WO2010067635A1 - 燃料電池の発電セル - Google Patents

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WO2010067635A1
WO2010067635A1 PCT/JP2009/058055 JP2009058055W WO2010067635A1 WO 2010067635 A1 WO2010067635 A1 WO 2010067635A1 JP 2009058055 W JP2009058055 W JP 2009058055W WO 2010067635 A1 WO2010067635 A1 WO 2010067635A1
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flow path
water
power generation
gas
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PCT/JP2009/058055
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近藤　考司
Original Assignee
トヨタ車体 株式会社
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a power generation cell of a fuel cell of a fuel cell system mounted on, for example, an electric vehicle.
  • a fuel cell includes a battery stack in which a plurality of power generation cells are stacked.
  • the power generation cell 12 includes a pair of upper and lower frames 13 and 14 and an electrode structure 15 disposed at a joint portion thereof.
  • the electrode structure 15 includes a solid electrolyte membrane (hereinafter referred to as an electrolyte membrane) 16, an anode-side electrode catalyst layer 17, and a cathode-side electrode catalyst layer 18.
  • the outer peripheral edge of the electrolyte membrane 16 is sandwiched between the frames 13 and 14.
  • the electrode catalyst layer 17 is laminated on the upper surface of the electrolyte membrane 16.
  • the electrode catalyst layer 18 is laminated on the lower surface of the electrolyte membrane 16.
  • a gas diffusion layer 19 on the anode side is laminated on the upper surface of the electrode catalyst layer 17.
  • a gas diffusion layer 20 on the cathode side is laminated on the lower surface of the electrode catalyst layer 18.
  • a first gas flow path forming body 21 on the anode side is stacked on the upper surface of the gas diffusion layer 19, and a second gas flow path forming body 22 on the cathode side is stacked on the lower surface of the gas diffusion layer 20.
  • a flat plate-like first separator 23 is bonded to the upper surface of the first gas flow path forming body 21, and a flat plate-shaped second separator 24 is bonded to the lower surface of the second gas flow path forming body 22.
  • the first and second gas flow path forming bodies 21 and 22 are made of lath cut metal in which a plurality of hexagonal ring portions 21a (22a) are arranged in a staggered pattern.
  • the fuel gas oxidizing gas
  • the gas flow path 21c meanders in a complicated manner. It flows through (22c).
  • a part of the first and second gas flow path forming bodies 21 (22) is shown enlarged.
  • a supply passage G1 and a lead-out passage G2 are formed in the first and second frames 13, 14.
  • Hydrogen gas as a fuel gas is supplied to the gas flow path 21c of the first gas flow path forming body 21 on the anode side through the supply passage G1.
  • the fuel off-gas that has passed through the gas flow path 21c of the first gas flow path forming body 21 is led out to the outside through the lead-out passage G2.
  • Air as the oxidizing gas is supplied to the gas flow path of the gas flow path forming body 22 on the cathode side through a supply path (not shown) of the first and second frames 13 and 14 (the back side in FIG. 11).
  • the oxidizing off gas that has passed through the gas flow path is led out to the outside through a lead-out passage (the front side of the drawing in FIG. 11) of the first and second frames 13 and 14.
  • hydrogen gas is supplied from a hydrogen gas supply source (not shown) to the first gas flow path forming body 21 through the supply passage G1.
  • Air is supplied to the second gas flow path forming body 22 from an air supply source (not shown).
  • an electrochemical reaction occurs in the power generation cell, and power generation is performed.
  • the hydrogen gas and the oxidizing gas are each humidified by a humidifier.
  • each of the hydrogen gas and the oxidizing gas contains humidified water (water vapor).
  • generated water is generated in the cathode-side electrode catalyst layer 18, the gas diffusion layer 20, and the second gas flow path forming body 22 by power generation.
  • Patent Document 1 discloses a power generation cell of a fuel cell similar to the configuration shown in FIG.
  • the first gas flow path forming body 21 on the anode side is made of a lath cut metal in which a plurality of hexagonal ring portions 21a are arranged in a staggered pattern.
  • the fuel gas flows through the gas flow path 21c composed of the ring portions 21a and the through holes 21b and meandering in a complicated manner. For this reason, the water droplet W may remain in the gas flow path 21c without being led out from the gas flow path 21c of the first gas flow path forming body 21 to the outside.
  • the electrolyte membrane 16 of the electrode structure 15 is deteriorated by the water droplet W. As a result, the electrolyte membrane 16 becomes thin, and the durability of the power generation cell may be reduced. Further, when an abnormal (excessive) potential is generated in the anode-side electrode catalyst layer 17 due to the retention of water droplets W, platinum (catalyst) in the cathode-side electrode catalyst layer 18 is ionized. As a result, platinum (catalyst) flows out from the electrode catalyst layer 18 and the durability of the power generation cell may be reduced.
  • impurities such as silicon (Si) contained in the water droplets W may adhere to the fibers such as carbon fibers forming the gas diffusion layers 19 and 20 as scales. As a result, the gas diffusion action by the gas diffusion layers 19 and 20 may be reduced, and the power generation efficiency may be reduced.
  • water droplets W may not be sufficiently discharged from the gas flow path 21c of the first gas flow path forming body 21.
  • the supply of the fuel gas to the electrode structure 15 becomes uneven, and the water droplets W that inhibit power generation move irregularly.
  • the generated voltage fluctuates, flatting occurs, and voltage stability may be reduced.
  • An object of the present invention is to provide a power generation cell of a fuel cell with improved durability and voltage stability and improved power generation efficiency.
  • an electrolyte membrane mounted inside an annular frame, an anode-side electrode catalyst layer laminated on a first surface of the electrolyte membrane, A cathode-side electrode catalyst layer stacked on the second surface of the electrolyte membrane, and an anode-side gas flow path having a gas flow path stacked on the surface of the anode-side electrode catalyst layer and supplying fuel gas Formed on the surface of the cathode-side electrode catalyst layer and having a gas flow path for supplying an oxidizing gas, and stacked on the surface of each gas flow-path forming body.
  • a fuel cell power generation cell comprising a separator is provided.
  • the power generation cell further includes a water guide layer interposed between each gas flow path forming body and the corresponding separator and having a capillary water passage. According to the power generation cell, water generated in the gas flow path of each gas flow path forming body by the power generation action of the fuel cell is absorbed by the water flow path of the water conduction layer. Moreover, the water in the water flow path is pushed out to the downstream side of the gas flow by the gas flow flowing in the gas flow path.
  • the water guide layer is preferably formed of a conductive material.
