JP5217177B2 - Fuel cell - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に関する。特に燃料電池の電解質層の劣化の抑制に関する。   The present invention relates to a fuel cell. In particular, it relates to suppression of deterioration of the electrolyte layer of the fuel cell.

燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで対峙する２つの電極（燃料極と酸素極）にそれぞれ反応ガス（水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガス）を供給して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。かかる燃料電池の主要な構造として、略平板状の発電体（電解質膜と２つの電極層を含む）とセパレータとを交互に積層して、積層方向に締結する、いわゆるスタック構造のものが知られている。   In a fuel cell, for example, a polymer electrolyte fuel cell, a reactive gas (a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen) is respectively applied to two electrodes (a fuel electrode and an oxygen electrode) facing each other with an electrolyte membrane interposed therebetween. By supplying and causing an electrochemical reaction, the chemical energy of the substance is directly converted into electrical energy. As a main structure of such a fuel cell, a so-called stack structure in which a substantially flat power generator (including an electrolyte membrane and two electrode layers) and a separator are alternately stacked and fastened in the stacking direction is known. ing.

ここで、スタック構造の燃料電池として、厚さ方向と略垂直な内部流路を有するセパレータを用いるものが知られている（例えば、特許文献１）。かかる燃料電池では、セパレータの内部流路を用いて電極に反応ガスを供給または排出する。このようなセパレータにおいて、上述の内部流路は、３枚の板部材を積層することにより形成されている。かかる内部流路の一端はセパレータを厚さ方向に貫通する反応ガスマニホールドと連通し、内部流路の他端はセパレータの表面に至る。このような内部流路を介して、反応ガスマニホールドと電極との間で反応ガスの受け渡しが行われる。   Here, as a fuel cell having a stack structure, one using a separator having an internal flow path substantially perpendicular to the thickness direction is known (for example, Patent Document 1). In such a fuel cell, the reaction gas is supplied to or discharged from the electrode using the internal flow path of the separator. In such a separator, the internal flow path is formed by laminating three plate members. One end of the internal channel communicates with a reaction gas manifold that penetrates the separator in the thickness direction, and the other end of the internal channel reaches the surface of the separator. The reaction gas is transferred between the reaction gas manifold and the electrode via such an internal flow path.

特開２００６−２２１９５５号公報JP 2006-221955 A 特開平５−１０９４１５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-109415 特開２００４−６１０４号公報JP 2004-6104 A 特開２００１−３２５９６８号公報JP 2001-325968 A 特開２００１−３２５９６９号公報JP 2001-325969 A

上記従来技術において、発電体は、セパレータの内部流路と積層方向に重なる部分を有する。当該部分は、反応ガスが流動するための内部流路と重なるため、構造上、冷却が困難である。したがって、発電体の当該部分において、電解質層が発熱により劣化するおそれがあった。   In the above prior art, the power generator has a portion that overlaps the internal flow path of the separator in the stacking direction. Since this portion overlaps with the internal flow path for the reaction gas to flow, it is difficult to cool structurally. Therefore, the electrolyte layer may be deteriorated due to heat generation in the portion of the power generator.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の電解質層の劣化を抑制することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to suppress deterioration of an electrolyte layer of a fuel cell.

上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、燃料電池を提供する。第１の態様に係る燃料電池は、反応ガスを流動させるために、内部を通り表面に開口するように形成された反応ガス流路を有する複数のセパレータと、前記セパレータと交互に積層されると共に、前記セパレータの前記反応ガス流路と積層方向に重なる第１の領域と前記反応ガス流路と積層方向に重ならない第２の領域に、電解質層と、前記電解質層の一の側に配置される第１の電極層と、前記電解質層の他の側に配置される第２の電極層と、を有する複数の発電体と、前記第１の領域に含まれる前記第１の電極層と前記第２の領域に含まれる前記第１の電極層とに接して配置される第１の多孔体と、前記第１の領域に含まれる前記第２の電極層と前記第２の領域に含まれる前記第２の電極層とに接して配置される第２の多孔体と、を備え、前記第１の電極層と前記第２の電極層の少なくとも一方において、前記第２の領域には触媒成分を含み、前記第１の領域には触媒成分を含まない。 In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention provides a fuel cell. The fuel cell according to the first aspect includes a plurality of separators each having a reaction gas channel formed so as to pass through the inside and open to the surface in order to flow the reaction gas, and the separators are alternately stacked. , the second region not overlapping the first region to the stacking direction and the reaction gas channel which overlaps the stacking direction as the reactant gas flow path of the separator, an electrolyte layer, disposed on one side of the front Symbol electrolyte layer a plurality of power generating body and the first electrode layer included in the first region having a first electrode layer, a second electrode layer disposed on the other side of the pre-Symbol electrolyte layer, a being And the first porous body disposed in contact with the first electrode layer included in the second region, the second electrode layer included in the first region, and the second region and a second porous body arranged in contact with said second electrode layer included, At least one of the the serial first electrode layer and the second electrode layer, wherein the the second region catalyst component, wherein the first region does not contain a catalytic component.

第１の態様に係る燃料電池によれば、発電体において、反応ガス流路と積層方向に重なる第１の領域に含まれる触媒成分を少なくするので、第１の領域における発電反応が抑制される。この結果、冷却が困難である第１の領域の発熱が抑制され、第１の領域における電解質層の損傷を抑制することができる。   According to the fuel cell according to the first aspect, in the power generation body, since the catalyst component contained in the first region overlapping with the reaction gas flow path in the stacking direction is reduced, the power generation reaction in the first region is suppressed. . As a result, heat generation in the first region, which is difficult to cool, is suppressed, and damage to the electrolyte layer in the first region can be suppressed.

第１の態様に係る燃料電池において、前記セパレータは、前記発電体の前記第２の領域と積層方向に重なる部分に、内部を通る冷却媒体流路を有しても良い。こうすれば、発電反応が盛んな第２の領域を冷却することにより、第２の領域における電解質層の損傷を抑制することができる。   In the fuel cell according to the first aspect, the separator may have a cooling medium flow path passing through the inside thereof at a portion overlapping the second region of the power generator in the stacking direction. If it carries out like this, the damage of the electrolyte layer in a 2nd area | region can be suppressed by cooling the 2nd area | region where power generation reaction is thriving.

第１の態様に係る燃料電池において、前記第１の電極層と前記第２の電極層の少なくとも一方において、前記第２の領域には触媒成分を含み、前記第１の領域には触媒成分を含まなくても良い。かかる場合においても、冷却が困難である第１の領域の発熱が抑制され、第１の領域における電解質層の損傷を抑制することができる。   In the fuel cell according to the first aspect, in at least one of the first electrode layer and the second electrode layer, the second region contains a catalyst component, and the first region contains a catalyst component. It does not have to be included. Even in such a case, heat generation in the first region, which is difficult to cool, is suppressed, and damage to the electrolyte layer in the first region can be suppressed.

第１の態様に係る燃料電池において、前記第１の電極層および前記第２電極層は、前記触媒成分と共に、触媒作用を有しない非触媒成分を有し、前記第１の電極層と前記第２の電極層の少なくとも一方において、前記第１の領域には、前記非触媒成分を含み、前記触媒成分を含まなくても良い。かかる場合において、前記非触媒成分は、カーボンを含んでも良い。こうすれば、非接触成分により電解質層が保護されるため、電解質層が直接他の物質（例えば、拡散層）に触れることがなく、第１の領域における電解質層の損傷をより抑制することができる。   In the fuel cell according to the first aspect, the first electrode layer and the second electrode layer have a non-catalytic component having no catalytic action together with the catalytic component, and the first electrode layer and the first electrode layer In at least one of the two electrode layers, the first region may include the non-catalytic component and may not include the catalytic component. In such a case, the non-catalytic component may contain carbon. By doing so, the electrolyte layer is protected by the non-contact component, so that the electrolyte layer does not directly touch other substances (for example, the diffusion layer), and the damage of the electrolyte layer in the first region can be further suppressed. it can.

第１の態様に係る燃料電池において、前記非触媒成分は、ラジカル成分を捕捉するラジカル捕捉剤を含んでも良い。こうすれば、第１の領域において、電解質層がラジカルにより攻撃されることを抑制することができ、第１の領域における電解質層の損傷をより抑制することができる。   In the fuel cell according to the first aspect, the non-catalytic component may include a radical scavenger that traps a radical component. If it carries out like this, it can suppress that an electrolyte layer is attacked by a radical in a 1st area | region, and can suppress damage to the electrolyte layer in a 1st area | region more.

