. Therefore, it is possible to smoothly diffuse the reaction gas into the catalyst layer, suppress the diffusion polarization, and prevent a decrease in battery characteristics.
【００２２】請求項３の発明は、請求項１記載の固体高
分子電解質型燃料電池において、前記反応ガスが流通す
る多孔質カーボン平板は２枚以上重ね合わせられて構成
され、これら多孔質カーボン平板のうち少なくとも前記
触媒層に接する多孔質カーボン平板には撥水処理が施さ
れ、それ以外の多孔質カーボン平板には親水処理が施さ
れたことを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, there is provided the solid polymer electrolyte fuel cell according to the first aspect, wherein two or more porous carbon flat plates through which the reaction gas flows are stacked. Among them, at least a porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer is subjected to a water-repellent treatment, and the other porous carbon flat plates are subjected to a hydrophilic treatment.
【００２３】請求項４の発明は、請求項１記載の固体高
分子電解質型燃料電池において、前記反応ガスが流通す
る多孔質カーボン平板は２枚以上重ね合わせられて構成
され、これら多孔質カーボン平板のうち少なくとも前記
触媒層に接する多孔質カーボン平板には撥水処理が施さ
れ、それ以外の多孔質カーボン平板には親水性の微粉末
が含浸処理されたことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the first aspect, two or more porous carbon flat plates through which the reaction gas flows are overlapped with each other. Among them, at least a porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer is subjected to a water-repellent treatment, and the other porous carbon flat plates are impregnated with a hydrophilic fine powder.
【００２４】上記のような請求項３、４の発明では、少
なくとも触媒層に接する多孔質カーボン平板には撥水処
理を施すので、触媒層に接する多孔質カーボン平板内の
凝集水を電池外へと簡単に除去することができる。ま
た、撥水処理を施していない多孔質カーボン平板は親水
性を有するため、該多孔質カーボン平板は比較的濡れ易
く、凝集水を十分に吸収することができる。In the third and fourth aspects of the present invention, at least the porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer is subjected to a water-repellent treatment, so that the condensed water in the porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer is discharged to the outside of the battery. And can be easily removed. In addition, since the porous carbon flat plate that has not been subjected to the water-repellent treatment has hydrophilicity, the porous carbon flat plate is relatively easily wet and can sufficiently absorb coagulated water.
【００２５】通常、反応ガス出口側では発電反応により
水が生成することから過剰の水蒸気が凝集するが、この
凝集水が多孔質カーボン平板に吸収されることになる。
吸収された水はウイッキング作用により反応ガス出口側
に移動して蒸発することになる。このような現象によ
り、反応ガス入口側では固体高分子膜に含まれる水の蒸
発を防止することができる。したがって、固体高分子膜
は常に飽和含水状態を保持可能であり、イオン抵抗が上
昇することがなく、電池の内部抵抗を安定させることが
できる。Usually, excess water vapor is coagulated at the outlet of the reaction gas because water is generated by the power generation reaction, and the coagulated water is absorbed by the porous carbon flat plate.
The absorbed water moves to the reaction gas outlet side by the wicking action and evaporates. By such a phenomenon, evaporation of water contained in the solid polymer film can be prevented on the reaction gas inlet side. Therefore, the solid polymer membrane can always maintain a saturated water-containing state, and the internal resistance of the battery can be stabilized without increasing the ionic resistance.
【００２６】特に、請求項４の発明では、多孔質カーボ
ン平板に親水性微粉末を含浸処理するので、優れた凝集
水の吸収力を発揮することができる。しかも、十分に凝
集水を吸収した多孔質カーボン平板では反応ガスが流れ
難くなる。そのため、撥水処理を施した側の多孔質カー
ボン平板内では反応ガスの流速を大きくすることができ
る。したがって、請求項４の発明においては流通する反
応ガスのガス圧力が増大し、触媒層に接する多孔質カー
ボン平板から確実に凝集水を押し出すことが可能であ
る。In particular, according to the fourth aspect of the present invention, since the porous carbon flat plate is impregnated with the hydrophilic fine powder, it is possible to exhibit excellent aggregating water absorption power. In addition, the flow of the reaction gas becomes difficult in the porous carbon flat plate that has sufficiently absorbed the coagulated water. Therefore, the flow velocity of the reaction gas can be increased in the porous carbon flat plate on the side subjected to the water-repellent treatment. Therefore, in the invention of claim 4, the gas pressure of the flowing reaction gas increases, and it is possible to reliably push out the condensed water from the porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer.
【００２７】請求項５の発明は、請求項１記載の固体高
分子電解質型燃料電池において、前記反応ガスが流通す
る多孔質カーボン平板は２枚以上重ね合わせられて構成
され、これら多孔質カーボン平板のうち少なくとも前記
触媒層に接する多孔質カーボン平板には撥水処理が施さ
れ、それ以外の多孔質カーボン平板については前記反応
ガスの入口側に親水処理が施され、且つ前記反応ガスの
出口側に撥水処理が施されたことを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the solid polymer electrolyte fuel cell according to the first aspect, wherein two or more porous carbon flat plates through which the reaction gas flows are stacked. Among them, at least a porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer is subjected to a water-repellent treatment, and the other porous carbon flat plates are subjected to a hydrophilic treatment on an inlet side of the reaction gas, and an outlet side of the reaction gas. Is subjected to a water-repellent treatment.
【００２８】以上のような請求項５の発明においては、
上記請求項３、４の発明と同様、少なくとも触媒層に接
する多孔質カーボン平板には撥水処理を施しているた
め、触媒層に接する多孔質カーボン平板内の凝集水を簡
単に除去することができる。また、前記以外の多孔質カ
ーボン平板では反応ガス入口側を親水処理することによ
り電池内の過剰の凝集水を吸収でき、反応ガス中の相対
湿度が比較的低い反応ガス入口側では固体高分子膜に含
まれる水の蒸発を防止することができる。また、このよ
うな多孔質カーボン平板は反応ガス出口側を撥水処理し
ているので、反応ガスの上流から押し出されてきた凝集
水を速やかに電池外に排出することができる。In the fifth aspect of the present invention,
Since the porous carbon flat plate at least in contact with the catalyst layer is subjected to the water-repellent treatment as in the inventions of claims 3 and 4, it is possible to easily remove coagulated water in the porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer. it can. In addition, in the case of a porous carbon flat plate other than the above, by treating the reaction gas inlet side with a hydrophilic treatment, excess coagulated water in the battery can be absorbed, and the reaction gas inlet side where the relative humidity in the reaction gas is relatively low is a solid polymer film. Can be prevented from evaporating. In addition, since such a porous carbon flat plate has a water-repellent treatment on the reaction gas outlet side, the coagulated water pushed out from the upstream of the reaction gas can be quickly discharged out of the battery.
【００２９】請求項６の発明は、請求項１、２、３、４
または５記載の固体高分子電解質型燃料電池において、
前記反応ガスが流通する多孔質カーボン平板には粗密分
布が付けられたことを特徴とする。The invention of claim 6 is the invention of claims 1, 2, 3, 4
Or the solid polymer electrolyte fuel cell according to 5, wherein
The porous carbon flat plate through which the reaction gas flows has a coarse and dense distribution.
【００３０】請求項７の発明は、請求項６記載の固体高
分子電解質型燃料電池において、前記粗密分布が前記反
応ガスの流通方向に付けられたことを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the sixth aspect, the coarse / dense distribution is provided in a flow direction of the reaction gas.
【００３１】請求項８の発明は、請求項６記載の固体高
分子電解質型燃料電池において、前記粗密分布が前記反
応ガスの流通方向と垂直な方向に付けられたことを特徴
とする。According to an eighth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the sixth aspect, the density distribution is provided in a direction perpendicular to a flow direction of the reaction gas.
