WO2013018317A1 - 高分子電解質形燃料電池 - Google Patents

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竹口　伸介
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Definitions

  • the present invention relates to the structure of a polymer electrolyte fuel cell.
  • a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as PEFC) generates electric power and heat simultaneously by electrochemically reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen such as air. is there.
  • a single cell (cell) of PEFC is composed of a polymer electrolyte membrane and a pair of gas diffusion electrodes (anode and cathode), a MEA (Membrane-Electrode-Assembly), a gasket, and a conductive material. And a plate-like separator.
  • the PEFC is generally formed by laminating a plurality of cells, sandwiching both ends of the laminated cells with end plates, and fastening the end plates and the cells with fasteners (for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and a polymer electrolyte fuel cell capable of suppressing deterioration factors in a portion where the polymer electrolyte membrane is likely to deteriorate and suppressing a decrease in battery performance.
  • the purpose is to provide.
  • a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention is formed in a plate shape with a polymer electrolyte membrane and a membrane-electrode assembly having a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane.
  • a pair of separators having conductivity, and the separator has a peripheral portion and a portion other than the peripheral portion, and the peripheral portion of the separator is formed in an annular shape when viewed from the thickness direction of the separator.
  • the separator is inwardly of the outer periphery of the separator, and the separator is configured such that the porosity of the peripheral portion is larger than the porosity of the portion other than the peripheral portion of the separator.
  • the portion of the polymer electrolyte membrane that is opposed to the peripheral edge of the electrode of the polymer electrolyte membrane as viewed from the thickness direction of the separator is subjected to strong stress, thereby As a result, the amount of cross leak of the reaction gas increases, and radicals are generated from hydrogen peroxide which is a reaction byproduct. And it is thought that when the produced radical attacks the polymer electrolyte membrane, the polymer electrolyte membrane is damaged and deteriorated, and the performance of the fuel cell is lowered.
  • the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention is configured so that the porosity of the peripheral portion of the separator is larger than the porosity of the portion other than the peripheral portion of the separator when viewed from the thickness direction of the separator.
  • a part of the water flowing through the water channel can be supplied to the electrode through the peripheral portion.
  • hydrogen peroxide generated by the cross leak of the reaction gas is dissolved in the water supplied to the electrode, so that the hydrogen peroxide can be moved away from the polymer electrolyte membrane.
  • generated from hydrogen peroxide can be suppressed.
  • the durability of the polymer electrolyte membrane can be improved, and the deterioration of the battery performance can be suppressed.
  • the polymer electrolyte fuel cell of the present invention deterioration of the polymer electrolyte membrane can be suppressed, durability can be improved, and deterioration of the fuel cell performance can be suppressed.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of a fuel cell stack including a polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the polymer electrolyte fuel cell in the fuel cell stack shown in FIG.
  • FIG. 3 is a front view schematically showing a schematic configuration of the inner surface of the cathode separator in the fuel cell shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a fuel cell according to Modification 1 of Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a cell of a polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.
  • the polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention includes a polymer electrolyte membrane, a membrane-electrode assembly having a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane, and a plate-like shape, and has conductivity.
  • the separator has a peripheral portion and a portion other than the peripheral portion, and the peripheral portion of the separator is formed in an annular shape when viewed from the thickness direction of the separator. It is an area
  • the polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 1 may further include a gasket provided at the peripheral edge of the polymer electrolyte membrane.
  • the electrode is formed so that the outer periphery thereof is positioned inward from the outer periphery of the separator when viewed from the thickness direction of the separator, and the peripheral portion of the separator is As seen from the thickness direction of the separator, the outer periphery is located between the outer periphery of the separator and the outer periphery of the electrode, and the inner periphery is located between the outer periphery of the electrode and the rib portion closest to the outer periphery of the electrode. As such, it may be formed in an annular shape.
  • the electrode has a catalyst layer and a gas diffusion electrode, and one main surface that contacts the gas diffusion layer of the separator and the separator of the gas diffusion layer
  • a rib portion is formed between at least one main surface in contact with the groove-like reaction gas flow channel and the reaction gas flow channel, and the other main surface of at least one separator of the pair of separators.
  • a groove-shaped water flow path may be formed on the surface.
  • the water flow path may be formed so that a part thereof overlaps with the peripheral portion of the separator as viewed from the thickness direction of the separator.
  • the peripheral portion of the separator is a portion whose outer periphery is located 5 mm outward from the outer periphery of the electrode, and the outer periphery of the electrode
  • the inner circumference may be formed between the outer circumference of the electrode and a portion located 5 mm inward from the outer circumference of the electrode.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of a fuel cell stack including a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as a fuel cell) according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a fuel cell a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as a fuel cell) according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the vertical direction of the fuel cell stack is shown as the vertical direction in the figure.
  • the fuel cell stack 61 has a cell stack 62.
  • the cell stack 62 is formed by stacking a plurality of fuel cells 100 in the thickness direction.
  • End plates 63 and 64 are disposed at both ends of the cell stack 62, respectively.
  • a current collector plate and an insulating plate are disposed between the end plate 63 and the cell stack 62 and between the end plate 64 and the cell stack 62 (not shown).
  • the fuel gas penetrates in the stacking direction of the fuel cell 100 of the cell stack 62 in the upper part of one side portion (the left side in the drawing: hereinafter referred to as the first side portion) of the cell stack 62.
  • a supply manifold 131 is provided, and a cooling water discharge manifold 136 is provided below the supply manifold 131.
  • an oxidant is provided inside the upper portion of the cell stack 62 where the fuel gas supply manifold 131 is disposed on the first side so as to penetrate the cell stack 62 in the stacking direction of the fuel cells 100.
  • a gas supply manifold 133 is provided.
  • an oxidant is provided inside the lower portion where the cooling water discharge manifold 136 is disposed so as to penetrate in the stacking direction of the fuel cell 100 of the cell stack 62.
  • a gas exhaust manifold 134 is provided. Further, cooling is performed so that the cell stack 62 penetrates in the stacking direction of the fuel cell 100 in the upper portion of the other side portion (the side portion on the right side of the drawing: hereinafter, the second side portion) of the cell stack 62.
  • a water supply manifold 135 is provided, and a fuel gas discharge manifold 132 is provided below the water supply manifold 135 so as to penetrate the cell stack 62 in the stacking direction of the fuel cells 100.
  • the fuel cell 100 employs a so-called internal manifold type fuel cell stack, but is not limited thereto, and an external manifold type fuel cell stack may be employed.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the fuel cell in the fuel cell stack shown in FIG.
  • the fuel cell 100 according to Embodiment 1 includes an MEA (Membrane-Electrode-Assembly) 5, a gasket 7, an anode separator 6A, a cathode separator 6B, It has.
  • MEA Membrane-Electrode-Assembly
  • the MEA 5 includes a polymer electrolyte membrane 1 that selectively transports hydrogen ions, an anode electrode 4A, and a cathode electrode 4B.
  • the polymer electrolyte membrane 1 has a substantially quadrangular (here, rectangular) shape, and an anode electrode 4A and a cathode are positioned on both sides of the polymer electrolyte membrane 1 so as to be located inward from the peripheral edge thereof. Electrodes 4B are provided respectively.
  • manifold holes such as a fuel gas supply manifold hole 231 and a cooling water supply manifold hole 235 are provided at the peripheral edge of the polymer electrolyte membrane 1 so as to penetrate in the thickness direction.