  • the gas flow path forming body is made of a lath cut metal including a plurality of ring portions having through-holes, and the gas flow path forming body and the water guiding layer have their thickness in a state where they are laminated. It is preferable that they are joined to each other by pressing in the direction and causing the end of the ring portion to bite into the water guide layer.
  • the water guiding layer is disposed over the entire surface of the gas flow path forming body.
  • an extension portion extending downstream of the gas flow path is formed in the water conduction layer, and the extension portion is located in a fuel gas or oxidizing gas outlet passage formed in the frame. It is preferable.
  • the extension part and the electrode structure including the electrolyte membrane are preferably connected to each other via a heat transfer plate.
  • the water conduction layer includes a woven or non-woven fabric made of metal fibers, a metal porous body, a conductive plated resin porous body, a conductive ceramic porous body, and It is preferably formed using at least one selected from the group consisting of hydrophilic carbon porous bodies.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fuel cell showing an embodiment of the present invention.
  • the longitudinal cross-sectional view which expands and shows the anode side of a fuel cell.
  • the longitudinal cross-sectional view which expands and shows the cathode side of a fuel cell.
  • the fragmentary longitudinal cross-sectional view of the electric power generation cell which shows another example of this invention.
  • the fragmentary longitudinal cross-sectional view of the electric power generation cell which shows another example of this invention.
  • the top view of the gas flow path formation body which shows another example of this invention.
  • the solid polymer fuel cell stack 11 is configured by stacking a large number of power generation cells 12.
  • the power generation cell 12 is formed in a square frame shape.
  • the power generation cell 12 includes first and second frames 13 and 14 made of synthetic rubber (or synthetic resin), and an MEA 15 (Membrane-Electrode-Assembly) as an electrode structure disposed between the frames 13 and 14. -Electrode assembly).
  • the first and second frames 13 and 14 each have a fuel gas passage space S1 and an oxidizing gas passage space S2.
  • the power generation cell 12 includes a first gas flow path forming body 21 housed in the fuel gas passage space S1 and a second gas flow path forming body 22 housed in the oxidizing gas passage space S2.
  • the first gas flow path forming body 21 is made of conductive ferritic SUS (stainless steel), and the second gas flow path forming body 22 is made of conductive titanium or gold.
  • the power generation cell 12 further includes a first separator 23 bonded to the upper surface of the first frame 13 and a second separator 24 bonded to the lower surface of the second frame 14.
  • Each of the first and second separators 23 and 24 is made of conductive titanium and has a flat plate shape.
  • a first water conveyance layer 25 is interposed between the upper surface of the first gas flow path forming body 21 and the lower surface of the first separator 23.
  • a second water conveyance layer 26 is interposed between the lower surface of the second gas flow path forming body 22 and the upper surface of the second separator 24.
  • FIG. 3 shows the first and second gas flow path forming bodies 21 and 22 and the first and second water conduction layers 25 and 26 in a simplified form of a flat plate.
  • the MEA 15 includes an electrolyte membrane 16, electrode catalyst layers 17 and 18, and conductive gas diffusion layers 19 and 20.
  • the electrode catalyst layer 17 is an anode-side electrode catalyst layer, and is formed by laminating a predetermined catalyst on the upper surface (first surface) of the electrolyte membrane 16.
  • the electrode catalyst layer 18 is an electrode catalyst layer on the cathode side, and is formed by laminating a predetermined catalyst on the lower surface (second surface) of the electrolyte membrane 16.
  • the gas diffusion layers 19 and 20 are bonded to the surfaces of the electrode catalyst layers 17 and 18, respectively.
  • the electrolyte membrane 16 is made of a fluorine-based polymer membrane.
  • the electrode catalyst layers 17 and 18 are configured by using a catalyst having a catalyst adhered to the surface of carbon having a particle size of several microns.
  • platinum (Pt) particles having a particle size of, for example, 2 nm are used in order to increase the power generation efficiency of the fuel cell.
  • the gas diffusion layers 19 and 20 are made of conductive carbon paper.
  • the 1st and 2nd gas flow path formation body 21 (22) consists of the lath cut metal which has arrange
  • the fuel gas flows through the gas flow path including the ring portions 21a (22a) and the through holes 21b (22b).
  • FIG. 4 shows only a part of the first and second gas flow path forming bodies 21 (22).
  • the planar shape of the fuel gas passage space S1 of the first frame 13 is a quadrangle.
  • the first frame 13 is formed with a gas inlet 13a and a gas outlet 13b each having a long hole along two parallel sides thereof.
  • the second frame 14 is also formed with a gas inlet 14a and a gas outlet 14b along the two parallel sides.
  • the gas inlet 14a and the gas outlet 14b are arranged at positions that do not correspond to the gas inlet 13a and the gas outlet 13b of the first frame 13, respectively.
  • the first separator 23 is formed with a gas inlet 23a and a gas outlet 23b along two parallel sides thereof.
  • the second separator 24 is also formed with a gas inlet 24a and a gas outlet 24b along two parallel sides thereof.
  • the first gas flow path forming body 21 contacts the surface of the gas diffusion layer 19 and the inner surface of the first water guiding layer 25 in the fuel gas passage space S1 of the first frame 13. ing.
  • the second gas flow path forming body 22 is in contact with the surface of the gas diffusion layer 20 and the inner surface of the second water conveyance layer 26 in the oxidizing gas passage space S ⁇ b> 2 of the second frame 14.
  • the first gas flow path forming body 21 supplies the fuel gas introduced into the fuel gas passage space S1 from the supply gas passage G1, that is, the first gas inlet 23a of the first separator 23, into the fuel gas passage space S1, as shown in FIG.
  • the first gas outlet port 23 b of the first separator 23, the gas outlet port 14 b of the second frame 14, and the first gas outlet port 24 b of the second separator 24 are accommodated to flow respectively.
  • the second gas flow path forming body 22 is supplied to the supply passage G3 shown in FIG. 2, that is, from the second gas introduction port 23a of the first separator 23 to the oxidizing gas of the second frame 14 through the gas introduction port 13a of the first frame 13.
  • the oxidant gas introduced into the passage space S2 flows to the second gas outlet port 23b through the outlet passage G4, that is, the gas outlet port 13b of the first frame 13, and to the second gas outlet port 24b of the second separator 24. Is also housed to flow.
  • a supply passage G ⁇ b> 1 and a lead-out passage G ⁇ b> 2 are communicated between the stacked power generation cells 12 of the fuel cell stack 11 via a gas passage 21 c of the first gas passage formation body 21.
  • a fuel gas (hydrogen gas) flow passage is formed.
