WO2007069404A1 - 燃料電池用電極、燃料電池のセル及び燃料電池のスタック - Google Patents

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WO2007069404A1
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electrode
fuel cell
layer
fuel
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PCT/JP2006/321733
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Masataka Ueno
Hiroyuki Yamakawa
Hiroki Tsukamoto
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Equos Research
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Publication date
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    • H01M4/8605—Porous electrodes
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell electrode, a fuel cell, and a fuel cell stack.
  • a general fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is formed by stacking a plurality of cells 10 as shown in FIG.
  • Each cell 10 includes a separator 12 made of a conductive material, a membrane electrode assembly (MEA) 11 and a separator 12, and adjacent cells 10 share a separator 12.
  • MEA membrane electrode assembly
  • Each membrane electrode assembly 11 is joined to an electrolyte membrane 11a made of a solid polymer membrane such as Nafion (registered trademark, Nafion (manufactured by Dupon)) and one surface of the electrolyte membrane 11a. It has a power sword electrode l ib supplied with gas and an anode electrode 1 lc connected to the other surface of the electrolyte membrane 11a and supplied with fuel! A force sword electrode 1 lb and an anode electrode 1 lc are fuel cell electrodes.
  • a force sword electrode 1 lb and an anode electrode 1 lc are fuel cell electrodes.
  • the force sword electrode l ib is composed of a catalyst layer 13a located on the electrolyte membrane 11a side and a diffusion layer 13b that diffuses the oxygen gas gas adjacent to the catalyst layer 13a.
  • the catalyst layer 13a includes a catalyst-supporting carbon in which a catalyst is supported on a single bon particle and an electrolyte solution.
  • the anode 11c includes a catalyst layer 14a located on the electrolyte membrane 11a side and a diffusion layer 14b that diffuses fuel adjacent to the catalyst layer 14a.
  • the catalyst layer 14a has a catalyst-supporting carbon and an electrolyte solution.
  • each separator 12 is laminated with each membrane electrode assembly 11 interposed therebetween.
  • an acid gas flow path 12b is formed into a plurality of grooves by providing ribs on the plate-like member, and each anode pole 1 lc side Similarly, a fuel channel 12c is formed in the shape of a plurality of grooves on the other surface.
  • Each oxidation gas channel 12b and each fuel channel 12c extend in directions orthogonal to each other.
  • the acid gas supplied to the stack flows through all the acid gas flow paths 12b of each cell 10, and the fuel supplied to the stack is all the fuel flow paths of each cell 10. To distribute 12c It has become.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 3-295176
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional situation.
  • the gas flow and the water discharge are performed by separating the air flow and the water flow.
  • the basic concept is to realize laminar flow, and the problem to be solved is to distinguish the flow path for product water from the flow path for oxidizing gas and Z or fuel in the electrode and separator.
  • the issue to be solved is to provide.
  • the electrode for a fuel cell of the present invention has a plate shape and is provided with a plate made of a conductive material on one surface side, and has conductivity while having many holes communicating with each other.
  • a catalyst layer formed integrally with the other surface side of the porous body and in contact with the electrolyte membrane is provided.
  • an air chamber or a fuel chamber is formed between the porous body and the plate by the holes communicating with each other.
  • the generated water diffuses in the thickness direction due to the surface tension of the porous body while allowing the oxygen gas or fuel to be transmitted, and the generated water is not easily clogged. For this reason, in the cell using this fuel cell electrode as a force sword electrode or anode electrode, the generated water is unlikely to be clogged, so that it has an excellent supply property that is unlikely to cause a pressure loss such as oxygen gas. Can demonstrate.
  • the fuel cell electrode of the present invention it is possible to improve both the current collecting property and the supply property of the oxidizing gas or the fuel. As a result, the power density and power generation efficiency of the cell, and hence the stack, are improved.
  • JP-A-2000-58072 discloses a fuel cell comprising a separator having a plurality of grooves serving as an oxidizing gas channel or a fuel channel, a fuel cell electrode, and an electrolyte membrane. It is.
  • the fuel cell electrode is composed of a catalyst layer located on the electrolyte membrane side and a diffusion layer adjacent to the catalyst layer.
  • the diffusion layer also has a metallic porous force.
  • the separator transmits oxidant gas and the like, while the diffusion layer transmits electrons, oxidant gas, etc., waste water and heat, and the separator and diffusion layer both transmit oxygen gas and the like.
  • the cell becomes thick as much as the separator forms a groove, and the power generation efficiency and output density are reduced due to a decrease in gas supply and water discharge performance on the lower surface of the rib forming the groove.
  • the porous body transmits acid gas etc.
  • the porous body has a plate shape.
  • a plate made of a conductive material is provided on one side of the porous body. This plate functions as a conventional separator.
  • Many porous bodies communicate with each other Of vacancies.
  • the pores preferably have a minimum inner diameter of 10 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the porous body has conductivity.
  • the catalyst layer is integrally formed on the other surface side of the porous body.
  • the catalyst layer may have catalyst-supported carbon in which a catalyst is supported on carbon particles, and an electrolyte. This catalyst layer is in contact with the electrolyte membrane.
  • the porous body may be a foam material having open cells, but is preferably a network material formed in a three-dimensional network. This is because the size, conductivity, surface tension and the like of the pores can be easily controlled by selecting the fiber constituting the net material, the density, and the like.
  • the fiber diameter is preferably 100 ⁇ m or less, the porosity is 90% or less, the thickness is 0.5 to 2 mm, and the hydrophilicity is preferably less than 50 ° in water contact angle.
  • the netting material can be a woven fabric or a non-woven fabric. It is preferable to arrange metal fibers in the direction perpendicular to the electrode surface. It is preferable to use fibers having two or more different wire diameters in terms of control of pores and conductivity. It is preferable that the density of the fiber becomes higher toward the downstream side of gas or the like.
  • the porous body may have an inclined structure in the thickness direction so that the density of the fibers constituting the network material is high on the electrolyte membrane side and low on the plate side. This can be achieved by increasing the diameter of the fiber on the plate side. As a result, since the pore diameter on the electrolyte side is relatively small and the pore diameter on the electrolyte side is relatively small, it is possible to achieve both reduction in gas pressure loss and improvement in current collection efficiency.
  • the mesh material needs to have conductivity, and therefore conductive fibers are used.
  • conductive fiber nickel, carbon, and other fibers can be employed in addition to the usual corrosion resistant and conductive metal fibers such as titanium, SUS, tantalum, and hastelloy.
  • the porous body has conductivity and hydrophilicity.
  • conductive and hydrophilic fibers can be used, or conductive fibers and hydrophilic fibers can be used simultaneously.
  • conductive and hydrophilic fibers conductive fibers such as nickel, titanium, sus, tantalum, and carbon that have been subjected to hydrophilic treatment can be employed.
  • hydrophilic treatment surface alkali treatment, oxidation treatment, or the like can be employed.
  • hydrophilic fibers metal oxide whiskers, plant fibers, etc. can be used. The
  • a hydrophilic drainage layer is formed over the entire interface between the porous body and the plate.
  • the drainage layer still preferably has a water absorbing function.
  • the contact surface of the plate that contacts the porous body can be subjected to a hydrophilic treatment.
  • the hydrophilic treatment surface alkali treatment, oxidation treatment, or the like can be employed.
  • the hydrophilic drainage layer is formed on the entire surface in contact with the plate.
  • water droplets diffused in the thickness direction of the porous body are collected in the drainage layer, and the collected water travels through the drainage layer to form a flow of water by pressure such as its own weight or acid gas.
  • pressure such as its own weight or acid gas.
  • the contact angle of water in the drainage layer is preferably less than 50 °, more preferably less than 30 °.
  • the water absorption rate of the drainage layer is preferably more than 50%, more preferably more than 100%.
  • the hydrophilic drainage layer may be formed on both the plate and the porous body.
  • a porous layer (MPL: Micro Porous Layer) having a lot of pores communicating with each other and having conductivity is provided between the porous body and the catalyst layer.
  • This pore layer has no catalyst.
  • the pores preferably have a minimum inner diameter of 0.01 to several / zm and a peak of 2 m or less.
  • the thickness of the pores is preferably 200 ⁇ m or less.
  • the pore layer preferably has water repellency. As a result, as soon as the water that has moved into the pore layer is discharged from the pore layer, the power generation efficiency and the output density are improved.
  • a pore layer can also be a force with a single bon particle and a polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as “PTFE”) particle.
  • the mixing amount of PTFE is preferably 20 to 60% by mass.
  • the contact angle of water is preferably 120 ° or more. It is preferable that the pore layer bites into the porous body by 30 m or more, while the opposite side of the bite surface has smoothness more than the porous body.
  • the pore layer may also contain a conductive filler. In this case, the power generation efficiency and the output density are further improved as the electronic resistance is reduced.
  • the fuel cell of the present invention can be constituted by using the fuel cell electrode of the present invention.
  • Book The cell of the invention comprises a force sword electrode as the fuel cell electrode force, the plate provided on one surface side of the cathode electrode, an anode electrode composed of the fuel cell electrode, and the other surface side of the anode electrode. It is characterized in that the plate is provided, and the electrolyte membrane is provided between the other surface side of the cathode electrode and the one surface side of the anode electrode and is in contact with the catalyst layer.
  • the plate preferably has a drainage layer having hydrophilicity on the entire surface on the porous body side.
  • the drainage layer still preferably has a water absorbing function.
  • This hydrophilic layer may be formed by subjecting the plate itself to a hydrophilic treatment, or in the case of adding a water absorbing function, a layer made of a conductive polymer may be formed.
