JP2010225453A - Fuel cell stack - Google Patents

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卓也 本郷
Hidekazu Sakagami
英一 坂上
Norihiro Tomimatsu
師浩 富松
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell stack capable of size reduction and restraining degradation in the utilization efficiency of liquid fuel. <P>SOLUTION: In the fuel cell stack including a plurality of unit cells 100 laminated in series, with each unit cell 100 being provided with a membrane electrode complex 8 consisting of an electrolyte membrane 2, an anode electrode 4 fitted on the electrolyte membrane 2, and a cathode electrode 6 fitted under the electrolyte membrane 2, there are provided a separation film 10 having lyophobic properties with its lower face in contact with a top face of the anode electrode 4; an anode flow channel 14 with its lower face in contact with a top face of the separating film 10 for supplying liquid fuel to the separating film 10, an anode plate 12, equipped with an air flow channel 18 exhausting product gas produced by reaction of the liquid fuel at the anode electrode 4, a cathode flow channel 22 with its top face in contact with a lower face of the cathode electrode 6 for supplying an oxidant to the cathode electrode 6; and a cathode plate 20 equipped with a through-hole 24 extended from the cathode flow channel 22 toward its lower face. The through-hole 24 is connected to a gas flow channel of the adjacent unit cell. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、直接型燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a direct fuel cell stack.

アルコール等の液体燃料を直接発電部に供給する直接型燃料電池は、気化器や改質器等の補器が不要なため、携帯機器の小型電源等への利用が期待されている。例えば、直接メタノール供給型燃料電池（ＤＭＦＣ）スタックは、アノード及びカソードを有する単セルを複数個積層した構造を有する。ＤＭＦＣスタック内では、アノード側に液体燃料として希釈したメタノールを供給し、カソード側に空気を供給することにより化学反応を生じさせて発電を行っている。アノード側からは未反応のメタノール及び反応生成ガスである二酸化炭素（ＣＯ2）を、カソード側からは水をそれぞれ排出させる必要がある。 A direct fuel cell that supplies liquid fuel such as alcohol directly to the power generation unit does not require an auxiliary device such as a vaporizer or a reformer, and is expected to be used for a small power source of a portable device. For example, a direct methanol supply fuel cell (DMFC) stack has a structure in which a plurality of single cells each having an anode and a cathode are stacked. In the DMFC stack, methanol diluted as liquid fuel is supplied to the anode side, and air is supplied to the cathode side to generate a chemical reaction to generate power. It is necessary to discharge unreacted methanol and carbon dioxide (CO 2 ) as a reaction product gas from the anode side, and water from the cathode side.

アノード側から未反応のメタノール及びＣＯ2を排出するために、アノード側のアノード板に設けられたアノード流路においてメタノール及びＣＯ2を混合し、気液二相流としてアノード出口から排出させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。提案された方法では、アノードの出口側に接続された流路に気液分離器等を接続して、排出された気液二相流を気体と液体に分離する。分離された未反応のメタノールは、アノードへ循環させて再利用される。また、分離された気体は、大気に放出させている。 In order to discharge unreacted methanol and CO 2 from the anode side, there is a method in which methanol and CO 2 are mixed in an anode flow path provided in the anode plate on the anode side and discharged from the anode outlet as a gas-liquid two-phase flow. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the proposed method, a gas-liquid separator or the like is connected to a flow path connected to the outlet side of the anode to separate the discharged gas-liquid two-phase flow into a gas and a liquid. The separated unreacted methanol is recycled to the anode. The separated gas is released to the atmosphere.

しかしながら、アノード流路内とアノード出口側に接続された流路に気液二相流を流通させることにより、アノード流路の圧力損失が大きくなる場合がある。また、気液分離器を配置することによってアノード循環部が大きくなるため、小型化が困難になる場合がある。   However, when the gas-liquid two-phase flow is circulated through the channel connected to the anode channel and the anode outlet side, the pressure loss of the anode channel may increase. Moreover, since the anode circulation part becomes large by arranging the gas-liquid separator, miniaturization may be difficult.

そこで、ＤＭＦＣ等の直接型燃料電池スタックを小型化する手法として、アノード板に燃料供給用のアノード流路に加えて気体排出用の気体流路を併設し、アノード電極の拡散層に隣接させて配置した疎液性多孔質膜に気体流路を接続する構造が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。疎液性多孔質膜の疎液性を利用して、燃料が気体流路に混入するのを防止することができる。また、疎液性多孔質膜を介して気体流路にＣＯ2を選択的に回収させることができる。よって、起電部内部において燃料と反応生成ガスとの気液分離が容易に実現でき、小型化が実現できるとともに、アノード側の圧力損失を小さくできる。 Therefore, as a method for downsizing a direct fuel cell stack such as DMFC, a gas flow path for gas discharge is provided on the anode plate in addition to the anode flow path for fuel supply, and is adjacent to the diffusion layer of the anode electrode. There has been proposed a structure in which a gas flow path is connected to an arranged lyophobic porous membrane (see, for example, Patent Document 2). By utilizing the lyophobic property of the lyophobic porous membrane, it is possible to prevent the fuel from being mixed into the gas flow path. In addition, CO 2 can be selectively recovered in the gas flow path through the lyophobic porous membrane. Therefore, gas-liquid separation between the fuel and the reaction product gas can be easily realized inside the electromotive unit, so that downsizing can be realized and pressure loss on the anode side can be reduced.

しかしながら、起電部での発電を停止した場合に、ＣＯ2の生成が停止されるため気体流路とアノードの内圧が下がる。そのため、気体流路中に残存するＣＯ2が、起電部側に逆流する場合がある。発電停止時に気体流路内や出口端に液滴が付着していた場合には、液滴が気体流路を塞ぎながら疎水性多孔質膜に向かって流入する。その結果、疎水性多孔質膜に液体が侵入する。特に、複数の単セルを縦方向にスタックしたバイポーラ構造では、燃料電池スタック中央部の単セルに液体の侵入が集中する現象が見られる。疎液性多孔質膜に液体が侵入すると、液体燃料が液体のまま疎液性多孔質膜を介して気体流路内に漏出する。このように、疎液性多孔質膜での気液分離が困難となり、液体燃料の利用効率が低下するので望ましくない。 However, when the power generation at the electromotive unit is stopped, the generation of CO 2 is stopped, so that the internal pressures of the gas flow path and the anode are lowered. Therefore, CO 2 remaining in the gas flow path may flow backward to the electromotive part side. If droplets adhere to the gas channel or the outlet end when power generation is stopped, the droplets flow toward the hydrophobic porous membrane while closing the gas channel. As a result, the liquid enters the hydrophobic porous membrane. In particular, in a bipolar structure in which a plurality of single cells are stacked in the vertical direction, a phenomenon in which liquid intrusion concentrates on a single cell in the center of the fuel cell stack is observed. When liquid enters the lyophobic porous membrane, the liquid fuel leaks into the gas flow path through the lyophobic porous membrane while remaining in the liquid state. Thus, gas-liquid separation with a lyophobic porous membrane becomes difficult, and the utilization efficiency of liquid fuel is reduced, which is not desirable.

