JP2009211927A

JP2009211927A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2009211927A
Application number: JP2008053486A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sato; 研二佐藤; Yoshihiro Kurano; 慶宏蔵野; Shizuo Nakamura; 静夫中村
Original assignee: Nok Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nok Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2009-09-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve efficiency of power generation in a fuel cell by suppressing a flow of gas which does not contribute to reaction. <P>SOLUTION: The is the fuel cell 100 including one cell unit 200 or a plurality of layered cell units. The cell unit includes a membrane electrode assembly 210, a plurality of air-permeable layers 220 to 250 arranged respectively on both sides of the membrane electrode assembly, a separator 260 to support a multilayered structure constituted of the membrane electrode assembly and the plurality of the air-permeable layers, and a seal gasket 270 injection-molded into the outer edge of the membrane electrode assembly and the air-permeable layers. Out of at least one pair of mutually neighboring air-permeable layers out of the plurality of air-permeable layers, the outer edge of one air-permeable layer 250 is extended more outside than the other air-permeable layer 230. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池を製造する際に、セパレータと拡散層とをガスケットの射出成形により一体化する技術が知られている（特許文献１）。 A technique for integrating a separator and a diffusion layer by injection molding of a gasket when manufacturing a fuel cell is known (Patent Document 1).

特開２００７−８７８６５号公報JP 2007-87865 A

しかし、従来技術では、ガスケット材料の拡散層への含浸については考慮されていなかった。拡散層へのガスケット材料の含浸が十分でないと、非含浸部分を反応ガスが流れ、燃料電池の発電効率を向上させることができないという問題があった。 However, in the prior art, the impregnation of the diffusion layer of the gasket material has not been considered. If the diffusion layer is not sufficiently impregnated with the gasket material, there is a problem that the reaction gas flows through the non-impregnated portion and the power generation efficiency of the fuel cell cannot be improved.

本発明は上記課題の少なくとも１つを解決し、燃料電池の発電効率を向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to solve at least one of the above problems and to improve the power generation efficiency of a fuel cell.

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は以下の態様をとる。 In order to solve at least a part of the above problems, the present invention takes the following aspects.

本発明の第１の態様は、１つの電池ユニット又は積層された複数の電池ユニットを含む燃料電池である。前記電池ユニットは、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両側にそれぞれ配置される複数の通気性層と、前記膜電極接合体と前記複数の通気性層とで構成される多層構造を支持するセパレータと、前記膜電極接合体と前記通気性層の外縁に射出成形されたシールガスケットとを備え、前記複数の通気性層のうちのお互いに隣り合う少なくとも一対の通気性層のうち、一方の通気性層の外縁が他方の通気性層より外側に拡張されている。この態様によれば、シールガスケット形成時にシールガスケット材料が通気性層に含浸し易くなる。その結果、反応に寄与しないガスの流れを抑制することができ、燃料電池の発電効率を向上させることができる。 A first aspect of the present invention is a fuel cell including one battery unit or a plurality of stacked battery units. The battery unit has a multilayer structure composed of a membrane electrode assembly, a plurality of breathable layers disposed on both sides of the membrane electrode assembly, and the membrane electrode assembly and the plurality of breathable layers. A separator for supporting, and a seal gasket injection-molded on an outer edge of the membrane electrode assembly and the breathable layer, and among at least a pair of the breathable layers adjacent to each other of the plurality of breathable layers, The outer edge of one air permeable layer is extended outside the other air permeable layer. According to this aspect, the air-permeable layer is easily impregnated with the seal gasket material when the seal gasket is formed. As a result, the flow of gas that does not contribute to the reaction can be suppressed, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.

本発明の第１の態様において、前記一対の通気性層は、互いに接していてもよい。接していると、より含浸し易い。 In the first aspect of the present invention, the pair of breathable layers may be in contact with each other. If it is in contact, it is easier to impregnate.

本発明の第１の態様において、前記他方の通気性層と前記セパレータの間に前記一方の通気性層が位置していてもよい。この態様によれば、セパレータに近い側の通気性層の方が外側に拡張されているので、セパレータから遠い側の通気性層を支持しやすい。 In the first aspect of the present invention, the one air permeable layer may be located between the other air permeable layer and the separator. According to this aspect, since the air permeable layer closer to the separator is expanded outward, it is easier to support the air permeable layer far from the separator.

本発明の第１の態様において、前記一方の通気性層と前記他方の通気性層は、同じ材質であってもよい。前記一方の通気性層と前記他方の通気性層は、剛性が同じであってもよい。前記一方の通気性層と前記他方の通気性層は、気孔率が同じであってもよい。前記一方の通気性層と前記他方の通気性層は、同じ機能を担う層であってもよい。前記一方の通気性層と前記他方の通気性層は多孔体層であってもよい。 In the first aspect of the present invention, the one breathable layer and the other breathable layer may be made of the same material. The one breathable layer and the other breathable layer may have the same rigidity. The one breathable layer and the other breathable layer may have the same porosity. The one breathable layer and the other breathable layer may be layers having the same function. The one breathable layer and the other breathable layer may be porous layers.