  • the anode electrode 4A is provided on one main surface of the polymer electrolyte membrane 1, and is attached to a catalyst-supporting carbon made of carbon powder (conductive carbon particles) supporting a platinum-based metal catalyst (electrode catalyst) and to the catalyst-supporting carbon.
  • the anode catalyst layer 2A containing the polymer electrolyte and the anode gas diffusion layer 3A having both gas permeability and conductivity are provided.
  • the anode catalyst layer 2A is arranged such that one main surface is in contact with the polymer electrolyte membrane 1, and the anode gas diffusion layer 3A is arranged on the other main surface of the anode catalyst layer 2A.
  • the cathode electrode 4B is provided on the other main surface of the polymer electrolyte membrane 1, and comprises a catalyst-carrying carbon and a catalyst-carrying carbon made of carbon powder (conductive carbon particles) carrying a platinum-based metal catalyst (electrode catalyst).
  • a cathode catalyst layer 2B containing a polymer electrolyte attached to carbon and a cathode gas diffusion layer 3B provided on the cathode catalyst layer 2B and having both gas permeability and conductivity are provided.
  • the cathode catalyst layer 2B is disposed such that one main surface is in contact with the polymer electrolyte membrane 1, and the cathode gas diffusion layer 3B is disposed on the other main surface of the cathode catalyst layer 2B.
  • the anode catalyst layer 2A has an outer end located outside the outer end of the anode gas diffusion layer 3A (so that it protrudes).
  • the cathode catalyst layer 2B is formed so that the outer end thereof is located outward from the outer end of the cathode gas diffusion layer 3B.
  • the layer 2A may be formed such that the outer end thereof is positioned inward of the anode gas diffusion layer 3A, and the cathode catalyst layer 2B is positioned inward of the cathode gas diffusion layer 3B. It may be formed as follows.
  • a pair of fluororubber made of doughnut-shaped with the polymer electrolyte membrane 1 interposed therebetween A gasket 7 is provided. This prevents fuel gas and oxidant gas from leaking outside the battery, and prevents these gases from being mixed with each other in the fuel cell 100.
  • manifold holes such as a fuel gas supply manifold hole 231 and a cooling water supply manifold hole 235 including through holes in the thickness direction are provided on the peripheral edge of the gasket 7.
  • a conductive anode separator 6A and a cathode separator 6B are disposed so as to sandwich the MEA 5 and the gasket 7. Thereby, MEA 5 is mechanically fixed, and when a plurality of fuel cells 100 are stacked in the thickness direction, MEA 5 is electrically connected.
  • the anode separator 6A and the cathode separator 6B a mixture of conductive particles excellent in thermal conductivity and conductivity and a binder resin can be used.
  • the anode separator 6A has a peripheral portion 16A and a portion 26A other than the peripheral portion 16A, and the porosity of the peripheral portion 16A is larger than the porosity of the portion 26A.
  • the cathode separator 6B has a peripheral portion 16B and a portion 26B other than the peripheral portion 16B, and the porosity of the peripheral portion 16B is configured to be larger than the porosity of the portion 26B. Details of the peripheral portion 16A, the peripheral portion 16A, the portion 26A, and the portion 26B will be described later.
  • a groove-like fuel gas flow path 8 is provided for allowing the fuel gas to flow therethrough.
  • the surface (hereinafter referred to as the outer surface) is provided with a groove-shaped cooling water channel (water channel) 10 through which cooling water flows.
  • a groove-like oxidant gas flow path 9 through which an oxidant gas flows is provided on one main surface (hereinafter referred to as an inner surface) of the cathode separator 6B that is in contact with the cathode electrode 4B.
  • the other main surface (hereinafter referred to as an outer surface) is provided with a groove-shaped cooling water flow path 10 through which cooling water flows.
  • the fuel gas flow path 8, the oxidant gas flow path 9, and the cooling water flow path 10 may have any shape, for example, may be formed in a so-called straight shape, or may be formed in a serpentine shape. It may also be formed in a spiral shape. Further, the cooling water flow path 10 is only required to be provided on the outer surface of at least one of the anode separator 6A and the cathode separator 6B. It may be provided on the outer surface.
  • a portion between the grooves constituting the fuel gas flow path 8 forms a first rib portion that contacts the anode electrode 4A.
  • a portion between the grooves constituting the oxidant gas flow path 9 forms a second rib portion 12 that contacts the cathode electrode 4B.
  • fuel gas and oxidant gas are supplied to the anode electrode 4A and the cathode electrode 4B, respectively, and these gases react to generate electricity and heat. Further, the generated heat is recovered by passing the cooling water through the cooling water flow path 10.
  • the fuel cell 100 configured as described above may be used as a single cell (cell), or a plurality of fuel cells 100 may be stacked and used as the fuel cell stack 61.
  • FIG. 3 is a front view schematically showing a schematic configuration of the inner surface of the cathode separator in the fuel cell shown in FIG.
  • the vertical direction of the cathode separator 6B is shown as the vertical direction in the figure, and the peripheral portion 16B of the cathode separator 6B is hatched.
  • the cathode separator 6B has a peripheral portion 16B and a portion (center portion) 26B.
  • the peripheral portion 16B of the cathode separator 6B is formed in an annular shape when viewed from the thickness direction of the cathode separator 6B.
  • the outer periphery of the peripheral portion 16B is located between the outer periphery of the cathode separator 6B and the cathode electrode 4B, and the inner periphery thereof is the outer periphery of the cathode electrode 4B and the second rib portion closest to the outer periphery of the cathode electrode 4B. 12 is formed so as to be located between the two.
  • the peripheral portion 16B is located between the portion whose outer periphery is located 5 mm outward from the outer periphery of the cathode electrode 4B and the outer periphery of the cathode electrode 4B when viewed from the thickness direction of the cathode separator 6B. Is formed so as to be located between the outer periphery of the cathode electrode 4B and a portion located 5 mm inward from the outer periphery of the electrode.
  • the outer periphery of the cathode electrode 4B may be based on the outer periphery of the cathode catalyst layer 2B, or may be based on the outer periphery of the cathode gas diffusion layer 3B. As shown in FIG. 2, when the outer periphery of the cathode catalyst layer 2B is located outward from the outer periphery of the cathode gas diffusion layer 3B, the outer periphery of the peripheral portion 16B is the outer periphery of the cathode separator 6B. Between the outer periphery of the cathode gas diffusion layer 3B and the second rib portion 12 closest to the outer periphery of the cathode gas diffusion layer 3B. Further, it may be formed.
  • the outer periphery of the peripheral portion 16B is connected to each manifold hole and cathode electrode from the viewpoint of suppressing leakage of reaction gas and cooling water. It is preferable that it is located between 4B. Further, in the present embodiment, the peripheral portion 16B is formed so that the distance between the outer periphery and the inner periphery is constant, but is not limited thereto, and the outer periphery and the inner periphery You may form so that the distance between may not be fixed.
  • the cooling water flow path 10 is formed so that a part thereof overlaps the peripheral portion 16A when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A.
  • the cooling water channel 10 is formed so that a part thereof overlaps with the peripheral portion 16B when viewed from the thickness direction of the cathode separator 6B.
  • the anode separator 6A and the cathode separator 6B can be made using conductive particles and a resin.
