JP2010153125A

JP2010153125A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2010153125A
Application number: JP2008328072A
Authority: JP
Inventors: Toru Yajima; 亨矢嶋; Asako Sato; 麻子佐藤; Yuichi Yoshida; 勇一吉田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2010-07-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of maintaining high output by suppressing the amount of water and methanol discharged from a membrane-electrode assembly to properly maintain the amount of water contained in the membrane-electrode assembly. <P>SOLUTION: The fuel cell has a membrane-electrode assembly 10 composed of: a catalyst layer 11; an anode diffusion layer 12; a cathode catalyst layer 13, a cathode diffusion layer 14; and an electrolyte membrane 15 held between the anode catalyst layer 11, the anode diffusion layer 12 and the cathode catalyst layer 13, cathode diffusion layer 14. The electrolyte membrane 15 includes a vent hole 19 to discharge a gas produced in the anode catalyst layer 11 and the anode diffusion layer 12. The fuel cell includes a first heat sink 20 brought into contact with the electrolyte membrane 15 and the outside to dissipate heat in the vicinity of the vent hole 19. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に液体燃料を用いる燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell using liquid fuel.

近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電しないで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気とを供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。 In recent years, attempts have been made to use a fuel cell as a power source for portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones so that they can be used without being charged for a long time. A fuel cell is characterized in that it can generate electric power simply by supplying fuel and air, and can continuously generate electric power for a long time if fuel is replenished. For this reason, if the fuel cell can be reduced in size, it can be said that the system is extremely advantageous as a power source for portable electronic devices.

直接メタノール型燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell：ＤＭＦＣ）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として期待されている。 The direct methanol fuel cell (DMFC) is expected to be a power source for portable electronic devices because it can be miniaturized and the fuel can be easily handled.

ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。 As the liquid fuel supply method in the DMFC, there are known an active method such as a gas supply type and a liquid supply type, and a passive method such as an internal vaporization type in which the liquid fuel in the fuel container is vaporized inside the cell and supplied to the fuel electrode. It has been.

アノード（燃料極）に燃料を供給する手段としては、さまざまな方法が採用可能である。例えば、メタノール水溶液等の液体燃料を、アノード導電層の下に直接流通させる方式や、燃料電池の外部で、メタノール等を蒸発させて気体燃料を生じ、その気体燃料をアノード導電層の下に流通させる外部気化型、燃料収容部に純メタノールやメタノール水溶液等の液体燃料を収容し、液体燃料を電池内部で気化させてアノードに供給する内部気化型等が考えられる。 Various methods can be adopted as means for supplying fuel to the anode (fuel electrode). For example, a liquid fuel such as an aqueous methanol solution can be directly circulated under the anode conductive layer, or a gas fuel can be generated by evaporating methanol etc. outside the fuel cell, and the gaseous fuel can be circulated under the anode conductive layer. An external vaporization type to be used, an internal vaporization type in which liquid fuel such as pure methanol or an aqueous methanol solution is accommodated in the fuel accommodating portion, and the liquid fuel is vaporized inside the cell and supplied to the anode, etc. are conceivable.

また、カソード（空気極）に酸化剤である空気を供給する手段としては、空気をファンやブロワにより強制的に供給するアクティブ型や、大気からの自然拡散のみにより供給する自発呼吸（パッシブ）型などが考えられる。 In addition, as means for supplying air, which is an oxidant, to the cathode (air electrode), an active type that forcibly supplies air by a fan or blower, or a spontaneous breathing (passive) type that supplies only by natural diffusion from the atmosphere. And so on.

これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。パッシブ型ＤＭＦＣにおいては、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。膜電極接合体は、燃料極側に配置されるアノード導電層と、空気極側に配置されるカソード導電層とに挟持されている。 Among these, a passive system such as an internal vaporization type is particularly advantageous for downsizing of the DMFC. In the passive DMFC, for example, a structure is proposed in which a membrane electrode assembly (fuel cell) having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode is disposed on a fuel containing portion made of a resin box-like container ( For example, see Patent Document 1). The membrane electrode assembly is sandwiched between an anode conductive layer disposed on the fuel electrode side and a cathode conductive layer disposed on the air electrode side.

燃料収容部から流路を介して燃料供給部に供給された液体燃料は、液体燃料のまま、もしくは液体燃料と液体燃料が気化した気化燃料が混在する状態で、燃料分配層およびアノード導電層を介して燃料電池セルのアノードガス拡散層に供給される。アノードガス拡散層に供給された燃料は、アノードガス拡散層で拡散してアノード触媒層に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層で次の式（１）に示すメタノールの内部改質反応が生じる。 The liquid fuel supplied to the fuel supply unit from the fuel storage unit via the flow path remains as the liquid fuel or the fuel distribution layer and the anode conductive layer are formed in a state where the liquid fuel and the vaporized fuel in which the liquid fuel is vaporized are mixed. To the anode gas diffusion layer of the fuel cell. The fuel supplied to the anode gas diffusion layer is diffused in the anode gas diffusion layer and supplied to the anode catalyst layer. When methanol fuel is used as the liquid fuel, an internal reforming reaction of methanol represented by the following formula (1) occurs in the anode catalyst layer.

ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋６Ｈ⁺＋６ｅ⁻ …式（１）
なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、メタノールは、カソード触媒層で生成した水や電解質膜中の水と上記した式（１）の内部改質反応によって改質されるか、または水を必要としない他の反応機構により改質される。 CH ₃ OH + H ₂ O → CO ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ Formula (1)
When pure methanol is used as the methanol fuel, the methanol is reformed by the internal reforming reaction of the above formula (1) with water generated in the cathode catalyst layer or water in the electrolyte membrane, or It is modified by other reaction mechanisms that do not require water.

この反応で生成した電子（ｅ⁻）は、導電層を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソードに導かれる。また、式（１）の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ⁺）は、電解質膜を経てカソードに導かれる。カソードには、保湿層を介して、酸化剤ガスとして空気が供給される。カソードに到達した電子（ｅ⁻）とプロトン（Ｈ⁺）は、カソード触媒層で空気中の酸素と次の式（２）に示す反応を生じ、この発電反応に伴って水が生成する。 Electrons (e ⁻ ) generated by this reaction are guided to the outside via the conductive layer, and are operated to the cathode after operating a portable electronic device or the like as so-called electricity. In addition, protons (H ⁺ ) generated by the internal reforming reaction of the formula (1) are guided to the cathode through the electrolyte membrane. Air is supplied to the cathode as an oxidant gas through the moisture retention layer. The electrons (e ⁻ ) and protons (H ⁺ ) that have reached the cathode cause a reaction shown in the following formula (2) with oxygen in the air in the cathode catalyst layer, and water is generated along with this power generation reaction.