本発明の第１の態様において、前記複数の通気性層は、前記セパレータから遠い位置に配置される通気性層から近い位置に配置される通気性層に向かって、外縁が内側に退行することなく単調に外側に拡張されていてもよい。この態様によれば、通気性層は、セパレータから遠い方から近い方に向かって、外縁が内側に退行することなく単調に外側に拡張されているので、セパレータから遠い位置に配置される通気性層を支持しやすい。 In the first aspect of the present invention, the plurality of breathable layers have inner edges retreat inward toward the breathable layer disposed at a position close to the breathable layer disposed at a position far from the separator. Alternatively, it may be monotonically extended outward. According to this aspect, since the air permeable layer is monotonously expanded outward without retreating inward from the far side to the close side of the separator, the air permeable layer disposed at a position far from the separator. Easy to support the layer.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の他、通気性層の配置方法、シールガスケットの形成方法等、様々な形態で実現することができる。 In addition, this invention can be implement | achieved with various forms, for example, can be implement | achieved with various forms, such as the arrangement | positioning method of an air permeable layer, the formation method of a seal gasket other than a fuel cell.

第１の実施例：
図１は、第１の実施例に係る燃料電池の外観を示す斜視図である。燃料電池１００は、発電体２００とエンドプレート２０２、２０４を備える。本実施例では、発電体２００は複数積層されているが、発電体２００は１個であってもよい。なお、発電体２００を「電池ユニット」とも呼ぶ。エンドプレート２０２、２０４は、発電体２００の積層方向の両端にそれぞれ配置されている。燃料電池１００には、発電体２００に燃料ガス、酸化ガス、冷却水を供給し、あるいは排出するためのマニホールド１１０〜１６０が積層方向に貫通している。 First embodiment:
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the fuel cell according to the first embodiment. The fuel cell 100 includes a power generator 200 and end plates 202 and 204. In the present embodiment, a plurality of power generation bodies 200 are stacked, but the number of power generation bodies 200 may be one. The power generator 200 is also referred to as a “battery unit”. The end plates 202 and 204 are respectively disposed at both ends of the power generation body 200 in the stacking direction. In the fuel cell 100, manifolds 110 to 160 for supplying or discharging fuel gas, oxidizing gas, and cooling water to the power generator 200 penetrate in the stacking direction.

図２は、発電体２００の構成を模式的に示す平面図である。図３は、図２において発電体２００を３−３切断線で切ったときの断面図である。発電体２００は、膜電極接合体２１０と、カソード側ガス拡散層２２０と、アノード側ガス拡散層２３０と、カソード側多孔体層２４０と、アノード側多孔体層２５０と、セパレータ２６０と、シールガスケット２７０とを備える。 FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of the power generation body 200. 3 is a cross-sectional view of the power generator 200 taken along the line 3-3 in FIG. The power generator 200 includes a membrane electrode assembly 210, a cathode side gas diffusion layer 220, an anode side gas diffusion layer 230, a cathode side porous layer 240, an anode side porous layer 250, a separator 260, a seal gasket. 270.

図３に示すように、膜電極接合体２１０は、電解質膜２１２と、カソード側触媒層２１４及びアノード側触媒層２１６とを有する。本実施例では、電解質膜２１２として、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマなどのフッ素系樹脂や炭化水素系樹脂からなるプロトン伝導性のイオン交換膜を用いている。カソード側触媒層２１４、アノード側触媒層２１６は、電解質膜２１２の両面にそれぞれ配置されている。本実施例では、カソード側触媒層２１４、アノード側触媒層２１６として、例えば、白金触媒、あるいは白金と他の金属とからなる白金合金触媒を例えばカーボン粒子上に担持した触媒層を用いている。なお、カソード側触媒層２１４、アノード側触媒層２１６は、電解質膜２１２の全面に配置されている訳ではなく、外縁部には配置されていない。 As shown in FIG. 3, the membrane electrode assembly 210 includes an electrolyte membrane 212, a cathode side catalyst layer 214, and an anode side catalyst layer 216. In this embodiment, as the electrolyte membrane 212, for example, a proton conductive ion exchange membrane made of a fluorine resin such as perfluorocarbon sulfonic acid polymer or a hydrocarbon resin is used. The cathode side catalyst layer 214 and the anode side catalyst layer 216 are arranged on both surfaces of the electrolyte membrane 212, respectively. In this embodiment, as the cathode side catalyst layer 214 and the anode side catalyst layer 216, for example, a catalyst layer in which a platinum catalyst or a platinum alloy catalyst made of platinum and another metal is supported on carbon particles, for example, is used. The cathode side catalyst layer 214 and the anode side catalyst layer 216 are not arranged on the entire surface of the electrolyte membrane 212, and are not arranged on the outer edge portion.

