JP2010062017A

JP2010062017A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2010062017A
Application number: JP2008226945A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Ikeda; 耕太郎池田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2010-03-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve performance of a fuel cell. <P>SOLUTION: The fuel cell comprises: an electrolyte membrane; a cathode arranged on one surface of the electrolyte membrane; an anode arranged on the other surface of the electrolyte membrane opposite to the surface where the cathode is mounted; a cathode-side flow passage formation section having a first recessed section and a first projected section, wherein the first projected section pushes the cathode and the first recessed section forms an oxidized gas supply and discharge flow passage for supplying and discharging the oxidized gas to the cathode; and an anode-side flow passage formation section as a plate-shaped porous body arranged to come into contact with the anode and forming a first fuel gas supply and discharge flow passage for supplying and discharging the fuel gas to the anode. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、カソード側流路形成部とアノード側流路形成部とを備える燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell including a cathode side flow path forming part and an anode side flow path forming part.

カソード側流路形成部と、アノード側流路形成部と、を備えた燃料電池が知られている。この燃料電池において、カソード側流路形成部は、凹部と凸部とを備え、凸部がカソードを押圧すると共に、凹部がカソードに酸化ガスを給排するための酸化ガス給排流路を形成する。同様に、アノード側流路形成部も、凹部と凸部とを備え、凸部がアノードを押圧すると共に、凹部がアノードに燃料ガスを給排するための燃料ガス給排流路を形成する（下記特許文献１参照）。 There is known a fuel cell including a cathode side flow path forming part and an anode side flow path forming part. In this fuel cell, the cathode side flow path forming portion includes a concave portion and a convex portion, and the convex portion presses the cathode, and the concave portion forms an oxidizing gas supply / discharge channel for supplying and discharging oxidizing gas to and from the cathode. To do. Similarly, the anode side flow path forming portion also includes a concave portion and a convex portion, and the convex portion presses the anode and the concave portion forms a fuel gas supply / discharge passage for supplying and discharging fuel gas to and from the anode ( See Patent Document 1 below).

特開２００６−３１３６６３号公報JP 2006-313663 A

しかしながら、上記燃料電池では、例えば、カソードにおいてカソード側流路形成部材の凸部に押圧される部分付近、または、アノードにおいてアノード側流路形成部材の凸部に押圧される部分付近に、水が滞留するなどして、その結果、燃料電池の電池性能が低下するおそれがあった。 However, in the fuel cell, for example, water is present in the vicinity of a portion pressed by the convex portion of the cathode-side flow path forming member at the cathode, or near a portion pressed by the convex portion of the anode-side flow path forming member in the anode. As a result, the battery performance of the fuel cell may be deteriorated.

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するものであり、燃料電池において、電池性能を向上させることを目的とする。 The present invention solves at least a part of the above-described problems, and an object thereof is to improve battery performance in a fuel cell.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例１]
燃料電池であって、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置されるカソードと、前記電解質膜において、前記カソードが配置された面とは反対面に配置されるアノードと、第１凹部と第１凸部とを備え、前記第１凸部が前記カソードを押圧すると共に、前記第１凹部が前記カソードに酸化ガスを給排するための酸化ガス給排流路を形成するカソード側流路形成部と、板状の多孔体であって、前記アノードに当接するように設けられ、前記アノードに燃料ガスを給排するための第１燃料ガス給排流路を形成するアノード側流路形成部と、を備えることを要旨とする。 [Application Example 1]
A fuel cell, wherein the electrolyte membrane, a cathode disposed on one surface of the electrolyte membrane, an anode disposed on a surface opposite to the surface on which the cathode is disposed in the electrolyte membrane, and a first recess And a first convex portion, the first convex portion presses the cathode, and the first concave portion forms an oxidizing gas supply / discharge passage for supplying and discharging oxidizing gas to and from the cathode. An anode-side channel that is a plate-shaped porous body and is provided so as to contact the anode and forms a first fuel gas supply / discharge channel for supplying and discharging fuel gas to and from the anode And a forming part.

上記構成の燃料電池によれば、電池性能を向上させることができる。 According to the fuel cell having the above configuration, the battery performance can be improved.

[適用例２]
適用例１に記載の燃料電池において、前記カソード側流路形成部を有するカソード側セパレータを備えることを特徴とする燃料電池。 [Application Example 2]
The fuel cell according to Application Example 1, wherein the fuel cell includes a cathode-side separator having the cathode-side flow path forming portion.

このようにすれば、部品点数を減少させることができる。 In this way, the number of parts can be reduced.

