JP2007335112A

JP2007335112A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2007335112A
Application number: JP2006162408A
Authority: JP
Inventors: Cleary Brent; ブレント・クレアリー; Keigo Suematsu; 啓吾末松; Koichi Numata; 耕一沼田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of improving power generation performance by suppressing deterioration of an anode material. <P>SOLUTION: The fuel cell 10 is provided with an MEA 5 which is equipped with an anode 2 and a cathode 3 having at least catalyst layers 2a, 3a and an electrolyte membrane 1 arranged between these, a first separator 6 arranged on the anode 2 side, and a second separator 7 arranged on the cathode 3 side. A first dense portion 6b and a first porous portion 6a are provided at the first separator 6, and at least one part of the first porous portion 6a contacts the anode 2, and water electrolyte catalysts 4 are provided at the first porous portion 6a. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に、アノードの材料劣化を抑制することが可能な燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell capable of suppressing anode material deterioration.

燃料電池は、電解質と、当該電解質の両側に配置される電極（アノード及びカソード）とを備える膜電極接合体（以下において、「ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）」と記述する。）における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、ＭＥＡの両側に配設されるセパレータを介して外部に取り出している。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池（以下において、「ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell）」と記述する。）は、低温領域での運転が可能である。また、ＰＥＦＣは、高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車や携帯用電源の最適な動力源として注目されている。 A fuel cell is based on an electrochemical reaction in a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA (Membrane Electrode Assembly)”) including an electrolyte and electrodes (anode and cathode) disposed on both sides of the electrolyte. The generated electric energy is taken out through separators disposed on both sides of the MEA. Among fuel cells, polymer electrolyte fuel cells (hereinafter referred to as “PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell)”) used in household cogeneration systems and automobiles, etc., operate at low temperatures. Is possible. In addition, PEFC has attracted attention as an optimal power source for electric vehicles and portable power sources because of its high energy conversion efficiency, short start-up time, and small and lightweight system.

ＰＥＦＣの単セルは、電解質膜、少なくとも触媒層を備えるカソード及びアノードを具備し、その理論起電力は１．２３Ｖである。しかし、かかる低起電力では、電気自動車等の動力源として不十分であるため、通常は、単セルを直列に積層して積層体を形成し、この積層体における積層方向の両端にエンドプレート等を配置して形成されるスタック形態の燃料電池が使用されている。 A single cell of PEFC includes an electrolyte membrane, a cathode including at least a catalyst layer, and an anode, and a theoretical electromotive force thereof is 1.23V. However, since such low electromotive force is insufficient as a power source for electric vehicles and the like, usually, a single cell is laminated in series to form a laminated body, and end plates or the like are formed at both ends of the laminated body in the lamination direction. A stack type fuel cell formed by arranging the above is used.

ＰＥＦＣにおける電気発生の源となる電気化学反応は、例えば以下の工程で進行する。まず、アノードへと届けられた水素は、触媒（例えば、白金担持カーボン等）の存在下、水素イオンと電子とに分解される。
アノード側：Ｈ_２ → ２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ （式１）
そして、発生した水素イオン（以下、「プロトン」ということがある。）は、湿潤状態でイオン伝導性能を発現する電解質膜を通過して、カソードへと移動する。電解質膜はイオンのみを通過させる性質を有するため、発生した電子は電解質膜を通過することができず、外部の回路を通ってカソードへと移動する。燃料電池においては、かかる電子の移動により、電気が発生する。一方で、カソードへと届けられた酸素が、カソードへと移動してきたプロトン及び電子と反応することにより、水が生成される。
カソード側：２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ ＋ (１／２)Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ（式２） The electrochemical reaction that is a source of electricity generation in PEFC proceeds, for example, in the following steps. First, hydrogen delivered to the anode is decomposed into hydrogen ions and electrons in the presence of a catalyst (for example, platinum-supporting carbon).
Anode side: H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻ (Formula 1)
Then, the generated hydrogen ions (hereinafter sometimes referred to as “protons”) move to the cathode through the electrolyte membrane that exhibits ionic conductivity in a wet state. Since the electrolyte membrane has a property of allowing only ions to pass through, the generated electrons cannot pass through the electrolyte membrane and move to the cathode through an external circuit. In a fuel cell, electricity is generated by such movement of electrons. On the other hand, the oxygen delivered to the cathode reacts with protons and electrons that have moved to the cathode, thereby generating water.
Cathode side: 2H ⁺ + 2e ⁻ + (1/2) O ₂ → H ₂ O (Formula 2)

ところで、ＰＥＦＣを作動させると、セル内部は様々なガス状態となるため、アノードが高電位状態（例えば、１．５Ｖ等の電位状態。以下において同じ。）に曝される虞がある。高電位状態になると、アノードの構成材料（例えば、Ｐｔ、Ｃ等）が劣化し、ＰＥＦＣの性能が低下するため、高電位時における材料劣化を抑制することが望まれる。 By the way, when the PEFC is operated, the inside of the cell is in various gas states, so that the anode may be exposed to a high potential state (for example, a potential state of 1.5 V or the like; the same applies hereinafter). In a high potential state, the constituent material of the anode (for example, Pt, C, etc.) is deteriorated and the performance of PEFC is lowered. Therefore, it is desired to suppress material deterioration at a high potential.

高電位時における材料劣化等を抑制することによりＰＥＦＣの性能を向上させることを目的とした技術は、これまでにいくつか開示されてきている。例えば、特許文献１には、水素欠乏時にアノード触媒の担体が腐食されるのを防止するため、電極触媒に水電解触媒を混合する技術が開示されており、この技術によれば、燃料電池の電池反転に対する耐性をより強力にすることができる、としている。 A number of techniques aimed at improving the performance of PEFC by suppressing material degradation at the time of high potential have been disclosed so far. For example, Patent Document 1 discloses a technique of mixing a water electrolysis catalyst with an electrode catalyst in order to prevent the anode catalyst support from being corroded at the time of hydrogen deficiency. It is said that the resistance to battery reversal can be made stronger.

また、特許文献２には、高分子固体電解質形燃料電池の燃料極において、高分子固体電解質膜に接し、燃料電池反応を進行させる少なくとも１層の反応層と、拡散層に接し、燃料極中の水を電気分解する少なくとも１層の水分解層と、からなることを特徴とする高分子固体電解質形燃料電池の燃料極に関する技術が開示されている。この技術によれば、燃料の欠乏が生じても電極特性の低下を起こし難い高分子固体電解質形燃料電池の燃料極を提供できる、としている。なお、特許文献２における「高分子固体電解質形燃料電池」は上記ＰＥＦＣに相当し、「燃料極」は上記アノードに相当する。
特表２００３−５０８８７７号公報特開２００４−２２５０３号公報 Patent Document 2 discloses that in a fuel electrode of a solid polymer electrolyte fuel cell, at least one reaction layer that contacts a solid polymer electrolyte membrane and advances a fuel cell reaction, and a diffusion layer, There is disclosed a technique relating to a fuel electrode of a solid polymer electrolyte fuel cell, characterized in that it comprises at least one water decomposition layer for electrolyzing the water. According to this technology, it is possible to provide a fuel electrode of a polymer electrolyte fuel cell that is unlikely to cause deterioration of electrode characteristics even when fuel deficiency occurs. The “polymer solid electrolyte fuel cell” in Patent Document 2 corresponds to the PEFC, and the “fuel electrode” corresponds to the anode.
Special table 2003-508877 gazette JP 2004-22503 A

しかし、特許文献１に開示されているように電極触媒が備えられる層にのみ水電解触媒を混合させると、水の電気分解によって生じた酸素がアノードから排出され難いため、燃料電池の性能が低下する虞があるという問題があった。また、特許文献１及び特許文献２に開示されている技術では、セル内の水電解触媒へと供給される水が不足して、材料劣化の抑制効果が不十分になりやすいという問題もあった。 However, when the water electrocatalyst is mixed only in the layer provided with the electrode catalyst as disclosed in Patent Document 1, oxygen generated by the electrolysis of water is difficult to be discharged from the anode, so that the performance of the fuel cell is lowered. There was a problem that there was a risk of doing. In addition, the techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 have a problem that the amount of water supplied to the water electrocatalyst in the cell is insufficient, and the effect of suppressing material deterioration tends to be insufficient. .

そこで本発明は、アノードの材料劣化を抑制して発電性能を向上させることが可能な燃料電池を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell capable of improving the power generation performance by suppressing material deterioration of the anode.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
請求項１に記載の発明は、少なくとも触媒層を備えるアノード及びカソード、並びに、これらの間に配設される電解質膜、を具備するＭＥＡと、アノード側に配設される第１セパレータと、カソード側に配設される第２セパレータと、を備え、第１セパレータに、第１緻密部と第１多孔質部とが備えられるとともに、第１多孔質部の少なくとも一部がアノードと接触し、第１多孔質部に、水電解触媒が備えられることを特徴とする、燃料電池により、上記課題を解決する。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The invention according to claim 1 includes an MEA including at least an anode and a cathode including a catalyst layer, and an electrolyte membrane disposed therebetween, a first separator disposed on the anode side, and a cathode A second separator disposed on the side, the first separator is provided with a first dense portion and a first porous portion, and at least a part of the first porous portion is in contact with the anode, The above-mentioned problem is solved by a fuel cell characterized in that a water electrolysis catalyst is provided in the first porous portion.