【００３２】このような請求項６、７、８の発明では、
反応ガスが流通する多孔質カーボン平板に粗密をつける
ことにより、多孔質カーボン平板内を流通する反応ガス
は粗の部分を流通することになるので、ガス配流の均一
化が容易となる。In the invention of claims 6, 7 and 8,
By making the porous carbon flat plate through which the reaction gas flows rough, the reaction gas flowing through the porous carbon flat plate flows through a rough portion, so that the gas distribution can be easily made uniform.
【００３３】特に、請求項７の発明では多孔質カーボン
平板において反応ガス流通方向に粗密分布をつけたた
め、反応ガスは上流から下流に向って直線的に流通する
ようになり局部的な反応ガスの滞留を防止することがで
きる。In particular, in the invention of claim 7, since the porous carbon flat plate is provided with a coarse-dense distribution in the reaction gas flow direction, the reaction gas flows linearly from upstream to downstream, so that the local reaction gas flow is reduced. Stagnation can be prevented.
【００３４】また、請求項８の発明では、多孔質カーボ
ン平板において反応ガス流通方向と垂直に粗密をつけた
ため、反応ガスは流通方向と垂直な方向に広がりながら
上流から下流に均等に流れるようになり、局部的な反応
ガスの滞留を防止することができる。Further, in the invention of claim 8, since the porous carbon flat plate is provided with a density perpendicular to the flowing direction of the reactant gas, the reactive gas spreads in a direction perpendicular to the flowing direction so as to flow uniformly from upstream to downstream. In other words, local stagnation of the reaction gas can be prevented.
【００３５】請求項９の発明は、請求項１、２、３、
４、５、６、７または８記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、前記セパレータが少なくとも一面に前記
反応ガスの流通溝を形成しない平板セパレータから構成
されたことを特徴とする。According to the ninth aspect of the present invention,
9. The solid polymer electrolyte fuel cell according to 4, 5, 6, 7 or 8, wherein the separator is constituted by a flat plate separator which does not form a flow groove for the reaction gas on at least one surface.
【００３６】請求項１０の発明は、請求項９記載の固体
高分子電解質型燃料電池において、前記平板セパレータ
における前記反応ガスの流通溝を形成しない面には前記
反応ガスを供給および排出するためのヘッダが形成され
たことを特徴とする。According to a tenth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the ninth aspect, the reaction gas is supplied to and discharged from a surface of the plate separator where the reaction gas circulation groove is not formed. A header is formed.
【００３７】このような請求項９、１０の発明では、従
来形成していた反応ガスの流通溝を少なくても一面には
形成しない平板セパレータを用いているので、溝の加工
費用を削減することができ、セパレータの大幅なコスト
ダウンが実現する。According to the ninth and tenth aspects of the present invention, since a flat plate separator which does not have at least one reactive gas flow groove formed in the related art is used, the processing cost of the groove can be reduced. And a significant cost reduction of the separator is realized.
【００３８】しかも、請求項１０の発明では、反応ガス
の流通溝を形成しない面に反応ガスを供給および排出す
るためのヘッダを設けたため、これらのヘッダが多孔質
カーボン平板に線で反応ガスを供給または排出すること
ができる。したがって、局部的な反応ガスの滞留を生じ
させることがなく、小さな圧損で均等に反応ガスを多孔
質カーボン平板内に流通させることが可能となる。Further, according to the tenth aspect of the present invention, the header for supplying and discharging the reaction gas is provided on the surface where the reaction gas circulation groove is not formed. Can be supplied or discharged. Therefore, the reaction gas can be evenly circulated in the porous carbon plate with a small pressure loss without causing a local stagnation of the reaction gas.
【００３９】請求項１１の発明は、反応ガスとして燃料
が供給されるアノード電極および反応ガスとして酸化剤
が供給されるカソード電極を備えると共に、これらアノ
ード電極およびカソード電極間に電解質層としてイオン
導電性を有する固体高分子膜を配置した単電池が設けら
れ、前記アノード電極および前記カソード電極はそれぞ
れ触媒層および多孔質カーボン平板から構成され、前記
単電池を挟むようにガス不透過性のセパレータが設置さ
れた固体高分子電解質型燃料電池において、前記アノー
ド電極における多孔質カーボン平板は２枚以上重ね合わ
せられて構成され、これら前記アノード電極の多孔質カ
ーボン平板のうち少なくとも前記触媒層に接する多孔質
カーボン平板には親水処理が施され、それ以外の多孔質
カーボン平板には撥水処理が施されたことを特徴とす
る。The eleventh aspect of the present invention comprises an anode electrode to which fuel is supplied as a reaction gas and a cathode electrode to which an oxidant is supplied as a reaction gas, and an ionic conductive material as an electrolyte layer between the anode electrode and the cathode electrode. A single cell having a solid polymer membrane having the same is provided, the anode electrode and the cathode electrode are each composed of a catalyst layer and a porous carbon flat plate, and a gas-impermeable separator is provided so as to sandwich the single cell. In the solid polymer electrolyte fuel cell prepared above, two or more porous carbon flat plates in the anode electrode are configured to be overlapped, and at least one of the porous carbon flat plates of the anode electrode is in contact with the catalyst layer. The flat plate is subjected to hydrophilic treatment, and the other porous carbon flat plate is Wherein the water treatment has been performed.
【００４０】以上のような構成を有する請求項１１の発
明では、アノード電極の多孔質カーボン平板のうち少な
くとも触媒層に接する多孔質カーボン平板を親水処理し
た上で、それ以外の多孔質カーボン平板を撥水処理して
いるため、親水処理を施した多孔質カーボン平板は反応
ガスである燃料中の水分を確実に吸収することができ
る。したがって、アノード電極の触媒層は乾燥すること
がなく、アノード電極側の固体高分子膜に対して十分な
量の水分を供給することが可能となる。この結果、固体
高分子膜は常に飽和含水状態を保つことができ、イオン
抵抗の上昇を抑えて電池内部抵抗の安定化を図ることが
できる。In the eleventh aspect of the present invention having the above structure, at least the porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer among the porous carbon flat plates of the anode electrode is subjected to a hydrophilic treatment, and then the other porous carbon flat plates are treated. Since the water-repellent treatment is performed, the porous carbon flat plate subjected to the hydrophilic treatment can surely absorb the water in the fuel, which is the reaction gas. Therefore, the catalyst layer of the anode electrode does not dry, and a sufficient amount of water can be supplied to the solid polymer membrane on the anode electrode side. As a result, the solid polymer membrane can always maintain a saturated water-containing state, and can suppress an increase in ionic resistance to stabilize the internal resistance of the battery.
【００４１】請求項１２の発明は、反応ガスとして燃料
が供給されるアノード電極および反応ガスとして酸化剤
が供給されるカソード電極を備えると共に、これらアノ
ード電極およびカソード電極間に電解質層としてイオン
導電性を有する固体高分子膜を配置した単電池が設けら
れ、前記アノード電極および前記カソード電極はそれぞ
れ触媒層および多孔質カーボン平板から構成され、前記
単電池を挟むようにガス不透過性のセパレータが設置さ
れた固体高分子電解質型燃料電池において、前記カソー
ド電極における多孔質カーボン平板は２枚以上重ね合わ
せられて構成され、これらカソード電極の多孔質カーボ
ン平板のうち少なくとも前記触媒層に接する多孔質カー
ボン平板には撥水処理が施され、それ以外の多孔質カー
ボン平板には親水処理が施されたことを特徴とする。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an anode electrode to which fuel is supplied as a reaction gas and a cathode electrode to which an oxidant is supplied as a reaction gas, and an ionic conductive material serving as an electrolyte layer between the anode electrode and the cathode electrode. A single cell having a solid polymer membrane having the same is provided, the anode electrode and the cathode electrode are each composed of a catalyst layer and a porous carbon flat plate, and a gas-impermeable separator is provided so as to sandwich the single cell. In the solid polymer electrolyte fuel cell prepared above, two or more porous carbon flat plates in the cathode electrode are configured to be overlapped, and at least one of the porous carbon flat plates of the cathode electrode is in contact with the catalyst layer. Is water-repellent, and the other porous carbon flat plate is hydrophilic. Wherein the management is performed.
