JP4635451B2 - 燃料電池およびセパレータ - Google Patents
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Description
図1〜図5を参照して第1の実施例に係る燃料電池の概略構成について説明する。図1は本実施例に係る燃料電池の外観の概略構成を示す説明図である。図2は本実施例に係る燃料電池を構成するカソードセパレータの膜−電極アッセンブリとの対向面(以下、電極対向面という。)の概略構成を示す説明図である。図3は本実施例に係る燃料電池を構成するカソードセパレータの冷却流路が形成されている面(以下、冷却流路面という。)の概略構成を示す説明図である。図4は本実施例に係る燃料電池を構成するアノードセパレータの電極対向面の概略構成を示す説明図である。図5は、本実施例に係る燃料電池の一部を縦方向に(例えば、図2の5−5線にて)切断した縦断面の概略構成を示す説明図である。
図6および図7を参照して、本発明の第2の実施例に係る燃料電池について説明する。図6は、本実施例に係る燃料電池の一部を縦方向に切断した縦断面における多孔質部40近傍の概略構成を示す説明図である。図7は、本実施例に係る燃料電池に用いるカソードセパレータ22の多孔質部40の拡散層212との接触面の概略形状を示す説明図である。図7は、図2および図6中AAで示す部分に対応する接触領域229Pの一部を含む多孔質部40を示している。図7(a)は、電極対向面22a側からみた正面図であり、図7(b)、(c)は、図7(a)に対応する端面図(Y−Y端面およびX−X端面)である。
図8〜図10を参照して接触面形状の他の態様について説明する。図8〜図10は、それぞれ他の態様に係るカソードセパレータ22の多孔質部40の接触面形状を示す説明図である。
上記実施例において、図2を参照して説明した電極対向面22aの構成を持つカソードセパレータ22に代えて、図11に示すように構成された電極対向面を備えるカソードセパレータを用いても良い。図11は、第1の変形例に係る燃料電池のカソードセパレータの電極対向面の概略構成を示す説明図である。本変形例に用いられるカソードセパレータは、拡散層対向領域DAに、複数の突起を備え、複数の突起によって酸化ガス流路を区画している。すなわち、図11に示すように、非接触領域(酸化ガス流路形成部225S、225P)は網目状に形成され、接触領域229S、229P(複数の突起部)は略四角形に形成される。そして、多孔質部40における接触領域229Sを形成する略四角形の辺の長さA2、C2は、緻密質部における接触領域229Pを形成する略四角形の辺の長さA1、C1より大きく設定されている。複数の突起は、図11に示す例では略四角形であるが、これに限らず、他の形状であっても良い。
本発明の他の態様1は、燃料電池を提供する。本発明の他の態様1に係る燃料電池は、両面に触媒層が配置されている電解質膜と、前記電解質膜の両面に前記触媒層を挟んで配置される拡散層と、前記電解質膜および前記拡散層と組み付けられた際に、前記拡散層と接触する接触領域の少なくとも一部が、液体の透過を許容する多孔質体からなると共に、前記拡散層との接触面積を増大させる接触面積増大部を有するセパレータとを備えることを特徴とする。
本発明の他の態様1に係る燃料電池によれば、セパレータの多孔質部における拡散層との接触領域に、拡散層との接触面積を増大させる接触面積増大部を有するので、拡散層中に凝縮している生成水を効率良くセパレータの多孔質部に吸収させることができる。
上記燃料電池において、前記接触面積増大部は、前記多孔質部と前記拡散層との接触面に凹凸形状を有する凹凸形状部であっても良い。また、前記多孔質部と前記拡散層との接触面に曲面形状を有する曲面形状部であっても良い。かかる場合には、多孔質部の拡散層との接触面が、凹凸形状または曲面を有するので、拡散層との接触面積が増大し、拡散層中に凝縮している生成水を効率良くセパレータの多孔質部に吸収させることができる。
上記燃料電池において、前記接触面積増大部は、前記多孔質部と前記拡散層との接触面に粗度が高い表面を有する高粗度表面部であっても良い。かかる場合には、かかる場合には、多孔質部の拡散層との接触面の表面粗さが粗いので、拡散層との接触面積が増大し、拡散層中に凝縮している生成水を効率良くセパレータの多孔質部に吸収させることができる。