ここに、第１緻密部の構成材料は、当該第１緻密部内へのガスの拡散を防止し得る高耐食性の導電性材料であれば特に限定されず、具体例としては、カーボンのほか、高耐食性金属（例えば、金、白金、ステンレス鋼、チタン合金等）等を挙げることができる。さらに、第１多孔質部の構成材料は、ガス及び水を拡散させ得る高耐食性の導電性材料であれば特に限定されず、具体例としては、ポーラスカーボンのほか、焼結金属や発泡金属等を挙げることができる。また、本発明において、第１緻密部及び第１多孔質部の形態は特に限定されず、単一材料からなる単層構造形態のほか、複数材料からなる多層構造形態とすることも可能である。さらに、本発明において、第１多孔質部とアノードとの接触形態は、第１多孔質部からアノードへとプロトンを移動させ得る形態であれば、特に限定されない。加えて、「水電解触媒」とは、水の電気分解反応が生じ得る電位環境において、上記式１、式２で表わされる電気分解反応の進行に寄与する触媒（例えば、白金等。以下、「通常触媒」という。）よりも水の電気分解反応を生じさせやすい触媒を意味する。通常触媒が白金である場合、水電解触媒の具体例としては、Ｉｒ、ＩｒＯ_２等のＩｒ系材料や、ＲｕＯ_２等のＲｕ系材料の他、これらの複合物等を挙げることができる。 Here, the constituent material of the first dense portion is not particularly limited as long as it is a highly corrosion-resistant conductive material capable of preventing the diffusion of gas into the first dense portion. A corrosion-resistant metal (for example, gold, platinum, stainless steel, titanium alloy, etc.) can be used. Further, the constituent material of the first porous portion is not particularly limited as long as it is a highly corrosion-resistant conductive material capable of diffusing gas and water. Specific examples include porous carbon, sintered metal, foam metal, and the like. Can be mentioned. Further, in the present invention, the form of the first dense part and the first porous part is not particularly limited, and a single layer structure form made of a single material or a multilayer structure form made of a plurality of materials can be adopted. . Furthermore, in the present invention, the form of contact between the first porous part and the anode is not particularly limited as long as protons can be transferred from the first porous part to the anode. In addition, the “water electrocatalyst” refers to a catalyst (for example, platinum or the like) that contributes to the progress of the electrolysis reaction represented by the above formulas 1 and 2 in a potential environment where the electrolysis reaction of water can occur. It means a catalyst that is more likely to cause electrolysis of water than “ordinary catalyst”. When the normal catalyst is platinum, specific examples of the water electrolysis catalyst include Ir-based materials such as Ir and IrO ₂ , Ru-based materials such as RuO ₂ , and composites thereof.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池において、さらに、第２セパレータに、第２緻密部と第２多孔質部とが備えられ、第２多孔質部の少なくとも一部がカソードと接触していることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell according to the first aspect, the second separator further includes a second dense portion and a second porous portion, and at least a part of the second porous portion. Is in contact with the cathode.

ここに、第２緻密部の構成材料は、当該第２緻密部内へのガスの拡散を防止し得る高耐食性の導電性材料であれば特に限定されず、具体例としては、カーボンのほか、高耐食性金属（例えば、金、白金、ステンレス鋼、チタン合金等）等を挙げることができる。さらに、第２多孔質部の構成材料は、ガス及び水を拡散させ得る高耐食性の導電性材料であれば特に限定されず、具体例としては、ポーラスカーボンのほか、焼結金属や発泡金属等を挙げることができる。また、本発明において、第２緻密部及び第２多孔質部の形態も、第１緻密部及び第１多孔質部と同様に、その形態は特に限定されず、単一材料からなる単層構造形態のほか、複数材料からなる多層構造形態とすることも可能である。さらに、本発明において、第２多孔質部とカソードとの接触形態は、第２多孔質部からカソードへと水を拡散させ得る形態であれば、特に限定されない。 Here, the constituent material of the second dense portion is not particularly limited as long as it is a highly corrosion-resistant conductive material capable of preventing the diffusion of gas into the second dense portion. A corrosion-resistant metal (for example, gold, platinum, stainless steel, titanium alloy, etc.) can be used. Furthermore, the constituent material of the second porous portion is not particularly limited as long as it is a highly corrosion-resistant conductive material capable of diffusing gas and water. Specific examples include porous carbon, sintered metal, foam metal, etc. Can be mentioned. In the present invention, the form of the second dense part and the second porous part is not particularly limited as in the case of the first dense part and the first porous part, and the single layer structure made of a single material. In addition to the form, a multi-layered structure made of a plurality of materials may be used. Furthermore, in the present invention, the form of contact between the second porous part and the cathode is not particularly limited as long as water can be diffused from the second porous part to the cathode.

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の燃料電池において、第１多孔質部内に、第１熱媒体流路が備えられ、第１熱媒体流路と第１多孔質部のアノード側端面との間に、第１水拡散手段が備えられていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell according to the first or second aspect, the first heat medium flow path is provided in the first porous part, and the first heat medium flow path and the first porous part are provided. A first water diffusing means is provided between the anode side end surface of the first and second anodes.

ここに、第１熱媒体流路とは、セルを冷却又は加温すべき冷却媒体又は温熱媒体用の流路を意味し、冷却媒体の具体例としては冷水やＬＬＣ等を、温熱媒体の具体例としては温水等を挙げることができる。さらに、第１水拡散手段とは、第１熱媒体流路内を流れる熱媒体から上記水電解触媒へ水を選択的に拡散させ得る手段を意味し、その具体例としては、逆浸透膜等を挙げることができる。 Here, the first heat medium flow path means a cooling medium or a flow path for the heat medium for cooling or heating the cell, and specific examples of the cooling medium include cold water, LLC, and the like. Examples include warm water. Further, the first water diffusing means means means capable of selectively diffusing water from the heat medium flowing in the first heat medium flow path to the water electrocatalyst. Specific examples thereof include a reverse osmosis membrane and the like. Can be mentioned.

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の燃料電池において、第２多孔質部内に、第２熱媒体流路が備えられ、第２熱媒体流路と第２多孔質部のカソード側端面との間に、第２水拡散手段が備えられていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell according to the second or third aspect, a second heat medium flow path is provided in the second porous part, and the second heat medium flow path and the second porous part are provided. The second water diffusing means is provided between the cathode side end surface of the first and second cathodes.

ここに、第２熱媒体流路とは、セルを冷却又は加温すべき冷却媒体又は温熱媒体用の流路を意味し、冷却媒体の具体例としては冷水やＬＬＣ等を、温熱媒体の具体例としては温水等を挙げることができる。さらに、第２水拡散手段とは、第２熱媒体流路内を流れる熱媒体から上記水電解触媒へ水を選択的に拡散させ得る手段を意味し、その具体例としては、逆浸透膜等を挙げることができる。 Here, the second heating medium flow path means a cooling medium or a heating medium flow path for cooling or heating the cell, and specific examples of the cooling medium include cold water, LLC, and the like. Examples include warm water. Furthermore, the second water diffusing means means means capable of selectively diffusing water from the heat medium flowing in the second heat medium flow path to the water electrocatalyst. Specific examples thereof include a reverse osmosis membrane and the like. Can be mentioned.

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池において、第１セパレータに、第１多孔質部へと供給されるべき水を流通させるための水用流路が備えられ、さらに、水用流路へ水を供給すべき水供給手段が備えられることを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is the fuel cell according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first separator is used for flowing water to be supplied to the first porous portion. A flow path is provided, and further, water supply means for supplying water to the water flow path is provided.

ここに、水用流路とは、水供給手段から第１多孔質部へと供給されるべき冷水、温水、又は水蒸気（以下、これらをまとめて単に「水」という。）を流通させるための流路であって、上記第１熱媒体流路、及び第２熱媒体流路とは異なる流路を意味する。さらに、水供給手段とは、水用流路へと水を供給し得る手段を意味する。水供給手段の具体例として、燃料電池の排気から捕集された水が水用流路へと供給される場合には、排気から水を捕集する捕集手段及び捕集された水を上記水用流路へと導く流路等を挙げることができ、上記熱媒体に加えて別途供給される熱媒体から取り出された水が上記水用流路へと供給される場合には、別途供給される熱媒体用の流路及び当該熱媒体用流路から上記水用流路へと水を拡散させる水拡散手段（例えば、逆浸透膜）等を挙げることができる。 Here, the water flow path is for circulating cold water, hot water, or water vapor (hereinafter collectively referred to simply as “water”) to be supplied from the water supply means to the first porous portion. It is a flow path, and means a flow path different from the first heat medium flow path and the second heat medium flow path. Furthermore, the water supply means means means capable of supplying water to the water channel. As a specific example of the water supply means, when the water collected from the exhaust of the fuel cell is supplied to the water flow path, the collection means for collecting water from the exhaust and the collected water are described above. Examples include a flow path leading to a water flow path, and when water extracted from a heat medium separately supplied in addition to the heat medium is supplied to the water flow path, supply the water separately. And a water diffusion means (for example, reverse osmosis membrane) for diffusing water from the heat medium flow channel to the water flow channel.