（３／２）Ｏ_２＋６ｅ⁻＋６Ｈ⁺ → ３Ｈ_２Ｏ …式（２）
上記した内部改質反応が円滑に行なわれ、高出力で安定した出力を燃料電池において得るためには、式（２）によってカソード触媒層で生成した水（Ｈ_２Ｏ）のうち少なくとも一部が、電解質膜を透過してアノード触媒層に拡散し、式（１）の反応によって消費されるというサイクルが、円滑に行なわれる必要がある。 (3/2) O ₂ + 6e ⁻ + 6H ⁺ → 3H ₂ O Formula (2)
In order for the internal reforming reaction described above to be performed smoothly and to obtain a high output and a stable output in the fuel cell, at least a part of the water (H ₂ O) generated in the cathode catalyst layer by Formula (2) is used. The cycle that permeates the electrolyte membrane, diffuses into the anode catalyst layer, and is consumed by the reaction of the formula (1) needs to be performed smoothly.

これを実現するため、カソードの近傍に、カソード触媒層において生成した水を含浸して蒸散を抑止する保湿層を配置し、前記カソード触媒層の水分保持量が前記アノード触媒層の水分保持量よりも多い状態を形成し、浸透圧現象を利用して前記カソード触媒層で生成した水を前記電解質膜を通して前記アノード触媒層に供給している。
国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット In order to achieve this, a moisturizing layer that impregnates water generated in the cathode catalyst layer to suppress transpiration is disposed near the cathode, and the moisture retention amount of the cathode catalyst layer is greater than the moisture retention amount of the anode catalyst layer. The water generated in the cathode catalyst layer using the osmotic pressure phenomenon is supplied to the anode catalyst layer through the electrolyte membrane.
International Publication No. 2005/112172 Pamphlet

上記のような燃料電池では、式（１）の反応で発生したＣＯ_２を外部へ放出する必要があり、そのために、従来はアノード側の容器側面にガス抜き穴を設け、ガス成分を系外に放出することが検討されている。別の構成として、電解質膜にガス抜き穴を設け、アノード側で生じたＣＯ_２をカソード側に逃がすことも検討されている。 In the fuel cell as described above, it is necessary to release the CO ₂ generated by the reaction of the formula (1) to the outside. For this purpose, conventionally, a gas vent hole is provided on the side surface of the anode side container, and the gas component is removed from the system. It is being considered for release. As another configuration, it has been studied to provide a gas vent hole in the electrolyte membrane to allow CO ₂ generated on the anode side to escape to the cathode side.

しかし、このような構成では、ＣＯ_２と共に、アノードに供給された燃料ガスの一部や、カソード触媒層からアノード触媒層へ拡散してきた水（Ｈ_２Ｏ）の一部が、ガス抜き穴を通して排出され、式（１）の反応が充分に行なわれなくなり、出力が低下するという問題があった。この問題は特に、膜電極接合体の温度が高く、アノード側に存在するメタノールや水の飽和蒸気圧が高くなるほど、メタノールや水が蒸気としてガス抜き穴から排出されやすくなるために顕著である。 However, in such a configuration, together with CO ₂ , part of the fuel gas supplied to the anode and part of water (H ₂ O) diffused from the cathode catalyst layer to the anode catalyst layer pass through the gas vent hole. As a result, the reaction of the formula (1) is not sufficiently performed and the output is lowered. This problem is particularly prominent because the higher the temperature of the membrane electrode assembly and the higher the saturated vapor pressure of methanol or water present on the anode side, the easier the methanol or water is discharged as vapor from the vent hole.

更に、アノード側から排出される水の量が多くなり、膜電極接合体が含有する水の量が減少すると、電解質膜におけるプロトン（Ｈ^＋）の伝導度が低下し、更に燃料電池の出力が低下するという問題も生じる。 Furthermore, when the amount of water discharged from the anode side increases and the amount of water contained in the membrane electrode assembly decreases, the proton (H ⁺ ) conductivity in the electrolyte membrane decreases, and the output of the fuel cell further increases. There also arises a problem of lowering.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、膜電極接合体から排出される水やメタノールの量を抑制し、膜電極接合体が含有する水の量を適切に維持することによって、高い出力を維持できる燃料電池を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: By suppressing the quantity of the water and methanol discharged | emitted from a membrane electrode assembly, and maintaining the quantity of the water which a membrane electrode assembly contains appropriately An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of maintaining a high output.

本発明の態様による燃料電池は、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとに挟持された電解質膜とからなる膜電極接合体を有し、前記電解質膜は、前記アノードで発生したガスを外部に放出するためのガス抜き穴を備えた燃料電池であって、前記電解質膜と外部とに接触して、前記ガス抜き穴近傍の熱を外部に放散する第１放熱体を備えた燃料電池。 A fuel cell according to an aspect of the present invention includes a membrane electrode assembly including an anode, a cathode, and an electrolyte membrane sandwiched between the anode and the cathode. A fuel cell having a vent hole for discharging to the outside, wherein the fuel cell includes a first radiator that contacts the electrolyte membrane and the outside and dissipates heat in the vicinity of the vent hole to the outside. .

本発明によれば、膜電極接合体から排出される水やメタノールの量を抑制し、膜電極接合体が含有する水の量を適切に維持することによって、高い出力を維持できる燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, a fuel cell capable of maintaining a high output by suppressing the amount of water and methanol discharged from the membrane electrode assembly and appropriately maintaining the amount of water contained in the membrane electrode assembly is provided. can do.

以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池について図面を参照して説明する。本発明の一実施形態に係る燃料電池は、図１に示すように、アノード（燃料極）と、カソード（空気極）と、アノードとカソードとに挟持された電解質膜１５とからなる膜電極接合体１０とを備える。電解質膜１５は、アノードで発生したガスを外部に放出するためのガス抜き穴１９を備えている。 Hereinafter, a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a membrane electrode joint comprising an anode (fuel electrode), a cathode (air electrode), and an electrolyte membrane 15 sandwiched between the anode and the cathode. A body 10; The electrolyte membrane 15 includes a gas vent hole 19 for releasing the gas generated at the anode to the outside.

アノードは、アノードガス拡散層１２と、アノードガス拡散層１２上に配置されたアノード触媒層１１とを有している。カソードは、カソードガス拡散層１４と、カソードガス拡散層１４上に配置されたカソード触媒層１３とを有している。 The anode includes an anode gas diffusion layer 12 and an anode catalyst layer 11 disposed on the anode gas diffusion layer 12. The cathode has a cathode gas diffusion layer 14 and a cathode catalyst layer 13 disposed on the cathode gas diffusion layer 14.

