燃料電池セル及び燃料電池
【課題】発電面積を減少させることなく簡単な構成でパスカットを低減させる燃料電池セル及び燃料電池を提供する。
【解決手段】拡散層２５に対向するカソードセパレータ２２の内向き面に第１流路２６が形成される一方で、拡散層２５に対向するアノードセパレータ２３の内向き面に第２流路２８が形成される。第２流路２８はリブ３０ａ、３０ｂで仕切られる。拡散層２５に当接するリブ３０ａ、３０の当接面には突部３６ａ、３６ｂが形成される。突部３６ａ、３６ｂは、リブ３０ａ、３０ｂから突き出て拡散層２５内に食い込む。こうした燃料電池セル１２によれば、拡散層２５に当接するリブ３０ａ、３０ｂの当接面に突部３６ａ、３６ｂを設けるのみの簡単な構成でパスカットの発生を抑制することができる。しかも、拡散層２５への液状封止材の漏れ出しなどによる発電面積の減少を回避することができるとともに、液状封止材の含浸などの余計な作業が不要である。
【解決手段】拡散層２５に対向するカソードセパレータ２２の内向き面に第１流路２６が形成される一方で、拡散層２５に対向するアノードセパレータ２３の内向き面に第２流路２８が形成される。第２流路２８はリブ３０ａ、３０ｂで仕切られる。拡散層２５に当接するリブ３０ａ、３０の当接面には突部３６ａ、３６ｂが形成される。突部３６ａ、３６ｂは、リブ３０ａ、３０ｂから突き出て拡散層２５内に食い込む。こうした燃料電池セル１２によれば、拡散層２５に当接するリブ３０ａ、３０ｂの当接面に突部３６ａ、３６ｂを設けるのみの簡単な構成でパスカットの発生を抑制することができる。しかも、拡散層２５への液状封止材の漏れ出しなどによる発電面積の減少を回避することができるとともに、液状封止材の含浸などの余計な作業が不要である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられる燃料電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）といった燃料電池のセルは、電解質膜に電極触媒を塗布した膜電極膜電極接合体（ＭＥＡ）と、膜電極接合体を挟み込む１対の拡散層と、その拡散層をさらに挟み込む１対のセパレータと、を備えている。このセルを複数積層した積層体から燃料電池スタックが形成される。特許文献１の図４に開示されているように、セパレータには、燃料ガスや酸化ガスといった反応ガスが流れる流路を仕切るリブが例えば相互に平行に設けられている。リブは拡散層に当接しており、このリブによっていわゆるサーペンタイン型の流路が形成されている。
【０００３】
拡散層は多孔質材料から形成されることから、リブの当接している領域で拡散層の気孔を通って反応ガスがリブをすり抜けるいわゆるパスカットが発生することがある。このパスカットを防止すべく、リブと拡散層とが液状封止材で固定されている。この液状封止材は、拡散層に含浸されて拡散層の気孔率を低下させることによって、反応ガスが通過可能な透孔を詰まらせる分だけパスカットを抑制することができる。その結果、ガス流路に沿って反応ガスが流れるので、発電性能を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、こうしたセルでは、余剰な液状封止材がリブの周囲に漏れ出したり、液状封止材溜まり部の形成によって発電面積が減少したりすることが想定される。また、液状封止材の含浸や液状封止材溜まり部の形成に余計な工程が必要とされる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、発電面積を減少させることなく簡単な構成でパスカットを低減させる燃料電池セル及び燃料電池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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によれば、
電解質膜の両面との間に拡散層をそれぞれ挟み込む第１及び第２セパレータを有する燃料電池セルにおいて、
一方の前記拡散層に対向する前記第１セパレータの内向き面に形成される反応ガスの第１流路と、
他方の前記拡散層に対向する前記第２セパレータの内向き面に形成される反応ガスの第２流路と、
前記第２セパレータに形成されて前記第２流路を仕切るリブと、
前記拡散層に当接する前記リブの当接面に形成されて前記当接面から突き出る突部と、
を備える燃料電池セルが提供される。
【０００８】
こうした燃料電池セルによれば、拡散層に当接するリブの当接面から突部が突き出ることによって、突部が拡散層に食い込み、拡散層の気孔率を低下させることができる。こうしてリブの当接面に突部を設けるのみの簡単な構成でパスカットの発生を抑制することができる。しかも、拡散層への液状封止材の漏れ出しなどによる発電面積の減少を回避することができるとともに、液状封止材の含浸などの余計な作業は必要とされない。
【０００９】
この燃料電池セルでは、前記突部は前記リブの全長に対して部分的に形成される。こうした構成によれば、反応ガスのパスカットを部分的に抑制するとともに部分的に許容することによって、第２流路に沿った反応ガスの適度な流れを確立するとともに、反応ガスによって電解質膜の全体に適度に水分を運ぶことができ、電解質膜の全体にわたって乾燥を抑制することができる。こうして燃料電池セルの発電領域内においてガスストイキの低下を抑制することができ、発電性能の低下を抑制することができる。
【００１０】
こうした燃料電池セルでは、
前記第１セパレータはカソードセパレータであるとともに前記第２セパレータがアノードセパレータであり、
前記第１流路は、前記第１セパレータの下端から上端に向かって第１方向に延び、
前記第２流路は、前記リブで仕切られることによって、前記第２セパレータの上端から下端に向かって前記第１方向に直交する第２方向に蛇行しつつ延び、
前記突部は、前記第２流路のターン部に隣接する前記リブの基端から前記リブの先端に向かって延びる。
【００１１】
この燃料電池セルでは、発電反応によって生じた生成水が、第１流路を流れる反応ガスによってカソードセパレータの下端から上端に向かって運ばれるので、第１流路ではカソードセパレータの上端付近で反応ガス中の水蒸気は飽和する。その結果、その上端付近で電解質膜は高い湿潤状態に保たれる。その一方で、アノードセパレータの第２流路では反応ガスはアノードセパレータの上端から下端に向かって蛇行しつつ流れる。このとき、第２流路の上流から下流に向かうにしたがって消費されることによって反応ガスのガス圧は低下していく。その結果、第２流路のターン部に隣接するリブの基端の領域を挟んで最も大きな差圧が生成される。この差圧の大きな領域で突部によってパスカットが抑制される結果、第２流路で適度な量の反応ガスが流れる。しかも、突部の形成されていない領域ではパスカットが許容される結果、リブがあっても反応ガスはショートカットすることができる。こうして、水分を含んだ反応ガスが第２流路に適度に拡散されるので、第２流路では上端から下端まで全体的に水分を運ぶことができる。