請求項１に記載の発明によれば、第１多孔質部に水電解触媒が備えられており、当該第１多孔質部にはアノードから排出される水が拡散し得るので、アノードが高電位状態に曝された時に水電解触媒上へ水を拡散させてプロトンを生成させることができる。さらに、第１多孔質部に水電解触媒が備えられるので、第１多孔質部内を拡散する反応ガスとともに、水の電気分解反応によって生じた酸素をセル外へ容易に排出することができる。したがって、本発明によれば、水素欠乏に起因してアノードが高電位状態に曝された場合であってもアノードの電位上昇を抑制して材料劣化を防止することができ、水の電気分解によって生じた酸素を容易に排出できるので、アノードの材料劣化を抑制して発電性能を向上させることが可能な燃料電池を提供できる。 According to the first aspect of the present invention, the first porous portion is provided with the water electrocatalyst, and water discharged from the anode can diffuse into the first porous portion. When exposed to conditions, water can be diffused onto the water electrocatalyst to produce protons. Further, since the water electrocatalyst is provided in the first porous portion, oxygen generated by the water electrolysis reaction can be easily discharged out of the cell together with the reaction gas diffusing in the first porous portion. Therefore, according to the present invention, even when the anode is exposed to a high potential state due to hydrogen deficiency, the potential increase of the anode can be suppressed to prevent material deterioration. Since the generated oxygen can be easily discharged, it is possible to provide a fuel cell capable of improving the power generation performance by suppressing deterioration of the anode material.

請求項２に記載の発明によれば、第２セパレータに第２多孔質部が備えられており、当該第２多孔質部とカソードとが接触している。そのため、アノード側の水が不足したとしても、第２セパレータに触れて結露した水等を第２多孔質部内で均一化して、アノード側へと供給することができる。したがって、本発明によれば、上記効果に加えて、さらに、第１多孔質部に備えられる水電解触媒への水の供給効率を向上させることができる。 According to the second aspect of the present invention, the second separator is provided with the second porous portion, and the second porous portion and the cathode are in contact with each other. Therefore, even if the anode side water is insufficient, water or the like that is condensed by touching the second separator can be made uniform in the second porous portion and supplied to the anode side. Therefore, according to the present invention, in addition to the above effects, it is possible to further improve the efficiency of supplying water to the water electrolysis catalyst provided in the first porous portion.

請求項３に記載の発明によれば、第１多孔質部内に第１熱媒体流路が備えられ、さらに第１水透過膜が備えられている。したがって、第１水透過膜により第１熱媒体流路内を流れる熱媒体から水を選択的に透過させて水電解触媒へと供給することができるので、アノードが高電位状態に曝された場合に第１多孔質部の水電解触媒上で電気分解される水を、容易に確保することができる。 According to invention of Claim 3, the 1st heat carrier flow path is provided in the 1st porous part, and also the 1st water permeable film is provided. Therefore, when the anode is exposed to a high potential state, the water can be selectively permeated from the heat medium flowing in the first heat medium flow path by the first water permeable membrane and supplied to the water electrocatalyst. In addition, water that is electrolyzed on the water electrocatalyst of the first porous portion can be easily secured.

請求項４に記載の発明によれば、第２多孔質部内に第２熱媒体流路が備えられ、さらに第２水透過膜が備えられている。したがって、第２水透過膜により第２熱媒体流路内を流れる熱媒体から水を選択的に取り出して、第１多孔質部へと拡散させることができるので、アノードが高電位状態に曝された場合に水電解触媒上で電気分解される水を、容易に確保することができる。 According to invention of Claim 4, the 2nd heat-medium flow path is provided in the 2nd porous part, and also the 2nd water permeable film is provided. Therefore, water can be selectively taken out from the heat medium flowing in the second heat medium flow path by the second water permeable membrane and diffused to the first porous portion, so that the anode is exposed to a high potential state. In this case, water that is electrolyzed on the water electrocatalyst can be easily secured.

請求項５に記載の発明によれば、セルの外部から第１多孔質部へ水を供給することができるので、水電解触媒上で電気分解される水をより一層確実に確保することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, water can be supplied from the outside of the cell to the first porous portion, so that the water electrolyzed on the water electrocatalyst can be more reliably secured. .

アノードへと供給される水素が不足している状態で燃料電池を作動させると、アノードが高電位状態に曝される。そして、高電位状態に曝されたアノードでは、上記式２の反応で消費されるプロトン及び電子を供給するため、以下の反応が生じる。
Ｈ_２Ｏ → (１／２)Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ （式３）
ここで、上記式３は、水の電気分解反応であり、アノード側に水が存在する間は、当該反応によりプロトン及び電子が生成される。ところが、アノード側の水が枯渇する等の理由により、高電位状態に曝されたアノードで上記式３の反応が生じなくなると、アノードの構成材料としてカーボンが備えられる燃料電池では、以下の反応によってプロトン及び電子が生成される。
(１／２Ｃ) ＋Ｈ_２Ｏ → (１／２)ＣＯ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ （式４）
上記式４は、カーボンの酸化反応であり、かかる反応が進むと、触媒を担持しているカーボンや拡散層に含まれるカーボン等が劣化する。したがって、アノードの材料劣化を抑制するには、上記式４の反応を抑制することが必要であり、それには、アノード側へ上記式３により分解される水を供給することが重要である。そして、上記式３の反応を生じさせるには、アノード側に水電解触媒が備えられる形態の燃料電池とすることが好ましい。 If the fuel cell is operated with insufficient hydrogen supplied to the anode, the anode is exposed to a high potential state. Then, in the anode exposed to the high potential state, the following reaction occurs because protons and electrons consumed in the reaction of Formula 2 are supplied.
H ₂ O → (1/2) O ₂ + 2H ⁺ + 2e ⁻ (Formula 3)
Here, Formula 3 is an electrolysis reaction of water, and while water is present on the anode side, protons and electrons are generated by the reaction. However, when the reaction of the above formula 3 does not occur in the anode exposed to a high potential state due to, for example, exhaustion of water on the anode side, in the fuel cell provided with carbon as a constituent material of the anode, the following reaction occurs. Protons and electrons are generated.
(1 / 2C) + H ₂ O → (1/2) CO ₂ + 2H ⁺ + 2e ⁻ (Formula 4)
The above equation 4 is an oxidation reaction of carbon, and as the reaction proceeds, carbon carrying the catalyst, carbon contained in the diffusion layer, and the like deteriorate. Therefore, in order to suppress the material deterioration of the anode, it is necessary to suppress the reaction of the above formula 4, and it is important to supply water decomposed by the above formula 3 to the anode side. And in order to produce reaction of the said Formula 3, it is preferable to set it as the fuel cell of the form with which a water electrolysis catalyst is provided in the anode side.

本発明は、かかる観点からなされたものであり、その要旨は、アノードが高電位状態に曝された時に、アノード側に備えられる水電解触媒上で水の電気分解反応を積極的に進行させ、材料劣化を抑制して発電性能を向上させることが可能な、燃料電池を提供することにある。 The present invention has been made from such a viewpoint, and the gist thereof is that when the anode is exposed to a high potential state, the electrolysis reaction of water actively proceeds on the water electrocatalyst provided on the anode side, An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of improving power generation performance by suppressing material deterioration.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について具体的に説明する。なお、以下の図では、特に断らない限り、反応ガス等のシール性を確保するために備えられるシール手段の記載を省略するが、本発明の燃料電池のシール性は、所定のシール手段（例えば、セパレータに備えられる緻密部や、ＭＥＡ並びにアノード触媒層及びカソード触媒層の端部等に配設されるフッ素ゴム製のガスケット等）によって確保されているものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In the following drawings, the description of the sealing means provided for ensuring the sealing performance of the reaction gas or the like is omitted unless otherwise specified. However, the sealing performance of the fuel cell of the present invention is the predetermined sealing means (for example, And a dense portion provided in the separator, MEA, and a fluororubber gasket disposed at the end portions of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer).

１．第１実施形態
図１は、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池に備えられる単セル（以下、単に「燃料電池」という。）の一部構成例を概略的に示す断面図であり、図の左右方向が、セルの積層方向である。 1. First Embodiment FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a partial configuration example of a single cell (hereinafter simply referred to as “fuel cell”) provided in a fuel cell of the present invention according to a first embodiment. The horizontal direction in the figure is the cell stacking direction.

図示のように、第１実施形態にかかる本発明の燃料電池１０は、電解質膜１と、その両側に配設されるアノード触媒層２ａ及びカソード触媒層３ａとを備えるＭＥＡ５と、ＭＥＡ５の両側に配設されるアノード拡散層２ｂ及びカソード拡散層３ｂと、アノード拡散層２ｂの外側へ配設される第１セパレータ６と、カソード拡散層３ｂの外側へ配設される第２セパレータ７と、を備えている。アノード２には、アノード触媒層２ａ及びアノード拡散層２ｂが、カソード３には、カソード触媒層３ａ及びカソード拡散層３ｂが、それぞれ備えられている。さらに、第１セパレータ６には、ポーラスカーボンからなる第１多孔質部６ａと緻密カーボンからなる第１緻密部６ｂと、が備えられ、アノード拡散層２ｂ側に備えられる第１多孔質部６ａにはＩｒ等からなる水電解触媒４、４、…が備えられるとともに、第１反応ガス流路８ａ、８ａ、…が形成され、第１緻密部６ｂには第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…が形成されている。また、緻密カーボンからなる第２セパレータ７には、第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…が形成されるとともに、カソード拡散層３ｂ側の面に第２反応ガス流路８ｂ、８ｂ、…が形成されている。そして、上記形態の燃料電池１０は、第１反応ガス流路８ａ、８ａ、…に加湿された水素含有ガス（以下、「水素」という。）が、第２反応ガス流路８ｂ、８ｂ、…に加湿された酸素含有ガス（以下、「空気」という。）が、それぞれ供給されるとともに、第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…及び第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…にＬＬＣ等の熱媒体が流通した状態で、作動される。 As illustrated, the fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention includes an electrolyte membrane 1, an MEA 5 including an anode catalyst layer 2 a and a cathode catalyst layer 3 a disposed on both sides thereof, and both sides of the MEA 5. An anode diffusion layer 2b and a cathode diffusion layer 3b disposed; a first separator 6 disposed outside the anode diffusion layer 2b; and a second separator 7 disposed outside the cathode diffusion layer 3b. I have. The anode 2 includes an anode catalyst layer 2a and an anode diffusion layer 2b, and the cathode 3 includes a cathode catalyst layer 3a and a cathode diffusion layer 3b. Further, the first separator 6 is provided with a first porous portion 6a made of porous carbon and a first dense portion 6b made of dense carbon, and the first porous portion 6a provided on the anode diffusion layer 2b side is provided with the first separator 6a. Are provided with water electrocatalysts 4, 4... Made of Ir or the like, and first reaction gas channels 8a, 8a,... Are formed, and first heat medium channels 9a, 9a,. ... is formed. In addition, the second separator 7 made of dense carbon is provided with second heat medium passages 9b, 9b,... And second reaction gas passages 8b, 8b,. Is formed. In the fuel cell 10 of the above embodiment, the hydrogen-containing gas (hereinafter referred to as “hydrogen”) humidified in the first reaction gas channels 8a, 8a,... Is converted into the second reaction gas channels 8b, 8b,. Are supplied with oxygen-containing gas (hereinafter referred to as “air”), and the first heat medium channels 9a, 9a,... And the second heat medium channels 9b, 9b,. It is operated in a state where the heat medium is in circulation.

