JP5549578B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
本発明の一形態は、燃料電池であって、電解質膜の両面にそれぞれ触媒電極層を接合してなる膜電極接合体と;前記膜電極接合体の第1の表面に接合された第1のガス拡散層と;前記膜電極接合体の前記第1の表面と反対側の第2の表面において、前記膜電極接合体を挟んで前記第1のガス拡散層と対向する領域であって、前記第1のガス拡散層が接合された領域よりも内側の領域に接合された第2のガス拡散層と;前記膜電極接合体と前記第1のガス拡散層と前記第2のガス拡散層との積層体の外周部に形成されたガスケットと;前記積層体および前記ガスケットの前記第1のガス拡散層側に積層された第1のセパレータプレートと;前記積層体および前記ガスケットの前記第2のガス拡散層側に積層された第2のセパレータプレートと;を備え、前記第2のセパレータプレートは、前記第2のガス拡散層のエッジ部と対向する部位に前記第2のガス拡散層から前記ガスケットにわたる凹部であって、前記第2のガス拡散層の前記エッジ部の全周にわたる凹部を備え、前記第2のガス拡散層の前記エッジ部は、前記ガスケットに隣接する、燃料電池である。この形態によれば、第2のセパレータプレートの凹部によって、第2のセパレータプレートから第2のガス拡散層のエッジ部に加わる押圧力を緩和できる。そのため、第2のガス拡散層のエッジ部から電解質膜に加わるせん断応力を緩和できる。その結果、電解質膜の薄膜化を抑制できる。
燃料電池であって、
電解質膜の両面にそれぞれ触媒電極層を接合してなる膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の第1の表面に接合された第1のガス拡散層と、
前記膜電極接合体の前記第1の表面と反対側の第2の表面において、前記膜電極接合体を挟んで前記第1のガス拡散層と対向する領域であって、前記第1のガス拡散層が接合された領域よりも内側の領域に接合された第2のガス拡散層と、
前記膜電極接合体と前記第1のガス拡散層と前記第2のガス拡散層との積層体の外周部に形成されたガスケットと、
前記積層体および前記ガスケットの前記第1のガス拡散層側に積層された第1のセパレータプレートと、
前記積層体および前記ガスケットの前記第2のガス拡散層側に積層された第2のセパレータプレートと、を備え、
前記第2のセパレータプレートは、前記第2のガス拡散層のエッジ部と対向する部位に凹部を備える、
燃料電池。
適用例1記載の燃料電池であって、
前記第2のセパレータプレートにおける前記凹部は、前記燃料電池の外部から供給された反応ガスが流れる反応ガス流路と分離して形成されている、
燃料電池。
適用例1または2記載の燃料電池であって、さらに、
前記第1のセパレータプレートは、前記第1のガス拡散層のエッジ部と対向する部位に凹部を備える、
燃料電池。
請求項3記載の燃料電池であって、
前記第1のセパレータプレートにおける前記凹部は、前記燃料電池の外部から供給された反応ガスが流れる反応ガス流路と分離して形成されている、
燃料電池。
適用例1ないし4のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記電解質膜は、前記第1または第2の表面に沿った第1の方向についての膨張率が、前記第1または第2の表面に沿った方向であって、前記第1の方向と直交する第2の方向についての膨張率よりも大きい特性を有する材料からなり、
前記電解質膜は、矩形形状を有するとともに、前記矩形形状における短辺方向が、前記第1の方向となり、前記矩形形状における長辺方向が、前記第2の方向となるように作製されている、
燃料電池。
適用例1ないし5のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記膜電極接合体の第1の表面は、アノード側の表面であり、
前記膜電極接合体の第2の表面は、カソード側の表面である、
燃料電池。
A.第1実施例:
図1は、本発明の第1実施例としての燃料電池100の概略構成を示す説明図である。図1(a)に、燃料電池100の要部断面図を示した。また、図1(b)に、カソード側セパレータプレート40cの要部平面図を示した。また、図1(c)に、電解質膜10mの平面図を示した。
図3は、本発明の第2実施例としての燃料電池100Aの概略構成を示す説明図である。図3(a)に、燃料電池100Aの要部断面図を示した。また、図3(b)に、カソード側セパレータプレート40Acの要部平面図を示した。
図4は、本発明の第3実施例としての燃料電池100Bの概略構成を示す説明図である。燃料電池100Bの要部断面図を示した。図示するように、第3実施例の燃料電池100Bは、第1実施例の燃料電池100におけるアノード側セパレータプレート40aの代わりに、アノード側セパレータプレート40Baを備えている。そして、アノード側セパレータプレート40Baにおいて、アノード側ガス拡散層20aのエッジ部20aedgと対向する部位には、凹部42が形成されている。なお、アノード側セパレータプレート40Baにおける凹部42も、カソード側セパレータプレート40cにおける凹部42と同様に、燃料電池100の外部から供給された水素が流れるガス流路(図示省略)と分離して形成されている。これ以外の燃料電池100Bの構成は、燃料電池100の構成と同じである。
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態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なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