  • the conductive particles include graphite, carbon black, activated carbon, and the like. These materials may be used alone, or a plurality of materials may be used in combination.
  • the raw material form of the carbon material may be any shape such as powder, fiber, and granule.
  • the resin include thermosetting resins such as phenol resins and epoxy resins and / or thermoplastic resins such as polyphenylene resins.
  • the anode separator 6A and the cathode separator 6B may be prepared directly by molding a mixture of conductive particles and resin, or a flat plate is formed and a reaction gas flow path or the like is formed by machining. May be created. Furthermore, the peripheral part 16A may be prepared in advance, the prepared peripheral part 16A may be placed in a mold, and raw materials may be charged into the mold to prepare the anode separator 6A. The peripheral part 16B may be created in advance, the created peripheral part 16B may be placed in a mold, and raw materials may be charged into the mold to produce the cathode separator 6B.
  • conductive particles having a particle diameter larger than that of the conductive particles used in the portion (center portion) 26A are arranged in the portion to be the peripheral portion 16A, thereby reducing the porosity of the peripheral portion 16A. Can be greater than degrees.
  • the porosity of the peripheral portion 16B is larger than the porosity of the portion 26B. Can be.
  • the porosity of the peripheral portion 16A is made higher than the porosity of the portion 26A. Can also be made larger.
  • the porosity of the peripheral portion 16B is changed to the porosity of the portion 26B. Can be made larger.
  • the porosity of the anode separator 6A and the cathode separator 6B can be set between 1 and 99%.
  • the anode separator 6A is configured such that the porosity of the peripheral portion 16A is larger than the porosity of the portion 26A.
  • the anode separator 6A may be configured such that the porosity of the peripheral portion 16A is, for example, 5% or more higher than the porosity of the portion 26A, and the porosity of the peripheral portion 16A is 26A. You may comprise so that it may become 10% or more, 20% or more, or 30% or more higher than the porosity of this.
  • the cathode separator 6B is configured such that the porosity of the peripheral portion 16B is larger than the porosity of the portion 26B.
  • the cathode separator 6B may be configured such that the porosity of the peripheral portion 16B is, for example, 5% or more higher than the porosity of the portion 26B. You may comprise so that it may become 10% or more, 20% or more, or 30% or more higher than the porosity of this.
  • the porosity of the anode separator 6A and the cathode separator 6B can be measured in a pressure range of 0.50 to 60000 Psia using a mercury porosimeter (manufactured by Shimadzu Corporation, Autopore III9410).
  • the cooling through the cooling water passage 10 is performed by making the porosity of the peripheral portion 16A of the anode separator 6A larger than the porosity of the portion 26A. A part of the water can be supplied to the anode electrode 4A. The cooling water supplied to the anode electrode 4A moves to the polymer electrolyte membrane 1 side by an action such as capillary action.
  • the porosity of the peripheral portion 16B in the cathode separator 6B is obtained.
  • the cooling water supplied to the cathode electrode 4B moves to the polymer electrolyte membrane 1 side by an action such as capillary action.
  • a configuration is adopted in which the porosity of both the peripheral portion 16A of the anode separator 6A and the peripheral portion 16B of the cathode separator 6B is larger than the porosity of the portion 26A and the portion 26B, respectively.
  • peripheral portion 16A of the anode separator 6A is configured such that the porosity of a part thereof is smaller than the porosity of other portions of the peripheral portion 16A within the range where the effects of the present invention are exhibited. Also good. That is, the peripheral portion 16A of the anode separator 6A does not have to be formed in a completely annular shape within the range where the effects of the present invention are achieved.
  • the peripheral portion 16B of the cathode separator 6B is configured such that the porosity of a part thereof is smaller than the porosity of other portions in the peripheral portion 16B within the range where the effects of the present invention are exhibited. May be. That is, the peripheral portion 16B of the cathode separator 6B does not have to be formed in a completely annular shape within the range where the effects of the present invention are achieved.
  • the anode electrode 4A and the cathode electrode 4B are viewed from the thickness direction of the anode separator 6A, and the outer periphery thereof is inside the outer periphery of the anode separator 6A (polymer electrolyte membrane 1).
  • the present invention is not limited to this.
  • a configuration may be adopted in which the outer periphery of the polymer electrolyte membrane 1 and the outer periphery of the anode electrode 4A and / or the outer periphery of the cathode electrode 4B coincide with each other when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. .
  • the peripheral portion 16A of the anode separator 6A is located between the outer periphery of the anode electrode 4A and the first rib portion 11 closest to the outer periphery of the anode electrode 4A when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. Even if the inner periphery is formed in an annular shape so as to be located between the first rib portion 11 closest to the outer periphery of the anode electrode 4A and the first rib portion 11 closest to the outer periphery of the anode electrode 4A, Good.
  • peripheral portion 16A of the anode separator 6A is located between the outer periphery of the anode electrode 4A and a portion located 5 mm inward from the outer periphery of the anode electrode 4A when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A.
  • the inner periphery may be formed in an annular shape so as to be positioned between a portion located 5 mm inward from the outer periphery of the anode electrode 4A and a portion located 10 mm inward from the outer periphery of the anode electrode 4A.
  • the peripheral portion 16B of the cathode separator 6B is located between the outer periphery of the cathode electrode 4B and the second rib portion 12 closest to the outer periphery of the cathode electrode 4B when viewed from the thickness direction of the cathode separator 6B. Even if the inner periphery is formed in an annular shape so as to be located between the second rib portion 12 closest to the outer periphery of the cathode electrode 4B and the second rib portion 12 second closest to the outer periphery of the cathode electrode 4B, Good.
  • peripheral portion 16B of the cathode separator 6B is located between the outer periphery of the cathode electrode 4B and the portion located 5 mm inward from the outer periphery of the cathode electrode 4B when viewed from the thickness direction of the cathode separator 6B.
  • the inner periphery may be formed in an annular shape so as to be positioned between a portion located 5 mm inward from the outer periphery of the cathode electrode 4B and a portion located 10 mm inward from the outer periphery of the cathode electrode 4B.
  • the fuel gas flow path 8 is provided on the inner surface of the anode separator 6A.
  • the present invention is not limited to this, and the fuel gas flow path 8 is connected to the anode gas diffusion layer 3A.
  • a form provided on the main surface (hereinafter referred to as an outer surface) in contact with the anode separator 6A may be employed, or a form provided on both the outer surface of the anode gas diffusion layer 3A and the inner surface of the anode separator 6A may be employed.
  • the form in which the oxidant gas flow path 9 is provided on the inner surface of the cathode separator 6B is adopted.
  • the present invention is not limited to this, and the oxidant gas flow path 9 is connected to the cathode gas.
  • a configuration in which the diffusion layer 3B is provided on a main surface (hereinafter referred to as an outer surface) in contact with the cathode separator 6B may be employed, or a configuration in which both are provided on the outer surface of the cathode gas diffusion layer 3B and the inner surface of the cathode separator 6B. Good.
  • a through-hole penetrating in the thickness direction may be provided in the peripheral portion 16A of the anode separator 6A and / or the peripheral portion 16B of the cathode separator 6B.
  • the through hole does not have a large opening area as in each manifold hole, and means that the opening area is as small as several ⁇ m 2 to several hundred ⁇ m 2 .