【００１２】
こうした燃料電池セルでは、前記突部の長さは、前記ターン部の幅にほぼ等しく設定されることが好ましい。また、本発明によれば、以上のような燃料電池セルを複数積層した積層体を備える燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発電面積を減少させることなく簡単な構成でパスカットを低減させる燃料電池セル及び燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池の構造を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る燃料電池セルの構造を概略的に示す分解斜視図である。
【図３】アノードセパレータの構造を概略的に示す正面図である。
【図４】図３の４−４線に沿った部分拡大断面図である。
【図５】図３の５−５線に沿った部分拡大断面図である。
【図６】燃料電池の運転温度とセル電圧との関係を示すグラフである。
【図７】図５に対応し、一具体例に係る突部の構造を概略的に示す部分拡大断面図である。
【図８】図５に対応し、一具体例に係る突部の構造を概略的に示す部分拡大断面図である。
【図９】図５に対応し、一具体例に係る突部の構造を概略的に示す部分拡大断面図である。
【図１０】図５に対応し、一具体例に係る突部の構造を概略的に示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池１１の構造を概略的に示す斜視図である。この燃料電池１１は例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を構成する。この燃料電池１１は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして利用可能であることはもちろん、例えば船舶や飛行機などの各種の移動体やロボットといった自走可能な移動体に搭載される発電システム、さらには定置の発電システムとして用いられることが可能である。
【００１６】
この燃料電池１１は、複数の燃料電池セル１２を積層して形成されるセル積層体１３と、燃料電池セル１２の積層方向にセル積層体１３を挟み込む１対のエンドプレート１４、１４と、を備えている。セル積層体１３とエンドプレート１４との間には出力端子付きの集電板と絶縁板とが挟み込まれている（いずれも図示せず）。セル積層体１３と一方のエンドプレート１４との間に１対の板状部材１５、１５が配置されている。この板状部材１５、１５は例えばコイルスプリングなどの弾性モジュールを挟み込んでおり、弾性モジュールの弾性復元力によってセル積層体１３の積層方向に所定の締結力（圧縮荷重）を作用させる。
【００１７】
燃料電池１１は、エンドプレート１４、１４同士を相互に連結する１対のテンションプレート１６、１６を備えている。テンションプレート１６、１６同士の間にセル積層体１３が配置される。テンションプレート１６、１６は、セル積層体１３の積層方向に所定の締結力（圧縮荷重）を作用させた状態を維持している。セル積層体１３に対向するテンションプレート１６の内向き面には、漏電やスパークの発生を防止する絶縁膜（図示せず）が形成されている。絶縁膜は、内向き面に貼り付けられる絶縁テープや内向き面に塗布される樹脂コーティングを含む。
【００１８】
エンドプレート１４には、セル積層体１３に対する反応ガス（酸化ガス）の供給及び排出に用いられる例えば３つの流入口１７と３つの流出口１８とが形成されている。同様に、エンドプレート１４には、セル積層体１３に対する水素ガスなどの反応ガス（燃料ガス）の供給及び排出に用いられる例えば１つの流入口１９と流出口２０とが形成されている。流入口１７、１９及び流出口１８、２０はそれぞれセル積層体１３に接続されている。こうして酸化ガスや水素ガスがそれぞれの燃料電池セル１２に供給され、酸化ガスと水素ガスとが各燃料電池セル１２を介して電気化学反応することにより発電される。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態に係る燃料電池セル１２の構造を概略的に示す分解斜視図である。この燃料電池セル１２は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）２１と、この膜電極接合体２１を両面から挟み込むカソードセパレータ２２及びアノードセパレータ２３と、を備えている。膜電極接合体２１やカソードセパレータ２２、アノードセパレータ２３は矩形の板状に形成されている。膜電極接合体２１は電解質膜２４を備えている。膜電極接合体２１とセパレータ２２、２３との間には１対の拡散層２５、２５が配置されている。
【００２０】
電解質膜２４は、高分子材料のイオン交換膜から形成されている。電解質膜２４の輪郭は拡散層２５の輪郭よりも一回り大きく形成されている。電解質膜２４には例えばホットプレス法によって拡散層２５が接合される。拡散層２５は、流体（酸化ガス、水素ガス、生成水）を透過させる多孔質の炭素素材などの導電体から形成されている。拡散層２５の内向き面に対向する電解質膜２４には触媒層（図示せず）が配置される。触媒層は、例えば固体電解質と、炭素粒子と、その炭素粒子に担持された触媒と、を備えている。触媒には例えば白金又は白金合金などが好適に用いられる。
【００２１】
セパレータ２２、２３はガス不透過性の導電性材料から形成されている。導電性材料には、例えば炭素や導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス鋼などの金属材料が含まれる。本実施形態のセパレータ２２、２３は例えば金属板から形成されており、いわゆるメタルセパレータである。膜電極接合体２１に対向するセパレータ２２、２３の内向き面には耐食性に優れた膜（例えば金メッキによって形成された膜）が形成されている。
【００２２】
図２から明らかなように、膜電極接合体２１に対向するカソードセパレータ２２の内向き面には酸化ガスの第１流路２６が形成される。第１流路２６は、カソードセパレータ２２の内向き面に例えばプレス成形によって形成される窪みから形成される。第１流路２６よりも外側では、カソードセパレータ２２の外周に酸化ガスの流入側のマニホールド２７ａ及び流出側のマニホールド２７ｂが複数形成される。マニホールド２７ａはカソードセパレータ２２の下端に隣接して配列される一方で、マニホールド２７ｂはカソードセパレータ２２の上端に隣接して配置される。