第１の態様に係る燃料電池において、前記セパレータは、第１のプレートと、第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配置された中間プレートとを含む積層構造を有し、前記反応ガス流路は、前記中間プレートを貫通する第１の貫通部と、前記第１のプレートまたは前記第２のプレートを貫通する第２の貫通部とによって形成されても良い。こうすれば、３枚のプレートが積層された簡易な構成で上記セパレータを実現できる。   In the fuel cell according to the first aspect, the separator includes a first plate, a second plate, and a stack including an intermediate plate disposed between the first plate and the second plate. The reaction gas flow path may be formed by a first penetration part that penetrates the intermediate plate and a second penetration part that penetrates the first plate or the second plate. good. In this way, the separator can be realized with a simple configuration in which three plates are stacked.

本発明は他にも種々の態様にて実現され得る。例えば、上記態様に係る燃料電池を構成する発電体、上記態様に係る燃料電池を搭載した車両などの態様で実現することができる。   The present invention can be implemented in various other modes. For example, it is realizable with aspects, such as a power generator which constitutes a fuel cell concerning the above-mentioned mode, vehicles carrying a fuel cell concerning the above-mentioned mode.

以下、本発明の実施態様に係る燃料電池について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。   Hereinafter, a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.

Ａ．実施例：
・燃料電池の構成
本発明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および図２は、実施例における燃料電池の構成を示す説明図である。図３は、燃料電池の断面図の一部を示す図である。 A. Example:
-Configuration of Fuel Cell A schematic configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described. 1 and 2 are explanatory views showing the configuration of the fuel cell in the embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a part of a cross-sectional view of the fuel cell.

図１〜図３に示すように、燃料電池１００は、複数の発電モジュール２００と、複数のセパレータ６００が交互に積層されたスタック構造を有している。   As shown in FIGS. 1 to 3, the fuel cell 100 has a stack structure in which a plurality of power generation modules 200 and a plurality of separators 600 are alternately stacked.

図１に示すように、燃料電池１００には、酸化ガスを供給するための酸化ガス供給マニホールド１１０と、酸化ガスを排出するための酸化ガス排出マニホールド１２０と、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給マニホールド１３０と、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出マニホールド１４０と、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給マニホールド１５０と、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出マニホールド１６０と、が設けられている。なお、酸化ガスとしては空気が一般的に用いられ、燃料ガスとしては水素が一般的に用いられる。また、酸化ガス、燃料ガスは共に反応ガスとも呼ばれる。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 100 includes an oxidizing gas supply manifold 110 for supplying oxidizing gas, an oxidizing gas discharge manifold 120 for discharging oxidizing gas, and a fuel gas for supplying fuel gas. A supply manifold 130, a fuel gas discharge manifold 140 for discharging fuel gas, a cooling medium supply manifold 150 for supplying a cooling medium, and a cooling medium discharge manifold 160 for discharging the cooling medium are provided. ing. Note that air is generally used as the oxidizing gas, and hydrogen is generally used as the fuel gas. Further, both the oxidizing gas and the fuel gas are also called reaction gases. As the cooling medium, water, antifreeze water such as ethylene glycol, air, or the like can be used.

図３に加えて、図４〜図７を参照しながら、まず、セパレータ６００の構成について説明する。セパレータ６００は、アノードプレート３００と、カソードプレート４００と、中間プレート５００から構成されている。   First, the configuration of the separator 600 will be described with reference to FIGS. 4 to 7 in addition to FIG. The separator 600 includes an anode plate 300, a cathode plate 400, and an intermediate plate 500.

図４〜図６は、実施例におけるカソードプレート４００（図４）、アノードプレート３００（図５）、中間プレート５００（図６）の形状をそれぞれ示す説明図である。図４、図５、図６は、各プレート４００、３００、５００を、図２における右側から見た様子を示している。図７は、実施例におけるセパレータの正面図である。図４〜図７において、各プレート３００、４００、５００およびセパレータ６００の中央部に破線で示す領域は、セパレータ６００が発電モジュール２００と積層され燃料電池を構成する際に、発電モジュール２００の積層部材８００に含まれる発電体８１０に対向する領域（対向領域）であり、実際に発電が行われる領域である。   4-6 is explanatory drawing which shows the shape of the cathode plate 400 (FIG. 4), the anode plate 300 (FIG. 5), and the intermediate | middle plate 500 (FIG. 6) in an Example, respectively. 4, 5, and 6 show the plates 400, 300, and 500 as viewed from the right side in FIG. 2. FIG. 7 is a front view of the separator in the example. 4-7, the area | region shown with a broken line in the center part of each plate 300,400,500 and the separator 600 is a lamination | stacking member of the electric power generation module 200 when the separator 600 is laminated | stacked with the electric power generation module 200, and comprises a fuel cell. 800 is a region facing the power generation body 810 included in 800 (opposite region), and is a region where power generation is actually performed.

カソードプレート４００は、例えば、ステンレス鋼で形成されている。カソードプレート４００は、カソードプレート４００を厚さ方向に貫通する貫通部として、６個のマニホールド形成部４２２〜４３２と、酸化ガス供給スリット４４０と、酸化ガス排出スリット４４４と、を備えている。マニホールド形成部４２２〜４３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、対向領域の外側にそれぞれ設けられている。酸化ガス供給スリット４４０および酸化ガス排出スリット４４４は、略長方形の長孔であり、対向領域の内側に設けられている。酸化ガス供給スリット４４０は、対向領域の一の辺（図４：上側の辺）に沿って、一の辺のほぼ全長に亘って、配置されている。酸化ガス排出スリット４４４は、対向領域の上記一の辺と向かい合う辺（図４：下側の辺）に沿って、その辺のほぼ全長に亘って、配置されている。   The cathode plate 400 is made of stainless steel, for example. The cathode plate 400 includes six manifold forming portions 422 to 432, an oxidizing gas supply slit 440, and an oxidizing gas discharge slit 444 as penetrating portions that penetrate the cathode plate 400 in the thickness direction. The manifold forming portions 422 to 432 are through portions for forming the various manifolds described above when configuring the fuel cell 100, and are respectively provided outside the facing region. The oxidizing gas supply slit 440 and the oxidizing gas discharge slit 444 are substantially rectangular long holes, and are provided inside the opposing region. The oxidizing gas supply slit 440 is arranged along the one side (FIG. 4: upper side) of the opposing region over almost the entire length of one side. The oxidant gas discharge slit 444 is arranged along the side (FIG. 4: lower side) facing the one side of the opposing region over almost the entire length of the side.

アノードプレート３００は、カソードプレート４００と同様に、例えば、ステンレス鋼で形成されている。アノードプレート３００は、カソードプレート４００同様、アノードプレート３００を厚さ方向に貫通する貫通部として、６個のマニホールド形成部３２２〜３３２と、燃料ガス供給スリット３５０と、燃料ガス排出スリット３５４と、を備えている。マニホールド形成部３２２〜３３２は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００と同様に、対向領域の外側にそれぞれ設けられている。燃料ガス供給スリット３５０は、セパレータ６００を構成した際にカソードプレート４００における上述した酸化ガス排出スリット４４４と積層方向に重ならないように、対向領域において、酸化ガス排出スリット４４４より内側に設けられている。燃料ガス供給スリット３５０は、対向領域の一の辺に平行に、一の辺のほぼ全長に亘って、配置されている。燃料ガス排出スリット３５４は、セパレータ６００を構成した際にカソードプレート４００における上述した酸化ガス供給スリット４４０と重ならないように、対向領域において、酸化ガス供給スリット４４０より内側に設けられている。燃料ガス排出スリット３５４は、対向領域の一の辺と向かい合う辺に平行に、その辺のほぼ全長に亘って、配置されている。   Similar to the cathode plate 400, the anode plate 300 is made of, for example, stainless steel. Like the cathode plate 400, the anode plate 300 includes six manifold forming portions 322 to 332, a fuel gas supply slit 350, and a fuel gas discharge slit 354 as penetrating portions that penetrate the anode plate 300 in the thickness direction. I have. The manifold forming portions 322 to 332 are through portions for forming the various manifolds described above when configuring the fuel cell 100, and are provided outside the facing region, like the cathode plate 400. The fuel gas supply slit 350 is provided inside the oxidizing gas discharge slit 444 in the facing region so as not to overlap the above-described oxidizing gas discharge slit 444 in the cathode plate 400 when the separator 600 is configured. . The fuel gas supply slit 350 is arranged in parallel to one side of the facing region and over almost the entire length of one side. The fuel gas discharge slit 354 is provided inside the oxidizing gas supply slit 440 in the facing region so as not to overlap the above-described oxidizing gas supply slit 440 in the cathode plate 400 when the separator 600 is configured. The fuel gas discharge slit 354 is disposed in parallel with the side facing one side of the opposing region over almost the entire length of the side.