[適用例３]
適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、前記カソード側流路形成部の前記第１凹部は、溝状に形成されていることを特徴とする燃料電池。 [Application Example 3]
The fuel cell according to Application Example 1 or Application Example 2, wherein the first concave portion of the cathode-side flow path forming portion is formed in a groove shape.

このようにすれば、酸化ガスを分散させてカソードに供給することができる。 In this way, the oxidizing gas can be dispersed and supplied to the cathode.

[適用例４]
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池において、前記アノード側流路形成部を押圧する平滑部を有するアノード側セパレータを備えることを特徴とする燃料電池。 [Application Example 4]
4. The fuel cell according to any one of Application Examples 1 to 3, further comprising an anode-side separator having a smooth portion that presses the anode-side flow path forming portion.

このようにすれば、アノード側流路形成部に対する押圧力を分散させることができる。 In this way, it is possible to disperse the pressing force on the anode side flow path forming part.

[適用例５]
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池において、第２凹部と第２凸部とを備え、前記第２凸部が前記アノード側流路形成部を押圧し、前記第２凹部が前記アノードに前記燃料ガスを給排するための第２燃料ガス給排流路を形成するセパレータであって、前記第２凸部が前記アノード側流路形成部を押圧する押圧面の面積が、前記カソード側流路形成部において、前記第１凸部が前記カソードを押圧する押圧面の面積よりも大きくなるように、前記第２凸部が形成されるアノード側セパレータを備えることを特徴とする燃料電池。 [Application Example 5]
The fuel cell according to any one of Application Examples 1 to 3, further comprising a second recess and a second protrusion, wherein the second protrusion presses the anode-side flow path forming portion, and the second recess Is a separator that forms a second fuel gas supply / discharge passage for supplying and discharging the fuel gas to and from the anode, and the area of the pressing surface on which the second convex portion presses the anode-side passage forming portion is The cathode-side flow path forming portion includes an anode-side separator in which the second convex portion is formed such that the first convex portion is larger than an area of a pressing surface that presses the cathode. Fuel cell.

このようにすれば、燃料電池において、略均一に燃料ガスを供給することができる。 In this way, the fuel gas can be supplied substantially uniformly in the fuel cell.

[適用例６]
適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の燃料電池において、前記アノードは、前記電解質膜に当接して配置される第１触媒層と、前記触媒層に当接して配置される第１ガス拡散層と、を備えることを特徴とする燃料電池。 [Application Example 6]
6. The fuel cell according to any one of Application Examples 1 to 5, wherein the anode has a first catalyst layer disposed in contact with the electrolyte membrane and a first gas disposed in contact with the catalyst layer. And a diffusion layer.

[適用例７]
適用例１ないし適用例６のいずれかに記載の燃料電池において、前記カソードは、前記電解質膜に当接して配置される第２触媒層と、前記触媒層に当接して配置される第２ガス拡散層と、
を備えることを特徴とする燃料電池。 [Application Example 7]
The fuel cell according to any one of Application Examples 1 to 6, wherein the cathode has a second catalyst layer disposed in contact with the electrolyte membrane and a second gas disposed in contact with the catalyst layer. A diffusion layer;
A fuel cell comprising:

なお、本発明は、上記した燃料電池の他、燃料電池セルなど他の装置発明の態様として実現することも可能である。また、上記した燃料電池の製造方法など、方法発明としての態様で実現することも可能である。 The present invention can be realized as an aspect of other device inventions such as a fuel battery cell in addition to the fuel battery described above. In addition, the present invention can be realized in the form of a method invention, such as the fuel cell manufacturing method described above.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、本発明の一実施例に係る燃料電池１００の外観構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１００は、複数の燃料電池セルＳＬと、エンドプレートＥＰと、テンションプレートＴＳと、インシュレータＩＳと、ターミナルＴＭと、を備えている。複数の燃料電池セルＳＬは、インシュレータＩＳおよびターミナルＴＭを挟んで、２枚のエンドプレートＥＰによって挟持される。すなわち、燃料電池１００は、燃料電池セルＳＬが、複数個積層されたスタック構造である。また、燃料電池１００は、テンションプレートＴＳがボルトＢＴによって各エンドプレートＥＰに結合され、各燃料電池セルＳＬを、各部材を積層する方向（以下では、積層方向とも呼ぶ）に所定の力で締結する構造となっている。なお、積層方向に直交する方向であって、燃料電池セルＳＬに沿った方向を面方向とも呼ぶ。本実施例の燃料電池１００では、酸化ガスとしては、例えば、空気を用い、燃料ガスとしては、例えば、水素を用いる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
A. Example:
A1. Fuel cell configuration:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an external configuration of a fuel cell 100 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell 100 of the present embodiment is a solid polymer fuel cell that is relatively small and excellent in power generation efficiency. The fuel cell 100 includes a plurality of fuel cells SL, an end plate EP, a tension plate TS, an insulator IS, and a terminal TM. The plurality of fuel cells SL are sandwiched by two end plates EP with the insulator IS and the terminal TM interposed therebetween. That is, the fuel cell 100 has a stack structure in which a plurality of fuel cells SL are stacked. Further, in the fuel cell 100, a tension plate TS is coupled to each end plate EP by a bolt BT, and each fuel cell SL is fastened with a predetermined force in a direction in which the members are stacked (hereinafter also referred to as a stacking direction). It has a structure to do. Note that the direction perpendicular to the stacking direction and along the fuel cell SL is also referred to as a plane direction. In the fuel cell 100 of this embodiment, for example, air is used as the oxidizing gas, and hydrogen is used as the fuel gas, for example.