【００２３】
マニホールド２７ａは前述のエンドプレート１４の流入口１７に連通する一方で、マニホールド２７ｂはエンドプレート１４の流出口１８に連通する。これらマニホールド２７ａ、２７ｂに第１流路２６が接続されることによって第１流路２６に酸化ガスが流れる。ここでは、図２の矢印で示すように、酸化ガスは、マニホールド２７ａから第１流路２６に流入してマニホールド２７ｂから流出するので、セル積層体１３の下端から上端に向かって第１方向に流れる。第１流路２６を流れる酸化ガスは拡散層２５を介して電解質膜２４に供給される。
【００２４】
その一方で、膜電極接合体２１に対向するアノードセパレータ２３の内向き面には水素ガスの第２流路２８が形成される。第２流路２８は、アノードセパレータ２３の内向き面に例えばプレス成形によって形成される窪みから形成される。第２流路２８よりも外側では、アノードセパレータ２３の外周に水素ガスの流入側のマニホールド２９ａ及び流出側のマニホールド２９ｂが形成される。マニホールド２９ａはアノードセパレータ２３の左上端に隣接して配置される一方で、マニホールド２９ｂはアノードセパレータ２３の右下端に隣接して配置される。
【００２５】
マニホールド２９ａは前述のエンドプレート１４の流入口１９に連通する一方で、マニホールド２９ｂはエンドプレート１４の流出口２０に連通する。これらマニホールド２９ａ、２９ｂに第２流路２８が接続されることによって第２流路２８に水素ガスが流れる。図２に示すように、第２流路２８は例えば複数のリブ３０ａ、３０ｂによって仕切られている。リブ３０ａ、３０ｂは例えば相互に平行に延びる。各リブ３０ａ、３０ｂはその基端でアノードセパレータ２３の外周に接続されている。こうして第２流路２８は、いわゆるサーペンタイン型の流路に形成されており、前述の第１方向に直交する第２方向に蛇行しつつ延びる。
【００２６】
図３はアノードセパレータ２３の正面図である。第２流路２８は、リブ３０ａの基端から先端に向かって延びる第１直線部３１と、第１直線部３１に接続されてリブ３０ａの先端周りに延びる第１ターン部３２と、第１ターン部３２に接続されてリブ３０ａの先端から基端に向かって延びる第２直線部３３と、第２直線部３３に接続されてリブ３０ｂの先端周りに延びる第２ターン部３４と、第２ターン部３４に接続されてリブ３０ｂの先端から基端に向かって延びる第３直線部３５と、を有する。第２直線部３３は、リブ３０ｂの基端から先端に向かって延びる。
【００２７】
第１直線部３１の一端にはマニホールド２９ａが接続される一方で、第３直線部３５の他端にはマニホールド２９ｂが接続される。その結果、図２の矢印で示すように、水素ガスは、第１直線部３１、第１ターン部３２、第２直線部３３、第２ターン部３４及び第３直線部３５を順番に通って流れる。従って、第１直線部３１と第２直線部３３との間では水素ガスは相互に逆向きに流れる。同様に、第２直線部３３と第３直線部３５との間では水素ガスは相互に逆向きに流れる。こうして水素ガスはアノードセパレータ２３の上端から下端に向かって第１方向に直交する第２方向に蛇行して流れる。
【００２８】
リブ３０ａ、３０ｂにはそれぞれ部分的に突部３６ａ、３６ｂが形成される。突部３６ａ、３６ｂは、リブ３０ａ、３０ｂから膜電極接合体２１に向かって突き出る。本実施形態では、リブ３０ａの基端から先端に向かう方向に規定される突部３６ａの長さは第２ターン部３４の幅にほぼ等しく設定される。同様に、リブ３０ｂの基端から先端に向かう方向に規定される突部３６ｂの長さは第１ターン部３２の幅にほぼ等しく設定される。なお、突部３６ａ、３６ｂの長さは、この大きさに限定されるものではなく、拡散層２５の透気度などに応じて適切な大きさに設定される。
【００２９】
図４は図３の４−４線に沿った部分拡大断面図である。リブ３０ａ（３０ｂ）は例えば直方体形状の輪郭を有しており、その断面は矩形に形成されている。リブ３０ａ（３０ｂ）はその先端面で膜電極接合体２１の拡散層２５に当接している。図５は図３の５−５線に沿った部分拡大断面図である。リブ３０ａ（３０ｂ）には、そのリブ３０ａ（３０ｂ）の先端面すなわち当接面に突部３６ａ（３６ｂ）が形成されている。本実施形態では、突部３６ａ（３６ｂ）は例えば直方体形状の輪郭を有しており、その断面は矩形に形成されている。
【００３０】
図５に示すように、突部３６ａ（３６ｂ）は、リブ３０ａ（３０ｂ）から拡散層２５に向かって突き出て拡散層２５に食い込んでいる。その結果、拡散層２５が部分的に圧縮されることによって突部３６ａ（３６ｂ）の形成箇所において水素ガスが透過可能な気孔が減少して拡散層２５の気孔率（透気度）が低下する。その結果、突部３６ａ（３６ｂ）の形成箇所において拡散層２５を通じた水素ガスのすり抜けすなわちパスカットの発生を抑制することができる。パスカットの発生の抑制による作用効果は後述する。
【００３１】
本実施形態では、リブ３０ａ、３０ｂの当接面からの突部３６ａ、３６ｂの突き出し量は例えば拡散層２５の厚みの２０〜５０％程度に設定されることが好ましい。ただし、突部３６ａ、３６ｂの突き出し量は、小さすぎると気孔率を低下させる効果に乏しい。その一方で、突き出し量が大きすぎると、突部３６ａ、３６ｂ以外のリブ３０ａ、３０ｂの拡散層２５に対する面圧が確保できない。さらに、突き出し量が大きすぎると、拡散層２５を形成する繊維によって電解質膜２４が損傷するおそれがある。従って、突き出し量は、リブ３０ａ、３０ｂの幅や拡散層２５の厚み、電解質膜２４の強度などに応じて適宜調整されることが好ましい。
【００３２】
次に、燃料電池１１を運転する場合を説明する。カソードセパレータ２２の第１流路２６にドライガスである酸化ガスが供給される一方で、アノードセパレータ２３の第２流路２８には水素ガスが供給される。その結果、アノード極において酸化反応が生じる一方で、カソード極で還元反応が生じ、セル積層体１３全体として起電反応が生じる。この起電反応によって生じた生成水は第１流路２６を流れる酸化ガスによってカソードセパレータ２２の下端から上端に向かって運ばれる。こうして第１流路２６ではカソードセパレータ２２の上端すなわちマニホールド２７ｂ付近で酸化ガス中の水蒸気量は飽和する。その結果、燃料電池セル１２の上端付近で電解質膜２４は高い湿潤状態に保たれる。
【００３３】
その一方で、アノードセパレータ２３の第２流路２８では水素ガスはアノードセパレータ２３の上端から下端に向かって蛇行しつつ流れる。このとき、第２流路２８の上流から下流に向かうにしたがって水素ガスが消費されることによって水素ガスのガス圧は低下していく。その結果、第２ターン部３４に隣接するリブ３０ａの基端の領域及び第１ターン部３２に隣接するリブ３０ｂの基端の領域を挟んで最も大きな差圧が生成される。本発明では、この差圧が大きな領域を仕切る突部３６ａ、３６ｂが形成されていることから、差圧が大きな領域でパスカットが抑制される。その結果、例えば第１ターン部３２のガス圧と第２ターン部３４のガス圧との間で適度な差圧が生じるので、第１直線部３１から第２直線部３３を通って第３直線部３５まで適度な量の水素ガスが流れる。