カソード側ガス拡散層２２０、アノード側ガス拡散層２３０は、膜電極接合体２１０の両面にそれぞれ配置されている通気性層である。本実施例では、カソード側ガス拡散層２２０およびアノード側ガス拡散層２３０として、カーボン不織布を用いたカーボンクロスやカーボンペーパーを用いている。カソード側多孔体層２４０、アノード側多孔体層２５０は、カソード側ガス拡散層２２０、アノード側ガス拡散層２３０の外面にそれぞれ配置されている通気性層である。本実施例では、カソード側多孔体層２４０、アノード側多孔体層２５０として、例えば、チタン製、ステンレス製などの金属製の多孔体を用いている。なお、カソード側多孔体層２４０、アノード側多孔体層２５０は、チタン製、ステンレス製でなくても、導電性、耐腐食性があれば、他の金属材料、金属以外の他の材料で構成されていてもよい。 The cathode side gas diffusion layer 220 and the anode side gas diffusion layer 230 are air permeable layers disposed on both surfaces of the membrane electrode assembly 210, respectively. In this embodiment, carbon cloth or carbon paper using a carbon nonwoven fabric is used as the cathode side gas diffusion layer 220 and the anode side gas diffusion layer 230. The cathode-side porous body layer 240 and the anode-side porous body layer 250 are air-permeable layers disposed on the outer surfaces of the cathode-side gas diffusion layer 220 and the anode-side gas diffusion layer 230, respectively. In this embodiment, as the cathode side porous body layer 240 and the anode side porous body layer 250, for example, a metal porous body such as titanium or stainless steel is used. The cathode-side porous body layer 240 and the anode-side porous body layer 250 may be made of other metal materials or other materials than metals as long as they have conductivity and corrosion resistance, even if they are not made of titanium or stainless steel. May be.

セパレータ２６０は、アノード側多孔体層２５０の外側に配置されている。セパレータ２６０は、例えば金属製の板状部材であり、燃料ガスと酸化ガスが混じらないように分離する機能を有する。本実施例では、セパレータ２６０の構造は特に限定しないが、単層構造、２層構造、３層構造等いずれの構造であってもよい。なお、セパレータ２６０の外縁部には、マニホールド１１０〜１６０を形成するための開口部が開いているが、図２、図３においては、図示されていない。 The separator 260 is disposed outside the anode side porous body layer 250. The separator 260 is, for example, a metal plate member, and has a function of separating the fuel gas and the oxidizing gas so as not to be mixed. In the present embodiment, the structure of the separator 260 is not particularly limited, but may be any structure such as a single layer structure, a two layer structure, or a three layer structure. In addition, although the opening part for forming the manifolds 110-160 is opened in the outer edge part of the separator 260, it is not illustrated in FIG. 2, FIG.

シールガスケット２７０は、膜電極接合体２１０、カソード側ガス拡散層２２０、アノード側ガス拡散層２３０、カソード側多孔体層２４０、アノード側多孔体層２５０の外縁部及びセパレータ２６０の上部に配置されている。シールガスケット２７０は、ゴム、樹脂などの材料を用いて射出成形することにより形成される。図２に示すように、シールガスケット２７０の外縁部には、マニホールド１１０〜１６０を形成するための開口部１１２〜１６２が開いている。シールガスケット２７０の開口部１１２〜１６２回りにはシール用リブ２７５が設けられている。発電体２００が積層されたときに、シール用リブ２７５は隣接する発電体２００のセパレータ２６０と圧着し、セパレータ２６０が為す面と平行な方向への反応ガスのリークを抑制する。 The seal gasket 270 is disposed on the outer edge of the membrane electrode assembly 210, the cathode side gas diffusion layer 220, the anode side gas diffusion layer 230, the cathode side porous layer 240, the anode side porous layer 250, and on the separator 260. Yes. The seal gasket 270 is formed by injection molding using a material such as rubber or resin. As shown in FIG. 2, openings 112 to 162 for forming the manifolds 110 to 160 are opened at the outer edge of the seal gasket 270. A seal rib 275 is provided around the openings 112 to 162 of the seal gasket 270. When the power generation bodies 200 are stacked, the sealing rib 275 is pressure-bonded to the separator 260 of the adjacent power generation body 200 and suppresses leakage of the reaction gas in a direction parallel to the surface formed by the separator 260.