【００４２】上記の構成を有する請求項１２の発明で
は、カソード電極の多孔質カーボン平板のうち少なくと
も触媒層に接する多孔質カーボン平板を撥水処理してい
るため、撥水処理した多孔質カーボン平板から発電反応
にて生じた生成水を電池外へと容易に排出することがで
きる。したがって、触媒層への反応ガスの拡散を確実に
行うことができ、拡散分極を防いで、高い電池性能を長
期にわたって維持することが可能となる。In the twelfth aspect of the present invention having the above structure, at least the porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer among the porous carbon flat plates of the cathode electrode is subjected to the water repellent treatment. Thus, water generated by the power generation reaction can be easily discharged out of the battery. Therefore, it is possible to reliably diffuse the reaction gas into the catalyst layer, prevent diffusion polarization, and maintain high battery performance for a long period of time.
【００４３】また、反応ガス出口側では発電反応により
水が生成することから過剰の水蒸気は凝集するが、親水
処理された多孔質カーボン平板はこれを吸収することが
できる。吸収された水はウイッキング作用により反応ガ
ス出口側に移動して蒸発することになる。このような現
象により、反応ガス入口側では固体高分子膜に含まれる
水の蒸発を防止することができる。したがって、固体高
分子膜は常に飽和含水状態を保持でき、イオン抵抗の上
昇を防止して、電池の内部抵抗は安定する。On the outlet side of the reaction gas, excess water vapor is agglomerated because water is generated by the power generation reaction, but the hydrophilically treated porous carbon flat plate can absorb the water vapor. The absorbed water moves to the reaction gas outlet side by the wicking action and evaporates. By such a phenomenon, evaporation of water contained in the solid polymer film can be prevented on the reaction gas inlet side. Therefore, the solid polymer membrane can always maintain a saturated water-containing state, prevent an increase in ionic resistance, and stabilize the internal resistance of the battery.
【００４４】[0044]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて具体的に説明する。なお、図１０に示し
た従来例と同一の部材に関しては同一符号を付し、説明
は省略する。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. The same members as those in the conventional example shown in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【００４５】（１）第１の実施形態 ［構成］第１の実施形態は請求項１および９の発明に包
含するものであり、図１は第１の実施形態を模式化して
示した側面断面図である。(1) First Embodiment [Configuration] The first embodiment is included in the first and ninth aspects of the present invention, and FIG. 1 is a cross-sectional side view schematically showing the first embodiment. FIG.
【００４６】図１に示すように、第１の実施形態の単電
池１は、従来例と同様、アノード電極３およびカソード
電極４を備えると共にこれら電極３，４間に固体高分子
膜２を配置してなるが、アノード電極３の多孔質カーボ
ン平板３（ｂ）は反応ガスである燃料を、カソード電極
４の多孔質カーボン平板４（ｂ）は反応ガスである酸化
剤を、それぞれ流通するように構成されている。また、
単電池１はガス不透過性の両面平板セパレータ７により
挟まれるが、この両面平板セパレータ７は従来のセパレ
ータ５と異なり、両面とも反応ガス供給用の溝３
（ｃ）、４（ｃ）が形成されていない点に特徴がある。As shown in FIG. 1, the unit cell 1 of the first embodiment comprises an anode electrode 3 and a cathode electrode 4 and a solid polymer film 2 disposed between the electrodes 3 and 4 as in the conventional example. However, the porous carbon flat plate 3 (b) of the anode electrode 3 flows a fuel as a reaction gas, and the porous carbon flat plate 4 (b) of the cathode electrode 4 flows an oxidant as a reaction gas. Is configured. Also,
The unit cell 1 is sandwiched between gas-impermeable double-sided flat plate separators 7, which are different from the conventional separators 5 in that both sides have reaction gas supply grooves 3.
(C) and 4 (c) are not formed.
【００４７】［作用効果］上記の構成を有する第１の実
施形態では、両面平板セパレータ７には両面とも反応ガ
ス供給用の溝（ｃ）、４（ｃ）を加工する必要がない。
そのため、加工を簡略化することができ、その製造コス
トを従来のセパレータ５と比べて６割程度とすることが
できた。したがって、燃料電池の大幅なコストダウンを
実現することができた。[Effects] In the first embodiment having the above configuration, it is not necessary to form grooves (c) and 4 (c) for supplying reactive gas on both surfaces of the double-sided flat plate separator 7.
Therefore, the processing can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced to about 60% as compared with the conventional separator 5. Therefore, a significant cost reduction of the fuel cell was realized.
【００４８】また、第１の実施形態では、具体的なデー
タとして、電池電圧が従来の電池と比較して１０％程度
向上し、５０００時間電池特性が安定して運転できるこ
とを確認した。このような性能の向上は、多孔質カーボ
ン平板３（ｂ）、４（ｂ）に反応ガスを流通させること
で、多孔質カーボン平板（ｂ）、４（ｂ）内および触媒
層３（ａ）、４（ａ）内に凝縮した水を反応ガスの圧力
により速やかに電池外に押し出すことができるためであ
る。Further, in the first embodiment, as specific data, it was confirmed that the battery voltage was improved by about 10% as compared with the conventional battery, and the battery characteristics could be stably operated for 5000 hours. Such an improvement in performance can be achieved by flowing a reaction gas through the porous carbon flat plates 3 (b) and 4 (b), and thereby the inside of the porous carbon flat plates (b) and 4 (b) and the catalyst layer 3 (a). This is because water condensed in 4 (a) can be quickly pushed out of the battery by the pressure of the reaction gas.
【００４９】しかも、多孔質カーボン平板（ｂ）、４
（ｂ）内を流通する反応ガスの流速は特別に速くしたわ
けではないので、ガス流の圧損は小さく、固体高分子膜
２を破損させる心配はない。また、反応ガスの流速が速
すぎて固体高分子膜２から必要以上に水を奪うこともな
い。したがって、電池内での凝集水の蓄積を防止できる
と同時に、固体高分子膜には必要十分な水を保持するこ
とができる。この結果、長期にわたり安定した電池性能
を維持することができる。Moreover, the porous carbon flat plate (b), 4
Since the flow velocity of the reaction gas flowing through (b) is not particularly high, the pressure loss of the gas flow is small, and there is no fear of damaging the solid polymer membrane 2. Further, the flow rate of the reaction gas is not so fast that water is not unnecessarily taken from the solid polymer membrane 2. Therefore, the accumulation of the coagulated water in the battery can be prevented, and the necessary and sufficient water can be held in the solid polymer membrane. As a result, stable battery performance can be maintained for a long time.
【００５０】なお、第１の実施形態では、アノード電極
３およびカソード電極４のどちらの多孔質カーボン平板
３（ｂ）、４（ｂ）も反応ガス流通構造としているが、
一方の電極における多孔質カーボン平板だけをこのよう
な構造としても、効果があがることは明白である。In the first embodiment, the porous carbon flat plates 3 (b) and 4 (b) of both the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 have a reaction gas flow structure.
It is clear that the effect is improved even if only the porous carbon flat plate in one electrode has such a structure.
【００５１】（２）第２の実施形態 ［構成］第２の実施形態は請求項２の発明に対応するも
のであるが、その基本構成は第１の実施形態と同様であ
るため、図１を用いて説明する。第２の実施形態の構成
上の特徴は、酸化剤が流通するカソード電極４の多孔質
カーボン平板４（ｂ）に対しフッ素樹脂により撥水処理
が施されたことにある。(2) Second Embodiment [Configuration] The second embodiment corresponds to the second aspect of the present invention, but the basic configuration is the same as that of the first embodiment. This will be described using FIG. The feature of the configuration of the second embodiment is that the porous carbon flat plate 4 (b) of the cathode electrode 4 through which the oxidant flows is subjected to a water-repellent treatment with a fluororesin.