  • an oxidizing gas (air) flow passage is formed between the power generation cells 12 by connecting the supply passage G3 and the outlet passage G4 via the gas passage 22c of the second gas passage formation body 22. ing.
  • the fuel gas supplied to the fuel gas flow passage is uniformly diffused and flows in the fuel gas passage space S1 by the first gas flow path forming body 21.
  • the oxidizing gas supplied to the oxidizing gas flow passage is uniformly diffused and flows in the oxidizing gas passage space S2 by the second gas flow path forming body 22. That is, in the fuel gas passage space S ⁇ b> 1, the fuel gas becomes turbulent by passing through the gas passage 21 c of the first gas passage formation body 21. As a result, the fuel gas diffuses uniformly in the fuel gas passage space S1. Further, the fuel gas is diffused by passing through the gas diffusion layer 19 and is uniformly supplied to the electrode catalyst layer 17. In the electrode structure 15, power is generated by supplying the fuel gas and the oxidizing gas and causing an electrode reaction. A desired output is obtained by stacking the plurality of power generation cells 12.
  • a first water guiding layer 25 is interposed between the first gas flow path forming body 21 and the first separator 23 on the anode side over the entire area of the first gas flow path forming body 21.
  • the 1st water conveyance layer 25 is formed with the nonwoven fabric which consists of metal fibers which can be plastically deformed, such as stainless steel, copper, silver, gold
  • the same material for the first gas flow path forming body 21 and the first water guide layer 25 it is desirable to use the same material for the first gas flow path forming body 21 and the first water guide layer 25.
  • the second water conduction layer 26 is interposed over the entire area of the second gas flow path forming body 22.
  • the second water conduction layer 26 is also formed of a nonwoven fabric made of metal fibers.
  • both the 1st and 2nd water conveyance layers 25 and 26 are formed with the metal nonwoven fabric.
  • capillary (porous) water passages 25a and 26a are formed inside the first and second water conveyance layers 25 and 26, respectively.
  • the passage area of the water passage 25a is smaller than the passage area of the through hole 21b of the first gas flow path forming body 21, and the passage area of the water passage 26a is the passage area of the through hole 22b of the second gas flow path forming body 22. Smaller than. For this reason, the water droplet W adhering to the wall surface of the gas flow path 21c of the first gas flow path forming body 21 is absorbed by the water flow path 25a of the first water guide layer 25 and the gas flow path of the second gas flow path forming body 22 The water droplets W adhering to the wall surface 22 c are absorbed by the water passage 26 a of the second water conveyance layer 26.
  • the joining rollers 31 and 32 are rotated in the direction of the arrow by a motor (not shown).
  • the first gas flow path forming body 21 and the first water guiding layer 25 are pressed by the joining rollers 31 and 32 from the vertical direction with a predetermined pressure.
  • the end of the ring portion 21 a of the first gas flow path forming body 21 bites into the first water guiding layer 25 by the pressing by the joining rollers 31 and 32, and thus the first gas flow path forming body. 21 and the first water guide layer 25 are joined to each other.
  • the second gas flow path forming body 22 and the second water conveyance layer 26 are also joined to the end of the ring portion 22 a of the second gas flow path forming body 22 by the bonding operation by the bonding rollers 31 and 32.
  • the parts are joined to each other by biting into the second water conduction layer 26.
  • the water droplet W does not exist from the gas flow path 21c.
  • the water sucked into the water passage 25a of the first water guide layer 25 is gradually pushed out to the downstream side of the gas flow by the pressure of the fuel gas flowing through the gas flow path 21c, and is discharged to the fuel off-gas outlet passage G2. .
  • the generated water is also generated on the cathode side by the power generation of the fuel cell. Further, humidified water is also supplied to the oxidizing gas supplied to the gas flow path 22c of the second gas flow path forming body 22 by the humidifier. As shown in FIG. 7, the generated water and the humidified water enter the gas flow path 22 c of the second gas flow path forming body 22 and are condensed to form water droplets W. When the water droplet W comes into contact with the second water conveyance layer 26 by its surface tension, it penetrates into the water passage 26a of the second water conveyance layer 26 by capillary action. For this reason, the water droplet W does not exist from the gas flow path 22c. The water that has permeated the second water guiding layer 26 is gradually pushed out to the downstream side of the gas flow by the pressure of the oxidizing gas flowing through the gas flow path 22c, and is led out to the oxidizing off gas outlet passage G4.
  • a first water guide layer 25 is interposed between the first gas flow path forming body 21 and the first separator 23, and a second gas flow path forming body 22 and the second separator 24 have a second A water guide layer 26 is interposed.
  • the water droplets W condensed in the gas flow path 21c (22c) of the first and second gas flow path forming bodies 21 (22) are passed through the first and second water conduction layers 25 (26). It can be derived to the outside.
  • the water droplet W does not remain in the gas flow path 21c (22c) of the first and second gas flow path forming bodies 21 (22). Therefore, deterioration of the electrode structure 15 and the gas diffusion layer 19 (20) can be prevented, and the durability of the power generation cell 12 is improved.
  • the first and second water conduction layers 25 (26) are formed of a conductive material. Therefore, the first and second water conduction layers 25 (26) are provided between the conductive first and second gas flow path forming bodies 21 (22) and the conductive first and second separators 23 (24). ) Are sandwiched and the first and second water guide layers 25 ((2)) and the first and second separators 23 (24) are not in contact with each other. 26), the first and second gas flow path forming bodies 21 (22) and the first and second separators 23 (24) are electrically connected to each other.
  • the fuel cell can be easily manufactured.
  • a part of the first and second water guiding layers 25 (26) enters the gas channel 21c (22c) of the first and second gas channel forming bodies 21 (22), and the first and second water guidings The layer 25 (26) bites into a part of the gas flow path 21c (22c).
  • the first and second gas flow path forming bodies 21 (22) and the first and second water guiding layers 25 (26) are joined to each other in the gas flow path 21c (22c) by the anchor effect.
  • the first and second water conveyance layers 25 (26) enter the portion. For this reason, it becomes easy for the water droplet W to contact the 1st and 2nd water conveyance layers 25 (26), and the water droplet W becomes easy to be absorbed by the 1st and 2nd water conveyance layers 25 (26).
  • the first and second water conveyance layers 25 (26) are disposed over the entire surface of the first and second gas flow path forming bodies 21 (22). For this reason, it is possible to prevent the water droplets W from remaining over the entire gas flow path 21c (22c) of the first and second gas flow path forming bodies 21 (22).
