JP2004103277A

JP2004103277A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2004103277A
Application number: JP2002259834A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Usami; 宇佐美　宏行; Masakatsu Ueno; 上野　正勝; Kunio Okamoto; 岡本　邦夫
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2004-04-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To surely control the surface or the inside of a membrane electrode body 11 to a dry state after operation stop. <P>SOLUTION: This fuel cell system is provided with a membrane electrode body 11 composed by disposing catalyst layers 112 and 113 on both sides of an electrolyte membrane 111; and separators 12 and 13 for holding the electrode body 11, and has passages 14 and 15 for running hydrogen and oxygen formed between the electrode body 11 and the separators 12 and 13, respectively. Water-absorbing members 16 for adsorbing water are disposed on surfaces facing to the electrode body 11 of the separators 12 and 13. Thereby, since the water-absorbing members 16 are disposed adjacently to the electrode body 11, water present on the surface and inside the electrode body 11 can surely be adsorbed in stopping the operation of the fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素と酸素との電気化学反応により発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電器等の移動体に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池システムの燃料電池は、水素と酸素との電気化学反応により発電を行うセルを複数枚積層して構成されている。また、このセルは、電解質膜の両側に触媒が配置された膜電極体と、膜電極体を挟持するセパレータとを備え、膜電極体とセパレータとの間に、水素および酸素を流通させる通路が形成されている。
【０００３】
この燃料電池システムでは化学反応により水が必ず生成され、燃料電池による発電が安定して持続している運転状態では、生成水は化学反応熱により気体あるいは液体状態にて存在する。しかし、燃料電池による発電を停止すると、上記の生成水は膜電極体の表面や内部に滞留することになり、雰囲気温度が氷点下まで低下すると、膜電極体の表面や内部にて氷結してしまう。
【０００４】
そして、電気化学反応場である膜電極体の触媒上で氷結した場合、燃料である水素や酸素を膜電極体に供給しても電気化学反応は起こらない。また、膜電極体の電解質膜内部で氷結した場合、触媒にて水素がプロトンと電子に分解されても、プロトンは電解質膜内を移動できないので、電気エネルギーを取り出すことができない。
【０００５】
従って、氷点下雰囲気において、膜電極体の表面および内部にて氷結した水を何らかの方法で融解した後に水素や酸素を供給して電気エネルギーを取り出すことになる。ところが、燃料電池を車両用として用いる場合には、あらゆる環境下における始動性が重要であるが、膜電極体の表面や内部にて氷結した水を融解する時間の分だけ始動性が悪化する。
【０００６】
そこで、融解にかかる時間を省いて低温起動性を向上させるために、運転停止後に燃料電池内部の水分を除去するようにしたシステムが提案されている。具体的には、水素あるいは酸素の供給ライン内に三方切替弁と水分吸着部を設け、この水分吸着部により運転停止後に燃料電池内部の水分を除去するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２０８４２９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたシステムにおいては、水分吸着部は水素や酸素の供給ラインを構成する配管内に設けられており、換言すると、水分吸着部は燃料電池の外部に設けられている。
【０００９】
ここで、例えば車両用の燃料電池システムの場合、上記の配管の内径は１インチ（２５．４ｍｍ）程度であり、一方、セル内部の通路の隙間すなわち膜電極体とセパレータとの隙間は数百μｍ程度である。そして、燃料電池内部に数百枚積層されたそれぞれのセルの内部に存在する水分を水分吸着部により除去するためには、セル内部の水分は、相対的に非常に狭いセル内部の空間を移動して、広い空間に設置された水分吸着部に到達しなければならない。従って、セル内部の水分を水分吸着部により確実に除去することは困難である。
【００１０】
また、水分吸着部は、膜電極体の表面や内部に存在する水分を吸着する前に、配管内に存在する水分を先に吸着するので、凍結を防止すべき膜電極体の表面や内部を良好に乾燥させる効果は低減してしまうという問題があった。
【００１１】