【００３４】
前述のように、アノードセパレータ２３の上端に配置される第１直線部３１に隣接する電解質膜２４の上端付近では高い湿潤状態が保持されることから、第１直線部３１を流れる水素ガスは電解質膜２４から比較的多くの水分の供給を受ける。突部３６ａの形成されていない領域ではリブ３０ａの下方の拡散層２５を介して第１直線部３１から第２直線部３３にパスカットが許容される。その結果、第１直線部３１から第２直線部３３に、また、第２直線部３３から第３直線部３５に、水素ガスがショートカットすることができる。こうして、水分を含んだ水素ガスが第２流路２８に適度に拡散されるので、第２流路２８では上端から下端まで全体的に水分を運ぶことができる。
【００３５】
特に、マニホールド２７ａからドライガスが流入する燃料電池セル１２の下端側で電解質膜２４は乾燥しやすいものの、本発明によれば、第２流路２８側で上端から下端に向かって運ばれる水分によってその上端から下端まで電解質膜２４を適度に加湿することができる。その結果、乾燥しやすい下端を含めて電解質膜２４の全体で適度な湿潤状態を確保することができる。一般に、電解質膜２４が乾燥するとその抵抗値が増大してしまうので、発電性能が低下するものの、本発明によれば、電解質膜２４の全体を適度に加湿することによって抵抗値の上昇を回避し、燃料電池セル１２の発電性能を向上させることができる。
【００３６】
これに対して、突部３６ａ、３６ｂの形成を省略してリブ３０ａ、３０ｂの全体でパスカットを許容してしまうと、第１ターン部３２や第２ターン部３４に隣接するリブ３０ａ、３０ｂの基端の差圧が大きい領域で水素ガスがショートカットしてしまう。その結果、例えば第１ターン部３２のガス圧と第２ターン部３４のガス圧との間で本発明に比べて小さな差圧しか生成されず、第２流路２８に沿って水素ガスの円滑な流れを確立することができない。その結果、部分水素欠による発電性能の低下が生じる。また、第１直線部３１で供給された水分を第３直線部３５まで運ぶことができず、発電性能を低下させてしまう。
【００３７】
また、特許文献１のように、リブ３０ａ、３０ｂがその全体で拡散層２５に液状封止材で固定されてしまうと、第２流路２８の全体でパスカットが抑制される。その結果、例えば第１ターン部３２のガス圧と第２ターン部３４のガス圧との間で本発明に比べて大きな差圧が生成され、第２流路２８で水素ガスの円滑な流れを確保することができる。しかしながら、パスカットによる水素ガスの拡散がないため、第１直線部３１で供給された水分が例えば第２直線部３３での電解質膜２４の加湿に消費されてしまい、第３直線部３５まで十分に水分を行き渡らせることができず、発電性能を低下させてしまう。
【００３８】
以上のことから、本実施形態に係る燃料電池１１では、リブ３０ａ、３０ｂに突部３６ａ、３６ｂを設けるのみの簡単な構成でパスカットの発生を抑制することができる。しかも、拡散層２５への液状封止材の漏れ出しなどによる発電面積の減少を回避することができるとともに、液状封止材の含浸などの余計な作業が不要である。また、突部３６ａ、３６ｂの形成によって水素ガスのパスカットを部分的に抑制するとともに部分的に許容することができる。その結果、第２流路２８に沿った水素ガスの適度な流れを確立するとともに、燃料電池セル１２の上端で供給された水分を下端に向かって運ぶことができ、電解質膜２４の全体にわたって乾燥を抑制することができる。こうして燃料電池セル１１の発電領域内においてガスストイキの低下を抑制することができ、発電性能の低下を抑制することができる。
【００３９】
次に、燃料電池１１の運転時の性能を比較した。具体例には本発明に係る燃料電池１１を用意するとともに、比較例として特許文献１の燃料電池を用意した。図６に示すように、運転温度が８５℃から９５℃まで上昇するにつれてセル電圧が低下したものの、比較例に比べて具体例では低下は抑制された。一般に、運転温度が高温になるにつれて電解質膜の乾燥の度合いが上昇することによって電解質膜の抵抗値が増大するため、セル電圧は低下していく。本発明の具体例では、電解質膜をその全体にわたって適度に加湿することによって、高温時にセル電圧の低下の抑制が可能であることが確認された。
【００４０】
以上のような燃料電池１１では、突部３６ａ、３６ｂの形状は上述の形状に限定されない。図７に示すように、突部３６ａの形成にあたってリブ３０ａの当接面に所定の径の線材が接着されてもよい。ここでは、線材は円柱形状であるものの、線材の形状はこれに限定されない。また、図８に示すように、突部３６ａは、例えばリブ３０ａの当接面の全体が拡散層２５に向かって半円柱状に突き出るドーム状突起から形成されてもよく、図９に示すように、当接面に形成される三角柱状の突起から形成されてもよく、また、図１０に示すように、当接面に形成される半円柱状の突起から形成されてもよい。こうした形状は例えば２段プレス工程によって形成される。
【符号の説明】
【００４１】
１１ 燃料電池
１２ 燃料電池セル
１３ 積層体（セル積層体）
２１ 膜電極接合体
２２ カソードセパレータ
２３ アノードセパレータ
２４ 電解質膜
２５ 拡散層
２６ 第１流路
２８ 第２流路
３０ａ リブ
３０ｂ リブ
３６ａ 突部
３６ｂ 突部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられる燃料電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）といった燃料電池のセルは、電解質膜に電極触媒を塗布した膜電極膜電極接合体（ＭＥＡ）と、膜電極接合体を挟み込む１対の拡散層と、その拡散層をさらに挟み込む１対のセパレータと、を備えている。このセルを複数積層した積層体から燃料電池スタックが形成される。特許文献１の図４に開示されているように、セパレータには、燃料ガスや酸化ガスといった反応ガスが流れる流路を仕切るリブが例えば相互に平行に設けられている。リブは拡散層に当接しており、このリブによっていわゆるサーペンタイン型の流路が形成されている。
【０００３】