【００５２】［作用効果］このような第２の実施形態に
おいては、多孔質カーボン平板４（ｂ）に撥水処理を施
すことにより、多孔質カーボン平板４（ｂ）に凝集した
水はカーボン繊維に付着することなく気孔内に水滴とし
て存在することになり、流通する反応ガスにより容易に
電池外に押し出すことができる。このことにより、電池
内の圧損を低く抑えることができ、かつ触媒層４（ａ）
への反応ガスの拡散が容易となり、電池内に蓄積した水
による性能低下を防止することができた。この結果、電
池特性を長期にわたり安定させることができた。具体的
には、第２の実施形態を６０００時間程度運転して電池
電圧が数ｍＶ低下するに過ぎなかった。[Effects] In the second embodiment, the water repellent treatment is applied to the porous carbon flat plate 4 (b) so that water agglomerated on the porous carbon flat plate 4 (b) is reduced to carbon fiber. Water droplets in the pores without adhering to the cells, and can be easily pushed out of the battery by the flowing reaction gas. As a result, the pressure loss in the battery can be kept low, and the catalyst layer 4 (a)
The reaction gas was easily diffused into the battery, and performance degradation due to water accumulated in the battery could be prevented. As a result, the battery characteristics could be stabilized for a long time. Specifically, when the second embodiment was operated for about 6000 hours, the battery voltage decreased only by a few mV.
【００５３】（３）第３の実施形態 ［構成］第３の実施形態は請求項３の発明に対応するも
のであり、図２は第３の実施形態を模式化して示した側
面断面図である。(3) Third Embodiment [Configuration] A third embodiment corresponds to the invention of claim 3, and FIG. 2 is a side sectional view schematically showing the third embodiment. is there.
【００５４】図２に示すように、第３の実施形態の単電
池１は片面平板セパレータ６に挟まれている。片面平板
セパレータ６とは片面にのみガス供給溝を形成したもの
である。図中の符号３ｃは片面平板セパレータ６に形成
される燃料供給溝である。また、酸化剤が流通するカソ
ード電極４の多孔質カーボン平板４（ｂ）は、２枚の多
孔質カーボン平板８，９から構成されている。これらの
多孔質カーボン平板８，９のうち、触媒層４（ａ）に接
する側の多孔質カーボン平板８には撥水処理が施され、
もう一方の片面平板セパレータ６に接する側の多孔質カ
ーボン平板９には親水処理が施されている。なお、片面
平板セパレータ６は多孔質カーボン平板９に対し、溝が
形成されない平面側で接するように配置されている。As shown in FIG. 2, the unit cell 1 of the third embodiment is sandwiched between single-sided flat plate separators 6. The single-sided flat plate separator 6 has a gas supply groove formed only on one side. Reference numeral 3c in the figure denotes a fuel supply groove formed in the single-sided flat plate separator 6. The porous carbon flat plate 4 (b) of the cathode electrode 4 through which the oxidant flows is composed of two porous carbon flat plates 8 and 9. Of these porous carbon flat plates 8, 9, the porous carbon flat plate 8 on the side in contact with the catalyst layer 4 (a) is subjected to a water-repellent treatment,
The other side of the porous carbon flat plate 9 that is in contact with the single-sided flat plate separator 6 is subjected to a hydrophilic treatment. The single-sided flat plate separator 6 is disposed so as to be in contact with the porous carbon flat plate 9 on the flat side where no groove is formed.
【００５５】［作用効果］上記のような第２の実施形態
明では、触媒層４（ａ）に接する多孔質カーボン平板８
には撥水処理を施したので、多孔質カーボン平板８内の
凝集水を電池外へと簡単に除去することができる。ま
た、片面平板セパレータ６に接する多孔質カーボン平板
９は親水処理をしてあるため、比較的濡れ易く、凝集水
を十分に吸収可能である。反応ガス出口側で多孔質カー
ボン平板９に吸収された凝集水はウイッキング作用によ
り反応ガス出口に移動して蒸発することになる。[Operation and Effect] In the second embodiment as described above, the porous carbon flat plate 8 in contact with the catalyst layer 4 (a) is used.
Has been subjected to a water-repellent treatment, so that the coagulated water in the porous carbon flat plate 8 can be easily removed to the outside of the battery. Further, since the porous carbon flat plate 9 in contact with the single-sided flat plate separator 6 has been subjected to the hydrophilic treatment, it is relatively easily wet and can sufficiently absorb coagulated water. The condensed water absorbed by the porous carbon flat plate 9 on the reaction gas outlet side moves to the reaction gas outlet by the wicking action and evaporates.
【００５６】この現象により、電池の反応ガス入口側で
は固体高分子膜２に含まれる水の蒸発を防止することが
でき、固体高分子膜２におけるイオン抵抗の上昇を抑え
て電池特性の安定化を図ることができた。具体的には、
前記第２の実施形態と同じように、６０００時間程度運
転して電池電圧の低下が数ｍＶ程度であった。By this phenomenon, it is possible to prevent evaporation of water contained in the solid polymer membrane 2 on the reaction gas inlet side of the battery, to suppress an increase in ionic resistance in the solid polymer membrane 2 and to stabilize battery characteristics. I was able to plan. In particular,
As in the second embodiment, the battery voltage was reduced by about several mV after about 6000 hours of operation.
【００５７】（４）第４の実施形態 ［構成］第４の実施形態は請求項４の発明に対応するも
のであり、図３は第４の実施形態を模式化して示した側
面断面図である。(4) Fourth Embodiment [Configuration] The fourth embodiment corresponds to the invention of claim 4, and FIG. 3 is a side sectional view schematically showing the fourth embodiment. is there.
【００５８】図３に示すように第４の実施形態では、第
３の実施形態での多孔質カーボン平板９（触媒層４
（ａ）に接する側）に代えて、多孔質カーボン平板１０
を備えたことを特徴としている。多孔質カーボン平板１
０とは親水性である炭化珪素微粉末が含浸処理されたも
のである。この点以外の構成は上記第３の実施形態と同
じである。As shown in FIG. 3, in the fourth embodiment, the porous carbon flat plate 9 (the catalyst layer 4) in the third embodiment is used.
(A side in contact with (a)) instead of the porous carbon flat plate 10
It is characterized by having. Porous carbon flat plate 1
“0” means that silicon carbide fine powder that is hydrophilic has been impregnated. The configuration other than this point is the same as that of the third embodiment.
【００５９】［作用効果］以上のような構成を有する第
４の実施形態には、第３の実施形態に加えて次のような
作用効果がある。すなわち、親水性微粉末を含浸処理し
た多孔質カーボン平板１０は優れた吸水力を発揮でき
る。凝集水を多量に吸収した多孔質カーボン平板１０で
は酸化剤が流れ難くなるため、撥水処理を施した側の多
孔質カーボン平板８では相対的に酸化剤の流速を大きく
することができる。したがって、第４の実施形態の多孔
質カーボン平板８においては流通する酸化剤のガス圧力
が増大し、多孔質カーボン平板８から確実に凝集水を押
し出すことが可能となる。[Effects] The fourth embodiment having the above configuration has the following effects in addition to the effects of the third embodiment. That is, the porous carbon flat plate 10 impregnated with the hydrophilic fine powder can exhibit excellent water absorbing power. Since the oxidant hardly flows in the porous carbon flat plate 10 that has absorbed a large amount of coagulated water, the flow rate of the oxidant can be relatively increased in the porous carbon flat plate 8 on the side subjected to the water-repellent treatment. Therefore, in the porous carbon flat plate 8 of the fourth embodiment, the gas pressure of the oxidizing agent flowing increases, and it is possible to reliably push out the condensed water from the porous carbon flat plate 8.
【００６０】（５）第５の実施形態 ［構成］第５の実施形態は請求項５の発明に対応するも
のであり、図４は第５の実施形態を模式化して示した側
面断面図である。(5) Fifth Embodiment [Structure] The fifth embodiment corresponds to the invention of claim 5, and FIG. 4 is a side sectional view schematically showing the fifth embodiment. is there.
【００６１】図４に示すように第５の実施形態では、第
３の実施形態での多孔質カーボン平板９（触媒層４
（ａ）に接する側）に代えて多孔質カーボン平板１１を
備えたことを特徴としている。多孔質カーボン平板１１
は酸化剤の入口側から半分を越えた程度に親水処理が施
され、酸化剤の出口側付近に撥水処理が施された多孔質
カーボン平板である。As shown in FIG. 4, in the fifth embodiment, the porous carbon flat plate 9 (catalyst layer 4) in the third embodiment is used.
(A side in contact with (a)) is provided with a porous carbon flat plate 11 instead. Porous carbon flat plate 11
Is a porous carbon flat plate which has been subjected to a hydrophilic treatment so as to be more than half of the inlet side of the oxidizing agent, and has been subjected to a water-repellent treatment near the outlet side of the oxidizing agent.
【００６２】［作用効果］以上のような第５の実施形態
においては、上記第３および第４の実施形態と同じく、
多孔質カーボン平板４（ｂ）を構成する２枚の多孔質カ
ーボン平板のうち、触媒層４（ａ）に接する側の多孔質
カーボン平板８に撥水処理を施したので、多孔質カーボ
ン平板８内の凝集水を簡単に除去することができる。ま
た、多孔質カーボン平板４（ｂ）を構成するもう一方の
多孔質カーボン平板１１では、酸化剤の入口側を親水処
理したので電池内の過剰の凝集水を吸収できる。[Effects] In the fifth embodiment described above, as in the third and fourth embodiments,
Of the two porous carbon flat plates constituting the porous carbon flat plate 4 (b), the porous carbon flat plate 8 on the side in contact with the catalyst layer 4 (a) was subjected to a water-repellent treatment. The coagulated water inside can be easily removed. Further, in the other porous carbon flat plate 11 constituting the porous carbon flat plate 4 (b), since the inlet side of the oxidizing agent is subjected to the hydrophilic treatment, excess coagulated water in the battery can be absorbed.
【００６３】反応ガスは出口側に比べて入口側の方が相
対湿度が低いため、多孔質カーボン平板１１の酸化剤入
口側を親水処理したことで、固体高分子膜２の反応ガス
入口側付近での水分の蒸発を防止することができる。し
たがって、固体高分子膜２は常に飽和含水状態を維持で
き、含水量低下に伴うイオン抵抗の上昇を抑えて電池特
性の安定化を図ることができた。具体的には、第５の実
施形態を５０００時間程度運転して数ｍＶ程度、電池電
圧が低下するだけである。Since the reaction gas has a lower relative humidity on the inlet side than on the outlet side, the oxidizing agent inlet side of the porous carbon flat plate 11 is subjected to the hydrophilic treatment, so that the vicinity of the reaction gas inlet side of the solid polymer membrane 2 is obtained. Evaporation of water can be prevented. Therefore, the solid polymer membrane 2 could always maintain a saturated water-containing state, and the increase in ionic resistance due to the decrease in water content could be suppressed to stabilize battery characteristics. Specifically, the operation of the fifth embodiment is performed for about 5000 hours, and the battery voltage is reduced only by about several mV.
【００６４】（６）第６の実施形態 ［構成］第６の実施形態は請求項７の発明に対応するも
ので、図５は第６の実施形態の多孔質カーボン平板１２
の平面図を示している。第６の実施形態は、反応ガスが
流通する多孔質カーボン平板１２が設けられ、この多孔
質カーボン平板１２において反応ガスの流通方向に沿っ
て高密度部と低密度部とが短冊状に交互に重ねられるこ
とにより粗密分布が付けられた点を特徴としている。(6) Sixth Embodiment [Structure] The sixth embodiment corresponds to the invention of claim 7, and FIG. 5 shows a porous carbon flat plate 12 according to the sixth embodiment.
FIG. In the sixth embodiment, a porous carbon flat plate 12 through which a reaction gas flows is provided, and in this porous carbon flat plate 12, high-density portions and low-density portions alternately form strips along the flow direction of the reaction gas. It is characterized by the fact that the density distribution is given by overlapping.
【００６５】［作用効果］このような第６の実施形態に
よれば、反応ガスが流通する多孔質カーボン平板１２に
おいて反応ガスの流通方向に粗密をつけたため、反応ガ
スは低密度部を流通することになり多孔質カーボン平板
１２内を上流から下流に向って直線的に均等に流れるこ
とができる。したがって、多孔質カーボン平板１２内で
は局部的な反応ガスの滞留が生じない。このような多孔
質カーボン平板１２を使用することにより電池内で電流
密度が均等になり、安定して高い電池特性を獲得するこ
とができる。[Function and Effect] According to the sixth embodiment, the reaction gas flows in the low-density portion because the porous carbon flat plate 12 through which the reaction gas flows is made uneven in the flow direction of the reaction gas. That is, it can flow linearly and uniformly in the porous carbon flat plate 12 from upstream to downstream. Therefore, there is no local stagnation of the reaction gas in the porous carbon flat plate 12. By using such a porous carbon flat plate 12, the current density becomes uniform in the battery, and high battery characteristics can be stably obtained.
【００６６】（７）第７の実施形態 ［構成］第７の実施形態は請求項８の発明に対応するも
ので、図６は第７の実施形態の多孔質カーボン平板１３
の平面図を示している。第７の実施形態は、反応ガスが
流通する多孔質カーボン平板１３が設けられ、多孔質カ
ーボン平板１３において反応ガスの流通方向と垂直に粗
密分布が付けられた点を特徴としている。より詳しくは
多孔質カーボン平板１３は、反応ガスの流通方向と垂直
に高密度部と低密度部とが短冊状に交互に重ねられて構
成されている。(7) Seventh Embodiment [Structure] The seventh embodiment corresponds to the invention of claim 8, and FIG. 6 shows a porous carbon flat plate 13 according to the seventh embodiment.
FIG. The seventh embodiment is characterized in that a porous carbon flat plate 13 through which a reaction gas flows is provided, and that the porous carbon flat plate 13 is provided with a density distribution perpendicular to the flow direction of the reaction gas. More specifically, the porous carbon flat plate 13 is configured by alternately stacking high-density portions and low-density portions in a strip shape perpendicular to the flow direction of the reaction gas.
【００６７】［作用効果］このような第７の実施形態に
よれば、反応ガスが流通する多孔質カーボン平板１３に
流通方向と垂直に粗密をつけたため、反応ガスはその流
通方向と垂直に広がりながら上流から下流へと均等に流
れていく。したがって、局部的に反応ガスが滞留すると
いったことがない。これにより、前記第６の実施形態と
同様、電池内での電流密度が均等になり、安定して高い
電池特性を得ることができた。なお、多孔質カーボン平
板内のガス配流を均一にする粗密パターンは上記の粗密
パターン以外にも適宜選択可能である。[Operation and Effect] According to the seventh embodiment, the porous carbon flat plate 13 through which the reactant gas flows is made dense and dense perpendicular to the flow direction, so that the reactant gas spreads perpendicular to the flow direction. While flowing evenly from upstream to downstream. Therefore, the reaction gas does not stay locally. As a result, similarly to the sixth embodiment, the current density in the battery became uniform, and high battery characteristics could be stably obtained. The dense / dense pattern for making the gas distribution in the porous carbon flat plate uniform can be appropriately selected other than the above-mentioned dense / dense pattern.
【００６８】（８）第８の実施形態 ［構成］第８の実施形態は請求項１０の発明に対応する
もので、図７の（ａ）は第８の実施形態における平板セ
パレータ１４の平面図、（ｂ）は第８の実施形態におけ
る多孔質カーボン平板８，１０および平板セパレータ１
４の模式化して示した側面断面図を示している。(8) Eighth Embodiment [Structure] The eighth embodiment corresponds to the tenth aspect of the present invention, and FIG. 7A is a plan view of a flat plate separator 14 according to the eighth embodiment. (B) shows the porous carbon flat plates 8 and 10 and the flat separator 1 according to the eighth embodiment.