第１反応ガス流路８ａ、８ａ、…を経て供給された水素は、カーボンペーパー等からなるアノード拡散層２ｂを経て、通常触媒（例えば、白金担持カーボン。以下において同じ。）及び電解質成分（例えば、Ｎａｆｉｏｎ等。Ｎａｆｉｏｎは米国デュポン社の登録商標。以下において同じ。）を備えるアノード触媒層２ａに達し、通常触媒上でプロトンと電子とに分解される（上記式１）。このようにして生成されたプロトンは、電解質成分を備える電解質膜１を通過して、通常触媒及び電解質成分を備えるカソード触媒層３ａへと達する。これに対し、電子は電解質膜１を通過できないので、外部回路を経由してカソード触媒層３ａへと達する。他方、第２反応ガス流路８ｂ、８ｂ、…を経て供給された空気は、カーボンペーパー等からなるカソード拡散層３ｂを経て、カソード触媒層３ａへと達する。そして、カソード触媒層３ａに備えられる通常触媒上で、酸素と、アノード触媒層２ａから移動してきたプロトン及び電子とが反応することにより、水が生成される（上記式２）。アノード触媒層２ａ及びカソード触媒層３ａへ十分な量の反応ガスが供給されている間は、上記式１及び式２の反応により水が生成され、電気エネルギーを取り出すことができる。 The hydrogen supplied through the first reaction gas flow paths 8a, 8a,... Passes through an anode diffusion layer 2b made of carbon paper or the like, and is usually a catalyst (for example, platinum-supported carbon; the same applies hereinafter) and an electrolyte component (for example, Nafion, etc. Nafion is a registered trademark of DuPont, USA, and the same applies hereinafter.), And is usually decomposed into protons and electrons on the catalyst (Formula 1 above). The protons thus generated pass through the electrolyte membrane 1 including the electrolyte component, and reach the cathode catalyst layer 3a including the normal catalyst and the electrolyte component. In contrast, since electrons cannot pass through the electrolyte membrane 1, they reach the cathode catalyst layer 3a via an external circuit. On the other hand, the air supplied through the second reaction gas flow paths 8b, 8b,... Reaches the cathode catalyst layer 3a through the cathode diffusion layer 3b made of carbon paper or the like. Then, on the normal catalyst provided in the cathode catalyst layer 3a, oxygen reacts with protons and electrons that have moved from the anode catalyst layer 2a to generate water (formula 2). While a sufficient amount of reaction gas is supplied to the anode catalyst layer 2a and the cathode catalyst layer 3a, water is generated by the reaction of the above formulas 1 and 2, and electric energy can be taken out.

ところで、ＰＥＦＣは通常、多数のセルが積層されたスタック形態で使用され、当該スタック形態のＰＥＦＣから電気エネルギーが取り出される。そのため、水素が十分に供給されない等の理由によりスタックに備えられる一部のセルが発電不能の状態に陥っても、その他のセルが通常に作動していれば、スタックから電気エネルギーを取り出すことができる。このように、発電不能セルを備えるスタックから電気エネルギーを取り出すと、当該発電不能セルでは、アノードが高電位状態に曝され、上記式３及び式４の反応が生じる。そして、アノード側の水が枯渇すると、上記式４の反応が進行し、アノードの材料が劣化する。 By the way, the PEFC is usually used in a stack form in which a large number of cells are stacked, and electric energy is extracted from the PEFC in the stack form. Therefore, even if some cells provided in the stack are incapable of generating power due to reasons such as insufficient hydrogen supply, electrical energy can be extracted from the stack if other cells are operating normally. it can. As described above, when electric energy is taken out from the stack including the non-power generation cell, the anode is exposed to a high potential state in the non-power generation cell, and the reactions of the above formulas 3 and 4 occur. When the water on the anode side is depleted, the reaction of the above formula 4 proceeds, and the anode material is deteriorated.

一方で、第１反応ガス流路８ａ、８ａ、…には加湿された水素が供給されるとともに、燃料電池の作動時には上記式２により水が生成される。ここで、燃料電池１０の通常作動時には、第１反応ガス流路８ａ、８ａ、…に十分な量の水素が供給されるので、アノード２に存在する余剰水は、第１反応ガス流路８ａ、８ａ、…内を流れる水素とともに、セル外へ排出することができる。しかし、アノード２への水素の供給が途絶える（以下、「水素欠状態になる」という。）と、水の排出効率が低下するため、第１多孔質部６ａには水が滞留するものと考えられる。 On the other hand, humidified hydrogen is supplied to the first reaction gas flow paths 8a, 8a,..., And water is generated by the above equation 2 when the fuel cell is operated. Here, during the normal operation of the fuel cell 10, a sufficient amount of hydrogen is supplied to the first reaction gas channels 8a, 8a,..., So that excess water present in the anode 2 is removed from the first reaction gas channel 8a. , 8a, can be discharged out of the cell together with hydrogen flowing inside. However, when the supply of hydrogen to the anode 2 is interrupted (hereinafter referred to as “hydrogen deficient state”), the water discharge efficiency is lowered, so that the water is retained in the first porous portion 6a. It is done.

図示のように、本発明の燃料電池１０には、第１多孔質部６ａに水電解触媒４、４、…が備えられている。そのため、燃料電池１０によれば、アノード２が水素欠状態となり、アノード２が高電位状態に曝されても、第１多孔質部６ａに滞留している水を水電解触媒４、４、…上で反応させて、プロトン及び電子を生成することができる。したがって、燃料電池１０によれば、上記式３の反応を進行させることで上記式４の反応の進行を抑制し、アノード２の材料劣化を抑制することができる。 As shown in the figure, the fuel cell 10 of the present invention is provided with water electrolysis catalysts 4, 4,... In the first porous portion 6a. Therefore, according to the fuel cell 10, even when the anode 2 is in a hydrogen deficient state and the anode 2 is exposed to a high potential state, the water retained in the first porous portion 6a is removed from the water electrocatalysts 4, 4,. The above can be reacted to produce protons and electrons. Therefore, according to the fuel cell 10, it is possible to suppress the progress of the reaction of the above formula 4 by advancing the reaction of the above formula 3, and to suppress the material deterioration of the anode 2.

２．第２実施形態
図２は、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図であり、図の左右方向が、セルの積層方向である。図２において、図１に示す部材・物質と同様の構成を採るものには、図１にて使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。 2. Second Embodiment FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a partial configuration example of a fuel cell of the present invention according to a second embodiment, and the horizontal direction in the figure is the cell stacking direction. In FIG. 2, the same reference numerals as those used in FIG. 1 are assigned to components and materials similar to those shown in FIG. 1, and description thereof will be omitted as appropriate.

図２に示すように、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池２０は、ＭＥＡ５と、ＭＥＡ５の両側に配設されるアノード拡散層２ｂ及びカソード拡散層３ｂと、アノード拡散層２ｂの外側へ配設される第１セパレータ２６と、カソード拡散層３ｂの外側へ配設される第２セパレータ７と、を備えている。第１セパレータ２６には、発泡金属からなる第１多孔質部２６ａと緻密カーボンからなる第１緻密部６ｂと、が備えられており、アノード拡散層２ｂ側に備えられる第１多孔質部２６ａにはＩｒ等からなる水電解触媒４、４、…が備えられ、第１緻密部６ｂには第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…が形成されている。なお、燃料電池２０では、図示されていない反応ガス供給手段を介して、第１多孔質部２６ａへ水素が供給される。 As shown in FIG. 2, the fuel cell 20 of the present invention according to the second embodiment includes the MEA 5, the anode diffusion layer 2b and the cathode diffusion layer 3b disposed on both sides of the MEA 5, and the outside of the anode diffusion layer 2b. The 1st separator 26 arrange | positioned and the 2nd separator 7 arrange | positioned on the outer side of the cathode diffusion layer 3b are provided. The first separator 26 is provided with a first porous portion 26a made of foam metal and a first dense portion 6b made of dense carbon. The first porous portion 26a provided on the anode diffusion layer 2b side is provided with the first separator 26a. Are provided with water electrocatalysts 4, 4... Made of Ir or the like, and first heat medium passages 9a, 9a,. In the fuel cell 20, hydrogen is supplied to the first porous portion 26a via a reaction gas supply means (not shown).