また、ＣＯ2を効率よく回収させるため、電解質膜を共通にしてアノードとカソードが互いに隣接するように複数の単セルを平面的に配置し、隣接するアノードとカソードの間に設けた気体流路をカソード流路に接続する平面スタック構造が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、提案された平面スタック構造では、カソード流路の圧力損失が大きいため、カソード流路への空気の供給には、空気ポンプが必要となる。そのため、空気ポンプによる騒音が発生し、消費電力が増大する。また、空気ポンプの付加により小型化が困難で、携帯機器への適用は望ましくない。 In order to efficiently collect CO 2 , a plurality of single cells are arranged in a plane so that the anode and the cathode are adjacent to each other with a common electrolyte membrane, and a gas flow path provided between the adjacent anode and cathode Has been proposed (see, for example, Patent Document 3). However, in the proposed planar stack structure, the cathode channel has a large pressure loss, so an air pump is required to supply air to the cathode channel. For this reason, noise is generated by the air pump, and power consumption increases. Further, it is difficult to reduce the size by adding an air pump, and application to a portable device is not desirable.

米国特許第６９２４０５５号明細書US 6924055 specification 特開２００８−２７０１４６号公報JP 2008-270146 A 特開２００７−１９４１１１号公報JP 2007-194111 A

本発明の目的は、液体燃料の利用効率の低下を抑制することができ、小型化が可能な燃料電池スタックを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a fuel cell stack that can suppress a decrease in the utilization efficiency of liquid fuel and can be miniaturized.

本発明の態様によれば、複数の単セルを積層した燃料電池スタックであって、複数の単セルのそれぞれが、電解質膜、電解質膜の上に設けられたアノード電極、電解質膜の下に設けられたカソード電極を有する膜電極複合体と、アノード電極の上面に下面を接する疎液性の分離膜と、分離膜の上面に下面を接し、下面に分離膜に液体燃料を供給するアノード流路を設け、アノード電極での液体燃料の反応により生成される生成ガスを排出する気体流路を設けたアノード板と、カソード電極の下面に上面を接し、上面にカソード電極に酸化剤を供給するカソード流路を設けたカソード板とを備え、カソード板は、カソード流路から下面に伸びる貫通孔を有し、単セルを直列に積層した時に貫通孔が他の単セルの気体流路に連通される燃料電池スタックが提供される。   According to an aspect of the present invention, a fuel cell stack in which a plurality of single cells are stacked, each of the plurality of single cells being provided under the electrolyte membrane, the anode electrode provided on the electrolyte membrane, and the electrolyte membrane. A membrane electrode assembly having a cathode electrode formed thereon, a lyophobic separation membrane in contact with the upper surface of the anode electrode, and an anode channel for supplying liquid fuel to the separation membrane with the lower surface in contact with the upper surface of the separation membrane An anode plate provided with a gas flow path for discharging a generated gas generated by the reaction of liquid fuel at the anode electrode, and a cathode for contacting the upper surface with the lower surface of the cathode electrode and supplying an oxidant to the cathode electrode on the upper surface The cathode plate has a through hole extending from the cathode flow path to the lower surface, and when the single cells are stacked in series, the through hole communicates with the gas flow path of the other single cell. Fuel cells Click is provided.

本発明によれば、液体燃料の利用効率の低下を抑制することができ、小型化が可能な燃料電池スタックを提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the fuel cell stack which can suppress the fall of the utilization efficiency of liquid fuel and can be reduced in size.

本発明の実施の形態に係る燃料電池単セルの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the fuel cell single cell which concerns on embodiment of this invention. 図１に示した燃料電池単セルのＡ−Ａ断面を示す概略図である。It is the schematic which shows the AA cross section of the fuel cell single cell shown in FIG. 図１に示した燃料電池単セルのアノード板を示す概略図である。It is the schematic which shows the anode plate of the fuel cell single cell shown in FIG. 図１に示した燃料電池単セルのカソード板を示す概略図である。It is the schematic which shows the cathode board of the fuel cell single cell shown in FIG. 本発明の実施の形態に係る燃料電池スタックの一例を示す断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る燃料電池スタックの発電中のガスの流れの一例を示す断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram showing an example of the flow of gas during power generation of the fuel cell stack according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る燃料電池スタックの発電停止後のガスの流れの一例を示す断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the flow of the gas after the electric power generation stop of the fuel cell stack which concerns on embodiment of this invention. 比較例による燃料電池単セルを示す断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which shows the fuel cell single cell by a comparative example. 比較例による燃料電池スタックの発電中のガスの流れを示す概略図である。It is the schematic which shows the flow of the gas during the electric power generation of the fuel cell stack by a comparative example. 比較例による燃料電池スタックの発電停止後のガスの流れを示す概略図である。It is the schematic which shows the flow of the gas after the electric power generation stop of the fuel cell stack by a comparative example.

以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

また、本明細書において「上」、「下」、「上面」、「下面」等は単なる説明の便宜上の定義であり、定義を変えれば現実の配置関係としては、「上」と「下」とが逆でもよく、「上」と「下」とが同一水平面上に並んでもよく、斜め方向の関係でも構わない。   Further, in this specification, “upper”, “lower”, “upper surface”, “lower surface” and the like are merely definitions for convenience of explanation. If the definition is changed, the actual arrangement relationship is “upper” and “lower”. May be reversed, and “upper” and “lower” may be arranged on the same horizontal plane, or may be in an oblique relationship.