図２は、燃料電池１００における燃料電池セルＳＬの概略構成を表わす分解斜視図である。図３は、燃料電池セルＳＬの断面の様子を示す断面模式図である。具体的には、図３は、図２の燃料電池セルＳＬにおけるＡ−Ａ断面を模式的に示した断面図である。燃料電池セルＳＬは、図２に示すように、膜電極接合体５（以下では、ＭＥＡ（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）５と呼ぶ）と、流路形成部１７と、セパレータ６，７と、を備える。燃料電池セルＳＬは、セパレータ７、流路形成部１７、ＭＥＡ５、セパレータ６が、この順に積層されて成る。 FIG. 2 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of fuel cell SL in fuel cell 100. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the state of the cross section of the fuel cell SL. Specifically, FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an AA cross section in the fuel cell SL of FIG. As shown in FIG. 2, the fuel cell SL includes a membrane electrode assembly 5 (hereinafter referred to as MEA (Membrane Electrode Assembly) 5), a flow path forming unit 17, and separators 6 and 7. The fuel cell SL is formed by laminating a separator 7, a flow path forming unit 17, an MEA 5, and a separator 6 in this order.

ＭＥＡ５は、図３に示すように、電解質膜１１と、カソード１２と、アノード１３と、を備え、電解質膜１１をカソード１２およびアノード１３で挟持して構成される。 As shown in FIG. 3, the MEA 5 includes an electrolyte membrane 11, a cathode 12, and an anode 13, and the electrolyte membrane 11 is sandwiched between the cathode 12 and the anode 13.

電解質膜１１は、固体高分子材料である炭化水素系電解質により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。 The electrolyte membrane 11 is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a hydrocarbon electrolyte that is a solid polymer material, and exhibits good proton conductivity in a wet state.

カソード１２は、図３に示すように、触媒層１２ａと、ガス拡散層１２ｂとを備えている。触媒層１２ａは、白金担持カーボンと、電解質とから成る。ガス拡散層１２ｂは、導電性を有する多孔質部材であり、酸化ガスの拡散を行うと共に、触媒層１２ａを保護する。 As shown in FIG. 3, the cathode 12 includes a catalyst layer 12a and a gas diffusion layer 12b. The catalyst layer 12a is made of platinum-supporting carbon and an electrolyte. The gas diffusion layer 12b is a porous member having conductivity, and diffuses the oxidizing gas and protects the catalyst layer 12a.

アノード１３は、図３に示すように、触媒層１３ａと、ガス拡散層１３ｂとを備えている。触媒層１３ａは、触媒金属である白金（Ｐｔ）を担持したカーボン（以下では、白金担持カーボンとも呼ぶ）と、電解質とから成る。ガス拡散層１３ｂは、ガス拡散層１２ｂと同様、導電性を有する多孔質部材であり、例えば、カーボンクロス、カーボンペーパなどの炭素系多孔質体や、金属メッシュ、発泡金属などの金属多孔質体によって形成され、燃料ガスを拡散させると共に、触媒層１３ａを保護する。 As shown in FIG. 3, the anode 13 includes a catalyst layer 13a and a gas diffusion layer 13b. The catalyst layer 13a is composed of carbon carrying platinum (Pt), which is a catalytic metal (hereinafter also referred to as platinum-carrying carbon), and an electrolyte. Similarly to the gas diffusion layer 12b, the gas diffusion layer 13b is a porous member having conductivity, for example, a carbon-based porous body such as carbon cloth or carbon paper, or a metal porous body such as a metal mesh or foam metal. The fuel gas is diffused and the catalyst layer 13a is protected.

