JP2005158513A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス配流の乱れを抑制しつつ、適切な水マネージメントを行うことができる燃料電池を提供する。
【解決手段】電解質膜２と、触媒電極３およびガス拡散層４から成る一対の電極とから構成したＭＥＡ５と、ＭＥＡ５に接触する複数のリブ部９（１４）と、リブ部９（１４）を隔壁として形成される酸化剤ガス流路８（燃料ガス流路１３）を有する酸化剤ガスセパレータ６（燃料ガスセパレータ７）と、を備える。さらに、リブ部９（１４）のＭＥＡ５との接触面に、酸化剤ガス流路８(燃料ガス流路１３)の上流側から下流側に沿った細溝１２（１５）を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は燃料電池に関する。特に、固体高分子電解質膜を有する燃料電池において、適切な水マネージメントを行うための構成に関する。

従来、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟んで配置した空気極および燃料極と、空気極に酸化剤ガスを供給・排出し、燃料極に燃料ガスを供給・排出するガス流路溝が設けられ、燃料極と空気極を挟むように配置された一対のセパレータ板と、から構成した高分子電解質型燃料電池が知られている。このような燃料電池において、燃料極、空気極またはセパレータ板の少なくとも一カ所に、水除去用流路を配置している。例えば、水除去用流路をセパレータ板の表面に、ガス流路溝と平行して形成している（例えば、特許文献１、参照。）。
特開２００１−１１０４３２号公報

しかしながら、上記背景技術においては、ガス流路またはガス拡散層に隣接して構成される水除去流路が、さらに水マニホールドに接続されてセル外部と連通する構成となっている。そのため、ガス流路またはガス拡散層に存在するスの一部が水除去流路内に流れこみ、そのまま水マニホールドから排出されてしまう可能性がある。その結果、燃料電池内のガス配流が乱れて、セル性能や積層体としての性能が不安定となる可能性があるという問題があった。

そこで本発明は、上記問題を鑑みて、ガス配流の乱れを抑制しつつ、水マネージメントを適切化できる燃料電池を提供することを目的とする。

本発明は、電解質膜と、触媒電極およびガス拡散層から成る一対の電極から構成した発電層と、前記発電層に接触する複数のリブ部と前記リブ部を隔壁として形成される反応ガス流路を有するガスセパレータと、を備える。さらに、前記リブ部の前記発電層との接触面に、前記反応ガス流路の上流側から下流側に沿った細溝を設ける。

リブ部の発電層との接触面に設けた、反応ガス流路の上流側から下流側に沿った細溝により、発電層で生じた生成水や凝縮水を細溝内に除去することができ、また細溝内を、ウィッキング作用により水の濃度が低くなる領域に移動させることができる。これにより、水過剰となりやすい下流側の水を、水不足となりやすい上流側に移動させることができ、セル面内で水分布を適切化することができる。また、細溝を用いるため、水分が反応ガスの影響を受け難く、細溝中の水は細溝外に抜け難いため、ガス配流への影響を低減することができる。従って、水マネージメントやガス配流性に優れ、信頼性を向上した燃料電池を提供することができる。

第１の実施形態について説明する。燃料電池を構成する単位セル１の断面の一部を図２に示す。燃料電池は、一つの単位セル１から構成しても良いし、複数の単位セル１を積層することにより形成したスタックにより構成してもよい。

電解質膜２を、触媒を有する一対の触媒電極３である燃料極３ａ、酸化剤極３ｃで狭持し、さらにその外側からガス拡散層４ａ、４ｃで狭持することにより構成した膜電極接合体（ＭＥＡ）５を、さらに酸化剤ガスセパレータ６、燃料ガスセパレータ７で狭持することにより単位セル１を構成する。