本発明の実施の形態に係る燃料電池単セル１００は、図１及び図２に示すように、膜電極複合体（ＭＥＡ）８、分離膜１０、アノード板１２、カソード板２０、及びガスケット２６、２８等を備える。ＭＥＡ８は、電解質膜２、電解質膜２の上に設けられたアノード電極４、電解質膜２の下に設けられたカソード電極６を有する。分離膜１０は疎液性を有し、アノード電極４の上面に下面を接して配置される。アノード板１２は、分離膜１０の上面に接して配置される。カソード板２０は、カソード電極６の下面に上面を接して配置される。ガスケット２６は、電解質膜２とアノード板１２の間で分離膜１０及びアノード電極４を内側に囲むように配置される。ガスケット２８は、電解質膜２とカソード板２０の間でカソード電極６を内側に囲むように配置される。   As shown in FIGS. 1 and 2, a fuel cell single cell 100 according to an embodiment of the present invention includes a membrane electrode assembly (MEA) 8, a separation membrane 10, an anode plate 12, a cathode plate 20, and a gasket 26. 28 etc. The MEA 8 includes an electrolyte membrane 2, an anode electrode 4 provided on the electrolyte membrane 2, and a cathode electrode 6 provided below the electrolyte membrane 2. The separation membrane 10 has lyophobic properties and is disposed with the lower surface in contact with the upper surface of the anode electrode 4. The anode plate 12 is disposed in contact with the upper surface of the separation membrane 10. The cathode plate 20 is disposed with the upper surface in contact with the lower surface of the cathode electrode 6. The gasket 26 is disposed between the electrolyte membrane 2 and the anode plate 12 so as to surround the separation membrane 10 and the anode electrode 4 inside. The gasket 28 is disposed between the electrolyte membrane 2 and the cathode plate 20 so as to surround the cathode electrode 6 inside.

ＭＥＡ８の電解質膜２として、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とペルフルオロビニルエーテルスルフォン酸とのコポリマー、例えば、ナフィオン（商標）等のプロトン導伝性の固体高分子膜が用いられる。アノード電極４は、白金ルテニウム（ＰｔＲｕ）等の触媒粒子を有するアノード触媒層、疎液処理したカーボン膜等の多孔質層、及び疎液性の多孔質のカーボン紙等のガス拡散層等を含む。カソード電極６は、白金（Ｐｔ）等の触媒粒子を有するカソード触媒層、疎液処理したカーボン膜等の多孔質層、及び多孔質のカーボン紙等のガス拡散層等を含む。   As the electrolyte membrane 2 of the MEA 8, a copolymer of tetrafluoroethylene (TFE) and perfluorovinyl ether sulfonic acid, for example, a proton conductive solid polymer membrane such as Nafion (trademark) is used. The anode electrode 4 includes an anode catalyst layer having catalyst particles such as platinum ruthenium (PtRu), a porous layer such as a lyophobic treated carbon film, and a gas diffusion layer such as lyophobic porous carbon paper. . The cathode electrode 6 includes a cathode catalyst layer having catalyst particles such as platinum (Pt), a porous layer such as a lyophobic carbon film, and a gas diffusion layer such as porous carbon paper.

分離膜１０として、疎液処理されたカーボン繊維からなるカーボン紙、疎液処理された焼結金属材料、及び疎液処理された導電性多孔体等の、平均孔径が数μｍ以下の細孔を有する疎液性導電材料が用いられる。分離膜１０の平均厚さは、例えば約１００μｍ〜約５００μｍである。なお、「疎液性」とは、液体と親和性が無く反撥する性質である。例えば、液体が水であれば、水との接触角が９０°よりも大きい性質を意味する。   As the separation membrane 10, pores having an average pore diameter of several μm or less, such as carbon paper made of lyophobic treated carbon fiber, lyophobized sintered metal material, and lyophobic conductive porous material, are used. A lyophobic conductive material is used. The average thickness of the separation membrane 10 is, for example, about 100 μm to about 500 μm. “Lipophobic” refers to the property of repelling liquid without affinity. For example, if the liquid is water, it means that the contact angle with water is greater than 90 °.

アノード板１２及びカソード板２０として、カーボン、及び金属板等の導電材料が用いられる。ガスケット２６、２８として、ポリフェニールサルファイド（ＰＰＳ）及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の絶縁体材料が用いられる。   As the anode plate 12 and the cathode plate 20, a conductive material such as carbon and a metal plate is used. As the gaskets 26 and 28, insulator materials such as polyphenyl sulfide (PPS) and polyethylene terephthalate (PET) are used.

ガスケット２６、２８として、発電時に生成される二酸化炭素（ＣＯ2）ガスの透過性が低い絶縁材料が好適である。例えば、ＣＯ2ガスの透過性が低いゴム材料として、エチレンプロピレンゴム（ＥＤＰＭ）、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム等がある。これらのゴム材料は、例えばシリコンゴムに比べてＣＯ2ガスの透過性が著しく低い。特に、ＥＤＰＭゴムは、高温・高圧条件にも耐性を有する材料であるため好適である。また、ＥＤＰＭゴムの他にも、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）等も、高温・高圧耐性を有し、ＣＯ2を透過しにくい性質を持つことから、ガスケット２６、２８の材料として、好適に用いることができる。 As the gaskets 26 and 28, insulating materials having low permeability of carbon dioxide (CO 2 ) gas generated during power generation are suitable. Examples of rubber materials having low CO 2 gas permeability include ethylene propylene rubber (EDPM), styrene butadiene rubber, butadiene rubber, chloroprene rubber, butyl rubber, ethylene propylene rubber, and urethane rubber. These rubber materials have significantly lower CO 2 gas permeability than, for example, silicon rubber. In particular, EDPM rubber is suitable because it is a material that is resistant to high temperature and high pressure conditions. In addition to EDPM rubber, polyphenylene sulfide resin (PPS), polyetheretherketone resin (PEEK), etc. also have high temperature and high pressure resistance and are difficult to permeate CO 2 . As the material of 28, it can be suitably used.

図３は、分離膜１０に接する下面側から見たアノード板１２の平面図である。アノード板１２は、図１〜図３に示すように、アノード流路１４及び気体流路１８を有する。アノード流路１４は、アノード板１２の下面に形成されたサーペンタイン形状の溝である。気体流路１８は、アノード板１２の上面に形成されたＴ字状の溝である。なお、アノード流路１４及び気体流路１８は、上記の形状に限定されない。例えば、アノード流路１４として、互いに平行な複数の流路を有するパラレル流路を用いてもよい。   FIG. 3 is a plan view of the anode plate 12 as viewed from the lower surface side in contact with the separation membrane 10. As shown in FIGS. 1 to 3, the anode plate 12 includes an anode flow path 14 and a gas flow path 18. The anode channel 14 is a serpentine-shaped groove formed on the lower surface of the anode plate 12. The gas flow path 18 is a T-shaped groove formed on the upper surface of the anode plate 12. The anode channel 14 and the gas channel 18 are not limited to the above shapes. For example, a parallel flow path having a plurality of parallel flow paths may be used as the anode flow path 14.

