WO2007099964A1 - 燃料電池装置 - Google Patents

燃料電池装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2007099964A1
WO2007099964A1 PCT/JP2007/053665 JP2007053665W WO2007099964A1 WO 2007099964 A1 WO2007099964 A1 WO 2007099964A1 JP 2007053665 W JP2007053665 W JP 2007053665W WO 2007099964 A1 WO2007099964 A1 WO 2007099964A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
electrode
flow path
fuel cell
gas flow
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/053665
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Toshihiko Nonobe
Noriyuki Takada
Original Assignee
Equos Research Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Equos Research Co., Ltd. filed Critical Equos Research Co., Ltd.
Priority to US12/224,435 priority Critical patent/US20090305109A1/en
Publication of WO2007099964A1 publication Critical patent/WO2007099964A1/ja

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8636—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells with a gradient in another property than porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell device.
  • fuel cells do not emit harmful substances with high power generation efficiency, they have been put into practical use as industrial and household power generation devices or as power sources for artificial satellites and spacecrafts. It is being developed as a power source for vehicles such as passenger cars, buses, trucks, passenger carts, and luggage carts.
  • the fuel cell is of an alkaline aqueous solution type (AFC), a phosphoric acid type (PAFC), a molten carbonate type (MCFC), a solid oxide type (SOFC), a direct type methanol (DMFC), or the like.
  • PAFC phosphoric acid type
  • MCFC molten carbonate type
  • SOFC solid oxide type
  • DMFC direct type methanol
  • PEMFC polymer electrolyte fuel cells
  • the solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes and joined together. Then, when one of the gas diffusion electrodes is used as a fuel electrode (anode electrode) and hydrogen gas as fuel is supplied to the surface, hydrogen is decomposed into hydrogen ions (protons) and electrons, and the hydrogen ions become solid high. Permeates through the molecular electrolyte membrane. Moreover, when the other of the gas diffusion electrodes is an oxygen electrode (force sword electrode) and air as an oxidant is supplied to the surface, oxygen in the air is combined with the hydrogen ions and electrons to generate water. Is done. An electromotive force is generated by such an electrochemical reaction!
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-209470
  • the conventional fuel cell device does not have means for discharging the water accumulated in the hydrogen gas flow path, the water accumulated in the hydrogen gas flow path is not included.
  • the amount of carbon dioxide increases, a part of the fuel electrode is covered with moisture, and an abnormal reaction may occur and the fuel electrode may deteriorate.
  • an object of the present invention is to provide a fuel cell device that can reliably prevent deterioration of the fuel electrode and deterioration of the performance of the fuel cell without causing an abnormal reaction.
  • a fuel cell in which an electrolyte layer is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen electrode is stacked with a separator in which a fuel gas flow path is formed along the fuel electrode.
  • a fuel cell device that has a cell module that circulates in a direction substantially perpendicular to the direction of gravity through the fuel gas flow path.
  • a portion corresponding to the water retention portion where moisture stays in the gas flow path is provided with a catalyst absent portion that does not contain a catalyst.
  • the water retention portion is a region that is generated at a lower portion in the fuel gas flow path and extends in a direction in which the fuel gas flows.
  • the catalyst absent portion further has water repellency.
  • the fuel cell in which the electrolyte layer is sandwiched between the fuel electrode and the oxygen electrode is stacked with the separator having the fuel gas flow path formed along the fuel electrode.
  • the separator having the fuel gas flow path formed along the fuel electrode.
  • the fuel gas flow path it has a cell module!
  • fuel gas A fuel cell device that circulates in a direction substantially perpendicular to the direction of gravity, wherein the fuel electrode does not include a catalyst in a portion corresponding to a water retention portion where moisture stays in the fuel gas flow path! / ⁇ Equipped with a catalyst absent part.
  • the water retention portion is a region that is generated in a lower portion in the fuel gas flow path and extends in a direction in which the fuel gas flows.
  • the catalyst absent portion is also formed below the fuel electrode, it can be easily formed by a method such as masking.
  • the catalyst absent portion further has water repellency.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a reaction electrode of a unit cell in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a fuel cell stack and an air supply fan of a fuel cell device mounted on a vehicle in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing a configuration of a fuel cell stack in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic top view showing the configuration of the fuel cell stack in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view showing the configuration of the cell module in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view showing the flow of hydrogen gas in the cell module in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a hydrogen gas flow path on the fuel electrode side of the separator in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a method of manufacturing a unit cell in the embodiment of the present invention. Explanation of symbols [0018] 11 Fuel cell stack
  • FIG. 2 is a diagram showing a fuel cell stack and an air supply fan of the fuel cell device mounted on the vehicle in the embodiment of the present invention.
  • 2A is a perspective view
  • FIG. 2B is a schematic side view.
  • reference numeral 11 denotes a fuel cell stack as a fuel cell (FC) device, which is used as a power source for vehicles such as passenger cars, buses, trucks, passenger carts and luggage carts.
  • FC fuel cell
  • the vehicle is equipped with a large number of auxiliary devices that consume electricity, such as lighting devices, radios, power windows, etc., which are used even when the vehicle is stopped. Since the output range is extremely wide, it is desirable to use a fuel cell stack 11 as a power source in combination with a secondary battery or capacitor as a power storage means (not shown).
  • the fuel cell stack 11 may be of an alkaline aqueous solution type, a phosphoric acid type, a molten carbonate type, a solid oxide type, a direct type methanol or the like, but is a solid polymer type fuel cell. It is desirable.
  • the PEM type fuel cell is a stack in which a plurality of cells (cells) in which a catalyst, an electrode, and a separator are combined are connected in series on both sides of an electrolyte layer that transmits ions such as protons. ).
  • the fuel cell stack 11 includes a plurality of cell modules described later.
  • the cell module 21 is a unit cell (MEA: Membrane Electrode Assembly) as a fuel cell and electrically connects the unit cells to each other, and flows hydrogen gas as an anode gas introduced into the unit cell.
  • a set of a separator 22 (to be described later) that separates the passage and the air flow path as the cathode gas is used as a set, and a plurality of sets are stacked in the thickness direction.