図5は、第1実施例の変形例としての燃料電池100Cの概略構成を示す説明図である。燃料電池100Cの要部断面図を示した。図示するように、燃料電池100Cは、第1実施例の燃料電池100におけるカソード側セパレータプレート40cの代わりに、カソード側セパレータプレート40Ccを備えている。そして、膜電極接合体10とカソード側セパレータプレート40Ccとの間には、導電性を有する多孔質部材50cが挟持されており、この多孔質部材50cは、空気およびカソードオフガスが流れるカソード側ガス流路を構成している。また、膜電極接合体10とアノード側セパレータプレート40aとの間には、導電性を有する多孔質部材50aが挟持されており、この多孔質部材50aは、水素およびアノードオフガスが流れるアノード側ガス流路を構成している。
例えば、上記第1実施例の燃料電池100では、カソード側セパレータプレート40cにおいて、凹部42は、燃料電池100の外部から供給された空気が直接的に流入しないように、空気が流れるガス流路と分離して形成されるものとしたが、本発明は、これに限られない。カソード側セパレータプレート40cにおける凹部42に、空気が流入するものとしてもよい。
上記実施例では、電解質膜10mが、矩形形状を有するとともに、矩形形状における短辺方向の膨張率が、長辺方向の膨張率よりも大きくなるように作製されているものとしたが、本発明は、これに限られない。電解質膜10mにおいて、例えば、矩形形状における短辺方向の膨張率と、長辺方向の膨張率とが等しいものとしてもよい。
上記実施例では、膜電極接合体10のカソード側の表面において、膜電極接合体10を挟んでアノード側ガス拡散層20aと対向する領域であって、アノード側ガス拡散層20aが接合された領域よりも内側の領域に、カソード側ガス拡散層20cが接合されるものとしたが、本発明は、これに限られない。膜電極接合体10のアノード側の表面において、膜電極接合体10を挟んでカソード側ガス拡散層20cと対向する領域であって、カソード側ガス拡散層20cが接合された領域よりも内側の領域に、アノード側ガス拡散層20aが接合されるものとしてもよい。
上記実施例では、アノード側セパレータプレートと、カソード側セパレータプレートと、を別々に記載したが、本発明は、これに限られない。複数の膜電極接合体10を積層して、燃料電池スタックを構成する場合には、アノード側セパレータプレートと、カソード側セパレータプレートとを一体化して、1つのセパレータとしてもよい。
上記燃料電池100,100A,100B,100Cの構成の一部を、適宜、組み合わせるようにしてもよい。
10…膜電極接合体
10m…電解質膜
20a…アノード側ガス拡散層
20aedg…エッジ部
20c…カソード側ガス拡散層
20cedg…エッジ部
30…ガスケット
40a,40Ba…アノード側セパレータプレート
40c,40Ac,40Cc,40Rc…カソード側セパレータプレート
42,42A,42C…凹部
44…溝部
50a,50c…多孔質部材
Claims (6)
- 燃料電池であって、
電解質膜の両面にそれぞれ触媒電極層を接合してなる膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の第1の表面に接合された第1のガス拡散層と、
前記膜電極接合体の前記第1の表面と反対側の第2の表面において、前記膜電極接合体を挟んで前記第1のガス拡散層と対向する領域であって、前記第1のガス拡散層が接合された領域よりも内側の領域に接合された第2のガス拡散層と、
前記膜電極接合体と前記第1のガス拡散層と前記第2のガス拡散層との積層体の外周部に形成されたガスケットと、
前記積層体および前記ガスケットの前記第1のガス拡散層側に積層された第1のセパレータプレートと、
前記積層体および前記ガスケットの前記第2のガス拡散層側に積層された第2のセパレータプレートと、を備え、
前記第2のセパレータプレートは、前記第2のガス拡散層のエッジ部と対向する部位に前記第2のガス拡散層から前記ガスケットにわたる凹部であって、前記第2のガス拡散層の前記エッジ部の全周にわたる凹部を備え、
前記第2のガス拡散層の前記エッジ部は、前記ガスケットに隣接する、燃料電池。 - 請求項1記載の燃料電池であって、
前記第2のセパレータプレートにおける前記凹部は、前記燃料電池の外部から供給された反応ガスが流れる反応ガス流路と分離して形成されている、
燃料電池。 - 請求項1または2記載の燃料電池であって、さらに、
前記第1のセパレータプレートは、前記第1のガス拡散層のエッジ部と対向する部位に前記第1のガス拡散層から前記ガスケットにわたる凹部であって、前記第1のガス拡散層の前記エッジ部の全周にわたる凹部を備える、
前記第1のガス拡散層の前記エッジ部は、前記ガスケットに隣接する、燃料電池。 - 請求項3記載の燃料電池であって、
前記第1のセパレータプレートにおける前記凹部は、前記燃料電池の外部から供給された反応ガスが流れる反応ガス流路と分離して形成されている、
燃料電池。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記電解質膜は、前記第1または第2の表面に沿った第1の方向についての膨張率が、前記第1または第2の表面に沿った方向であって、前記第1の方向と直交する第2の方向についての膨張率よりも大きい特性を有する材料からなり、
前記電解質膜は、矩形形状を有するとともに、前記矩形形状における短辺方向が、前記第1の方向となり、前記矩形形状における長辺方向が、前記第2の方向となるように作製されている、
燃料電池。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記膜電極接合体の第1の表面は、アノード側の表面であり、
前記膜電極接合体の第2の表面は、カソード側の表面である、
燃料電池。
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