  • the first and second gas flow path forming bodies 21 (22) and the first and second separators 23 (24) are electrically connected, the first and second water guiding layers 25 (26) are connected. It can be formed of a material that does not have conductivity. Therefore, the freedom degree of selection of the material of the 1st and 2nd water conveyance layer 25 (26) improves.
  • an extension 25b extending toward the lead-out passage G2 may be formed at the end of the first water guide layer 25 near the lead-out passage G2. Moreover, you may connect the extension part 25b and the electrode structure 15 (electrolyte film
  • the water of the water flow path 25a of the 1st water conveyance layer 25 can be efficiently attracted
  • FIG. 10 is a schematic plan view of the first gas flow path forming body 21.
  • the flow rate of the fuel gas flowing through the gas flow path 21c (see FIG. 4) is faster toward the center of the first gas flow path forming body 21, and the first gas flow The closer to the left and right sides of the path forming body 21, the slower.
  • the water droplets W tend to remain on the downstream side of the gas flow path of the first gas flow path forming body 21. That is, water tends to remain in the left and right and downstream gas channels of the first gas channel forming body 21.
  • the 1st water conveyance layer 25 is arrange
  • the first and second water conducting layers 25 and 26 having conductivity for example, a porous body having a capillary tubular water passage, a porous body having a capillary tubular water passage made of conductive plated resin, and conductivity.
  • a porous body having a capillary tubular water passage for example, a porous body having a capillary tubular water passage, a porous body having a capillary tubular water passage made of conductive plated resin, and conductivity.
  • the gas diffusion layers 19 and 20 may be omitted from the power generation cell of the fuel cell.

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Abstract

　第１及び第２フレーム１３，１４の内側には、電解質膜１６が装着されている。電解質膜１６の第１の表面には、アノード側の電極触媒層１７が積層され、電解質膜１６の第２の表面には、カソード側の電極触媒層１８が積層されている。電極触媒層１７の表面には、燃料ガスを供給するためのガス流路２１ｃを有するアノード側の第１ガス流路形成体２１が積層されている。また、電極触媒層１８の表面には、酸化ガスを供給するためのガス流路２２ｃを有するカソード側のガス流路形成体２２が積層されている。第１及び第２ガス流路形成体２１，２２の表面には、第１及び第２セパレータ２３，２４がそれぞれ積層されている。第１ガス流路形成体２１と第１セパレータ２３との間には第１導水層２５が介在され、ガス流路形成体２２と第２セパレータ２４との間には第２導水層２６が介在されている。第１及び第２導水層２５，２６により、第１及び第２ガス流路形成体２１，２２のガス流路２１ｃ，２２ｃの水滴Ｗが吸収されて、外部に導出される。

Description

燃料電池の発電セル
　本発明は、例えば、電気自動車等に搭載される燃料電池システムの燃料電池の発電セルに関する。
　一般に、燃料電池は、複数の発電セルを積層した電池スタックを備えている。図１１に示すように、発電セル１２は、上下一対のフレーム１３，１４と、それらの接合部に配置された電極構造体１５とを備えている。電極構造体１５は、固体電解質膜（以下、電解質膜と称す）１６、アノード側の電極触媒層１７、及びカソード側の電極触媒層１８を備えている。電解質膜１６の外周縁は、両フレーム１３，１４により挟着されている。電極触媒層１７は、電解質膜１６の上面に積層されている。電極触媒層１８は、電解質膜１６の下面に積層されている。電極触媒層１７の上面には、アノード側のガス拡散層１９が積層されている。電極触媒層１８の下面には、カソード側のガス拡散層２０が積層されている。ガス拡散層１９の上面には、アノード側の第１ガス流路形成体２１が積層され、ガス拡散層２０の下面には、カソード側の第２ガス流路形成体２２が積層されている。第１ガス流路形成体２１の上面には、平板状の第１セパレータ２３が接合され、第２ガス流路形成体２２の下面には、平板状の第２セパレータ２４が接合されている。