  • the unit cells and the separators 22 are stacked in multiple stages so that the unit cells are arranged with a predetermined gap.
  • the cell modules 21 are connected to each other so that they can conduct electricity and the fuel gas flow paths, that is, hydrogen gas flow paths are continuous.
  • the unit cell includes a solid polymer electrolyte membrane 31 as an electrolyte layer and reaction electrodes 34 provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 31 as described later.
  • One of the reaction electrodes 34 functions as an oxygen electrode, that is, an air electrode, and the other functions as a fuel electrode, but the air electrode and the fuel electrode have substantially the same configuration.
  • the reaction electrode 34 is formed on the electrode diffusion layer 33 and an electrode diffusion layer 33 made of a conductive material that transmits hydrogen gas or air, that is, while diffusing the reaction gas, as will be described later.
  • the catalyst layer 32 includes a catalyst material supported in contact with the solid polymer electrolyte membrane 31.
  • the air current is collected on the air diffusion side 33 of the unit cell in contact with the electrode diffusion layer 33, and the air current side as a net-like current collector is formed with a large number of openings through which a mixed flow of air and water is transmitted. It has a collector and a fuel electrode side collector as a net-like current collector for contacting the electrode diffusion layer 33 on the fuel electrode side of the unit cell and leading out current to the outside.
  • the reverse diffusion water means that water generated in an oxygen chamber serving as an air flow path diffuses into the solid polymer electrolyte membrane 31, and the solid polymer electrolyte membrane 31 It permeates in the opposite direction to the hydrogen ions and penetrates into the fuel chamber.
  • an apparatus for supplying air as an oxidant to the fuel cell stack 11 is shown.
  • the air passes through an air filter (not shown) and is sucked into an air supply fan 13 as an oxidant supply source, and from the air supply fan 13 through an air supply line 14 and an intake manifold 12.
  • the fuel cell stack 11 is supplied to the oxygen chamber, that is, the air flow path.
  • the pressure of the supplied air is a normal pressure of about atmospheric pressure.
  • the air supply fan 13 may be of any type as long as it can suck and discharge air.
  • the air filter may be of any type as long as it can remove dust, impurities, etc. contained in the air. Note that oxygen can be used as the oxidizing agent instead of air.
  • the air discharged from the air flow path is discharged into the atmosphere through an exhaust manifold (not shown). In the example shown in the figure, air flows through the fuel cell stack 11 from the top to the bottom in FIG. 2 (b).
  • water is sprayed and supplied to the air supplied to the air flow path to the air supply pipe 14, and the air electrode as the oxygen electrode of the fuel cell stack 11 is maintained in a wet state.
  • a water supply nozzle for this purpose can also be provided.
  • a condenser for condensing and removing moisture in the air discharged from the fuel cell stack 11 can be disposed at the end of the exhaust manifold. In this case, it is desirable that the water condensed by the condenser is collected in a water tank (not shown). Then, by supplying the water in the water tank to the water supply nozzle, the water can be circulated and reused without being wasted.
  • hydrogen gas as fuel gas is supplied from a fuel storage means (not shown) such as a container storing a hydrogen storage alloy, a container storing a hydrogen storage liquid such as decalin, a hydrogen gas cylinder, etc. It is supplied to the inlet of the fuel gas flow path of the fuel cell stack 11 through the pipe line. Then, the hydrogen gas discharged as an unreacted component at the outlet force of the fuel gas flow path of the fuel cell stack 11 is discharged out of the fuel cell stack 11 through a fuel discharge pipe (not shown). It is desirable that a water recovery drain tank for separating and recovering water contained in the discharged hydrogen gas is provided in the fuel discharge pipe. This Thus, the hydrogen gas that has been separated from the water and discharged from the water recovery drain tank can be recovered and supplied to the fuel gas flow path of the fuel cell stack 11 for reuse.
  • a fuel storage means such as a container storing a hydrogen storage alloy, a container storing a hydrogen storage liquid such as decalin, a hydrogen gas cylinder, etc. It is supplied to the inlet
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing the configuration of the fuel cell stack according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic top view showing the configuration of the fuel cell stack according to the embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 6 is a schematic perspective view showing the flow of hydrogen gas in the cell module according to the embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 (a) shows a normal cell module
  • Fig. 5 (b) shows a cell module with separators separated
  • Fig. 6 (a) shows the hydrogen gas in the odd-numbered cell modules.
  • Fig. 6 (b) shows the flow of hydrogen gas in the even-numbered cell modules.
  • the fuel cell stack 11 as a whole has a flattened rectangular parallelepiped shape, and the air flow in the fuel cell stack 11 is in the direction of gravity as indicated by an arrow A in FIG. In other words, it is linear from top to bottom.
  • the flow of hydrogen gas is in a serpentine shape that folds for each cell module 21 in the direction of gravity, that is, in a horizontal plane substantially orthogonal to the direction of the arrow A. That is, it is meandering.
  • 15a is an end plate disposed on the hydrogen gas inlet side (lower side in FIG. 4)
  • 15b is an end plate disposed on the outlet side (upper side in FIG. 4). .
  • the end plate 15a and the end plate 15b are connected to each other in a state where a force for fastening the cell module 21 is applied by a fastening shaft (not shown).
  • Each cell module 21 has a rectangular parallelepiped shape as a whole as shown in FIG. 5 (a), and includes 11 separators 22 as described above.
  • the separator 22 includes a frame-shaped frame portion 23 that surrounds a rectangular opening, and the vicinity of both ends in the longitudinal direction. It has a long hole 23a formed in.
  • the separators 22 are stacked so that they are in close contact with each other and the long holes 23a are aligned with each other, so that the long holes 23a are aligned in the stacking direction of the separators 22.
  • a penetrating hydrogen gas flow path is formed.
  • FIG. 5 (b) shows the cell module 21 in a state where the separators 22 are spaced apart from each other, that is, in a disassembled state, for the sake of explanation.
  • the flow of hydrogen gas in the odd-numbered cell modules 21 counted from the top in FIG. 4 is as shown by an arrow C in FIG. 6 (a).