拡散層は多孔質材料から形成されることから、リブの当接している領域で拡散層の気孔を通って反応ガスがリブをすり抜けるいわゆるパスカットが発生することがある。このパスカットを防止すべく、リブと拡散層とが液状封止材で固定されている。この液状封止材は、拡散層に含浸されて拡散層の気孔率を低下させることによって、反応ガスが通過可能な透孔を詰まらせる分だけパスカットを抑制することができる。その結果、ガス流路に沿って反応ガスが流れるので、発電性能を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、こうしたセルでは、余剰な液状封止材がリブの周囲に漏れ出したり、液状封止材溜まり部の形成によって発電面積が減少したりすることが想定される。また、液状封止材の含浸や液状封止材溜まり部の形成に余計な工程が必要とされる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、発電面積を減少させることなく簡単な構成でパスカットを低減させる燃料電池セル及び燃料電池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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によれば、
電解質膜の両面との間に拡散層をそれぞれ挟み込む第１及び第２セパレータを有する燃料電池セルにおいて、
一方の前記拡散層に対向する前記第１セパレータの内向き面に形成される反応ガスの第１流路と、
他方の前記拡散層に対向する前記第２セパレータの内向き面に形成される反応ガスの第２流路と、
前記第２セパレータに形成されて前記第２流路を仕切るリブと、
前記拡散層に当接する前記リブの当接面に形成されて前記当接面から突き出る突部と、
を備える燃料電池セルが提供される。
【０００８】
こうした燃料電池セルによれば、拡散層に当接するリブの当接面から突部が突き出ることによって、突部が拡散層に食い込み、拡散層の気孔率を低下させることができる。こうしてリブの当接面に突部を設けるのみの簡単な構成でパスカットの発生を抑制することができる。しかも、拡散層への液状封止材の漏れ出しなどによる発電面積の減少を回避することができるとともに、液状封止材の含浸などの余計な作業は必要とされない。
【０００９】
この燃料電池セルでは、前記突部は前記リブの全長に対して部分的に形成される。こうした構成によれば、反応ガスのパスカットを部分的に抑制するとともに部分的に許容することによって、第２流路に沿った反応ガスの適度な流れを確立するとともに、反応ガスによって電解質膜の全体に適度に水分を運ぶことができ、電解質膜の全体にわたって乾燥を抑制することができる。こうして燃料電池セルの発電領域内においてガスストイキの低下を抑制することができ、発電性能の低下を抑制することができる。
【００１０】
こうした燃料電池セルでは、
前記第１セパレータはカソードセパレータであるとともに前記第２セパレータがアノードセパレータであり、
前記第１流路は、前記第１セパレータの下端から上端に向かって第１方向に延び、
前記第２流路は、前記リブで仕切られることによって、前記第２セパレータの上端から下端に向かって前記第１方向に直交する第２方向に蛇行しつつ延び、
前記突部は、前記第２流路のターン部に隣接する前記リブの基端から前記リブの先端に向かって延びる。
【００１１】
この燃料電池セルでは、発電反応によって生じた生成水が、第１流路を流れる反応ガスによってカソードセパレータの下端から上端に向かって運ばれるので、第１流路ではカソードセパレータの上端付近で反応ガス中の水蒸気は飽和する。その結果、その上端付近で電解質膜は高い湿潤状態に保たれる。その一方で、アノードセパレータの第２流路では反応ガスはアノードセパレータの上端から下端に向かって蛇行しつつ流れる。このとき、第２流路の上流から下流に向かうにしたがって消費されることによって反応ガスのガス圧は低下していく。その結果、第２流路のターン部に隣接するリブの基端の領域を挟んで最も大きな差圧が生成される。この差圧の大きな領域で突部によってパスカットが抑制される結果、第２流路で適度な量の反応ガスが流れる。しかも、突部の形成されていない領域ではパスカットが許容される結果、リブがあっても反応ガスはショートカットすることができる。こうして、水分を含んだ反応ガスが第２流路に適度に拡散されるので、第２流路では上端から下端まで全体的に水分を運ぶことができる。
【００１２】
こうした燃料電池セルでは、前記突部の長さは、前記ターン部の幅にほぼ等しく設定されることが好ましい。また、本発明によれば、以上のような燃料電池セルを複数積層した積層体を備える燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発電面積を減少させることなく簡単な構成でパスカットを低減させる燃料電池セル及び燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池の構造を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る燃料電池セルの構造を概略的に示す分解斜視図である。
【図３】アノードセパレータの構造を概略的に示す正面図である。
【図４】図３の４−４線に沿った部分拡大断面図である。
【図５】図３の５−５線に沿った部分拡大断面図である。
【図６】燃料電池の運転温度とセル電圧との関係を示すグラフである。
【図７】図５に対応し、一具体例に係る突部の構造を概略的に示す部分拡大断面図である。
【図８】図５に対応し、一具体例に係る突部の構造を概略的に示す部分拡大断面図である。
【図９】図５に対応し、一具体例に係る突部の構造を概略的に示す部分拡大断面図である。
【図１０】図５に対応し、一具体例に係る突部の構造を概略的に示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池１１の構造を概略的に示す斜視図である。この燃料電池１１は例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を構成する。この燃料電池１１は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして利用可能であることはもちろん、例えば船舶や飛行機などの各種の移動体やロボットといった自走可能な移動体に搭載される発電システム、さらには定置の発電システムとして用いられることが可能である。
【００１６】
この燃料電池１１は、複数の燃料電池セル１２を積層して形成されるセル積層体１３と、燃料電池セル１２の積層方向にセル積層体１３を挟み込む１対のエンドプレート１４、１４と、を備えている。セル積層体１３とエンドプレート１４との間には出力端子付きの集電板と絶縁板とが挟み込まれている（いずれも図示せず）。セル積層体１３と一方のエンドプレート１４との間に１対の板状部材１５、１５が配置されている。この板状部材１５、１５は例えばコイルスプリングなどの弾性モジュールを挟み込んでおり、弾性モジュールの弾性復元力によってセル積層体１３の積層方向に所定の締結力（圧縮荷重）を作用させる。