膜電極接合体２１０、カソード側ガス拡散層２２０、アノード側ガス拡散層２３０、カソード側多孔体層２４０、アノード側多孔体層２５０の面方向の大きさについて説明する。本実施例では、各層の面積が、カソード側多孔体層２４０＜カソード側ガス拡散層２２０＜膜電極接合体２１０＝アノード側ガス拡散層２３０＜アノード側多孔体層２５０となっている。すなわち、４つの通気性層（カソード側多孔体層２４０、カソード側ガス拡散層２２０、アノード側ガス拡散層２３０、アノード側多孔体層２５０）のうちの隣り合う任意の２つの通気性層では、セパレータ２６０に近い側の通気性層の方が、外側に拡張されている。ここで、隣り合うとは、通気性層同士がお互いに接している場合と、２つの通気性層の間に他の層、例えば膜電極接合体２１０を挟んでいる場合との両方を含む。 The size in the surface direction of the membrane electrode assembly 210, the cathode side gas diffusion layer 220, the anode side gas diffusion layer 230, the cathode side porous layer 240, and the anode side porous layer 250 will be described. In this embodiment, the area of each layer is cathode side porous layer 240 <cathode side gas diffusion layer 220 <membrane electrode assembly 210 = anode side gas diffusion layer 230 <anode side porous layer 250. That is, in any two breathable layers adjacent to each other among the four breathable layers (the cathode side porous layer 240, the cathode side gas diffusion layer 220, the anode side gas diffusion layer 230, and the anode side porous layer 250), The breathable layer closer to the separator 260 is expanded outward. Here, the term “adjacent” includes both the case where the breathable layers are in contact with each other and the case where the other layer, for example, the membrane electrode assembly 210 is sandwiched between the two breathable layers.

シールガスケット２７０を形成する際には、セパレータ２６０の上に、アノード側多孔体層２５０、アノード側ガス拡散層２３０、膜電極接合体２１０、カソード側ガス拡散層２２０、カソード側多孔体層２４０を配置して型に入れ、シールガスケット材料を図３の矢印３００の向きに流して充填する。本実施例では、カソード側ガス拡散層２２０は、カソード側多孔体層２４０よりも、外縁が外側に拡張されている。そのため、シールガスケット材料を充填する際に、カソード側ガス拡散層２２０のカソード側多孔体層２４０よりも外側に拡張した部分に、シールガスケット材料が含浸し易い。カソード側ガス拡散層２２０にシールガスケット材料が含浸すると、その含浸部分には反応ガスが流れにくくなる。ここで、シールガスケット材料の含浸部分は、カソード側ガス拡散層２２０の外縁部である。反応ガスは、カソード側ガス拡散層２２０がカソード側触媒層２１４と接していない外縁部を流れにくくなり、カソード側触媒層２１４と接しているカソード側ガス拡散層２２０中央部を流れる。その結果、燃料電池の電気化学反応に寄与せずに流れる反応ガスの量を減らし、発電効率を向上させることができる。アノード側多孔体層２５０のアノード側ガス拡散層２３０よりも外縁が拡張した部分についても同様である。 When forming the seal gasket 270, the anode-side porous body layer 250, the anode-side gas diffusion layer 230, the membrane electrode assembly 210, the cathode-side gas diffusion layer 220, and the cathode-side porous body layer 240 are formed on the separator 260. Place in a mold and fill with seal gasket material by flowing in the direction of arrow 300 in FIG. In the present embodiment, the cathode-side gas diffusion layer 220 has an outer edge that extends outward from the cathode-side porous layer 240. Therefore, when the seal gasket material is filled, the seal gasket material is easily impregnated into the portion of the cathode side gas diffusion layer 220 that extends outward from the cathode porous body layer 240. When the cathode-side gas diffusion layer 220 is impregnated with the seal gasket material, the reaction gas hardly flows into the impregnated portion. Here, the impregnated portion of the seal gasket material is the outer edge portion of the cathode side gas diffusion layer 220. The reaction gas is less likely to flow through the outer edge where the cathode side gas diffusion layer 220 is not in contact with the cathode side catalyst layer 214, and flows through the center of the cathode side gas diffusion layer 220 where it is in contact with the cathode side catalyst layer 214. As a result, the amount of reaction gas that flows without contributing to the electrochemical reaction of the fuel cell can be reduced, and the power generation efficiency can be improved. The same applies to the portion of the anode-side porous body layer 250 whose outer edge extends beyond the anode-side gas diffusion layer 230.

なお、カソード側ガス拡散層２２０あるいは、アノード側多孔体層２５０にシールガスケット材料を含浸させることにより、カソード側ガス拡散層２２０あるいは、アノード側多孔体層２５０の剛性を上げることができるという効果も生じる。 The cathode side gas diffusion layer 220 or the anode side porous layer 250 is impregnated with the seal gasket material, so that the rigidity of the cathode side gas diffusion layer 220 or the anode side porous layer 250 can be increased. Arise.