ＭＥＡ５と酸化剤ガスセパレータ６の間には、酸化剤ガス流路８を構成する。酸化剤ガス流路８の形状を図１に示す。

酸化剤ガスセパレータ６のＭＥＡ５に対峙する面に、複数の並列した溝状の酸化剤ガス流路８を設ける。並列に設けた酸化剤ガス流路８間には、流路間の隔壁としてリブ部９が構成される。つまり、酸化剤ガスセパレータ６のＭＥＡ５に対峙する表面には、ＭＥＡ５に接触し、導電機能を有するリブ部９と、ＭＥＡ５に接触せずに、溝形状に形成された酸化剤ガス流路８と、が構成される。

酸化剤ガス流路８の上流端を、燃料電池を積層方向に貫通する孔により構成した酸化剤ガス入口マニホールド１０に連通させる。一方、酸化剤ガス流路８の下流端を、燃料電池を積層方向に貫通する孔により構成した酸化剤ガス出口マニホールド１１に連通させる。

また、リブ部９には、酸化剤ガス流路８の上流側から下流側に沿った細溝１２を構成する。ここでは、細溝１２を、酸化剤ガス流路８の入口近傍と出口近傍とを連通する溝により構成する。つまり、細溝１２を、一端が酸化剤ガス入口マニホールド１０に連通し、もう一端が酸化剤ガス出口マニホールド１１に連通するように構成する。

酸化剤極３ｃで生じた生成水、並びに、ガス拡散層４ｃ内に存在する凝縮水は、圧力差、濃度差、毛細管力により細溝１２内に移動して保持される。特に、酸化剤ガス流路８の下流領域近傍においては、凝縮水や生成水が多く存在するので、多くの水がＭＥＡ５内から細溝１２に移動する。一方、酸化剤ガス流路８の上流領域近傍においては、凝縮水の存在が少ないのに加え、ＭＥＡ５から酸化剤ガス流路８を流れる酸化剤ガスへの蒸発が激しいので、ＭＥＡ５から細溝１２への水の移動は抑制される。

細溝１２内では、水の濃度差やウィッキング作用により、水が多く存在する領域から水が少ない領域へ移動する。ここでは、細溝１２を、酸化剤ガス流路８の上流部から下流部にかけて連続して構成したので、細溝１２内に溜まった水は、水過剰となりやすい下流領域から水不足となりやすい上流領域へ移動する。上流領域へ移動した水は、ＭＥＡ５内が乾燥している場合にＭＥＡ５に存在する酸化剤ガス内に蒸発して加湿に用いられる。

一方、図２に示すように、ＭＥＡ５と燃料ガスセパレータ７との間には、燃料ガス流路１３を構成する。ここでは、燃料ガス流路１３を、燃料ガスセパレータ７のＭＥＡ５に対峙する面に構成した複数の並列した溝により構成する。並列する燃料ガス流路１３間には、流路間の隔壁としてリブ部１４が構成される。つまり、燃料ガスセパレータ７のＭＥＡ５に対峙する表面には、ＭＥＡ５に接触し、導電機能を有するリブ部１４と、ＭＥＡ５に接触しない燃料ガス流路１３が設けられる。なお、リブ部９の上流端、下流端は、それぞれ酸化剤ガス入口マニホールド１０、酸化剤ガス出口マニホールド１１に面するように構成する。

さらにこのような燃料ガスセパレータ７のリブ部１４に、細溝１５を構成する。ここでは、燃料ガスセパレータ７を、酸化剤ガスセパレータ６と同様に構成する。つまり、細溝１５を、燃料ガス流路１３の上流側と下流側を連通するように構成する。このように構成することにより、燃料ガス流路１３の下流側に生じる凝縮水を細溝１５に回収し、上流側に移動させて、燃料ガスの加湿に用いる。

ここで、酸化剤ガス流路８および燃料ガス流路１３の断面積を固定して、それぞれの細溝１２、１５の断面積を変化させたときの燃料電池の発電試験結果を、図３に示す。図３は、２０セルスタックにおいて、１Ａ／ｃｍ２で発電した場合の平均セル電圧、最高セル電圧、最低セル電圧をそれぞれ示したものである。このときの酸化剤ガスの利用率（＝理論消費酸化剤ガス流路／実際供給酸化剤ガス流路：％）は５６％であった。