本発明の燃料電池２０の通常作動時には、第１多孔質部２６ａに十分な量の水素が供給されるので、燃料電池２０内の水は、当該水素とともにセル外へ排出することができる。しかし、アノード２が水素欠状態になると、第１多孔質部２６ａへと供給される水素量が低下するため、第１多孔質部２６ａには水が滞留するものと考えられる。 During normal operation of the fuel cell 20 of the present invention, a sufficient amount of hydrogen is supplied to the first porous portion 26a, so that the water in the fuel cell 20 can be discharged out of the cell together with the hydrogen. However, when the anode 2 is in a hydrogen deficient state, the amount of hydrogen supplied to the first porous portion 26a is reduced, so water is considered to be retained in the first porous portion 26a.

図２に示すように、本発明の燃料電池２０には、第１多孔質部２６ａに水電解触媒４、４、…が備えられている。そのため、燃料電池２０によれば、アノード２が水素欠状態となり、アノード２が高電位状態に曝されても、第１多孔質部２６ａに滞留している水を水電解触媒４、４、…上で反応させて、プロトン及び電子を生成することができる。したがって、第２実施形態にかかる本発明の燃料電池２０であっても、アノード２の材料劣化を抑制することができる。 As shown in FIG. 2, the fuel cell 20 of the present invention is provided with water electrolysis catalysts 4, 4,... In the first porous portion 26a. Therefore, according to the fuel cell 20, even when the anode 2 is in a hydrogen deficient state and the anode 2 is exposed to a high potential state, the water retained in the first porous portion 26a is removed from the water electrocatalysts 4, 4,. The above can be reacted to produce protons and electrons. Therefore, even in the fuel cell 20 of the present invention according to the second embodiment, material deterioration of the anode 2 can be suppressed.

３．第３実施形態
図３は、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図であり、図の左右方向が、セルの積層方向である。図３において、図１に示す部材・物質と同様の構成を採るものには、図１にて使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。 3. 3rd Embodiment FIG. 3: is sectional drawing which shows roughly the example of a partial structure of the fuel cell of this invention concerning 3rd Embodiment, and the left-right direction of a figure is a lamination direction of a cell. 3, components having the same configuration as the members and substances shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 1, and the description thereof is omitted as appropriate.

図３に示すように、第３実施形態にかかる本発明の燃料電池３０は、ＭＥＡ５と、ＭＥＡ５の両側に配設されるアノード拡散層２ｂ及びカソード拡散層３ｂと、アノード拡散層２ｂの外側へ配設される第１セパレータ６と、カソード拡散層３ｂの外側へ配設される第２セパレータ３７と、を備えている。第１セパレータ６には、第１多孔質部６ａ及び第１緻密部６ｂが備えられ、アノード拡散層２ｂ側に備えられる第１多孔質部６ａにはＩｒ等からなる水電解触媒４、４、…が備えられている。一方、第２セパレータ７には、ポーラスカーボンからなる第２多孔質部７ａ及び緻密カーボンからなる第２緻密部７ｂが備えられ、カソード拡散層３ｂ側に配置される第２多孔質部７ａに第２反応ガス流路８ｂ、８ｂ、…が、第２緻密部７ｂに第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…が、それぞれ形成されている。 As shown in FIG. 3, the fuel cell 30 according to the third embodiment of the present invention includes an MEA 5, an anode diffusion layer 2b and a cathode diffusion layer 3b disposed on both sides of the MEA 5, and an outside of the anode diffusion layer 2b. The 1st separator 6 arrange | positioned and the 2nd separator 37 arrange | positioned on the outer side of the cathode diffusion layer 3b are provided. The first separator 6 includes a first porous portion 6a and a first dense portion 6b, and the first porous portion 6a provided on the anode diffusion layer 2b side includes water electrocatalysts 4 and 4 made of Ir or the like. … Is provided. On the other hand, the second separator 7 is provided with a second porous portion 7a made of porous carbon and a second dense portion 7b made of dense carbon, and the second porous portion 7a disposed on the cathode diffusion layer 3b side has a second porous portion 7a. 2 reactive gas flow paths 8b, 8b,... Are formed in the second dense portion 7b, respectively, and second heat medium flow paths 9b, 9b,.

燃料電池の通常作動時には、第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…内を流れる熱媒体等により燃料電池３０が冷却されているので、上記式２によって生成された水は、セパレータ３７と触れることにより結露して液滴の水になりやすい。ここで、図示のように、燃料電池３０は、第２セパレータ３７に第２多孔質部７ａが備えられているので、上記液滴の水が第２多孔質部７ａに留まりやすい。そのため、アノード２が水素欠状態になった時に上記式３により水が消費されて水が枯渇しそうになっても、第２多孔質部７ａに存在する水を第１多孔質部６ａへと拡散させることができるので、水電解触媒４、４、…上で上記式３の反応を継続させることができる。したがって、燃料電池３０によれば、水の電気分解反応で消費される水を容易に確保することで、アノード２の材料劣化を抑制することができる。 During normal operation of the fuel cell, the fuel cell 30 is cooled by the heat medium flowing in the second heat medium flow paths 9b, 9b,..., So that the water generated by the above equation 2 comes into contact with the separator 37. Condensation tends to form droplet water. Here, as shown in the figure, since the fuel cell 30 includes the second porous portion 7a in the second separator 37, the water of the droplets tends to stay in the second porous portion 7a. Therefore, even when the anode 2 is depleted of hydrogen, even if water is consumed according to the above equation 3 and the water is about to be depleted, the water present in the second porous portion 7a is diffused into the first porous portion 6a. Thus, the reaction of the above formula 3 can be continued on the water electrocatalysts 4, 4,. Therefore, according to the fuel cell 30, material deterioration of the anode 2 can be suppressed by easily securing the water consumed by the water electrolysis reaction.

４．第４実施形態
図４は、第４実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図であり、図の左右方向が、セルの積層方向である。図４において、図１に示す部材・物質と同様の構成を採るものには、図１にて使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。 4). Fourth Embodiment FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a partial configuration example of a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention, and the horizontal direction in the figure is the cell stacking direction. In FIG. 4, the same reference numerals as those used in FIG. 1 are assigned to components and materials similar to those shown in FIG. 1, and description thereof is omitted as appropriate.

図４に示すように、第４実施形態にかかる本発明の燃料電池４０は、ＭＥＡ５と、ＭＥＡ５の両側に配設されるアノード拡散層２ｂ及びカソード拡散層３ｂと、アノード拡散層２ｂの外側へ配設される第１セパレータ４６と、カソード拡散層３ｂの外側へ配設される第２セパレータ７と、を備えている。第１セパレータ４６は、第１多孔質部６ａ、４６ａ及び第１緻密部６ｂ、６ｂを具備し、第１多孔質部４６ａに形成された第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…と、アノード拡散層２ｂ側の第１多孔質部６ａに形成された第１反応ガス流路８ａ、８ａ、…との間に、逆浸透膜等からなる第１水拡散手段４１が備えられ、第１多孔質部６ａに水電解触媒４、４、…が備えられている。加えて、導電性を有する第１水拡散手段４１とする観点から、当該第１水拡散手段４１には、炭素繊維等の導電性ファイバー（図４では不図示）が備えられている。 As shown in FIG. 4, the fuel cell 40 of the present invention according to the fourth embodiment includes the MEA 5, the anode diffusion layer 2b and the cathode diffusion layer 3b disposed on both sides of the MEA 5, and the outside of the anode diffusion layer 2b. The 1st separator 46 arrange | positioned and the 2nd separator 7 arrange | positioned on the outer side of the cathode diffusion layer 3b are provided. The first separator 46 includes first porous portions 6a and 46a and first dense portions 6b and 6b. The first heat medium flow paths 9a, 9a,... Formed in the first porous portion 46a, and the anode A first water diffusion means 41 made of a reverse osmosis membrane or the like is provided between the first reaction gas flow paths 8a, 8a,... Formed in the first porous portion 6a on the diffusion layer 2b side, and the first porous The mass portion 6a is provided with water electrocatalysts 4, 4,. In addition, from the viewpoint of the first water diffusing unit 41 having conductivity, the first water diffusing unit 41 includes a conductive fiber such as carbon fiber (not shown in FIG. 4).

燃料電池４０の作動時には、第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…内に熱媒体が流されている。そして、第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…は第１多孔質部４６ａに、第１反応ガス流路８ａ、８ａ、…は第１多孔質部６ａに、それぞれ形成され、これらの流路の間には第１水拡散手段４１が備えられている。そのため、燃料電池４０の作動中に、第１多孔質部６ａに備えられる水の量が減少した場合には、第１水拡散手段４１によって、第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…内を流れる熱媒体から水のみを選択的に透過させることで、水電解触媒４、４、…上に水を供給することができる。したがって、燃料電池４０によっても、アノード２が高電位状態に曝された時に水の電気分解反応で消費される水を容易に確保することができるので、アノード２の材料劣化を抑制することができる。 When the fuel cell 40 is operated, the heat medium is caused to flow through the first heat medium flow paths 9a, 9a,. Are formed in the first porous part 46a, and the first reaction gas flow paths 8a, 8a,... Are formed in the first porous part 6a. A first water diffusing means 41 is provided in between. Therefore, when the amount of water provided in the first porous portion 6a decreases during the operation of the fuel cell 40, the first water diffusion means 41 causes the first heat medium flow passages 9a, 9a,. By selectively allowing only water to permeate from the flowing heat medium, water can be supplied onto the water electrocatalysts 4, 4,. Therefore, the fuel cell 40 can easily secure water consumed by the water electrolysis reaction when the anode 2 is exposed to a high potential state, so that deterioration of the material of the anode 2 can be suppressed. .