中間プレート５００は、上述の各プレート３００、４００同様、例えば、ステンレス鋼で形成されている。中間プレート５００は、厚さ方向に貫通する貫通部として、反応ガス（酸化ガスまたは燃料ガス）を供給／排出するための４つのマニホールド形成部５２２〜５２８と、複数の酸化ガス供給流路形成部５４２と、複数の酸化ガス排出流路形成部５４４と、一つの燃料ガス供給流路形成部５４６と、一つの燃料ガス排出流路形成部５４８を備えている。マニホールド形成部５２２〜５２８は、燃料電池１００を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート４００、アノードプレート３００と同様に、対向領域の外側にそれぞれ設けられている。   The intermediate plate 500 is made of, for example, stainless steel, like the above-described plates 300 and 400. The intermediate plate 500 has four manifold forming portions 522 to 528 for supplying / discharging reaction gas (oxidizing gas or fuel gas) as a through portion penetrating in the thickness direction, and a plurality of oxidizing gas supply flow path forming portions. 542, a plurality of oxidizing gas discharge flow path forming portions 544, one fuel gas supply flow path forming portion 546, and one fuel gas discharge flow path forming portion 548. The manifold forming portions 522 to 528 are through portions for forming the various manifolds described above when configuring the fuel cell 100, and are provided outside the facing region, like the cathode plate 400 and the anode plate 300. Yes.

複数の酸化ガス供給流路形成部５４２の一端は、それぞれ、マニホールド形成部５２２と連通しており、複数の酸化ガス供給流路形成部５４２とマニホールド形成部５２２は、全体として櫛歯形状の貫通孔を形成している。複数の酸化ガス供給流路形成部５４２の他端は、それぞれに、３つのプレートを接合してセパレータ６００を構成した際に、上述したカソードプレート４００における酸化ガス供給スリット４４０と重なる位置まで延びている。同様にして、複数の酸化ガス排出流路形成部５４４とマニホールド形成部５２４は、全体として櫛歯形状の貫通孔を形成している。   One end of each of the plurality of oxidizing gas supply flow path forming portions 542 communicates with the manifold forming portion 522, and each of the plurality of oxidizing gas supply flow path forming portions 542 and the manifold forming portion 522 has a comb-like shape as a whole. A hole is formed. The other ends of the plurality of oxidizing gas supply flow path forming portions 542 extend to positions where they overlap with the oxidizing gas supply slits 440 in the cathode plate 400 described above when the three plates are joined to form the separator 600. Yes. Similarly, the plurality of oxidizing gas discharge flow path forming portions 544 and the manifold forming portion 524 form a comb-shaped through hole as a whole.

燃料ガス供給流路形成部５４６の一端は、マニホールド形成部５２６と連通している。燃料ガス供給流路形成部５４６は、対向領域の右辺を横切って、上述した酸化ガス排出流路形成部５４４と重ならない位置に、対向領域の下側の辺に沿って延び、その他端は対向領域の左辺近傍にまで達している。   One end of the fuel gas supply flow path forming portion 546 communicates with the manifold forming portion 526. The fuel gas supply flow path forming part 546 extends along the lower side of the facing area across the right side of the facing area so as not to overlap the oxidizing gas discharge flow path forming part 544 described above, and the other end is opposed. It has reached the vicinity of the left side of the area.

燃料ガス排出流路形成部５４８の一端は、マニホールド形成部５２８と連通している。燃料ガス排出流路形成部５４８は、対向領域の左辺を横切って、上述した酸化ガス供給流路形成部５４２と重ならない位置に、対向領域の上側の辺に沿って延び、その他端は対向領域の右辺近傍にまで達している。   One end of the fuel gas discharge flow path forming portion 548 communicates with the manifold forming portion 528. The fuel gas discharge channel forming part 548 extends along the upper side of the counter region at a position that does not overlap the above-described oxidizing gas supply channel forming unit 542 across the left side of the counter region, and the other end is the counter region. Has reached the vicinity of the right side of.

中間プレート５００は、さらに、同様な貫通部として、複数の冷却媒体流路形成部５５０を備えている。各冷却媒体流路形成部５５０は、対向領域を図７における左右方向に横断する長孔形状を有しており、その両端は、対向領域の外側に至っている。   The intermediate plate 500 further includes a plurality of cooling medium flow path forming portions 550 as similar penetrating portions. Each cooling medium flow path forming portion 550 has a long hole shape that crosses the opposing region in the left-right direction in FIG. 7, and both ends thereof reach the outside of the opposing region.

図７には、上述した各プレート３００、４００、５００を用いて作製されたセパレータ６００の正面図が示されている。セパレータ６００は、アノードプレート３００およびカソードプレート４００を、中間プレート５００を挟持するように中間プレート５００の両側にそれぞれ接合し、中間プレート５００における冷却媒体供給マニホールド１５０および冷却媒体排出マニホールド１６０に対応する領域に露出している部分を打ち抜いて作製される。３枚のプレートの接合方法は、例えば、熱圧着、ろう付け、溶接などが用いられ得る。この結果、図７においてハッチングで示す貫通部である６つのマニホールド１１０〜１６０と、複数の酸化ガス供給流路６５０と、複数の酸化ガス排出流路６６０と、燃料ガス供給流路６３０と、燃料ガス排出流路６４０と、複数の冷却媒体流路６７０とを備えたセパレータ６００が得られる。   FIG. 7 shows a front view of a separator 600 manufactured using each of the plates 300, 400, and 500 described above. The separator 600 joins the anode plate 300 and the cathode plate 400 to both sides of the intermediate plate 500 so as to sandwich the intermediate plate 500, and the region corresponding to the cooling medium supply manifold 150 and the cooling medium discharge manifold 160 in the intermediate plate 500. It is made by punching the exposed part. As a method of joining the three plates, for example, thermocompression bonding, brazing, welding, or the like can be used. As a result, the six manifolds 110 to 160, which are through portions shown by hatching in FIG. 7, the plurality of oxidizing gas supply channels 650, the plurality of oxidizing gas discharge channels 660, the fuel gas supply channel 630, and the fuel A separator 600 including a gas discharge channel 640 and a plurality of cooling medium channels 670 is obtained.

図７に示すように、複数の酸化ガス供給流路６５０は、それぞれ、上述したカソードプレート４００の酸化ガス供給スリット４４０と、中間プレート５００の酸化ガス供給流路形成部５４２の一つとによって形成される。各酸化ガス供給流路６５０は、セパレータ６００の内部を通る内部流路であり、一端が酸化ガス供給マニホールド１１０と連通し、他端がカソードプレート４００側の表面（カソード側表面）に至り、カソード側表面に開口する流路である。各酸化ガス供給流路６５０の他端の開口部は、図７から解るように酸化ガス供給スリット４４０に対応する。   As shown in FIG. 7, the plurality of oxidizing gas supply channels 650 are each formed by the oxidizing gas supply slit 440 of the cathode plate 400 and one of the oxidizing gas supply channel forming portions 542 of the intermediate plate 500 described above. The Each oxidizing gas supply flow path 650 is an internal flow path passing through the inside of the separator 600, one end communicates with the oxidizing gas supply manifold 110, and the other end reaches the surface on the cathode plate 400 side (cathode side surface). It is the flow path opened to the side surface. The opening at the other end of each oxidizing gas supply channel 650 corresponds to the oxidizing gas supply slit 440 as can be seen from FIG.

同様に、複数の酸化ガス排出流路６６０は、上述したカソードプレート４００の酸化ガス排出スリット４４４と、中間プレート５００の酸化ガス排出流路形成部５４４の一つとによって形成される。各酸化ガス排出流路６６０は、酸化ガス供給流路６５０と同様に、セパレータ６００の内部を通り、一端が酸化ガス排出マニホールド１２０と連通し、他端がカソードプレート４００側のカソード側表面に開口する。各酸化ガス排出流路６６０の他端の開口部は、図７から解るように酸化ガス排出スリット４４４に対応する。   Similarly, the plurality of oxidizing gas discharge channels 660 are formed by the above-described oxidizing gas discharge slit 444 of the cathode plate 400 and one of the oxidizing gas discharge channel forming portions 544 of the intermediate plate 500. Each oxidant gas discharge channel 660 passes through the inside of the separator 600, as with the oxidant gas supply channel 650, one end communicates with the oxidant gas discharge manifold 120, and the other end opens on the cathode side surface on the cathode plate 400 side. To do. The opening at the other end of each oxidizing gas discharge channel 660 corresponds to the oxidizing gas discharge slit 444 as can be seen from FIG.