【００１７】
燃料電池１１は、エンドプレート１４、１４同士を相互に連結する１対のテンションプレート１６、１６を備えている。テンションプレート１６、１６同士の間にセル積層体１３が配置される。テンションプレート１６、１６は、セル積層体１３の積層方向に所定の締結力（圧縮荷重）を作用させた状態を維持している。セル積層体１３に対向するテンションプレート１６の内向き面には、漏電やスパークの発生を防止する絶縁膜（図示せず）が形成されている。絶縁膜は、内向き面に貼り付けられる絶縁テープや内向き面に塗布される樹脂コーティングを含む。
【００１８】
エンドプレート１４には、セル積層体１３に対する反応ガス（酸化ガス）の供給及び排出に用いられる例えば３つの流入口１７と３つの流出口１８とが形成されている。同様に、エンドプレート１４には、セル積層体１３に対する水素ガスなどの反応ガス（燃料ガス）の供給及び排出に用いられる例えば１つの流入口１９と流出口２０とが形成されている。流入口１７、１９及び流出口１８、２０はそれぞれセル積層体１３に接続されている。こうして酸化ガスや水素ガスがそれぞれの燃料電池セル１２に供給され、酸化ガスと水素ガスとが各燃料電池セル１２を介して電気化学反応することにより発電される。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態に係る燃料電池セル１２の構造を概略的に示す分解斜視図である。この燃料電池セル１２は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）２１と、この膜電極接合体２１を両面から挟み込むカソードセパレータ２２及びアノードセパレータ２３と、を備えている。膜電極接合体２１やカソードセパレータ２２、アノードセパレータ２３は矩形の板状に形成されている。膜電極接合体２１は電解質膜２４を備えている。膜電極接合体２１とセパレータ２２、２３との間には１対の拡散層２５、２５が配置されている。
【００２０】
電解質膜２４は、高分子材料のイオン交換膜から形成されている。電解質膜２４の輪郭は拡散層２５の輪郭よりも一回り大きく形成されている。電解質膜２４には例えばホットプレス法によって拡散層２５が接合される。拡散層２５は、流体（酸化ガス、水素ガス、生成水）を透過させる多孔質の炭素素材などの導電体から形成されている。拡散層２５の内向き面に対向する電解質膜２４には触媒層（図示せず）が配置される。触媒層は、例えば固体電解質と、炭素粒子と、その炭素粒子に担持された触媒と、を備えている。触媒には例えば白金又は白金合金などが好適に用いられる。
【００２１】
セパレータ２２、２３はガス不透過性の導電性材料から形成されている。導電性材料には、例えば炭素や導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス鋼などの金属材料が含まれる。本実施形態のセパレータ２２、２３は例えば金属板から形成されており、いわゆるメタルセパレータである。膜電極接合体２１に対向するセパレータ２２、２３の内向き面には耐食性に優れた膜（例えば金メッキによって形成された膜）が形成されている。
【００２２】
図２から明らかなように、膜電極接合体２１に対向するカソードセパレータ２２の内向き面には酸化ガスの第１流路２６が形成される。第１流路２６は、カソードセパレータ２２の内向き面に例えばプレス成形によって形成される窪みから形成される。第１流路２６よりも外側では、カソードセパレータ２２の外周に酸化ガスの流入側のマニホールド２７ａ及び流出側のマニホールド２７ｂが複数形成される。マニホールド２７ａはカソードセパレータ２２の下端に隣接して配列される一方で、マニホールド２７ｂはカソードセパレータ２２の上端に隣接して配置される。
【００２３】
マニホールド２７ａは前述のエンドプレート１４の流入口１７に連通する一方で、マニホールド２７ｂはエンドプレート１４の流出口１８に連通する。これらマニホールド２７ａ、２７ｂに第１流路２６が接続されることによって第１流路２６に酸化ガスが流れる。ここでは、図２の矢印で示すように、酸化ガスは、マニホールド２７ａから第１流路２６に流入してマニホールド２７ｂから流出するので、セル積層体１３の下端から上端に向かって第１方向に流れる。第１流路２６を流れる酸化ガスは拡散層２５を介して電解質膜２４に供給される。
【００２４】
その一方で、膜電極接合体２１に対向するアノードセパレータ２３の内向き面には水素ガスの第２流路２８が形成される。第２流路２８は、アノードセパレータ２３の内向き面に例えばプレス成形によって形成される窪みから形成される。第２流路２８よりも外側では、アノードセパレータ２３の外周に水素ガスの流入側のマニホールド２９ａ及び流出側のマニホールド２９ｂが形成される。マニホールド２９ａはアノードセパレータ２３の左上端に隣接して配置される一方で、マニホールド２９ｂはアノードセパレータ２３の右下端に隣接して配置される。
【００２５】
マニホールド２９ａは前述のエンドプレート１４の流入口１９に連通する一方で、マニホールド２９ｂはエンドプレート１４の流出口２０に連通する。これらマニホールド２９ａ、２９ｂに第２流路２８が接続されることによって第２流路２８に水素ガスが流れる。図２に示すように、第２流路２８は例えば複数のリブ３０ａ、３０ｂによって仕切られている。リブ３０ａ、３０ｂは例えば相互に平行に延びる。各リブ３０ａ、３０ｂはその基端でアノードセパレータ２３の外周に接続されている。こうして第２流路２８は、いわゆるサーペンタイン型の流路に形成されており、前述の第１方向に直交する第２方向に蛇行しつつ延びる。
【００２６】
図３はアノードセパレータ２３の正面図である。第２流路２８は、リブ３０ａの基端から先端に向かって延びる第１直線部３１と、第１直線部３１に接続されてリブ３０ａの先端周りに延びる第１ターン部３２と、第１ターン部３２に接続されてリブ３０ａの先端から基端に向かって延びる第２直線部３３と、第２直線部３３に接続されてリブ３０ｂの先端周りに延びる第２ターン部３４と、第２ターン部３４に接続されてリブ３０ｂの先端から基端に向かって延びる第３直線部３５と、を有する。第２直線部３３は、リブ３０ｂの基端から先端に向かって延びる。
【００２７】
第１直線部３１の一端にはマニホールド２９ａが接続される一方で、第３直線部３５の他端にはマニホールド２９ｂが接続される。その結果、図２の矢印で示すように、水素ガスは、第１直線部３１、第１ターン部３２、第２直線部３３、第２ターン部３４及び第３直線部３５を順番に通って流れる。従って、第１直線部３１と第２直線部３３との間では水素ガスは相互に逆向きに流れる。同様に、第２直線部３３と第３直線部３５との間では水素ガスは相互に逆向きに流れる。こうして水素ガスはアノードセパレータ２３の上端から下端に向かって第１方向に直交する第２方向に蛇行して流れる。