第４実施形態に関する上記説明では、炭素繊維等の導電性ファイバーが備えられる形態の第１水拡散手段４１について記述したが、本発明にかかる第１水拡散手段は、第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…と第１反応ガス流路８ａ、８ａ、…との間に、導電性を有し水を拡散可能な形態で配置されていれば、その形態は特に限定されるものではない。 In the said description regarding 4th Embodiment, although the 1st water diffusion means 41 of the form provided with electroconductive fibers, such as carbon fiber, was described, the 1st water diffusion means concerning this invention is the 1st heat-medium flow path 9a. , 9a,... And the first reaction gas flow paths 8a, 8a,... Are not particularly limited as long as they are arranged in a conductive and diffusible form.

図５は、本発明にかかる第１水拡散手段の形態例を示す概略図である。図５（ａ）は、炭素等の高耐食性導電体４１ａに形成された孔に逆浸透膜４１ｂを充填することにより構成される形態の第１水拡散手段４１ｘを、図５（ｂ）は、逆浸透膜４１ｃに炭素繊維等の導電性ファイバー４１ｄを分散させることにより構成される形態の第１水拡散手段４１を、図５（ｃ）は、一対の第１多孔質部６ｘ、６ｙの間に逆浸透膜４１ｅを配置し、一方の第１多孔質膜６ｘを他方の第１多孔質部６ｙの方へと貫通させることにより導電性を付与した形態の第１水拡散手段４１ｙを、それぞれ示している。このように、水拡散性能及び導電性を有する形態で第１水拡散手段が配置されていれば、上記効果を奏し得る形態の燃料電池を提供できる。 FIG. 5 is a schematic view showing an example of the first water diffusing means according to the present invention. FIG. 5A shows the first water diffusing means 41x configured by filling the reverse osmosis membrane 41b in the holes formed in the highly corrosion-resistant conductor 41a such as carbon, and FIG. FIG. 5C shows the first water diffusing means 41 configured by dispersing conductive fibers 41d such as carbon fibers in the reverse osmosis membrane 41c. FIG. 5 (c) shows a pair of first porous portions 6x and 6y. A first osmosis membrane 41e, and a first water diffusing means 41y having a conductivity imparted by passing one first porous membrane 6x toward the other first porous portion 6y, Show. Thus, if the 1st water diffusion means is arrange | positioned with the form which has water diffusion performance and electroconductivity, the fuel cell of the form which can have the said effect can be provided.

５．第５実施形態
図６は、第５実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図であり、図の左右方向が、セルの積層方向である。図６において、図１、図２、図４に示す部材・物質と同様の構成を採るものには、これらの図で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。 5). Fifth Embodiment FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a partial configuration example of a fuel cell of the present invention according to a fifth embodiment, and the left-right direction of the figure is the cell stacking direction. 6, components having the same configuration as the members and substances shown in FIGS. 1, 2, and 4 are denoted by the same reference numerals as those used in these drawings, and the description thereof is omitted as appropriate.

図６に示すように、第５実施形態にかかる本発明の燃料電池５０は、ＭＥＡ５と、ＭＥＡ５の両側に配設されるアノード拡散層２ｂ及びカソード拡散層３ｂと、アノード拡散層２ｂの外側へ配設される第１セパレータ５６と、カソード拡散層３ｂの外側へ配設される第２セパレータ７と、を備えている。第１セパレータ５６は、第１多孔質部２６ａ、４６ａ及び第１緻密部６ｂ、６ｂを具備し、第１多孔質部２６ａと第１多孔質部４６ａとの間に、逆浸透膜等からなる第１水拡散手段４１が備えられ、第１多孔質部２６ａに水電解触媒４、４、…が備えられている。 As shown in FIG. 6, the fuel cell 50 of the present invention according to the fifth embodiment includes the MEA 5, the anode diffusion layer 2b and the cathode diffusion layer 3b disposed on both sides of the MEA 5, and the outside of the anode diffusion layer 2b. The 1st separator 56 arrange | positioned and the 2nd separator 7 arrange | positioned on the outer side of the cathode diffusion layer 3b are provided. The first separator 56 includes first porous portions 26a and 46a and first dense portions 6b and 6b, and is formed of a reverse osmosis membrane or the like between the first porous portion 26a and the first porous portion 46a. A first water diffusion means 41 is provided, and water electrocatalysts 4, 4,... Are provided in the first porous portion 26a.

燃料電池５０の作動時には、第１多孔質部４６ａに形成された第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…に熱媒体が流される。そのため、燃料電池５０の作動中に、第１多孔質部２６ａに備えられる水の量が減少した場合には、第１水拡散手段４１によって、第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…内を流れる熱媒体から水のみを選択的に透過させることで、水電解触媒４、４、…上に水を供給することができる。したがって、燃料電池５０によっても、アノード２が高電位状態に曝された時に水電解触媒４、４、…上へ容易に水を供給できるので、アノード２の材料劣化を抑制することができる。 When the fuel cell 50 is operated, the heat medium is caused to flow through the first heat medium flow paths 9a, 9a, ... formed in the first porous portion 46a. Therefore, when the amount of water provided in the first porous portion 26a decreases during the operation of the fuel cell 50, the first water diffusion means 41 causes the first heat medium flow passages 9a, 9a,. By selectively allowing only water to permeate from the flowing heat medium, water can be supplied onto the water electrocatalysts 4, 4,. Therefore, even with the fuel cell 50, when the anode 2 is exposed to a high potential state, water can be easily supplied onto the water electrocatalysts 4, 4,..., So that material deterioration of the anode 2 can be suppressed.

６．第６実施形態
図７は、第６実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図であり、図の左右方向が、セルの積層方向である。図７において、図２、図３に示す部材・物質と同様の構成を採るものには、これらの図で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。 6). 6th Embodiment FIG. 7: is sectional drawing which shows roughly the example of a partial structure of the fuel cell of this invention concerning 6th Embodiment, and the horizontal direction of a figure is a lamination direction of a cell. 7, those having the same configuration as the members and substances shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals as those used in these drawings, and the description thereof is omitted as appropriate.

図７に示すように、第６実施形態にかかる本発明の燃料電池６０は、ＭＥＡ５と、ＭＥＡ５の両側に配設されるアノード拡散層２ｂ及びカソード拡散層３ｂと、アノード拡散層２ｂの外側へ配設される第１セパレータ２６と、カソード拡散層３ｂの外側へ配設される第２セパレータ６７と、を備えている。第２セパレータ６７は、第２多孔質部７ａ、７ａ及び第２緻密部７ｂ、７ｂを具備し、第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…と第２反応ガス流路８ｂ、８ｂ、…との間に、逆浸透膜等からなる第２水拡散手段６１が備えられている。加えて、導電性を有する第２水拡散手段６１とする観点から、当該第２水拡散手段６１には、炭素繊維等の導電性ファイバーが備えられている。 As shown in FIG. 7, the fuel cell 60 of the present invention according to the sixth embodiment includes the MEA 5, the anode diffusion layer 2b and the cathode diffusion layer 3b disposed on both sides of the MEA 5, and the outside of the anode diffusion layer 2b. The 1st separator 26 arrange | positioned and the 2nd separator 67 arrange | positioned on the outer side of the cathode diffusion layer 3b are provided. The second separator 67 includes second porous portions 7a, 7a and second dense portions 7b, 7b, and includes second heat medium passages 9b, 9b,... And second reaction gas passages 8b, 8b,. A second water diffusion means 61 made of a reverse osmosis membrane or the like is provided between the two. In addition, from the viewpoint of the second water diffusing unit 61 having conductivity, the second water diffusing unit 61 is provided with conductive fibers such as carbon fibers.

燃料電池６０の作動時には、第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…内に熱媒体が流されている。そして、第２多孔質部７ａに第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…が形成されており、第２多孔質部７ａはカソード拡散層３ｂと接している。そのため、燃料電池６０によれば、第２水拡散手段６１によって、第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…内を流れる熱媒体から水のみを選択的に透過させ、第２多孔質部７ａ、カソード拡散層３ｂ、ＭＥＡ５、及び、アノード拡散層２ｂを経由して第１多孔質部２６ａの水電解触媒４、４、…上に水を供給することができる。したがって、燃料電池６０によれば、アノード２が高電位状態に曝された時に水の電気分解反応が生じて第１多孔質部２６ａに備えられる水の量が減少しても、第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…内を流れる熱媒体から選択的に透過させた水を水電解触媒４、４、…上に拡散させることができるので、アノード２の材料劣化を抑制することができる。 When the fuel cell 60 is operated, the heat medium is caused to flow in the second heat medium flow paths 9b, 9b,. Second heat medium flow paths 9b, 9b,... Are formed in the second porous portion 7a, and the second porous portion 7a is in contact with the cathode diffusion layer 3b. Therefore, according to the fuel cell 60, only the water is selectively permeated from the heat medium flowing through the second heat medium flow paths 9b, 9b,. Water can be supplied onto the water electrocatalysts 4, 4,... Of the first porous portion 26a via the cathode diffusion layer 3b, the MEA 5, and the anode diffusion layer 2b. Therefore, according to the fuel cell 60, even if the electrolysis reaction of water occurs when the anode 2 is exposed to a high potential state and the amount of water provided in the first porous portion 26a decreases, the second heat medium The water selectively permeated from the heat medium flowing in the flow paths 9b, 9b,... Can be diffused onto the water electrocatalysts 4, 4,.