図７に示すように、燃料ガス排出流路６４０は、上述したアノードプレート３００の燃料ガス排出スリット３５４と、中間プレート５００の燃料ガス排出流路形成部５４８とによって形成される。燃料ガス排出流路６４０は、一端が燃料ガス排出マニホールド１４０と連通し、他端がアノードプレート３００側の表面（アノード側表面）に開口する内部流路である。燃料ガス排出流路６４０の他端の開口部は、図７から解るように燃料ガス排出スリット３５４に対応する。   As shown in FIG. 7, the fuel gas discharge channel 640 is formed by the fuel gas discharge slit 354 of the anode plate 300 and the fuel gas discharge channel forming part 548 of the intermediate plate 500 described above. The fuel gas discharge channel 640 is an internal channel whose one end communicates with the fuel gas discharge manifold 140 and whose other end opens on the surface on the anode plate 300 side (anode side surface). The opening at the other end of the fuel gas discharge channel 640 corresponds to the fuel gas discharge slit 354 as can be seen from FIG.

同様に、燃料ガス供給流路６３０は、アノードプレート３００の燃料ガス供給スリット３５０と、中間プレート５００の燃料ガス供給スリット３５０とによって形成される。燃料ガス供給流路６３０は、一端が燃料ガス供給マニホールド１３０と連通し、他端がアノード側表面に開口する。燃料ガス供給流路６３０の他端の開口部は、図７から解るように燃料ガス供給スリット３５０に対応する。   Similarly, the fuel gas supply channel 630 is formed by the fuel gas supply slit 350 of the anode plate 300 and the fuel gas supply slit 350 of the intermediate plate 500. The fuel gas supply channel 630 has one end communicating with the fuel gas supply manifold 130 and the other end opening on the anode side surface. The opening at the other end of the fuel gas supply channel 630 corresponds to the fuel gas supply slit 350 as can be seen from FIG.

図７に示すように、複数の冷却媒体流路６７０は、上述した中間プレート５００に形成された冷却媒体流路形成部５５０（図６）によって形成され、一端が冷却媒体供給マニホールド１５０に、他端が冷却媒体排出マニホールド１６０に連通している。冷却媒体流路６７０は、冷却性能を向上させるため、発電領域の全体に亘って形成されることが望ましい。しかしながら、発電領域のうち、酸化ガス供給流路６５０、燃料ガス排出流路６４０、燃料ガス供給流路６３０、酸化ガス排出流路６６０が形成されている領域（図７：シングルハッチングされている領域）には、セパレータ６００の構造上、冷却媒体流路形成部５５０を配置することは困難である。冷却媒体流路６７０は、対向領域のうち、上述した反応ガス供給／排出流路６３０〜６６０が配置されていない領域（図７：シングルハッチングされた領域に挟まれた領域）の全体に亘って配置されている。   As shown in FIG. 7, the plurality of cooling medium flow paths 670 are formed by the cooling medium flow path forming portion 550 (FIG. 6) formed in the intermediate plate 500 described above, and one end is connected to the cooling medium supply manifold 150 and the other. The end communicates with the cooling medium discharge manifold 160. The cooling medium flow path 670 is desirably formed over the entire power generation region in order to improve the cooling performance. However, in the power generation region, a region where the oxidizing gas supply channel 650, the fuel gas discharge channel 640, the fuel gas supply channel 630, and the oxidizing gas discharge channel 660 are formed (FIG. 7: a single hatched region). ), It is difficult to dispose the cooling medium flow path forming portion 550 due to the structure of the separator 600. The cooling medium flow path 670 covers the entire area of the opposed area where the above-described reaction gas supply / discharge flow paths 630 to 660 are not disposed (FIG. 7: an area sandwiched between single-hatched areas). Has been placed.

次に、上述した図３と共に、図８を参照して、発電モジュール２００の構成について説明する。図８は、発電モジュール２００の正面図である。   Next, the configuration of the power generation module 200 will be described with reference to FIG. 8 together with FIG. 3 described above. FIG. 8 is a front view of the power generation module 200.

発電モジュール２００は、積層部材８００と、シール部材７００とから構成されている。   The power generation module 200 includes a laminated member 800 and a seal member 700.

積層部材８００は、図３に示すように、発電体８１０と、アノード側拡散層８２０と、カソード側拡散層８３０と、アノード側多孔体８４０と、カソード側多孔体８５０とが積層されて構成されている。積層部材８００の構成する部材８２０〜８５０は、それぞれ、積層方向から見て、上述した対向領域に対応する形状を有する板状部材である。   As shown in FIG. 3, the laminated member 800 is configured by laminating a power generation body 810, an anode side diffusion layer 820, a cathode side diffusion layer 830, an anode side porous body 840, and a cathode side porous body 850. ing. Each of the members 820 to 850 constituting the laminated member 800 is a plate-like member having a shape corresponding to the above-described facing region as seen from the lamination direction.

発電体８１０は、電解質層８１１と、電解質層８１１の一方の面に配置されたアノード電極層８１２と、電解質層８１１の他方の面に配置されたカソード電極層８１３を含む。電解質層８１１は、フッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成され湿潤状態において良好なイオン導電性を有するイオン交換膜である。電解質層８１１およびカソード電極層８１３については後述する。   The power generation body 810 includes an electrolyte layer 811, an anode electrode layer 812 disposed on one surface of the electrolyte layer 811, and a cathode electrode layer 813 disposed on the other surface of the electrolyte layer 811. The electrolyte layer 811 is an ion exchange membrane formed of a fluorine resin material or a hydrocarbon resin material and having good ionic conductivity in a wet state. The electrolyte layer 811 and the cathode electrode layer 813 will be described later.

アノード側拡散層８２０は、発電体８１０のアノード電極層８１２側の面に接して配置され、カソード側拡散層８３０は、発電体８１０のカソード電極層８１３側の面に接して配置される。アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成される。   The anode side diffusion layer 820 is disposed in contact with the surface of the power generation body 810 on the anode electrode layer 812 side, and the cathode side diffusion layer 830 is disposed in contact with the surface of the power generation body 810 on the cathode electrode layer 813 side. The anode side diffusion layer 820 and the cathode side diffusion layer 830 are formed of, for example, carbon cloth woven with yarns made of carbon fibers, carbon paper, or carbon felt.

アノード側多孔体８４０は、発電体８１０のアノード電極層８１２側にアノード側拡散層８２０を挟んで配置され、カソード側多孔体８５０は、発電体８１０のカソード電極層８１３側にカソード側拡散層８３０を挟んで配置されている。カソード側多孔体８５０は、発電モジュール２００とセパレータ６００とを積層して燃料電池１００を構成した際に、カソード側に配置されたセパレータ６００の対向領域に接触し、アノード側多孔体８４０は、アノード側に配置された他のセパレータ６００の対向領域に接触する。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、金属多孔体などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０は、比較的空孔率が高く、内部におけるガスの流動抵抗が低いものが用いられ、後述するように反応ガスが流動するための流路として機能する。   The anode side porous body 840 is disposed on the anode electrode layer 812 side of the power generation body 810 with the anode side diffusion layer 820 interposed therebetween, and the cathode side porous body 850 is disposed on the cathode electrode layer 813 side of the power generation body 810. It is arranged on the other side. The cathode-side porous body 850 contacts the opposing region of the separator 600 disposed on the cathode side when the fuel cell 100 is configured by laminating the power generation module 200 and the separator 600, and the anode-side porous body 840 is an anode It contacts the facing region of another separator 600 arranged on the side. The anode side porous body 840 and the cathode side porous body 850 are formed of a porous material having gas diffusibility and conductivity such as a metal porous body. As the anode side porous body 840 and the cathode side porous body 850, those having a relatively high porosity and a low gas flow resistance inside are used, and function as flow paths for the reaction gas to flow as described later. .