4 is a schematic side cross-sectional view of FIG.
【００６９】第８の実施形態は、図３に示した第４の実
施形態に改良を加えたものであり、撥水処理が施された
多孔質カーボン平板８と、親水性である炭化珪素微粉末
が含浸処理された多孔質カーボン平板１０とが設けら
れ、多孔質カーボン平板１０には反応ガス流通溝を形成
しない平板セパレータ１４が配置されている。また、平
板セパレータ１４において反応ガスの流通溝を形成しな
い面に反応ガスを供給する供給ヘッダ１５および反応ガ
スを排出する排出ヘッダ１６が分離して形成されてい
る。さらに、多孔質カーボン平板１０にはヘッダ１５，
１６に対応して反応ガス通過用のスリット１０ａが設け
られている。The eighth embodiment is a modification of the fourth embodiment shown in FIG. 3, in which a water-repellent porous carbon flat plate 8 and a hydrophilic silicon carbide fine plate are provided. A porous carbon flat plate 10 impregnated with powder is provided, and a flat separator 14 that does not form a reaction gas flow groove is disposed in the porous carbon flat plate 10. Further, a supply header 15 for supplying the reaction gas and a discharge header 16 for discharging the reaction gas are formed separately on the surface of the flat plate separator 14 where the reaction gas circulation groove is not formed. Further, a header 15,
A slit 10a for passage of a reaction gas is provided corresponding to 16.
【００７０】［作用効果］以上のような構成を有する第
８の実施形態において、平板セパレータ１４には反応ガ
スの流通溝を形成しない面に反応ガスを供給および排出
するヘッダ１５，１６を設けたので、これらのヘッダ１
５，１６が多孔質カーボン平板８に対して線で反応ガス
を供給および排出することができる。したがって、多孔
質カーボン平板１０のスリット１０ａを通過して、局部
的な反応ガスの滞留を生じさせることがなく、小さな圧
損で均等に多孔質カーボン平板８内へと反応ガスを流通
させることが可能となる。具体的には、第８の実施形態
では３０００時間程度運転しても反応ガスのセル内圧損
は非常に小さく、セル特性は極めて安定していた。[Effects] In the eighth embodiment having the above-described structure, the flat plate separator 14 is provided with headers 15 and 16 for supplying and discharging the reactive gas to the surface where the reactive gas circulation groove is not formed. So these headers 1
5 and 16 can supply and discharge the reaction gas to and from the porous carbon flat plate 8 by wire. Therefore, the reactive gas can be evenly distributed into the porous carbon plate 8 with a small pressure loss without passing through the slit 10a of the porous carbon flat plate 10 and causing local stagnation of the reaction gas. Becomes Specifically, in the eighth embodiment, even after operation for about 3000 hours, the internal pressure loss of the reaction gas in the cell was very small, and the cell characteristics were extremely stable.
【００７１】なお、第８の実施形態は内部マニホールド
型の一例を示したものであるが、反応ガスを供給または
排出するヘッダへのガス配給または排出する配管は電池
に対して垂直方向に設けてもよい。また、外部マニホー
ルドとしても同様の効果を得ることができる。さらに、
ヘッダの形状や設置数などは本実施の形態に限ったもの
ではなく、適宜変更可能である。Although the eighth embodiment shows an example of an internal manifold type, a pipe for supplying or discharging a gas to or from a header for supplying or discharging a reaction gas is provided in a direction perpendicular to the battery. Is also good. The same effect can be obtained as an external manifold. further,
The shape of the header and the number of the headers are not limited to the present embodiment, but can be changed as appropriate.
【００７２】（９）第９の実施形態 ［構成］第９の実施形態は請求項１１の発明に対応する
もので、図８は第９の実施形態を模式化して示した側面
断面図である。(9) Ninth Embodiment [Configuration] The ninth embodiment corresponds to the eleventh aspect of the present invention, and FIG. 8 is a side sectional view schematically showing the ninth embodiment. .
【００７３】図８に示すように、第９の実施形態では、
燃料が流通するアノード電極３の多孔質カーボン平板３
（ｂ）が、２枚の多孔質カーボン平板８，９から構成さ
れている。多孔質カーボン平板８，９は、図２に示した
第３の実施形態のそれとは反対に、親水処理が施された
多孔質カーボン平板９が触媒層３（ａ）に接し、撥水処
理が施された多孔質カーボン平板８が片面平板セパレー
タ６に接するよう配置されている。なお、片面平板セパ
レータ６は多孔質カーボン平板８に対して溝が形成され
ない平面側で接するように配置されている。また、図中
の符号４ｃは片面平板セパレータ６に形成される酸化剤
供給溝である。As shown in FIG. 8, in the ninth embodiment,
Porous carbon flat plate 3 of anode electrode 3 through which fuel flows
(B) is composed of two porous carbon flat plates 8 and 9. The porous carbon flat plates 8 and 9 are different from those of the third embodiment shown in FIG. 2 in that the hydrophilic carbon flat plates 9 are in contact with the catalyst layer 3 (a), and the water repellent treatment is performed. The applied porous carbon flat plate 8 is disposed so as to be in contact with the single-sided flat plate separator 6. The single-sided flat plate separator 6 is disposed so as to be in contact with the porous carbon flat plate 8 on the flat side where no groove is formed. Reference numeral 4c in the drawing denotes an oxidant supply groove formed in the single-sided flat plate separator 6.
【００７４】［作用効果］以上のような構成を有する第
９の実施形態では、アノード電極３の多孔質カーボン平
板３（ｂ）を構成する２枚の多孔質カーボン平板のう
ち、触媒層３（ａ）に接する多孔質カーボン平板９を親
水処理し、もう一方の多孔質カーボン平板８を撥水処理
している。そのため、親水処理を施した多孔質カーボン
平板９が燃料中の水分を確実に吸収することができる。
したがって、水素イオンと共に水分が流出し易いアノー
ド電極３の触媒層３（ａ）の乾燥を防ぐことができ、ア
ノード電極３側の固体高分子膜２に対して十分な量の水
分を供給することが可能となる。これにより、固体高分
子膜２は常に飽和含水状態を保つことができ、イオン抵
抗の上昇を抑えて電池内部抵抗の安定化を図ることがで
きる。具体的な第９の実施形態のデータとしては、６０
００時間程度運転して、電池電圧が従来の電池と比較し
て５％程度向上し、電池特性は安定して運転できること
を確認することができた。[Operation and Effect] In the ninth embodiment having the above configuration, the catalyst layer 3 (of the two porous carbon flat plates constituting the porous carbon flat plate 3 (b) of the anode electrode 3) is formed. The porous carbon flat plate 9 in contact with a) is subjected to a hydrophilic treatment, and the other porous carbon flat plate 8 is subjected to a water-repellent treatment. Therefore, the porous carbon flat plate 9 subjected to the hydrophilic treatment can surely absorb the moisture in the fuel.
Therefore, it is possible to prevent the catalyst layer 3 (a) of the anode electrode 3 from easily drying out with water along with the hydrogen ions, and to supply a sufficient amount of water to the solid polymer membrane 2 on the anode electrode 3 side. Becomes possible. Thus, the solid polymer membrane 2 can always maintain a saturated water-containing state, and can suppress an increase in ionic resistance and stabilize the internal resistance of the battery. As specific data of the ninth embodiment, 60
After operating for about 00 hours, the battery voltage was improved by about 5% as compared with the conventional battery, and it was confirmed that the battery characteristics could be operated stably.
【００７５】（１０）第１０の実施形態 ［構成］第１０の実施形態は請求項４、１１および１２
の発明に包含するもので、図９は第１０の実施形態を模
式化して示した側面断面図である。(10) Tenth Embodiment [Structure] The tenth embodiment is described in claims 4, 11 and 12.