  • the two passages formed by the long holes 23a aligned on the left and right sides and the 10 hydrogen gas flows formed so as to connect the left and right long holes 23a to the fuel electrode side of the separator 22 are connected. It can be seen that hydrogen gas flows through the road.
  • the flow of hydrogen gas in the even-numbered cell modules 21 including the upper force is as indicated by an arrow D in FIG. 6 (b).
  • the two passages formed by the long holes 23a aligned on the left and right sides are connected to the left and right long holes 23a on the fuel electrode side of the separator 22. It can be seen that hydrogen gas flows through the 10 hydrogen gas flow paths formed in the.
  • FIG. 7 is a diagram showing a hydrogen gas channel on the fuel electrode side of the separator in the embodiment of the present invention.
  • the separator 22 includes a rectangular plate-like main body portion 25 disposed in the opening of the frame portion 23 and supported by the frame portion 23, and the main body portion 25.
  • a plate-shaped outer peripheral reinforcing plate 24 having a rectangular opening attached to the periphery thereof is provided.
  • the hydrogen gas circulates in a direction substantially orthogonal to the direction of gravity, as indicated by an arrow E.
  • the main body 25 functions as a current collector as well as a function of separating the hydrogen gas flow path and the air flow path and shutting off the hydrogen gas supplied to the fuel electrode and the air supplied to the oxygen electrode.
  • It is a plate-like member made of a material having low electrical resistance such as carbon or metal.
  • the illustration of the fuel electrode side collector and the air electrode side collector is omitted.
  • the outer peripheral reinforcing plate 24 also functions as a sealing member for preventing hydrogen gas leakage. When other members can prevent hydrogen gas leakage, It can be omitted.
  • the water retention part 26 is a band-like region extending in a direction parallel to the hydrogen gas flow direction.
  • the fuel electrode is locally or entirely covered with moisture, so that the area of the fuel electrode where an electrochemical reaction occurs due to contact with hydrogen gas is reduced.
  • the flow of hydrogen gas is hindered by moisture, and the hydrogen gas remains in the hydrogen gas flow path, and the hydrogen gas and air remaining at the start and stop of the fuel cell stack 11 are mixed to cause a potential shift. An abnormal reaction like this occurs and the fuel electrode deteriorates.
  • the catalyst layer 32 is not formed in the portion of the fuel electrode corresponding to the water retention portion 26, thereby reliably preventing the occurrence of an abnormal reaction and the deterioration of the fuel electrode. Rub so that you can.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a reaction electrode of a unit cell in an embodiment of the present invention.
  • 1 (a) is an exploded view showing the entire unit cell
  • FIG. 1 (b) is a view showing only one reaction electrode.
  • the unit cell includes a solid polymer electrolyte membrane 31, and a catalyst layer 32 and an electrode each forming a reaction electrode 34 on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 31. It consists of a diffusion layer 33.
  • the solid polymer electrolyte membrane 31 is, for example, Nafion (R) t, sold under the trade name, force V made of a perfluorosulfonic acid polymer, and material strength. May be.
  • the catalyst layer 32 is formed of, for example, a material in which fine particles such as platinum and ruthenium are supported as a catalytic material on the surface of carbon fine particles. Any material force may be used.
  • the electrode diffusion layer 33 may be made of any material force, for example, a force based on a cloth (cloth), a peno (paper) or the like. Then, the solid polymer electrolyte membrane 31, the catalyst layer 32, and the electrode diffusion layer 33 are stacked in the order shown in FIG. A cell can be obtained.
  • the reaction electrode 34 formed by laminating the catalyst layer 32 and the electrode diffusion layer 33 includes a catalyst existence part 34a and the catalyst existence part 34a as shown in Fig. 1 (b).
  • the catalyst layer 32 is not formed and has a catalyst absent portion 34b as a portion not containing the catalyst.
  • the catalyst absent portion 34b is a portion corresponding to the water retention portion 26 described above, and is a belt-like region extending in the lateral direction, that is, in a direction parallel to the hydrogen gas flow direction.
  • the catalyst absent portion 34b does not contribute to the electrochemical reaction because the catalyst layer 32 is not present.
  • the force electrode diffusion layer 33 is opposite to the solid polymer electrolyte membrane 31 (the back side in FIG. 1 (b)). Since it has a function of forming a hydrogen gas flow path or an air flow path between the separator 22 and the separator 22 having a function as a current collector, it cannot be omitted. , That is.
  • the base material of the electrode diffusion layer 33 corresponding to the catalyst absent portion 34b absorbs moisture. Suck it up. Therefore, in order to prevent the water retained in the water retaining part 26 from rising, it is desirable to impart water repellency to the electrode diffusion layer 33 in the part corresponding to the catalyst absent part 34b.
  • FIG. 8 is a diagram showing a method for manufacturing a unit cell in the embodiment of the present invention.
  • an electrode diffusion layer 33 including a normal portion 33a and a water repellent portion 33b is formed.
  • the normal portion 33a is a portion corresponding to the catalyst present portion 34a
  • the water repellent portion 33b is a portion corresponding to the catalyst absent portion 34b, and is provided with water repellency.
  • the water repellent portion 33b can be formed by, for example, a base material having water repellency or by attaching a substance having water repellency such as polytetrafic mouthpiece ethylene (PTFE). It may be formed by.
  • PTFE polytetrafic mouthpiece ethylene
  • the water repellent portion 33b is masked.
  • a material for covering the member 35 and forming the catalyst layer 32 is applied on the normal portion 33a. That is, the catalyst layer 32 can be formed by masking.
  • the reaction electrode 34 having the catalyst present portion 34a and the strip-shaped catalyst absent portion 34b is formed.
  • the solid polymer electrolyte membrane 31 and the reaction electrode 34 are arranged such that both sides of one solid polymer electrolyte membrane 31 are sandwiched between two reaction electrodes 34. Are stacked and adhered to each other and integrated by thermocompression bonding.
  • each reaction electrode 34 is stacked such that the surface on which the catalyst layer 32 is formed is oriented so as to face the solid polymer electrolyte membrane 31. Thereby, a unit cell is manufactured.