  • the fuel cell 100 according to the first embodiment when the fuel cell 100 according to the first embodiment is mounted on the fuel cell system and the fuel cell system is operated, the pressure of the cooling water flowing through the cooling water channel 10 is changed to the fuel gas channel 8 and
  • the fuel cell system may be configured to be higher than the pressure of the fuel gas and the oxidant gas flowing through each of the oxidant gas flow paths 9.
  • the fuel cell system includes the fuel cell 100 according to the first embodiment, a fuel gas supply device, an oxidant gas supply device, a cooling water supply device, and a controller.
  • the fuel gas supply device so that the pressure of the cooling water flowing through the water flow channel 10 is higher than the pressure of the fuel gas and the oxidant gas flowing through the fuel gas flow channel 8 and the oxidant gas flow channel 9, respectively.
  • the oxidant gas supply device and the cooling water supply device may be configured to be controlled.
  • the fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention further includes a reinforcing member, and the reinforcing member is provided at the periphery of the polymer electrolyte membrane as viewed from the thickness direction of the separator. .
  • a part of the reinforcing member is disposed so as to be in contact with the other main surface of the catalyst layer and overlap the catalyst layer when viewed from the thickness direction of the separator. It may be.
  • the reinforcing member may be made of resin.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the fuel cell 100 according to Embodiment 2 of the present invention has the same basic configuration as the fuel cell 100 according to Embodiment 1, except that it further includes a reinforcing member 13. Specifically, the reinforcing member 13 is disposed between the polymer electrolyte membrane 1 and the gasket 7 so as to be sandwiched between these members.
  • the reinforcing member 13 is formed in a substantially rectangular and donut shape when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. Further, the reinforcing member 13 is disposed so that the inner peripheral end thereof is positioned inside the outer peripheral end of the anode catalyst layer 2A or the cathode catalyst layer 2B when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. In other words, the reinforcing member 13 is disposed so that the inner peripheral portion of the reinforcing member 13 and the outer peripheral portion of the anode catalyst layer 2A or the cathode catalyst layer 2B overlap each other when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. .
  • the reinforcing member 13 is disposed so that a part thereof is in contact with the other main surface of the anode catalyst layer 2A or the cathode catalyst layer 2B. In other words, the reinforcing member 13 is arranged so that a part thereof rides on the other main surface of the anode catalyst layer 2A or the cathode catalyst layer 2B.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a cell of the polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1. In FIG. 6, a part is omitted.
  • the present inventors conducted a durability test of the cell 200 of the polymer electrolyte fuel cell of Patent Document 1 shown in FIG. 6, and found the following problems. That is, when viewed from the thickness direction of the cell 200, the film thickness of the portion 201P facing (overlapping) the inner end portions 204E and 205E of the reinforcing members 204 and 205 of the polymer film 201 is thinner than the other portions. . This is because the inner end portions 204E and 205E of the reinforcing members 204 and 205 apply a strong stress to the portion 201P of the polymer membrane 201 via the oxygen electrode catalyst layer 202C and / or the fuel electrode catalyst layer 203C.
  • the film thickness of 201P is thinner than the other parts, and as a result, the cross leak of the reaction gas in the part 201P increases. That is, in the cell 200 disclosed in Patent Document 1, a reactive gas cross leak occurs around the portion 201P of the polymer film 201, and the oxygen electrode catalyst layer 202C and / or the fuel electrode catalyst are generated by the cross leaked reactive gas. Hydrogen peroxide is generated on the catalyst of the layer 203C, and the polymer film 201 is attacked by radicals generated by the Fenton reaction or the like. As a result, the present inventors have found that the polymer film 201 has deteriorated, causing a decrease in battery performance.