流路形成部１７は、導電性多孔体であり、例えば、金属焼結体、発砲金属、パンチングメタル、エキスパンドメタルなどの金属多孔質体によって形成される。流路形成部１７は、燃料ガスを面方向に分散させ、燃料ガスをアノード１３に供給するための燃料ガス給排流路３０を形成する。流路形成部１７は、ガス拡散層１２ｂおよびガス拡散層１３ｂよりも、孔の平均孔径が大きく、気孔率が高く形成されている。 The flow path forming portion 17 is a conductive porous body, and is formed of, for example, a metal porous body such as a metal sintered body, a foam metal, a punching metal, and an expanded metal. The flow path forming unit 17 forms a fuel gas supply / discharge flow path 30 for dispersing the fuel gas in the surface direction and supplying the fuel gas to the anode 13. The flow path forming portion 17 has a larger average pore diameter and a higher porosity than the gas diffusion layer 12b and the gas diffusion layer 13b.

セパレータ６，７は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成形した金属板によって形成することができる。 The separators 6 and 7 can be formed of a gas-impermeable conductive member, for example, dense carbon that has been made to be gas-impermeable by compressing carbon, or a press-molded metal plate.

セパレータ６は、図３に示すように、片面において凸部６ａと凹部６ｂとが交互に形成された凹凸形状を有している。セパレータ６において、凸部６ａは、レール状に形成され、カソード１２のガス拡散層１２ｂを押圧する。凹部６ｂは、溝状に形成され、ガス拡散層１２ｂとの間にガス拡散層１２ｂに対して酸化ガスを給排するため酸化ガス給排流路２０を形成する。 As shown in FIG. 3, the separator 6 has an uneven shape in which convex portions 6a and concave portions 6b are alternately formed on one surface. In the separator 6, the convex portion 6 a is formed in a rail shape and presses the gas diffusion layer 12 b of the cathode 12. The recess 6b is formed in a groove shape and forms an oxidizing gas supply / discharge passage 20 between the gas diffusion layer 12b and the gas diffusion layer 12b for supplying and discharging the oxidizing gas.

セパレータ７は、図３に示すように、板状に形成され、平らな平滑部７ａを備えている。セパレータ７において、平滑部７ａは、全体でアノード１３のガス拡散層１３ｂを押圧する。 As shown in FIG. 3, the separator 7 is formed in a plate shape and includes a flat smooth portion 7a. In the separator 7, the smooth portion 7 a presses the gas diffusion layer 13 b of the anode 13 as a whole.

図２に示すように、セパレータ６，７は、その外周近くの互いに対応する位置に、孔部５３〜５６を備えている。セパレータ６，７を、ＭＥＡ５および流路形成部１７と共に積層して燃料電池１００を組み立てると、積層された各セパレータ６，７の対応する位置に設けられた孔部は、互いに重なり合って、積層方向に燃料電池１００内部を貫通する流路を形成する。具体的には、孔部５３は、酸化ガス供給マニホールドを形成し、孔部５４は、酸化ガス排出マニホールドを形成し、孔部５５は、燃料ガス供給マニホールドを形成し、孔部５６は、燃料ガス排出マニホールドを形成する。酸化ガス供給マニホールドは、酸化ガス給排流路２０に酸化ガスを導入するための流路であり、酸化ガス排出マニホールドは、酸化ガス給排流路２０から酸化ガスを排出するための流路である。燃料ガス供給マニホールドは、燃料ガス給排流路３０に燃料ガスを導入するための流路であり、燃料ガス排出マニホールドは、燃料ガス給排流路３０から燃料ガスを排出すための流路である。 As shown in FIG. 2, the separators 6 and 7 are provided with holes 53 to 56 at positions corresponding to each other near the outer periphery thereof. When the separators 6 and 7 are laminated together with the MEA 5 and the flow path forming unit 17 to assemble the fuel cell 100, the holes provided at the corresponding positions of the laminated separators 6 and 7 overlap each other, and the stacking direction In addition, a flow path penetrating the fuel cell 100 is formed. Specifically, the hole 53 forms an oxidizing gas supply manifold, the hole 54 forms an oxidizing gas discharge manifold, the hole 55 forms a fuel gas supply manifold, and the hole 56 forms a fuel. A gas exhaust manifold is formed. The oxidizing gas supply manifold is a flow path for introducing oxidizing gas into the oxidizing gas supply / discharge flow path 20, and the oxidizing gas discharge manifold is a flow path for discharging oxidizing gas from the oxidizing gas supply / discharge flow path 20. is there. The fuel gas supply manifold is a flow path for introducing fuel gas into the fuel gas supply / discharge flow path 30, and the fuel gas discharge manifold is a flow path for discharging fuel gas from the fuel gas supply / discharge flow path 30. is there.