  • the portion of the reaction electrode 34 corresponding to the water retention portion 26 of the fuel gas flow path is defined as the catalyst absent portion 34b where the catalyst layer 32 is not formed. It ’s like that. Abnormal reaction does not occur in the portion of the reaction electrode 34 corresponding to the water retention portion 26, and the deterioration of the fuel electrode can be reliably prevented.
  • the portion of the electrode diffusion layer 33 corresponding to the catalyst absent portion 34b is configured to be a water repellent portion 33b to which water repellency is imparted. Therefore, it is possible to prevent the water retained in the water retaining part 26 from rising without causing the part of the electrode diffusion layer 33 corresponding to the catalyst absent part 34b to suck up the water.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified based on the gist of the present invention, and does not exclude the scope of the present invention.
  • the present invention can be applied to a fuel cell device.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

　燃料ガス流路内における水分が滞留する部分に対応する燃料極の部分は触媒を含まないようにして、異常反応が発生することなく、燃料極の劣化及び燃料電池の性能低下を確実に防止することができるようにする。そのため、電解質層を燃料極と酸素極とで挟持した燃料電池が、前記燃料極に沿って燃料ガス流路が形成されたセパレータを挟んで積層されているセルモジュールを有し、前記燃料ガス流路内において燃料ガスが重力方向に対してほぼ直交する方向に流通する燃料電池装置であって、前記燃料極は、前記燃料ガス流路内において水分が滞留する水滞留部に対応する部分に、触媒を含まない触媒不在部を備える。

Description

明 細 書
燃料電池装置
技術分野
[0001] 本発明は、燃料電池装置に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、燃料電池は発電効率が高ぐ有害物質を排出しないので、産業用、家庭用 の発電装置として、又は、人工衛星や宇宙船などの動力源として実用化されてきた 力 近年は、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両用の動力源 として開発が進んでいる。そして、前記燃料電池は、アルカリ水溶液型 (AFC)、リン 酸型 (PAFC)、溶融炭酸塩型 (MCFC)、固体酸化物型（SOFC)、直接型メタノー ル (DMFC)等のものであってもよ 、が、固体高分子型燃料電池（PEMFC)が一般 的である。
[0003] この場合、固体高分子電解質膜を 2枚のガス拡散電極で挟み、一体化させて接合 する。そして、該ガス拡散電極の一方を燃料極 (アノード極)とし、その表面に燃料と しての水素ガスを供給すると、水素が水素イオン (プロトン）と電子とに分解され、水素 イオンが固体高分子電解質膜を透過する。また、前記ガス拡散電極の他方を酸素極 (力ソード極）とし、その表面に酸化剤としての空気を供給すると、空気中の酸素と、 前記水素イオン及び電子とが結合して、水が生成される。このような電気化学反応に よって起電力が生じるようになって!/、る。
[0004] そして、固体高分子型燃料電池においては、固体高分子電解質膜の両側を湿潤 な状態に維持する必要があるので、燃料極側及び酸素極側のそれぞれに水を供給 するようになつている。この場合、水分は、燃料極側カゝら酸素極側に向けてプロトン同 伴水として移動し、酸素極側から燃料極側に向けて逆拡散水として移動する。
[0005] ところで、逆拡散水の量が多くなると、燃料極側において局所的に水素ガス流路が 水分によって塞（ふさ）がれてしまい、燃料電池の性能が低下したり、燃料極が劣化し たりしてしまうことが知られている。そこで、網目が形成された導電体をセパレータと燃 料極との間の水素ガス流路内に配設して、水分が適切に拡散されるようにする技術 が提案されている (例えば、特許文献 1参照。 ) o
特許文献 1：特開 2005— 209470号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、前記従来の燃料電池装置においては、水素ガス流路内に溜 (た)ま つた水分を排出する手段を有していないので、水素ガス流路内に溜まった水分の量 が増加すると、燃料極の一部が水分によって覆われてしまい、異常反応が発生して 燃料極が劣化してしまうことがあった。
[0007] 本発明は、前記従来の燃料電池装置の問題点を解決して、燃料ガス流路内にお ける水分が滞留する部分に対応する燃料極の部分は触媒を含まな!/ヽようにして、異 常反応が発生することなぐ燃料極の劣化及び燃料電池の性能低下を確実に防止 することができる燃料電池装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] そのために、本発明の燃料電池装置においては、電解質層を燃料極と酸素極とで 挟持した燃料電池が、前記燃料極に沿って燃料ガス流路が形成されたセパレータを 挟んで積層されて ヽるセルモジュールを有し、前記燃料ガス流路内にぉ ヽて燃料ガ スが重力方向に対してほぼ直交する方向に流通する燃料電池装置であって、前記 燃料極は、前記燃料ガス流路内において水分が滞留する水滞留部に対応する部分 に、触媒を含まない触媒不在部を備える。
[0009] 本発明の他の燃料電池装置においては、さらに、前記水滞留部は、前記燃料ガス 流路内の下部に発生し、前記燃料ガスの流通する方向に延在する領域である。
[0010] 本発明の更に他の燃料電池装置においては、さらに、前記触媒不在部は撥（はつ) 水性を備える。
発明の効果
[0011] 本発明によれば、燃料電池装置においては、電解質層を燃料極と酸素極とで挟持 した燃料電池が、前記燃料極に沿って燃料ガス流路が形成されたセパレータを挟ん で積層されて 、るセルモジュールを有し、前記燃料ガス流路内にお！、て燃料ガスが 重力方向に対してほぼ直交する方向に流通する燃料電池装置であって、前記燃料 極は、前記燃料ガス流路内において水分が滞留する水滞留部に対応する部分に、 触媒を含まな!/ヽ触媒不在部を備える。