FIG. 9 is a side sectional view schematically showing a tenth embodiment.
【００７６】第１０の実施形態は前記第９の実施形態の
アノード電極３側の多孔質カーボン平板３（ｂ）と、第
４の実施形態のカソード電極４側の多孔質カーボン平板
４（ｂ）と、両面平板セパレータ７とを備えたことを特
徴としている。すなわち、アノード電極３およびカソー
ド電極４における多孔質カーボン平板３（ｂ），４
（ｂ）は、それぞれ２枚の多孔質カーボン平板８，９お
よび８，１０から構成されており、多孔質カーボン平板
８には撥水処理が施され、多孔質カーボン平板９，１０
には親水処理が施されている。In the tenth embodiment, the porous carbon flat plate 3 (b) on the anode electrode 3 side of the ninth embodiment and the porous carbon flat plate 4 (b) on the cathode electrode 4 side of the fourth embodiment are used. And a double-sided flat plate separator 7. That is, the porous carbon flat plates 3 (b) and 4 (b) in the anode electrode 3 and the cathode electrode 4
(B) is composed of two porous carbon flat plates 8, 9 and 8, 10, respectively. The porous carbon flat plate 8 is subjected to a water-repellent treatment, and the porous carbon flat plates 9, 10 are formed.
Has been subjected to a hydrophilic treatment.
【００７７】［作用効果］上記の構成を有する第１０の
実施形態では、前記第９の実施形態および第４の実施形
態の持つ作用効果を合わせ持つことができる。すなわ
ち、親水処理を施した多孔質カーボン平板９が燃料中の
水分を確実に吸収し、アノード電極３の触媒層３（ａ）
の乾燥を防いでアノード電極３側の固体高分子膜２に対
して十分な量の水分を供給することが可能となる。これ
により、固体高分子膜２は常に飽和含水状態を保ち、イ
オン抵抗の上昇を抑えて電池内部抵抗の安定化を図るこ
とができる。また、カソード電極４では撥水処理された
多孔質カーボン平板８が発電反応にて生じた生成水を電
池外へと容易に排出することができる。したがって、触
媒層４（ａ）への酸化剤の拡散を確実に行うことがで
き、拡散分極を防いで高い電池性能を長期にわたって維
持することが可能となる。このような第１０の実施形態
によれば、８０００時間程度運転して、電池電圧が従来
の電池と比較して１０％程度向上し、電池特性は極めて
安定して運転できることを確認することができた。[Effects] In the tenth embodiment having the above configuration, the effects of the ninth embodiment and the fourth embodiment can be combined. That is, the porous carbon flat plate 9 subjected to the hydrophilic treatment surely absorbs the water in the fuel, and the catalyst layer 3 (a) of the anode 3
It is possible to supply a sufficient amount of moisture to the solid polymer film 2 on the anode electrode 3 side while preventing drying of the solid polymer film. Thus, the solid polymer membrane 2 can always maintain a saturated water-containing state, suppress an increase in ionic resistance, and stabilize the internal resistance of the battery. Further, in the cathode electrode 4, the water generated by the water-repellent treatment of the porous carbon flat plate 8 in the power generation reaction can be easily discharged out of the battery. Therefore, the oxidizing agent can be reliably diffused into the catalyst layer 4 (a), and it is possible to prevent diffusion polarization and maintain high battery performance for a long time. According to such a tenth embodiment, it can be confirmed that the battery voltage is improved by about 10% as compared with the conventional battery after operating for about 8000 hours, and the battery characteristics can be operated extremely stably. Was.
【００７８】[0078]
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、触
媒層に接する多孔質カーボン平板に反応ガスを流通する
という極めて簡単な構成により、電池内に凝集した過剰
の水分を速やか且つ安全に除去すると同時に、固体高分
子膜に必要十分な水を保持することができ、製造コスト
の低減化を図りつつ高い電池特性を長期にわたって維持
することができた。As described above, according to the present invention, an extremely simple structure in which a reaction gas flows through a porous carbon plate in contact with a catalyst layer can quickly and safely remove excess water agglomerated in a battery. At the same time as the removal, water required and sufficient for the solid polymer film could be held, and high battery characteristics could be maintained over a long period of time while reducing the manufacturing cost.
【図１】本発明の第１の実施形態を模式化して示した側
面断面図FIG. 1 is a side sectional view schematically showing a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第３の実施形態を模式化して示した側
面断面図FIG. 2 is a side sectional view schematically showing a third embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第４の実施形態を模式化して示した側
面断面図FIG. 3 is a side sectional view schematically showing a fourth embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第５の実施形態を模式化して示した側
面断面図FIG. 4 is a side sectional view schematically showing a fifth embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第６の実施形態の多孔質カーボン平板
１２の平面図FIG. 5 is a plan view of a porous carbon flat plate 12 according to a sixth embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第７の実施形態の多孔質カーボン平板
１３の平面図FIG. 6 is a plan view of a porous carbon flat plate 13 according to a seventh embodiment of the present invention.
【図７】（ａ）は第８の実施形態における平板セパレー
タ１４の平面図、（ｂ）は第８の実施形態における多孔
質カーボン平板８，１０および平板セパレータ１４の模
式化して示した側面断面図FIG. 7A is a plan view of a flat plate separator 14 according to an eighth embodiment, and FIG. 7B is a schematic side cross-sectional view of the porous carbon flat plates 8, 10 and the flat plate separator 14 according to the eighth embodiment. Figure
【図８】本発明の第９の実施形態を模式化して示した側
面断面図FIG. 8 is a side sectional view schematically showing a ninth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第１０の実施形態を模式化して示した
側面断面図FIG. 9 is a side sectional view schematically showing a tenth embodiment of the present invention.
【図１０】従来の固体高分子電解質型燃料電池を模式化
して示した側面断面図FIG. 10 is a side sectional view schematically showing a conventional solid polymer electrolyte fuel cell.
１…単電池 ２…固体高分子膜 ３…アノード電極 ３（ａ）…アノード電極側の触媒層 ３（ｂ）…アノード電極側の多孔質カーボン平板 ３（ｃ）…燃料供給溝 ４…カソード電極 ４（ａ）…カソード電極側の触媒層 ４（ｂ）…カソード電極側の多孔質カーボン平板 ４（ｃ）…酸化剤供給溝 ５…ガス供給溝付きのセパレータ ６…片面平板セパレータ ７…両面平板セパレータ ８…撥水処理した多孔質カーボン平板 ９…親水処理した多孔質カーボン平板 １０…親水性微粉末が含浸処理された多孔質カーボン平
板 １１…電池の反応ガス入口側は親水処理、出口側は親水
処理した多孔質カーボン平板 １２…反応ガス流通方向に粗密の分布をつけた多孔質カ
ーボン平板 １３…反応ガス流通方向と垂直に粗密の分布をつけた多
孔質カーボン平板 １４…ヘッダを設けたガス不透過性の平板セパレータ １５…供給ヘッダ １６…排出ヘッダDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single cell 2 ... Solid polymer membrane 3 ... Anode electrode 3 (a) ... Catalyst layer on the anode electrode side 3 (b) ... Porous carbon flat plate on the anode electrode side 3 (c) ... Fuel supply groove 4 ... Cathode electrode 4 (a): catalyst layer on the cathode electrode side 4 (b): porous carbon flat plate on the cathode electrode side 4 (c): oxidant supply groove 5: separator with gas supply groove 6: single-sided flat plate separator 7: double-sided flat plate Separator 8: Water-repellent treated porous carbon plate 9: Hydrophilic treated porous carbon plate 10: Porous carbon plate impregnated with hydrophilic fine powder 11: Hydrophilic treatment on the reaction gas inlet side of the battery, and outlet on the battery Porous carbon flat plate subjected to hydrophilic treatment 12: Porous carbon flat plate having a dense / dense distribution in the reaction gas flow direction 13 ... Porous carbon flat plate with a dense / dense distribution perpendicular to the reaction gas flow direction 14 ... Gas-impermeable flat plate separator provided with header 15 ... Supply header 16 ... Discharge header
フロントページの続き (72)発明者 上野 三司 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内Continued on the front page (72) Inventor Sanji Ueno 2-1, Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Hamakawasaki Plant
Claims (12)
ると共にこれら電極間に電解質層としてイオン導電性を
有する固体高分子膜を配置した単電池が設けられ、前記
電極はそれぞれ触媒層および多孔質カーボン平板から構
成され、前記単電池を挟むようにしてガス不透過性のセ
パレータが設置された固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、 前記一対の電極のうち少なくとも一方の電極における多
孔質カーボン平板は、前記反応ガスが流通するよう構成
されたことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。1. A unit cell comprising a pair of electrodes to which a reaction gas is supplied and a solid polymer membrane having ionic conductivity disposed as an electrolyte layer between the electrodes, wherein the electrodes are a catalyst layer and a porous layer, respectively. In a solid polymer electrolyte fuel cell comprising a porous carbon flat plate and a gas impermeable separator provided so as to sandwich the unit cell, the porous carbon flat plate in at least one of the pair of electrodes is A solid polymer electrolyte fuel cell, characterized in that a reaction gas flows.