なお、本実施例の燃料電池１００では、図示を省略しているが、燃料電池セルＳＬの外周部には、上記各マニホールド、酸化ガス給排流路２０、および、燃料ガス給排流路３０におけるガスシール性を確保するためのシール部材が配置されている。また、燃料電池１００では、図示を省略しているが、各燃料電池セルＳＬ間には、各燃料電池セルＳＬを冷却するための冷媒（例えば、冷却水）を流すための流路が形成されている。 Although not shown in the fuel cell 100 of the present embodiment, the manifold, the oxidizing gas supply / discharge passage 20, and the fuel gas supply / discharge passage 30 are provided at the outer periphery of the fuel cell SL. The sealing member for ensuring the gas-sealing property in is arrange | positioned. Further, in the fuel cell 100, although not shown, a flow path for flowing a coolant (for example, cooling water) for cooling each fuel cell SL is formed between the fuel cells SL. ing.

Ａ２．燃料電池１００の有効性の検討：
図４は、比較例の燃料電池における燃料電池セルの断面模式図である。図５は、本実施例の燃料電池１００と比較例の燃料電池とを比較した実験結果を表すグラフである。この図５は、詳しくは、上述の燃料電池１００（以下では、「燃料電池」を省略し、単に実施例とも呼ぶ）における燃料電池セルＳＬと、比較例の燃料電池（以下では、「燃料電池」を省略し、単に比較例とも呼ぶ）における燃料電池セルと、を用いて同条件で発電を行い、実施例の燃料電池セルＳＬと比較例の燃料電池セルとを比較した実験結果を示す。比較例の燃料電池セルは、図４に示すように、流路形成部１７を備えておらず、セパレータ６と同様に、片面において凸部７７ａと凹部７７ｂとが交互に形成された凹凸形状を有したセパレータ７７を備えている。セパレータ７７において、凸部７７ａは、レール状に形成され、アノード１３（ガス拡散層１３ｂ）を押圧する。凹部７７ｂは、溝状に形成され、ガス拡散層１３ｂとの間にガス拡散層１３ｂに対して燃料ガスを給排するため燃料ガス給排流路３０ａを形成する。比較例は、上記相違点以外では、実施例と同様の構成となっている。 A2. Examination of the effectiveness of the fuel cell 100:
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the fuel cell in the fuel cell of the comparative example. FIG. 5 is a graph showing experimental results comparing the fuel cell 100 of the present example with the fuel cell of the comparative example. Specifically, FIG. 5 shows a fuel cell SL in the above-described fuel cell 100 (hereinafter, “fuel cell” is omitted and is also simply referred to as an example) and a fuel cell of a comparative example (hereinafter “fuel cell”). The experiment results are shown in which power generation is performed under the same conditions using the fuel cell in Example 2 and the fuel cell in the comparative example is compared with the fuel cell in the comparative example. As shown in FIG. 4, the fuel cell of the comparative example does not include the flow path forming portion 17, and has a concavo-convex shape in which convex portions 77 a and concave portions 77 b are alternately formed on one side, like the separator 6. A separator 77 is provided. In the separator 77, the protrusion 77a is formed in a rail shape and presses the anode 13 (gas diffusion layer 13b). The recess 77b is formed in a groove shape, and forms a fuel gas supply / discharge passage 30a between the gas diffusion layer 13b and the gas diffusion layer 13b for supplying and discharging fuel gas. The comparative example has the same configuration as the example except for the above differences.

実験に伴う発電の際には、燃料電池温度を８０℃とし、燃料ガスとして、露点温度が８０℃の高純度水素ガスを用い、酸化ガスとして、露点温度が８０℃の空気を用いた。また、発電時では、燃料電池内の燃料ガスおよび酸化ガスの圧力が２００ｋＰａとなるように排圧を調整した。図５において、実線は、実施例の燃料電池セルＳＬにおける出力電流−出力電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示し、点線は、比較例の燃料電池セルにおける出力電流−出力電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示す。 During power generation accompanying the experiment, the fuel cell temperature was 80 ° C., high-purity hydrogen gas having a dew point temperature of 80 ° C. was used as the fuel gas, and air having a dew point temperature of 80 ° C. was used as the oxidizing gas. Further, during power generation, the exhaust pressure was adjusted so that the pressure of the fuel gas and the oxidizing gas in the fuel cell was 200 kPa. In FIG. 5, the solid line indicates the output current-output voltage (IV) characteristic in the fuel cell SL of the example, and the dotted line indicates the output current-output voltage (IV) characteristic in the fuel cell of the comparative example. Indicates.