流路断面積比（細溝／ガス流路）を、１／１、１／２、１／３、１／４、１／５、１／６、１／８、１／１０と変化させた。このとき、流路断面積比が１／５（０．２）以下の場合にセル電圧が安定した。反対に、流路断面積比が１／５より大きい場合には、細溝１２、１５の存在により反応ガスの配流に乱れが生じ、セル間に電圧差が生じて不安定となった。そこで、細溝１２、１５の断面積を、酸化剤ガス流路８、燃料ガス流路１３（以下、反応ガス流路８、１３）のそれぞれの断面積に対して、１／５以下となるように構成する。

なお、ここでは酸化剤ガス流路８を蛇行形状に構成したがこの限りではない。例えば、ストレート形状や折り返し形状、インターディジデント（櫛型）形状等としてもよい。また、酸化剤ガスセパレータ６、燃料ガスセパレータ７の両方に細溝（１２、１５）を設けたがこの限りではない。例えば、酸化剤ガスセパレータ６のみに設けても良い。

次に、本実施形態の効果について説明する。

電解質膜２と、触媒電極３およびガス拡散層４から成る一対の電極から構成したＭＥＡ５と、ＭＥＡ５に接触する複数のリブ部９、１４と、リブ部９、１４を隔壁として形成される反応ガス流路８、１３を有するガスセパレータ６、７と、を備える。さらに、リブ部９、１４のＭＥＡ５との接触面に、反応ガス流路８、１３の上流側から下流側に沿った細溝１２、１５を設ける。なお、細溝１２、１５は、どちらか一方のみとしてもよい。

これにより、ガス拡散層４内部に存在する生成水や凝縮水が、圧力差、水の濃度差、毛細管力により細溝１２、１５内に除去される。これにより、ＭＥＡ５内に生成水や凝縮水が存在することにより、ガスの拡散性が低減されるのを抑制することができる。また、細溝１２、１５内を、水の濃度差、ウィッキング作用により、水が下流側から上流側に移動するので、セル面内の水分布を適正化することができる。特に、水過剰となりやすい下流側の水を、水不足となりやすい上流側へ移動させ、供給される反応ガスの加湿に用いることができるので、乾燥による発電効率の低下を抑制することができる。また、水の流路として細溝１２、１５を用いているため、細溝１２、１５内の水分が保持され易く、反応ガスの流れの影響を最小限に留めておくことができる。また、細溝１２、１５に水が保持され易いことから、反応ガスが細溝１２、１５を通って排出されるのを抑制することができ、ガス配流が乱れるのを抑制することができる。従って、水マネージメントやガス配流性に優れ耐久信頼性の向上した燃料電池を提供することができる。

また、細溝１２、１５を、反応ガス流路８、１３の上流端近傍から下流端近傍まで連続して構成する。これにより、水分の下流から上流への移動をより効果的に行うことができる。

さらに、細溝１２、１５の断面積を、反応ガス流路８、１３の断面の１／５以下に構成する。これにより、ガス配流の乱れによるセル性能やスタック性能への悪影響を与えない状態を実現することができる。

次に、第２の実施形態について説明する。

酸化剤ガスセパレータ６の平面構成を図４に示す。酸化剤ガスセパレータ６の、上流領域における断面を図６に、下流領域における断面を図５に示す。なお、燃料ガスセパレータ７の構成は、第１の実施形態と同様に、酸化剤ガスセパレータ６と同様とし、リブ部１４には細溝１５を構成する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図４に示すように、第１の実施形態と同様に、燃料電池を貫通する孔により構成した酸化剤ガス入口マニホールド１０と、酸化剤ガス出口マニホールド１１を備え、さらに、これらの間を連通する酸化剤ガス流路８を構成する。隣り合う酸化剤ガス流路８の間には、隔壁としてリブ部９が形成される。ここでは、リブ部９の上流端を酸化剤ガス入口マニホールド１０に面させず、下流端のみが酸化剤ガス出口マニホールド１１に面するように構成する。