[0012] この場合、燃料極の水滞留部に対応する部分において異常反応が発生することが な 、ので、燃料極の劣化及び燃料電池の性能低下を確実に防止することができる。
[0013] 他の燃料電池装置においては、さらに、前記水滞留部は、前記燃料ガス流路内の 下部に発生し、前記燃料ガスの流通する方向に延在する領域である。
[0014] この場合、触媒不在部も燃料極の下部に形成するので、例えば、マスキング等の方 法によって、容易に形成することができる。
[0015] 更に他の燃料電池装置においては、さらに、前記触媒不在部は撥水性を備える。
[0016] この場合、触媒不在部が水分を吸い上げてしまうことがなぐ水滞留部に滞留した 水分が上昇することを防止することができる。
図面の簡単な説明
[0017] [図 1]本発明の実施の形態における単位セルの反応電極を示す斜視図である。
[図 2]本発明の実施の形態における車両に搭載された燃料電池装置の燃料電池スタ ック及び空気供給ファンを示す図である。
[図 3]本発明の実施の形態における燃料電池スタックの構成を示す模式斜視図であ る。
[図 4]本発明の実施の形態における燃料電池スタックの構成を示す模式上面図であ る。
[図 5]本発明の実施の形態におけるセルモジュールの構成を示す模式斜視図である
[図 6]本発明の実施の形態におけるセルモジュール内の水素ガスの流れを示す模式 斜視図である。
[図 7]本発明の実施の形態におけるセパレータの燃料極側の水素ガス流路を示す図 である。
[図 8]本発明の実施の形態における単位セルを製造する方法を示す図である。 符号の説明 [0018] 11 燃料電池スタック
21 セノレモジユーノレ
22 セパレータ
26 水滞留部
31 固体高分子電解質膜
34b 触媒不在部
発明を実施するための最良の形態
[0019] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
[0020] 図 2は本発明の実施の形態における車両に搭載された燃料電池装置の燃料電池 スタック及び空気供給ファンを示す図である。なお、図 2 (a)は斜視図であり、図 2 (b) は模式側面図である。
[0021] 図において、 11は燃料電池 (FC)装置としての燃料電池スタックであり、乗用車、 バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両用の動力源として使用される。ここ で、前記車両は、照明装置、ラジオ、パワーウィンドウ等の車両の停車中にも使用さ れる電気を消費する補機類を多数備えており、また、走行パターンが多様であり動力 源に要求される出力範囲が極めて広いので、動力源としての燃料電池スタック 11と 図示されない蓄電手段としての二次電池やキャパシタを併用して使用することが望ま しい。
[0022] そして、燃料電池スタック 11は、アルカリ水溶液型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体 酸化物型、直接型メタノール等のものであってもよいが、固体高分子型燃料電池で あることが望ましい。
[0023] なお、更に望ましくは、水素ガスを燃料ガス、すなわち、アノードガスとし、酸素又は 空気を酸化剤、すなわち、力ソードガスとする PEMFC (Proton Exchange Mem brane Fuel Cell)型燃料電池、又は、 PEM (Proton Exchange Membrane) 型燃料電池と呼ばれるものである。ここで、該 PEM型燃料電池は、一般的に、プロト ン等のイオンを透過する電解質層の両側に触媒、電極及びセパレータを結合したセ ル (Cell)を複数及び直列に結合したスタック（Stack)から成る。
[0024] 本実施の形態において、燃料電池スタック 11は、後述される複数のセルモジユー ル 21を有する。該セルモジュール 21は、燃料電池としての単位セル（MEA : Memb rane Electrode Assembly)と、該単位セル同士を電気的に接続するとともに、単 位セルに導入される、アノードガスとしての水素ガスの流路とカソードガスとしての空 気の流路とを分離する後述されるセパレータ 22とを 1セットとして、板厚方向に複数 のセットを重ねて構成されている。なお、セルモジュール 21は、単位セル同士が所定 の間隙（げき）を隔てて配置されるように、単位セルとセパレータ 22とが、多段に重ね られて積層されている。この場合、セルモジュール 21は、導電可能に、かつ、燃料ガ ス流路、すなわち、水素ガス流路が連続するように相互に接続されている。
[0025] そして、単位セルは、後述されるように、電解質層としての固体高分子電解質膜 31 及び該固体高分子電解質膜 31の両側に設けられた反応電極 34から成る。なお、該 反応電極 34の一方は酸素極、すなわち、空気極として機能し、他方は燃料極として 機能するが、前記空気極及び燃料極は実質的に同一の構成を有する。そして、前記 反応電極 34は、後述されるように、水素ガス又は空気、すなわち、反応ガスを拡散し ながら透過する導電性材料から成る電極拡散層 33と、該電極拡散層 33上に形成さ れ、固体高分子電解質膜 31と接触させて支持される触媒物質を含む触媒層 32とか ら成る。また、単位セルの空気極側の電極拡散層 33に接触して集電するとともに、空 気と水との混合流を透過する多数の開口が形成された網状の集電体としての空気極 側コレクタと、単位セルの燃料極側の電極拡散層 33に接触して同じく電流を外部に 導出するための網状の集電体としての燃料極側コレクタとを有する。
[0026] 前記単位セルにおいては、水が移動する。この場合、セパレータ 22の燃料極側に 形成された燃料室内に燃料ガス、すなわち、アノードガスとしての水素ガスを供給す ると、水素が水素イオンと電子とに分解され、水素イオンがプロトン同伴水を伴って、 固体高分子電解質膜 31を透過する。また、前記空気極を力ソード極とし、セパレータ 22の空気極側に形成された空気流路としての酸素室内に酸化剤、すなわち、カソー ドガスとしての空気を供給すると、空気中の酸素と、前記水素イオン及び電子とが結 合して、水が生成される。なお、水分が逆拡散水として固体高分子電解質膜 31を透 過し、燃料室内に移動する。ここで、逆拡散水とは、空気流路としての酸素室におい て生成される水が固体高分子電解質膜 31内に拡散し、該固体高分子電解質膜 31 内を前記水素イオンと逆方向に透過して燃料室にまで浸透したものである。
[0027] 図には、燃料電池スタック 11に酸化剤としての空気を供給する装置が示されている 。この場合、空気は、図示されないエアフィルタを通って、酸化剤供給源としての空 気供給ファン 13に吸引され、該空気供給ファン 13から、空気供給管路 14及び吸気 マ-ホールド 12を通って、燃料電池スタック 11の酸素室、すなわち、空気流路に供 給される。この場合、供給される空気の圧力は大気圧程度の常圧である。なお、前記 空気供給ファン 13は、空気を吸引して吐出することができるものであれば、いかなる 種類のものであってもよい。また、前記エアフィルタは、空気に含まれる塵埃 (じんあ い）、不純物等を除去することができるものであれば、いかなる種類のものであっても よい。なお、酸化剤として、空気に代えて酸素を使用することもできる。そして、空気 流路から排出される空気は、図示されない排気マ-ホールドを通って大気中へ排出 される。図に示される例において、空気は燃料電池スタック 11内を図 2 (b)における 上から下へ流通する。