膜電極接合体１０のアノード側には、アノードに燃料を供給するための燃料供給機構４０が配置されている。膜電極接合体１０のカソード側には、カソードで生成した水を含浸する保湿層２１が配置されている。カソードと保湿層２１との間には、カソードに電流を流すためのカソード導電層１７が介在されている。保湿層２１上には、表面カバー２２が配置され、表面カバー２２によって膜電極接合体１０が固定される。 A fuel supply mechanism 40 for supplying fuel to the anode is disposed on the anode side of the membrane electrode assembly 10. On the cathode side of the membrane electrode assembly 10, a moisturizing layer 21 impregnated with water generated at the cathode is disposed. Between the cathode and the moisturizing layer 21, a cathode conductive layer 17 for passing a current through the cathode is interposed. A surface cover 22 is disposed on the moisturizing layer 21, and the membrane electrode assembly 10 is fixed by the surface cover 22.

ここで、本実施形態に係る燃料電池は、電解質膜１５のガス抜き穴１９近傍の熱を外部に放散する第１放熱体２０を備えている。第１放熱体２０は、電解質膜１５のガス抜き穴１９の辺縁の少なくとも一部と、第１放熱体２０の辺縁の少なくとも一部との最短距離が略１ｍｍ以下となるように配置されている。 Here, the fuel cell according to the present embodiment includes the first heat radiator 20 that dissipates the heat in the vicinity of the gas vent hole 19 of the electrolyte membrane 15 to the outside. The first heat radiator 20 is arranged so that the shortest distance between at least a part of the edge of the gas vent hole 19 of the electrolyte membrane 15 and at least a part of the edge of the first heat radiator 20 is about 1 mm or less. ing.

さらに、本実施形態に係る燃料電池は、カソードの熱を外部に放熱する第２放熱体を備えている。第２放熱体は、例えば、カソード導電層１７であってもよく、表面カバー２２であってもよく、カソード導電層１７および表面カバー２２の両方を備えていてもよい。 Furthermore, the fuel cell according to the present embodiment includes a second radiator that radiates the heat of the cathode to the outside. The second heat radiator may be, for example, the cathode conductive layer 17, the surface cover 22, or both the cathode conductive layer 17 and the surface cover 22.

（第１実施例）
以下、上記実施形態の第１実施例に係る燃料電池について説明する。アノード用触媒粒子（Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１）を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、アノード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをアノードガス拡散層１２としての多孔質カーボンペーパ（４０ｍｍ×３０ｍｍの略矩形状）に塗布することにより、厚さが１００μｍのアノード触媒層１１を得た。 (First embodiment)
The fuel cell according to the first example of the above embodiment will be described below. To the carbon black supporting the anode catalyst particles (Pt: Ru = 1: 1), a perfluorocarbon sulfonic acid solution as a proton conductive resin and water and methoxypropanol as a dispersion medium were added to support the anode catalyst particles. A paste was prepared by dispersing carbon black. The obtained paste was applied to porous carbon paper (an approximately rectangular shape of 40 mm × 30 mm) as the anode gas diffusion layer 12 to obtain an anode catalyst layer 11 having a thickness of 100 μm.

カソード用触媒粒子（Ｐｔ）を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、カソード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをカソードガス拡散層１４としての多孔質カーボンペーパに塗布することにより、厚さが１００μｍのカソード触媒層１３を得た。なお、アノードガス拡散層１２と、カソードガス拡散層１４とは、同形同大であり、これらのガス拡散層に塗布されたアノード触媒層１１およびカソード触媒層１３も同形同大である。 To the carbon black supporting the catalyst particles for cathode (Pt), a perfluorocarbon sulfonic acid solution as a proton conductive resin and water and methoxypropanol as a dispersion medium are added to disperse the carbon black supporting the catalyst particles for cathode. A paste was prepared. The obtained paste was applied to porous carbon paper as the cathode gas diffusion layer 14 to obtain a cathode catalyst layer 13 having a thickness of 100 μm. The anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 14 have the same shape and size, and the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 13 applied to these gas diffusion layers have the same shape and size.

上記したように作製したアノード触媒層１１とカソード触媒層１３との間に、電解質膜１５として厚さが３０μｍで、含水率が１０〜２０重量％のパーフルオロカーボンスルホン酸膜（商品名：nafion膜、デュポン社製）を配置し、上記したアノード触媒層１１とカソード触媒層１３とを相互に対向するように位置を合わせた状態でホットプレスを施すことにより、膜電極接合体１０を得た。 A perfluorocarbon sulfonic acid membrane (trade name: nafion membrane) having a thickness of 30 μm and a water content of 10 to 20% by weight as the electrolyte membrane 15 between the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 13 produced as described above. The membrane electrode assembly 10 was obtained by applying hot pressing in a state where the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 13 were positioned so as to face each other.

続いて、この膜電極接合体１０を、複数の開孔を有する金箔（厚さ０．０２ｍｍ、２０℃における熱伝導率２９５Ｗ/ｍＫ）で挟み、アノード導電層１６およびカソード導電層１７を形成した。このカソード導電層１７は、カソードガス拡散層１４を通してカソード触媒層１３に電流を流すため、図２に示すＹ方向に導出された導出部１７Ａを備えており、この導出部１７Ａがあることによって、電流を流すと同時に、カソード触媒層１３で発生した熱を外部に放散するための第２放熱体の役割も兼ねている。 Subsequently, the membrane electrode assembly 10 was sandwiched between gold foils having a plurality of apertures (thickness 0.02 mm, thermal conductivity 295 W / mK at 20 ° C.) to form the anode conductive layer 16 and the cathode conductive layer 17. . The cathode conductive layer 17 includes a lead-out portion 17A led out in the Y direction shown in FIG. 2 in order to cause a current to flow through the cathode gas diffusion layer 14 to the cathode catalyst layer 13, and the presence of the lead-out portion 17A At the same time as flowing the current, it also serves as a second radiator for dissipating the heat generated in the cathode catalyst layer 13 to the outside.

このアノード導電層１６およびカソード導電層１７は、前記金箔以外に、例えば、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、薄膜あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などをそれぞれ使用することができる
電解質膜１５とアノード導電層１６との間、電解質膜１５とカソード導電層１７との間には、それぞれゴム製で幅が略２ｍｍ、外形が４４ｍｍ×３４ｍｍの略矩形状であるＯリング１８を挟持してシールを施した。その上で、電解質膜１５のうち、Ｏリング１８の短辺中央に接する位置２ヶ所に、直径略０．５ｍｍのガス抜き穴１９をそれぞれ設けた。 In addition to the gold foil, the anode conductive layer 16 and the cathode conductive layer 17 are made of, for example, a porous layer (for example, a mesh) or a foil body made of a metal material such as gold or nickel, a thin film, or a conductive material such as stainless steel (SUS). A composite material in which a metal material is coated with a good conductive metal such as gold can be used, respectively. Between the electrolyte membrane 15 and the anode conductive layer 16 and between the electrolyte membrane 15 and the cathode conductive layer 17, respectively. Sealing was performed by sandwiching an O-ring 18 made of rubber and having a substantially rectangular shape with a width of approximately 2 mm and an outer shape of 44 mm × 34 mm. Then, in the electrolyte membrane 15, gas vent holes 19 having a diameter of about 0.5 mm were provided at two positions in contact with the center of the short side of the O-ring 18.

電解質膜１５の、ガス抜き穴１９を設けた近傍には、厚さ略０．０２ｍｍ、外形が５ｍｍ×１０ｍｍの略矩形状で、ガス抜き穴１９に合わせた位置に直径０．５ｍｍの穴を設けた金箔を接触させ、第１放熱体２０とした。この第１放熱体２０は、図１に示すように電解質膜１５のカソード側に設けても良いし、アノード側に設けても良い。 In the vicinity of the vent hole 19 of the electrolyte membrane 15, a hole having a thickness of approximately 0.02 mm and an outer shape of approximately 5 mm × 10 mm is formed in a substantially rectangular shape, and a hole having a diameter of 0.5 mm is formed at a position corresponding to the gas vent hole 19. The provided gold foil was brought into contact with the first heat radiator 20. The first heat radiator 20 may be provided on the cathode side of the electrolyte membrane 15 as shown in FIG. 1, or may be provided on the anode side.

ここでガス抜き穴１９の近傍とは、ガス抜き穴の辺縁の少なくとも一部との距離が略１ｍｍ以下の領域である。したがって、第１放熱体２０は、その辺縁の少なくとも一部が、ガス抜き穴の辺縁の少なくとも一部との距離が略１ｍｍ以下の領域に配置されればよい。本実施例においては、ガス抜き穴１９の位置および大きさと、第１放熱体２０に設けた穴の位置および大きさとは一致しているので、ガス抜き穴１９の辺縁の少なくとも一部と、第１放熱体２０の辺縁の少なくとも一部との最も短い距離は０（ゼロ）である。 Here, the vicinity of the gas vent hole 19 is an area where the distance to at least a part of the edge of the gas vent hole is approximately 1 mm or less. Therefore, the first heat radiator 20 may be arranged such that at least a part of the edge of the first heat dissipating body 20 is located in a region having a distance of approximately 1 mm or less from at least a part of the edge of the gas vent hole. In the present embodiment, since the position and size of the gas vent hole 19 and the position and size of the hole provided in the first radiator 20 are the same, at least a part of the edge of the gas vent hole 19; The shortest distance from at least a part of the edge of the first radiator 20 is 0 (zero).

第１放熱体２０としては、液体燃料や水、酸素等によって溶解や腐食、酸化等を生じることがなく、かつ熱伝導率の高い物質で構成されることが望ましい。具体的には、ステンレス、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン等の金属またはこれら金属の合金が使用可能である。また、グラファイト（黒鉛）等の炭素質材料も使用することができる。 The first heat dissipating body 20 is preferably made of a material that does not dissolve, corrode, oxidize, or the like due to liquid fuel, water, oxygen, or the like and has high thermal conductivity. Specifically, metals such as stainless steel, copper, aluminum, tungsten, molybdenum, or alloys of these metals can be used. A carbonaceous material such as graphite can also be used.

但し、熱伝導材として金属材料を用いた場合、カソードで生成した水や、大気中に含まれる酸素や水蒸気等によって酸化、腐食を生じる可能性がある。それを防ぐために、ステンレス）等の腐食しにくい材料を用いるか、または、第１放熱体２０のうち少なくともＯリング１８よりも内側に位置する部分の表面に、金などの酸化しにくい金属をメッキしたり、炭素質の材料でコーティングを施したりすることが行なわれる。 However, when a metal material is used as the heat conducting material, there is a possibility that oxidation or corrosion may occur due to water generated at the cathode, oxygen or water vapor contained in the atmosphere. In order to prevent this, a material that does not easily corrode such as stainless steel) is used, or a metal that does not easily oxidize such as gold is plated on the surface of the first radiator 20 at least inside the O-ring 18. Or coating with a carbonaceous material.

熱伝導率が高く、かつ肉厚が薄くても強度が高いという点からは、金属が最も望ましい。特に、銅（２０℃における熱伝導率３７０Ｗ／ｍＫ）、金（２０℃における熱伝導率２９５Ｗ／ｍＫ）、アルミニウム（２０℃における熱伝導率２０４Ｗ／ｍＫ）、タングステン（２０℃における熱伝導率１９８Ｗ／ｍＫ）は熱伝導率が高いために好ましい。 A metal is most desirable from the viewpoint of high thermal conductivity and high strength even when the wall thickness is small. In particular, copper (thermal conductivity at 20 ° C. 370 W / mK), gold (thermal conductivity at 20 ° C. 295 W / mK), aluminum (thermal conductivity at 20 ° C. 204 W / mK), tungsten (thermal conductivity at 20 ° C. 198 W) / MK) is preferable because of its high thermal conductivity.

また、第１放熱体２０としては、上記した金属や金属の合金のほかに、アルミナセラミックス、窒化アルミニウム、窒化珪素、陶磁器、ガラス等のセラミック類が使用可能である。また、樹脂に炭素や金属等の粉末を混合した熱伝導性樹脂も使用可能である。また、第１放熱体２０のうち少なくともＯリング１８よりも内側に位置する部分の表面に、樹脂もしくはゴムでコーティングを施したり、液体燃料の蒸気に溶解しない塗料で塗装したりする等のことも行なわれる。 In addition to the metal and metal alloy described above, ceramics such as alumina ceramics, aluminum nitride, silicon nitride, ceramics, and glass can be used as the first radiator 20. A heat conductive resin in which a powder of carbon, metal, or the like is mixed with a resin can also be used. Also, the surface of at least a portion of the first radiator 20 located inside the O-ring 18 may be coated with a resin or rubber, or may be painted with a paint that does not dissolve in the liquid fuel vapor. Done.

上記のようにコーティングを施すための樹脂もしくはゴムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、シリコーン樹脂等の樹脂、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム等のゴムが使用可能である。これら樹脂やゴムは金属に比べて熱伝導率が低いため、コーティングを施す場合には、コーティングする樹脂もしくはゴムはできるだけ薄くするのが望ましい。 The resin or rubber for coating as described above is polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyethylene terephthalate, nylon, polyether ether ketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether. Resins such as copolymer (PFA), polyvinyl chloride, polyimide, and silicone resin, and rubbers such as ethylene / propylene rubber (EPDM) and fluororubber can be used. Since these resins and rubbers have lower thermal conductivity than metals, it is desirable to make the resin or rubber to be coated as thin as possible.

カソード導電層１７の上には、任意に保湿層２１と、この保湿層２１に積層された、複数の空気導入口２３を有する表面カバー２２とを有する。保湿層２１は次のように作成した。まず、厚さが略１．０ｍｍで、気孔率略２６％、透気度が略２．０秒／１００ｃｍ^３（ＪＩＳＰ−８１１７に規定の測定方法による）で、透湿度が２０００ｇ／（ｍ^２・２４ｈ）（ＪＩＳＬ−１０９９Ａ−１に規定の測定方法による）のポリエチレン製多孔質フィルムを、長さ略４４ｍｍ、幅略３４ｍｍの略矩形状に切り、保湿層２１を作成した。 On the cathode conductive layer 17, there is optionally provided a moisture retention layer 21 and a surface cover 22 having a plurality of air inlets 23 laminated on the moisture retention layer 21. The moisturizing layer 21 was prepared as follows. First, a substantially 1.0mm thickness, porosity approximately 26%, in air permeability substantially 2.0 sec ^/ 100 cm 3 (according to the measuring method specified in JIS P-8117), moisture permeability of 2000 g / (m ² · 24h) A polyethylene porous film (according to the measurement method defined in JIS L-1099 A-1) was cut into a substantially rectangular shape having a length of about 44 mm and a width of about 34 mm to prepare a moisture retaining layer 21.

この保湿層２１の上に表面カバー２２を配置した。表面カバー２２は、外形が４４ｍｍ×３４ｍｍの略矩形状で厚さが略１ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４。２０℃における熱伝導率１５Ｗ／ｍＫ）に、直径が略３ｍｍの円形の空気導入口２３を均等に４８個形成し、作成した。 A surface cover 22 was disposed on the moisturizing layer 21. The front cover 22 is formed of a stainless steel plate (SUS304, thermal conductivity 15 W / mK at 20 ° C.) having a substantially rectangular shape with an outer shape of 44 mm × 34 mm and a thickness of approximately 1 mm, and a circular air inlet 23 having a diameter of approximately 3 mm. 48 pieces were formed evenly.

なお、保湿層２１、表面カバー２２のいずれにも、ガス抜き穴１９に相当する位置に、直径１ｍｍの穴を設け、ガス抜き穴１９から排出されるガスを阻害しないようにした。 It should be noted that a hole having a diameter of 1 mm was provided at a position corresponding to the gas vent hole 19 in both the moisturizing layer 21 and the surface cover 22 so that the gas discharged from the gas vent hole 19 was not obstructed.

一方、燃料分配層３０に液体燃料Ｆを供給する燃料供給機構４０は、図１に示すように、燃料収容部４１と、燃料供給部４２と、流路４３とを主に備える。 On the other hand, the fuel supply mechanism 40 that supplies the liquid fuel F to the fuel distribution layer 30 mainly includes a fuel storage portion 41, a fuel supply portion 42, and a flow path 43 as shown in FIG. 1.

燃料収容部４１には、燃料電池セルに対応した液体燃料Ｆが収容されている。液体燃料Ｆとしては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料Ｆは、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。 The fuel storage unit 41 stores liquid fuel F corresponding to the fuel battery cell. Examples of the liquid fuel F include methanol fuels such as methanol aqueous solutions having various concentrations and pure methanol. The liquid fuel F is not necessarily limited to methanol fuel.

液体燃料Ｆは、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部４１には、燃料電池セルに応じた液体燃料が収容される。 The liquid fuel F may be, for example, an ethanol fuel such as an ethanol aqueous solution or pure ethanol, a propanol fuel such as a propanol aqueous solution or pure propanol, a glycol fuel such as a glycol aqueous solution or pure glycol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. In any case, the fuel storage unit 41 stores liquid fuel corresponding to the fuel cell.

燃料供給部４２は、配管等で構成される液体燃料Ｆの流路４３を介して燃料収容部４１と接続されている。燃料供給部４２には、燃料収容部４１から流路４３を介して液体燃料Ｆが導入され、導入された液体燃料Ｆおよび／またはこの液体燃料Ｆが気化した気化成分は、燃料分配層３０およびアノード導電層１６を介して膜電極接合体１０に供給される。流路４３は、燃料供給部４２や燃料収容部４１と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料供給部４２や燃料収容部４１を積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料Ｆの流路であってもよい。すなわち、燃料供給部４２は、流路４３等を介して燃料収容部４１と連通されていればよい。 The fuel supply unit 42 is connected to the fuel storage unit 41 via a flow path 43 of the liquid fuel F configured by piping or the like. Liquid fuel F is introduced into the fuel supply unit 42 from the fuel storage unit 41 via the flow path 43, and the introduced liquid fuel F and / or the vaporized component of the liquid fuel F vaporized are the fuel distribution layer 30 and It is supplied to the membrane electrode assembly 10 through the anode conductive layer 16. The flow path 43 is not limited to piping independent of the fuel supply unit 42 and the fuel storage unit 41. For example, when the fuel supply unit 42 and the fuel storage unit 41 are stacked and integrated, a flow path of the liquid fuel F that connects them may be used. In other words, the fuel supply unit 42 only needs to communicate with the fuel storage unit 41 via the flow path 43 and the like.

燃料収容部４１に収容された液体燃料Ｆは、重力を利用して流路４３を介して燃料供給部４２まで落下させて送液することができる。また、流路４３に多孔体等を充填して、毛細管現象により燃料収容部４１に収容された液体燃料Ｆを燃料供給部４２まで送液してもよい。さらに、図１に示すように流路４３の一部にポンプ４４を介在させて、燃料収容部４１に収容された液体燃料Ｆを燃料供給部４２まで強制的に送液してもよい。 The liquid fuel F accommodated in the fuel accommodating part 41 can be dropped and sent to the fuel supply part 42 via the flow path 43 using gravity. Alternatively, the flow path 43 may be filled with a porous body or the like, and the liquid fuel F stored in the fuel storage section 41 may be fed to the fuel supply section 42 by capillary action. Further, as shown in FIG. 1, the liquid fuel F stored in the fuel storage section 41 may be forcibly sent to the fuel supply section 42 by interposing a pump 44 in a part of the flow path 43.

燃料分配層３０は、例えば、複数の開口部３１が形成された平板で構成され、アノードガス拡散層１２と燃料供給部４２との間に挟持される。この燃料分配層３０は、液体燃料Ｆの気化成分や液体燃料Ｆを透過させない材料で構成され、具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリイミド系樹脂等で構成される。 The fuel distribution layer 30 is configured by, for example, a flat plate in which a plurality of openings 31 are formed, and is sandwiched between the anode gas diffusion layer 12 and the fuel supply unit 42. The fuel distribution layer 30 is made of a material that does not allow the vaporized component of the liquid fuel F or the liquid fuel F to permeate. Specifically, for example, a polyethylene terephthalate (PET) resin, a polyethylene naphthalate (PEN) resin, or a polyimide resin. Etc.

また、燃料分配層３０は、例えば、液体燃料Ｆの気化成分と液体燃料Ｆとを分離し、その気化成分を膜電極接合体１０側へ透過させる気液分離膜で構成されてもよい。気液分離膜には、例えば、シリコーンゴム、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）薄膜、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）薄膜、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄膜、フッ素樹脂（たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）など）微多孔膜などが用いられる。 Further, the fuel distribution layer 30 may be constituted by, for example, a gas-liquid separation membrane that separates the vaporized component of the liquid fuel F and the liquid fuel F and permeates the vaporized component to the membrane electrode assembly 10 side. Examples of the gas-liquid separation membrane include silicone rubber, low density polyethylene (LDPE) thin film, polyvinyl chloride (PVC) thin film, polyethylene terephthalate (PET) thin film, fluororesin (for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene). -Perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) etc.) A microporous film etc. are used.

温度が２５℃、相対湿度が５０％の環境の下、上記したように作成した燃料電池に、純度９９.９重量％の純メタノールを供給した。また、定電圧電源を接続して、燃料電池の出力電圧が０．３Ｖで一定になるように、燃料電池に流れる電流を制御した。 Pure methanol having a purity of 99.9% by weight was supplied to the fuel cell prepared as described above in an environment where the temperature was 25 ° C. and the relative humidity was 50%. A constant voltage power supply was connected to control the current flowing through the fuel cell so that the output voltage of the fuel cell was constant at 0.3V.

上記した条件の下、燃料電池の出力密度を計測した。ここで、燃料電池の出力密度（ｍＷ／ｃｍ^２）とは、燃料電池に流れる電流密度（発電部の面積１ｃｍ^２当りの電流値（ｍＡ／ｃｍ^２））に燃料電池の出力電圧を乗じたものである。また、発電部の面積とは、アノード触媒層１１とカソード触媒層１３とが対向している部分の面積である。本実施例では、アノード触媒層１１とカソード触媒層１３との面積が等しく、かつ完全に対向しているので、発電部の面積はこれらの触媒層の面積に等しい。 Under the above conditions, the output density of the fuel cell was measured. Here, the output density (mW / cm ² ) of the fuel cell is obtained by multiplying the current density flowing through the fuel cell (current value per 1 cm ² area of the power generation unit (mA / cm ² )) by the output voltage of the fuel cell. Is. In addition, the area of the power generation unit is an area of a portion where the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 13 are opposed to each other. In this embodiment, since the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 13 have the same area and are completely opposed to each other, the area of the power generation unit is equal to the area of these catalyst layers.

（第２実施例）
以下、第２実施例に係る燃料電池について説明する。なお、以下の説明において、上記の第１実施例に係る燃料電池と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。カソード導電層１７は外部に導出せず、Ｏリング１８で挟持された部分において、電流を流すためのリード線に接続されている。 (Second embodiment)
Hereinafter, the fuel cell according to the second embodiment will be described. In the following description, the same components as those in the fuel cell according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The cathode conductive layer 17 is not led out to the outside, and is connected to a lead wire for flowing current at a portion sandwiched by the O-ring 18.

一方、表面カバー２２は、外形が５４ｍｍ×４４ｍｍの略矩形状で、Ｏリング１８よりも周囲にそれぞれ略５ｍｍずつ外部に突出するように構成した。このため、表面カバー２２が第２放熱体としての役割を兼ねている。上記以外の点は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。 On the other hand, the surface cover 22 has a substantially rectangular shape with an outer shape of 54 mm × 44 mm, and is configured to protrude outward by approximately 5 mm from the O-ring 18 to the periphery. For this reason, the surface cover 22 also serves as a second heat radiator. The points other than the above are the same as those of the fuel cell according to the first embodiment.

この第２実施例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して１００％であった。 In the fuel cell of the second embodiment, the power density value measured under the same conditions as in the first embodiment was 100% with respect to the power density value of the fuel cell of the first embodiment.

（第３実施例）
以下、第３実施例に係る燃料電池について説明する。第１放熱体２０に設けた穴の直径を略２．０ｍｍとし、ガス抜き穴１９と第１放熱体２０に設けた穴の中心が一致するように第１放熱体２０を設けた以外は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。なお、第１放熱体２０に設けた穴の辺縁は、実際には図３に示すように完全な円ではなく、円の一部の円弧となる。このとき、ガス抜き穴の辺縁と、第１放熱体２０の辺縁の間の最も短い距離は、略０．７５ｍｍである。 (Third embodiment)
A fuel cell according to the third embodiment will be described below. The diameter of the hole provided in the first radiator 20 is approximately 2.0 mm, and the first radiator 20 is provided so that the center of the hole provided in the gas vent hole 19 and the first radiator 20 coincides. This is the same as the fuel cell according to the first embodiment. Note that the edge of the hole provided in the first heat radiator 20 is actually not a complete circle as shown in FIG. 3, but a partial arc of the circle. At this time, the shortest distance between the edge of the gas vent hole and the edge of the first radiator 20 is approximately 0.75 mm.

この第３実施例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して９６％であった。 In the fuel cell of the third example, the power density value measured under the same conditions as in the first example was 96% with respect to the power density value of the fuel cell of the first example.

（第１比較例）
以下、第１比較例に係る燃料電池について説明する。第１放熱体２０を設けていない以外は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。この第１比較例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して９０％であった。 (First comparative example)
Hereinafter, the fuel cell according to the first comparative example will be described. Except for not providing the 1st heat radiator 20, it is the same as that of the fuel cell which concerns on 1st Example. In the fuel cell of the first comparative example, the power density value measured under the same conditions as in the first example was 90% with respect to the power density value of the fuel cell of the first example.

（第２比較例）
以下、第２比較例に係る燃料電池について説明する。本比較例に係る燃料電池は、図４に示すように、カソード導電層１７の導出部１７Ａが、第１放熱体２０と接触する位置に設けられている以外は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。 (Second comparative example)
Hereinafter, the fuel cell according to the second comparative example will be described. As shown in FIG. 4, the fuel cell according to this comparative example is the fuel according to the first example except that the lead-out portion 17 </ b> A of the cathode conductive layer 17 is provided at a position in contact with the first radiator 20. It is the same as a battery.