リブ部９のＭＥＡ５に接触する面に、酸化剤ガス流路８に沿った細溝１２を構成する。細溝１２を、酸化剤ガス流路８の入口近傍から出口近傍にかけて連続して形成した溝により構成する。ただし、細溝１２の上流端を酸化剤ガス入口マニホールド１０に連通させずに、行き止まりとなるように構成する。一方、下流端は、第１の実施形態と同様に、酸化剤ガス出口マニホールド１１に連通するように構成する。このように、細溝１２の一端を行き止まりとすることにより、酸化剤ガスが細溝１２内に混入し、さらに酸化剤ガス入口マニホールド１０を介して外に排出されるのを防止することができる。

また、本実施形態では、細溝１２内の水の移動を促進する水移動促進手段を備える。ここでは、酸化剤ガス流路８の上流領域に位置する細溝１２に、図６に示すように、親水性多孔質材１６を埋設する。親水性多孔質材１６としては、樹脂やカーボン系、酸化金属系等、様々な材料を用いることができる。一方、図５に示すように、酸化剤ガス流路８の下流領域に位置する細溝１２には親水性多孔質材１６を設けず、第１の実施形態と同様の構成とする。

なお、水の移動を促進させるための手段・構成は、この限りではない。例えば、細溝１２の断面積を、下流側に比較して上流側で小さくしてもよい。または、上流側における細溝１２の表面を、下流側に比較して大きな親水性を有するように構成してもよい。

また、燃料ガスセパレータ７の構成を、第１の実施形態と同様に酸化剤ガスセパレータ６と同様としているがこの限りではない。例えば、酸化剤ガスセパレータ６のみに細溝１２を設けても良い。

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを記載する。

細溝１２、１５には、反応ガス流路８、１３の下流側から上流側への水の移動を促進するための水移動促進手段を備える。これにより、細溝１２、１５内の水の移動の動力として、蒸発により生じるセル面内の水の濃度差、ウィッキング作用に加えて、水移動促進手段により生じた動力を使用することができる。

ここでは、水移動促進手段として、反応ガス流路８、１３の上流側領域近傍の細溝１２、１５に、親水性多孔質材１６を備える。これにより、細溝１２、１５内の水が上流に向かって移動し易くなり、セル面内での水分布をより速やかに適切化することができる。また、上流領域に形成された細溝１２、１５に水が保持されやすくなるので、反応ガスの流れの影響を抑制することができ、上流領域における反応ガスの加湿に用いる水を確保することができる。

なお、ここでは、親水性多孔質材１６を上流領域のみに設けたが、この限りではない。細溝１２の少なくとも一部に親水性多孔質材１６を設ければよい。例えば、細溝１２全体に親水性多孔質材１６を設けてもよい。細溝１２、１５に親水性多孔質材１６を設けて、細溝１２、１５に親水性を持たせることにより、ＭＥＡ５から細溝１２、１５内に水が移動しやすくなる。そのため、水過剰となりやすい下流領域で、フラッディングが生じるのを抑制することができる。また、細溝１２、１５内に水を保持し易くなるので、細溝１２、１５を通って反応ガスが排出されるのを抑制することができる。さらに、細溝１２、１５内の水の濃度の傾きが大きくなるので、下流側から上流側への水の移動を促進することができる。ただし、特に、下流領域においては、親水性多孔質材１６として、細溝１２、１５内を下流から上流に向けて水が速やかに移動するのに必要な空隙率を有するものを用いる。