  • the porous portion of the portion that is, the peripheral portion 16A facing (overlapping) the inner periphery of the reinforcing member 13 in the anode separator 6A. Since the degree is larger than the porosity of the portion 26A, a part of the cooling water flowing through the cooling water channel 10 can be supplied to the anode electrode 4A.
  • the cooling water supplied to the anode electrode 4A moves to the polymer electrolyte membrane 1 side by an action such as capillary action.
  • the portion of the cathode separator 6B that faces (overlaps) the inner periphery of the reinforcing member 13 ie, the peripheral portion 16B. Since the porosity is larger than the porosity of the portion 26B, a part of the cooling water flowing through the cooling water channel 10 can be supplied to the cathode electrode 4B.
  • the cooling water supplied to the cathode electrode 4B moves to the polymer electrolyte membrane 1 side by an action such as capillary action.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a fuel cell according to Modification 1 of Embodiment 2.
  • the reinforcing member 13 is disposed so as not to overlap the anode catalyst layer 2A or the cathode catalyst layer 2B when viewed from the thickness direction of the anode separator 6A. ing.
  • the polymer electrolyte fuel cell of the present invention can suppress deterioration of the polymer electrolyte membrane and improve durability, and can suppress deterioration in performance of the fuel cell. Useful in the field of batteries.

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Abstract

　本発明の高分子電解質型燃料電池は、膜－電極接合体（５）と、セパレータ（６Ａ、６Ｂ）と、を備え、電極（４Ａ、４Ｂ）は、一方の主面が高分子電解質膜（１）と接触する触媒層（２Ａ、２Ｂ）とガス拡散層（３Ａ、３Ｂ）を有し、セパレータ（６Ａ）は、周部（１６Ａ）と該周部以外の部分（２６Ａ）とを有していて、セパレータ（６Ａ）の周部（１６Ａ）は、セパレータ（６Ａ）の厚み方向から見て、環状に形成されていて、セパレータ（６Ａ）の外周よりも内方の部分を含む領域であり、セパレータ（６Ａ）は、周部（１６Ａ）の多孔度が該セパレータ（６Ａ）の周部以外の部分（２６Ａ）の多孔度よりも大きくなるように構成されている。

Description

高分子電解質形燃料電池
　本発明は、高分子電解質形燃料電池の構造に関する。
　高分子電解質形燃料電池（以下、ＰＥＦＣという）は、水素を含有した燃料ガスと空気等の酸素を含有した酸化剤ガスとを電気化学反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させるものである。ＰＥＦＣの単電池（セル）は、高分子電解質膜及び一対のガス拡散電極（アノード及びカソード）から構成されるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ－Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ－Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜－電極接合体）と、ガスケットと、導電性の板状のセパレータと、を有している。そして、ＰＥＦＣは、一般的には、このセルを複数積層し、積層されたセルの両端を端板で挟み、該端板とセルを締結具により締結することにより、形成されている（例えば、特許文献１参照）。
　このため、高分子電解質膜には、ガス拡散電極の触媒層の外周と接触する部分近傍（以下、高分子電解質膜の外周接触部という）には、他の部分より大きい応力（締結圧）がかかる。また、ＰＥＦＣの起動・停止動作を繰り返すことにより、高分子電解質膜には、引っ張り応力や圧縮応力が繰り返しかかることになるが、特に、高分子電解質膜の外周接触部には、これらの応力が大きくかかり、当該部分の歪みや亀裂等の損傷が生じやすいという問題があった。
特開２００３－６８３１８号公報
　本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高分子電解質膜が劣化しやすい箇所における劣化要因を抑制し、電池性能の低下を抑制することができる高分子電解質形燃料電池を提供することを目的とする。
　上記従来の課題を解決するために、本発明に係る高分子電解質形燃料電池は、高分子電解質膜と該高分子電解質膜を挟む一対の電極を有する膜－電極接合体と、板状に形成され、導電性を有する一対のセパレータと、前記セパレータは、周部と該周部以外の部分を有していて、前記セパレータの周部は、前記セパレータの厚み方向から見て、環状に形成されていて、前記セパレータの外周よりも内方の領域であり、前記セパレータは、前記周部の多孔度が前記セパレータの周部以外の部分の多孔度よりも大きくなるように構成されている。
　上述したように、高分子電解質形燃料電池において、セパレータの厚み方向から見て、高分子電解質膜の電極周縁部と対向する部分には、強い応力がかかることにより、高分子電解質膜の当該部分がつぶれて、反応ガスのクロスリーク量が増加し、反応副生成物である過酸化水素からラジカルが生成される。そして、生成されたラジカルが高分子電解質膜を攻撃することにより、高分子電解質膜が損傷、劣化して、燃料電池の性能が低下すると考えられている。
　そこで、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、セパレータの厚み方向から見て、セパレータの周部の多孔度を、セパレータの周部以外の部分の多孔度よりも大きくなるように構成することで、水流路を通流する水の一部を、該周部を介して、電極に供給することができる。これにより、反応ガスのクロスリークにより生成された過酸化水素を電極に供給された水に溶解させることで、過酸化水素を高分子電解質膜から離れた位置に移動させることができる。このため、過酸化水素から生成されたラジカルの高分子電解質膜への攻撃を抑制することができる。このようにして、本発明に係る高分子電解質形燃料電池では、高分子電解質膜の耐久性を向上させることができ、電池性能の低下を抑制することができる。
　本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかにされる。
　本発明の高分子電解質形燃料電池によれば、高分子電解質膜の劣化を抑制して、耐久性を向上することが可能となり、また、燃料電池の性能低下を抑制することが可能となる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池を備える、燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１に示す燃料電池スタックにおける高分子電解質形燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。 図３は、図２に示す燃料電池におけるカソードセパレータの内面の概略構成を模式的に示す正面図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。 図５は、本実施の形態２における変形例１の燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。 図６は、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池のセルの概略構成を示す模式図である。