第６実施形態に関する上記説明では、炭素繊維等の導電性ファイバーが備えられる形態の第２水拡散手段６１について記述したが、本発明にかかる第２水拡散手段は、第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…と第２反応ガス流路８ｂ、８ｂ、…との間に、導電性を有し水を拡散可能な形態で配置されていれば、その形態は特に限定されず、図５に例示した第１水拡散手段と同様の形態を採ることができる。 In the above description regarding the sixth embodiment, the second water diffusing means 61 in which conductive fibers such as carbon fibers are provided has been described. However, the second water diffusing means according to the present invention includes the second heat medium flow path 9b. , 9b,... And the second reaction gas flow paths 8b, 8b,... Are not particularly limited as long as they are arranged in a conductive and diffusible form. The same form as the illustrated first water diffusion means can be taken.

７．第７実施形態
図８は、第７実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図であり、図の左右方向が、セルの積層方向である。図８において、図６、図７に示す部材・物質と同様の構成を採るものには、これらの図で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。 7). Seventh Embodiment FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a partial configuration example of a fuel cell according to a seventh embodiment of the present invention, and the horizontal direction in the figure is the cell stacking direction. 8, those having the same configuration as the members and substances shown in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals as those used in these drawings, and description thereof will be omitted as appropriate.

図８に示すように、第７実施形態にかかる本発明の燃料電池７０は、ＭＥＡ５と、ＭＥＡ５の両側に配設されるアノード拡散層２ｂ及びカソード拡散層３ｂと、アノード拡散層２ｂの外側へ配設される第１セパレータ５６と、カソード拡散層３ｂの外側へ配設される第２セパレータ６７と、を備えている。すなわち、燃料電池７０は、第１多孔質部４６ａに第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…が、第２多孔質部７ａに第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…がそれぞれ形成されるとともに、第１セパレータ５６に第１水拡散手段４１が、第２セパレータ６７に第２水拡散手段６１が、それぞれ備えられている。そのため、燃料電池７０によれば、第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…内を流れる熱媒体、及び、第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…内を流れる熱媒体から選択的に透過させた水を、第１多孔質部２６ａに備えられる水電解触媒４、４、…上へ供給することができるので、アノード２が高電位状態に曝された場合であっても、上記式３の反応を生じさせることにより、アノード２の材料劣化を抑制することができる。 As shown in FIG. 8, the fuel cell 70 of the present invention according to the seventh embodiment includes the MEA 5, the anode diffusion layer 2b and the cathode diffusion layer 3b disposed on both sides of the MEA 5, and the outside of the anode diffusion layer 2b. The 1st separator 56 arrange | positioned and the 2nd separator 67 arrange | positioned on the outer side of the cathode diffusion layer 3b are provided. That is, in the fuel cell 70, the first heat medium flow paths 9a, 9a,... Are formed in the first porous portion 46a, and the second heat medium flow paths 9b, 9b,. In addition, the first separator 56 is provided with the first water diffusion means 41, and the second separator 67 is provided with the second water diffusion means 61. Therefore, according to the fuel cell 70, the heat medium flowing through the first heat medium flow paths 9a, 9a,... And the heat medium flowing through the second heat medium flow paths 9b, 9b,. Since water can be supplied onto the water electrocatalysts 4, 4,... Provided in the first porous portion 26a, even when the anode 2 is exposed to a high potential state, By causing the reaction, the material deterioration of the anode 2 can be suppressed.

８．第８実施形態
図９は、第８実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図であり、図の左右方向が、セルの積層方向である。図９において、図１に示す部材・物質と同様の構成を採るものには、図１で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。 8). Eighth Embodiment FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a partial configuration example of a fuel cell according to an eighth embodiment of the present invention. The horizontal direction in the figure is the cell stacking direction. 9, those having the same configuration as the members and substances shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 1, and the description thereof is omitted as appropriate.

図９に示すように、第８実施形態にかかる本発明の燃料電池８０は、ＭＥＡ５と、ＭＥＡ５の両側に配設されるアノード拡散層２ｂ及びカソード拡散層３ｂと、アノード拡散層２ｂの外側へ配設される第１セパレータ８６と、カソード拡散層３ｂの外側へ配設される第２セパレータ７と、を備えている。そして、第１反応ガス流路８ａ、８ａ、…、及び第２反応ガス流路８ｂ、８ｂ、…から供給される反応ガスのシール性は、フッ素ゴム製のガスケット等からなるシール手段８５と、第１セパレータ８６及び第２セパレータ７と、によって確保されている。本実施形態にかかる第１セパレータ８６は、第１多孔質部６ａ及び第１緻密部６ｂを備えるとともに、第１多孔質部６ａに備えられる水電解触媒４、４、…へ水を供給可能な形態で形成された水用流路８１を備え、セルの端部に配置される水供給手段８４には、水用流路８１へ水分を供給するために導入されたＬＬＣ等の熱媒体が流れる熱媒体流路８２と、逆浸透膜等からなる水拡散手段８３と、が備えられている。このような形態の燃料電池８０によれば、水拡散手段８３により熱媒体流路８２から水用流路８１へと拡散した水を、水電解触媒４、４、…へ供給することができる。すなわち、燃料電池８０によれば、熱媒体流路８２内を流れる熱媒体の量を調整することで、水電解触媒４、４、…へ過不足なく水を供給できるので、アノード２が高電位状態に曝されても、上記式３の反応を継続させることで、アノード２の材料劣化を抑制することができる。 As shown in FIG. 9, the fuel cell 80 of the present invention according to the eighth embodiment includes the MEA 5, the anode diffusion layer 2b and the cathode diffusion layer 3b disposed on both sides of the MEA 5, and the outside of the anode diffusion layer 2b. The 1st separator 86 arrange | positioned and the 2nd separator 7 arrange | positioned on the outer side of the cathode diffusion layer 3b are provided. And the sealing property of the reactive gas supplied from the first reactive gas flow paths 8a, 8a,... And the second reactive gas flow paths 8b, 8b,. It is ensured by the first separator 86 and the second separator 7. The first separator 86 according to the present embodiment includes the first porous portion 6a and the first dense portion 6b, and can supply water to the water electrocatalysts 4, 4,... Provided in the first porous portion 6a. A heat medium such as LLC introduced to supply water to the water flow channel 81 flows in the water supply means 84 provided with the water flow channel 81 formed in the form and disposed at the end of the cell. A heat medium channel 82 and water diffusion means 83 made of a reverse osmosis membrane or the like are provided. According to the fuel cell 80 having such a configuration, the water diffused from the heat medium flow channel 82 to the water flow channel 81 by the water diffusion means 83 can be supplied to the water electrolysis catalysts 4, 4. That is, according to the fuel cell 80, by adjusting the amount of the heat medium flowing in the heat medium flow path 82, water can be supplied to the water electrolysis catalysts 4, 4,. Even if it is exposed to the state, the deterioration of the material of the anode 2 can be suppressed by continuing the reaction of Formula 3 above.

さらに、燃料電池８０によれば、ＭＥＡ５を所定の温度範囲（例えば、７０〜９０℃等）に維持するために第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…、及び、第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…へ導入される熱媒体に加え、さらに、水電解触媒４、４、…へ供給される水を確保するための熱媒体が熱媒体流路８２に導入されている。そのため、第１熱媒体流路９ａ、９ａ、…、及び、第２熱媒体流路９ｂ、９ｂ、…内を流れる熱媒体の役割を、温度制御に集中させることができるので、温度制御の精度を向上させつつアノード２の材料劣化を抑制することが可能な、燃料電池８０とすることができる。 Furthermore, according to the fuel cell 80, in order to maintain the MEA 5 in a predetermined temperature range (for example, 70 to 90 ° C. or the like), the first heat medium flow paths 9a, 9a,. , 9b,..., And a heat medium for securing water supplied to the water electrocatalysts 4, 4,. Therefore, the role of the heat medium flowing through the first heat medium flow paths 9a, 9a,... And the second heat medium flow paths 9b, 9b,. Thus, the fuel cell 80 capable of suppressing deterioration of the material of the anode 2 while improving the fuel efficiency can be obtained.

第８実施形態に関する上記説明では、熱媒体流路８２に導入される熱媒体から抽出した水を水電解触媒４、４、…へと拡散させ得る水供給手段８４が備えられる形態について記述したが、本発明にかかる水供給手段は、当該形態に限定されない。本発明にかかる水供給手段が採り得る他の形態例としては、
１）燃料電池の作動中に上記式２によって生成された水を捕集する捕集手段と、当該捕集された水を上記水用流路へと導く流路と、を備える形態、及び、
２）燃料電池の排気（例えば、アノード側の排気等）から水を捕集する捕集手段と、当該捕集された水を上記水用流路へと導く流路と、を備える形態、
等を挙げることができる。上記１）又は２）の形態であれば、熱媒体を別途導入することなく、燃料電池内に存在する水を、水電解触媒へ供給することができるので好ましい。 In the above description regarding the eighth embodiment, a mode is described in which the water supply means 84 capable of diffusing water extracted from the heat medium introduced into the heat medium flow path 82 into the water electrocatalysts 4, 4,. The water supply means according to the present invention is not limited to this form. As another form example that the water supply means according to the present invention can take,
1) a configuration comprising: a collecting means for collecting water generated by the equation 2 during operation of the fuel cell; and a flow path for guiding the collected water to the water flow path, and
2) A mode provided with a collecting means for collecting water from the exhaust of the fuel cell (for example, exhaust on the anode side) and a flow path for guiding the collected water to the water flow path,
Etc. If it is the form of said 1) or 2), the water which exists in a fuel cell can be supplied to a water electrolysis catalyst, without introduce | transducing a heat medium separately, and it is preferable.