[0028] また、前記空気供給管路 14には、空気流路に供給される空気中に水をスプレーし て供給し、燃料電池スタック 11の酸素極としての空気極を湿潤な状態に維持するた めの水供給ノズルを配設することもできる。さらに、前記排気マ-ホールドの端部に、 前記燃料電池スタック 11から排出される空気中の水分を凝縮して除去するためのの 凝縮器を配設することもできる。この場合、該凝縮器によって凝縮された水は図示さ れない水タンクに回収されることが望ましい。そして、該水タンク内の水を前記水供給 ノズルに供給することによって水を無駄に廃棄することなぐ循環させて再利用するこ とがでさる。
[0029] 一方、燃料ガスとしての水素ガスは、水素吸蔵合金を収納した容器、デカリンのよう な水素吸蔵液体を収納した容器、水素ガスボンベ等カゝら成る図示されな ヽ燃料貯蔵 手段から燃料供給管路を通って、燃料電池スタック 11の燃料ガス流路の入口に供給 される。そして、燃料電池スタック 11の燃料ガス流路の出口力 未反応成分として排 出される水素ガスは、図示されない燃料排出管路を通って燃料電池スタック 11外に 排出される。なお、前記燃料排出管路には、排出された水素ガスの含まれる水分を 分離して回収するための水回収ドレインタンクが配設されて 、ることが望ま U、。これ により、水分が分離されて水回収ドレインタンク力 排出された水素ガスを回収し、燃 料電池スタック 11の燃料ガス流路に供給して再利用することができる。
[0030] 次に、前記燃料電池スタック 11の構成を詳細に説明する。
[0031] 図 3は本発明の実施の形態における燃料電池スタックの構成を示す模式斜視図、 図 4は本発明の実施の形態における燃料電池スタックの構成を示す模式上面図、図 5は本発明の実施の形態におけるセルモジュールの構成を示す模式斜視図、図 6は 本発明の実施の形態におけるセルモジュール内の水素ガスの流れを示す模式斜視 図である。なお、図 5 (a)は通常のセルモジュールを示す図、図 5 (b)はセパレータを 分離させたセルモジュールを示す図、図 6 (a)は奇数番目のセルモジュール内の水 素ガスの流れを示す図、図 6 (b)は偶数番目のセルモジュール内の水素ガスの流れ を示す図である。
[0032] ここでは、単位セル及びセパレータ 22のセットを 10個積層して、さらに、単位セル の両側には必ずセパレータ 22が配設されるようセパレータ 22をもう一枚積層して 1つ のセルモジュール 21を形成し、該セルモジュール 21を 10個積層して 1つの燃料電 池スタック 11を形成したものを例に採って説明する。
[0033] この場合、燃料電池スタック 11は、全体として扁 (へん）平な直方体状の形状を有し 、内部における空気の流れは、図 3において矢印 Aで示されるように、重力方向、す なわち、上から下に直線状になっている。また、水素ガスの流れは、図 3及び 4におい て矢印 Bで示されるように、重力方向、すなわち、前記矢印 Aの方向とほぼ直交する 水平面内において、セルモジュール 21毎に折り返すサーペンタイン状に、すなわち 、蛇行状になっている。なお、図 4において、 15aは水素ガスの入口側（図 4における 下側）に配設されたエンドプレートであり、 15bは出口側（図 4における上側）に配設さ れたエンドプレートである。そして、前記エンドプレート 15a及びエンドプレート 15bは 、図示されない締め付け用シャフトによって、セルモジュール 21を締め付ける力が付 与された状態で、相互に接続されている。
[0034] また、各セルモジュール 21は、図 5 (a)に示されるように、全体として直方体状の形 状を有し、前述のように、 11枚のセパレータ 22を備える。なお、該セパレータ 22は、 長方形状の開口の周囲を取り囲む枠状のフレーム部 23、及び、長手方向両端近傍 に形成された長孔（あな） 23aを有する。各セパレータ 22は、図 5 (a)に示されるように 、相互に密着し、かつ、長孔 23a同士が相互に整列するように積層され、これにより、 長孔 23aはセパレータ 22の積層方向に貫通する水素ガス流路を形成する。なお、図 5 (b)は、説明のために、セパレータ 22同士の間隔を開けた状態、すなわち、分解し た状態のセルモジュール 21を示して!/、る。
[0035] ここで、図 4において上から数えて奇数番目のセルモジュール 21内における水素 ガスの流れは、図 6 (a)における矢印 Cで示されるようになつている。この場合、左右 両側において整列する長孔 23aによって形成された 2本の通路と、セパレータ 22の 燃料極側にぉ 、て左右の長孔 23aを接続するように形成された 10本の水素ガス流 路とを水素ガスが流れることが分かる。また、図 4において上力も数えて偶数番目の セルモジュール 21内における水素ガスの流れは、図 6 (b)における矢印 Dで示される ようになつている。この場合、奇数番目のセルモジュール 21内と同様に、左右両側に おいて整列する長孔 23aによって形成された 2本の通路と、セパレータ 22の燃料極 側において左右の長孔 23aを接続するように形成された 10本の水素ガス流路とを水 素ガスが流れることが分かる。
[0036] 次に、セパレータ 22の燃料極側における水素ガス流路について説明する。
[0037] 図 7は本発明の実施の形態におけるセパレータの燃料極側の水素ガス流路を示す 図である。
[0038] 図に示されるように、セパレータ 22は、フレーム部 23の開口内に配設されて該フレ ーム部 23に支持される長方形の板状の本体部 25、及び、該本体部 25の周囲に貼（ てん)付された長方形状の開口を備える板状の外周補強板 24を有する。ここで、水 素ガスは、矢印 Eで示されるように、重力方向に対してほぼ直交する方向に流通する 。そして、前記本体部 25は、水素ガス流路と空気流路とを分離して燃料極に供給さ れる水素ガスと酸素極に供給される空気とを遮断する機能とともに集電体としての機 能を備えるものであり、カーボン、金属等の電気抵抗の低い材料から成る板状の部 材である。なお、燃料極側コレクタ及び空気極側コレクタの図示は省略されている。ま た、前記外周補強板 24は、水素ガスのリークを防止するためのシール部材としても 機能するものであり、他の部材で水素ガスのリークを防止することができる場合には 省略することちできる。
[0039] そして、逆拡散水として燃料極側コレクタの燃料室にまで浸透した水分は、自重に よって、すなわち、重力の作用によって水素ガス流路内を下方に移動する。そのため 、逆拡散水の量が増加して水素ガス流路内の水分の量が増加すると、余分な水分が 水素ガス流路内の下部に滞留して水滞留部 26が発生する。該水滞留部 26は、水素 ガスの流通方向と平行な方向に延在する帯状の領域である。
[0040] 通常、該水滞留部 26では、燃料極が局部的又は全体的にも水分によって覆われ てしまうので、水素ガスと接触して電気化学反応が発生する燃料極の面積が狭くなる 。また、水素ガスの流通が水分によって妨げられ、水素ガスが水素ガス流路内に残 留しゃすくなり、燃料電池スタック 11の起動時や停止時に残留した水素ガスと空気と が混合して電位シフトのような異常反応が発生し、燃料極が劣化してしまう。