この第２比較例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して８５％であった。 In the fuel cell of the second comparative example, the power density value measured under the same conditions as in the first example was 85% with respect to the power density value of the fuel cell of the first example.

（第３比較例）
以下、第３比較例に係る燃料電池について説明する。本比較例に係る燃料電池は、第２比較例に係る燃料電池において、カソード導電層１７の導出部１７Ａの表面に、第１放熱体２０と電気的に絶縁されるように厚さ略０．１ｍｍのポリイミド(２０℃における熱伝導率０．３Ｗ／ｍＫ)製のフィルムを貼り付けた以外は、第２比較例に係る燃料電池と同様である。 (Third comparative example)
Hereinafter, the fuel cell according to the third comparative example will be described. In the fuel cell according to the second comparative example, the fuel cell according to the second comparative example has a thickness of approximately 0. 0 on the surface of the lead-out portion 17A of the cathode conductive layer 17 so as to be electrically insulated from the first radiator 20. The fuel cell is the same as the fuel cell according to the second comparative example, except that a film made of 1 mm polyimide (thermal conductivity at 20 ° C .: 0.3 W / mK) is attached.

この第３比較例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して８８％であった。 In the fuel cell of the third comparative example, the value of the power density measured under the same conditions as in the first example was 88% with respect to the value of the power density of the fuel cell of the first example.

（第４比較例）
以下、第４比較例に係る燃料電池について説明する。本比較例に係る燃料電池は、図５に示すように、ガス抜き穴１９を電解質膜１５に設けず、燃料分配層３０の一部に幅略０．５ｍｍの溝（図示せず）を設けることによってＣＯ_２を外部に放出する構成とした。また、保湿層２１や表面カバー２２に、ガス抜き穴１９から排出されるガスを阻害しないように設けた直径略１ｍｍの穴も、この比較例に係る燃料電池では設けていない。上記以外は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。 (Fourth comparative example)
Hereinafter, the fuel cell according to the fourth comparative example will be described. In the fuel cell according to this comparative example, as shown in FIG. 5, the gas vent hole 19 is not provided in the electrolyte membrane 15, and a groove (not shown) having a width of approximately 0.5 mm is provided in a part of the fuel distribution layer 30. Thus, CO ₂ was released to the outside. Further, the fuel cell according to this comparative example is not provided with a hole having a diameter of about 1 mm provided in the moisture retaining layer 21 or the front cover 22 so as not to inhibit the gas discharged from the gas vent hole 19. Other than the above, the fuel cell is the same as that of the first embodiment.

この第４比較例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して８６％であった。 In the fuel cell of the fourth comparative example, the power density value measured under the same conditions as in the first example was 86% with respect to the power density value of the fuel cell of the first example.

（第５比較例）
以下、第５比較例に係る燃料電池について説明する。本比較例に係る燃料電池は、第１放熱体２０に設けた穴の直径を略３．０ｍｍとし、ガス抜き穴１９と第１放熱体２０に設けた穴の中心が一致するように第１放熱体２０を設けた以外は、第３実施例と同様である。このとき、ガス抜き穴の辺縁と、第１放熱体２０の辺縁の間の最も短い距離は、略１．２５ｍｍである。 (Fifth comparative example)
Hereinafter, the fuel cell according to the fifth comparative example will be described. In the fuel cell according to this comparative example, the diameter of the hole provided in the first heat radiating body 20 is approximately 3.0 mm, and the center of the hole provided in the gas vent hole 19 and the first heat radiating body 20 coincides. Except that the radiator 20 is provided, it is the same as the third embodiment. At this time, the shortest distance between the edge of the gas vent hole and the edge of the first heat radiator 20 is approximately 1.25 mm.

この第５比較例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して９３％であった。 In the fuel cell of the fifth comparative example, the value of the power density measured under the same conditions as in the first example was 93% with respect to the value of the power density of the fuel cell of the first example.

上記第１乃至第３実施例、および、第１乃至第５比較例に係る燃料電池の評価結果の一例を図６に示す。以上の結果より、電解質膜１５と外部とに接触する第１放熱体２０を設け、かつ、第１放熱体２０が第２放熱体と熱的に接触しないようにした第１乃至第３実施例に係る燃料電池は、いずれも、出力密度が第１比較例乃至５よりも高いことが示される。 An example of the evaluation results of the fuel cells according to the first to third examples and the first to fifth comparative examples is shown in FIG. From the above results, the first to third embodiments are provided in which the first radiator 20 that contacts the electrolyte membrane 15 and the outside is provided, and the first radiator 20 is not in thermal contact with the second radiator. It is shown that the fuel cells according to 1 have a power density higher than those of the first to fifth comparative examples.

さらに、第１実施例および第２実施例に係る燃料電池と、第５比較例に係る燃料電池とは、ガス抜き穴１９の辺縁の少なくとも一部と、第１放熱体２０の辺縁の少なくとも一部との最短距離のみが異なる燃料電池であるが、第１実施例および３実施例に係る燃料電池が、第５比較例に係る燃料電池よりも高い出力密度を得られていることから、ガス抜き穴１９の辺縁の少なくとも一部と、第１放熱体２０の辺縁の少なくとも一部との最短距離が略１ｍｍとすることにより、より高い出力密度が得られることが分かる。 Furthermore, the fuel cells according to the first and second embodiments and the fuel cell according to the fifth comparative example are provided with at least a part of the edge of the gas vent hole 19 and the edge of the first radiator 20. Although it is a fuel cell which differs only in the shortest distance with at least one part, since the fuel cell which concerns on 1st Example and 3 Example has obtained the higher power density than the fuel cell which concerns on a 5th comparative example. It can be seen that when the shortest distance between at least part of the edge of the gas vent hole 19 and at least part of the edge of the first radiator 20 is approximately 1 mm, a higher output density can be obtained.

第２比較例の燃料電池の出力密度が第１比較例よりも更に低下しているのは、第２放熱体（カソード導電層１７）から第１放熱体２０に熱伝導が行われ、第１放熱体２０が寧ろガス抜き穴１９近傍を加熱する作用をして、ガス抜き穴１９近傍におけるメタノール蒸気圧や水蒸気圧を上昇させ、却ってメタノールや水が蒸気として外部に放出される量が増加したためと考えられる。 The power density of the fuel cell of the second comparative example is lower than that of the first comparative example because the heat conduction is performed from the second radiator (cathode conductive layer 17) to the first radiator 20, The heat radiator 20 rather acts to heat the vicinity of the gas vent hole 19 to increase the methanol vapor pressure and water vapor pressure in the vicinity of the gas vent hole 19, and on the contrary, the amount of methanol and water released as vapor increases. it is conceivable that.