また、本実施例では、隣り合う任意の２つの通気性層を見たとき、よりセパレータ２６０に近い側の通気性層の方が、外側に拡張されている。図４を用いて、この効果について説明する。図４は、比較例を示す説明図である。図４に示す比較例では、アノード側多孔体層２５０の外縁は、アノード側ガス拡散層２３０の外縁よりも小さく、カソード側多孔体層２４０の外縁とほぼ同じ大きさになっている。比較例では、シールガスケット２７０形成時に、シールガスケット材料の流れの圧力により、カソード側ガス拡散層２２０、膜電極接合体２１０、アノード側ガス拡散層２３０が曲がり、シールガスケット材料が充填されない空隙部２８０が生じる場合がある。かかる空隙部２８０が生じると、反応ガスは、通気抵抗の少ない空隙部２８０を流れ、アノード側ガス拡散層２３０、アノード側多孔体層２５０の中を流れにくくなる。その結果、反応に寄与する反応ガスの量が少なくなり、燃料電池１００の発電効率が低下する恐れがある。しかし、図３に示す本実施例では、セパレータ２６０によりアノード側多孔体層２５０を支え、アノード側多孔体層２５０によりアノード側ガス拡散層２３０と膜電極接合体２１０を支え、アノード側ガス拡散層２３０と膜電極接合体２１０によりカソード側ガス拡散層２２０を支え、カソード側ガス拡散層２２０によりカソード側多孔体層２４０を支えることができるので、シールガスケット材料の流れの圧力によるカソード側ガス拡散層２２０、膜電極接合体２１０、アノード側ガス拡散層２３０の曲がりを抑制できる。その結果、空隙部２８０が生じず、燃料電池１００の発電効率の低下が抑制される。 Further, in this embodiment, when any two adjacent air permeable layers are viewed, the air permeable layer closer to the separator 260 is expanded outward. This effect will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a comparative example. In the comparative example shown in FIG. 4, the outer edge of the anode-side porous layer 250 is smaller than the outer edge of the anode-side gas diffusion layer 230 and is almost the same size as the outer edge of the cathode-side porous layer 240. In the comparative example, when the seal gasket 270 is formed, the cathode side gas diffusion layer 220, the membrane electrode assembly 210, and the anode side gas diffusion layer 230 are bent due to the pressure of the flow of the seal gasket material, and the gap portion 280 that is not filled with the seal gasket material. May occur. When such a void portion 280 is generated, the reaction gas flows through the void portion 280 having a small airflow resistance, and is difficult to flow through the anode side gas diffusion layer 230 and the anode side porous body layer 250. As a result, the amount of reaction gas that contributes to the reaction decreases, and the power generation efficiency of the fuel cell 100 may be reduced. However, in this embodiment shown in FIG. 3, the anode-side porous body layer 250 is supported by the separator 260, and the anode-side gas diffusion layer 230 and the membrane electrode assembly 210 are supported by the anode-side porous body layer 250. 230 and the membrane electrode assembly 210 can support the cathode side gas diffusion layer 220, and the cathode side gas diffusion layer 220 can support the cathode side porous layer 240, so that the cathode side gas diffusion layer due to the pressure of the flow of the seal gasket material 220, the bending of the membrane electrode assembly 210 and the anode side gas diffusion layer 230 can be suppressed. As a result, the gap portion 280 is not generated, and a decrease in power generation efficiency of the fuel cell 100 is suppressed.

上記説明では、４つの通気性層（カソード側多孔体層２４０、カソード側ガス拡散層２２０、アノード側ガス拡散層２３０、アノード側多孔体層２５０）のうちの隣り合う任意の２つの通気性層の外縁を比較していたが、外縁の大きさを比べる通気性層として、同じ材質や機能を有するもの同士を取り上げてもよい。例えば、カソード側多孔体層２４０とアノード側多孔体層２５０は、例えば、金属製の多孔体であり、同じ材質、同じ剛性、同じ気孔率であり、カソード側ガス拡散層２２０あるいはアノード側ガス拡散層２３０に反応ガスを供給するという同じ機能を担う。本実施例では、セパレータ２６０側のアノード側多孔体層２５０の外縁の方がカソード側多孔体層２４０の外縁よりも大きいので、アノード側多孔体層２５０を用いて、カソード側多孔体層２４０を支えやすい。また、外縁の大きさを比べる通気性層は、カソード側ガス拡散層２２０とアノード側ガス拡散層２３０であってもよい。カソード側ガス拡散層２２０とアノード側ガス拡散層２３０は、例えばカーボン不織布を用いたカーボンクロスやカーボンペーパーであり、同じ材質、同じ剛性、同じ気孔率であり、反応ガスを通過させ、カソード側多孔体層２４０とアノード側多孔体層２５０から供給された反応ガスを、カソード側触媒層２１４、アノード側触媒層２１６に供給するという同じ機能を担う。本実施例では、セパレータ２６０側のアノード側ガス拡散層２３０の外縁の方がカソード側ガス拡散層２２０の外縁よりも大きいので、アノード側ガス拡散層２３０を用いて、カソード側ガス拡散層２２０を支えやすい。 In the above description, any two breathable layers adjacent to each other among the four breathable layers (the cathode side porous layer 240, the cathode side gas diffusion layer 220, the anode side gas diffusion layer 230, and the anode side porous layer 250). Although the outer edges are compared, those having the same material and function may be taken up as breathable layers for comparing the sizes of the outer edges. For example, the cathode-side porous body layer 240 and the anode-side porous body layer 250 are, for example, metallic porous bodies, the same material, the same rigidity, and the same porosity, and the cathode-side gas diffusion layer 220 or the anode-side gas diffusion layer. It serves the same function of supplying a reactive gas to the layer 230. In the present example, the outer edge of the anode-side porous layer 250 on the separator 260 side is larger than the outer edge of the cathode-side porous layer 240, so that the anode-side porous layer 250 is used to form the cathode-side porous layer 240. Easy to support. Further, the air permeable layer for comparing the size of the outer edge may be the cathode side gas diffusion layer 220 and the anode side gas diffusion layer 230. The cathode-side gas diffusion layer 220 and the anode-side gas diffusion layer 230 are, for example, carbon cloth or carbon paper using a carbon non-woven fabric, and have the same material, the same rigidity, and the same porosity, and allow the reaction gas to pass through. The reaction gas supplied from the body layer 240 and the anode side porous body layer 250 has the same function of supplying the reaction gas to the cathode side catalyst layer 214 and the anode side catalyst layer 216. In this embodiment, the outer edge of the anode-side gas diffusion layer 230 on the separator 260 side is larger than the outer edge of the cathode-side gas diffusion layer 220. Therefore, the cathode-side gas diffusion layer 220 is formed using the anode-side gas diffusion layer 230. Easy to support.