アノード流路１４は、分離膜１０に接する領域に配置される。アノード流路１４の一端には、接続孔３２を介して接続された燃料供給口３４が設けられる。アノード流路１４の他端には、接続孔３６を介して接続された燃料排出口３８が設けられる。気体流路１８は、一端部が分離膜１０に接する領域から外側に伸びるように配置される。気体流路１８は、アノード板１２の下面に貫通した複数の気体排出孔１６に連通する。複数の気体排出孔１６のそれぞれにおいて、分離膜１０の表面の一部が露出するように配置される。なお、気体排出孔１６は、１個であってもよい。   The anode channel 14 is disposed in a region in contact with the separation membrane 10. A fuel supply port 34 connected through a connection hole 32 is provided at one end of the anode flow path 14. A fuel discharge port 38 connected via a connection hole 36 is provided at the other end of the anode flow path 14. The gas flow path 18 is disposed so that one end thereof extends outward from a region in contact with the separation membrane 10. The gas flow path 18 communicates with a plurality of gas discharge holes 16 penetrating the lower surface of the anode plate 12. In each of the plurality of gas discharge holes 16, it is arranged so that a part of the surface of the separation membrane 10 is exposed. The gas discharge hole 16 may be one.

アノード流路１４には、燃料タンク（図示省略）から燃料ポンプ６０により燃料供給口３４を介して、液体燃料が供給される。液体燃料として、例えば、主成分のメタノール（ＣＨ3ＯＨ）を水（Ｈ２Ｏ）で希釈したメタノール水溶液が用いられる。液体燃料は、アノード流路１４を上流側から下流側に向かって蛇行して流れ、燃料排出口３８を介して循環システム（図示省略）に還流して、燃料タンクに戻される。気体流路１８には、アノード電極４でのアノード反応により生成される生成ガス、例えばＣＯ2ガスが、気体排出孔１６を介して排出される。 Liquid fuel is supplied to the anode flow path 14 from a fuel tank (not shown) by a fuel pump 60 via a fuel supply port 34. As the liquid fuel, for example, an aqueous methanol solution in which methanol (CH 3 OH) as a main component is diluted with water (H 2 O) is used. The liquid fuel flows meandering from the upstream side toward the downstream side through the anode flow path 14, returns to the circulation system (not shown) via the fuel discharge port 38, and is returned to the fuel tank. A gas produced by an anode reaction at the anode electrode 4, for example, CO 2 gas, is discharged into the gas flow path 18 through the gas discharge hole 16.

図４は、カソード電極６に接する上面からみたカソード板２０の平面図である。カソード板２０は、図２及び図４に示すように、カソード流路２２及びカソード流路２２からカソード板２０の下面に伸びる貫通孔２４を有する。カソード流路２２の一部は、カソード板２０中央部から対向する両端部に向かって伸びる互いに平行な複数の溝からなるパラレル流路である。なお、カソード流路２２の形状は限定されず、例えば、サーペンタイン形状であってもよい。   FIG. 4 is a plan view of the cathode plate 20 as viewed from the top surface in contact with the cathode electrode 6. As shown in FIGS. 2 and 4, the cathode plate 20 has a cathode channel 22 and a through hole 24 extending from the cathode channel 22 to the lower surface of the cathode plate 20. A part of the cathode channel 22 is a parallel channel composed of a plurality of parallel grooves extending from the central part of the cathode plate 20 toward both opposite ends. The shape of the cathode channel 22 is not limited, and may be, for example, a serpentine shape.

貫通孔２４の近傍の領域のカソード流路２２の底面には、触媒層３０が設けられる。触媒層３０は、未反応のメタノール等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を除去するフィルタとして作用する。触媒層３０として、例えば白金等を含む金属触媒が用いられる。また、図１に示したように、貫通孔２４がアノード板１２へ投影される位置は、分離膜１０の外側の気体流路１８の一端部である。   A catalyst layer 30 is provided on the bottom surface of the cathode channel 22 in a region in the vicinity of the through hole 24. The catalyst layer 30 acts as a filter for removing volatile organic compounds (VOC) such as unreacted methanol. As the catalyst layer 30, for example, a metal catalyst containing platinum or the like is used. Further, as shown in FIG. 1, the position where the through hole 24 is projected onto the anode plate 12 is one end portion of the gas flow path 18 outside the separation membrane 10.

カソード電極６の下面の一部が、カソード流路２２に露出する。カソード流路２２には、送風ファン６２により空気が供給される。空気中の酸素（Ｏ2）が酸化剤として作用する。カソード電極６でのカソード反応により生成される水が、カソード流路２２を介して外部に排出される。 A part of the lower surface of the cathode electrode 6 is exposed to the cathode channel 22. Air is supplied to the cathode channel 22 by the blower fan 62. Oxygen (O 2 ) in the air acts as an oxidant. Water generated by the cathode reaction at the cathode electrode 6 is discharged to the outside through the cathode channel 22.

実施の形態に係る単セル１００では、アノード流路１４及び気体流路１８は、それぞれアノード板１２の下面及び上面に溝状に形成される。また、カソード流路２２も、カソード板２０の上面に溝状に形成される。更に、触媒層３０は、溝状のカソード流路２２の底面に形成される。したがって、単セル１００を高精度で容易に加工して作製できる。また、ＶＯＣの除去フィルタとして、触媒層３０をカソード板２０に形成しているので、単セル１００を小型化することが可能である。   In the single cell 100 according to the embodiment, the anode channel 14 and the gas channel 18 are formed in a groove shape on the lower surface and the upper surface of the anode plate 12, respectively. The cathode channel 22 is also formed in a groove shape on the upper surface of the cathode plate 20. Further, the catalyst layer 30 is formed on the bottom surface of the groove-like cathode channel 22. Therefore, the single cell 100 can be easily processed with high accuracy. Further, since the catalyst layer 30 is formed on the cathode plate 20 as a VOC removal filter, the single cell 100 can be reduced in size.

（燃料電池スタック）
実施の形態に係る燃料電池スタックは、図５に示すように、直列に積層された複数の単セル１００ａ、１００ｂ、１００ｃを備える。単セル１００ａのアノード板１２の上面が、隣接する他の単セル１００ｂのカソード板２０の下面に接する。単セル１００ｂのアノード板１２の上面が、隣接する単セル１００ｃのカソード板２０の下面に接する。単セル１００ｃのアノード板１２の上面が、単独のカソード板２０Ａの下面に接する。押さえ板５０が、単セル１００ａの下面に設けられる。また、押さえ板５２が単独のカソード板２０の上面に設けられる。なお、単独のカソード板２０Ａは、単セル１００ａ、１００ｂ、１００ｃのカソード板２０と同一の構造を有する。なお、図５において、便宜上、燃料ポンプ６０、送風ファン６２等は省略している。 (Fuel cell stack)
As shown in FIG. 5, the fuel cell stack according to the embodiment includes a plurality of single cells 100a, 100b, and 100c stacked in series. The upper surface of the anode plate 12 of the unit cell 100a is in contact with the lower surface of the cathode plate 20 of another adjacent unit cell 100b. The upper surface of the anode plate 12 of the single cell 100b is in contact with the lower surface of the cathode plate 20 of the adjacent single cell 100c. The upper surface of the anode plate 12 of the single cell 100c is in contact with the lower surface of the single cathode plate 20A. The holding plate 50 is provided on the lower surface of the single cell 100a. A pressing plate 52 is provided on the upper surface of the single cathode plate 20. The single cathode plate 20A has the same structure as the cathode plates 20 of the single cells 100a, 100b, and 100c. In FIG. 5, the fuel pump 60, the blower fan 62, and the like are omitted for convenience.

単セル１００ａのアノード板１２の気体流路１８が、隣接する単セル１００ｂのカソード板２０の貫通孔２４に接続される。同様に、単セル１００ｂ、１００ｃのアノード板１２の気体流路１８が、それぞれ隣接する単セル１００ｃのカソード板２０及び単独のカソード板２０Ａの貫通孔２４に接続される。   The gas flow path 18 of the anode plate 12 of the single cell 100a is connected to the through hole 24 of the cathode plate 20 of the adjacent single cell 100b. Similarly, the gas flow paths 18 of the anode plates 12 of the single cells 100b and 100c are connected to the cathode plate 20 of the adjacent single cell 100c and the through hole 24 of the single cathode plate 20A, respectively.

燃料電池スタックの各単セル１００ａ、１００ｂ、１００ｃには、図１に示した燃料ポンプ６０により液体燃料としてメタノール水溶液が供給される。また、各単セル１００ａ、１００ｂ、１００ｃには、図１に示した送風ファン６２により酸化剤としての酸素を含む空気が供給される。なお、燃料ポンプ６０及び送風ファン６２は、１個でも、複数でもよい。   A methanol aqueous solution is supplied to each unit cell 100a, 100b, 100c of the fuel cell stack as a liquid fuel by the fuel pump 60 shown in FIG. Each unit cell 100a, 100b, 100c is supplied with air containing oxygen as an oxidant by the blower fan 62 shown in FIG. The fuel pump 60 and the blower fan 62 may be one or more.

燃料電池スタックの各単セル１００ａ、１００ｂ、１００ｃに液体燃料及び空気が供給されると、各単セル１００ａ、１００ｂ、１００ｃのＭＥＡ８において発電が起こる。以下においては、図６に示した単セル１００ａ、１００ｂを用いて実施の形態を説明する。   When liquid fuel and air are supplied to each unit cell 100a, 100b, 100c of the fuel cell stack, power generation occurs in the MEA 8 of each unit cell 100a, 100b, 100c. In the following, the embodiment will be described using the single cells 100a and 100b shown in FIG.

メタノールと水が分離膜１０を透過してアノード電極４に供給される。分離膜１０を透過したメタノールと水は、アノード電極４の触媒層により、次式のように反応する。   Methanol and water pass through the separation membrane 10 and are supplied to the anode electrode 4. Methanol and water that have permeated through the separation membrane 10 react as shown in the following formula by the catalyst layer of the anode electrode 4.


ＣＨ3ＯＨ ＋ Ｈ2Ｏ → ＣＯ2 ＋ ６Ｈ+ ＋ ６ｅ- （１）

発生した水素イオンは、カソード電極６側へ電解質膜２を透過する。電子は、アノード板１２とカソード板２０を結ぶ外部回路（図示省略）を通ってカソード電極６に移動する。カソード流路２２によりカソード電極６に供給された空気中の酸素が、カソード電極６の触媒層により、水素イオンと以下のように反応する。
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e - (1)

The generated hydrogen ions permeate the electrolyte membrane 2 toward the cathode electrode 6 side. The electrons move to the cathode electrode 6 through an external circuit (not shown) connecting the anode plate 12 and the cathode plate 20. Oxygen in the air supplied to the cathode electrode 6 by the cathode channel 22 reacts with hydrogen ions by the catalyst layer of the cathode electrode 6 as follows.


（３／２）Ｏ2 ＋ ６Ｈ+ ＋ ６ｅ- → ３Ｈ2Ｏ （２）

反応式（１）に示したアノード反応の生成ガスであるＣＯ2は、アノード電極４から細孔を有する分離膜１０中に拡散していく。アノード流路１４内は液体燃料で満たされている。燃料は燃料ポンプ６０で加圧されているため、アノード流路１４は気体流路１８よりも圧力が高い。そのため、生成したＣＯ2はアノード流路１４の方よりも分離膜１０内を拡散する。分離膜１０中に拡散したＣＯ2は、アノード流路１４と分離膜１０との界面に達した場合でも、液体中に侵入して気泡を形成するよりも、分離膜１０内を拡散するほうが容易である。その結果、図６の矢印で示すように、大部分のＣＯ2は、分離膜１０中を優先的に拡散して、気体排出孔１６を介して気体流路１８に排出される。気体流路１８に排出されたＣＯ2は、単セル１００ｂの貫通孔２４を通ってカソード流路２２に流れ込み、図１に示した送風ファン６２により空気と混合されて大気中に放出される。
(3/2) O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O (2)

CO 2 which is a product gas of the anode reaction shown in the reaction formula (1) diffuses from the anode electrode 4 into the separation membrane 10 having pores. The anode channel 14 is filled with liquid fuel. Since the fuel is pressurized by the fuel pump 60, the anode channel 14 has a higher pressure than the gas channel 18. Therefore, the generated CO 2 diffuses in the separation membrane 10 rather than in the anode channel 14. Even when CO 2 diffused into the separation membrane 10 reaches the interface between the anode channel 14 and the separation membrane 10, it is easier to diffuse through the separation membrane 10 than to enter the liquid and form bubbles. It is. As a result, as shown by the arrows in FIG. 6, most of the CO 2 diffuses preferentially in the separation membrane 10 and is discharged to the gas flow path 18 through the gas discharge holes 16. The CO 2 discharged to the gas flow path 18 flows into the cathode flow path 22 through the through hole 24 of the single cell 100b, is mixed with air by the blower fan 62 shown in FIG. 1, and is released into the atmosphere.

なお、排出されるＣＯ2には、水蒸気と共に未反応のメタノール等のＶＯＣが含まれる。ＶＯＣは、例えば白金等を含む触媒層３０により除去される。また、燃料電池スタックを備える機器の空気排出口に排ガス処理フィルタ等を設置してもよい。 The discharged CO 2 contains unreacted VOC such as methanol together with water vapor. The VOC is removed by the catalyst layer 30 containing, for example, platinum. Further, an exhaust gas treatment filter or the like may be installed at an air discharge port of a device including the fuel cell stack.

このように、実施の形態に係る燃料電池スタックにおいては、分離膜１０が気液分離を行うので、アノード流路１４を通って排出されるメタノール水溶液の気液分離は不要となる。その結果、燃料電池の小型化が可能となる。更に、アノード流路１４にＣＯ2が混入することによる気泡の発生が抑制されるので、アノード流路１４の圧力損失を低減することができる。その結果、小型で低消費電力の燃料ポンプを使用することができ、効率化を図ることが可能となる。また、分離膜１０を配置することにより、ＭＥＡ８を任意の方向に傾けたとしてもＣＯ2と燃料とを容易に気液分離できる。 Thus, in the fuel cell stack according to the embodiment, since the separation membrane 10 performs gas-liquid separation, gas-liquid separation of the aqueous methanol solution discharged through the anode flow path 14 is not necessary. As a result, the fuel cell can be reduced in size. Furthermore, since the generation of bubbles due to CO 2 mixing into the anode channel 14 is suppressed, the pressure loss of the anode channel 14 can be reduced. As a result, a small and low power consumption fuel pump can be used, and efficiency can be improved. Further, by disposing the separation membrane 10, CO 2 and fuel can be easily gas-liquid separated even if the MEA 8 is tilted in an arbitrary direction.

なお、貫通孔２４は、カソード板２０端部に配置するのが望ましい。排出されるＣＯ2中には、微量のメタノール蒸気に加えて水蒸気が含まれる。ＣＯ2排出がない場合と比較して、カソード電極６の水蒸気がより凝縮しやすくなる。例えば、貫通孔２４をカソード板２０の中央部に配置すると、発電出力が低下する恐れがある。したがって、水蒸気の凝縮を防止するため、貫通孔２４をカソード板２０の中央部より端部側、特にＭＥＡ８の直下より外側の位置が望ましい。 The through hole 24 is desirably disposed at the end of the cathode plate 20. The discharged CO 2 contains water vapor in addition to a small amount of methanol vapor. Compared with the case where there is no CO 2 emission, the water vapor of the cathode electrode 6 is more easily condensed. For example, if the through hole 24 is arranged at the center of the cathode plate 20, the power generation output may be reduced. Therefore, in order to prevent water vapor from condensing, it is desirable that the through hole 24 is located at the end side from the central portion of the cathode plate 20, particularly at a position outside the portion directly below the MEA 8.

例えば、単セル１００ａにおいて、発電時には、ＣＯ2の排出経路となるアノード電極４、分離膜１０、気体排出孔１６、気体流路１８、及び貫通孔２４においてＣＯ2ガスが特に高濃度となり、空気中のＯ2ガスや窒素（Ｎ2）ガスはほぼゼロとなる。例えば、大気中のＣＯ2ガス濃度は、約０．０４％と低濃度で、Ｏ2ガスは約２２％、Ｎ2ガスは約７８％存在する。このように、単セル１００ａ内外では、それぞれの気体に関し、濃度差がある。そのため、単セル１００ａの内部から外部へ、電解質膜２を介してのＣＯ2ガスの濃度拡散が生じる。同様に、単セル１００ａの外部から内部へ、電解質膜２を介してのＯ2ガスやＮ2ガスの濃度拡散が生じる。 For example, in the single cell 100a, during power generation, the CO 2 gas has a particularly high concentration in the anode electrode 4, the separation membrane 10, the gas discharge hole 16, the gas flow path 18, and the through-hole 24 that serve as a CO 2 discharge path. The inside O 2 gas and nitrogen (N 2 ) gas become almost zero. For example, the CO 2 gas concentration in the atmosphere is as low as about 0.04%, O 2 gas is about 22%, and N 2 gas is about 78%. Thus, there is a concentration difference for each gas inside and outside the single cell 100a. Therefore, the concentration diffusion of CO 2 gas occurs from the inside of the single cell 100a to the outside through the electrolyte membrane 2. Similarly, concentration diffusion of O 2 gas and N 2 gas through the electrolyte membrane 2 occurs from the outside to the inside of the single cell 100a.

電解質膜２のＣＯ2ガス透過性は、電解質膜２のＮ2ガスやＯ2ガスの透過性の約２０倍である。また、単セル１００ａ内外のＣＯ2ガス濃度差は、おおむねＮ2ガスと同等の濃度差である。したがって、ＣＯ2ガス濃度拡散量は、Ｏ2ガスやＮ2ガスの濃度拡散量より多くなる。その結果、電解質膜２を介してＣＯ2ガスが単セル１００ａの外へ継続的に排出され続けることになる。例えば、単セル１００ａの発電時にアノード電極４からＣＯ2が約２．８ｃｃｍ発生する場合は、電解質膜２を通して約０．０５ｃｃｍのガスが単セル１００ａの外部に透過する。なお、「ｃｃｍ」は、２５℃１気圧に換算した時の流量ｍＬ／分を表す。 The CO 2 gas permeability of the electrolyte membrane 2 is about 20 times that of the N 2 gas or O 2 gas of the electrolyte membrane 2. Further, the CO 2 gas concentration difference between the inside and outside of the single cell 100a is substantially the same as that of N 2 gas. Therefore, the CO 2 gas concentration diffusion amount is larger than the O 2 gas or N 2 gas concentration diffusion amount. As a result, the CO 2 gas is continuously discharged out of the single cell 100a through the electrolyte membrane 2. For example, when about 2.8 ccm of CO 2 is generated from the anode electrode 4 during power generation of the single cell 100a, about 0.05 ccm of gas permeates through the electrolyte membrane 2 to the outside of the single cell 100a. “Ccm” represents a flow rate mL / min when converted to 1 atm at 25 ° C.

液体燃料の供給を停止して発電を停止させると、アノード電極４からのＣＯ2発生が止まる。ＣＯ2の排出経路であったアノード電極４、分離膜１０、気体排出孔１６、気体流路１８、及び貫通孔２４の内圧が下がる。その結果、図７に示すように、発電時には分離膜１０からカソード流路２２へ向かっていたガスの流れ方向が、発電停止時にはその逆になる。単セル１００ａの外部から、残留したＣＯ2と共に空気が逆流してくる。 When the supply of liquid fuel is stopped to stop power generation, the generation of CO 2 from the anode electrode 4 is stopped. The internal pressures of the anode electrode 4, the separation membrane 10, the gas discharge hole 16, the gas flow path 18, and the through hole 24 that were the CO 2 discharge path are lowered. As a result, as shown in FIG. 7, the flow direction of the gas from the separation membrane 10 toward the cathode channel 22 during power generation is reversed when power generation is stopped. From the outside of the single cell 100a, air flows back together with the remaining CO 2 .

ここで、図８に示すように、比較例として、カソード板２０ａに貫通孔を設けず、気体流路１８ａがアノード板１２ａの側面に開口された単セル２００を用いる。図９に示すように、比較例による燃料電池スタックは、積層された単セル２００ａ、２００ｂ、２００ｃを備える。各単セル２００ａ、２００ｂ、２００ｃの気体流路１８ａを通って排出されるＣＯ2は、集合配管７０に集めて排出される。集合配管７０は、燃料電池スタックの外側に配置されることから、別途加熱手段を設けない限り、発電時には燃料電池スタック内より温度が低くなる。排出されたＣＯ2に含まれる水蒸気が集合配管７０内壁で凝縮して液滴が生ずる。 Here, as shown in FIG. 8, as a comparative example, a single cell 200 in which a through hole is not provided in the cathode plate 20a and the gas flow path 18a is opened on the side surface of the anode plate 12a is used. As shown in FIG. 9, the fuel cell stack according to the comparative example includes stacked single cells 200a, 200b, and 200c. The CO 2 discharged through the gas flow path 18a of each single cell 200a, 200b, 200c is collected in the collecting pipe 70 and discharged. Since the collecting pipe 70 is disposed outside the fuel cell stack, the temperature is lower than that in the fuel cell stack during power generation unless a separate heating means is provided. The water vapor contained in the discharged CO 2 is condensed on the inner wall of the collecting pipe 70 to form droplets.

比較例による燃料電池スタックでは、図１０に示すように、発電停止時には、空気が集合配管７０を通って、各単セル１００ａ、１００ｂ、１００ｃの気体流路１８ａに逆流してくる。この時、集合配管７０の内壁に付着している液滴８０も、ＣＯ2の流れに伴い、分離膜１０に向かって流れる。液滴８０がＣＯ2の流れを妨げないほど動きやすい場合は、そのまま分離膜１０まで達するため、分離膜１０を濡らす場合がある。特に、液滴８０は燃料電池スタックの積層方向の中央部に位置する単セル２００ｂに多く集まる。これは、燃料電池スタックの積層方向の中央部に位置する単セル２００ｂでは端部の単セルよりも温度がより高くなり、濃度拡散量が増加するため、発電停止時のガスの逆流が単セル２００ｂで一番大きく生じるためである。その結果、単セル２００ｂの気体流路１８ａでは、液滴８０が集まって大きな液滴８２が気体排出孔１６を通って分離膜１０に流れ込む。 In the fuel cell stack according to the comparative example, as shown in FIG. 10, when power generation is stopped, air flows back to the gas flow path 18 a of each single cell 100 a, 100 b, 100 c through the collecting pipe 70. At this time, the droplet 80 adhering to the inner wall of the collecting pipe 70 also flows toward the separation membrane 10 along with the flow of CO 2 . If the droplet 80 is easy to move without obstructing the flow of CO 2, the droplet 80 reaches the separation membrane 10 as it is, so that the separation membrane 10 may be wetted. In particular, many droplets 80 are collected in the single cell 200b located at the center in the stacking direction of the fuel cell stack. This is because the single cell 200b located at the center in the stacking direction of the fuel cell stack has a higher temperature than the single cell at the end and the amount of concentration diffusion increases, so that the back flow of gas when power generation is stopped This is because it is the largest at 200b. As a result, in the gas flow path 18a of the single cell 200b, the droplets 80 gather and the large droplets 82 flow into the separation membrane 10 through the gas discharge holes 16.

単セル２００ｂにおいて、流れ込んだ液滴８２が分離膜１０に侵入する。アノード流路１４と気体排出孔１６との間の分離膜１０が液体で占められると、液体燃料が液体のまま、アノード流路１４から気体排出孔１６まで分離膜１０中を通って容易に流れる状態となる。そのため、単セル２００ｂ内部では、液体燃料とガスの気液分離が維持できなくなる。この状態は、再び単セル２００ｂを発電状態にしてＣＯ2ガスを発生させるか、分離膜１０を加熱して分離膜１０内の液体を蒸発させて、分離膜１０の大部分をガスで満たさないと解消されない。 In the single cell 200b, the droplet 82 that has flowed in enters the separation membrane 10. When the separation membrane 10 between the anode flow path 14 and the gas discharge hole 16 is occupied with a liquid, the liquid fuel easily flows through the separation membrane 10 from the anode flow path 14 to the gas discharge hole 16 while remaining in a liquid state. It becomes a state. Therefore, gas-liquid separation between liquid fuel and gas cannot be maintained inside the single cell 200b. In this state, the single cell 200b is again in the power generation state to generate CO 2 gas, or the separation membrane 10 is heated to evaporate the liquid in the separation membrane 10 so that most of the separation membrane 10 is not filled with gas. It is not solved.