ところで、比較例では、カソード１２において、セパレータ６の凸部６ａに押圧される部分付近、または、アノード１３において、セパレータ７７の凸部７７ａに押圧される部分付近に水が滞留し、その結果、燃料電池の電池性能が低下するおそれがあった。 By the way, in the comparative example, water stays in the vicinity of the portion pressed by the convex portion 6a of the separator 6 in the cathode 12, or in the vicinity of the portion pressed by the convex portion 77a of the separator 77 in the anode 13. The battery performance of the fuel cell may be reduced.

一方、実施例の燃料電池セルＳＬと比較例の燃料電池セルとを比較すると、図５に示すように、比較例の燃料電池セルに比べて実施例の燃料電池セルＳＬの方が、全体的に出力電流Ｉに対する出力電圧Ｖが高く、発電効率が高いことがわかる。このことから、アノード側において、流路形成部１７を配置し、セパレータ７の平滑部７ａ全体で流路形成部１７を押圧する構成とした実施例では、比較例と比較して、アノードおよびカソード（特にカソード）において、水の滞留が抑制されていると考えることができ、その結果、比較例に比べて実施例の方が、燃料電池の電池性能がよいということが言える。 On the other hand, when comparing the fuel cell SL of the example and the fuel cell of the comparative example, as shown in FIG. 5, the fuel cell SL of the example is generally better than the fuel cell of the comparative example. It can be seen that the output voltage V with respect to the output current I is high and the power generation efficiency is high. Therefore, in the embodiment in which the flow path forming portion 17 is arranged on the anode side and the flow path forming portion 17 is pressed by the entire smoothing portion 7a of the separator 7, the anode and the cathode are compared with the comparative example. It can be considered that the retention of water in (especially the cathode) is suppressed, and as a result, it can be said that the fuel cell performance of the example is better than that of the comparative example.

本実施例において、セパレータ６は、特許請求の範囲におけるカソード側流路形成部またはカソード側セパレータに該当し、セパレータ６の凸部６ａは、特許請求の範囲における第１凸部に該当し、凹部６ｂは、特許請求の範囲における第１凹部に該当し、流路形成部１７は、アノード側流路形成部に該当し、燃料ガス給排流路３０は、特許請求の範囲における第１燃料ガス給排流路に該当し、セパレータ７は、特許請求の範囲におけるアノード側セパレータに該当し、セパレータ７の平滑部７ａは、特許請求の範囲における平滑部に該当し、触媒層１３ａは、特許請求の範囲における第１触媒層に該当し、ガス拡散層１３ｂは、特許請求の範囲における第１ガス拡散層に該当し、触媒層１２ａは、特許請求の範囲における第２触媒層に該当し、ガス拡散層１２ｂは特許請求の範囲における第２ガス拡散層に該当する。 In this embodiment, the separator 6 corresponds to the cathode-side flow path forming portion or the cathode-side separator in the claims, and the convex portion 6a of the separator 6 corresponds to the first convex portion in the claims. 6b corresponds to the first recess in the claims, the flow path forming portion 17 corresponds to the anode side flow path forming portion, and the fuel gas supply / discharge flow path 30 corresponds to the first fuel gas in the claims. The separator 7 corresponds to the supply / discharge channel, the separator 7 corresponds to the anode separator in the claims, the smooth portion 7a of the separator 7 corresponds to the smooth portion in the claims, and the catalyst layer 13a corresponds to the claim. The gas diffusion layer 13b corresponds to the first gas diffusion layer in the claims, and the catalyst layer 12a corresponds to the second catalyst layer in the claims. , The gas diffusion layer 12b corresponds to the second gas diffusion layer in the appended claims.

Ｂ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。 B. Variation:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in each of the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

Ｂ１．変形例１：
上記実施例では、セパレータ７は、平滑部７ａを備え、平滑部７ａ全体で流路形成部１７を押圧するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、以下のようにしてもよい。 B1. Modification 1:
In the said Example, although the separator 7 is provided with the smooth part 7a and presses the flow-path formation part 17 with the whole smooth part 7a, this invention is not limited to this. For example, the following may be used.