[0041] そこで、本実施の形態においては、前記水滞留部 26に対応する燃料極の部分に 触媒層 32を形成しないようにして、異常反応の発生と燃料極の劣化を確実に防止す ることができるよう〖こする。また、触媒層 32を形成しない部分における電極拡散層 33 に撥水性を付与することによって、水滞留部 26の水分を電極拡散層 33の基材が吸 Vヽ上げることを防止することが望ま U、。
[0042] 次に、本実施の形態における燃料極の構成について詳細に説明する力 ここでは 、空気極も燃料極と同一の構成とするので、空気極及び燃料極を反応電極 34として 統合的に説明する。
[0043] 図 1は本発明の実施の形態における単位セルの反応電極を示す斜視図である。な お、図 1 (a)は単位セル全体を示す分解図、図 1 (b)は一方の反応電極のみを示す 図である。
[0044] 図 1 (a)に示されるように、単位セルは、固体高分子電解質膜 31、並びに、該固体 高分子電解質膜 31の両側において各々反応電極 34を形成する触媒層 32及び電 極拡散層 33から成る。ここで、前記固体高分子電解質膜 31は、例えば、 Nafion(R) t 、う商品名で販売されて 、るパーフルォロスルホン酸系ポリマーから成る力 V、か なる材料力も成るものであってもよい。また、前記触媒層 32は、例えば、カーボン微 粒子の表面に触媒物質として白金、ルテニウム等の微粒子を担持させたもの力ゝら成 る力 いかなる材料力も成るものであってもよい。さらに、前記電極拡散層 33は、例え ば、クロス (布）、ぺーノ (紙)等を基材とするものである力 いかなる材料力 成るもの であってもよい。そして、前記固体高分子電解質膜 31、触媒層 32及び電極拡散層 3 3を図 1 (a)に示されるような順となるように積層し、相互に密着させて一体化すること によって、単位セルを得ることができる。
[0045] 本実施の形態において、触媒層 32及び電極拡散層 33を積層させて成る反応電極 34は、図 1 (b)に示されるように、触媒存在部 34a、及び、該触媒存在部 34aの下方 において触媒層 32が形成されず、触媒を含まない部分としての触媒不在部 34bを有 する。該触媒不在部 34bは、前述の水滞留部 26に対応する部分であり、横方向、す なわち、水素ガスの流通方向と平行な方向に延在する帯状の領域である。なお、触 媒不在部 34bは、触媒層 32が存在しないので電気化学反応に寄与することがない 力 電極拡散層 33の固体高分子電解質膜 31と反対側（図 1 (b)における奥側)の面 力 集電体としての機能を備えるセパレータ 22と接触するとともに、該セパレータ 22 との間に水素ガス流路又は空気流路を形成する機能を備えるものであるため、省略 することができな 、ものである。
[0046] また、触媒不在部 34bは、水素ガス流路内の水滞留部 26に滞留した水分と接触す るので、触媒不在部 34bに対応する部分の電極拡散層 33の基材が水分を吸い上げ てしまう。そこで、水滞留部 26に滞留した水分が上昇することを防止するために、触 媒不在部 34bに対応する部分の電極拡散層 33に撥水性を付与することが望ましい
[0047] 次に、単位セルを製作する方法について説明する。
[0048] 図 8は本発明の実施の形態における単位セルを製造する方法を示す図である。
[0049] まず、図 8 (a)に示されるように、通常部 33a及び撥水部 33bから成る電極拡散層 3 3を形成する。前記通常部 33aは前記触媒存在部 34aに対応する部分であり、また、 前記撥水部 33bは、触媒不在部 34bに対応する部分であり、撥水性が付与されてい る。前記撥水部 33bは、例えば、撥水性を備える基材で形成したり、ポリテトラフ口才 口エチレン (PTFE)等の撥水性を備える物質を付着させたりすることによって形成す ることができる力 いかなる方法で形成されたものであってもよい。 [0050] 続いて、図 8 (b)に示されるように、電極拡散層 33の固体高分子電解質膜 31側（図 8 (b)における手前側）の面において、撥水部 33b上をマスク部材 35で覆い、通常部 33a上に触媒層 32を形成する材料を塗布する。すなわち、マスキングによって触媒 層 32を形成することができる。これにより、図 1 (b)に示されるように、触媒存在部 34a と帯状の触媒不在部 34bとを有する反応電極 34が形成される。
[0051] 続いて、図 8 (c)に示されるように、 1枚の固体高分子電解質膜 31の両側を 2枚の 反応電極 34で挟むように固体高分子電解質膜 31と反応電極 34とを積層して相互に 密着させ、熱圧着によって一体化する。この場合、各反応電極 34は、触媒層 32が形 成された側の面が固体高分子電解質膜 31に対向するような向きとなるようにして、積 層される。これによつて、単位セルが製造される。
[0052] このように、本実施の形態において、燃料電池スタック 11は、燃料ガス流路の水滞 留部 26に対応する反応電極 34の部分を触媒層 32が形成されない触媒不在部 34b とするようになつている。水滞留部 26に対応する反応電極 34の部分において、異常 反応が発生せず、燃料極の劣化を確実に防止することができる。
[0053] また、触媒不在部 34bに対応する電極拡散層 33の部分を撥水性が付与された撥 水部 33bとするようになつている。そのため、触媒不在部 34bに対応する電極拡散層 33の部分が水分を吸い上げてしまうことがなぐ水滞留部 26に滞留した水分が上昇 することを防止することができる。
[0054] なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなぐ本発明の趣旨に基づ いて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲力 排除するものでは ない。
産業上の利用可能性
[0055] この発明は、燃料電池装置に適用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 電解質層を燃料極と酸素極とで挟持した燃料電池が、前記燃料極に沿って燃料ガ ス流路が形成されたセパレータを挟んで積層されて ヽるセルモジュールを有し、前記 燃料ガス流路内において燃料ガスが重力方向に対してほぼ直交する方向に流通す る燃料電池装置であって、
前記燃料極は、前記燃料ガス流路内において水分が滞留する水滞留部に対応す る部分に、触媒を含まな!/ヽ触媒不在部を備えることを特徴とする燃料電池装置。
[2] 前記水滞留部は、前記燃料ガス流路内の下部に発生し、前記燃料ガスの流通する 方向に延在する領域である請求項 1に記載の燃料電池装置。
[3] 前記触媒不在部は撥水性を備える請求項 1に記載の燃料電池装置。
PCT/JP2007/053665 2006-02-27 2007-02-27 燃料電池装置 WO2007099964A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/224,435 US20090305109A1 (en) 2006-02-27 2007-02-27 Fuel Cell Device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006-049524 2006-02-27