【００２８】
リブ３０ａ、３０ｂにはそれぞれ部分的に突部３６ａ、３６ｂが形成される。突部３６ａ、３６ｂは、リブ３０ａ、３０ｂから膜電極接合体２１に向かって突き出る。本実施形態では、リブ３０ａの基端から先端に向かう方向に規定される突部３６ａの長さは第２ターン部３４の幅にほぼ等しく設定される。同様に、リブ３０ｂの基端から先端に向かう方向に規定される突部３６ｂの長さは第１ターン部３２の幅にほぼ等しく設定される。なお、突部３６ａ、３６ｂの長さは、この大きさに限定されるものではなく、拡散層２５の透気度などに応じて適切な大きさに設定される。
【００２９】
図４は図３の４−４線に沿った部分拡大断面図である。リブ３０ａ（３０ｂ）は例えば直方体形状の輪郭を有しており、その断面は矩形に形成されている。リブ３０ａ（３０ｂ）はその先端面で膜電極接合体２１の拡散層２５に当接している。図５は図３の５−５線に沿った部分拡大断面図である。リブ３０ａ（３０ｂ）には、そのリブ３０ａ（３０ｂ）の先端面すなわち当接面に突部３６ａ（３６ｂ）が形成されている。本実施形態では、突部３６ａ（３６ｂ）は例えば直方体形状の輪郭を有しており、その断面は矩形に形成されている。
【００３０】
図５に示すように、突部３６ａ（３６ｂ）は、リブ３０ａ（３０ｂ）から拡散層２５に向かって突き出て拡散層２５に食い込んでいる。その結果、拡散層２５が部分的に圧縮されることによって突部３６ａ（３６ｂ）の形成箇所において水素ガスが透過可能な気孔が減少して拡散層２５の気孔率（透気度）が低下する。その結果、突部３６ａ（３６ｂ）の形成箇所において拡散層２５を通じた水素ガスのすり抜けすなわちパスカットの発生を抑制することができる。パスカットの発生の抑制による作用効果は後述する。
【００３１】
本実施形態では、リブ３０ａ、３０ｂの当接面からの突部３６ａ、３６ｂの突き出し量は例えば拡散層２５の厚みの２０〜５０％程度に設定されることが好ましい。ただし、突部３６ａ、３６ｂの突き出し量は、小さすぎると気孔率を低下させる効果に乏しい。その一方で、突き出し量が大きすぎると、突部３６ａ、３６ｂ以外のリブ３０ａ、３０ｂの拡散層２５に対する面圧が確保できない。さらに、突き出し量が大きすぎると、拡散層２５を形成する繊維によって電解質膜２４が損傷するおそれがある。従って、突き出し量は、リブ３０ａ、３０ｂの幅や拡散層２５の厚み、電解質膜２４の強度などに応じて適宜調整されることが好ましい。
【００３２】
次に、燃料電池１１を運転する場合を説明する。カソードセパレータ２２の第１流路２６にドライガスである酸化ガスが供給される一方で、アノードセパレータ２３の第２流路２８には水素ガスが供給される。その結果、アノード極において酸化反応が生じる一方で、カソード極で還元反応が生じ、セル積層体１３全体として起電反応が生じる。この起電反応によって生じた生成水は第１流路２６を流れる酸化ガスによってカソードセパレータ２２の下端から上端に向かって運ばれる。こうして第１流路２６ではカソードセパレータ２２の上端すなわちマニホールド２７ｂ付近で酸化ガス中の水蒸気量は飽和する。その結果、燃料電池セル１２の上端付近で電解質膜２４は高い湿潤状態に保たれる。
【００３３】
その一方で、アノードセパレータ２３の第２流路２８では水素ガスはアノードセパレータ２３の上端から下端に向かって蛇行しつつ流れる。このとき、第２流路２８の上流から下流に向かうにしたがって水素ガスが消費されることによって水素ガスのガス圧は低下していく。その結果、第２ターン部３４に隣接するリブ３０ａの基端の領域及び第１ターン部３２に隣接するリブ３０ｂの基端の領域を挟んで最も大きな差圧が生成される。本発明では、この差圧が大きな領域を仕切る突部３６ａ、３６ｂが形成されていることから、差圧が大きな領域でパスカットが抑制される。その結果、例えば第１ターン部３２のガス圧と第２ターン部３４のガス圧との間で適度な差圧が生じるので、第１直線部３１から第２直線部３３を通って第３直線部３５まで適度な量の水素ガスが流れる。
【００３４】
前述のように、アノードセパレータ２３の上端に配置される第１直線部３１に隣接する電解質膜２４の上端付近では高い湿潤状態が保持されることから、第１直線部３１を流れる水素ガスは電解質膜２４から比較的多くの水分の供給を受ける。突部３６ａの形成されていない領域ではリブ３０ａの下方の拡散層２５を介して第１直線部３１から第２直線部３３にパスカットが許容される。その結果、第１直線部３１から第２直線部３３に、また、第２直線部３３から第３直線部３５に、水素ガスがショートカットすることができる。こうして、水分を含んだ水素ガスが第２流路２８に適度に拡散されるので、第２流路２８では上端から下端まで全体的に水分を運ぶことができる。
【００３５】
特に、マニホールド２７ａからドライガスが流入する燃料電池セル１２の下端側で電解質膜２４は乾燥しやすいものの、本発明によれば、第２流路２８側で上端から下端に向かって運ばれる水分によってその上端から下端まで電解質膜２４を適度に加湿することができる。その結果、乾燥しやすい下端を含めて電解質膜２４の全体で適度な湿潤状態を確保することができる。一般に、電解質膜２４が乾燥するとその抵抗値が増大してしまうので、発電性能が低下するものの、本発明によれば、電解質膜２４の全体を適度に加湿することによって抵抗値の上昇を回避し、燃料電池セル１２の発電性能を向上させることができる。
【００３６】
これに対して、突部３６ａ、３６ｂの形成を省略してリブ３０ａ、３０ｂの全体でパスカットを許容してしまうと、第１ターン部３２や第２ターン部３４に隣接するリブ３０ａ、３０ｂの基端の差圧が大きい領域で水素ガスがショートカットしてしまう。その結果、例えば第１ターン部３２のガス圧と第２ターン部３４のガス圧との間で本発明に比べて小さな差圧しか生成されず、第２流路２８に沿って水素ガスの円滑な流れを確立することができない。その結果、部分水素欠による発電性能の低下が生じる。また、第１直線部３１で供給された水分を第３直線部３５まで運ぶことができず、発電性能を低下させてしまう。
【００３７】
また、特許文献１のように、リブ３０ａ、３０ｂがその全体で拡散層２５に液状封止材で固定されてしまうと、第２流路２８の全体でパスカットが抑制される。その結果、例えば第１ターン部３２のガス圧と第２ターン部３４のガス圧との間で本発明に比べて大きな差圧が生成され、第２流路２８で水素ガスの円滑な流れを確保することができる。しかしながら、パスカットによる水素ガスの拡散がないため、第１直線部３１で供給された水分が例えば第２直線部３３での電解質膜２４の加湿に消費されてしまい、第３直線部３５まで十分に水分を行き渡らせることができず、発電性能を低下させてしまう。