シール部材７００は、積層部材８００の面方向の外周に全周に亘って配置されている。シール部材７００は、金型のキャビティに積層部材８００の外周端部を臨ませて、成形材料を射出成形することによって作製され、これによって積層部材８００の外周端に隙間なく気密に一体化されている。シール部材７００は、ガス不透性と弾力性と燃料電池の運転温度域における耐熱性とを有する材料、例えば、ゴムやエラストマーによって形成される。具体的には、シリコン系ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、フッ素系ゴム、エチレン・プロピレン系ゴム、スチレン系エラストマー、フッ素系エラストマーなどが用いられ得る。   The seal member 700 is disposed on the outer periphery in the surface direction of the laminated member 800 over the entire periphery. The seal member 700 is produced by injection molding of a molding material with the outer peripheral end of the laminated member 800 facing the cavity of the mold, and thereby, the seal member 700 is airtightly integrated with the outer peripheral end of the laminated member 800 without a gap. Yes. The seal member 700 is formed of a material having gas impermeability, elasticity, and heat resistance in the operating temperature range of the fuel cell, for example, rubber or elastomer. Specifically, silicon rubber, butyl rubber, acrylic rubber, natural rubber, fluorine rubber, ethylene / propylene rubber, styrene elastomer, fluorine elastomer and the like can be used.

シール部材７００は、支持部７１０と、支持部７１０の両側に配置され、シールラインを形成するリブ７２０とを備えている。図３、８に示すように、支持部７１０には、図１における各マニホールド１２０〜１６０に対応する貫通孔（マニホールド孔）が形成されている。リブ７２０は、発電モジュール２００とセパレータ６００が積層された際に、隣接するセパレータ６００に密着してセパレータ６００との間をシールし、反応ガス（本実施例では、水素および空気）や冷却水の漏洩を防止する。リブ７２０は、図８に示すように、積層部材８００の全周を囲むシールラインと、個々のマニホールド孔の全周を囲むシールラインとを形成する。   The seal member 700 includes a support portion 710 and ribs 720 that are disposed on both sides of the support portion 710 and form a seal line. As shown in FIGS. 3 and 8, the support portion 710 is formed with through holes (manifold holes) corresponding to the manifolds 120 to 160 in FIG. 1. When the power generation module 200 and the separator 600 are stacked, the rib 720 is in close contact with the adjacent separator 600 and seals between the separator 600, and reactive gas (hydrogen and air in this embodiment) or cooling water. Prevent leakage. As shown in FIG. 8, the rib 720 forms a seal line that surrounds the entire circumference of the laminated member 800 and a seal line that surrounds the entire circumference of each manifold hole.

・発電体の構成：
ここで、図９を参照して、発電体８１０について、さらに説明する。図９は、発電体８１０の正面図である。発電体８１０は、発電モジュール２００とセパレータ６００とが積層された時に、セパレータ６００の反応ガス供給／排出流路６３０〜６６０と積層方向に重なる領域Ａ１（第１の領域）と、重ならない領域Ａ２（第２の領域）とに分けられる。発電体８１０の第１の領域Ａ１（図９）は、図７においてシングルハッチングで示されるセパレータ６００の領域に対応する。 ・ Configuration of power generator:
Here, with reference to FIG. 9, the electric power generation body 810 is further demonstrated. FIG. 9 is a front view of the power generator 810. When the power generation module 200 and the separator 600 are stacked, the power generation body 810 includes a region A1 (first region) that overlaps the reactive gas supply / discharge flow paths 630 to 660 of the separator 600 in the stacking direction and a region A2 that does not overlap. (Second region). The first region A1 (FIG. 9) of the power generation body 810 corresponds to the region of the separator 600 indicated by single hatching in FIG.

発電体８１０は、上述したように電解質層８１１とアノード電極層８１２とカソード電極層８１３を含んでいる（図３）。図８には、第１の領域Ａ１におけるアノード電極層８１２およびカソード電極層８１３の構成の拡大図と、第２の領域Ａ２におけるアノード電極層８１２およびカソード電極層８１３の構成の拡大図とが示されている。   As described above, the power generation body 810 includes the electrolyte layer 811, the anode electrode layer 812, and the cathode electrode layer 813 (FIG. 3). FIG. 8 shows an enlarged view of the configuration of the anode electrode layer 812 and the cathode electrode layer 813 in the first region A1, and an enlarged view of the configuration of the anode electrode layer 812 and the cathode electrode layer 813 in the second region A2. Has been.

第１の領域Ａ１における電極層８１２、８１３は、カーボン粒子ＣＢを骨格とする多孔質体である。第１の領域Ａ１における電極層８１２、８１３には、触媒作用を有する触媒成分は含まれていない。カーボン粒子ＣＢは、触媒作用を有しない非触媒成分である。   The electrode layers 812 and 813 in the first region A1 are porous bodies having carbon particles CB as a skeleton. The electrode layers 812 and 813 in the first region A1 do not contain a catalytic component having a catalytic action. The carbon particles CB are non-catalytic components that do not have a catalytic action.

第２の領域Ａ２における電極層８１２、８１３は、第１の領域Ａ１における電極層８１２、８１３と同様のカーボン粒子ＣＢを骨格とする多孔質体である。第２の領域Ａ２における電極層８１２、８１３は、さらに、第１の領域Ａ１における電極層８１２、８１３と異なり、カーボン粒子ＣＢに担持された白金粒子ＰＴを含んでいる。白金粒子ＰＴは、触媒作用を有する触媒成分である。白金粒子ＰＴの触媒作用により、電極層８１２、８１３において燃料電池の電気化学反応が進行する。第２の領域Ａ２における電極層８１２、８１３は、さらに、電解質層８１１と同様の電解質ＥＬを含んでいる。   The electrode layers 812 and 813 in the second region A2 are porous bodies having the same carbon particles CB as the skeleton of the electrode layers 812 and 813 in the first region A1. Unlike the electrode layers 812 and 813 in the first region A1, the electrode layers 812 and 813 in the second region A2 further include platinum particles PT supported on the carbon particles CB. The platinum particle PT is a catalyst component having a catalytic action. The electrochemical reaction of the fuel cell proceeds in the electrode layers 812 and 813 by the catalytic action of the platinum particles PT. The electrode layers 812 and 813 in the second region A2 further include an electrolyte EL similar to the electrolyte layer 811.

アノード電極層８１２は、例えば、以下のように作製される。まず、カーボン粒子ＣＢを有機溶媒と混合して調製された第１のスラリと、白金粒子ＰＴを担持したカーボン粒子ＣＢと電解質ＥＬと有機溶媒とを混合して調製された第２のスラリを準備する。そして、電解質層８１１のアノード側の面における第１の領域Ａ１には、第１のスラリがスクリーン印刷され、第２の領域Ａ２には、第２のスラリがスクリーン印刷される。こうして、電解質層８１１のアノード側の面にアノード電極層８１２が形成される。同様な行程を、電解質層８１１のカソード側の面に対して行うことにより、カソード電極層８１３が形成される。   The anode electrode layer 812 is produced as follows, for example. First, a first slurry prepared by mixing carbon particles CB with an organic solvent, and a second slurry prepared by mixing carbon particles CB carrying platinum particles PT, electrolyte EL, and an organic solvent are prepared. To do. The first slurry A1 on the anode side surface of the electrolyte layer 811 is screen-printed in the first area A1, and the second slurry A2 is screen-printed in the second area A2. Thus, the anode electrode layer 812 is formed on the anode side surface of the electrolyte layer 811. The cathode electrode layer 813 is formed by performing the same process on the surface of the electrolyte layer 811 on the cathode side.

・燃料電池の動作
図１０を参照して、実施例に係る燃料電池１００の動作について説明する。図１０は、燃料電池の反応ガスの流れを示す説明図である。図を見やすくするため、図１０においては、２つの発電モジュール２００と２つのセパレータ６００が積層された様子のみを図示している。図１０（ａ）は、図７におけるＢ−Ｂ断面に対応する断面図を示している。図１０（ｂ）は、右側の半分が図７におけるＤ−Ｄ断面に対応する断面図を示し、左側の半分が図７におけるＣ−Ｃ断面に対応する断面図を示している。 -Operation | movement of fuel cell With reference to FIG. 10, operation | movement of the fuel cell 100 which concerns on an Example is demonstrated. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the flow of the reaction gas in the fuel cell. In order to make the figure easy to see, FIG. 10 shows only a state in which two power generation modules 200 and two separators 600 are stacked. FIG. 10A shows a cross-sectional view corresponding to the BB cross section in FIG. 10B, the right half shows a cross-sectional view corresponding to the DD cross section in FIG. 7, and the left half shows a cross sectional view corresponding to the CC cross section in FIG.