　以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は、以下の実施の形態に限定されない。
　（実施の形態１）
　本発明の実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池は、高分子電解質膜と該高分子電解質膜を挟む一対の電極を有する膜－電極接合体と、板状に形成され、導電性を有する一対のセパレータと、を備え、セパレータは、周部と該周部以外の部分を有していて、セパレータの周部は、セパレータの厚み方向から見て、環状に形成されていて、セパレータの外周よりも内方の領域であり、セパレータは、周部の多孔度がセパレータの周部以外の部分の多孔度よりも大きくなるように構成されている態様を例示するものである。
　また、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池では、高分子電解質膜の周縁部に設けられているガスケットをさらに備えていてもよい。
　また、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池では、電極は、セパレータの厚み方向から見て、その外周がセパレータの外周より内方に位置するように形成され、セパレータの周部は、セパレータの厚み方向から見て、その外周が、セパレータの外周と電極の外周との間に位置し、その内周が、電極の外周と電極の外周に最も近いリブ部との間に位置するように、環状に形成されていてもよい。
　また、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池では、電極が、触媒層とガス拡散電極を有しており、セパレータのガス拡散層と接触する一方の主面及びガス拡散層のセパレータと接触する主面の少なくとも一方の主面には、溝状の反応ガス流路と該反応ガス流路の間にリブ部が形成されていて、一対のセパレータの少なくとも一方のセパレータの他方の主面には、溝状の水流路が形成されていてもよい。
　また、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池では、水流路は、セパレータの厚み方向から見て、その一部が、セパレータの周部と重なるように形成されていてもよい。
　さらに、本実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池では、セパレータの周部は、セパレータの厚み方向から見て、その外周が電極の外周から５ｍｍ外方に位置する部分と電極の外周との間に位置し、その内周が電極の外周と電極の外周から５ｍｍ内方に位置する部分との間に位置するように形成されていてもよい。
　以下、本発明の実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池の一例について、図面を参照しながら説明する。
［燃料電池スタックの構成］
　図１は、本発明の実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池（以下、単に燃料電池という）を備える、燃料電池スタックの概略構成を模式的に示す斜視図である。なお、図１において、燃料電池スタックの上下方向を図における上下方向として表している。
　図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池スタック６１は、セル積層体６２を有している。セル積層体６２は、複数の燃料電池１００が、その厚み方向に積層されることにより、形成されている。セル積層体６２の両端には、それぞれ、端板６３、６４が配置されている。また、端板６３とセル積層体６２の間、及び端板６４とセル積層体６２の間には、集電板及び絶縁板がそれぞれ配設されている（図示せず）。そして、セル積層体６２等は、図示されない締結具により、締結されている。
　セル積層体６２における一方の側部（図面左側の側部：以下、第１の側部という）の上部には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、燃料ガス供給マニホールド１３１が設けられており、その下部には、冷却水排出マニホールド１３６が設けられている。また、セル積層体６２の第１の側部の燃料ガス供給マニホールド１３１が配設されている上部の内側には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、酸化剤ガス供給マニホールド１３３が設けられており、同様に、冷却水排出マニホールド１３６が配設されている下部の内側には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、酸化剤ガス排出マニホールド１３４が設けられている。さらに、セル積層体６２における他方の側部（図面右側の側部：以下、第２の側部）の上部には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、冷却水供給マニホールド１３５が設けられており、その下部には、該セル積層体６２の燃料電池１００の積層方向に貫通するように、燃料ガス排出マニホールド１３２が設けられている。
　そして、それぞれのマニホールドには、適宜な配管が設けられている。これにより、適宜な配管を介して、燃料電池スタック６１に燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却水が供給され、排出される。なお、本実施の形態１においては、燃料電池１００は、いわゆる内部マニホールド形の燃料電池スタックを採用したが、これに限定されず、外部マニホールド形の燃料電池スタックを採用してもよい。
　［高分子電解質形燃料電池の構成］
　次に、本発明の実施の形態１に係る高分子電解質形燃料電池の構成について、図２を参照しながら説明する。
　図２は、図１に示す燃料電池スタックにおける燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
　図２に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池１００は、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ－Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ－Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜－電極接合体）５と、ガスケット７と、アノードセパレータ６Ａと、カソードセパレータ６Ｂと、を備えている。
　ＭＥＡ５は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜１と、アノード電極４Ａと、カソード電極４Ｂと、を有している。高分子電解質膜１は、略４角形（ここでは、矩形）の形状を有しており、高分子電解質膜１の両面には、その周縁部より内方に位置するようにアノード電極４Ａとカソード電極４Ｂがそれぞれ設けられている。なお、高分子電解質膜１の周縁部には、燃料ガス供給マニホールド孔２３１、冷却水供給マニホールド孔２３５等の各マニホールド孔が厚み方向に貫通するように設けられている。
　アノード電極４Ａは、高分子電解質膜１の一方の主面上に設けられ、白金系金属触媒（電極触媒）を担持したカーボン粉末（導電性炭素粒子）からなる触媒担持カーボンと触媒担持カーボンに付着した高分子電解質を含むアノード触媒層２Ａと、ガス通気性と導電性を兼ね備えたアノードガス拡散層３Ａと、を有している。アノード触媒層２Ａは、一方の主面が高分子電解質膜１と接触するように配置されていて、アノード触媒層２Ａの他方の主面には、アノードガス拡散層３Ａが配置されている。
　同様に、カソード電極４Ｂは、高分子電解質膜１の他方の主面上に設けられ、白金系金属触媒（電極触媒）を担持したカーボン粉末（導電性炭素粒子）からなる触媒担持カーボンと触媒担持カーボンに付着した高分子電解質を含むカソード触媒層２Ｂと、カソード触媒層２Ｂの上に設けられ、ガス通気性と導電性を兼ね備えたカソードガス拡散層３Ｂと、を有している。カソード触媒層２Ｂは、一方の主面が高分子電解質膜１と接触するように配置されていて、カソード触媒層２Ｂの他方の主面には、カソードガス拡散層３Ｂが配置されている。
　なお、本実施の形態１においては、カソードセパレータ６Ｂの厚み方向から見て、アノード触媒層２Ａは、その外端がアノードガス拡散層３Ａの外端よりも外方に位置するように（はみ出すように）形成されており、また、カソード触媒層２Ｂは、その外端がカソードガス拡散層３Ｂの外端よりも外方に位置するように形成されているが、これに限定されず、アノード触媒層２Ａは、その外端がアノードガス拡散層３Ａよりも内方に位置するように形成されてもよく、カソード触媒層２Ｂは、その外端がカソードガス拡散層３Ｂよりも内方に位置するように形成されてもよい。
　また、ＭＥＡ５のアノード電極４Ａ及びカソード電極４Ｂ（正確には、アノードガス拡散層３Ａ及びカソードガス拡散層３Ｂ）の周囲には、高分子電解質膜１を挟んで一対のフッ素ゴム製でドーナツ状のガスケット７が配設されている。これにより、燃料ガスや酸化剤ガスが電池外にリークされることが防止され、また、燃料電池１００内でこれらのガスが互いに混合されることが防止される。なお、ガスケット７の周縁部には、厚み方向の貫通孔からなる燃料ガス供給マニホールド孔２３１、冷却水供給マニホールド孔２３５等の各マニホールド孔が設けられている。
　また、ＭＥＡ５とガスケット７を挟むように、導電性のアノードセパレータ６Ａとカソードセパレータ６Ｂが配設されている。これにより、ＭＥＡ５が機械的に固定され、複数の燃料電池１００をその厚み方向に積層したときには、ＭＥＡ５が電気的に接続される。なお、アノードセパレータ６Ａ及びカソードセパレータ６Ｂは、熱伝導性及び導電性に優れた導電性粒子とバインダー樹脂を混合したものを使用することができる。