さらに、水分吸着部は水素や酸素の供給ラインに設けられているが、搭載スペースの限られた車両では、搭載が困難になることも予想される。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑み、運転停止後、膜電極体の表面や内部を効果的に乾燥状態に制御できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを発生するセル（１）を複数枚積層した燃料電池を有し、セル（１）は、電解質膜（１１１）の両側に触媒層（１１２、１１３）が配置された膜電極体（１１）と、膜電極体（１１）を挟持するセパレータ（１２、１３）とを備え、膜電極体（１１）とセパレータ（１２、１３）との間に、水素および酸素を流通させる通路（１４、１５）が形成された燃料電池システムにおいて、セパレータ（１２、１３）における膜電極体（１１）と対向する面に、水分を吸着する吸水部材（１６）が配置されていることを特徴とする。
【００１４】
これによると、膜電極体に近接して吸水部材を配置しているため、燃料電池の運転を停止した際には、膜電極体の表面や内部に存在する水分を確実に吸着して、膜電極体の表面や内部を効果的に乾燥状態に制御することができる。
【００１５】
また、吸水部材はセル内に配置されるため、システムの大型化を回避することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明では、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを発生するセル（１）を複数枚積層した燃料電池を有し、セル（１）は、電解質膜（１１１）の両側に触媒層（１１４、１１５）が配置された膜電極体（１１）と、膜電極体（１１）を挟持するセパレータ（１２、１３）とを備え、膜電極体（１１）とセパレータ（１２、１３）との間に、水素および酸素を流通させる通路（１４、１５）が形成された燃料電池システムにおいて、膜電極体（１１）に、水分を吸着する吸水部材（１１４、１１５）が配置されていることを特徴とする。
【００１７】
これによると、膜電極体に吸水部材を配置しているため、燃料電池の運転を停止した際には、膜電極体の表面や内部に存在する水分を確実に吸着して、膜電極体の表面や内部を効果的に乾燥状態に制御することができる。
【００１８】
また、吸水部材はセル内に配置されるため、システムの大型化を回避することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明では、吸水部材（１６、１１４、１１５）は、低温域では水分を吸着し、高温域では水分を脱離する特性を有することを特徴とする。
【００２０】
これによると、燃料電池の運転開始によりセル内の温度が上昇すると、吸水部材に吸着されていた水分が脱離し、その脱離した水分により膜電極体を湿潤させることができる。
【００２１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図１、図２に基づいて説明する。図１は燃料電池におけるセルの構成を示しており、この燃料電池を備える燃料電池システムは、燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用される。
【００２３】
図１において、燃料電池は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生するもので、本実施形態では燃料電池として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となるセル１が複数個積層され、且つ電気的に直列接続されている。燃料電池では、水素および空気（酸素）が供給されることにより、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。
【００２４】
（燃料極側）Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
（空気極側）２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２　＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ
セル１は、電解質膜１１１の側面に燃料極触媒層１１２と空気極触媒層１１３とが配置された膜電極体（いわゆる、ＭＥＡ）１１、および、この膜電極体１１を挟持する第１、第２セパレータ１２、１３を備えている。
【００２５】
膜電極体１１は、より詳細には、電解質膜１１１の表面に、導電体である炭素と電気化学反応を促進する白金等の触媒とを設け、さらにその上層に、導電体で且つ液体水分保持性能を有するカーボンクロスを設けたものである。
【００２６】
第１セパレータ１２と燃料極触媒層１１２は数百μｍの隙間をもって対向配置されており、これにより、水素を流通させる水素通路１４が、第１セパレータ１２と燃料極触媒層１１２との間に形成されている。また、第２セパレータ１３と空気極触媒層１１３も数百μｍの隙間をもって対向配置されており、これにより、空気を流通させる空気通路１５が、第２セパレータ１３と空気極触媒層１１３との間に形成されている。
【００２７】
また、各セパレータ１２、１３における触媒層１１２、１１３と対向する面には、水分を吸着する吸水部材１６が担持されている。この吸水部材１６の素材として、本例では微小粉末の親水性のゼオライトを用いている。図２は、このゼオライトの温度と水分吸着量との関係を示すもので、低温域では水分を吸着し、高温域では水分を脱離する特性を有する。
【００２８】
このゼオライトとバインダーと呼ばれる接着剤とを混合した溶液に、セパレータ１２、１３を含漬したり、あるいは、上記の溶液をセパレータ１２、１３に吹き付けたりした後、焼成等の乾燥工程を１回ないし数回繰り返して吸水部材１６の層を形成する。なお、乾燥工程における要求温度はバインダーの特性により決まる。
【００２９】
セパレータ１２、１３は、乾燥工程の温度に耐え得ることと、吸水部材１６を担持する面の表面粗さが重要になってくる。そこで、セパレータ１２、１３の材質として、耐熱性のＳＵＳ（ＳＵＳ３１６等）を用いれば、バインダーの種類にかかわらず乾燥工程の温度に耐えることができる。また、通常、ＳＵＳは５０Ｚ程度の表面粗さであるが、ゼオライトの担持を良好にするために、担持面にエッチング処理を施しておくことが望ましい。
【００３０】
一方、常温〜１００℃程度の雰囲気温度で乾燥するバインダーを用いれば、セパレータ１２、１３をカーボン系の材料にて形成することができる。
【００３１】
次に、上記構成の燃料電池の作動を説明する。
【００３２】
セル１の温度が８０℃程度に制御されている通常運転時には、図２の特性を有する吸水部材１６はほとんど水分を吸着することはなく、乾燥状態にある。
【００３３】
そして、この通常運転の後に運転を停止した場合、燃料電池は外気により自然冷却される。この冷却に伴って吸水部材１６の温度が低下すると、吸水部材１６が水分吸着性能を発揮するので雰囲気中の水分は吸水部材１６に吸着される。
【００３４】
ここで、吸水部材１６は、膜電極体１１に対向して配置されており、しかも膜電極体１１の表面から数百μｍだけ離れた極めて近い位置にあるため、膜電極体１１の表面や内部に存在する水分が吸水部材１６に確実に吸着され、セル１の温度が氷点下に達する時点では、膜電極体１１の表面や内部を確実に乾燥状態にすることができる。従って、氷点下雰囲気における膜電極体１１の表面や内部での氷結を防止することができ、氷点下雰囲気での燃料電池の始動性を向上することができる。
【００３５】
また、燃料電池の運転開始によりセル１内の温度が上昇すると、吸水部材１６に吸着されていた水分が脱離して吸水部材１６が再生されると共に、その脱離した水分により膜電極体１１を湿潤させることができる。
【００３６】
また、吸水部材１６はセル１内に配置されるため、システムの大型化を回避することができる。従って、搭載スペースの限られた車両用燃料電池システムに有効である。
【００３７】
なお、本実施形態では、第１、第２セパレータ１２、１３のいずれにも吸水部材１６を設けたが、第１、第２セパレータ１２、１３のいずれか一方のみに吸水部材１６を設けるようにしてもよい。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。本実施形態は、上記第１実施形態における吸水部材の位置を変更したものである。なお、第１実施形態と同一若しくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
図３に示すように、本実施形態の燃料極触媒層１１４と空気極触媒層１１５は、炭素、触媒、および吸水部材の素材（本例では、微小粉末のゼオライト）を混合したもので形成されており、従って、これらの触媒層１１４、１１５は吸水部材を兼ねるものである。
【００４０】
なお、触媒層１１４、１１５は、次のようにして形成される。すなわち、炭素と触媒とゼオライトと液体状の電解質とを混合し、この液体状の電解質をバインダーとして利用して、その混合物を電解質膜１１１の表面に塗布している。
【００４１】
本実施形態によれば、運転停止後のセル１内の温度低下に伴い、触媒層１１４、１１５のゼオライトに、膜電極体１１の表面や内部に存在する水分が確実に吸着される。従って、氷点下雰囲気における膜電極体１１の表面や内部での氷結を防止することができ、氷点下雰囲気での燃料電池の始動性を向上することができる。
【００４２】
また、燃料電池の運転開始によりセル１内の温度が上昇すると、ゼオライトに吸着されていた水分が脱離し、その脱離した水分により膜電極体１１を湿潤させることができる。
【００４３】
また、触媒層１１４、１１５が吸水部材を兼ねるため、システムの大型化を回避することができる。従って、搭載スペースの限られた車両用燃料電池システムに有効である。
【００４４】
なお、本実施形態では、燃料極触媒層１１４および空気極触媒層１１５のいずれにも吸水部材の素材を混合したが、燃料極触媒層１１４および空気極触媒層１１５のいずれか一方のみに吸水部材の素材を混合してもよい。
【００４５】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、吸水部材の素材としてゼオライトを用いたが、シリカゲルを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の燃料電池における要部の構成を示す図である。
【図２】図１の吸水部材１６の温度と水分吸着量との関係を示す図である。
【図３】第２実施形態の燃料電池における要部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…セル、１１…膜電極体、１２、１３…セパレータ、１４、１５…通路、
１６…吸水部材、１１１…電解質膜、１１２、１１３…触媒層。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and is effective when applied to a moving body such as a vehicle, a ship, and a portable generator.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A fuel cell of a conventional fuel cell system is configured by stacking a plurality of cells that generate power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Further, the cell includes a membrane electrode body in which a catalyst is arranged on both sides of the electrolyte membrane, and a separator that sandwiches the membrane electrode body, and a passage for flowing hydrogen and oxygen is provided between the membrane electrode body and the separator. Is formed.
[0003]
In this fuel cell system, water is always generated by a chemical reaction, and in an operation state in which power generation by the fuel cell is stably maintained, the generated water exists in a gas or liquid state due to heat of the chemical reaction. However, when the power generation by the fuel cell is stopped, the generated water stays on the surface or inside of the membrane electrode body, and when the ambient temperature drops below the freezing point, it freezes on the surface or inside the membrane electrode body. .
[0004]