【００３８】
以上のことから、本実施形態に係る燃料電池１１では、リブ３０ａ、３０ｂに突部３６ａ、３６ｂを設けるのみの簡単な構成でパスカットの発生を抑制することができる。しかも、拡散層２５への液状封止材の漏れ出しなどによる発電面積の減少を回避することができるとともに、液状封止材の含浸などの余計な作業が不要である。また、突部３６ａ、３６ｂの形成によって水素ガスのパスカットを部分的に抑制するとともに部分的に許容することができる。その結果、第２流路２８に沿った水素ガスの適度な流れを確立するとともに、燃料電池セル１２の上端で供給された水分を下端に向かって運ぶことができ、電解質膜２４の全体にわたって乾燥を抑制することができる。こうして燃料電池セル１１の発電領域内においてガスストイキの低下を抑制することができ、発電性能の低下を抑制することができる。
【００３９】
次に、燃料電池１１の運転時の性能を比較した。具体例には本発明に係る燃料電池１１を用意するとともに、比較例として特許文献１の燃料電池を用意した。図６に示すように、運転温度が８５℃から９５℃まで上昇するにつれてセル電圧が低下したものの、比較例に比べて具体例では低下は抑制された。一般に、運転温度が高温になるにつれて電解質膜の乾燥の度合いが上昇することによって電解質膜の抵抗値が増大するため、セル電圧は低下していく。本発明の具体例では、電解質膜をその全体にわたって適度に加湿することによって、高温時にセル電圧の低下の抑制が可能であることが確認された。
【００４０】
以上のような燃料電池１１では、突部３６ａ、３６ｂの形状は上述の形状に限定されない。図７に示すように、突部３６ａの形成にあたってリブ３０ａの当接面に所定の径の線材が接着されてもよい。ここでは、線材は円柱形状であるものの、線材の形状はこれに限定されない。また、図８に示すように、突部３６ａは、例えばリブ３０ａの当接面の全体が拡散層２５に向かって半円柱状に突き出るドーム状突起から形成されてもよく、図９に示すように、当接面に形成される三角柱状の突起から形成されてもよく、また、図１０に示すように、当接面に形成される半円柱状の突起から形成されてもよい。こうした形状は例えば２段プレス工程によって形成される。
【符号の説明】
【００４１】
１１ 燃料電池
１２ 燃料電池セル
１３ 積層体（セル積層体）
２１ 膜電極接合体
２２ カソードセパレータ
２３ アノードセパレータ
２４ 電解質膜
２５ 拡散層
２６ 第１流路
２８ 第２流路
３０ａ リブ
３０ｂ リブ
３６ａ 突部
３６ｂ 突部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面との間に拡散層をそれぞれ挟み込む第１及び第２セパレータを有する燃料電池セルにおいて、
一方の前記拡散層に対向する一方の前記第１セパレータの内向き面に形成される反応ガスの第１流路と、
他方の前記拡散層に対向する他方の前記第２セパレータの内向き面に形成される反応ガスの第２流路と、
前記第２セパレータに形成されて前記第２流路を仕切るリブと、
前記拡散層に当接する前記リブの当接面に形成されて前記当接面から突き出る突部と、
を備えることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
前記突部は前記リブの全長に対して部分的に形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記第１セパレータはカソードセパレータであるとともに前記第２セパレータがアノードセパレータであり、
前記第１流路は、前記第１セパレータの下端から上端に向かって第１方向に延び、
前記第２流路は、前記リブで仕切られることによって、前記第２セパレータの上端から下端に向かって前記第１方向に直交する第２方向に蛇行しつつ延び、
前記突部は、前記第２流路のターン部に隣接する前記リブの基端から前記リブの先端に向かって延びることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池セル。
【請求項４】
前記突部の長さは、前記ターン部の幅にほぼ等しいことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池セル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池セルを複数積層した積層体を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項１】
電解質膜の両面との間に拡散層をそれぞれ挟み込む第１及び第２セパレータを有する燃料電池セルにおいて、
一方の前記拡散層に対向する一方の前記第１セパレータの内向き面に形成される反応ガスの第１流路と、
他方の前記拡散層に対向する他方の前記第２セパレータの内向き面に形成される反応ガスの第２流路と、
前記第２セパレータに形成されて前記第２流路を仕切るリブと、
前記拡散層に当接する前記リブの当接面に形成されて前記当接面から突き出る突部と、
を備えることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
前記突部は前記リブの全長に対して部分的に形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記第１セパレータはカソードセパレータであるとともに前記第２セパレータがアノードセパレータであり、
前記第１流路は、前記第１セパレータの下端から上端に向かって第１方向に延び、
前記第２流路は、前記リブで仕切られることによって、前記第２セパレータの上端から下端に向かって前記第１方向に直交する第２方向に蛇行しつつ延び、
前記突部は、前記第２流路のターン部に隣接する前記リブの基端から前記リブの先端に向かって延びることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池セル。
【請求項４】
前記突部の長さは、前記ターン部の幅にほぼ等しいことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池セル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池セルを複数積層した積層体を備えることを特徴とする燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−６９５４１（Ｐ２０１３−６９５４１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７２０９（Ｐ２０１１−２０７２０９）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]