他の実施例：
図５は、第２の実施例を示す説明図である。第２の実施例は、アノード側ガス拡散層２３０の外縁とアノード側多孔体層２５０の外縁が同じ大きさになっている点が、図３に示した第１の実施例と異なる。このような構造であっても、「４つの通気性層は、セパレータ２６０から遠い位置に配置される通気性層からセパレータ２６０に近い位置に配置される通気性層に向かって、外縁が内側に退行することなく単調に外側に拡張されている。」と言うことができる。第２の実施例の構成であっても、カソード側ガス拡散層２２０は、カソード側多孔体層２４０よりも、外縁が外側に拡張されているので、第１の実施例と同様に、発電効率を向上させることができる効果がある。 Other examples:
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 3 in that the outer edge of the anode-side gas diffusion layer 230 and the outer edge of the anode-side porous body layer 250 have the same size. Even with such a structure, “the four breathable layers have outer edges on the inner side from the breathable layer disposed at a position far from the separator 260 toward the breathable layer disposed at a position near the separator 260. It has been expanded monotonously without regressing. " Even in the configuration of the second embodiment, the cathode-side gas diffusion layer 220 has an outer edge that extends outward from the cathode-side porous body layer 240, so that the power generation efficiency is the same as in the first embodiment. There is an effect that can be improved.

図６は、第３の実施例を示す説明図である。第３の実施例は、アノード側ガス拡散層２３０の外縁の方がアノード側多孔体層２５０の外縁よりもわずかに大きい点が、第２の実施例と異なる。第３の実施例では、アノード側ガス拡散層２３０の外縁とアノード側多孔体層２５０の外縁との差ｘは、アノード側多孔体層２５０の厚みｈ以下とすることが好ましい。この理由は、カソード側ガス拡散層２２０、膜電極接合体２１０、アノード側ガス拡散層２３０が図４に示すように曲がったとしても、差ｘが厚みｈより小さい場合には、アノード側ガス拡散層２３０がセパレータ２６０と接触しないので空隙部２８０が発生せず、差ｘと厚みｈが同じ場合には、アノード側ガス拡散層２３０がセパレータ２６０と接触しても空隙部２８０が発生しないからである。第３の実施例の構成であっても、カソード側ガス拡散層２２０は、カソード側多孔体層２４０よりも、外縁が外側に拡張されているので、第１の実施例と同様に、発電効率を向上させることができる効果がある。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing the third embodiment. The third embodiment is different from the second embodiment in that the outer edge of the anode-side gas diffusion layer 230 is slightly larger than the outer edge of the anode-side porous layer 250. In the third embodiment, the difference x between the outer edge of the anode-side gas diffusion layer 230 and the outer edge of the anode-side porous body layer 250 is preferably equal to or less than the thickness h of the anode-side porous body layer 250. This is because even if the cathode side gas diffusion layer 220, the membrane electrode assembly 210, and the anode side gas diffusion layer 230 are bent as shown in FIG. Since the layer 230 does not contact the separator 260, the void portion 280 does not occur. When the difference x and the thickness h are the same, the void portion 280 does not occur even when the anode side gas diffusion layer 230 contacts the separator 260. is there. Even in the configuration of the third embodiment, the cathode-side gas diffusion layer 220 has an outer edge that extends outward from the cathode-side porous body layer 240, so that the power generation efficiency is the same as in the first embodiment. There is an effect that can be improved.