燃料電池１００は、酸化ガス供給マニホールド１１０に酸化ガスが供給されると共に、燃料ガス供給マニホールド１３０に燃料ガスが供給されることにより、発電を行う。また、発電中の燃料電池１００には、発電に伴う発熱による燃料電池１００の温度上昇を抑制するために、冷却媒体供給マニホールド１５０に冷却媒体が供給される。   The fuel cell 100 generates power by supplying the oxidizing gas to the oxidizing gas supply manifold 110 and supplying the fuel gas to the fuel gas supply manifold 130. In addition, the cooling medium is supplied to the cooling medium supply manifold 150 in order to suppress the temperature rise of the fuel cell 100 due to heat generated by power generation.

酸化ガス供給マニホールド１１０に供給された酸化ガスは、図１０（ａ）において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド１１０から酸化ガス供給流路６５０を通って、酸化ガス供給流路６５０のカソード側表面の開口部からカソード側多孔体８５０に供給される。カソード側多孔体８５０に供給された酸化ガスは、酸化ガスの流路として機能するカソード側多孔体８５０の内部を図７において白抜きの矢印で示すように上方から下方に流動する。そして、酸化ガスは、酸化ガス排出流路６６０のカソード側表面の開口部から酸化ガス排出流路６６０に流入し、酸化ガス排出流路６６０を通って、酸化ガス排出マニホールド１２０へ排出される。カソード側多孔体８５０を流動する酸化ガスの一部は、カソード側多孔体８５０に当接しているカソード側拡散層８３０の全体に亘って拡散し、カソード反応（例えば、２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ）に供される。 The oxidant gas supplied to the oxidant gas supply manifold 110 passes from the oxidant gas supply manifold 110 through the oxidant gas supply channel 650 as shown by arrows in FIG. The cathode side porous body 850 is supplied from the opening on the surface. The oxidizing gas supplied to the cathode side porous body 850 flows from the upper side to the lower side inside the cathode side porous body 850 functioning as a flow path for the oxidizing gas, as indicated by white arrows in FIG. Then, the oxidizing gas flows into the oxidizing gas discharge channel 660 from the opening on the cathode side surface of the oxidizing gas discharge channel 660, and is discharged to the oxidizing gas discharge manifold 120 through the oxidizing gas discharge channel 660. A part of the oxidizing gas flowing in the cathode side porous body 850 diffuses over the entire cathode side diffusion layer 830 in contact with the cathode side porous body 850, and the cathode reaction (for example, 2H ⁺ + 2e ⁻ + (1 / 2) Used for O ₂ → H ₂ O).

燃料ガス供給マニホールド１３０に供給された燃料ガスは、図１０（ｂ）において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド１３０から燃料ガス供給流路６３０を通って、燃料ガス供給流路６３０のアノード側表面の開口部からアノード側多孔体８４０に供給される。アノード側多孔体８４０に供給された燃料ガスは、燃料ガスの流路として機能するアノード側多孔体８４０の内部を図７において黒塗りの矢印で示すように下方から上方に流動する。そして、燃料ガスは、燃料ガス排出流路６４０のアノード側表面の開口部から燃料ガス排出流路６４０に流入し、燃料ガス排出流路６４０を通って、燃料ガス排出マニホールド１４０に排出される。アノード側多孔体８４０を流動する酸化ガスの一部は、アノード側多孔体８４０に当接しているアノード側拡散層８２０の全体に亘って拡散し、アノード反応（例えば、Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-）に供される。 The fuel gas supplied to the fuel gas supply manifold 130 passes through the fuel gas supply passage 630 from the fuel gas supply manifold 130 as shown by an arrow in FIG. The anode-side porous body 840 is supplied from the opening on the surface. The fuel gas supplied to the anode side porous body 840 flows from below to above as shown by the black arrow in FIG. 7 inside the anode side porous body 840 functioning as a fuel gas flow path. Then, the fuel gas flows into the fuel gas discharge passage 640 from the opening on the anode side surface of the fuel gas discharge passage 640, passes through the fuel gas discharge passage 640, and is discharged to the fuel gas discharge manifold 140. A part of the oxidizing gas flowing through the anode-side porous body 840 diffuses over the entire anode-side diffusion layer 820 in contact with the anode-side porous body 840, and the anode reaction (for example, H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻ ).

冷却媒体供給マニホールド１５０に供給された冷却媒体は、冷却媒体供給マニホールド１５０から冷却媒体流路６７０に供給される。冷却媒体流路６７０に供給された冷却媒体は、冷却媒体流路６７０の一端から他端まで流動し、冷却媒体排出マニホールド１６０に排出される。   The cooling medium supplied to the cooling medium supply manifold 150 is supplied from the cooling medium supply manifold 150 to the cooling medium flow path 670. The cooling medium supplied to the cooling medium flow path 670 flows from one end of the cooling medium flow path 670 to the other end, and is discharged to the cooling medium discharge manifold 160.

以上説明した本実施例によれば、発電体８１０におけるアノード電極層８１２の全体に燃料ガスが供給され、カソード電極層８１３の全体に亘って、酸化ガスが供給される。しかしながら、発電体８１０のうち、発電が実質的に行われるのは、第２の領域Ａ２のみであり、第１の領域Ａ１では、発電は実質的に行われない。第１の領域Ａ１には、電気化学反応を進行させるために必要な触媒成分（本実施例では、白金粒子ＰＴ）が含まれていないためである。この結果、構造上、冷却媒体流路６７０を配置できない第１の領域Ａ１の温度が上昇することを抑制することができる。この結果、第１の領域Ａ１において電解質層８１１が発熱により損傷を受けることを抑制することができる。   According to the present embodiment described above, the fuel gas is supplied to the entire anode electrode layer 812 in the power generation body 810 and the oxidizing gas is supplied to the entire cathode electrode layer 813. However, in the power generation body 810, power generation is substantially performed only in the second region A2, and power generation is not substantially performed in the first region A1. This is because the first region A1 does not contain a catalyst component (in this example, platinum particles PT) necessary to advance the electrochemical reaction. As a result, it is possible to suppress an increase in the temperature of the first region A1 where the cooling medium flow path 670 cannot be disposed due to the structure. As a result, the electrolyte layer 811 can be prevented from being damaged by heat generation in the first region A1.

さらに、第１の領域Ａ１における電極層８１２、８１３は、白金粒子ＰＴを担持していないカーボン粒子ＣＢを骨格とする多孔体であるため、電解質層８１１はアノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０と直接に接触しない。したがって、アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０の繊維（ケバ）が電解質層８１１に突き刺さることにより、電解質層８１１が損傷を受けることを抑制することができる。   Furthermore, since the electrode layers 812 and 813 in the first region A1 are porous bodies having the carbon particles CB not supporting the platinum particles PT as a skeleton, the electrolyte layer 811 includes the anode-side diffusion layer 820 and the cathode-side diffusion layer. No direct contact with 830. Therefore, the anode layer diffusion layer 820 and the cathode side diffusion layer 830 are pierced into the electrolyte layer 811 so that the electrolyte layer 811 can be prevented from being damaged.

Ｂ．変形例：
・第１変形例：
図１１を参照して、第１変形例について説明する。図１１は、第１変形例におけるセパレータ６００ａの正面図である。 B. Variations:
・ First modification:
A first modification will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a front view of the separator 600a in the first modification.

第１変形例におけるセパレータ６００ａは、実施例におけるセパレータ６００と形状が異なっている。例えば、セパレータ６００ａにおける酸化ガス供給流路６５０の開口部は、スリット形状ではなく円形状となっている。また、第１変形例におけるセパレータ６００ａの燃料ガス排出流路６４０ａは、複数設けられ、酸化ガス供給流路６５０ａと同様に櫛歯状に形成されている。また、第１変形例における燃料ガス排出流路６４０ａは、実施例における燃料ガス排出流路６４０と異なり、対向領域の上側の辺の全長に亘って形成されておらず、対向領域の左辺の上側近傍の狭い領域にのみ重なる。第１変形例における酸化ガス排出流路６６０ａおよび燃料ガス供給流路６３０ａの形状は、説明した燃料ガス排出流路６４０ａおよび酸化ガス供給流路６５０ａの形状と同様である。   The separator 600a in the first modification is different in shape from the separator 600 in the embodiment. For example, the opening of the oxidizing gas supply channel 650 in the separator 600a is not a slit shape but a circular shape. Further, a plurality of fuel gas discharge channels 640a of the separator 600a in the first modification are provided, and are formed in a comb shape like the oxidizing gas supply channel 650a. Further, unlike the fuel gas discharge flow path 640 in the embodiment, the fuel gas discharge flow path 640a in the first modified example is not formed over the entire length of the upper side of the facing area, and is above the left side of the facing area. It only overlaps a nearby narrow area. The shapes of the oxidizing gas discharge channel 660a and the fuel gas supply channel 630a in the first modification are the same as the shapes of the fuel gas discharge channel 640a and the oxidizing gas supply channel 650a described above.