また、本発明に関する上記説明では、熱媒体としてＬＬＣが導入される形態を例示したが、本発明の燃料電池は、冷水や温水等、他の熱媒体を用いることも可能である。 In the above description of the present invention, the form in which LLC is introduced as the heat medium has been exemplified. However, the fuel cell of the present invention can use other heat medium such as cold water or hot water.

さらに、上記説明では、ポーラスカーボンからなる第１多孔質部６ａ、第２多孔質部７ａが備えられる形態の燃料電池１０、３０、４０、６０、７０、８０を例示したが、第１多孔質部及び第２多孔質部は当該形態に限定されない。第１多孔質部及び第２多孔質部は、高耐食性及び導電性を有する多孔質材料であれば、他の材料を用いることができ、当該材料の具体例としては、金、白金、ステンレス鋼、又は、チタン合金等からなる焼結金属や発泡金属等を挙げることができる。 Furthermore, in the above description, the fuel cells 10, 30, 40, 60, 70, and 80, which are provided with the first porous portion 6 a and the second porous portion 7 a made of porous carbon, are exemplified. The part and the second porous part are not limited to this form. The first porous part and the second porous part can be made of other materials as long as they are porous materials having high corrosion resistance and conductivity. Specific examples of the materials include gold, platinum, and stainless steel. Or a sintered metal, a foam metal, etc. which consist of titanium alloys etc. can be mentioned.

加えて、上記説明では、ポーラスカーボンからなる第１多孔質部６ａを例示し、他の物質が備えられない形態について記述したが、本発明では、多孔質材料以外の物質が備えられる形態の第１多孔質部としても良い。当該他の物質の具体例としては、プロトン伝導性能を有する物質（例えば、硫酸ポリアニリン材等）等を挙げることができる。プロトン伝導性能を有する物質及び多孔質材料を備える形態の第１多孔質部とすれば、水電解触媒上で生成されたプロトンが拡散する際の抵抗を低減できる反面、プロトン伝導性能を有する物質が備えられる第１多孔質部とすると、水素の拡散効率が低減する虞がある。そのため、燃料電池に求められる性能を総合的に勘案した上で、第１多孔質部の形態を適宜決定することが好ましい。 In addition, in the above description, the first porous portion 6a made of porous carbon is illustrated as an example in which no other substance is provided. However, in the present invention, the first type in which a substance other than the porous material is provided. It is good also as 1 porous part. Specific examples of the other substances include substances having proton conductivity (for example, polyaniline sulfate material). If the first porous portion is configured to include a substance having proton conductivity and a porous material, the resistance when protons generated on the water electrocatalyst diffuse can be reduced, but the substance having proton conductivity can be reduced. If the first porous portion is provided, the hydrogen diffusion efficiency may be reduced. Therefore, it is preferable to appropriately determine the form of the first porous portion after comprehensively considering the performance required for the fuel cell.

さらにまた、上記説明では、緻密カーボンからなる第１緻密部６ｂ、第２緻密部７ｂが備えられる形態の燃料電池１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０を例示したが、第１緻密部及び第２緻密部は当該形態に限定されない。第１緻密部及び第２緻密部は、緻密部内へのガスの拡散を防止し得る高耐食性の導電性材料であれば特に限定されず、当該材料の他の具体例としては、金、白金、ステンレス鋼、チタン合金等を挙げることができる。 Furthermore, in the above description, the fuel cells 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 having the first dense portion 6 b and the second dense portion 7 b made of dense carbon are exemplified, The 1 dense part and the 2nd dense part are not limited to the said form. The first dense portion and the second dense portion are not particularly limited as long as they are highly corrosion-resistant conductive materials that can prevent gas diffusion into the dense portions. Other specific examples of the materials include gold, platinum, Examples thereof include stainless steel and titanium alloy.

なお、上記説明では、通常触媒及び電解質成分を備える形態のアノード触媒層２ａを例示したが、本発明の燃料電池では、通常触媒及び電解質成分と水電解触媒とを具備する形態のアノード触媒層としても良い。このような形態であれば、水の電気分解反応の発生頻度を向上させることができ、また、第１セパレータに第１多孔質部が備えられるので、水の電気分解反応で生じる酸素を容易に排出することができる。したがって、かかる形態であっても、アノードが高電位状態に曝された時の材料劣化を容易に抑制して発電性能を向上させることが可能な燃料電池を提供できる。 In the above description, the anode catalyst layer 2a having a normal catalyst and an electrolyte component has been exemplified. However, in the fuel cell of the present invention, the anode catalyst layer having a normal catalyst, an electrolyte component, and a water electrolysis catalyst is used. Also good. With such a configuration, the frequency of water electrolysis reaction can be improved, and since the first separator is provided with the first porous portion, oxygen generated by the water electrolysis reaction can be easily obtained. Can be discharged. Therefore, even in such a form, it is possible to provide a fuel cell capable of easily suppressing material deterioration when the anode is exposed to a high potential state and improving power generation performance.

第１実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the example of a partial structure of the fuel cell of this invention concerning 1st Embodiment. 第２実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the example of a partial structure of the fuel cell of this invention concerning 2nd Embodiment. 第３実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the example of a partial structure of the fuel cell of this invention concerning 3rd Embodiment. 第４実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the example of a partial structure of the fuel cell of this invention concerning 4th Embodiment. 第１水拡散手段の配置形態例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of arrangement | positioning form of a 1st water-diffusion means. 第５実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the example of a partial structure of the fuel cell of this invention concerning 5th Embodiment. 第６実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the example of a partial structure of the fuel cell of this invention concerning 6th Embodiment. 第７実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the example of a partial structure of the fuel cell of this invention concerning 7th Embodiment. 第８実施形態にかかる本発明の燃料電池の一部構成例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the example of a partial structure of the fuel cell of this invention concerning 8th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１電解質膜
２アノード
２ａアノード触媒層
２ｂアノード拡散層
３カソード
３ａカソード触媒層
３ｂカソード拡散層
４水電解触媒
５ＭＥＡ
６、２６、４６、５６、８６第１セパレータ
６ａ、２６ａ、４６ａ第１多孔質部
６ｂ第１緻密部
７、３７、６７第２セパレータ
７ａ第２多孔質部
７ｂ第２緻密部
８ａ第１反応ガス流路
８ｂ第２反応ガス流路
９ａ第１熱媒体流路
９ｂ第２熱媒体流路
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０燃料電池
４１第１水拡散手段
６１第２水拡散手段
８１水用流路
８２熱媒体流路
８３水拡散手段
８４水供給手段
８５シール手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrolyte membrane 2 Anode 2a Anode catalyst layer 2b Anode diffusion layer 3 Cathode 3a Cathode catalyst layer 3b Cathode diffusion layer 4 Water electrolysis catalyst 5 MEA
6, 26, 46, 56, 86 First separator 6a, 26a, 46a First porous part 6b First dense part 7, 37, 67 Second separator 7a Second porous part 7b Second dense part 8a First reaction Gas flow path 8b Second reaction gas flow path 9a First heat medium flow path 9b Second heat medium flow path 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 Fuel cell 41 First water diffusion means 61 Second Water diffusion means 81 Water flow path 82 Heat medium flow path 83 Water diffusion means 84 Water supply means 85 Sealing means

Claims

少なくとも触媒層を備えるアノード及びカソード、並びに、これらの間に配設される電解質膜、を具備するＭＥＡと、前記アノード側に配設される第１セパレータと、前記カソード側に配設される第２セパレータと、を備え、
前記第１セパレータに、第１緻密部と第１多孔質部とが備えられるとともに、前記第１多孔質部の少なくとも一部が前記アノードと接触し、
前記第１多孔質部に、水電解触媒が備えられることを特徴とする、燃料電池。 MEA including at least an anode and a cathode including a catalyst layer, and an electrolyte membrane disposed therebetween, a first separator disposed on the anode side, and a first separator disposed on the cathode side. 2 separators,
The first separator is provided with a first dense portion and a first porous portion, and at least a part of the first porous portion is in contact with the anode,
A fuel cell, wherein the first porous portion is provided with a water electrolysis catalyst.

さらに、前記第２セパレータに、第２緻密部と第２多孔質部とが備えられ、前記第２多孔質部の少なくとも一部が前記カソードと接触していることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。 The second separator is further provided with a second dense portion and a second porous portion, and at least a part of the second porous portion is in contact with the cathode. A fuel cell according to claim 1.

前記第１多孔質部内に、第１熱媒体流路が備えられ、
前記第１熱媒体流路と前記第１多孔質部の前記アノード側端面との間に、第１水拡散手段が備えられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池。 A first heat medium flow path is provided in the first porous portion,
3. The fuel cell according to claim 1, wherein first water diffusion means is provided between the first heat medium flow path and the anode side end face of the first porous portion. .

前記第２多孔質部内に、第２熱媒体流路が備えられ、
前記第２熱媒体流路と前記第２多孔質部の前記カソード側端面との間に、第２水拡散手段が備えられていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の燃料電池。 A second heat medium flow path is provided in the second porous portion;
4. The fuel cell according to claim 2, wherein a second water diffusion means is provided between the second heat medium flow path and the cathode side end surface of the second porous portion. .

前記第１セパレータに、前記第１多孔質部へと供給されるべき水を流通させるための水用流路が備えられ、さらに、該水用流路へ水を供給すべき水供給手段が備えられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。 The first separator is provided with a water channel for circulating water to be supplied to the first porous portion, and further includes water supply means for supplying water to the water channel. The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell is formed.