図７は、第４の実施例を示す説明図である。第４の実施例は、カソード側多孔体層２４０の外縁がカソード側ガス拡散層２２０の外縁よりも大きい点が、図３に示した第１の実施例と異なる。第４の実施例では、シールガスケット材料を充填する際に、カソード側多孔体層２４０のカソード側ガス拡散層２２０よりも外側に拡張した部分に、シールガスケット材料が含浸し易い。その結果、シールガスケット材料の含浸部分には反応ガスが流れにくくなる。反応ガスは、カソード側多孔体層２４０の中央部分を流れやすくなり、カソード側触媒層２１４と接しているカソード側ガス拡散層２２０中央部に供給されやすくなる。その結果、燃料電池１００の発電効率を向上させることができる。アノード側多孔体層２５０のアノード側ガス拡散層２３０よりも外縁が拡張した部分についても同様である。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing the fourth embodiment. The fourth embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 3 in that the outer edge of the cathode-side porous layer 240 is larger than the outer edge of the cathode-side gas diffusion layer 220. In the fourth embodiment, when the seal gasket material is filled, the seal gasket material is easily impregnated into the portion of the cathode-side porous body layer 240 that extends outward from the cathode-side gas diffusion layer 220. As a result, the reaction gas is less likely to flow through the impregnated portion of the seal gasket material. The reactive gas easily flows through the central portion of the cathode-side porous layer 240 and is easily supplied to the central portion of the cathode-side gas diffusion layer 220 that is in contact with the cathode-side catalyst layer 214. As a result, the power generation efficiency of the fuel cell 100 can be improved. The same applies to the portion of the anode-side porous body layer 250 whose outer edge extends beyond the anode-side gas diffusion layer 230.

図８は、第５の実施例を示す説明図である。第５の実施例は、通気性層としてカソード側多孔体層２４０及びアノード側多孔体層２５０を備えるが、カソード側ガス拡散層２２０及びアノード側ガス拡散層２３０を備えない点が、第１の実施例と異なる。第５の実施例では、シールガスケット２７０形成時にアノード側多孔体層２５０の外縁部にシールガスケット材料が含浸する。シールガスケット材料の含浸部分には反応ガスが流れにくくなる。反応ガスは、カソード側多孔体層２４０の中央部分を流れやすくなる。その結果、燃料電池１００の発電効率が向上する。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing the fifth embodiment. The fifth embodiment includes the cathode side porous body layer 240 and the anode side porous body layer 250 as the air permeable layer, but does not include the cathode side gas diffusion layer 220 and the anode side gas diffusion layer 230. Different from the embodiment. In the fifth embodiment, when the seal gasket 270 is formed, the outer peripheral portion of the anode side porous body layer 250 is impregnated with the seal gasket material. The reaction gas is less likely to flow through the impregnated portion of the seal gasket material. The reaction gas easily flows through the central portion of the cathode-side porous layer 240. As a result, the power generation efficiency of the fuel cell 100 is improved.

以上のように、上述した各種の実施例によれば、隣り合うガス拡散層と多孔体層の外縁の大きさが異なるので、シールガスケット材料を外縁が大きい方の外縁部に含浸させることができる。その結果、反応せずに流れる反応ガスを少なくし、燃料電池の発電効率を向上させることができる。また、ガス拡散層あるいは多孔体層にシールガスケット材料を含浸させることにより、ガス拡散層あるいは多孔体層の剛性を高めることができる。さらに、よりセパレータ２６０に近い側の通気性層（ガス拡散層または、多孔体層）の外縁を大きくすることにより、セパレータ２６０から遠い通気性層を支えることができる。 As described above, according to the various embodiments described above, since the sizes of the outer edges of the adjacent gas diffusion layer and the porous body layer are different, the outer edge portion having the larger outer edge can be impregnated with the seal gasket material. . As a result, the amount of reaction gas that flows without reacting can be reduced, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved. Further, by impregnating the gas diffusion layer or the porous body layer with the seal gasket material, the rigidity of the gas diffusion layer or the porous body layer can be increased. Furthermore, by increasing the outer edge of the air-permeable layer (gas diffusion layer or porous body layer) closer to the separator 260, the air-permeable layer far from the separator 260 can be supported.

なお、上記説明では、セパレータ２６０側にアノードが位置する実施例を用いて説明したが、セパレータ２６０側にカソードが位置するものであってもよい。 In the above description, the example in which the anode is located on the separator 260 side has been described. However, the cathode may be located on the separator 260 side.

また、発電体２００の構成によっては、両側にセパレータ２６０が配置される構成も考えられるが、その場合には、一方の側のセパレータを基準セパレータとし、基準セパレータから近いか遠いかを判断すればよい。 In addition, depending on the configuration of the power generator 200, a configuration in which the separators 260 are disposed on both sides is also conceivable. In that case, if one side separator is used as a reference separator, it is determined whether the separator is near or far from the reference separator. Good.