　図１２に示すように、第１及び第２ガス流路形成体２１，２２は、複数の六角形のリング部２１ａ（２２ａ）を千鳥足状に配置したラスカットメタルからなる。第１及び第２ガス流路形成体２１，２２では、燃料ガス（酸化ガス）が、各リング部２１ａ（２２ａ）及びその貫通孔２１ｂ（２２ｂ）からなり、かつ複雑に蛇行するガス流路２１ｃ（２２ｃ）を流れる。図１２には、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）の一部が拡大して描かれている。
　図１１に示すように、第１及び第２フレーム１３，１４には、供給通路Ｇ１及び導出通路Ｇ２が形成されている。燃料ガスとしての水素ガスは、供給通路Ｇ１を通じてアノード側の第１ガス流路形成体２１のガス流路２１ｃに供給される。第１ガス流路形成体２１のガス流路２１ｃを通過した燃料オフガスは、導出通路Ｇ２を通じて外部に導出される。又、酸化ガスとしての空気は、第１及び第２フレーム１３，１４の図示しない供給通路（図１１の紙面裏側）を通じて、カソード側のガス流路形成体２２のガス流路に供給される。そのガス流路を通過した酸化オフガスは、第１及び第２フレーム１３，１４の図示しない導出通路（図１１の紙面表側）を通じて外部に導出される。
　図１１の矢印Ｐで示すように、水素ガスは、図示しない水素ガス供給源から供給通路Ｇ１を通じて第１ガス流路形成体２１に供給される。また、空気は、図示しない空気供給源から第２ガス流路形成体２２に供給される。これらにより、発電セル内で電気化学反応が生じ、発電が行われる。発電時、水素ガス及び酸化ガスは、加湿器によりそれぞれ加湿される。このため、水素ガス及び酸化ガスには、それぞれ加湿水（水蒸気）が含まれている。又、発電によりカソード側の電極触媒層１８、ガス拡散層２０、及び第２ガス流路形成体２２に生成水が生成される。この生成水及び加湿水が結露して形成された水滴Ｗは、ガス流路形成体２２のガス流路２２ｃを流れる酸化オフガスにより導出通路Ｇ２を通して外部に導出される。一方、生成水の一部は、電解質膜１６を透過して、アノード側の電極触媒層１７、ガス拡散層１９、及び第１ガス流路形成体２１のガス流路２１ｃへ浸透水として流入する。この浸透水及び加湿水が結露して形成された水滴Ｗは、第１ガス流路形成体２１のガス流路２１ｃを流れる燃料オフガスにより導出通路Ｇ２を通して外部に導出される。特許文献１には、図１１に示す構成と同様の燃料電池の発電セルが開示されている。
　図１２に示すように、アノード側の第１ガス流路形成体２１は、複数の六角形のリング部２１ａを千鳥足状に配置したラスカットメタルからなる。第１ガス流路形成体２１では、燃料ガスが、各リング部２１ａ及び貫通孔２１ｂからなり、かつ複雑に蛇行するガス流路２１ｃを流れる。このため、第１ガス流路形成体２１のガス流路２１ｃから水滴Ｗが外部に導出されずに該ガス流路２１ｃ内に残留することがある。このように、第１及び第２ガス流路形成体２１，２２のガス流路２１ｃ，２２ｃに水滴Ｗが滞留すると、電極構造体１５の電解質膜１６が水滴Ｗによって劣化する。その結果、電解質膜１６が薄くなり、発電セルの耐久性が低下する虞がある。又、水滴Ｗの滞留によってアノード側の電極触媒層１７に異常（過）電位が発生すると、カソード側の電極触媒層１８の白金（触媒）がイオン化される。その結果、電極触媒層１８から白金（触媒）が流出し、発電セルの耐久性が低下する虞もある。
　また、ガス拡散層１９，２０を形成するカーボンファイバー等の繊維に、水滴Ｗに含まれる珪素（Ｓｉ）等の不純物が水垢として付着することがある。その結果、ガス拡散層１９，２０によるガス拡散作用が低下し、発電効率が低下する虞もある。
　さらに、燃料電池が高負荷で運転されている状態で、第１ガス流路形成体２１のガス流路２１ｃから水滴Ｗが十分に排出されないことがある。この場合、電極構造体１５への燃料ガスの供給が不均一になり、発電を阻害する水滴Ｗが不規則に移動する。これにより、発電電圧が変動し、フラッティングが発生して、電圧安定性が低下する虞もある。
　さらに、第１及び第２ガス流路形成体２１，２２のガス流路２１ｃ，２２ｃに残留した水滴Ｗによって、燃料ガス及び酸化ガスの圧力損失が増大する。その結果、コンプレッサ等のガス供給機器の損失が増大し、燃料電池の発電効率が低下する虞もある。
特開２００７－８７７６８号公報
　本発明の目的は、耐久性及び電圧安定性が向上し、発電効率が向上する燃料電池の発電セルを提供することにある。
　上記の課題を解決するため、本発明の第一の態様によれば、環状のフレームの内側に装着された電解質膜と、電解質膜の第１の表面に積層されたアノード側の電極触媒層と、電解質膜の第２の表面に積層されたカソード側の電極触媒層と、アノード側の電極触媒層の表面に積層され、燃料ガスを供給するためのガス流路を有するアノード側のガス流路形成体と、カソード側の電極触媒層の表面に積層され、酸化ガスを供給するためのガス流路を有するカソード側のガス流路形成体と、各ガス流路形成体の表面にそれぞれ積層されたセパレータとを備えた燃料電池の発電セルが提供される。発電セルは、更に、各ガス流路形成体と対応するセパレータとの間に介在され、毛細管状の通水路を有する導水層を備えている。発電セルによれば、燃料電池の発電作用によって各ガス流路形成体のガス流路に生成された水が導水層の通水路に吸収される。また、ガス流路内を流れるガス流により、通水路内の水がガス流の下流側に押し出される。
　この構成によれば、発電セルの発電作用によって生成された生成水、及び加湿器により供給された加湿水が結露して、ガス流路形成体のガス流路の壁面に水滴が付着すると、その水滴は、導水層の毛細管状の通水路内に吸収される。導水層の通水路に吸収された水は、ガス流路を流れる燃料ガス又は酸化ガスによって、ガス流路の下流側へと押し出され、導水層の通水路を通じて外部に導出される。この結果、水滴はガス流路形成体のガス流路に残留しなくなり、電極構造体の劣化が防止される。また、燃料ガス及び酸化ガスが電極構造体へと円滑に供給されるため、発電セルの発電も適正に行われる。
　上記の燃料電池の発電セルにおいて、導水層は、導電性の材料により形成されていることが好ましい。
　上記の燃料電池の発電セルにおいて、ガス流路形成体は、貫通孔を有する複数のリング部を含むラスカットメタルからなり、ガス流路形成体及び導水層は、それらを積層した状態でそれらの厚み方向に押圧しリング部の端部を導水層に食い込ませることにより、互いに接合されていることが好ましい。
　上記の燃料電池の発電セルにおいて、導水層は、ガス流路形成体の表面の全域に亘って配置されていることが好ましい。
　上記の燃料電池の発電セルにおいて、導水層には、ガス流路の下流側に延びる延長部が形成され、延長部は、フレームに形成された燃料ガス又は酸化ガスの導出通路に位置していることが好ましい。
　上記の燃料電池の発電セルにおいて、延長部と、電解質膜を含む電極構造体とは、伝熱板を介して互いに接続されていることが好ましい。
　上記の燃料電池の発電セルにおいて、導水層は、金属繊維よりなる織布又は不織布、金属製の多孔体、導電性メッキ処理済み樹脂製の多孔体、導電性を有するセラミックス製の多孔体、及び親水性を有するカーボン製の多孔体からなる群より選ばれた少なくとも一種を用いて形成されていることが好ましい。