図６は、一変形例としてのセパレータ７ｙの概略断面構成を示す模式図である。このセパレータ７ｙは、片面において凸部７ｙａと凹部７ｙｂとが交互に形成された凹凸形状を有している。そして、セパレータ７ｙにおいて、凸部７ｙａは、レール状に形成され、流路形成部１７を押圧する。凹部７ｙｂは、溝状に形成され、流路形成部１７との間に流路形成部１７に対して燃料ガスを給排するため燃料ガス給排流路３０ｙを形成する。この場合、セパレータ７ｙにおいて、凸部７ｙａが流路形成部１７を押圧する押圧面の面積が、セパレータ６の凸部６ａがカソード１２（ガス拡散層１２ｂ）を押圧する押圧面の面積よりも大きくなるように、凸部７ｙａを形成する。このようにすれば、燃料電池セルにおいて、燃料ガス供給マニホールドから供給された燃料ガスを面方向により分散することができ、アノード１３に対し、略均一に燃料ガスを供給することができる。なお、セパレータ７ｙは、特許請求の範囲におけるアノード側セパレータに該当し、凸部７ｙａは、特許請求の範囲における第２凸部に該当し、凹部７ｙｂは、特許請求の範囲における第２凹部に該当し、燃料ガス給排流路３０ｙは、特許請求の範囲における第２燃料ガス給排流路に該当する。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a separator 7y as a modification. The separator 7y has an uneven shape in which convex portions 7ya and concave portions 7yb are alternately formed on one surface. In the separator 7y, the convex portion 7ya is formed in a rail shape and presses the flow path forming portion 17. The recess 7yb is formed in a groove shape, and forms a fuel gas supply / discharge passage 30y between the passage formation portion 17 and the passage formation portion 17 in order to supply and discharge fuel gas. In this case, in the separator 7y, the area of the pressing surface where the convex portion 7ya presses the flow path forming portion 17 is larger than the area of the pressing surface where the convex portion 6a of the separator 6 presses the cathode 12 (gas diffusion layer 12b). The convex part 7ya is formed so as to be. In this way, in the fuel cell, the fuel gas supplied from the fuel gas supply manifold can be dispersed in the surface direction, and the fuel gas can be supplied to the anode 13 substantially uniformly. In addition, the separator 7y corresponds to the anode-side separator in the claims, the convex portion 7ya corresponds to the second convex portion in the claims, and the concave portion 7yb corresponds to the second concave portion in the claims. The fuel gas supply / discharge passage 30y corresponds to the second fuel gas supply / discharge passage in the claims.

Ｂ２．変形例２：
上記変形例１のセパレータ７ｙにおいて、特に、ファインピッチ化するようにしてもよい。このようにすれば、燃料電池セルにおいて、燃料ガス供給マニホールドから供給された燃料ガスを面方向により分散することができ、アノード１３に対し、略均一に燃料ガスを供給することができる。 B2. Modification 2:
In the separator 7y of the first modification, in particular, a fine pitch may be used. In this manner, in the fuel cell, the fuel gas supplied from the fuel gas supply manifold can be dispersed in the surface direction, and the fuel gas can be supplied to the anode 13 substantially uniformly.

本発明の一実施例に係る燃料電池１００の外観構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the external appearance structure of the fuel cell 100 which concerns on one Example of this invention. 燃料電池１００における燃料電池セルＳＬの概略構成を表わす分解斜視図である。2 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a fuel cell SL in the fuel cell 100. FIG. 燃料電池セルＳＬの断面の様子を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the mode of the cross section of fuel cell SL. 比較例の燃料電池における燃料電池セルの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the fuel cell in the fuel cell of a comparative example. 上記実施例の燃料電池１００と比較例の燃料電池とを比較した実験結果を表すグラフである。It is a graph showing the experimental result which compared the fuel cell 100 of the said Example, and the fuel cell of the comparative example. 一変形例としてのセパレータ７ｙの概略断面構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic sectional structure of the separator 7y as one modification.