平板に撥水処理が施されたことを特徴とする請求項１記
載の固体高分子電解質型燃料電池。2. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein a water repellent treatment is applied to a porous carbon flat plate through which the reaction gas flows.
平板は２枚以上重ね合わせられて構成され、 これら多孔質カーボン平板のうち少なくとも前記触媒層
に接する多孔質カーボン平板には撥水処理が施され、そ
れ以外の多孔質カーボン平板には親水処理が施されたこ
とを特徴とする請求項１記載の固体高分子電解質型燃料
電池。3. The porous carbon flat plate through which the reaction gas flows is formed by laminating two or more porous carbon flat plates, and at least a porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer is subjected to a water-repellent treatment. 2. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the other porous carbon flat plate is subjected to a hydrophilic treatment.
平板は２枚以上重ね合わせられて構成され、 これら多孔質カーボン平板のうち少なくとも前記触媒層
に接する多孔質カーボン平板には撥水処理が施され、そ
れ以外の多孔質カーボン平板には親水性の微粉末が含浸
処理されたことを特徴とする請求項１記載の固体高分子
電解質型燃料電池。4. A porous carbon flat plate through which the reaction gas flows is formed by laminating two or more porous carbon flat plates, and at least a porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer among these porous carbon flat plates is subjected to a water-repellent treatment. 2. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the other porous carbon flat plate is impregnated with a hydrophilic fine powder.
平板は２枚以上重ね合わせられて構成され、 これら多孔質カーボン平板のうち少なくとも前記触媒層
に接する多孔質カーボン平板には撥水処理が施され、そ
れ以外の多孔質カーボン平板については前記反応ガスの
入口側に親水処理が施され、且つ前記反応ガスの出口側
に撥水処理が施されたことを特徴とする請求項１記載の
固体高分子電解質型燃料電池。5. The porous carbon flat plate through which the reaction gas flows is formed by laminating two or more porous carbon flat plates, and at least a porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer among these porous carbon flat plates is subjected to a water-repellent treatment. 2. The solid according to claim 1, wherein the other porous carbon flat plate is subjected to a hydrophilic treatment on an inlet side of the reaction gas and a water repellent treatment on an outlet side of the reaction gas. Polymer electrolyte fuel cell.
平板には粗密分布が付けられたことを特徴とする請求項
１、２、３、４または５記載の固体高分子電解質型燃料
電池。6. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the porous carbon flat plate through which the reaction gas flows has a density distribution.
に付けられたことを特徴とする請求項６記載の固体高分
子電解質型燃料電池。7. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 6, wherein the density distribution is provided in a flow direction of the reaction gas.
と垂直な方向に付けられたことを特徴とする請求項６記
載の固体高分子電解質型燃料電池。8. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 6, wherein the density distribution is provided in a direction perpendicular to a flow direction of the reaction gas.
反応ガスの流通溝を形成しない平板セパレータから構成
されたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
６、７または８記載の固体高分子電解質型燃料電池。9. The separator according to claim 1, wherein the separator is formed of a flat plate separator on which at least one surface does not have a flow channel for the reaction gas.
9. The solid polymer electrolyte fuel cell according to 6, 7, or 8.
ガスの流通溝を形成しない面には前記反応ガスを供給お
よび排出するためのヘッダが形成されたことを特徴とす
る請求項９記載の固体高分子電解質型燃料電池。10. The solid polymer electrolyte according to claim 9, wherein a header for supplying and discharging the reactive gas is formed on a surface of the flat plate separator where the reactive gas circulation groove is not formed. Type fuel cell.
ード電極および反応ガスとして酸化剤が供給されるカソ
ード電極を備えると共に、これらアノード電極およびカ
ソード電極間に電解質層としてイオン導電性を有する固
体高分子膜を配置した単電池が設けられ、前記アノード
電極および前記カソード電極はそれぞれ触媒層および多
孔質カーボン平板から構成され、前記単電池を挟むよう
にガス不透過性のセパレータが設置された固体高分子電
解質型燃料電池において、前記アノード電極における多
孔質カーボン平板は２枚以上重ね合わせられて構成さ
れ、 これら前記アノード電極の多孔質カーボン平板のうち少
なくとも前記触媒層に接する多孔質カーボン平板には親
水処理が施され、それ以外の多孔質カーボン平板には撥
水処理が施されたことを特徴とする固体高分子電解質型
燃料電池。11. A solid polymer having an anode electrode supplied with fuel as a reaction gas and a cathode electrode supplied with an oxidant as a reaction gas, and having ionic conductivity as an electrolyte layer between the anode electrode and the cathode electrode. A solid polymer in which a unit cell having a membrane disposed therein is provided, wherein the anode electrode and the cathode electrode are each composed of a catalyst layer and a porous carbon flat plate, and a gas-impermeable separator is provided so as to sandwich the unit cell. In the electrolyte fuel cell, two or more porous carbon flat plates in the anode electrode are configured to be overlapped, and at least a porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer among the porous carbon flat plates in the anode electrode is subjected to hydrophilic treatment. The other porous carbon flat plate is water-repellent. Solid polymer electrolyte fuel cell characterized by.
ード電極および反応ガスとして酸化剤が供給されるカソ
ード電極を備えると共に、これらアノード電極およびカ
ソード電極間に電解質層としてイオン導電性を有する固
体高分子膜を配置した単電池が設けられ、前記アノード
電極および前記カソード電極はそれぞれ触媒層および多
孔質カーボン平板から構成され、前記単電池を挟むよう
にガス不透過性のセパレータが設置された固体高分子電
解質型燃料電池において、 前記カソード電極における多孔質カーボン平板は２枚以
上重ね合わせられて構成され、 これらカソード電極の多孔質カーボン平板のうち少なく
とも前記触媒層に接する多孔質カーボン平板には撥水処
理が施され、それ以外の多孔質カーボン平板には親水処
理が施されたことを特徴とする固体高分子電解質型燃料
電池。12. A solid polymer having an anode electrode supplied with fuel as a reaction gas and a cathode electrode supplied with an oxidant as a reaction gas, and having ion conductivity as an electrolyte layer between the anode electrode and the cathode electrode. A solid polymer in which a unit cell having a membrane disposed therein is provided, wherein the anode electrode and the cathode electrode are each composed of a catalyst layer and a porous carbon flat plate, and a gas-impermeable separator is provided so as to sandwich the unit cell. In the electrolyte fuel cell, two or more porous carbon flat plates in the cathode electrode are stacked, and at least a porous carbon flat plate in contact with the catalyst layer among the porous carbon flat plates of the cathode electrode is subjected to a water-repellent treatment. The other porous carbon flat plates have been subjected to hydrophilic treatment. Solid polymer electrolyte fuel cell according to claim.
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