第３比較例の燃料電池の出力密度が第２比較例よりも向上したのは、第２放熱体と第１放熱体２０との間の熱伝導が、ポリイミド製のフィルムによって抑制されたためと考えられるが、第１放熱体２０と第２放熱体（カソード導電層１７）とが完全に接触しない位置に設けられた第１実施例に係る燃料電池に比べれば、出力密度は低下しているため、メタノールや水が蒸気として外部に放出されている量は第１実施例に係る燃料電池の場合よりも多くなっていると考えられる。 The reason why the power density of the fuel cell of the third comparative example is improved over that of the second comparative example is that the heat conduction between the second radiator and the first radiator 20 is suppressed by the polyimide film. However, the output density is lower than that of the fuel cell according to the first embodiment provided at a position where the first radiator 20 and the second radiator (cathode conductive layer 17) are not completely in contact with each other. The amount of methanol or water released to the outside as vapor is considered to be larger than in the fuel cell according to the first embodiment.

したがって、第１放熱体２０と第２放熱体とは、第２放熱体から第１放熱体２０へと熱伝導が行なわれないように、熱的に接触しないように配置されることによって、第１放熱体１０および第２放熱体から膜電極接合体１０の熱を放散することが可能となり、燃料電池の出力低下を抑制することが可能となる。 Therefore, the first radiator 20 and the second radiator are arranged so as not to be in thermal contact so that heat conduction from the second radiator to the first radiator 20 is not performed. The heat of the membrane electrode assembly 10 can be dissipated from the first radiator 10 and the second radiator, and the output reduction of the fuel cell can be suppressed.

電解質膜１５にガス抜き穴を設けず、燃料分配層の一部に溝を設けてＣＯ_２を排出するようにした第４比較例に係る燃料電池では、第１放熱体２０は、メタノールや水が蒸気として外部に排出される量を抑制するようには機能せず、出力密度が低下したものと考えられる。 In the fuel cell according to the fourth comparative example in which a gas vent hole is not provided in the electrolyte membrane 15 and a groove is provided in a part of the fuel distribution layer so as to discharge CO ₂ , the first radiator 20 includes methanol or water. It is considered that the power density is not lowered because it does not function to suppress the amount of steam discharged to the outside as steam.

上記のことから、本実施形態に係る燃料電池によれば、膜電極接合体から排出される水やメタノールの量を抑制し、膜電極接合体が含有する水の量を適切に維持することによって、高い出力を維持できる燃料電池を提供することができる。 From the above, according to the fuel cell according to the present embodiment, by suppressing the amount of water and methanol discharged from the membrane electrode assembly and appropriately maintaining the amount of water contained in the membrane electrode assembly. A fuel cell capable of maintaining a high output can be provided.

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

本発明の一実施形態にかかる燃料電池の一構成例について説明するための図。The figure for demonstrating one structural example of the fuel cell concerning one Embodiment of this invention. 図１に示す燃料電池について、第１実施例での電界質膜および第１放熱体の構成例について説明するための図。The figure for demonstrating the structural example of the electrolyte membrane and 1st heat radiator in 1st Example about the fuel cell shown in FIG. 図１に示す燃料電池について、第３実施例での第１放熱体とガス抜き穴との一構成例を説明するための図。The figure for demonstrating one structural example of the 1st thermal radiation body and gas vent hole in 3rd Example about the fuel cell shown in FIG. 第２比較例に係る燃料電池の電解質膜および第１放熱体の構成例について説明するための図。The figure for demonstrating the structural example of the electrolyte membrane of a fuel cell which concerns on a 2nd comparative example, and a 1st heat radiator. 第４比較例に係る燃料電池の一構成例について説明するための図。The figure for demonstrating the structural example of the fuel cell which concerns on a 4th comparative example. 第１乃至第３実施例に係る燃料電池、および第１乃至第５比較例に係る燃料電池の評価結果の一例について説明するための図。The figure for demonstrating an example of the evaluation result of the fuel cell which concerns on a 1st thru | or 3rd Example, and the fuel cell which concerns on a 1st thru | or 5th comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

１０…膜電極接合体、１１…アノード触媒層、１２…アノードガス拡散層、１３…カソード触媒層、１４…カソードガス拡散層、１５…電解質膜、１６…アノード導電層、１７…カソード導電層、１９…ガス抜き穴、２０…放熱体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Membrane electrode assembly, 11 ... Anode catalyst layer, 12 ... Anode gas diffusion layer, 13 ... Cathode catalyst layer, 14 ... Cathode gas diffusion layer, 15 ... Electrolyte membrane, 16 ... Anode conductive layer, 17 ... Cathode conductive layer, 19 ... degassing holes, 20 ... radiator

Claims

アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとに挟持された電解質膜とからなる膜電極接合体を有し、
前記電解質膜は、前記アノードで発生したガスを外部に放出するためのガス抜き穴を備えた燃料電池であって、
前記電解質膜と外部とに接触して、前記ガス抜き穴近傍の熱を外部に放散する第１放熱体を備えた燃料電池。 A membrane electrode assembly comprising an anode, a cathode, and an electrolyte membrane sandwiched between the anode and the cathode;
The electrolyte membrane is a fuel cell provided with a gas vent for releasing the gas generated at the anode to the outside,
A fuel cell comprising a first heat radiator that contacts the electrolyte membrane and the outside to dissipate heat in the vicinity of the gas vent hole to the outside.

前記ガス抜き穴の辺縁の少なくとも一部と前記第１放熱体の辺縁の少なくとも一部との最短距離が１ｍｍ以下である請求項１記載の燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the shortest distance between at least a part of the edge of the gas vent hole and at least a part of the edge of the first radiator is 1 mm or less.

前記カソードの熱を外部に放熱する第２放熱体を備える請求項１または請求項２記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, further comprising a second radiator that radiates heat of the cathode to the outside.

前記第１放熱体と前記第２放熱体とは、熱的に接触しないように配置されている請求項３記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 3, wherein the first heat radiator and the second heat radiator are arranged so as not to be in thermal contact with each other.

前記カソードに電流を流すためのカソード導電層をさらに備え、
前記第２放熱体は前記カソード導電層を含む請求項３または請求項４記載の燃料電池。 A cathode conductive layer for passing a current through the cathode;
The fuel cell according to claim 3, wherein the second heat radiator includes the cathode conductive layer.

前記膜電極接合体を固定するための表面カバーをさらに備え、
前記第２放熱体は前記表面カバーを含む請求項３乃至請求項５のいずれか１項記載の燃料電池。 A surface cover for fixing the membrane electrode assembly;
The fuel cell according to claim 3, wherein the second heat radiator includes the surface cover.