JP2006049524A JP5011749B2 (ja) 2006-02-27 2006-02-27 燃料電池装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007099964A1 true WO2007099964A1 (ja) 2007-09-07

Family

ID=38459069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2007/053665 WO2007099964A1 (ja) 2006-02-27 2007-02-27 燃料電池装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20090305109A1 (ja)
JP (1) JP5011749B2 (ja)
WO (1) WO2007099964A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5404594B2 (ja) * 2010-12-27 2014-02-05 本田技研工業株式会社 燃料電池
US20130109888A1 (en) * 2011-10-31 2013-05-02 Korea Institute Of Science And Technology Dme-fpso system for conversion of associated gas in oil fields and stranded gas in stranded gas fields, and process for production of dimethyl ether using the same
JP2014099346A (ja) * 2012-11-15 2014-05-29 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 燃料電池スタックおよび燃料電池システム
JP5802648B2 (ja) * 2012-12-25 2015-10-28 本田技研工業株式会社 燃料電池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07201346A (ja) * 1993-12-29 1995-08-04 Toyota Motor Corp 燃料電池とその固体高分子電解質膜および電極
JP2001256985A (ja) * 2000-03-13 2001-09-21 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
JP2006059618A (ja) * 2004-08-19 2006-03-02 Japan Storage Battery Co Ltd 固体高分子形燃料電池
JP2007066805A (ja) * 2005-09-01 2007-03-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd ガス拡散層、ガス拡散電極および膜電極接合体

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1341251A1 (de) * 2002-02-28 2003-09-03 OMG AG & Co. KG PEM-Brennstoffzellenstapel
JPWO2004075331A1 (ja) * 2003-02-18 2006-06-01 日本電気株式会社 燃料電池およびその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07201346A (ja) * 1993-12-29 1995-08-04 Toyota Motor Corp 燃料電池とその固体高分子電解質膜および電極
JP2001256985A (ja) * 2000-03-13 2001-09-21 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
JP2006059618A (ja) * 2004-08-19 2006-03-02 Japan Storage Battery Co Ltd 固体高分子形燃料電池
JP2007066805A (ja) * 2005-09-01 2007-03-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd ガス拡散層、ガス拡散電極および膜電極接合体

Also Published As

Publication number Publication date
JP5011749B2 (ja) 2012-08-29
US20090305109A1 (en) 2009-12-10
JP2007227277A (ja) 2007-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7776491B2 (en) Separator unit and fuel cell stack
CN108432011B (zh) 带有集成的脱水器的用于燃料电池系统的加湿器、燃料电池系统以及带有这种燃料电池系统的车辆
US7566511B2 (en) Solid polymer cell assembly
US8367269B2 (en) Separator unit
US8293427B2 (en) Separator unit and fuel cell stack
JP5194406B2 (ja) 燃料電池システム
JP5011749B2 (ja) 燃料電池装置
JP5168980B2 (ja) 燃料電池装置
JP2008181768A (ja) 燃料電池システム
JP2007227276A (ja) 燃料電池装置
JP2007141716A (ja) 燃料電池システム
US20110159399A1 (en) Power generation cell for fuel battery
US8197986B2 (en) Fuel cell device
JP2008059874A (ja) 燃料電池スタック
JP7226392B2 (ja) 燃料電池スタック
JP2007323993A (ja) 燃料電池システム
WO2008142557A2 (en) Separator and fuel cell
JP2005251604A (ja) 燃料電池スタック
JP2006120375A (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
JP2008251204A (ja) 燃料電池装置
JP2007250480A (ja) セパレータユニット及び燃料電池装置
JP4507971B2 (ja) 燃料電池装置
JP2006079874A (ja) 燃料電池
JP2008251309A (ja) 燃料電池装置
JP2006309945A (ja) 燃料電池装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12224435

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07715004

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1