本発明の一実施形態を示す燃料電池の縦断面図。 燃料電池の発電セルの縦断面図。 発電セルの分解斜視図。 ガス流路形成体の部分斜視図。 ガス流路形成体と導水層とを接合するときの動作を説明する概略図。 燃料電池のアノード側を拡大して示す縦断面図。 燃料電池のカソード側を拡大して示す縦断面図。 本発明の別例を示す発電セルの部分縦断面図。 本発明の別例を示す発電セルの部分縦断面図。 本発明の別例を示すガス流路形成体の平面図。 従来の燃料電池の発電セルの縦断面図。 図１１の発電セルに用いられるガス流路形成体の部分斜視図。
　以下、本発明を具体化した燃料電池の一実施形態を図１～図７にしたがって説明する。
　図１に示すように、固体高分子型の燃料電池スタック１１は、多数の発電セル１２を積層して構成されている。
　図１及び図３に示すように、発電セル１２は、四角枠状に形成されている。発電セル１２は、合成ゴム（又は合成樹脂）製の第１，第２フレーム１３，１４と、両フレーム１３，１４間に配設される電極構造体としてのＭＥＡ１５（Ｍｅｍｂｒａｎｅ－Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ－Ａｓｓｅｍｂｌｙ: 膜－電極接合体）とを備えている。第１，第２フレーム１３，１４は、燃料ガス通路空間Ｓ１及び酸化ガス通路空間Ｓ２をそれぞれ有している。又、発電セル１２は、燃料ガス通路空間Ｓ１に収容された第１ガス流路形成体２１と、酸化ガス通路空間Ｓ２に収容された第２ガス流路形成体２２とを備えている。第１ガス流路形成体２１は、導電性を有するフェライト系ＳＵＳ（ステンレス鋼）よりなり、第２ガス流路形成体２２は、導電性を有するチタン或いは金よりなる。さらに、発電セル１２は、第１フレーム１３の上面に接着された第１セパレータ２３と、第２フレーム１４の下面に接着された第２セパレータ２４とを備えている。第１及び第２セパレータ２３，２４はいずれも、導電性を有するチタンからなり、平板状に形成されている。第１ガス流路形成体２１の上面と第１セパレータ２３の下面との間には、第１導水層２５が介在されている。また、第２ガス流路形成体２２の下面と第２セパレータ２４の上面との間には、第２導水層２６が介在されている。図３は、第１及び第２ガス流路形成体２１，２２及び第１及び第２導水層２５，２６を平板状に簡略化して示す。
　図１及び図２に示すように、ＭＥＡ１５は、電解質膜１６と、電極触媒層１７，１８と、導電性を有するガス拡散層１９，２０とにより構成されている。電極触媒層１７は、アノード側の電極触媒層であり、電解質膜１６の上面（第１の表面）に所定の触媒を積層することにより形成されている。電極触媒層１８は、カソード側の電極触媒層であり、電解質膜１６の下面（第２の表面）に所定の触媒を積層することにより形成されている。ガス拡散層１９，２０は、電極触媒層１７，１８の表面にそれぞれ接着されている。
　電解質膜１６は、フッ素系の高分子膜からなる。電極触媒層１７，１８は、粒径が数μの炭素の表面に触媒を付着したものを用いて構成されている。触媒としては、燃料電池の発電効率を高めるため、粒径が例えば２ｎｍの白金（Ｐｔ）の粒子が用いられる。ガス拡散層１９，２０は、導電性を有するカーボンペーパーにより構成されている。図４に示すように、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）は、複数の六角形のリング部２１ａ（２２ａ）を千鳥足状に配置したラスカットメタルからなる。第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）では、燃料ガス（酸化ガス）が、各リング部２１ａ（２２ａ）及びその貫通孔２１ｂ（２２ｂ）からなるガス流路を流れる。図４は、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）の一部のみを示す。
　図３に示すように、第１フレーム１３の燃料ガス通路空間Ｓ１の平面形状は、四角形である。第１フレーム１３には、その平行な二辺に沿って、長孔からなるガス導入口１３ａ及びガス導出口１３ｂがそれぞれ形成されている。第２フレーム１４にも、その平行な二辺に沿って、ガス導入口１４ａ及びガス導出口１４ｂがそれぞれ形成されている。ガス導入口１４ａ及びガス導出口１４ｂは、第１フレーム１３のガス導入口１３ａ及びガス導出口１３ｂと対応しない位置にそれぞれ配置されている。第１セパレータ２３には、その平行な二辺に沿って、ガス導入口２３ａ及びガス導出口２３ｂがそれぞれ形成されている。第２セパレータ２４にも、その平行な二辺に沿って、ガス導入口２４ａ及びガス導出口２４ｂがそれぞれ形成されている。
　図１に示すように、第１ガス流路形成体２１は、第１フレーム１３の燃料ガス通路空間Ｓ１内において、ガス拡散層１９の表面と、第１導水層２５の内面とに対し接触している。第２ガス流路形成体２２は、第２フレーム１４の酸化ガス通路空間Ｓ２内において、ガス拡散層２０の表面と、第２導水層２６の内面とに対し接触している。
　第１ガス流路形成体２１は、図１に示す供給通路Ｇ１、つまり第１セパレータ２３の第１のガス導入口２３ａから燃料ガス通路空間Ｓ１に導入された燃料ガスを、導出通路Ｇ２、つまり第１セパレータ２３の第１のガス導出口２３ｂと、第２フレーム１４のガス導出口１４ｂ及び第２セパレータ２４の第１のガス導出口２４ｂとにそれぞれ流すように収容されている。第２ガス流路形成体２２は、図２に示す供給通路Ｇ３、つまり、第１セパレータ２３の第２のガス導入口２３ａから第１フレーム１３のガス導入口１３ａを通して第２フレーム１４の酸化ガス通路空間Ｓ２に導入された酸化剤ガスを、導出通路Ｇ４、つまり第１フレーム１３のガス導出口１３ｂを通して第２のガス導出口２３ｂに流すと共に第２セパレータ２４の第２のガス導出口２４ｂにも流すように収容されている。
　図１に示すように、燃料電池スタック１１の積層された発電セル１２間には、供給通路Ｇ１と導出通路Ｇ２とが第１ガス流路形成体２１のガス流路２１ｃを介して連通されることにより、燃料ガス（水素ガス）流通路が形成されている。また、発電セル１２間には、供給通路Ｇ３と導出通路Ｇ４とが第２ガス流路形成体２２のガス流路２２ｃを介して連通されることにより、酸化ガス（空気）流通路が形成されている。燃料ガス流通路に供給された燃料ガスは、第１ガス流路形成体２１によって、燃料ガス通路空間Ｓ１内を均一に拡散して流れる。また、酸化ガス流通路に供給された酸化ガスは、第２ガス流路形成体２２によって、酸化ガス通路空間Ｓ２内を均一に拡散して流れる。即ち、燃料ガス通路空間Ｓ１内において、燃料ガスは、第１ガス流路形成体２１のガス流路２１ｃを通過することにより乱流となる。これにより、燃料ガスは、燃料ガス通路空間Ｓ１内において均一に拡散する。さらに、燃料ガスは、ガス拡散層１９を通過することにより拡散されて、電極触媒層１７へと均一に供給される。そして、電極構造体１５では、燃料ガスと酸化ガスとが供給されて電極反応が生じることにより発電される。複数の発電セル１２が積層されることにより、所望の出力が得られる。
　次に、この実施形態の要部の構成について説明する。