符号の説明Explanation of symbols

５…ＭＥＡ
６…セパレータ
６ａ…凸部
６ｂ…凹部
７…セパレータ
７ａ…平滑部
７ｙ…セパレータ
７ｙａ…凸部
７ｙｂ…凹部
１１…電解質膜
１２…カソード
１２ａ…触媒層
１２ｂ…ガス拡散層
１３…アノード
１３ａ…触媒層
１３ｂ…ガス拡散層
１７…流路形成部
２０…酸化ガス給排流路
３０，３０ａ，３０ｙ…燃料ガス給排流路
５３〜５６…孔部
７７…セパレータ
７７ａ…凸部
７７ｂ…凹部
１００…燃料電池
ＳＬ…燃料電池セル 5 ... MEA
6 ... Separator 6a ... Convex part 6b ... Concave part 7 ... Separator 7a ... Smooth part 7y ... Separator 7ya ... Convex part 7yb ... Concave part 11 ... Electrolyte membrane 12 ... Cathode 12a ... Catalyst layer 12b ... Gas diffusion layer 13 ... Anode 13a ... Catalyst layer 13b ... Gas diffusion layer 17 ... Flow path forming part 20 ... Oxidizing gas supply / exhaust flow path 30, 30a, 30y ... Fuel gas supply / exhaust flow path 53-56 ... Hole 77 ... Separator 77a ... Convex part 77b ... Concave part 100 ... Fuel Battery SL ... Fuel cell

Claims

燃料電池であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の一方の面に配置されるカソードと、
前記電解質膜において、前記カソードが配置された面とは反対面に配置されるアノードと、
第１凹部と第１凸部とを備え、前記第１凸部が前記カソードを押圧すると共に、前記第１凹部が前記カソードに酸化ガスを給排するための酸化ガス給排流路を形成するカソード側流路形成部と、
板状の多孔体であって、前記アノードに当接するように設けられ、前記アノードに燃料ガスを給排するための第１燃料ガス給排流路を形成するアノード側流路形成部と、
を備えることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell,
An electrolyte membrane;
A cathode disposed on one surface of the electrolyte membrane;
In the electrolyte membrane, an anode disposed on a surface opposite to a surface on which the cathode is disposed;
The first concave portion includes a first concave portion and a first convex portion, the first convex portion presses the cathode, and the first concave portion forms an oxidizing gas supply / discharge passage for supplying and discharging oxidizing gas to and from the cathode. A cathode-side channel forming part;
An anode-side flow path forming portion that is a plate-like porous body and is provided so as to contact the anode, and forms a first fuel gas supply / discharge flow path for supplying and discharging fuel gas to and from the anode;
A fuel cell comprising:

請求項１に記載の燃料電池において、
前記カソード側流路形成部を有するカソード側セパレータを備えることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
A fuel cell comprising a cathode-side separator having the cathode-side flow path forming portion.

請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記カソード側流路形成部の前記第１凹部は、溝状に形成されていることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2,
The fuel cell according to claim 1, wherein the first concave portion of the cathode-side flow path forming portion is formed in a groove shape.

請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記アノード側流路形成部を押圧する平滑部を有するアノード側セパレータを備えることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
A fuel cell comprising an anode-side separator having a smooth portion that presses the anode-side flow path forming portion.

請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
第２凹部と第２凸部とを備え、前記第２凸部が前記アノード側流路形成部を押圧し、前記第２凹部が前記アノードに前記燃料ガスを給排するための第２燃料ガス給排流路を形成するセパレータであって、前記第２凸部が前記アノード側流路形成部を押圧する押圧面の面積が、前記カソード側流路形成部において、前記第１凸部が前記カソードを押圧する押圧面の面積よりも大きくなるように、前記第２凸部が形成されるアノード側セパレータを備えることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
A second fuel gas provided with a second recess and a second protrusion, wherein the second protrusion presses the anode-side flow path forming portion, and the second recess supplies and discharges the fuel gas to and from the anode. A separator that forms a supply / discharge flow path, wherein an area of a pressing surface on which the second convex portion presses the anode-side flow path forming portion is equal to the first convex portion in the cathode-side flow path forming portion. A fuel cell comprising an anode-side separator on which the second convex portion is formed so as to be larger than an area of a pressing surface that presses the cathode.

請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池において、
前記アノードは、
前記電解質膜に当接して配置される第１触媒層と、
前記触媒層に当接して配置される第１ガス拡散層と、
を備えることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 5,
The anode is
A first catalyst layer disposed in contact with the electrolyte membrane;
A first gas diffusion layer disposed in contact with the catalyst layer;
A fuel cell comprising:

請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池において、
前記カソードは、
前記電解質膜に当接して配置される第２触媒層と、
前記触媒層に当接して配置される第２ガス拡散層と、
を備えることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 6,
The cathode is
A second catalyst layer disposed in contact with the electrolyte membrane;
A second gas diffusion layer disposed in contact with the catalyst layer;
A fuel cell comprising: