JP2010092699A - Fuel cell - Google Patents

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Yoshifumi Ota
佳史 大田
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of obtaining high generating performance. <P>SOLUTION: The fuel cell 10 includes a membrane-electrode assembly 20, current collectors 30, 40 fixed to the electrode surfaces of the membrane-electrode assembly and having conductivity and gas permeability, separators 50, 60 arranged on the opposite sides to the membrane-electrode assembly of the current collectors and partitioning spaces 51, 61 for reaction gas flow between the current collectors and themselves. In the fuel cell, the current collector is fixed to the catalyst layer, so that high efficiency of current collection can be obtained without applying the additional fastening load to the fuel cell. The space for reaction gas flow is formed with the separator and the current collector, thereby installation of a gas diffusion layer and a gas passage member is made unnecessary. Gas diffusion resistance to the catalyst layer of the reaction gas is made low, and exhaust resistance of produced water from the catalyst layer is made low. Accordingly, power generation performance is increased. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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

燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。   A fuel cell is a device that generally obtains electric energy using hydrogen and oxygen as fuel. Since this fuel cell is excellent in terms of the environment and can realize high energy efficiency, it has been widely developed as a future energy supply system.

燃料電池は、例えば、プロトン伝導性を有する電解質膜と、電解質膜に沿って配置されたカソード触媒層およびアノード触媒層と、を備える。このような燃料電池においては、カソード側に酸素を含むカソードガスが供給され、アノード側に水素を含むアノードガスが供給される。それにより、発電が行われる。   The fuel cell includes, for example, an electrolyte membrane having proton conductivity, and a cathode catalyst layer and an anode catalyst layer disposed along the electrolyte membrane. In such a fuel cell, a cathode gas containing oxygen is supplied to the cathode side, and an anode gas containing hydrogen is supplied to the anode side. Thereby, power generation is performed.

特許文献１には、電極内に反応ガス透過性を有する集電体を埋設した燃料電池が開示されている。この燃料電池においては、発電で生じた電力は集電体を介して外部に取り出される。   Patent Document 1 discloses a fuel cell in which a collector having a reactive gas permeability is embedded in an electrode. In this fuel cell, electric power generated by power generation is taken out through a current collector.

特開２００５−１７４８７２号公報JP-A-2005-174872

特許文献１に係る燃料電池では、集電体は、触媒層におけるプロトン伝導に対する阻害要因になるとともに、触媒層における反応ガス拡散に対する阻害要因になる。その結果、良好な発電性能を得ることが困難である。   In the fuel cell according to Patent Document 1, the current collector becomes an inhibiting factor for proton conduction in the catalyst layer and an inhibiting factor for reaction gas diffusion in the catalyst layer. As a result, it is difficult to obtain good power generation performance.

本発明は、良好な発電性能を得ることができる燃料電池を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the fuel cell which can acquire favorable electric power generation performance.

本発明に係る燃料電池は、膜−電極接合体と、膜−電極接合体の電極面に固着し、導電性および反応ガス透過性を有する集電体と、集電体の膜−電極接合体と反対側に配置され、集電体との間に反応ガス流動用の空間を画定するセパレータと、を備えることを特徴とするものである。   A fuel cell according to the present invention includes a membrane-electrode assembly, a current collector fixed to the electrode surface of the membrane-electrode assembly, and having conductivity and reaction gas permeability, and a current collector membrane-electrode assembly And a separator that defines a reaction gas flow space between the current collector and the current collector.

本発明に係る燃料電池によれば、集電体が触媒層に固着していることから、燃料電池に余分な締結荷重を加えなくても良好な集電効率が得られる。また、セパレータと集電体とによって反応ガス流動用の空間が形成されることから、ガス拡散層およびガス流路部材を設けなくてもよい。それにより、反応ガスの触媒層までのガス拡散抵抗が小さくなり、触媒層からの生成水排出抵抗が小さくなる。それにより、発電性能が向上する。   According to the fuel cell of the present invention, since the current collector is fixed to the catalyst layer, good current collection efficiency can be obtained without applying an extra fastening load to the fuel cell. Further, since the space for the reaction gas flow is formed by the separator and the current collector, the gas diffusion layer and the gas flow path member need not be provided. Thereby, the gas diffusion resistance of the reaction gas to the catalyst layer is reduced, and the generated water discharge resistance from the catalyst layer is reduced. Thereby, the power generation performance is improved.

上記構成において、集電体の一部は、電極に埋没していてもよい。   In the above configuration, a part of the current collector may be buried in the electrode.

上記構成において、集電体の一部は、セパレータよりも外部に露出していてもよい。この構成によれば、集電体の露出部分を出力端子として用いることができる。   In the above configuration, a part of the current collector may be exposed to the outside rather than the separator. According to this configuration, the exposed portion of the current collector can be used as an output terminal.

上記構成において、セパレータは、絶縁性材料からなるものであってもよい。上記構成において、セパレータは、樹脂からなるものであってもよい。この構成によれば、セパレータを軽量化および低コスト化することが可能であるとともに、セパレータに耐食性を持たせることができる。   In the above configuration, the separator may be made of an insulating material. In the above configuration, the separator may be made of a resin. According to this configuration, the separator can be reduced in weight and cost, and the separator can be provided with corrosion resistance.

上記構成において、集電体は、表面の接触角が９０度以上である第１線材と、少なくとも表面に導電性を有する第２線材と、を含んでいてもよい。この構成によれば、第１線材の撥水機能によって集電体における水膜の発生が抑制される。その結果、燃料電池の発電の継続性が向上する。   In the above configuration, the current collector may include a first wire having a surface contact angle of 90 degrees or more and a second wire having conductivity on at least the surface. According to this structure, generation | occurrence | production of the water film in a collector is suppressed by the water repellent function of a 1st wire. As a result, the continuity of power generation by the fuel cell is improved.

上記構成において、集電体は、第１線材と第２線材とが網状に編まれた構成を有していてもよい。上記構成において、集電体は、第１線材を縦糸として第２線材を横糸とする網状の構造を有し、集電体の一部は、横糸の延長方向にセパレータよりも外部に露出していてもよい。この場合、集電体の集電効率が向上する。   In the above configuration, the current collector may have a configuration in which the first wire and the second wire are knitted in a net shape. In the above configuration, the current collector has a net-like structure in which the first wire is the warp and the second wire is the weft, and a part of the current collector is exposed outside the separator in the extending direction of the weft. May be. In this case, the current collection efficiency of the current collector is improved.

本発明によれば、良好な発電性能を得ることができる燃料電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell which can acquire favorable electric power generation performance can be provided.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

本発明の実施例１に係る燃料電池１０について説明する。図１は、実施例１に係る燃料電池１０の模式的断面図である。なお、図１は、燃料電池１０にモータ、補機等の負荷７０が接続された状態を示している。燃料電池１０は、膜−電極接合体２０と、集電体（カソード集電体３０およびアノード集電体４０）と、セパレータ（カソードセパレータ５０およびアノードセパレータ６０）と、を備える。膜−電極接合体２０は、電解質膜２１と、触媒層（カソード触媒層２２およびアノード触媒層２３）と、を備える。   A fuel cell 10 according to Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fuel cell 10 according to a first embodiment. FIG. 1 shows a state in which a load 70 such as a motor or an auxiliary machine is connected to the fuel cell 10. The fuel cell 10 includes a membrane-electrode assembly 20, a current collector (cathode current collector 30 and anode current collector 40), and a separator (cathode separator 50 and anode separator 60). The membrane-electrode assembly 20 includes an electrolyte membrane 21 and a catalyst layer (a cathode catalyst layer 22 and an anode catalyst layer 23).

電解質膜２１としては、特に限定されないが、例えばプロトン伝導性を有する固体高分子電解質が用いられる。電解質膜２１の厚みは、特に限定されないが、例えば２０μｍ程度である。   Although it does not specifically limit as the electrolyte membrane 21, For example, the solid polymer electrolyte which has proton conductivity is used. The thickness of the electrolyte membrane 21 is not particularly limited, but is about 20 μm, for example.

カソード触媒層２２およびアノード触媒層２３は、電解質膜２１を挟持するように配置されている。カソード触媒層２２およびアノード触媒層２３は、触媒を含有する導電性材料からなる。カソード触媒層２２の触媒は、プロトンと酸素との反応を促進させる。アノード触媒層２３の触媒は、水素のプロトン化を促進させる。例えば、カソード触媒層２２およびアノード触媒層２３は、白金担持カーボン等を含んでいる。カソード触媒層２２およびアノード触媒層２３の厚みは、特に限定されないが、例えば５μｍ程度である。   The cathode catalyst layer 22 and the anode catalyst layer 23 are disposed so as to sandwich the electrolyte membrane 21. The cathode catalyst layer 22 and the anode catalyst layer 23 are made of a conductive material containing a catalyst. The catalyst of the cathode catalyst layer 22 promotes the reaction between protons and oxygen. The catalyst of the anode catalyst layer 23 promotes protonation of hydrogen. For example, the cathode catalyst layer 22 and the anode catalyst layer 23 contain platinum-supported carbon or the like. Although the thickness of the cathode catalyst layer 22 and the anode catalyst layer 23 is not specifically limited, For example, it is about 5 micrometers.

カソード集電体３０は、カソード触媒層２２の電解質膜２１と反対側の面に沿って配置されている。アノード集電体４０は、アノード触媒層２３の電解質膜２１と反対側の面に沿って配置されている。カソード集電体３０およびアノード集電体４０は、発電によって生じた電力を集電するための部材である。本実施例において、カソード集電体３０およびアノード集電体４０は、セパレータの外部に露出した部分を有している。このセパレータの外部に露出した部分には、負荷７０が電気的に接続されている。それにより、燃料電池１０と負荷７０とを含む電気回路が構成されている。すなわち、上記露出部分は、燃料電池１０の出力端子としての機能を有する。この場合、セパレータに導電性材料を用いる必要がなくなることから、セパレータの材料選択の幅が広がる。   The cathode current collector 30 is disposed along the surface of the cathode catalyst layer 22 opposite to the electrolyte membrane 21. The anode current collector 40 is disposed along the surface of the anode catalyst layer 23 opposite to the electrolyte membrane 21. The cathode current collector 30 and the anode current collector 40 are members for collecting electric power generated by power generation. In the present embodiment, the cathode current collector 30 and the anode current collector 40 have a portion exposed to the outside of the separator. A load 70 is electrically connected to a portion exposed to the outside of the separator. Thereby, an electric circuit including the fuel cell 10 and the load 70 is configured. That is, the exposed part functions as an output terminal of the fuel cell 10. In this case, since it is not necessary to use a conductive material for the separator, the range of material selection for the separator is expanded.

カソード集電体３０およびアノード集電体４０は、触媒層に固着されている。本実施例においては、カソード集電体３０およびアノード集電体４０は、ホットプレスによって触媒層に圧着されている。それにより、カソード集電体３０およびアノード集電体４０の一部は、触媒層に埋没している。   The cathode current collector 30 and the anode current collector 40 are fixed to the catalyst layer. In this embodiment, the cathode current collector 30 and the anode current collector 40 are pressure-bonded to the catalyst layer by hot pressing. Thereby, a part of the cathode current collector 30 and the anode current collector 40 is buried in the catalyst layer.

カソード集電体３０およびアノード集電体４０は、導電性およびガス透過性を有する部材であれば、特に限定されない。カソード集電体３０およびアノード集電体４０として、例えば、金網、エキスパンドメタル、パンチングメタル（金属板に貫通孔を形成したもの）、線状の部材に導電性物質をコーティングした部材を網状に編んだもの、カーボンクロス、カーボンペーパー等が用いられる。カソード集電体３０およびアノード集電体４０のさらに詳しい構成は、後述する。   The cathode current collector 30 and the anode current collector 40 are not particularly limited as long as they are members having conductivity and gas permeability. As the cathode current collector 30 and the anode current collector 40, for example, a metal net, expanded metal, punching metal (metal plate with a through hole formed), a linear member coated with a conductive material is knitted in a net shape For example, carbon cloth, carbon paper, etc. are used. More detailed configurations of the cathode current collector 30 and the anode current collector 40 will be described later.

カソードセパレータ５０およびアノードセパレータ６０は、膜−電極接合体２０を挟持するように配置されている。カソードセパレータ５０およびアノードセパレータ６０は、外周部において膜−電極接合体２０に対して突出して接触する接触部を有する。それにより、カソードセパレータ５０とカソード集電体３０との間にカソードガス流動用のカソード空間部５１が画定される。また、アノードセパレータ６０とアノード集電体４０との間にアノードガス流動用のアノード空間部６１が画定される。なお、カソードセパレータ５０およびアノードセパレータ６０には、反応ガスの流動を阻害しない範囲で、外周部以外に膜−電極接合体２０と接触する接触部を有していてもよい。ただし、反応ガスの膜−電極接合体２０への拡散性を考慮すると、膜−電極接合体２０の全面またはほぼ全面にわたって反応ガス流動用の空間部が形成されていることが好ましい。   The cathode separator 50 and the anode separator 60 are disposed so as to sandwich the membrane-electrode assembly 20. The cathode separator 50 and the anode separator 60 have a contact portion that protrudes and contacts the membrane-electrode assembly 20 at the outer peripheral portion. As a result, a cathode space 51 for cathode gas flow is defined between the cathode separator 50 and the cathode current collector 30. An anode space 61 for flowing an anode gas is defined between the anode separator 60 and the anode current collector 40. The cathode separator 50 and the anode separator 60 may have a contact portion that contacts the membrane-electrode assembly 20 in addition to the outer peripheral portion as long as the reaction gas flow is not hindered. However, in consideration of the diffusibility of the reaction gas to the membrane-electrode assembly 20, it is preferable that a reaction gas flow space is formed over the entire surface or almost the entire surface of the membrane-electrode assembly 20.

カソードセパレータ５０およびアノードセパレータ６０にはそれぞれ、反応ガス入口（図示せず）および反応ガス出口（図示せず）が形成されている。カソードガスおよびアノードガスはそれぞれ、反応ガス入口を通って、カソード空間部５１およびアノード空間部６１に拡散する。また、発電に供されたカソードガスおよびアノードガスは、反応ガス出口を通って、燃料電池１０の外部に排出される。   The cathode separator 50 and the anode separator 60 have a reaction gas inlet (not shown) and a reaction gas outlet (not shown), respectively. The cathode gas and the anode gas diffuse through the reaction gas inlet to the cathode space 51 and the anode space 61, respectively. Further, the cathode gas and the anode gas used for power generation are discharged to the outside of the fuel cell 10 through the reaction gas outlet.

なお、カソード空間部５１におけるカソードセパレータ５０とカソード集電体３０との間隔は、特に限定されないが、例えば１００μｍ程度である。また、カソードセパレータ５０およびアノードセパレータ６０の材質は特に限定されない。   In addition, although the space | interval of the cathode separator 50 and the cathode electrical power collector 30 in the cathode space part 51 is not specifically limited, For example, it is about 100 micrometers. Moreover, the material of the cathode separator 50 and the anode separator 60 is not specifically limited.

図２（ａ）は、カソード集電体３０の断面の拡大図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の上面図である。本実施例においては、カソード集電体３０として、複数の縦糸部材３１と複数の横糸部材３２とが網状に編まれた金網を用いる。この場合、反応ガスは、縦糸部材３１と横糸部材３２とで囲まれた空間を透過することができる。   FIG. 2A is an enlarged view of a cross section of the cathode current collector 30. FIG. 2B is a top view of FIG. In the present embodiment, as the cathode current collector 30, a wire mesh in which a plurality of warp members 31 and a plurality of weft members 32 are knitted in a net shape is used. In this case, the reaction gas can pass through the space surrounded by the warp member 31 and the weft member 32.

縦糸部材３１および横糸部材３２は、少なくとも表面が導電性を有している。縦糸部材３１および横糸部材３２として、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）等の金属線が用いられる。なお、金属線の代わりにカーボン線を用いてもよい。カーボン（Ｃ）は導電性を有するからである。あるいは、非導電性材料からなる線状部材の表面をこれらの導電性材料でコーティングしたものを用いてもよい。ただし、縦糸部材３１および横糸部材３２は、耐酸性を有することが好ましい。耐酸性を有することによって、電解質膜２１から発生する酸（例えば硫酸）に起因する腐食が抑制されるからである。   The warp member 31 and the weft member 32 have conductivity at least on their surfaces. As the warp member 31 and the weft member 32, for example, metal wires such as gold (Au), copper (Cu), iron (Fe), silver (Ag), and platinum (Pt) are used. Carbon wires may be used instead of metal wires. This is because carbon (C) has conductivity. Or you may use what coated the surface of the linear member which consists of nonelectroconductive materials with these electroconductive materials. However, the warp member 31 and the weft member 32 preferably have acid resistance. This is because by having acid resistance, corrosion caused by an acid (for example, sulfuric acid) generated from the electrolyte membrane 21 is suppressed.

カソード集電体３０の厚みは、特に限定されないが、例えば１００μｍ程度である。また、縦糸部材３１および横糸部材３２の線径は、特に限定されないが、例えば５０μｍ程度である。隣接する縦糸部材３１間および横糸部材３２間の距離はそれぞれ、特に限定されないが、例えば５０μｍ程度である。なお、アノード集電体４０は図２（ａ）および図２（ｂ）と同様の構成を有している。アノード集電体４０の説明は省略する。   The thickness of the cathode current collector 30 is not particularly limited, but is about 100 μm, for example. Further, the wire diameters of the warp member 31 and the weft member 32 are not particularly limited, but are, for example, about 50 μm. The distance between the adjacent warp members 31 and the weft members 32 is not particularly limited, but is, for example, about 50 μm. The anode current collector 40 has a configuration similar to that shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). Description of the anode current collector 40 is omitted.

燃料電池１０は、以下のように動作する。アノードガスは、アノードセパレータ６０の反応ガス入口を通ってアノード空間部６１に流入する。アノード空間部６１に流入したアノードガスは、アノード集電体４０を透過して、アノード触媒層２３に拡散する。アノード触媒層２３において、アノードガス中の水素はプロトンと電子とに分離される。プロトンは、電解質膜２１を伝導して、カソード触媒層２２に到達する。電子は、アノード集電体４０によって集電されて負荷７０に供給された後に、カソード集電体３０に到達する。   The fuel cell 10 operates as follows. The anode gas flows into the anode space 61 through the reaction gas inlet of the anode separator 60. The anode gas that has flowed into the anode space 61 passes through the anode current collector 40 and diffuses into the anode catalyst layer 23. In the anode catalyst layer 23, hydrogen in the anode gas is separated into protons and electrons. Protons are conducted through the electrolyte membrane 21 and reach the cathode catalyst layer 22. The electrons are collected by the anode current collector 40 and supplied to the load 70, and then reach the cathode current collector 30.

カソードガスは、カソードセパレータ５０の反応ガス入口を通ってカソード空間部５１に流入する。カソード空間部５１に流入したカソードガスは、カソード集電体３０を透過して、カソード触媒層２２に拡散する。カソード触媒層２２においては、カソードガス中の酸素と電解質膜２１を伝導したプロトンと負荷７０からの電子とから水が生成される。生成された水（生成水）は、主としてカソード触媒層２２を通ってカソード空間部５１に流入した後に、カソードセパレータ５０の反応ガス出口から外部へ排出される。また、カソード側およびアノード側の排出ガスはそれぞれ、カソードセパレータ５０およびアノードセパレータ６０の反応ガス出口から外部へ排出される。以上のように、燃料電池１０は動作する。   The cathode gas flows into the cathode space 51 through the reaction gas inlet of the cathode separator 50. The cathode gas that has flowed into the cathode space 51 passes through the cathode current collector 30 and diffuses into the cathode catalyst layer 22. In the cathode catalyst layer 22, water is generated from oxygen in the cathode gas, protons conducted through the electrolyte membrane 21, and electrons from the load 70. The generated water (generated water) mainly flows into the cathode space 51 through the cathode catalyst layer 22 and then is discharged from the reaction gas outlet of the cathode separator 50 to the outside. Further, the exhaust gas on the cathode side and the anode side is discharged to the outside from the reaction gas outlet of the cathode separator 50 and the anode separator 60, respectively. As described above, the fuel cell 10 operates.

本実施例によれば、集電体が触媒層に固着していることから、燃料電池１０に余分な締結荷重を加えなくても良好な集電効率が得られる。また、セパレータと集電体とによって反応ガス流動用の空間が形成されることから、ガス拡散層およびガス流路部材を設けなくてもよい。それにより、部品点数を抑制することができる。その結果、燃料電池１０の薄型化および軽量化を図ることができる。また、反応ガスの触媒層までのガス拡散抵抗が小さくなり、触媒層からの生成水排出抵抗が小さくなる。それにより、発電性能が向上する。また、生成水排出抵抗が小さくなると、生成水の排出が促進される。それにより、カソード空間部５１における腐食雰囲気形成が抑制される。その結果、燃料電池１０の耐久性が向上する。   According to this embodiment, since the current collector is fixed to the catalyst layer, good current collection efficiency can be obtained without applying an extra fastening load to the fuel cell 10. Further, since the space for the reaction gas flow is formed by the separator and the current collector, the gas diffusion layer and the gas flow path member need not be provided. Thereby, the number of parts can be suppressed. As a result, the fuel cell 10 can be reduced in thickness and weight. Further, the gas diffusion resistance of the reaction gas to the catalyst layer is reduced, and the generated water discharge resistance from the catalyst layer is reduced. Thereby, the power generation performance is improved. Further, when the generated water discharge resistance is reduced, discharge of the generated water is promoted. Thereby, formation of the corrosive atmosphere in the cathode space 51 is suppressed. As a result, the durability of the fuel cell 10 is improved.

集電体の少なくとも一部は触媒層の外部に配置されることから、集電体の腐食が抑制される。また、触媒層の内部に集電体の全部を埋設する必要がないことから、触媒層を薄くすることができる。それにより、白金等のように高価な触媒材料の使用量を低減させることができる。その結果、燃料電池１０の製造コストを低減できる。   Since at least a part of the current collector is disposed outside the catalyst layer, corrosion of the current collector is suppressed. Further, since it is not necessary to embed the entire current collector in the catalyst layer, the catalyst layer can be made thin. Thereby, the usage-amount of expensive catalyst materials like platinum etc. can be reduced. As a result, the manufacturing cost of the fuel cell 10 can be reduced.

また、カソードセパレータ５０およびアノードセパレータ６０に導電性が要求されないことから、カソードセパレータ５０およびアノードセパレータ６０として、金属に比較して軽量および低コストな材料を用いてもよい。例えば樹脂を用いることによって、カソードセパレータ５０およびアノードセパレータ６０を軽量化および低コスト化することが可能であるとともに、カソードセパレータ５０およびアノードセパレータ６０に耐食性を持たせることができる。   Further, since conductivity is not required for the cathode separator 50 and the anode separator 60, a material that is lighter and lower in cost than the metal may be used as the cathode separator 50 and the anode separator 60. For example, by using a resin, the cathode separator 50 and the anode separator 60 can be reduced in weight and cost, and the cathode separator 50 and the anode separator 60 can have corrosion resistance.

本実施例において、縦糸部材３１は、第１線材に相当し、横糸部材３２は、第２線材に相当する。   In this embodiment, the warp member 31 corresponds to a first wire, and the weft member 32 corresponds to a second wire.

続いて、本発明の実施例２に係る燃料電池１０ａ（図示せず）について説明する。燃料電池１０ａは、カソード集電体３０の代わりにカソード集電体３０ａを備える点において燃料電池１０と異なる。その他の構成は燃料電池１０と同様のため、説明を省略する。   Next, a fuel cell 10a (not shown) according to Example 2 of the present invention will be described. The fuel cell 10 a is different from the fuel cell 10 in that the cathode current collector 30 a is provided instead of the cathode current collector 30. Since other configurations are the same as those of the fuel cell 10, description thereof is omitted.

図３は、カソード集電体３０ａの上面図である。なお、図３において生成水８０も図示されている。カソード集電体３０ａは、縦糸部材３１の代わりに縦糸部材３１ａを備える点において、図２（ｂ）に示すカソード集電体３０と異なる。縦糸部材３１ａは、少なくとも表面の接触角が９０度以上の材料からなる。その他の構成は、図２（ｂ）に示すカソード集電体３０と同様である。したがって、カソード集電体３０ａは、導電性の横糸部材３２と撥水性の縦糸部材３１ａとから構成される。導電性の横糸部材３２の表面の接触角は、９０度未満であってもよい。   FIG. 3 is a top view of the cathode current collector 30a. In addition, the produced water 80 is also illustrated in FIG. The cathode current collector 30a is different from the cathode current collector 30 shown in FIG. 2B in that the cathode current collector 30a includes a warp member 31a instead of the warp member 31. The warp member 31a is made of a material having a contact angle of at least 90 degrees on the surface. Other configurations are the same as those of the cathode current collector 30 shown in FIG. Therefore, the cathode current collector 30a includes the conductive weft member 32 and the water-repellent warp member 31a. The contact angle of the surface of the conductive weft member 32 may be less than 90 degrees.

縦糸部材３１ａとしては、表面の接触角が９０度以上のものであれば特に限定されない。縦糸部材３１ａとして、例えばＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙ Ｔｅｔｒａ Ｆｌｕｏｒｏ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）樹脂、ＦＥＰ（Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）樹脂、ＰＦＡ（Ｔｅｔｒａ Ｆｌｕｏｒｏ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ Ａｌｋｙｌｖｉｎｙｌ Ｅｔｈｅｒ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）樹脂等のフッ素系樹脂の線状部材が用いられる。あるいは、線状部材の表面をこれらフッ素系樹脂でコーティングしたものを縦糸部材３１ａに用いてもよい。   The warp member 31a is not particularly limited as long as the contact angle of the surface is 90 degrees or more. As the warp member 31a, for example, PTFE (Poly Tetra Fluoro Ethylene) resin, FEP (Fluorinated Ethylene Proline Polymer) resin, PFA (Tetra Fluoro Ethylene-perfluoro Elastomer-Perfluoro Alky resin), etc. Or you may use for the warp member 31a what coated the surface of the linear member with these fluororesins.

なお、カソード集電体３０ａの一部は、横糸部材３２の延長方向にセパレータよりも外部に露出している。カソード集電体３０ａにおいては、上記露出部分が出力端子として機能する。また、導電性の横糸部材３２の延長方向に出力端子が配置されることから、カソード集電体３０ａの集電効率が向上する。   A part of the cathode current collector 30 a is exposed to the outside of the separator in the extending direction of the weft member 32. In the cathode current collector 30a, the exposed portion functions as an output terminal. Further, since the output terminal is disposed in the extending direction of the conductive weft member 32, the current collection efficiency of the cathode current collector 30a is improved.