　図１に示すように、アノード側の第１ガス流路形成体２１と第１セパレータ２３との間には、第１導水層２５が、第１ガス流路形成体２１の全域に亘り介在されている。第１導水層２５は、例えば、ステンレス鋼、銅、銀、金等の塑性変形可能な金属繊維からなる不織布により形成されている。異種金属の接触による腐蝕を防ぐため、第１ガス流路形成体２１と第１導水層２５とに同じ材料を用いることが望ましい。カソード側の第２ガス流路形成体２２と第２セパレータ２４との間にも、第２導水層２６が、第２ガス流路形成体２２の全域に亘り介在されている。第２導水層２６も、第１導水層２５と同様に、金属繊維からなる不織布により形成されている。このように、第１及び第２導水層２５，２６は、いずれも金属製の不織布によって形成されている。このため、第１及び第２導水層２５，２６の内部には、毛細管（多孔）状の通水路２５ａ，２６ａがそれぞれ形成されている。通水路２５ａの通路面積は、第１ガス流路形成体２１の貫通孔２１ｂの通路面積よりも小さく、通水路２６ａの通路面積は、第２ガス流路形成体２２の貫通孔２２ｂの通路面積よりも小さい。このため、第１ガス流路形成体２１のガス流路２１ｃの壁面に付着した水滴Ｗは、第１導水層２５の通水路２５ａによって吸収され、第２ガス流路形成体２２のガス流路２２ｃの壁面に付着した水滴Ｗは、第２導水層２６の通水路２６ａによって吸収される。
　図５に示すように、接合用ローラ３１，３２は、図示しないモータによって矢印方向に回転される。これにより、第１ガス流路形成体２１及び第１導水層２５は、接合用ローラ３１，３２によって上下方向から所定の圧力で押圧される。こうした接合用ローラ３１，３２による押圧によって、図１に示すように、第１ガス流路形成体２１のリング部２１ａの端部が第１導水層２５に食い込むため、第１ガス流路形成体２１と第１導水層２５とが互いに接合される。第２ガス流路形成体２２及び第２導水層２６も、上記の接合用ローラ３１，３２による接合動作によって、図２に示すように、第２ガス流路形成体２２のリング部２２ａの端部が第２導水層２６に食い込むことにより、互いに接合される。
　図１に示すように、アノード側の第１導水層２５の一部は、第１ガス流路形成体２１のリング部２１ａにより、第１セパレータ２３に向けて圧縮されている。このため、圧縮された第１導水層２５の通水路２５ａはほぼ閉鎖される。しかし、図４に示すように、第１ガス流路形成体２１には、複雑に蛇行するガス流路２１ｃが形成されている。このため、図６に示すように、アノード側の第１導水層２５においては、ガス流路２１ｃと対応する第１導水層２５の通水路２５ａは閉塞されない。よって、通水路２５ａの通水機能が保たれている。図７に示すように、カソード側の第２導水層２６においても、ガス流路２２ｃと対応する第２導水層２６の通水路２６ａは閉塞されない。よって、通水路２６ａの通水機能は保たれている。なお、図６及び図７は、一つの蛇行するガス流路２１ｃ，２２ｃの断面を簡略化して示す。
　次に、上記の燃料電池の作用について説明する。
　燃料電池の発電が行われると、背景技術で述べたように、電極構造体１５のカソード側に生成水が生成され、アノード側に浸透水が生成される。又、第１ガス流路形成体２１のガス流路２１ｃに供給される燃料ガスには、加湿器によって、加湿水が供給される。浸透水及び加湿水は、図６に示すように、第１ガス流路形成体２１のガス流路２１ｃ内にて結露し、水滴Ｗとなる。水滴Ｗは、その表面張力によって第１導水層２５に接触すると，第１導水層２５の通水路２５ａ内に毛細管作用により浸透する。このため、ガス流路２１ｃから水滴Ｗが存在しなくなる。第１導水層２５の通水路２５ａに吸い込まれた水は、ガス流路２１ｃを流れる燃料ガスの圧力によってガス流の下流側に徐々に押し出されて、燃料オフガスの導出通路Ｇ２へと排水される。
　燃料電池の発電により、カソード側にも生成水が生成される。また、第２ガス流路形成体２２のガス流路２２ｃに供給される酸化ガスにも、加湿器によって、加湿水が供給される。生成水及び加湿水は、図７に示すように、第２ガス流路形成体２２のガス流路２２ｃに進入して結露し、水滴Ｗとなる。水滴Ｗは、その表面張力によって第２導水層２６に接触すると、第２導水層２６の通水路２６ａ内に毛細管作用により浸透する。このため、ガス流路２２ｃから水滴Ｗが存在しなくなる。第２導水層２６に浸透した水は、ガス流路２２ｃを流れる酸化ガスの圧力によってガス流の下流側に徐々に押し出されて、酸化オフガスの導出通路Ｇ４へと導出される。
　上記の実施形態の燃料電池によれば、以下のような効果を得ることができる。
　（１）第１ガス流路形成体２１と第１セパレータ２３との間には第１導水層２５が介在され、第２ガス流路形成体２２と第２セパレータ２４との間には第２導水層２６が介在されている。このため、燃料電池の発電時に、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）のガス流路２１ｃ（２２ｃ）で結露した水滴Ｗを、第１及び第２導水層２５（２６）を通じて外部に導出することができる。この結果、水滴Ｗは、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）のガス流路２１ｃ（２２ｃ）に残留しなくなる。よって、電極構造体１５及びガス拡散層１９（２０）の劣化を防止でき、発電セル１２の耐久性が向上する。
　（２）第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）のガス流路２１ｃ（２２ｃ）に水滴Ｗが残留しないため、燃料ガス（酸化ガス）は、ガス流路２１ｃ（２２ｃ）からガス拡散層１９（２０）へと円滑に供給される。よって、電池反応が適正に行われるため、発電電圧は安定化し、発電効率が向上する。
　（３）第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）のガス流路２１ｃ（２２ｃ）に水滴Ｗが残留しないため、燃料ガス（酸化ガス）は、ガス流路２１ｃ（２２ｃ）を円滑に流れるようになる。このため、ガス流路２１ｃ（２２ｃ）における燃料ガス（酸化ガス）の圧力損失が軽減される。よって、低い供給ガス圧力で燃料電池を運転することができる。従って、コンプレッサ等のガス供給用機器の小型化が可能になり、発電効率も向上する。
　（４）第１及び第２導水層２５（２６）は、導電性材料により形成されている。このため、導電性を有する第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）と導電性を有する第１及び第２セパレータ２３（２４）との間に第１及び第２導水層２５（２６）が挟着され、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）と第１及び第２セパレータ２３（２４）とが非接触状態であっても、第１及び第２導水層２５（２６）によって、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）と第１及び第２セパレータ２３（２４）とがそれぞれ電気的に接続される。つまり、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）のリング部２１ａ（２２ａ）の端部を第１及び第２セパレータ２３（２４）に電気的に接触させることができるため、第１及び第２導水層２５（２６）に孔を形成する必要はない。よって、燃料電池の製造を容易に行うことができる。