図１１には、本変形例に用いられる発電体８１０ａが一点波線で示されている。本変形例における発電体８１０では、第１の領域Ａ１はＬ字型の領域となり、第２の領域Ａ２は、それ以外の領域とある。以上のように、発電体８１０における第１の領域Ａ１および第２の領域Ａ２は、用いられるセパレータの構成に応じて、適宜変更されるものである。   In FIG. 11, the power generation body 810a used in the present modification is indicated by a dashed line. In the power generation body 810 in this modification, the first region A1 is an L-shaped region, and the second region A2 is the other region. As described above, the first region A1 and the second region A2 in the power generation body 810 are appropriately changed according to the configuration of the separator used.

・第２変形例：
上記実施例では、発電体８１０の第１の領域Ａ１において、アノード電極層８１２とカソード電極層８１３の両方に触媒成分（例えば、白金粒子ＰＴ）を含まないことしているが、いずれか一方に触媒成分を含まないこととしても良い。かかる場合でも、第１の領域Ａ１における電気化学反応を抑制して、第１の領域Ａ１における発熱を抑制することができる。 ・ Second modification:
In the above embodiment, in the first region A1 of the power generation body 810, both the anode electrode layer 812 and the cathode electrode layer 813 do not contain a catalyst component (for example, platinum particles PT). It is good also as not containing an ingredient. Even in such a case, the electrochemical reaction in the first region A1 can be suppressed, and the heat generation in the first region A1 can be suppressed.

・第３変形例：
実施例における発電体８１０の第１の領域Ａ１において、アノード電極層８１２およびカソード電極層８１３に、カーボン粒子ＣＢに加えて、ラジカル捕捉剤を配置しても良い。ラジカル捕捉剤には、セリウム酸化物（例えば、ＣｅＯ₂（二酸化セリウム））などの希土類酸化物、ジルコニウム酸化物が用いられる。 ・ Third modification:
In the first region A1 of the power generation body 810 in the embodiment, a radical scavenger may be disposed in the anode electrode layer 812 and the cathode electrode layer 813 in addition to the carbon particles CB. As the radical scavenger, rare earth oxides such as cerium oxide (for example, CeO ₂ (cerium dioxide)) and zirconium oxide are used.

燃料電池の電極反応の副作用により生成水内には、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）が発生する。過酸化水素が、例えば、以下の式（１）〜（４）に示す反応に供せられることにより、ラジカル（例えば、・ＯＨ（ヒドロキシラジカル）、・ＯＯＨ（ハイドロパーオキシラジカル）、・Ｈ（水素ラジカル））が生成される。
２Ｈ₂Ｏ₂→・ＯＨ＋・ＯＯＨ＋Ｈ₂Ｏ …（１）
Ｈ₂Ｏ₂＋Ｈ⁺＋ｅ^-→・ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ …（２）
・ＯＨ＋Ｈ２→Ｈ₂Ｏ＋・Ｈ …（３）
Ｈ₂Ｏ₂＋ｅ^-→・ＯＨ＋ＯＨ^- …（４）
これらのラジカルは、活性が高く、反応性に富むので、電解質層と反応する。ラジカルとの反応によって、電解質層は、分解され、損傷を受ける。 Hydrogen peroxide (H ₂ O ₂ ) is generated in the produced water due to side effects of the electrode reaction of the fuel cell. Hydrogen peroxide is subjected to, for example, the reactions shown in the following formulas (1) to (4), whereby radicals (for example, .OH (hydroxy radical), .OOH (hydroperoxy radical), .H ( Hydrogen radicals)) are generated.
2H ₂ O ₂ → OH + OOH + H ₂ O (1)
H ₂ O ₂ + H ⁺ + e ⁻ → · OH + H ₂ O (2)
・ OH + H2 → H ₂ O + · H (3)
H ₂ O ₂ + e ⁻ → · OH + OH ⁻ (4)
Since these radicals are highly active and highly reactive, they react with the electrolyte layer. By reaction with radicals, the electrolyte layer is decomposed and damaged.

ラジカルを含む生成水が第１の領域Ａ１に溜まることにより、電解質層８１１は損傷を受けるおそれがある。本変形例では、第１の領域Ａ１においてラジカル捕捉剤によりラジカルを固定して安定化することができる。この結果、ラジカルによる電解質層８１１の損傷を抑制することができる。   The generated water containing radicals may accumulate in the first region A1, and the electrolyte layer 811 may be damaged. In this modification, radicals can be fixed and stabilized by a radical scavenger in the first region A1. As a result, damage to the electrolyte layer 811 due to radicals can be suppressed.

・第４変形例：
上記実施例における発電体８１０では、電極層８１２、８１３において、第１の領域Ａ１には白金粒子ＰＴを配置せず、第２の領域Ａ２にのみ白金粒子ＰＴを配置している。これに代えて、電極層８１２、８１３において、第１の領域Ａ１における白金粒子ＰＴの単位面積あたりの量を、第２の領域Ａ２における白金粒子ＰＴの単位体積あたりの量より少なくしても良い。例えば、第２の領域Ａ２における白金粒子ＰＴの量を０．２ｍｇ／ｃｍ²、第１の領域Ａ１における白金粒子ＰＴの量を０．０５ｍｇ／ｃｍ²としても良い。かかる場合でも、第１の領域Ａ１における電気化学反応を抑制して、第１の領域Ａ１における発熱を抑制することができる。 -Fourth modification:
In the power generation body 810 in the above embodiment, in the electrode layers 812 and 813, the platinum particles PT are arranged only in the second region A2 without arranging the platinum particles PT in the first region A1. Instead, in the electrode layers 812 and 813, the amount per unit area of the platinum particles PT in the first region A1 may be smaller than the amount per unit volume of the platinum particles PT in the second region A2. . For example, the amount of platinum particles PT in the second region A2 may be 0.2 mg / cm ² , and the amount of platinum particles PT in the first region A1 may be 0.05 mg / cm ² . Even in such a case, the electrochemical reaction in the first region A1 can be suppressed, and the heat generation in the first region A1 can be suppressed.

・その他の変形例：
上記各実施例では、積層部材８００の各部材やセパレータ６００の各部材の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０を、金属多孔体を用いて形成するとしているが、例えばカーボン多孔体といった他の材料を用いて形成することも可能である。また、セパレータ６００は、金属を用いて形成するとしているが、例えばカーボンといった他の材料を用いることも可能である。 ・ Other variations:
In each said Example, although the material of each member of the laminated member 800 and each member of the separator 600 is specified, it is not limited to these materials, Various appropriate materials can be used. For example, the anode-side porous body 840 and the cathode-side porous body 850 are formed using a metal porous body, but may be formed using other materials such as a carbon porous body. In addition, the separator 600 is formed using a metal, but other materials such as carbon may be used.

上記各実施例では、セパレータ６００は３層の金属板を積層した構成であり、その対向領域に対応する部分が平坦な形状であるとしているが、これに代えて他の任意の形状とすることが可能である。具体的には、対向領域に対応する表面に溝状の反応ガス流路が形成されたセパレータ（例えば、カーボンで作製される）を採用しても良いし、対向領域に対応する部分に反応ガス流路として機能する波板形状を有するセパレータ（例えば、金属板をプレス成形して作製される）を採用しても良い。   In each of the above-described embodiments, the separator 600 has a configuration in which three metal plates are laminated, and the portion corresponding to the opposing region is assumed to have a flat shape. However, instead of this, any other shape may be used. Is possible. Specifically, a separator (for example, made of carbon) in which a groove-like reaction gas flow path is formed on the surface corresponding to the facing region may be employed, or the reaction gas is formed in a portion corresponding to the facing region. You may employ | adopt the separator (For example, produced by press-molding a metal plate) which has a corrugated plate shape which functions as a flow path.