また、反応ガス流路８、１３に反応ガスを供給または排出するマニホールドを備え、細溝１２、１５の一端がマニホールドに連通し、もう一端がマニホールドに連通しない行き止まりとなるように構成する。ここでは、酸化剤ガス入口マニホールド１０、酸化剤ガス出口マニホールド１１を備え、細溝１２の一端が、酸化剤ガス出口マニホールド１１に連通し、もう一端が、酸化剤ガス入口マニホールド１０に連通しない行き止まりとなるように構成する。これにより、細溝１２内から水および反応ガスを排出し難い構成とすることができ、細溝１２を通って反応ガスが外部に排出されるのを抑制することができる。これにより、水の除去手段（細溝１２）を備えることで、ガス配流に与える影響を抑制することができる。また、反応ガスが細溝１２内の水に与える影響を抑制することができる。その結果、水マネージメントを適切化するために細溝１２、１５を構成した際に、ガスの配流性が低下するのを抑制することができる。

次に、第３の実施形態について説明する。

酸化剤ガスセパレータ６の平面構成を図７に示す。酸化剤ガスセパレータ６の、酸化剤ガス流路８の上流領域における断面を図９に、下流領域における断面を図８に示す。なお、燃料ガスセパレータ７の構成は、第１の実施形態と同様に、酸化剤ガスセパレータ６と同様とし、リブ部１４には細溝１５を構成する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図７に示すように、第１の実施形態と同様に、燃料電池を貫通する孔により構成した酸化剤ガス入口マニホールド１０と、酸化剤ガス出口マニホールド１１を備え、さらに、これらの間を連通する酸化剤ガス流路８を構成する。酸化剤ガス流路８間には、隔壁としてリブ部９を構成する。ここでは、リブ部９を、上流端において酸化剤ガス入口マニホールド１０に面せず、また、下流端においても酸化剤ガス出口マニホールド１１に面さないように構成する。

また、リブ部９のＭＥＡ５に接触する面に、細溝１２を構成する。細溝１２を、酸化剤ガス流路８の上流端近傍から下流端近傍にかけて連続して形成された溝により構成する。ただし、細溝１２の上流端は酸化剤ガス入口マニホールド１０に連通せずに、行き止まりとなるように構成する。また、下流端についても酸化剤ガス出口マニホールド１１に連通せずに、行き止まりとなるように構成する。このように、細溝１２の上流端、下流端を行き止まりとすることにより、酸化剤ガスが細溝１２内に混入し、さらに酸化剤ガス入口マニホールド１０や酸化剤ガス出口マニホールド１１を介して、燃料電池から排出されるのを防止することができる。

さらに、細溝１２を、下流側から上流側への水の移動を促進するような形状に構成する。ここでは、図８、図９に示すように、酸化剤ガス流路８の上流近傍に設けられる細溝１２ｕの幅が、下流近傍に設けられる細溝１２ｄの幅より小さくなるように構成する。つまり、上流領域における細溝１２ｕの断面が、下流領域における細溝１２ｄの断面より小さくなるように構成する。

なお、燃料ガスセパレータ７の構成は、酸化剤ガスセパレータ６と同様としたが、この限りではなく、酸化剤ガスセパレータ６のみに細溝１２を設けてもよい。

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。

反応ガス流路８、１３に反応ガスを供給または排出するマニホールドを備え、細溝１２、１５の両端が、マニホールドに連通しない行き止まりとなるように構成する。ここでは、酸化剤ガス入口マニホールド１０と、酸化剤ガス出口マニホールド１１を備え、細溝１２の両端がマニホールド１０、１１に連通しない行き止まりとなるように構成する。これにより、細溝１２を介して燃料電池の外部に反応ガスが排出されるのを防止することができるので、さらに細溝１２がガス配流に与える影響を抑制することができる。また、両端を行き止まりとすることで、細溝１２中の水移動をガス流が乱す影響も、更に緩和することができ、セル面内での水の濃度差を低減することができる。

また、細溝１２、１５を、酸化剤ガス流路８の下流側から上流側に向かう、細溝１２、１５内の水の移動を促進するような形状に構成する。ここでは、上流領域の細溝１２、１５の幅が、下流領域に比べて小さくなるように構成する。これにより、上流領域における細溝１２のウィッキング作用を向上することができるので、上流領域の水が不足している状態となった場合に、速やかに細溝１２内の水を上流側へ移動させることができる。また、上流領域で、細溝１２内の水が酸化剤ガスの流れの影響を受け難くなるので、上流領域の水保持性を向上することができる。