　（５）第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）のガス流路２１ｃ（２２ｃ）に第１及び第２導水層２５（２６）の一部が進入し、第１及び第２導水層２５（２６）がガス流路２１ｃ（２２ｃ）の一部に食い込む。これにより、アンカー効果により、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）と第１及び第２導水層２５（２６）とが接合されるとともに、ガス流路２１ｃ（２２ｃ）内の一部に第１及び第２導水層２５（２６）が進入する。このため、水滴Ｗが第１及び第２導水層２５（２６）に接触し易くなり、第１及び第２導水層２５（２６）によって水滴Ｗが吸収され易くなる。
　（６）第１及び第２導水層２５（２６）は、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）の表面の全域に亘り配設されている。このため、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）のガス流路２１ｃ（２２ｃ）の全域に亘り、水滴Ｗの残留を防止することができる。
　なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
　・図８に示すように、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）のリング部２１ａ（２２ａ）の端部を、第１及び第２セパレータ２３（２４）に接触させてもよい。この場合、第１及び第２ガス流路形成体２１（２２）と第１及び第２セパレータ２３（２４）とが電気的に接続されるため、第１及び第２導水層２５（２６）を、導電性を有しない材料により形成することができる。よって、第１及び第２導水層２５（２６）の材料の選定の自由度が向上する。
　・図９に示すように、第１導水層２５の導出通路Ｇ２に近接する端部に、導出通路Ｇ２に向けて延びる延長部２５ｂを形成してもよい。又、延長部２５ｂと電極構造体１５（電解質膜１６）とを熱伝導率の高い伝熱板３３により接続してもよい。この場合、発電により高温となった燃料ガスによって延長部２５ｂが加熱されるため、延長部２５ｂの通水路２５ａに存在する水は蒸発して無くなる。このため、第１導水層２５の通水路２５ａの水を延長部２５ｂに効率良く吸引することができ、第１導水層２５の通水路２５ａからの排水が促進される。又、燃料電池の発電により電解質膜１６及び電極触媒層１７，１８に発生した熱を、伝熱板３３を介して、延長部２５ｂに伝達することもできる。このため、延長部２５ｂの通水路２５ａに存在する水の蒸発が更に促進されるため、延長部２５ｂによる第１導水層２５からの排水もさらに促進される。
　・図１０は、第１ガス流路形成体２１の模式平面図である。図１０の二点鎖線からなる曲線Ｌに示すように、ガス流路２１ｃ（図４参照）を流れる燃料ガスの流速は、第１ガス流路形成体２１の中央部ほど速く、第１ガス流路形成体２１の左右両側に近いほど遅くなる。又、水滴Ｗは、第１ガス流路形成体２１のガス流路の下流側において残留し易い傾向にある。つまり、第１ガス流路形成体２１の左右両側及び下流側のガス流路に水が残留し易くなる。よって、第１導水層２５を、第１ガス流路形成体２１の左右両側の二点鎖線で示すエリアＥ１，Ｅ２にのみ配置したり、下流側の二点鎖線で示すエリアＥ３にのみ配置したり、エリアＥ１，Ｅ２，Ｅ３にのみ配置したりしてもよい。
　・導電性を有する第１及び第２導水層２５，２６として、例えば、毛細管状の通水路を有する多孔体、導電性メッキ処理済み樹脂製の毛細管状の通水路を有する多孔体、導電性を有するセラミックス製の毛細管状の通水路を備えた多孔体、親水性を有するカーボン製の毛細管状の通水路を備えた多孔体を用いてもよい。
　・第１，第２ガス流路形成体２１，２２の材料として、例えば、アルミニウム、銅等の金属板を用いてもよい。
　・燃料電池の発電セルからガス拡散層１９，２０を省略してもよい。

Claims (7)

  1. 環状のフレームの内側に装着された電解質膜と、前記電解質膜の第１の表面に積層されたアノード側の電極触媒層と、前記電解質膜の第２の表面に積層されたカソード側の電極触媒層と、前記アノード側の電極触媒層の表面に積層され、燃料ガスを供給するためのガス流路を有するアノード側のガス流路形成体と、前記カソード側の電極触媒層の表面に積層され、酸化ガスを供給するためのガス流路を有するカソード側のガス流路形成体と、前記各ガス流路形成体の表面にそれぞれ積層されたセパレータとを備えた燃料電池の発電セルにおいて、
    　前記各ガス流路形成体と対応するセパレータとの間に介在され、毛細管状の通水路を有する導水層を備え、
    　前記燃料電池の発電作用によって前記各ガス流路形成体のガス流路に生成された水が前記導水層の通水路に吸収され、前記ガス流路内を流れるガス流により、前記通水路内の水がガス流の下流側に押し出されることを特徴とする燃料電池の発電セル。
  2. 請求項１記載の燃料電池の発電セルにおいて、
    　前記導水層は、導電性の材料により形成されていることを特徴とする燃料電池の発電セル。
  3. 請求項１又は２記載の燃料電池の発電セルにおいて、
    　前記ガス流路形成体は、貫通孔を有する複数のリング部を含むラスカットメタルからなり、
    　前記ガス流路形成体及び前記導水層は、それらを積層した状態でそれらの厚み方向に押圧し前記リング部の端部を前記導水層に食い込ませることにより、互いに接合されていることを特徴とする燃料電池の発電セル。
  4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の燃料電池の発電セルにおいて、
    　前記導水層は、前記ガス流路形成体の表面の全域に亘って配置されていることを特徴とする燃料電池の発電セル。
  5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の燃料電池の発電セルにおいて、
    　前記導水層には、前記ガス流路の下流側に延びる延長部が形成され、前記延長部は、前記フレームに形成された燃料ガス又は酸化ガスの導出通路に位置していることを特徴とする燃料電池の発電セル。
  6. 請求項５記載の燃料電池の発電セルにおいて、
    　前記延長部と、前記電解質膜を含む電極構造体とは、伝熱板を介して互いに接続されていることを特徴とする燃料電池の発電セル。
  7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の燃料電池の発電セルにおいて、
    　前記導水層は、金属繊維よりなる織布又は不織布、金属製の多孔体、導電性メッキ処理済み樹脂製の多孔体、導電性を有するセラミックス製の多孔体、及び親水性を有するカーボン製の多孔体からなる群より選ばれた少なくとも一種を用いて形成されていることを特徴とする燃料電池の発電セル。
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