また、上記実施例では、積層部材８００は、発電体８１０、アノード側拡散層８２０およびカソード側拡散層８３０、アノード側多孔体８４０およびカソード側多孔体８５０から構成されているが、これに限られない。例えば、反応ガス流路が形成されたセパレータや、反応ガス流路として機能する波板形状を有するセパレータを用いる場合には、アノード側およびカソード側多孔体は無くても良い。   In the above embodiment, the laminated member 800 includes the power generation body 810, the anode side diffusion layer 820, the cathode side diffusion layer 830, the anode side porous body 840, and the cathode side porous body 850, but is not limited thereto. Absent. For example, in the case of using a separator in which a reaction gas channel is formed or a separator having a corrugated plate functioning as a reaction gas channel, the anode side and cathode side porous bodies may be omitted.

以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。   As mentioned above, although the Example and modification of this invention were demonstrated, this invention is not limited to these Example and modification at all, and implementation in a various aspect is possible within the range which does not deviate from the summary. It is.

実施例における燃料電池の構成を示す第１の説明図である。It is the 1st explanatory view showing the composition of the fuel cell in an example. 実施例における燃料電池の構成を示す第２の説明図である。It is the 2nd explanatory view showing the composition of the fuel cell in an example. 燃料電池の断面図の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of sectional drawing of a fuel cell. 実施例におけるカソードプレートの形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of the cathode plate in an Example. 実施例におけるアノードプレートの形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of the anode plate in an Example. 実施例における中間プレートの形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the shape of the intermediate | middle plate in an Example. 実施例におけるセパレータの正面図である。It is a front view of the separator in an Example. 実施例における発電モジュールの正面図である。It is a front view of the electric power generation module in an Example. 実施例における発電体の正面図である。It is a front view of the electric power generation body in an Example. 実施例における燃料電池の反応ガスの流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the reaction gas of the fuel cell in an Example. 第１変形例におけるセパレータの正面図である。It is a front view of the separator in the 1st modification.

符号の説明Explanation of symbols

１００…燃料電池
１１０…酸化ガス供給マニホールド
１２０…酸化ガス排出マニホールド
１３０…燃料ガス供給マニホールド
１４０…燃料ガス排出マニホールド
１５０…冷却媒体供給マニホールド
１６０…冷却媒体排出マニホールド
２００…発電モジュール
３００…アノードプレート
３００…プレート
３２２〜３３２…マニホールド形成部
３５０…燃料ガス供給スリット
３５４…燃料ガス排出スリット
４００…カソードプレート
４２２〜４３２…マニホールド形成部
４４０…酸化ガス供給スリット
４４４…酸化ガス排出スリット
５００…中間プレート
５２２〜５３２…マニホールド形成部
５４２…酸化ガス供給流路形成部
５４４…酸化ガス排出流路形成部
５４６…燃料ガス供給流路形成部
５４８…燃料ガス排出流路形成部
５５０…冷却媒体流路形成部
６００、６００ａ…セパレータ
６００ａ…セパレータ
６３０、６３０ａ…燃料ガス供給流路
６４０、６４０ａ…燃料ガス排出流路
６５０、６５０ａ…酸化ガス供給流路
６６０、６６０ａ…酸化ガス排出流路
６７０、６７０ａ…冷却媒体流路
７００…シール部材
７１０…支持部
７２０…リブ
８００…積層部材
８１０…発電体
８１１…電解質層
８１２…アノード電極層
８１３…カソード電極層
８２０…アノード側拡散層
８３０…カソード側拡散層
８４０…アノード側多孔体
８５０…カソード側多孔体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell 110 ... Oxidation gas supply manifold 120 ... Oxidation gas discharge manifold 130 ... Fuel gas supply manifold 140 ... Fuel gas discharge manifold 150 ... Coolant supply manifold 160 ... Coolant discharge manifold 200 ... Power generation module 300 ... Anode plate 300 ... Plates 322 to 332 ... Manifold forming part 350 ... Fuel gas supply slit 354 ... Fuel gas discharge slit 400 ... Cathode plates 422 to 432 ... Manifold formation part 440 ... Oxidation gas supply slit 444 ... Oxidation gas discharge slit 500 ... Intermediate plates 522 to 532 ... manifold forming part 542 ... oxidizing gas supply flow path forming part 544 ... oxidizing gas discharge flow path forming part 546 ... fuel gas supply flow path forming part 548 ... fuel gas discharge flow path forming part 5 DESCRIPTION OF SYMBOLS 0 ... Cooling medium flow path formation part 600, 600a ... Separator 600a ... Separator 630, 630a ... Fuel gas supply flow path 640, 640a ... Fuel gas discharge flow path 650, 650a ... Oxidation gas supply flow path 660, 660a ... Oxidation gas discharge Flow path 670, 670a ... Cooling medium flow path 700 ... Seal member 710 ... Supporting part 720 ... Rib 800 ... Laminated member 810 ... Power generation body 811 ... Electrolyte layer 812 ... Anode electrode layer 813 ... Cathode electrode layer 820 ... Anode side diffusion layer 830 ... Cathode side diffusion layer 840 ... Anode side porous body 850 ... Cathode side porous body

Claims (6)

燃料電池であって、
反応ガスを流動させるために、内部を通り表面に開口するように形成された反応ガス流路を有する複数のセパレータと、
前記セパレータと交互に積層されると共に、前記セパレータの前記反応ガス流路と積層方向に重なる第１の領域と前記反応ガス流路と積層方向に重ならない第２の領域に、電解質層と、前記電解質層の一の側に配置される第１の電極層と、前記電解質層の他の側に配置される第２の電極層と、を有する複数の発電体と、
前記第１の領域に含まれる前記第１の電極層と前記第２の領域に含まれる前記第１の電極層とに接して配置される第１の多孔体と、
前記第１の領域に含まれる前記第２の電極層と前記第２の領域に含まれる前記第２の電極層とに接して配置される第２の多孔体と、
を備え、
前記第１の電極層と前記第２の電極層の少なくとも一方において、前記第２の領域には触媒成分を含み、前記第１の領域には触媒成分を含まない、燃料電池。 A fuel cell,
A plurality of separators having a reaction gas flow path formed so as to flow through the inside and open to the surface in order to flow the reaction gas;
An electrolyte layer and a front layer are alternately stacked with the separator, in a first region that overlaps with the reaction gas channel of the separator in the stacking direction and a second region that does not overlap with the reaction gas channel in the stacking direction. a first electrode layer disposed on one side of the serial electrolyte layer, and a plurality of power generating bodies having a second electrode layer, the disposed on the other side of the pre-Symbol electrolyte layer,
A first porous body disposed in contact with the first electrode layer included in the first region and the first electrode layer included in the second region;
A second porous body disposed in contact with the second electrode layer included in the first region and the second electrode layer included in the second region;
Equipped with a,
At least one of the before and Symbol first electrode layer and the second electrode layer, wherein the the second region catalyst component, wherein the first region does not include the catalyst components, fuel cells. 請求項１に記載の燃料電池において、
前記セパレータは、前記発電体の前記第２の領域と積層方向に重なる部分に、内部を通る冷却媒体流路を有する燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The separator is a fuel cell having a cooling medium flow path passing through an inside of a portion overlapping the second region of the power generator in the stacking direction. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
前記第１の電極層および前記第２電極層は、前記触媒成分と共に、触媒作用を有しない非触媒成分を有し、
前記第１の電極層と前記第２の電極層の少なくとも一方において、前記第１の領域には、前記非触媒成分を含み、前記触媒成分を含まない、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2,
The first electrode layer and the second electrode layer have, together with the catalyst component, a non-catalytic component having no catalytic action,
In at least one of the first electrode layer and the second electrode layer, the first region includes the non-catalytic component and does not include the catalytic component. 請求項３に記載の燃料電池において、
前記非触媒成分は、カーボンを含む、燃料電池。 The fuel cell according to claim 3, wherein
The fuel cell, wherein the non-catalytic component includes carbon. 請求項３または請求項４に記載の燃料電池において、
前記非触媒成分は、ラジカル成分を捕捉するラジカル捕捉剤を含む、燃料電池。 The fuel cell according to claim 3 or 4,
The non-catalytic component includes a radical scavenger that traps a radical component. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池において、
前記セパレータは、第１のプレートと、第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に配置された中間プレートとを含む積層構造を有し、
前記反応ガス流路は、前記中間プレートを貫通する第１の貫通部と、前記第１のプレートまたは前記第２のプレートを貫通する第２の貫通部とによって形成される、燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 5,
The separator has a laminated structure including a first plate, a second plate, and an intermediate plate disposed between the first plate and the second plate,
The reaction gas channel is a fuel cell formed by a first penetration part that penetrates the intermediate plate and a second penetration part that penetrates the first plate or the second plate.

Images