次に、第４の実施形態について説明する。

酸化剤ガスセパレータ６の平面構成を図１０に示す。また、酸化剤ガスセパレータ６の断面の一部を図１１に示す。なお、燃料ガスセパレータ７の構成は、第１の実施形態と同様に酸化剤ガスセパレータ６と同様とし、リブ部１４には細溝１５を構成する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１０に示すように、第３の実施形態と同様に、リブ部９の両端が、それぞれ酸化剤ガス入口マニホールド１０、酸化剤ガス出口マニホールド１１に面さないように構成する。また、リブ部９のＭＥＡ５に接触する面に構成した細溝１２の両端を、行き止まりに構成する。ここでは、細溝１２の表面に親水処置を施す。図１１に示すように、細溝１２を構成する溝表面全体に渡って親水処理を施す。親水処理としては、酸化金属系の処理など、様々な方法を用いることができる。

リブ部９に設けた細溝１２により、酸化剤極３ｃで生じた生成水、並びにガス拡散層４ｃで生じた凝縮水が、圧力差、水の濃度差、毛細管力により細溝１２に移動する。このとき、細溝１２の表面に親水処理を施すことにより、毛細管力を増大することができる。また、細溝１２の表面に親水処理を施すことにより、細溝１２内での水保持性を向上することができる。

なお、ここでは細溝１２の表面全体に親水処理を施したが、この限りではなく、溝表面の一部のみに親水処理を施しても良い。また、細溝１２全体に親水処理を施しているが、この限りではない。例えば、上流領域においてのみ、細溝１２に親水処理を施しても良い。これにより、細溝１２内の下流側から上流側への水の移動を促進することができる。

次に、ガス拡散層４ｃの構成について説明する。ガス拡散層４ｃの、酸化剤ガスセパレータ６側から見た平面図を図１２に示す。

ガス拡散層４ｃを、酸化剤ガスセパレータ６の外形寸法とほぼ同じ大きさに構成する。ガス拡散層４ｃの外縁に沿った外周部全体、および、酸化剤ガス入口マニホールド１０、酸化剤ガス出口マニホールド１１を含む各マニホールドの周囲部には、ゴムや樹脂などのシール材を含浸した含浸部１７を構成する。含浸部１７により、ガス拡散層４ｃに供給された酸化剤ガスの周囲へのリークを防止する。

また、ガス拡散層４ｃのリブ部９に接触する部分に表面親水処理部１８を構成する。表面親水処理部１８は、ガス拡散層４ｃの表面のみに親水処理を施すことにより構成する。ここでは、ガス拡散層４ｃの積層面の一部であり、酸化剤ガスセパレータ６と重ね合わせた際に、酸化剤ガス流路８の上流領域に重なり、かつ、リブ部９と接触する部分に親水処理を施すことにより、表面親水処理部１８を構成する。このように、表面親水処理部１８を構成することにより、上流領域において、ガス拡散層４ｃから細溝１２へ水を移動し易くすることができると共に、細溝１２内に水を保持し易くすることができる。

なお、燃料ガスセパレータ７の構成は、酸化剤ガスセパレータ６と同様としたが、この限りではなく、酸化剤ガスセパレータ６のみに表面親水処理部１８を設けてもよい。

また、ここでは、上流領域においてガス拡散層４ｃが細溝１２に重なる領域に、表面親水処理部１８を構成したが、この限りではない。上流領域全体を表面親水処理部１８としても構わない。

次に、本実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。

細溝１２、１５の表面の少なくとも一部に親水処理を施す。これにより、ＭＥＡ５から細溝１２、１５内に水が移動し易くなる。その結果、下流側のフラッディングを抑制するとともに、細溝１２、１５内の水濃度の傾きを大きくすることができるので、下流側から上流側の水の移動を促進することができる。また、細溝１２中における水の保持力が強化されるので、ガス流に与える影響を抑制することができ、ガス配流の信頼性を向上することができる。