Then, when ice is frozen on the catalyst of the membrane electrode body which is an electrochemical reaction field, the electrochemical reaction does not occur even if hydrogen or oxygen as fuel is supplied to the membrane electrode body. In addition, when ice is frozen inside the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly, even if hydrogen is decomposed into protons and electrons by the catalyst, the protons cannot move in the electrolyte membrane, so that electric energy cannot be taken out.
[0005]
Therefore, in a subzero atmosphere, water frozen on the surface and inside of the membrane electrode body is melted by some method, and then hydrogen or oxygen is supplied to extract electric energy. However, when the fuel cell is used for a vehicle, the startability under any environment is important, but the startability is deteriorated by the time required to melt the frozen water on the surface and inside of the membrane electrode assembly.
[0006]
Therefore, in order to improve the low-temperature startability by saving the time required for melting, a system has been proposed in which the water inside the fuel cell is removed after the operation is stopped. Specifically, a three-way switching valve and a moisture adsorbing section are provided in a hydrogen or oxygen supply line, and the moisture adsorbing section removes moisture inside the fuel cell after the operation is stopped (for example, see Patent Document 1). ).
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-208429
[Problems to be solved by the invention]
However, in the system described in Patent Document 1, the moisture adsorbing section is provided in a pipe constituting a hydrogen or oxygen supply line, in other words, the moisture adsorbing section is provided outside the fuel cell. I have.
[0009]
Here, in the case of a fuel cell system for a vehicle, for example, the inside diameter of the pipe is about 1 inch (25.4 mm), while the gap in the passage inside the cell, that is, the gap between the membrane electrode body and the separator is several hundreds. It is about μm. Then, in order to remove the moisture present in each of the several hundred cells stacked inside the fuel cell by the moisture adsorption portion, the moisture inside the cell moves in a relatively very narrow space inside the cell. Then, it is necessary to reach a moisture adsorption part installed in a large space. Therefore, it is difficult to reliably remove the water inside the cell by the water adsorption section.
[0010]
In addition, the water adsorbing section first adsorbs the water present in the pipe before adsorbing the water present on the surface or inside of the membrane electrode body. There is a problem that the effect of drying well is reduced.
[0011]
Further, although the moisture adsorbing section is provided in the supply line of hydrogen or oxygen, it is expected that mounting will be difficult in a vehicle having a limited mounting space.
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to enable the surface and inside of a membrane electrode assembly to be effectively controlled to be in a dry state after operation is stopped.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a fuel cell in which a plurality of cells (1) that generate electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen are stacked, and the cell (1) is And a separator (12, 13) sandwiching the membrane electrode assembly (11), and a membrane electrode assembly (11) having catalyst layers (112, 113) disposed on both sides of the electrolyte membrane (111). In a fuel cell system in which passages (14, 15) for flowing hydrogen and oxygen are formed between the separator (12, 13) and the membrane electrode assembly (11) in the separator (12, 13). A water absorbing member (16) for adsorbing moisture is disposed on the facing surface.
[0014]
According to this, since the water absorbing member is arranged close to the membrane electrode body, when the operation of the fuel cell is stopped, moisture present on the surface or inside the membrane electrode body is surely adsorbed, and the membrane is absorbed. The surface and the inside of the electrode body can be effectively controlled to a dry state.
[0015]
Further, since the water absorbing member is arranged in the cell, it is possible to avoid an increase in the size of the system.
[0016]
According to the second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell in which a plurality of cells (1) that generate electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen are stacked, and the cells (1) are formed of an electrolyte membrane (111). A membrane electrode body (11) having catalyst layers (114, 115) arranged on both sides, and separators (12, 13) sandwiching the membrane electrode body (11) are provided. The membrane electrode body (11) and the separator (12) are provided. , 13), in the fuel cell system in which the passages (14, 15) for flowing hydrogen and oxygen are formed, the water absorbing members (114, 115) for adsorbing moisture are arranged in the membrane electrode assembly (11). It is characterized by having been done.
[0017]
According to this, since the water absorbing member is disposed on the membrane electrode body, when the operation of the fuel cell is stopped, moisture present on the surface or inside the membrane electrode body is surely adsorbed, and the membrane electrode body is absorbed. The surface and the inside can be effectively controlled to a dry state.
[0018]
Further, since the water absorbing member is arranged in the cell, it is possible to avoid an increase in the size of the system.
[0019]
According to a third aspect of the invention, the water absorbing member (16, 114, 115) has a characteristic of adsorbing moisture in a low temperature range and desorbing moisture in a high temperature range.
[0020]
According to this, when the temperature in the cell rises due to the start of operation of the fuel cell, the water adsorbed on the water absorbing member is desorbed, and the desorbed water can wet the membrane electrode assembly.
[0021]
In addition, the code | symbol in the parenthesis of each said means shows the correspondence with the concrete means described in embodiment mentioned later.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a configuration of a cell in a fuel cell. A fuel cell system including the fuel cell is applied to an electric vehicle (fuel cell vehicle) that runs using a fuel cell as a power source.
[0023]
In FIG. 1, a fuel cell generates electric power by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. In this embodiment, a solid polymer electrolyte fuel cell is used as a fuel cell, which is a basic unit. A plurality of cells 1 are stacked and electrically connected in series. In a fuel cell, supply of hydrogen and air (oxygen) causes the following electrochemical reaction between hydrogen and oxygen to generate electric energy.
[0024]
(Fuel electrode _{^{side) H 2 → 2H + + 2e}} -
(Air electrode side) 2H ⁺ + 1 / 2O ₂ + 2e ⁻ → H ₂ O
The cell 1 includes a membrane electrode assembly (so-called MEA) 11 in which a fuel electrode catalyst layer 112 and an air electrode catalyst layer 113 are arranged on the side surface of an electrolyte membrane 111, and first and second electrodes that sandwich the membrane electrode assembly 11. Two separators 12 and 13 are provided.
[0025]
More specifically, the membrane electrode body 11 is provided with carbon as a conductor and a catalyst such as platinum which promotes an electrochemical reaction on the surface of the electrolyte membrane 111, and furthermore, a conductor and liquid moisture retention on the upper layer. A carbon cloth having high performance is provided.
[0026]
The first separator 12 and the anode catalyst layer 112 are opposed to each other with a gap of several hundred μm, so that a hydrogen passage 14 for flowing hydrogen is formed between the first separator 12 and the anode catalyst layer 112. Have been. In addition, the second separator 13 and the cathode catalyst layer 113 are also opposed to each other with a gap of several hundred μm, so that an air passage 15 through which air flows is provided between the second separator 13 and the cathode catalyst layer 113. Is formed.
[0027]
A water absorbing member 16 that adsorbs moisture is carried on the surfaces of the separators 12 and 13 facing the catalyst layers 112 and 113. In the present embodiment, hydrophilic zeolite of fine powder is used as a material of the water absorbing member 16. FIG. 2 shows the relationship between the temperature of the zeolite and the amount of adsorbed moisture. The zeolite has a characteristic of adsorbing moisture in a low temperature range and desorbing moisture in a high temperature range.
[0028]
After impregnating the separators 12 and 13 with a solution obtained by mixing the zeolite and an adhesive called a binder, or spraying the above solution on the separators 12 and 13, a drying step such as firing is performed once or more. The layer of the water absorbing member 16 is formed by repeating several times. The required temperature in the drying step is determined by the characteristics of the binder.
[0029]
It is important for the separators 12 and 13 to be able to withstand the temperature of the drying step and the surface roughness of the surface supporting the water absorbing member 16. Therefore, if heat-resistant SUS (SUS316 or the like) is used as the material of the separators 12 and 13, it can withstand the temperature of the drying step regardless of the type of the binder. In addition, SUS usually has a surface roughness of about 50Z, but it is desirable to perform an etching treatment on the support surface in order to improve the support of the zeolite.
[0030]
On the other hand, if a binder that is dried at an ambient temperature of about normal temperature to about 100 ° C. is used, the separators 12 and 13 can be formed of a carbon-based material.
[0031]
Next, the operation of the fuel cell having the above configuration will be described.
[0032]
During normal operation in which the temperature of the cell 1 is controlled to about 80 ° C., the water absorbing member 16 having the characteristics shown in FIG. 2 hardly adsorbs moisture and is in a dry state.
[0033]
When the operation is stopped after the normal operation, the fuel cell is naturally cooled by the outside air. When the temperature of the water-absorbing member 16 decreases with the cooling, the water-absorbing member 16 exhibits the water-absorbing performance, so that the water in the atmosphere is adsorbed by the water-absorbing member 16.
[0034]
Here, the water-absorbing member 16 is disposed so as to face the membrane electrode body 11 and is located at a position very close to the surface of the membrane electrode body 11 by several hundred μm. When the temperature of the cell 1 reaches a temperature below the freezing point, the surface and the inside of the membrane electrode assembly 11 can be reliably dried. Therefore, icing on the surface and inside of the membrane electrode assembly 11 in a sub-zero temperature atmosphere can be prevented, and the startability of the fuel cell in a sub-zero temperature atmosphere can be improved.
[0035]
When the temperature inside the cell 1 rises due to the start of operation of the fuel cell, the water adsorbed on the water absorbing member 16 is desorbed to regenerate the water absorbing member 16, and the desorbed water causes the membrane electrode body 11 to be regenerated. Can be wetted.
[0036]
Further, since the water absorbing member 16 is arranged in the cell 1, it is possible to avoid an increase in the size of the system. Therefore, it is effective for a fuel cell system for a vehicle having a limited mounting space.
[0037]
In the present embodiment, the water absorbing member 16 is provided in each of the first and second separators 12 and 13. However, the water absorbing member 16 is provided in only one of the first and second separators 12 and 13. May be.
[0038]
(2nd Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the position of the water absorbing member in the first embodiment is changed. Note that the same or equivalent parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0039]
As shown in FIG. 3, the fuel electrode catalyst layer 114 and the air electrode catalyst layer 115 of the present embodiment are formed of a mixture of carbon, a catalyst, and a material of a water absorbing member (in this example, fine powder zeolite). Therefore, these catalyst layers 114 and 115 also serve as a water absorbing member.
[0040]
The catalyst layers 114 and 115 are formed as follows. That is, carbon, a catalyst, zeolite, and a liquid electrolyte are mixed, and the mixture is applied to the surface of the electrolyte membrane 111 using the liquid electrolyte as a binder.
[0041]
According to the present embodiment, as the temperature in the cell 1 decreases after the operation is stopped, the moisture existing on the surface and inside of the membrane electrode assembly 11 is surely adsorbed on the zeolite of the catalyst layers 114 and 115. Therefore, icing on the surface and inside of the membrane electrode assembly 11 in a sub-zero temperature atmosphere can be prevented, and the startability of the fuel cell in a sub-zero temperature atmosphere can be improved.
[0042]
Further, when the temperature in the cell 1 rises due to the start of operation of the fuel cell, the moisture adsorbed on the zeolite is desorbed, and the desorbed water can wet the membrane electrode assembly 11.
[0043]
Further, since the catalyst layers 114 and 115 also serve as the water absorbing member, it is possible to avoid an increase in the size of the system. Therefore, it is effective for a fuel cell system for a vehicle having a limited mounting space.
[0044]
In this embodiment, the material of the water-absorbing member is mixed in both the anode catalyst layer 114 and the cathode catalyst layer 115. However, only one of the anode catalyst layer 114 and the cathode catalyst layer 115 is provided with the water-absorbing member. May be mixed.
[0045]
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, zeolite is used as the material of the water absorbing member, but silica gel may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a fuel cell according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a temperature of a water absorbing member 16 in FIG. 1 and a moisture adsorption amount.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a fuel cell according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cell, 11 ... Membrane electrode body, 12, 13 ... Separator, 14, 15 ... Passage,
16: water absorbing member, 111: electrolyte membrane, 112, 113: catalyst layer.

Claims

水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを発生するセル（１）を複数枚積層した燃料電池を有し、
前記セル（１）は、電解質膜（１１１）の両側に触媒層（１１２、１１３）が配置された膜電極体（１１）と、前記膜電極体（１１）を挟持するセパレータ（１２、１３）とを備え、
前記膜電極体（１１）と前記セパレータ（１２、１３）との間に、前記水素および前記酸素を流通させる通路（１４、１５）が形成された燃料電池システムにおいて、
前記セパレータ（１２、１３）における前記膜電極体（１１）と対向する面に、水分を吸着する吸水部材（１６）が配置されていることを特徴とする燃料電池システム。A fuel cell comprising a plurality of stacked cells (1) that generate electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen,
The cell (1) comprises a membrane electrode body (11) in which catalyst layers (112, 113) are arranged on both sides of an electrolyte membrane (111), and separators (12, 13) sandwiching the membrane electrode body (11). With
In the fuel cell system, a passage (14, 15) for flowing the hydrogen and the oxygen is formed between the membrane electrode assembly (11) and the separator (12, 13).
A fuel cell system, wherein a water absorbing member (16) for adsorbing moisture is disposed on a surface of the separator (12, 13) facing the membrane electrode body (11).

水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギーを発生するセル（１）を複数枚積層した燃料電池を有し、
前記セル（１）は、電解質膜（１１１）の両側に触媒層（１１４、１１５）が配置された膜電極体（１１）と、前記膜電極体（１１）を挟持するセパレータ（１２、１３）とを備え、
前記膜電極体（１１）と前記セパレータ（１２、１３）との間に、前記水素および前記酸素を流通させる通路（１４、１５）が形成された燃料電池システムにおいて、
前記膜電極体（１１）に、水分を吸着する吸水部材（１１４、１１５）が配置されていることを特徴とする燃料電池システム。A fuel cell comprising a plurality of stacked cells (1) that generate electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen,
The cell (1) comprises a membrane electrode body (11) in which catalyst layers (114, 115) are arranged on both sides of an electrolyte membrane (111), and separators (12, 13) holding the membrane electrode body (11) therebetween. With
In the fuel cell system, a passage (14, 15) for flowing the hydrogen and the oxygen is formed between the membrane electrode assembly (11) and the separator (12, 13).
A fuel cell system, wherein a water absorbing member (114, 115) for adsorbing moisture is disposed on the membrane electrode body (11).

前記吸水部材（１６、１１４、１１５）は、低温域では水分を吸着し、高温域では水分を脱離する特性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the water absorbing member has a characteristic of adsorbing moisture in a low temperature range and desorbing water in a high temperature range. 4.