変形例：
第１の実施例から第４の実施例では、膜電極接合体２１０の両側に通気性層をそれぞれ２層設けられており、第５の実施例では、膜電極接合体２１０の両側に通気性層がそれぞれ１層設けられているが、通気性層については、様々な態様が可能である。例えば、通気性層は、膜電極接合体２１０の両側にそれぞれ少なくとも１層設けられていてもよい。また、通気性層は、片側につき１層ずつ設けてられていてもよい。さらに、通気性層は、片側に複数層設けられていてもよい。 Variations:
In the first to fourth embodiments, two breathable layers are provided on both sides of the membrane electrode assembly 210. In the fifth embodiment, the breathable layers are provided on both sides of the membrane electrode assembly 210. Although one layer is provided for each of the layers, various modes are possible for the breathable layer. For example, at least one breathable layer may be provided on each side of the membrane electrode assembly 210. Further, one breathable layer may be provided on each side. Further, a plurality of air permeable layers may be provided on one side.

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。 The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.

第１の実施例に係る燃料電池の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the fuel cell which concerns on a 1st Example. 発電体２００の構成を模式的に示す平面図である。2 is a plan view schematically showing the configuration of a power generator 200. FIG. 図２において発電体２００を３−３切断線で切ったときの断面図である。It is sectional drawing when the electric power generation body 200 is cut along a 3-3 cutting line in FIG. 比較例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a comparative example. 第２の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a 2nd Example. 第３の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a 3rd Example. 第４の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a 4th Example. 第５の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a 5th Example.

符号の説明Explanation of symbols

１００…燃料電池
１１０〜１６０…マニホールド
１１２〜１６２…開口部
２００…発電体
２０２、２０４…エンドプレート
２１０…膜電極接合体
２１２…電解質膜
２１４…カソード側触媒層
２１６…アノード側触媒層
２２０…カソード側ガス拡散層
２３０…アノード側ガス拡散層
２４０…カソード側多孔体層
２５０…アノード側多孔体層
２６０…セパレータ
２７０…シールガスケット
２７５…シール用リブ
２８０…空隙部
３００…矢印 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell 110-160 ... Manifold 112-162 ... Opening 200 ... Electric power generation body 202, 204 ... End plate 210 ... Membrane electrode assembly 212 ... Electrolyte membrane 214 ... Cathode side catalyst layer 216 ... Anode side catalyst layer 220 ... Cathode Side gas diffusion layer 230 ... Anode side gas diffusion layer 240 ... Cathode side porous layer 250 ... Anode side porous layer 260 ... Separator 270 ... Seal gasket 275 ... Rib for sealing 280 ... Gap portion 300 ... Arrow

Claims

１つの電池ユニット又は積層された複数の電池ユニットを含む燃料電池であって、
前記電池ユニットは、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の両側にそれぞれ配置される複数の通気性層と、
前記膜電極接合体と前記複数の通気性層とで構成される多層構造を支持するセパレータと、
前記膜電極接合体と前記通気性層の外縁に射出成形されたシールガスケットとを備え、
前記複数の通気性層のうちのお互いに隣り合う少なくとも一対の通気性層のうち、一方の通気性層の外縁が他方の通気性層より外側に拡張されている、燃料電池。 A fuel cell including one battery unit or a plurality of stacked battery units,
The battery unit is
A membrane electrode assembly;
A plurality of breathable layers respectively disposed on both sides of the membrane electrode assembly;
A separator supporting a multilayer structure composed of the membrane electrode assembly and the plurality of breathable layers;
The membrane electrode assembly and a seal gasket injection-molded on the outer edge of the breathable layer,
A fuel cell, wherein an outer edge of one of the plurality of breathable layers adjacent to each other is extended outward from the other breathable layer.

請求項１に記載の燃料電池において、前記一対の通気性層は、互いに接している、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein the pair of breathable layers are in contact with each other.

請求項１又は請求項２に記載の燃料電池において、
前記他方の通気性層と前記セパレータの間に前記一方の通気性層が位置している、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2,
The fuel cell, wherein the one breathable layer is located between the other breathable layer and the separator.

請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記一方の通気性層と前記他方の通気性層は、同じ材質である、燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell, wherein the one breathable layer and the other breathable layer are made of the same material.

請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記一方の通気性層と前記他方の通気性層は、剛性が同じである、燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell, wherein the one breathable layer and the other breathable layer have the same rigidity.

請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記一方の通気性層と前記他方の通気性層は、気孔率が同じである、燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The one air-permeable layer and the other air-permeable layer have the same porosity.

請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記一方の通気性層と前記他方の通気性層は、同じ機能を担う層である、燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The one air-permeable layer and the other air-permeable layer are fuel cells having the same function.

請求項１から請求項７のいずれかに記載の燃料電池において、
前記一方の通気性層と前記他方の通気性層は多孔体層である、燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 7,
The fuel cell, wherein the one breathable layer and the other breathable layer are porous layers.

請求項１から請求項８のいずれかに記載の燃料電池において、
前記複数の通気性層は、前記セパレータから遠い位置に配置される通気性層から近い位置に配置される通気性層に向かって、外縁が内側に退行することなく単調に外側に拡張されている、燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 8,
The plurality of breathable layers are monotonously extended outward without retreating inward toward the breathable layer disposed at a position close to the breathable layer disposed at a position far from the separator. ,Fuel cell.