　アノードセパレータ６Ａは、周部１６Ａと該周部１６Ａ以外の部分２６Ａを有していて、周部１６Ａの多孔度が、部分２６Ａの多孔度よりも大きくなるように構成されている。同様に、カソードセパレータ６Ｂは、周部１６Ｂと該周部１６Ｂ以外の部分２６Ｂを有していて、周部１６Ｂの多孔度が、部分２６Ｂの多孔度よりも大きくなるように構成されている。なお、周部１６Ａ、周部１６Ａ、部分２６Ａ、及び部分２６Ｂの詳細については、後述する。
　アノードセパレータ６Ａのアノード電極４Ａと接触する一方の主面（以下、内面という）には、燃料ガスが通流するための溝状の燃料ガス流路８が設けられており、また、他方の主面（以下、外面という）には、冷却水が通流するための溝状の冷却水流路（水流路）１０が設けられている。同様に、カソードセパレータ６Ｂのカソード電極４Ｂと接触する一方の主面（以下、内面という）には、酸化剤ガスが通流するための溝状の酸化剤ガス流路９が設けられており、また、他方の主面（以下、外面という）には、冷却水が通流するための溝状の冷却水流路１０が設けられている。
　なお、燃料ガス流路８、酸化剤ガス流路９、及び冷却水流路１０の流路の形状は任意であり、例えば、いわゆるストレート状に形成されていてもよく、サーペンタイン状に形成されていてもよく、また、渦巻状に形成されていてもよい。また、冷却水流路１０は、アノードセパレータ６Ａ及びカソードセパレータ６Ｂの少なくとも一方のセパレータの外面に設けられていればよく、本実施の形態のように、アノードセパレータ６Ａ及びカソードセパレータ６Ｂの両方のセパレータの外面に設けられていてもよい。
　さらに、燃料ガス流路８を構成する溝と溝との間の部分が、アノード電極４Ａと当接する第１リブ部を形成する。同様に、酸化剤ガス流路９を構成する溝と溝との間の部分が、カソード電極４Ｂと当接する第２リブ部１２を形成する。
　これにより、アノード電極４Ａ及びカソード電極４Ｂには、それぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、これらのガスが反応して電気と熱が発生する。また、冷却水を冷却水流路１０に通流させることにより、発生した熱の回収が行われる。
　なお、このように構成された燃料電池１００を単電池（セル）として使用してもよく、燃料電池１００を複数積層して燃料電池スタック６１として使用してもよい。
　［セパレータの構成］
　次に、アノードセパレータ６Ａ及びカソードセパレータ６Ｂの構成について、図２及び図３を参照しながら、さらに詳細に説明する。なお、アノードセパレータ６Ａの構成は、カソードセパレータ６Ｂと同様に構成されているので、以下では、カソードセパレータ６Ｂの構成について説明をし、アノードセパレータ６Ａの構成については、説明を省略する。
　図３は、図２に示す燃料電池におけるカソードセパレータの内面の概略構成を模式的に示す正面図である。なお、図３においては、カソードセパレータ６Ｂにおける上下方向を図における上下方向として表し、カソードセパレータ６Ｂの周部１６Ｂをハッチングで示している。
　図２及び図３に示すように、カソードセパレータ６Ｂは、周部１６Ｂと部分（中央部）２６Ｂを有している。カソードセパレータ６Ｂの周部１６Ｂは、カソードセパレータ６Ｂの厚み方向から見て、環状に形成されている。
　周部１６Ｂは、その外周は、カソードセパレータ６Ｂの外周とカソード電極４Ｂとの間に位置し、その内周は、カソード電極４Ｂの外周と、該カソード電極４Ｂの外周に最も近い第２リブ部１２との間に位置するように形成されている。
　換言すると、周部１６Ｂは、カソードセパレータ６Ｂの厚み方向から見て、その外周がカソード電極４Ｂの外周から５ｍｍ外方に位置する部分とカソード電極４Ｂの外周との間に位置し、その内周がカソード電極４Ｂの外周と電極の外周から５ｍｍ内方に位置する部分との間に位置するように形成されている。
　ここで、カソード電極４Ｂの外周は、カソード触媒層２Ｂの外周を基準としてもよく、カソードガス拡散層３Ｂの外周を基準としてもよい。また、図２に示すように、カソード触媒層２Ｂの外周の方がカソードガス拡散層３Ｂの外周よりも外方に位置する場合には、周部１６Ｂは、その外周が、カソードセパレータ６Ｂの外周とカソード触媒層２Ｂの外周との間に位置し、その内周が、カソードガス拡散層３Ｂの外周と該カソードガス拡散層３Ｂの外周に最も近い第２リブ部１２との間に位置するように、形成されていてもよい。
　なお、本実施の形態のように、内部マニホールド形の燃料電池スタックを採用する場合には、反応ガス及び冷却水のリークを抑制する観点から、周部１６Ｂの外周は、各マニホールド孔とカソード電極４Ｂとの間に位置することが好ましい。また、本実施の形態においては、周部１６Ｂは、その外周とその内周との間の距離を一定にするように形成しているが、これに限定されず、その外周とその内周との間の距離を一定にしないように形成してもよい。
　また、図２に示すように、アノードセパレータ６Ａにおいて、冷却水流路１０が、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、その一部が、周部１６Ａと重なるように形成されている。同様に、カソードセパレータ６Ｂにおいて、冷却水流路１０がカソードセパレータ６Ｂの厚み方向から見て、その一部が、周部１６Ｂと重なるように形成されている。これにより、冷却水流路１０を通流する冷却水の一部を、周部１６Ａを介して、アノード電極４Ａに供給することが容易となる。同様に、冷却水流路１０を通流する冷却水の一部を、周部１６Ｂを介して、カソード電極４Ｂに供給することが容易となる。
　［セパレータの製造方法］
　次に、アノードセパレータ６Ａ及びカソードセパレータ６Ｂの製造方法について、図２及び図３を参照しながら説明する。
　上述したように、アノードセパレータ６Ａ及びカソードセパレータ６Ｂは、導電性粒子と樹脂を用いて作成することができる。導電性粒子としては、例えば、グラファイト、カーボンブラック、活性炭等が挙げられ、これらの材料を単独で使用してもよく、また、複数の材料を組み合わせて使用してもよい。また、上記カーボン材料の原料形態としては、粉末状、繊維状、粒状等のいずれの形状でもよい。樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂及び／又はポリフェニレン樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
　そして、アノードセパレータ６Ａ及びカソードセパレータ６Ｂは、導電性粒子と樹脂の混合物を金型成形によって、直接作成してもよく、また、平板を作成し、反応ガス流路等を機械加工によって形成することにより、作成してもよい。さらに、予め、周部１６Ａを作成しておき、作成した周部１６Ａを金型に配置して、原材料を金型に投入して、アノードセパレータ６Ａを作成してもよく、同様に、予め、周部１６Ｂを作成しておき、作成した周部１６Ｂを金型に配置して、原材料を金型に投入して、カソードセパレータ６Ｂを作成してもよい。
　このとき、周部１６Ａとなる部分には、部分（中央部）２６Ａに用いられる導電性粒子よりも粒子径の大きい導電性粒子を配置することで、周部１６Ａの多孔度を部分２６Ａの多孔度よりも大きくなるようにすることができる。同様に、周部１６Ｂとなる部分には、部分２６Ｂに用いられる導電性粒子よりも粒子径の大きい導電性粒子を配置することで、周部１６Ｂの多孔度を部分２６Ｂの多孔度よりも大きくなるようにすることができる。
　また、部分２６Ａとなる部分の方が、周部１６Ａとなる部分よりも投入する原材料（導電性粒子と樹脂）の量を大きくすることで、周部１６Ａの多孔度を部分２６Ａの多孔度よりも大きくなるようにすることができる。同様に、部分２６Ｂとなる部分の方が、周部１６Ｂとなる部分よりも投入する原材料（導電性粒子と樹脂）の量を大きくすることで、周部１６Ｂの多孔度を部分２６Ｂの多孔度よりも大きくなるようにすることができる。
　なお、アノードセパレータ６Ａ及びカソードセパレータ６Ｂの多孔度は、１～９９％の間で設定することができる。また、アノードセパレータ６Ａは、周部１６Ａの多孔度が部分２６Ａの多孔度よりも大きくなるように構成されている。具体的には、アノードセパレータ６Ａは、周部１６Ａの多孔度が、例えば、部分２６Ａの多孔度よりも５％以上高くなるように構成してもよく、周部１６Ａの多孔度が、部分２６Ａの多孔度よりも１０％以上、２０％以上、又は３０％以上高くなるように構成してもよい。
　同様に、カソードセパレータ６Ｂは、周部１６Ｂの多孔度が部分２６Ｂの多孔度よりも大きくなるように構成されている。具体的には、カソードセパレータ６Ｂは、周部１６Ｂの多孔度が、例えば、部分２６Ｂの多孔度よりも５％以上高くなるように構成してもよく、周部１６Ｂの多孔度が、部分２６Ｂの多孔度よりも１０％以上、２０％以上、又は３０％以上高くなるように構成してもよい。
　また、アノードセパレータ６Ａ及びカソードセパレータ６Ｂの多孔度は、水銀ポロシメータ（島津製作所製、オートポアＩＩＩ９４１０）を用いて、圧力範囲０．５０～６００００Ｐｓｉａで測定することができる。
　［燃料電池の作用効果］
　このように構成された本実施の形態１に係る燃料電池１００では、アノードセパレータ６Ａにおける周部１６Ａの多孔度を部分２６Ａの多孔度よりも大きくすることで、冷却水流路１０を通流する冷却水の一部をアノード電極４Ａに供給することができる。アノード電極４Ａに供給された冷却水は、毛管現象等の作用により、高分子電解質膜１側に移動する。
　これにより、高分子電解質膜１の周縁部における反応ガスのクロスリークにより生成された過酸化水素を、アノード電極４Ａに供給された冷却水に溶解させることで、過酸化水素を高分子電解質膜１から離れた位置に移動させることができる。このため、過酸化水素から生成されたラジカルの高分子電解質膜１への攻撃を抑制することができる。このようにして、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、高分子電解質膜１の耐久性を向上させることができ、電池性能の低下を抑制することができる。