本実施例に係るカソード集電体３０ａによれば、縦糸部材３１ａの表面の接触角が９０度以上であることから、縦糸部材３１ａの撥水機能によって水膜の発生が抑制される。その結果、燃料電池１０ａの発電の継続性が向上する。   According to the cathode current collector 30a according to the present embodiment, since the contact angle of the surface of the warp member 31a is 90 degrees or more, the generation of a water film is suppressed by the water repellent function of the warp member 31a. As a result, the continuity of power generation by the fuel cell 10a is improved.

なお、燃料電池１０ａにおいて、アノード集電体４０は、図３と同様の構成を有していてもよい。   In the fuel cell 10a, the anode current collector 40 may have the same configuration as in FIG.

本実施例において、縦糸部材３１ａは、第１線材に相当し、横糸部材３２は、第２線材に相当する。   In this embodiment, the warp member 31a corresponds to the first wire, and the weft member 32 corresponds to the second wire.

図１は、実施例１に係る燃料電池１０の模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fuel cell 10 according to a first embodiment. 図２（ａ）は、実施例１に係るカソード集電体３０の断面の拡大図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の上面図である。FIG. 2A is an enlarged view of a cross section of the cathode current collector 30 according to the first embodiment. FIG. 2B is a top view of FIG. 図３は、実施例２に係るカソード集電体３０ａの上面図である。FIG. 3 is a top view of the cathode current collector 30a according to the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 燃料電池
２０ 膜−電極接合体
２１ 電解質膜
２２ カソード触媒層
２３ アノード触媒層
３０ カソード集電体
３１ 縦糸部材
３２ 横糸部材
４０ アノード集電体
５０ カソードセパレータ
５１ カソード空間部
６０ アノードセパレータ
６１ アノード空間部
７０ 負荷
８０ 生成水 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 20 Membrane-electrode assembly 21 Electrolyte membrane 22 Cathode catalyst layer 23 Anode catalyst layer 30 Cathode current collector 31 Weft member 32 Weft member 40 Anode current collector 50 Cathode separator 51 Cathode space portion 60 Anode separator 61 Anode space portion 70 Load 80 Generated water

Claims (8)

膜−電極接合体と、
前記膜−電極接合体の電極面に固着し、導電性および反応ガス透過性を有する集電体と、
前記集電体の前記膜−電極接合体と反対側に配置され、前記集電体との間に反応ガス流動用の空間を画定するセパレータと、を備えることを特徴とする燃料電池。 A membrane-electrode assembly;
A current collector fixed to the electrode surface of the membrane-electrode assembly, having electrical conductivity and reaction gas permeability;
A fuel cell comprising: a separator disposed on a side of the current collector opposite to the membrane-electrode assembly and defining a space for reaction gas flow between the current collector and the current collector. 前記集電体の一部は、前記電極に埋没していることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein a part of the current collector is buried in the electrode. 前記集電体の一部は、前記セパレータよりも外部に露出していることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein a part of the current collector is exposed to the outside of the separator. 前記セパレータは、絶縁性材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the separator is made of an insulating material. 前記セパレータは、樹脂からなることを特徴とする請求項４記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 4, wherein the separator is made of a resin. 前記集電体は、表面の接触角が９０度以上である第１線材と、少なくとも表面に導電性を有する第２線材と、を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池。   The current collector includes a first wire having a surface contact angle of 90 degrees or more, and a second wire having conductivity on at least the surface. Fuel cell. 前記集電体は、前記第１線材と前記第２線材とが網状に編まれた構成を有することを特徴とする請求項６記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 6, wherein the current collector has a configuration in which the first wire and the second wire are knitted in a net shape. 前記集電体は、前記第１線材を縦糸として前記第２線材を横糸とする網状の構造を有し、
前記集電体の一部は、前記横糸の延長方向に前記セパレータよりも外部に露出していることを特徴とする請求項７記載の燃料電池。 The current collector has a net-like structure in which the first wire is a warp and the second wire is a weft;
The fuel cell according to claim 7, wherein a part of the current collector is exposed to the outside of the separator in an extending direction of the weft yarn.
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