  • water droplets that have traveled through the columnar portion of the porous body and diffused in the thickness direction are collected in the drainage layer, and the collected water is subjected to pressure such as its own weight and acid gas. Forms a flow of water and is preferably discharged out of the system
  • a stack of the fuel cell of the present invention may be configured using the cell of the present invention.
  • the stack of the present invention is characterized in that a large number of the cells are electrically connected in series.
  • the present invention can also be characterized as follows.
  • a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane, a force sword electrode joined to one surface of the electrolyte membrane and supplied with air, and an anode electrode joined to the other surface of the electrolyte membrane and supplied with fuel
  • An air chamber is formed on the cathode electrode side, and a separator made of a conductive material forming a pair sandwiching the membrane electrode assembly so as to form a fuel chamber on the anode electrode side.
  • the separator is formed in a porous shape having a plate-like plate made of a conductive material, and provided on one surface of the plate, having conductivity and hydrophilicity, and having many pores communicating with each other.
  • a first net member constituting the air chamber or the fuel chamber in each of the holes.
  • a fuel cell characterized by the above.
  • the other surface of the plate is formed in a porous shape having many pores that are electrically conductive and hydrophilic and communicate with each other, and the fuel chamber or the (2)
  • the cathode electrode side air chamber and the anode electrode side fuel chamber are configured as described above. Both can be improved. If the force sword pole side is the first mesh material and the anode pole side is the second mesh material, it is preferable that the water contact angle in the first mesh material is less than 50 °. The angle is preferably less than 40 °.
  • At least one of the first mesh material and the second mesh material is formed in a three-dimensional mesh shape with conductive fibers and hydrophilic fibers, and the air chamber is interposed between the fibers. Or the fuel chamber or the fuel chamber or the air chamber is formed! The cell of the fuel cell according to (2).
  • a water-repellent pore layer is formed on at least one of the first mesh material and the second mesh material on the membrane electrode assembly side!
  • the fuel cell according to any one of (2) to (4). In this case, water is likely to diffuse from the membrane electrode assembly side to the plate side.
  • the contact angle of water in the pore layer is preferably more than 100 °, more preferably more than 120 °.
  • the membrane electrode assembly includes a catalyst layer located on the electrolyte membrane side, and the catalyst layer and the first network material or the second network material are bonded to each other.
  • the first mesh material and the second mesh material of the separator can play the role of the conventional diffusion layer. As a result, the structure of the membrane electrode assembly is simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
  • a fuel cell stack comprising a stack of the cells according to any one of (1) to (6).
  • a plate-like network is formed by conductive and hydrophilic fibers, a hydrophilic drainage layer is formed on one side, and a water-repellent pore layer is formed on the other side.
  • 1 mesh material A second network material formed in a plate-like network shape with conductive and hydrophilic fibers, a hydrophilic drainage layer formed on one side, and a water-repellent pore layer formed on the other side;
  • a first recess for storing the first mesh material is provided on one surface side, and a second recess and membrane electrode assembly for storing the second network material on the other surface side
  • a plate with a recessed third recess is Formed in the shape of a plate made of a conductive material, a first recess for storing the first mesh material is provided on one surface side, and a second recess and membrane electrode assembly for storing the second network material on the other surface side A plate with a recessed third recess,
  • the plate has a pair of soy gas passages communicating with both ends of the first recess and a pair of fuel passages communicating with both ends of the second recess,
  • the first mesh material is stored in the first recess so that the drainage layer contacts the bottom surface of the first recess, and the drainage layer contacts the bottom surface of the second recess.
  • a fuel cell comprising the second net member housed therein.
  • the first is formed into a plate-like network by conductive fibers and hydrophilic fibers, a hydrophilic drainage layer is formed on one side, and a water-repellent pore layer is formed on the other side.
  • a second net formed of a net and conductive and hydrophilic fibers in the form of a plate network, a hydrophilic drainage layer formed on one side, and a water-repellent pore layer formed on the other side Material
  • a first recess for storing the first mesh material is provided on one surface side, and a second recess and membrane electrode assembly for storing the second network material on the other surface side
  • a plate with a recessed third recess is Formed in the shape of a plate made of a conductive material, a first recess for storing the first mesh material is provided on one surface side, and a second recess and membrane electrode assembly for storing the second network material on the other surface side A plate with a recessed third recess,
  • the plate has a pair of soy gas passages communicating with both ends of the first recess and a pair of fuel passages communicating with both ends of the second recess,
  • the first mesh material is stored in the first recess so that the drainage layer contacts the bottom surface of the first recess, and the drainage layer contacts the bottom surface of the second recess.
  • a fuel cell comprising the second net member housed therein.
  • a plate-like network formed of conductive and hydrophilic fibers, a hydrophilic drainage layer formed on one side, and a water-repellent pore layer formed on the other side 1 mesh material,
  • a first recess for storing the first mesh material is provided on one side
  • a third recess for storing a membrane electrode assembly is provided on the other side.
  • a separator having a plurality of groove-shaped fuel flow paths formed by ribs on the bottom surface of the third recess, an electrolyte membrane, and a force sword electrode comprising a catalyst layer joined to one surface of the electrolyte membrane;
  • a membrane electrode assembly joined to the other surface of the electrolyte membrane and comprising an anode electrode comprising a catalyst layer and a diffusion layer,
  • the separator is provided with a pair of soy gas passages communicating with both ends of the first recess and a pair of fuel passages communicating with the fuel passage,
  • a cell of a fuel cell wherein the first mesh member is accommodated in the first recess so that the drainage layer contacts the bottom surface of the first recess.
  • a plate-like network is formed by conductive and hydrophilic fibers, a hydrophilic drainage layer is formed on one side, and a water-repellent pore layer is formed on the other side. 2 mesh materials,
  • a separator formed into a plurality of grooves and having a second recess for receiving the second mesh material on the other surface side;
  • An electrolyte membrane, a force sword electrode joined to one surface of the electrolyte membrane and made up of a catalyst layer and a diffusion layer, and a membrane electrode assembly made up of an anode electrode joined to the other surface of the electrolyte membrane and made up of a catalyst layer Prepared
  • the separator is provided with a pair of oxidizing gas passages communicating with the oxidizing gas passage and a pair of fuel passages communicating with both ends of the second recess,
  • a cell of a fuel cell wherein the second net member is accommodated in the second recess so that the drainage layer contacts the bottom surface of the second recess.
  • a conductive and hydrophilic fiber or a conductive mesh and a hydrophilic fiber are formed into a plate-like network, and a water-repellent pore layer is formed on one side, and further on one side.
  • a conductive and hydrophilic fiber or conductive and hydrophilic fibers form a plate-like network, a water-repellent pore layer is formed on one side, and a catalyst layer is formed on the other side.
  • a second mesh material
  • the first recess for storing the first mesh material is recessed on one side, and the second recess and electrolyte membrane for storing the second mesh material are stored on the other side.
  • the plate has a pair of soy gas passages communicating with both ends of the first recess and a pair of fuel passages communicating with both ends of the second recess,
  • the first mesh material is stored in the first recess so that the opposite side of the catalyst layer contacts the bottom surface of the first recess, and the opposite side of the catalyst layer contacts the bottom surface of the second recess. 2.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of first and second mesh members used in the stacks of Examples 1 to 4.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a separator and the like of Example 1.
  • FIG. 3 is a schematic enlarged partial sectional view of the membrane / electrode assembly of Example 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the cell of Example 1.
  • FIG. 5 is a perspective view of a stack of Example 1.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a fuel cell system of Example 1.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the cell of Example 2.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the cell of Example 3.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the cell of Example 4.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of first and second mesh members used in the stack of Example 5.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a separator and the like of Example 5.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the cell of Example 5.
  • FIG. 13 is a graph showing IV characteristics of Example 5.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view of a conventional cell.
  • Porous material (second mesh material)
  • the fuel cell stack of Example 1 employs plate-shaped first and second mesh members 21 and 22 shown in FIG.
  • the first and second mesh members 21 and 22 are formed in a plate-like mesh shape with conductive and hydrophilic fibers made of titanium fibers.
  • the first and second mesh members 21 and 22 have a fiber density that increases on the later-described electrolyte membrane 24 side by increasing the diameter of the fiber that becomes the surface on the later-described plate 23 side, and lower on the plate 23 side.
  • the structure is inclined in the thickness direction.
  • the contact angles of water in the first and second mesh members 21 and 22 are 40 ° and 30 °, respectively.
  • drainage layers 21a and 22a having a hydrophilic and water-absorbing function also having a conductive polymer force are formed over the entire surface.
  • water repellent pore layers 21 b and 22 b which are the carbon particle ZPTFEZ conductive filler, are formed over the entire surface.
  • the contact angle of water in the drainage layers 21a and 22a is 30 °, and the water absorption rate is 200%.
  • the contact angle of water in the pore layers 21b and 22b is 120 ° Over.
  • This stack also employs a plate 23 made of a conductive material having a plate shape shown in FIG.
  • a first recess 23a for accommodating the first net member 21 is provided.
  • a second recess 23b for storing the second net member 22 and a third recess 23c for storing the membrane electrode assembly (see FIG. 3) 24 are provided.
  • the plate 23 is provided with a pair of oxidizing gas passages 23d and 23e communicating with both ends of the first recess 23a.
  • the plate 23 is also provided with a pair of fuel passages (not shown) communicating with both ends of the second recess 23b.
  • the oxygen gas passages 23d, 23e and the fuel passage are shifted by 90 degrees so that the oxidizing gas and the fuel are supplied orthogonally.
  • the first net member 21 is housed in the first recess 23a of the plate 23. At this time, the drainage layer 21a of the first net member 21 is in contact with the bottom surface of the first recess 23a so that the pore layer 21b is on the outside. Thus, the first mesh member 21 forms an air chamber with the plate 23 by the holes communicating with each other between the fibers.
  • the second net member 22 is stored in the second recess 23 b of the plate 23.
  • the drainage layer 22a of the second mesh member 22 is in contact with the bottom surface of the second recess 23b so that the pore layer 22b is on the outside.
  • the second mesh member 22 forms a fuel chamber with the plate 23 by the holes communicating with each other between the fibers. Thereby, one separator 20 is obtained.
  • the membrane / electrode assembly 24 used in this stack includes an electrolyte membrane 25, a force sword electrode 26 joined to one surface of the electrolyte membrane 25, and the other surface of the electrolyte membrane 25. It is also a force with the joined anode 27.
  • the force sword electrode 26 and the anode electrode 27 are formed as a catalyst layer located on the electrolyte membrane 25 side, and have a diffusion layer composed of conventional carbon particles, carbon fibers, carbon paper, etc. adjacent to the catalyst layer. I don't have it.
  • a membrane electrode assembly 24 is accommodated in the third recess 23c of the plate 23 in the separator 20, and the separator 30, the membrane electrode assembly 24, and the separator 20 constitute the cell 30. .
  • Adjacent cells 30 share a separator 20.
  • a plurality of cells 30 are stacked and electrically connected in series to form a stack 31.
  • the oxidizing gas passages 23d and 23e of all the cells 30 communicate with each other.
  • the fuel passages of all the cells 30 are in communication.
  • the fuel passage communicates with the fuel supply port 31a and the fuel discharge port 31b.
  • the current collection of the stack 31 is performed by the fuel supply port 31a and the fuel discharge port 31b.
  • a hydrogen tank 33 is connected to the fuel supply port 31 a of the stack 31 via a valve 32.
  • air as an acid gas is supplied to the acid gas passages 23d and 23e of the stack 31 by an air fan 34.
  • the fuel supply port 31a and the fuel discharge port 31b at both ends of the stack 31 are electrically connected to a load 35 such as an automobile motor, and the lower end of the stack 31 is connected to a radiator 37 so as to be circulated by a pump 36. ing.
  • the fuel cell system is configured.
  • an electromotive force is generated by an electrochemical reaction between the air supplied to the oxygen gas flow paths 23d and 23e and the hydrogen supplied to the fuel flow path. .
  • the air chamber and the fuel chamber between the first and second mesh members 21 and 22 transmit on the surface of the fiber by the surface tension of the fiber while enabling the transmission of the oxidizing gas or the fuel.
  • the generated water and residual water diffuse in the thickness direction, and the generated water and residual water are not easily clogged in the pores formed between the fibers. For this reason, in this stack 31, pressure loss of air and hydrogen is unlikely to occur, and excellent supply characteristics of acid gas and fuel can be exhibited.
  • the generated water and residual water are transmitted along the surface of the fiber and diffused in the thickness direction by the surface tension of the fiber, so that the inside of the electrode is difficult to dry.
  • the fibers of the porous body are in contact with the catalyst layer, a stable contact area can be ensured. For this reason, the stack 31 can also exhibit excellent current collecting performance.
  • the first and second net members 21 , 22a are formed on the entire surface of the first and second net members 21, 22 on the plate 23 side, the first and second net members 21 , 22 droplets dispersed in the thickness direction are collected in the drainage layers 21a and 22a, and the collected water is transferred to the drainage layers 21a and 22a to form a water layer. Flow occurs in the bed and is preferably discharged out of the system.
  • the surface of the fibers of the first and second mesh members 21 and 22 and the drainage layers 21a and 22a form a water layer, which becomes a flow path in which water flows.
  • the pores between the fibers form a gas-permeable layer without being submerged and serve as a flow path for the gas. For this reason, these two flow paths are clearly defined.
  • the gas and water layers are distinguished within the electrode, and the concept of flowing gas and water is defined as a two-layer flow. This gas includes oxidizing gas and fuel.
  • the stack 31 of the first embodiment it is possible to improve both the current collecting performance and the supply capability of air and hydrogen. For this reason, the stack 31 can exhibit high power density and power generation efficiency.
  • the force sword electrode 26 and the anode electrode 27 of the membrane electrode assembly 24 can be configured by only the catalyst layer, and the structure of the membrane electrode assembly 24 is simplified. In addition, since the conventional diffusion layer is not necessary, the manufacturing cost can be reduced. It is also possible to employ the membrane electrode assembly 11 shown in FIG. 15 for this stack 31.
  • the first and second mesh members 21 and 22 transmit the acid and soot gas and the like. Because it is possible to use plate-like plate 23 that does not require the use of separators with ribs, cell 30 can be made thinner, and the effects of improved power generation efficiency, improved output density, reduced fuel cell size, and reduced costs Example 2
  • Example 2 The stack of Example 2 employs the cell 40 shown in FIG.
  • the first net member 21 is formed of conductive fibers 41 and hydrophilic fibers 42.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the cell 40 includes a first net member 41, a second net member 22, a plate 23, and a membrane electrode assembly 24.
  • the first mesh material 41 is formed in a plate-like mesh shape with conductive fibers and hydrophilic fibers, the hydrophilic drainage layer 21a is formed on one surface side, and the water-repellent layer is formed on the other surface side.
  • a pore layer 21b is formed.
  • the second mesh material 22 is formed in a plate-like mesh shape with conductive and hydrophilic fibers, a hydrophilic drainage layer 22a is formed on one side, and a water-repellent pore layer on the other side. 22b is formed.
  • the plate 23 is formed in a plate shape made of a conductive material.
  • the plate 23 is provided with a first recess that houses the first net 41 on one side and a second net 22 that houses the second net 22 on the other side. 2
  • the 3rd recessed part which accommodates the recessed part and the membrane electrode assembly 24 is recessed.
  • the plate 23 has a pair of not-shown acid soot gas passages communicating with both ends of the first recess and a pair of fuel passages not shown communicating with both ends of the second recess.
  • the first mesh 41 is accommodated in the first recess so that the drainage layer 21a contacts the bottom surface of the first recess, and the second mesh 22 in the second recess such that the drainage layer 22a contacts the bottom surface of the second recess. Is stored.
  • the membrane electrode assembly 24 is joined to an electrolyte membrane 25, a force sword electrode 26 which is joined to one surface of the electrolyte membrane 25 and also has a catalyst layer force, and an anode which is joined to the other surface of the electrolyte membrane 25 and made of a catalyst layer. Power with electrode 27.
  • the stack of Example 3 employs the cell 43 shown in FIG.
  • the first mesh material 21 is positioned on the side of the force sword pole 26 of the membrane electrode assembly 24, and the conventional groove-shaped fuel flow is provided on the anode electrode 27 side of the membrane electrode assembly 24 by the separator 23s.
  • the anode 27 is formed with a conventional diffusion layer 14b made of carbon fiber (see FIG. 15).
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the cell 43 includes a first net member 21, a separator 23 s and a membrane electrode assembly 24.
  • the first mesh member 21 is formed in a plate-like mesh shape with conductive and hydrophilic fibers, a hydrophilic drainage layer 21a is formed on one surface side, and a water-repellent pore layer on the other surface side. 21b is formed.
  • the separator 23s is formed in a plate shape made of a conductive material, and has a first recess for housing the first net member 21 on one surface side. Further, a third recess for housing the membrane electrode assembly 24 is formed on the other surface side of the separator 23s, and a rib is provided on the bottom surface of the third recess to form a fuel channel 12c in the form of a plurality of grooves. It has been.
  • the separator 23s is provided with a pair of not-shown acid / sodium gas passages communicating with both ends of the first recess and a pair of unillustrated fuel passages communicating with the fuel passage 12c.
  • the first net member 21 is housed in the first recess so that the drainage layer 21a contacts the bottom surface of the first recess.
  • the membrane electrode assembly 24 is joined to the electrolyte membrane 25, one surface of the electrolyte membrane 25, the force sword electrode 26 composed of the catalyst layer, and the other surface of the electrolyte membrane 25, and the catalyst layer 14a and the diffusion layer. It becomes force with the anode electrode 27 which consists of the layer 14b.
  • the stack of Example 4 employs the cell 44 shown in FIG.
  • the second mesh material 22 is positioned on the anode electrode 27 side of the membrane electrode assembly 24, and the conventional groove-shaped acid electrode is formed by the plate 23 on the cathode electrode 26 side of the membrane electrode assembly 24.
  • the gas flow path 12b is configured.
  • the force sword electrode 26 is formed with a conventional diffusion layer 13b (see FIG. 15) made of carbon fiber.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the cell 44 includes a second net member 22, a separator 23 p, and a membrane electrode assembly 24.
  • the second mesh material 22 is formed in a plate-like mesh shape with conductive and hydrophilic fibers, a hydrophilic drainage layer 22a is formed on one surface side, and a water-repellent pore layer on the other surface side. 22b is formed.
  • the separator 23p is formed in a plate shape made of a conductive material, and has a second recess for housing the membrane electrode assembly 24 on one surface side, and a rib on the bottom surface of the second recess.
  • the acid gas passage 12b is formed in a plurality of grooves.
  • a first recess for accommodating the second net member 22 is provided on the other surface side of the separator 23s.
  • the separator 23p is provided with a pair of not-shown acid-sodium gas passages communicating with the acid-sodium gas passage 12b and a pair of fuel passages not shown communicating with both ends of the second recess. Yes. First 2
  • the second mesh member 22 is accommodated in the second recess so that the drainage layer 22a contacts the bottom surface of the recess.
  • the membrane electrode assembly 24 is joined to the electrolyte membrane 25, one surface of the electrolyte membrane 25, the force sword electrode 26 including the catalyst layer 13a and the diffusion layer 13b, and the other surface of the electrolyte membrane 25,
  • the anode electrode 27 also serves as a catalyst layer.
  • the stack of the fuel cell of Example 5 employs plate-like first and second net members 51 and 52 shown in FIG.
  • Water repellent pore layers 51b and 52b are formed on one side of the first and second net members 51 and 52, and catalyst layers 51c and 52c are formed on the one side.
  • the catalyst layers 51c and 52c include a catalyst-supporting carbon in which a catalyst is supported on carbon particles, and an electrolyte solution.
  • this stack also employs a plate 53 made of a conductive material having a plate shape shown in FIG.
  • a first recess 53a for storing the first net member 51 is provided on one surface of the plate 53.
  • a second recess 53b for storing the second mesh member 52 and a third recess 53c for storing the electrolyte membrane 54 are provided on the other surface of the plate 53.
  • the first net member 51 is stored in the first recess 53a of the plate 53. At this time, the opposite side of the first net member 51 to the catalyst layer 51c is in contact with the bottom surface of the first recess 53a so that the catalyst layer 51c and the pore layer 51b are on the outside. Thus, the first net member 51 forms an air chamber with the plate 53 by the holes communicating with each other between the fibers.
  • the second net member 52 is accommodated in the second recess 53 b of the plate 53.
  • the opposite side of the catalyst layer 52c of the second net member 52 is in contact with the bottom surface of the second recess 53b so that the catalyst layer 52c and the pore layer 52b are on the outside.
  • the second mesh member 52 forms a fuel chamber with the plate 53 by the holes communicating with each other between the fibers. Thereby, one separator 60 is obtained.
  • the electrolyte membrane 54 is accommodated in the third recess 53 c of the plate 53 in the separator 60, and the separator 70, the electrolyte membrane 54, and the separator 60 constitute a cell 70.
  • the electrolyte membrane 54 is made of a solid polymer membrane such as naphthion. Other configurations are the same as those in the first embodiment. That is, the cell 70 includes a first net member 51, a second net member 52, a plate 53, and an electrolyte membrane 54.
  • the first net member 51 is formed in a plate-like network shape with conductive and hydrophilic fibers or conductive fibers and hydrophilic fibers, and a water-repellent pore layer 51b is formed on one surface side. Furthermore, a catalyst layer 51c is formed on one side.
  • the second mesh member 52 is formed into a plate-like mesh shape with conductive and hydrophilic fibers or conductive fibers and hydrophilic fibers, and a water-repellent pore layer 52b is formed on one side. Further, a catalyst layer 52c is formed on one side.
  • the plate 53 is formed in a plate shape made of a conductive material, and has a first recess 53a that houses the first mesh member 51 on one side, and a second mesh member 52 on the other side.
  • a second recess 53b for accommodating the second recess 53b and the electrolyte membrane 54 is provided.
  • the plate 53 is provided with a pair of soy gas passages 23d communicating with both ends of the first recess 53a and a pair of fuel passages (not shown) communicating with both ends of the second recess 53b.
  • the first mesh member 51 is housed in the first recess 53a so that the opposite side of the catalyst layer 51c contacts the bottom surface of the first recess 53a, and the opposite side of the catalyst layer 52c contacts the bottom surface of the second recess 53b. 2
  • the second mesh member 52 is accommodated in the recess 53b.
  • Example 5 Using the stack of Example 5 and the conventional stack using the cells shown in FIGS. 14 and 15, the IV characteristics were compared under the same conditions. The results are shown in FIG. From Fig. 13, it is the same on the low current side, but as the high current region is reached, the voltage stall is longer than it is. This is because the water discharge performance is better than before and the gas distribution power is clean. Conventionally, because the flow paths are mixed in the electrode, the stalling force as shown in the graph is not observed. Therefore, it can be seen that the stack of Example 5 exhibits IV characteristics superior to those of the conventional stack. [0100] While the present invention has been described with reference to Examples 1 to 5, the present invention is not limited to the above Examples 1 to 5, and is appropriately modified and applied without departing from the spirit thereof. It goes without saying that it can be done.
  • the present invention can be used for fuel cell systems such as electric power sources for electric vehicles and the like, outdoor stationary power sources, and portable power sources.

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Abstract

　生成水をより排除し易くすることで集電性と酸化ガス及び／又は燃料の供給性とをともに向上させることができる燃料電池用電極、燃料電池のセル及び燃料電池のスタックを提供する。 　本発明の燃料電池用電極は、網材５１、５２と、網材２１、２２の一面側に一体に形成された細孔層（ＭＰＬ：Micro Porous Layer）５１ｂ、５２ｂと、網材２１、２２のより一面側に一体に形成された触媒層５１ｃ、５２ｃとからなる。網材５１、５２は、板状をなして他面側に導電性材料製のプレート５３が設けられる。細孔層５１ｂ、５２ｂは、相互に連通する多くの細孔を有しつつ導電性及び撥水性を有する。また、網材５１、５２は、相互に連通する多くの空孔を有しつつ導電性を有し、各空孔によってプレート５３との間で空気室又は燃料室を構成する。触媒層５１ｃ、５２ｃは、電解質膜５４と当接する。

Description

明 細 書
燃料電池用電極、燃料電池のセル及び燃料電池のスタック
技術分野
[0001] 本発明は、燃料電池用電極、燃料電池のセル及び燃料電池のスタックに関する。
背景技術
[0002] 特許文献 1開示の一般的な燃料電池のスタックは、図 14に示すように、複数のセル 10が積層されてなる。各セル 10は、導電性材料製のセパレータ 12、膜電極接合体（ MEA : Membrane Electrode Assembly) 11及びセパレータ 12によって構成されてお り、隣り合うセル 10はセパレータ 12を共通にしている。
[0003] 各膜電極接合体 11は、ナフイオン (登録商標、 Nafion (Dupon社製) )等の固体高分 子膜からなる電解質膜 11aと、この電解質膜 11aの一面に接合されて酸ィ匕ガスが供 給される力ソード極 l ibと、電解質膜 11aの他面に接合されて燃料が供給されるァノ ード極 1 lcとを有して!/、る。力ソード極 1 lb及びアノード極 1 lcが燃料電池用電極で ある。
[0004] 図 15に示すように、力ソード極 l ibは、電解質膜 11 a側に位置する触媒層 13aと、 触媒層 13aに隣接して酸ィ匕ガスを拡散する拡散層 13bとからなる。触媒層 13aは、力 一ボン粒子に触媒が担持された触媒担持カーボンと、電解質の溶液とを有する。
[0005] アノード極 11cは、電解質膜 11a側に位置する触媒層 14aと、触媒層 14aに隣接し て燃料を拡散する拡散層 14bとからなる。触媒層 14aは、触媒担持カーボンと、電解 質の溶液とを有する。
[0006] 図 14に示すように、各セパレータ 12は各膜電極接合体 11を間に挟んで積層され る。個々のセパレータ 12における各力ソード極 l ib側の一面には酸ィ匕ガス流路 12b が板状部材にリブを設けることにより複数本の溝状に形成されており、各アノード極 1 lc側の他面には燃料流路 12cが同様に複数本の溝状に形成されている。各酸化ガ ス流路 12bと各燃料流路 12cとは互いに直交する方向に延びている。また、スタック に供給される酸ィ匕ガスは各セル 10の全ての酸ィ匕ガス流路 12bを流通するようになつ ており、スタックに供給される燃料は各セル 10の全ての燃料流路 12cを流通するよう になっている。
[0007] このスタックにおいては、酸ィ匕ガス流路 12bに供給される酸ィ匕ガスと、燃料流路 12c に供給される燃料との電気化学反応により、起電力を生じる。この際、セパレータ 12 の酸ィ匕ガス流路 12b及び燃料流路 12cのピッチ及び深さを最適化することにより、集 電性並びに酸ィ匕ガス及び燃料の供給性の両者が最適化されることとなる。
[0008] 特許文献 1 :特開平 3— 295176号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] しかしながら、この電気化学反応は水の生成を伴う反応であるため、このセル 10及 びスタックは、発生したその生成水により、セパレータ 12に設けられた酸ィ匕ガス流路 1 2b及び燃料流路 12c並びに電極 l lb、 11c内のガス流路が閉塞され、水の流れと空 気の流れとが混在することによって反応が生じな!/、部位が発生し、性能が低下する。
[0010] 一方、このセル 10及びスタックにおける集電性に関しては、セパレータ 12の酸化ガ ス流路 12b及び燃料流路 12cのピッチ及び溝深さの影響 (ガスの流速による乾燥や 接触面積の低下)を受けやすぐ集電ロスが生じやすい。
[0011] 本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、燃料電池の内部にお いて、空気の流れと水の流れとを区切ってガスの供給及び水の排出を行う二層流を 実現することを基本概念とし、生成水の通る流路と酸化ガス及び Z又は燃料の通る 流路とを電極及びセパレータ内で区別することを解決すべき課題としている。そして 、これにより、生成水をより排除し易くすることで集電性と酸化ガス及び Z又は燃料の 供給性をともに向上させることができる燃料電池用電極、燃料電池のセル及び燃料 電池のスタックを提供することを解決すべき課題として 、る。
課題を解決するための手段
[0012] 本発明の燃料電池用電極は、板状をなして一面側に導電性材料製のプレートが設 けられ、相互に連通する多くの空孔を有しつつ導電性を有し、各該空孔によって該 プレートとの間で空気室又は燃料室を構成する多孔体と、
該多孔体の他面側に一体に形成され、電解質膜と当接する触媒層とを備えている ことを特徴とする。 [0013] 本発明の燃料電池用電極では、多孔体が相互に連通する各空孔によってプレート との間で空気室又は燃料室を構成して 、る。このように構成された空気室又は燃料 室では、酸ィ匕ガス又は燃料の伝達を可能としながら、多孔体の表面張力によって生 成水が厚さ方向に拡散し、生成水が詰まり難い。このため、この燃料電池用電極を力 ソード極やアノード極として用いたセルにぉ 、ては、生成水が詰まり難 、ために酸ィ匕 ガス等の圧力損失を生じ難ぐ優れた供給性を発揮できる。
[0014] また、この空気室又は燃料室では、多孔体の表面張力によって触媒層付近に液滴 で溜まった生成水がセルの厚さ方向に拡散し、電極の上流側が乾き難い。また、多 孔体が有する導電性のある多くの柱状部が触媒層と接触するため、安定した接触面 積を確保できる。このため、このセルにおいては、優れた集電性も発揮できる。
[0015] したがって、本発明の燃料電池用電極によれば、集電性と酸化ガス又は燃料の供 給性とをともに向上させることができる。このため、セル、ひいてはスタックの出力密度 、発電効率が向上する。
[0016] 特開 2000— 58072号公報には、酸化ガス流路又は燃料流路となる複数本の溝を もつセパレータと、燃料電池用電極と、電解質膜とからなる燃料電池のセルが開示さ れている。燃料電池用電極は、電解質膜側に位置する触媒層と、触媒層に隣接する 拡散層とからなる。拡散層は金属製の多孔体力もなる。このセルでは、セパレータが 酸化ガス等を伝達させながら、拡散層が電子、酸化ガス等、排水及び熱を伝達し、セ パレータと拡散層とがともに酸ィ匕ガス等の伝達を担っている。このため、セパレータが 溝を形成している分だけセルが厚くなり、さらに溝を形成するリブの下面部分のガス の供給性及び水の排出性の低下に基づく発電効率の低下、出力密度の低下、燃料 電池の大型化及びコスト増加の懸念がある。
[0017] この点、本発明の燃料電池用電極によれば、多孔体が酸ィ匕ガス等の伝達を行うこと から、酸ィ匕ガス流路等のあるセパレータを採用する必要がなぐ板状のプレートを採 用できるため、溝を形成しなくてもよい分、セルを薄くすることができ、かつ発電効率 の向上、出力密度の向上、燃料電池の小型化及びコスト低下の効果がある。
[0018] 多孔体は板状をしている。多孔体の一面側には導電性材料製のプレートが設けら れる。このプレートが従来のセパレータの機能を担う。多孔体は相互に連通する多く の空孔を有する。空孔は最小内径が 10 μ m〜500 μ mであることが好ましい。また、 多孔体は導電性を有する。
[0019] 触媒層は、多孔体の他面側に一体に形成されている。触媒層は、カーボン粒子に 触媒が担持された触媒担持カーボンと、電解質とを有し得る。この触媒層は電解質 膜と当接する。
[0020] 多孔体は、連続気泡をもつ発泡材であることもできるが、三次元の網目状に形成さ れた網材であることが好ましい。網材を構成する繊維、密度等を選択することにより、 空孔の大きさ、導電性、表面張力等を制御しやすいからである。繊維の直径は 100 μ m以下、気孔率は 90%以下、厚みは 0. 5〜2mm、親水性は水の接触角で 50° 未満であることが好ましい。網材は織布又は不織布であり得る。電極面と直交する方 向に金属繊維をなるベく配列させて 、ることが好ま 、。 2種以上の線径の異なる繊 維を用いたものであることが空孔及び導電性の制御等の点で好まし 、。ガス等の下 流側に向かうに従って繊維の密度が高くなることが好ましい。
[0021] また、多孔体は、網材を構成する繊維の密度が電解質膜側で高ぐプレート側で低 いように、厚さ方向で傾斜構造とすることができる。プレート側の面となる繊維の径を 太くすることによりこれを実現できる。これにより、プレート側の空孔径が相対的に大き ぐ電解質側の空孔径が相対的に小さくなるので、ガス圧損低減及び集電効率向上 の両立を実現できる。
[0022] 繊維からなる網材を多孔体として採用する場合、網材は導電性を有する必要があ ることから、導電性の繊維を用いる。導電性の繊維としては、通常のチタン、 SUS、タ ンタル、ハステロィ等の耐食性及び導電性のある金属繊維の他、ニッケル、カーボン 等の繊維を採用することができる。
[0023] 導電性とともに親水性のある多孔体であることがより好ま 、。網材に親水性を付与 するためには、導電性及び親水性の繊維を用いたり、導電性の繊維と親水性の繊維 とを同時に用いたりすることができる。導電性及び親水性の繊維としては、親水処理 したニッケル、チタン、 sus、タンタル、カーボン等の導電性繊維を採用することがで きる。親水処理としては、表面のアルカリ処理、酸化処理等を採用することができる。 親水性の繊維としては、金属酸化物のゥイスカー、植物繊維等を採用することができ る。
[0024] 多孔体とプレートとの界面全体に亘つては、親水性を有する排水層が形成されてい ることが好ましい。排水層はなおかつ吸水性の機能を有することが好ましい。プレート 側に排水層を形成する場合には、多孔体と当接するプレートの当接面を親水処理す ることができる。親水処理としては、表面のアルカリ処理、酸化処理等を採用すること ができる。また、多孔体側に排水層を形成する場合には、プレートと接する全面に親 水性の排水層が形成されていることが好ましい。この場合、多孔体の厚さ方向に拡散 した液滴の水が排水層に集められ、集められた水が排水層を伝わって自重や酸ィ匕ガ ス等の圧力によって水の流れを形成し、好適に系外に排出される。排水層における 水の接触角は、 50° 未満であることが好ましぐ 30° 未満であることがより好ましい。 また、排水層の吸水率は 50%超であることが好ましぐ 100%超であることがより好ま しい。また、親水性の排水層はプレート及び多孔体の両方に形成されていることも可 能である。
[0025] 多孔体と触媒層との間には、相互に連通する多くの細孔を有しつつ導電性を有す る細孔層（MPL : Micro Porous Layer)を備えていることが好ましい。この細孔層は触 媒を有さない。細孔層を備える場合、触媒層から多孔体に電子が移動しやすぐか つ触媒層内の水が細孔層に移動し、触媒層での電気化学反応を阻害し難い。細孔 は、最小内径が 0. 01〜数/ z mであり、ピークが 2 m以下であることが好ましい。細 孔の厚みは 200 μ m以下であることが好ましい。
[0026] 細孔層は撥水性を有することが好ま 、。これにより細孔層内に移動した水が細孔 層から排出されやすぐ発電効率及び出力密度が向上する。このような細孔層は、力 一ボン粒子とポリテトラフルォロエチレン（以下、「PTFE」という。）粒子と力もなり得る 。 PTFEの混合量は 20〜60質量％であることが好ましい。撥水性は水の接触角が 1 20° 以上であることが好ましい。細孔層は、多孔体に 30 m以上食い込みながら、 食 、込み面の反対側は多孔体以上の平滑性を有することが好ま 、。
[0027] 細孔層は導電性のフィラーを含むこともできる。この場合、電子抵抗が小さくなつて 発電効率及び出力密度がより向上する。
[0028] 本発明の燃料電池用電極を用いて本発明の燃料電池のセルが構成され得る。本 発明のセルは、上記燃料電池用電極力 なる力ソード極と、該カソード極の一面側に 設けられた前記プレートと、該燃料電池用電極からなるアノード極と、該アノード極の 他面側に設けられた前記プレートと、該カソード極の他面側と該アノード極の一面側 との間に設けられ、前記触媒層と当接する前記電解質膜とを備えていることを特徴と する。
[0029] 本発明のセルによれば、集電性と酸ィ匕ガス及び/又は燃料の供給性とをともに向 上させることができる。
[0030] プレートは、多孔体側の全面に親水性を有する排水層が形成されていることが好ま しい。排水層はなおかつ吸水性の機能を有することが好ましい。この親水層は、プレ ート自体を親水処理して形成してもよいし、吸水性の機能を追加する場合には、導電 性ポリマーからなる層を形成してもよい。この場合、多孔体の排水層と同様、多孔体 の柱状部を伝わって厚さ方向に拡散した液滴の水が排水層に集められ、集められた 水は自重や酸ィ匕ガス等の圧力によって水の流れを形成し、好適に系外に排出される
[0031] 本発明のセルを用いて本発明の燃料電池のスタックが構成され得る。本発明のスタ ックは、上記セルを多数電気的に直列に接続してなることを特徴とする。
[0032] 本発明のスタックによれば、集電性と酸ィ匕ガス及び/又は燃料の供給性とをともに 向上させることができる。
[0033] また、本発明は以下のように特徴付けられることも可能である。
(1)電解質膜と、該電解質膜の一面に接合されて空気が供給される力ソード極と、該 電解質膜の他面に接合されて燃料が供給されるアノード極とを有する膜電極接合体 と、
該カソード極側に空気室を形成するとともに、該アノード極側に燃料室を形成する ように該膜電極接合体を挟持する対をなす導電性材料製のセパレータとを備えて ヽ る燃料電池のセルにぉ ヽて、
前記セパレータは、板状をなす導電性材料製のプレートと、該プレートの一面に設 けられ、導電性及び親水性を有し、かつ相互に連通する多くの空孔を有する多孔質 状に形成され、各該空孔に前記空気室又は前記燃料室を構成する第 1網材とを有し て 、ることを特徴とする燃料電池のセル。
[0034] (2)前記プレートの他面には、導電性及び親水性を有し、かつ相互に連通する多く の空孔を有する多孔質状に形成され、各該空孔に前記燃料室又は前記空気室を構 成する第 2網材が形成されている（1)記載の燃料電池のセル。 （2)のセルでは、カソ ード極側の空気室及びアノード極側の燃料室が上記のように構成されることとなるた め、集電性と酸ィ匕ガス及び燃料の供給性とをともに向上させることができる。力ソード 極側が第 1網材であり、アノード極側が第 2網材である場合、第 1網材における水の 接触角は 50° 未満であることが好ましぐ第 2網材における水の接触角は 40° 未満 であることが好ましい。
[0035] (3)前記第 1網材及び前記第 2網材の少なくとも一方は、導電性の繊維と親水性の 繊維とによって、三次元の網目状に形成され、該繊維間に前記空気室若しくは前記 燃料室又は該燃料室若しくは該空気室が形成されて!、る (2)記載の燃料電池のセ ル。
[0036] (4)前記第 1網材及び前記第 2網材の少なくとも一方には、前記プレート側に親水性 の排水層が形成されて!、る (2)又は（3)記載の燃料電池のセル。
[0037] (5)前記第 1網材及び前記第 2網材の少なくとも一方には、前記膜電極接合体側に 撥水性の細孔層が形成されて！、る（2)乃至 (4)の 、ずれか 1項記載の燃料電池のセ ル。この場合、膜電極接合体側カゝらプレート側に水が拡散し易くなる。細孔層におけ る水の接触角は 100° 超であることが好ましぐ 120° 超であることがより好ましい。
[0038] (6)前記膜電極接合体は、前記電解質膜側に位置する触媒層からなり、該触媒層と 前記第 1網材又は前記第 2網材とが接合されて 、る (1)乃至 (5)の 、ずれか 1項記載 の燃料電池のセル。この場合、セパレータの第 1網材ゃ第 2網材が従来の拡散層の 役割を担うことができる。これにより、膜電極接合体の構造が簡易になり、製造コスト の低廉ィ匕を実現することができる。
[0039] (7) (1)乃至（6)のいずれか 1項記載のセルを多数積層してなることを特徴とする燃 料電池のスタック。
[0040] (8)導電性及び親水性の繊維によって板状の網目状に形成され、一面側に親水性 の排水層が形成され、他面側に撥水性の細孔層が形成された第 1網材と、 導電性及び親水性の繊維によって板状の網目状に形成され、一面側に親水性の 排水層が形成され、他面側に撥水性の細孔層が形成された第 2網材と、
導電性材料製の板状に形成され、一面側に該第 1網材を収納する第 1凹部が凹設 され、他面側に該第 2網材を収納する第 2凹部及び膜電極接合体を収納する第 3凹 部が凹設されたプレートと、
電解質膜と、該電解質膜の一面に接合され、触媒層からなる力ソード電極と、該電 解質膜の他面に接合され、触媒層からなるアノード電極とからなる該膜電極接合体と を備え、
該プレートには、該第 1凹部の両端に連通する一対の酸ィ匕ガス通路と、該第 2凹部 の両端に連通する一対の燃料通路とが貫設され、
該第 1凹部の底面に該排水層が接触するように該第 1凹部に該第 1網材が収納さ れ、該第 2凹部の底面に該排水層が接触するように該第 2凹部に該第 2網材が収納 されて 、ることを特徴とする燃料電池のセル。
(9)導電性の繊維及び親水性の繊維によって板状の網目状に形成され、一面側に 親水性の排水層が形成され、他面側に撥水性の細孔層が形成された第 1網材と、 導電性及び親水性の繊維によって板状の網目状に形成され、一面側に親水性の 排水層が形成され、他面側に撥水性の細孔層が形成された第 2網材と、
導電性材料製の板状に形成され、一面側に該第 1網材を収納する第 1凹部が凹設 され、他面側に該第 2網材を収納する第 2凹部及び膜電極接合体を収納する第 3凹 部が凹設されたプレートと、
電解質膜と、該電解質膜の一面に接合され、触媒層からなる力ソード電極と、該電 解質膜の他面に接合され、触媒層からなるアノード電極とからなる該膜電極接合体と を備え、
該プレートには、該第 1凹部の両端に連通する一対の酸ィ匕ガス通路と、該第 2凹部 の両端に連通する一対の燃料通路とが貫設され、
該第 1凹部の底面に該排水層が接触するように該第 1凹部に該第 1網材が収納さ れ、該第 2凹部の底面に該排水層が接触するように該第 2凹部に該第 2網材が収納 されて 、ることを特徴とする燃料電池のセル。 [0042] (10)導電性及び親水性の繊維によって板状の網目状に形成され、一面側に親水性 の排水層が形成され、他面側に撥水性の細孔層が形成された第 1網材と、
導電性材料製の板状に形成され、一面側に該第 1網材を収納する第 1凹部が凹設 され、他面側には、膜電極接合体を収納する第 3凹部が凹設されているとともに、該 第 3凹部の底面にリブによって燃料流路が複数本の溝状に形成されたセパレータと、 電解質膜と、該電解質膜の一面に接合され、触媒層からなる力ソード電極と、電解 質膜の他面に接合され、触媒層及び拡散層からなるアノード電極とからなる膜電極 接合体ととを備え、
該セパレータには、該第 1凹部の両端に連通する一対の酸ィ匕ガス通路と、該燃料 流路に連通する一対の燃料通路とが貫設され、
該第 1凹部の底面に該排水層が接触するように該第 1凹部に該第 1網材が収納さ れて 、ることを特徴とする燃料電池のセル。
[0043] (11)導電性及び親水性の繊維によって板状の網目状に形成され、一面側に親水性 の排水層が形成され、他面側に撥水性の細孔層が形成された第 2網材と、
導電性材料製の板状に形成され、一面側には、膜電極接合体を収納する第 3凹部 が凹設されているとともに、該第 3凹部の底面にリブによって酸ィ匕ガス流路が複数本 の溝状に形成され、他面側には該第 2網材を収納する第 2凹部が凹設されたセパレ ータと、
電解質膜と、該電解質膜の一面に接合され、触媒層及び拡散層からなる力ソード 電極と、電解質膜の他面に接合され、触媒層からなるアノード電極とからなる膜電極 接合体ととを備え、
該セパレータには、該酸化ガス流路に連通する一対の酸化ガス通路と、該第 2凹部 の両端に連通する一対の燃料通路とが貫設され、
該第 2凹部の底面に該排水層が接触するように該第 2凹部に該第 2網材が収納さ れて 、ることを特徴とする燃料電池のセル。
[0044] (12)導電性及び親水性の繊維又は導電性の繊維及び親水性の繊維によって板状 の網目状に形成され、一面側に撥水性の細孔層が形成され、さらに一面側に触媒 層が形成された第 1網材と、 導電性及び親水性の繊維又は導電性の繊維及び親水性の繊維によって板状の網 目状に形成され、一面側に撥水性の細孔層が形成され、さらに一面側に触媒層が 形成された第 2網材と、
導電性材料製の板状に形成され、一面側に該第 1網材を収納する第 1凹部が凹設 され、他面側に該第 2網材を収納する第 2凹部及び電解質膜を収納する第 3凹部が 凹設されたプレートと、
該電解質膜とを備え、
該プレートには、該第 1凹部の両端に連通する一対の酸ィ匕ガス通路と、該第 2凹部 の両端に連通する一対の燃料通路とが貫設され、
該第 1凹部の底面に該触媒層の反対側が接触するように該第 1凹部に該第 1網材 が収納され、該第 2凹部の底面に該触媒層の反対側が接触するように該第 2凹部に 該第 2網材が収納されていることを特徴とする燃料電池のセル。
図面の簡単な説明
[図 1]実施例 1〜4のスタックに用 、る第 1、 2網材の断面図である。
[図 2]実施例 1のセパレータ等の断面図である。
圆 3]実施例 1の膜電極接合体の模式拡大一部断面図である。
[図 4]実施例 1のセルの断面図である。
[図 5]実施例 1のスタックの斜視図である。
[図 6]実施例 1の燃料電池システムの構成図である。
[図 7]実施例 2のセルの断面図である。
[図 8]実施例 3のセルの断面図である。
[図 9]実施例 4のセルの断面図である。
[図 10]実施例 5のスタックに用いる第 1、 2網材の断面図である。
[図 11]実施例 5のセパレータ等の断面図である。
[図 12]実施例 5のセルの断面図である。
[図 13]実施例 5の IV特性を示すグラフである。
[図 14]従来のセルの分解斜視図である。
圆 15]従来の膜電極接合体の模式拡大一部断面図である。 符号の説明
[0046] 23· "プレート
21、 51 · · ·多孔体 (第 1網材）
22、 52…多孔体 (第 2網材）
25、 54· · ·電解質膜
51cゝ 52c…触媒層
21a, 22a…排水層
21b、 22b, 51b、 52b…細孔層
26· · ·力ソード極
27…アノード、極
24· · ·膜電極接合体
20· · ·セパレータ
30、 70· "セル
31…スタック
発明を実施するための最良の形態
[0047] 以下、本発明を具体ィ匕した実施例 1〜5を図面を参照しつつ説明する。
実施例 1
[0048] 実施例 1の燃料電池のスタックは、図 1に示す板状の第 1、 2網材 21、 22を採用し ている。第 1、 2網材 21、 22は、チタン繊維からなる導電性及び親水性の繊維によつ て板状の網目状に形成されている。第 1、 2網材 21、 22は、後述のプレート 23側の 面となる繊維の径を太くすることにより、繊維の密度が後述の電解質膜 24側で高ぐ プレート 23側で低いように、厚さ方向で傾斜構造とされている。第 1、 2網材 21、 22 における水の接触角は、それぞれ 40° 、 30° である。
[0049] また、第 1、 2網材 21、 22の一面側には導電性ポリマー力もなる親水性かつ吸水性 の機能を有する排水層 21a、 22aが面全体にわたって形成され、第 1、 2網材 21、 22 の他面側にはカーボン粒子 ZPTFEZ導電性フイラ一力 なる撥水性の細孔層 21b 、 22bが面全体にわたって形成されている。排水層 21a、 22aにおける水の接触角は 30° 、吸水率は 200%である。また、細孔層 21b、 22bにおける水の接触角は 120 ° 超である。
[0050] また、このスタックは、図 2に示す板状をなす導電性材料製のプレート 23も採用して いる。プレート 23の一面には、第 1網材 21を収納する第 1凹部 23aが凹設されている 。また、プレート 23の他面には、第 2網材 22を収納する第 2凹部 23bと、膜電極接合 体（図 3参照） 24を収納する第 3凹部 23cとが凹設されている。
[0051] このプレート 23には、第 1凹部 23aの両端に連通する一対の酸化ガス通路 23d、 2 3eが貫設されている。また、このプレート 23には、第 2凹部 23bの両端に連通する図 示しない一対の燃料通路も貫設されている。酸ィ匕ガス通路 23d、 23eと燃料通路とは 貫設される位置が 90度ずれており、酸化ガスと燃料とは直交する形で供給されるよう になっている。
[0052] プレート 23の第 1凹部 23aに第 1網材 21が収納される。この際、第 1網材 21の排水 層 21aが第 1凹部 23aの底面と接触し、細孔層 21bが外側になるようにする。こうして 、第 1網材 21は繊維間の相互に連通する各空孔によってプレート 23との間で空気室 を構成する。
[0053] また、プレート 23の第 2凹部 23bに第 2網材 22が収納される。この際、第 2網材 22 の排水層 22aが第 2凹部 23bの底面と接触し、細孔層 22bが外側になるようにする。 こうして、第 2網材 22は繊維間の相互に連通する各空孔によってプレート 23との間で 燃料室を構成する。これにより 1枚のセパレータ 20が得られる。
[0054] 一方、このスタックに用いる膜電極接合体 24は、図 3に示すように、電解質膜 25と、 電解質膜 25の一面に接合された力ソード極 26と、電解質膜 25の他面に接合された アノード極 27と力もなる。力ソード極 26及びアノード極 27は、電解質膜 25側に位置 する触媒層カゝらなり、触媒層に隣接する従来のようなカーボン粒子やカーボン繊維、 カーボンぺーパ等で構成された拡散層を有さない。
[0055] 図 4に示すように、セパレータ 20におけるプレート 23の第 3凹部 23cには膜電極接 合体 24が収納され、セパレータ 20、膜電極接合体 24及びセパレータ 20によってセ ル 30が構成される。隣り合うセル 30はセパレータ 20を共通にしている。そして、図 5 に示すように、複数のセル 30が積層されて電気的に直列に接続され、スタック 31が 構成される。スタック 31では、全てのセル 30の酸化ガス通路 23d、 23eが連通してい るとともに、全てのセル 30の燃料通路が連通している。燃料通路は燃料供給口 31a 及び燃料排出口 31bに連通している。スタック 31の集電は燃料供給口 31a及び燃料 排出口 31bによって行われる。
[0056] スタック 31の燃料供給口 31aには、図 6に示すように、バルブ 32を介して水素タンク 33が接続される。また、スタック 31の酸ィ匕ガス通路 23d、 23eには、空気ファン 34に よって酸ィ匕ガスとしての空気が供給されるようになっている。そして、スタック 31の両 端の燃料供給口 31a及び燃料排出口 31bは自動車のモータ等の負荷 35に電気的 に接続され、スタック 31の下端はポンプ 36によって循環するようにラジェータ 37に接 続されている。こうして燃料電池システムが構成される。
[0057] 以上のように構成されたスタック 31においては、酸ィ匕ガス流路 23d、 23eに供給さ れる空気と、燃料流路に供給される水素との電気化学反応により、起電力を生じる。
[0058] この際、第 1、 2網材 21、 22の繊維間である空気室及び燃料室では、酸化ガス又は 燃料の伝達を可能としながら、繊維による表面張力によって繊維の表面上を伝わつ て生成水や残留水が厚さ方向に拡散し、繊維間で構成される空孔において生成水 や残留水が詰まり難い。このため、このスタック 31においては、空気及び水素の圧力 損失を生じ難く、優れた酸ィ匕ガス及び燃料の供給性を発揮できる。
[0059] また、この空気室及び燃料室では、繊維による表面張力によって生成水や残留水 が繊維の表面を伝わって厚さ方向に拡散するので、電極内部が乾き難い。また、多 孔体が有する繊維が触媒層と接触するため、安定した接触面積を確保できる。この ため、このスタック 31においては、優れた集電性も発揮できる。
[0060] 特に、このスタック 31では、第 1、 2網材 21、 22のプレート 23側の面全体に排水層 21a、 22aがー体的に形成されているため、第 1、 2網材 21、 22の厚さ方向に拡散し た液滴の水が排水層 21a、 22aに集められ、集められた水が排水層 21a、 22aを伝わ つて水の層を形成し、 自重や空気圧によって水の層に流れが生じ、好適に系外に排 出される。
[0061] このため、第 1、 2網材 21、 22の繊維の表面と排水層 21a、 22aとが水の層を形成 し、水の流れが生じる流路となる。また、繊維間の空孔は、水没することなくガスの通 る層を良好に形成し、ガスが流れる流路となる。このため、これら二つの流路を明確 に区別することが可能になる。このガスと水との層を電極内で区別し、ガスと水とを流 す概念を二層流と定義している。このガスには、酸化ガス及び燃料が含まれる。
[0062] また、第 1、 2網材 21、 22の膜電極接合体 24側に撥水性の細孔層 2 lb、 22bが形 成されているため、触媒層から余分な生成水を外部に排出させ易いとともに、排出さ せた生成水を繊維に受け渡すことができ、膜電極接合体 24側力もプレート 23側に水 が拡散し易い。
[0063] したがって、実施例 1のスタック 31によれば、集電性と空気及び水素の供給性とをと もに向上させることができる。このため、スタック 31は高い出力密度、発電効率を発揮 することができる。
[0064] また、このスタック 31にお!/、ては、膜電極接合体 24の力ソード極 26及びアノード極 27を触媒層だけで構成することができ、膜電極接合体 24の構造が簡易であり、従来 の拡散層が必要なくなることから、製造コストの低廉ィ匕を実現することもできる。なお、 このスタック 31にお ヽて、図 15に示す膜電極接合体 11を採用することも可能である
[0065] さらに、実施例 1のスタック 31によれば、第 1、 2網材 21、 22が酸ィ匕ガス等の伝達を 行うことから、酸ィ匕ガス流路等を形成するための凹凸のリブのあるセパレータを採用 する必要がなぐ板状のプレート 23を採用できるため、セル 30を薄くすることができ、 発電効率の向上、出力密度の向上、燃料電池の小型化及びコスト低下の効果がある 実施例 2
[0066] 実施例 2のスタックは、図 7に示すセル 40を採用している。このセル 40は、第 1網材 21が導電性の繊維 41と親水性の繊維 42とによって形成されている。他の構成は実 施例 1と同様である。
[0067] すなわち、このセル 40は、第 1網材 41、第 2網材 22、プレート 23及び膜電極接合 体 24を備えている。
[0068] 第 1網材 41は、導電性の繊維及び親水性の繊維によって板状の網目状に形成さ れ、一面側に親水性の排水層 21aが形成され、他面側に撥水性の細孔層 21bが形 成されている。 [0069] 第 2網材 22は、導電性及び親水性の繊維によって板状の網目状に形成され、一面 側に親水性の排水層 22aが形成され、他面側に撥水性の細孔層 22bが形成されて いる。
[0070] プレート 23は、導電性材料製の板状に形成され、一面側に第 1網材 41を収納する 第 1凹部が凹設され、他面側に第 2網材 22を収納する第 2凹部及び膜電極接合体 2 4を収納する第 3凹部が凹設されている。
[0071] プレート 23には、第 1凹部の両端に連通する一対の図示しない酸ィ匕ガス通路と、第 2凹部の両端に連通する一対の図示しない燃料流路とが貫設されている。第 1凹部 の底面に排水層 21aが接触するように第 1凹部に第 1網材 41が収納され、第 2凹部 の底面に排水層 22aが接触するように第 2凹部に第 2網材 22が収納されて 、る。
[0072] 膜電極接合体 24は、電解質膜 25と、この電解質膜 25の一面に接合され、触媒層 力もなる力ソード電極 26と、電解質膜 25の他面に接合され、触媒層からなるアノード 電極 27と力らなる。
[0073] このスタックにおいても、実施例 1と同様の作用効果を奏することができる。また、親 水性の繊維が細孔層 22bに入り、細孔層 22b内の水が親水性の繊維と接するので、 より生成水を伝達する能力が向上している。また、金属繊維をさらに親水化処理等す る必要がなくなる。
実施例 3
[0074] 実施例 3のスタックは、図 8に示すセル 43を採用している。このセル 43では、膜電 極接合体 24の力ソード極 26側に第 1網材 21を位置させ、膜電極接合体 24のァノー ド極 27側にはセパレータ 23sによって従来の溝状の燃料流路 12cを構成している。 また、アノード極 27には、カーボン繊維で作られた従来の拡散層 14b (図 15参照）を 形成している。他の構成は実施例 1と同様である。
[0075] すなわち、このセル 43は、第 1網材 21、セパレータ 23s及び膜電極接合体 24を備 えている。
[0076] 第 1網材 21は、導電性及び親水性の繊維によって板状の網目状に形成され、一面 側に親水性の排水層 21aが形成され、他面側に撥水性の細孔層 21bが形成されて いる。 [0077] セパレータ 23sは、導電性材料製の板状に形成され、一面側に第 1網材 21を収納 する第 1凹部が凹設されている。また、セパレータ 23sの他面側には、膜電極接合体 24を収納する第 3凹部が凹設され、第 3凹部の底面にはリブを設けて燃料流路 12c が複数本の溝状に形成されて 、る。
[0078] セパレータ 23sには、第 1凹部の両端に連通する一対の図示しない酸ィ匕ガス通路と 、燃料流路 12cに連通する一対の図示しない燃料通路とが貫設されている。第 1凹 部の底面に排水層 21aが接触するように第 1凹部に第 1網材 21が収納されている。
[0079] 膜電極接合体 24は、電解質膜 25と、この電解質膜 25の一面に接合され、触媒層 からなる力ソード電極 26と、電解質膜 25の他面に接合され、触媒層 14a及び拡散層 14bからなるアノード電極 27と力 なる。
[0080] このスタックにおいては、力ソード極 26側だけ二層流で流すことができる。
実施例 4
[0081] 実施例 4のスタックは、図 9に示すセル 44を採用している。このセル 44では、膜電 極接合体 24のアノード極 27側に第 2網材 22を位置させ、膜電極接合体 24のカソー ド極 26側にはプレート 23によって従来の溝状の酸ィ匕ガス流路 12bを構成している。 また、力ソード極 26には、カーボン繊維で作られた従来の拡散層 13b (図 15参照）を 形成している。他の構成は実施例 1と同様である。
[0082] すなわち、このセル 44は、第 2網材 22、セパレータ 23p及び膜電極接合体 24を備 えている。
[0083] 第 2網材 22は、導電性及び親水性の繊維によって板状の網目状に形成され、一面 側に親水性の排水層 22aが形成され、他面側に撥水性の細孔層 22bが形成されて いる。
[0084] セパレータ 23pは、導電性材料製の板状に形成され、一面側には膜電極接合体 2 4を収納する第 2凹部が凹設され、第 2凹部の底面にはリブを設けて酸ィ匕ガス流路 12 bが複数本の溝状に形成されている。また、セパレータ 23sの他面側には第 2網材 22 を収納する第 1凹部が凹設されている。
[0085] セパレータ 23pには、酸ィ匕ガス流路 12bに連通する一対の図示しない酸ィ匕ガス通 路と、第 2凹部の両端に連通する一対の図示しない燃料通路とが貫設されている。第 2凹部の底面に排水層 22aが接触するように第 2凹部に第 2網材 22が収納されてい る。
[0086] 膜電極接合体 24は、電解質膜 25と、この電解質膜 25の一面に接合され、触媒層 13a及び拡散層 13bからなる力ソード電極 26と、電解質膜 25の他面に接合され、触 媒層カもなるアノード電極 27とからなる。
[0087] このスタックにおいては、アノード極 27側だけ二層流で流すことができる。
実施例 5
[0088] 実施例 5の燃料電池のスタックは、図 10に示す板状の第 1、 2網材 51、 52を採用し ている。第 1、 2網材 51、 52の一面側には撥水性の細孔層 51b、 52bが形成され、さ らに一面側に触媒層 51c、 52cが形成されている。触媒層 51c、 52cは、カーボン粒 子に触媒が担持された触媒担持カーボンと、電解質の溶液とを有する。
[0089] また、このスタックは、図 11に示す板状をなす導電性材料製のプレート 53も採用し ている。プレート 53の一面には、第 1網材 51を収納する第 1凹部 53aが凹設されてい る。また、プレート 53の他面には、第 2網材 52を収納する第 2凹部 53bと、電解質膜 5 4 (図 12参照）を収納する第 3凹部 53cとが凹設されている。
[0090] プレート 53の第 1凹部 53aに第 1網材 51が収納される。この際、第 1網材 51の触媒 層 51cの反対側が第 1凹部 53aの底面と接触し、触媒層 51c及び細孔層 51bが外側 になるようにする。こうして、第 1網材 51は繊維間の相互に連通する各空孔によって プレート 53との間で空気室を構成する。
[0091] また、プレート 53の第 2凹部 53bに第 2網材 52が収納される。この際、第 2網材 52 の触媒層 52cの反対側が第 2凹部 53bの底面と接触し、触媒層 52c及び細孔層 52b が外側になるようにする。こうして、第 2網材 52は繊維間の相互に連通する各空孔に よってプレート 53との間で燃料室を構成する。これにより 1枚のセパレータ 60が得ら れる。
[0092] 図 12に示すように、セパレータ 60におけるプレート 53の第 3凹部 53cには電解質 膜 54が収納され、セパレータ 60、電解質膜 54及びセパレータ 60によってセル 70が 構成される。電解質膜 54はナフイオン等の固体高分子膜からなる。他の構成は実施 例 1と同様である。 [0093] すなわち、このセル 70は、第 1網材 51、第 2網材 52、プレート 53及び電解質膜 54 を備えている。
[0094] 第 1網材 51は、導電性及び親水性の繊維又は導電性の繊維及び親水性の繊維に よって板状の網目状に形成され、一面側に撥水性の細孔層 51bが形成され、さらに 一面側に触媒層 51cが形成されている。
[0095] 第 2網材 52は、導電性及び親水性の繊維又は導電性の繊維及び親水性の繊維に よって板状の網目状に形成され、一面側に撥水性の細孔層 52bが形成され、さらに 一面側に触媒層 52cが形成されている。
[0096] プレート 53は、導電性材料製の板状に形成され、一面側に第 1網材 51を収納する 第 1凹部 53aが凹設され、他面側に第 2網材 52を収納する第 2凹部 53b及び電解質 膜 54を収納する第 3凹部 53cが凹設されている。
[0097] プレート 53には、第 1凹部 53aの両端に連通する一対の酸ィ匕ガス通路 23dと、第 2 凹部 53bの両端に連通する一対の図示しない燃料通路とが貫設されている。第 1凹 部 53aの底面に触媒層 51cの反対側が接触するように第 1凹部 53aに第 1網材 51が 収納され、第 2凹部 53bの底面に触媒層 52cの反対側が接触するように第 2凹部 53 bに第 2網材 52が収納されている。
[0098] 以上のように構成されたスタックにおいては、第 1、 2網材 51、 52と触媒層 51c、 52 cとの間に撥水性の細孔層 51b、 52bを備えているため、触媒層 51c、 52cから第 1、 2網材 51、 52に電子が移動しやすぐかつ触媒層 51c、 52c内の水が細孔層 51b、 5 2bに移動し、触媒層 51c、 52cでの電気化学反応を阻害し難い。他の作用効果は実 施例 1と同様である。
[0099] 上記実施例 5のスタックと、図 14及び図 15に示すセルを用いた従来のスタックとを 用い、同一条件下で IV特性を比較した。結果を図 13に示す。図 13より、低電流側で は同等であるが、高電流領域になるに従い、電圧の失速がなぐより延びている。こ れは、従来よりも水の排出性が良好になり、ガスの分配力 Sきれいに行われているため である。従来は電極内で流路が混在したためにグラフのように失速する力 二層流を 形成するとこの失速がみられなし。よって、実施例 5のスタックは従来よりも優れた IV 特性を示すことがわかる。 [0100] 以上において、本発明を実施例 1〜5に即して説明したが、本発明は上記実施例 1 〜5に制限されるものではなぐその趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用でき ることはいうまでもない。
産業上の利用可能性
[0101] 本発明は、電気自動車等の移動用電源、屋外据え置き用電源、ポータブル電源等 の燃料電池システムに利用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 板状をなして一面側に導電性材料製のプレートが設けられ、相互に連通する多く の空孔を有しつつ導電性を有し、各該空孔によって該プレートとの間で空気室又は 燃料室を構成する多孔体と、
該多孔体の他面側に一体に形成され、電解質膜と当接する触媒層とを備えている ことを特徴とする燃料電池用電極。
[2] 前記多孔体は、三次元の網目状に形成された網材である請求項 1記載の燃料電 池用電極。
[3] 前記多孔体は、前記網材を構成する繊維の密度が前記電解質膜側で高ぐ前記 プレート側で低い請求項 2記載の燃料電池用電極。
[4] 前記多孔体には、前記プレートと接する全面に親水性の排水層が形成されている 請求項 1乃至 3のいずれか 1項記載の燃料電池用電極。
[5] 前記多孔体と前記触媒層との間には、相互に連通する多くの細孔を有しつつ導電 性を有する細孔層を備えている請求項 1乃至 4のいずれか 1項記載の燃料電池用電 極。
[6] 前記細孔層は撥水性を有する請求項 5記載の燃料電池用電極。
[7] 前記細孔層は導電性のフィラーを含む請求項 4又は 6記載の燃料電池用電極。
[8] 請求項 1乃至 7のいずれか 1項記載の燃料電池用電極力 なる力ソード極と、 該カソード極の一面側に設けられた前記プレートと、
該燃料電池用電極からなるアノード極と、
該アノード極の他面側に設けられた前記プレートと、
該カソード極の他面側と該アノード極の一面側との間に設けられ、前記触媒層と当 接する前記電解質膜とを備えていることを特徴とする燃料電池のセル。
[9] 前記プレートは、前記多孔体と接する全面に親水性の排水層が形成されている請 求項 8記載の燃料電池のセル。
[10] 請求項 8又は 9記載のセルを多数電気的に直列に接続されてなることを特徴とする 燃料電池のスタック。
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