また、ＭＥＡ５の外層であるガス拡散層４ｃ、４ａの、リブ部９、１４と重なり合う領域の少なくとも一部に、親水処理を施す。これにより、ＭＥＡ５内の水がリブ部９との接触面近傍に集中するので、細溝１２内に移動し易くなる。その結果、下流側のフラッディングを抑制することができる。

特に、反応ガス流路８、１３の上流領域近傍において、ガス拡散層４ｃ、４ａの表面のうちリブ部９、１４に接触する部分に親水処理を施す。これにより、細溝１２内における下流側から上流側の水の移動を促進することができるとともに、上流領域における水保持性を向上することができる。その結果、水マネージメントを適切化するために細溝１２、１５を構成した際に、ガスの配流性が低下するのを抑制することができる。

なお、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、様々な変更を為し得ることは言うまでもない。

本発明は、燃料電池に適用することができる。特に、燃料電池内の水マネージメントが必要となる、固体高分子型燃料電池に適用することができる。

第１の実施形態に用いる酸化剤ガスセパレータの平面図である。 第１の実施形態に用いる単位セルの断面図である。 細溝とガス流路の断面比に対する燃料電池の安定性を示す図である。 第２の実施形態に用いる酸化剤ガスセパレータの平面図である。 第２の実施形態に用いる単位セルの下流領域における断面図である。 第２の実施形態に用いる単位セルの上流領域における断面図である。 第３の実施形態に用いる酸化剤ガスセパレータの平面図である。 第３の実施形態に用いる単位セルの下流領域における断面図である。 第３の実施形態に用いる単位セルの上流領域における断面図である。 第４の実施形態に用いる酸化剤ガスセパレータの平面図である。 第４の実施形態に用いる単位セルの断面図である。 第４の実施形態に用いるガス拡散層の平面図である。

符号の説明

２ 電解質膜
３ａ 燃料極（触媒電極）
３ｃ 酸化剤極（触媒電極）
４ ガス拡散層
５ 膜電極接合体（ＭＥＡ）（発電層）
６ 酸化剤ガスセパレータ
７ 燃料ガスセパレータ
８ 酸化剤ガス流路（反応ガス流路）
９、１４ リブ部
１０ 酸化剤ガス入口マニホールド
１１ 酸化剤ガス出口マニホールド
１２、１５ 細溝
１３ 燃料ガス流路（反応ガス流路）
１６ 親水性多孔質材
１８ 表面親水処理部

Claims (8)

1. 電解質膜と、触媒電極およびガス拡散層から成る一対の電極から構成した発電層と、
   前記発電層に接触する複数のリブ部と、前記リブ部を隔壁として形成される反応ガス流路を有するガスセパレータと、を備え、
   さらに、前記リブ部の前記発電層との接触面に、前記反応ガス流路の上流側から下流側に沿った細溝を設けることを特徴とする燃料電池。
2. 前記細溝には、前記反応ガス流路の下流側から上流側への水の移動を促進するための水移動促進手段を備える請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記反応ガス流路に反応ガスを供給または排出するマニホールドを備え、
   前記細溝を、一端が前記マニホールドに連通し、もう一端が前記マニホールドに連通しない行き止まりとなるように構成する請求項１または２に記載の燃料電池。
4. 前記反応ガス流路に反応ガスを供給または排出するマニホールドを備え、
   前記細溝を、両端が前記マニホールドに連通しない行き止まりとなるように構成する請求項１または２に記載の燃料電池。
5. 前記細溝の少なくとも一部に親水性部材を設ける請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池。
6. 前記細溝の表面の少なくとも一部に親水処理を施す請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池。
7. 前記発電層の外層であるガス拡散層表面の、前記リブ部と重なり合う領域の少なくとも一部に、親水処理を施す請求項１から６のいずれか一つに記載の燃料電池。
8. 前記細溝の断面積を、前記反応ガス流路の断面の１／５以下に構成する請求項１から７のいずれか一つに記載の燃料電池。

Images