本発明の他の態様2は、両面に触媒層が配置されている電解質膜と、該電解質膜の両面に前記触媒層を挟んで配置される拡散層とを挟持して燃料電池を構成するセパレータを提供する。本発明の他の態様2に係るセパレータは、前記電解質膜および前記拡散層と組み付けられた際に、前記拡散層と接触する接触領域の少なくとも一部を構成し、液体の透過を許容する多孔質部と、前記多孔質部で構成された前記接触領域に設けられ、前記多孔質部と前記拡散層との接触面積を増大させる接触面積増大部とを備えることを特徴とする。
本発明の他の態様2に係るセパレータを用いて燃料電池を構成すれば、本発明の他の態様1に係る燃料電池と同様の作用効果を得ることができる。また、本発明の他の態様2に係るセパレータは、本発明の他の態様1に係る燃料電池と同様にして種々の態様にて実現される。
20…単セル
21…膜−電極アッセンブリ
211…電解質膜
212…拡散層
22…カソードセパレータ
22a…電極対向面
22b…冷却流路面
221a…酸化ガス供給部
221b…酸化ガス排出部
222a…燃料ガス供給部
222b…燃料ガス排出部
223a…冷却液供給部
223b…冷却液排出部
224a…冷却ガス供給部
224b…冷却ガス排出部
225S…緻密質部における酸化ガス流路形成部(非接触領域)
225P…多孔質部における酸化ガス流路形成部(非接触領域)
226…冷却液流路形成部
227…冷却ガス流路形成部
229S…緻密質部における接触領域
229P…多孔質部における接触領域
23…アノードセパレータ
23a…電極対向面
23b…冷却流路面
231a…酸化ガス供給部
231b…酸化ガス排出部
232a…燃料ガス供給部
232b…燃料ガス排出部
233a…冷却液供給部
233b…冷却液排出部
234a…冷却ガス供給部
234b…冷却ガス排出部
235…燃料ガス流路形成部(非接触領域)
239…接触領域
30…エンドプレート
31…テンションプレート
40…多孔質部
50…冷却液流路
55…冷却ガス流路
60…シール部(シール材)
71〜78…接触面形状
DA…拡散層対向領域
Claims (6)
- 燃料電池であって、
両面に触媒層が配置されている電解質膜と、
前記電解質膜の両面に前記触媒層を挟んで配置される拡散層と、
液体の透過を許容しない緻密部と液体の透過を許容する多孔質部とを有し、前記電解質膜および前記拡散層と組み付けられた際に、前記拡散層と接触する接触領域と、前記拡散層と接触せず前記拡散層との間に反応ガス流路を形成する非接触領域とを、前記多孔質部および前記緻密部にそれぞれ有するセパレータであって、前記多孔質部における前記非接触領域に対する前記接触領域の領域面積比が、前記緻密部における前記非接触領域に対する前記接触領域の領域面積比より大きいセパレータとを備える燃料電池。 - 請求項1に記載の燃料電池において、
前記セパレータは、
前記多孔質部における前記接触領域に、前記多孔質部と前記拡散層との接触面積を増大させる接触面積増大部を有する燃料電池。 - 請求項2に記載の燃料電池であって、
前記接触面積増大部は、前記多孔質部と前記拡散層との接触面に凹凸形状を有する凹凸形状部である燃料電池。 - 請求項2に記載の燃料電池であって、
前記接触面積増大部は、前記多孔質部と前記拡散層との接触面に曲面形状を有する曲面形状部である燃料電池。 - 請求項2に記載の燃料電池であって、
前記接触面積増大部は、前記多孔質部と前記拡散層との接触面に粗度が高い表面を有する高粗度表面部である燃料電池。 - 両面に触媒層が配置されている電解質膜と、該電解質膜の両面に前記触媒層を挟んで配置される拡散層とを挟持して燃料電池を構成するセパレータであって、
前記電解質膜および前記拡散層と組み付けられた際に、前記拡散層と接触する接触領域と、前記拡散層と接触せず前記拡散層との間に反応ガス流路を形成する非接触領域とを有し、液体の透過を許容しない緻密部と、
前記接触領域と前記非接触領域とを有し、液体の透過を許容する多孔質部であって、前記非接触領域に対する前記接触領域の領域面積比が、前記緻密部における前記非接触領域に対する前記接触領域の領域面積比より大きい多孔質部とを備えるセパレータ。
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