一方、実施の形態においては、図７に示したように、発電停止時には、燃料電池スタックの各単セル１００ａ、１００ｂ、１００ｃごとに残留ＣＯ2と空気の逆流が起きる。したがって、カソード流路２２等に液滴が付着しても、燃料電池スタックの積層方向の中央部に位置する単セル１００ｂに液滴が集中することはない。また、カソード流路２２には発電時には図１に示した送風ファン６２により、常に空気が送り込まれているため、液滴の発生自体が殆ど生じない。このように、実施の形態では、分離膜１０における気液分離が良好に維持され、液体燃料の利用効率の低下を抑制することができる。また、外部に気液分離構造を設ける必要が無く、燃料電池スタックを小型化できる。 On the other hand, in the embodiment, as shown in FIG. 7, when power generation is stopped, a back flow of residual CO 2 and air occurs for each single cell 100a, 100b, 100c of the fuel cell stack. Therefore, even if droplets adhere to the cathode channel 22 or the like, the droplets do not concentrate on the single cell 100b located at the center in the stacking direction of the fuel cell stack. Further, since air is always sent to the cathode flow path 22 by the blower fan 62 shown in FIG. 1 during power generation, the generation of liquid droplets hardly occurs. As described above, in the embodiment, the gas-liquid separation in the separation membrane 10 is maintained satisfactorily, and a decrease in the utilization efficiency of the liquid fuel can be suppressed. Further, there is no need to provide a gas-liquid separation structure outside, and the fuel cell stack can be reduced in size.

なお、図９に示した気体排出を集合させる構造に対して、カソード板を介さずにアノード板から直接気体排気する構造が考えられる。しかし、その場合、微量のメタノール蒸気を含むＣＯ2をそのまま燃料電池スタック外部に排出することとなり採用できない。実施の形態に係る燃料電池スタックのカソード流路２２と同様のメタノール蒸気除去フィルタを別途設けることも考えられるが、燃料電池スタックの構造が複雑化するため好ましくない。 In contrast to the structure for collecting gas discharges shown in FIG. 9, a structure in which gas is directly exhausted from the anode plate without using the cathode plate is conceivable. However, in this case, CO 2 containing a small amount of methanol vapor is discharged as it is to the outside of the fuel cell stack and cannot be employed. Although it is conceivable to separately provide a methanol vapor removal filter similar to the cathode flow path 22 of the fuel cell stack according to the embodiment, it is not preferable because the structure of the fuel cell stack becomes complicated.

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 (Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described as described above, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

本発明の実施の形態においては、液体燃料としてメタノール水溶液を用いているが、液体燃料として、アルコール、炭化水素、エーテル等の水溶液を用いてもよい。   In the embodiment of the present invention, an aqueous methanol solution is used as the liquid fuel, but an aqueous solution of alcohol, hydrocarbon, ether, or the like may be used as the liquid fuel.

このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Accordingly, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

２…電解質膜
４…アノード電極
６…カソード電極
８…膜電極複合体（ＭＥＡ）
１０…分離膜
１２…アノード板
１４…アノード流路
１６…気体排出孔
１８…気体流路
２０…カソード板
２２…カソード流路
２４…貫通孔
２６、２８…ガスケット
３０…触媒層
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ…単セル 2 ... Electrolyte membrane 4 ... Anode electrode 6 ... Cathode electrode 8 ... Membrane electrode assembly (MEA)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Separation membrane 12 ... Anode plate 14 ... Anode flow path 16 ... Gas discharge hole 18 ... Gas flow path 20 ... Cathode plate 22 ... Cathode flow path 24 ... Through-hole 26, 28 ... Gasket 30 ... Catalyst layer 100, 100a, 100b , 100c ... single cell

Claims (4)

複数の単セルを直列に積層した燃料電池スタックであって、前記複数の単セルのそれぞれが、
電解質膜、前記電解質膜の上に設けられたアノード電極、前記電解質膜の下に設けられたカソード電極を有する膜電極複合体と、
前記アノード電極の上面に下面を接する疎液性の分離膜と、
前記分離膜の上面に下面を接し、該下面に前記分離膜に前記液体燃料を供給するアノード流路を設け、前記アノード電極での前記液体燃料の反応により生成される生成ガスを排出する気体流路を設けたアノード板と、
前記カソード電極の下面に上面を接し、該上面に前記カソード電極に酸化剤を供給するカソード流路を設けたカソード板とを備え、
前記カソード板は、前記カソード流路から前記カソード板の下面に伸びる貫通孔を有し、前記単セルを直列に積層した時に前記貫通孔が他の単セルの気体流路に連通されることを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell stack in which a plurality of single cells are stacked in series, each of the plurality of single cells,
An electrolyte membrane, an anode electrode provided on the electrolyte membrane, a membrane electrode complex having a cathode electrode provided below the electrolyte membrane;
A lyophobic separation membrane in contact with the upper surface of the anode electrode;
A gas flow for discharging a generated gas generated by a reaction of the liquid fuel at the anode electrode, wherein an upper surface of the separation membrane is in contact with a lower surface, and an anode passage for supplying the liquid fuel to the separation membrane is provided on the lower surface. An anode plate provided with a path;
A cathode plate in contact with the lower surface of the cathode electrode and provided with a cathode channel for supplying an oxidant to the cathode electrode on the upper surface;
The cathode plate has a through-hole extending from the cathode channel to the lower surface of the cathode plate, and the through-hole communicates with a gas channel of another unit cell when the unit cells are stacked in series. A fuel cell stack. 前記貫通孔の少なくとも一部が、前記アノード電極及び前記カソード電極が互いに対向する領域の外側にあることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein at least a part of the through hole is outside a region where the anode electrode and the cathode electrode face each other. 前記気体流路が、前記分離膜に接する前記アノード板の下面に貫通した気体排出孔に連通するように前記アノード板の上面に設けられた溝であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。   The said gas flow path is a groove | channel provided in the upper surface of the said anode plate so that it may connect with the gas exhaust hole penetrated to the lower surface of the said anode plate which contact | connects the said separation membrane. The fuel cell stack described. 前記カソード流路の底面に前記液体燃料の揮発性有機化合物の蒸気を除去する触媒層を更に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3, further comprising a catalyst layer that removes vapor of a volatile organic compound of the liquid fuel on a bottom surface of the cathode channel.
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