　同様に、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、カソードセパレータ６Ｂにおける周部１６Ｂの多孔度を部分２６Ｂの多孔度よりも大きくすることで、冷却水流路１０を通流する冷却水の一部をカソード電極４Ｂに供給することができる。カソード電極４Ｂに供給された冷却水は、毛管現象等の作用により、高分子電解質膜１側に移動する。
　これにより、高分子電解質膜１の周縁部における反応ガスのクロスリークにより生成された過酸化水素を、カソード電極４Ｂに供給された冷却水に溶解させることで、過酸化水素を高分子電解質膜１から離れた位置に移動させることができる。このため、過酸化水素から生成されたラジカルの高分子電解質膜１への攻撃を抑制することができる。このようにして、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、高分子電解質膜１の耐久性を向上させることができ、電池性能の低下を抑制することができる。
　なお、本実施の形態１においては、アノードセパレータ６Ａの周部１６Ａ及びカソードセパレータ６Ｂの周部１６Ｂの両方の多孔度を、それぞれ、部分２６Ａ及び部分２６Ｂの多孔度よりも大きくする形態を採用したが、これに限定されない。アノードセパレータ６Ａの周部１６Ａ及びカソードセパレータ６Ｂの周部１６Ａのいずれか一方の周部の多孔度を、周部以外の部分の多孔度よりも大きくする形態を採用してもよい。
　また、アノードセパレータ６Ａの周部１６Ａは、本発明の作用効果を奏する範囲内で、その一部の多孔度が、周部１６Ａにおける他の部分の多孔度よりも小さくなるように構成されていてもよい。すなわち、アノードセパレータ６Ａの周部１６Ａは、本発明の作用効果を奏する範囲内において、完全に環状に形成されている必要がない。
　同様に、カソードセパレータ６Ｂの周部１６Ｂは、本発明の作用効果を奏する範囲内で、その一部の多孔度が、周部１６Ｂにおける他の部分の多孔度よりも小さくなるように構成されていてもよい。すなわち、カソードセパレータ６Ｂの周部１６Ｂは、本発明の作用効果を奏する範囲内において、完全に環状に形成されている必要がない。
　また、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、アノード電極４Ａ及びカソード電極４Ｂを、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、その外周がアノードセパレータ６Ａ（高分子電解質膜１）の外周より内方に位置するように形成されている形態を採用したが、これに限定されない。アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、高分子電解質膜１の外周と、アノード電極４Ａの外周及び／又はカソード電極４Ｂの外周と、が一致するように構成されている形態を採用してもよい。
　この場合、アノードセパレータ６Ａの周部１６Ａは、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、その外周がアノード電極４Ａの外周とアノード電極４Ａの外周に最も近い第１リブ部１１との間に位置し、その内周がアノード電極４Ａの外周に最も近い第１リブ部１１とアノード電極４Ａの外周に２番目に近い第１リブ部１１との間に位置するように、環状に形成されていてもよい。また、アノードセパレータ６Ａの周部１６Ａは、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、その外周がアノード電極４Ａの外周とアノード電極４Ａの外周から５ｍｍ内方に位置する部分との間に位置し、その内周がアノード電極４Ａの外周から５ｍｍ内方に位置する部分とアノード電極４Ａの外周から１０ｍｍ内方に位置する部分との間に位置するように、環状に形成されていてもよい。
　同様に、カソードセパレータ６Ｂの周部１６Ｂは、カソードセパレータ６Ｂの厚み方向から見て、その外周がカソード電極４Ｂの外周とカソード電極４Ｂの外周に最も近い第２リブ部１２との間に位置し、その内周がカソード電極４Ｂの外周に最も近い第２リブ部１２とカソード電極４Ｂの外周に２番目に近い第２リブ部１２との間に位置するように、環状に形成されていてもよい。また、カソードセパレータ６Ｂの周部１６Ｂは、カソードセパレータ６Ｂの厚み方向から見て、その外周がカソード電極４Ｂの外周とカソード電極４Ｂの外周から５ｍｍ内方に位置する部分との間に位置し、その内周がカソード電極４Ｂの外周から５ｍｍ内方に位置する部分とカソード電極４Ｂの外周から１０ｍｍ内方に位置する部分との間に位置するように、環状に形成されていてもよい。
　また、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、燃料ガス流路８をアノードセパレータ６Ａの内面に設ける形態を採用したが、これに限定されず、燃料ガス流路８をアノードガス拡散層３Ａのアノードセパレータ６Ａと当接する主面（以下、外面）に設ける形態を採用してもよく、アノードガス拡散層３Ａの外面とアノードセパレータ６Ａの内面の両方に設ける形態を採用してもよい。
　同様に、本実施の形態１に係る燃料電池１００では、酸化剤ガス流路９をカソードセパレータ６Ｂの内面に設ける形態を採用したが、これに限定されず、酸化剤ガス流路９をカソードガス拡散層３Ｂのカソードセパレータ６Ｂと当接する主面（以下、外面）に設ける形態を採用してもよく、カソードガス拡散層３Ｂの外面とカソードセパレータ６Ｂの内面の両方に設ける形態を採用してもよい。
　また、アノードセパレータ６Ａの周部１６Ａ及び／又はカソードセパレータ６Ｂの周部１６Ｂには、厚み方向に貫通する貫通孔を設けてもよい。この場合、貫通孔は、各マニホールド孔のような開口面積が大きなものではなく、その開口面積が、数μｍ２～数百μｍ２程度の小さなものを意味する。このような貫通孔を設けることで、周部１６Ａ及び／又は周部１６Ｂの多孔度を大きくした場合と同様の効果を得ることができる。
　さらに、本実施の形態１に係る燃料電池１００を燃料電池システムに搭載して、燃料電池システムを作動させる際に、冷却水流路１０を通流する冷却水の圧力が、燃料ガス流路８及び酸化剤ガス流路９のそれぞれを通流する燃料ガス及び酸化剤ガスの圧力よりも高くなるように、燃料電池システムを構成してもよい。具体的には、例えば、燃料電池システムが、本実施の形態１に係る燃料電池１００、燃料ガス供給器、酸化剤ガス供給器、冷却水供給器、及び制御器を備え、制御器が、冷却水流路１０を通流する冷却水の圧力が、燃料ガス流路８及び酸化剤ガス流路９のそれぞれを通流する燃料ガス及び酸化剤ガスの圧力よりも高くなるように、燃料ガス供給器、酸化剤ガス供給器、及び冷却水供給器を制御するように構成されていればよい。
　このように構成された燃料電池システムでは、冷却水流路１０を通流する冷却水の一部をセパレータの内面側に透過させるのが容易となり、本実施の形態１に係る燃料電池１００の作用効果が顕著になる。
　（実施の形態２）
　本発明の実施の形態２に係る燃料電池は、補強部材をさらに備え、補強部材が、セパレータの厚み方向から見て、高分子電解質膜の周縁部に設けられている態様を例示するものである。
　また、本実施の形態２に係る燃料電池では、補強部材の一部が、触媒層の他方の主面と接触し、かつ、セパレータの厚み方向から見て、触媒層と重なるように配設されていてもよい。
　さらに、本実施の形態２に係る燃料電池では、補強部材は、樹脂で形成されていてもよい。
　以下、本発明の実施の形態２に係る燃料電池の一例について、図面を参照しながら説明する。
　［燃料電池の構成］
　図４は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
　図４に示すように、本発明の実施の形態２に係る燃料電池１００は、実施の形態１に係る燃料電池１００と基本的構成は同じであるが、補強部材１３をさらに備える点が異なる。具体的には、補強部材１３は、高分子電解質膜１とガスケット７との間に、これらの部材に挟まれるように配設されている。
　補強部材１３は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、略矩形で、かつ、ドーナツ状に形成されている。また、補強部材１３は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、その内周端が、アノード触媒層２Ａ又はカソード触媒層２Ｂの外周端よりも内側に位置するように配設されている。換言すると、補強部材１３は、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、補強部材１３の内周部分とアノード触媒層２Ａ又はカソード触媒層２Ｂの外周部分とが、互いに重なるように配設されている。
　さらに、補強部材１３は、その一部が、アノード触媒層２Ａ又はカソード触媒層２Ｂの他方の主面と接触するように配設されている。換言すると、補強部材１３は、その一部が、アノード触媒層２Ａ又はカソード触媒層２Ｂの他方の主面に乗り上げるように配置されている。
　［燃料電池の作用効果］
　次に、本実施の形態２に係る燃料電池１００の作用効果について説明する。
　まず、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池の問題点について、図６を参照しながら説明する。
　図６は、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池のセルの概略構成を示す模式図である。なお、図６では、一部を省略している。
　本発明者等は、図６に示す特許文献１の固体高分子型燃料電池のセル２００の耐久試験を行ったところ、以下の問題点を見出した。すなわち、セル２００の厚み方向から見て、高分子膜２０１の補強部材２０４、２０５の内側端部２０４Ｅ、２０５Ｅと対向する（重なる）部分２０１Ｐの膜厚が、他の部分よりも薄くなっていた。これは、補強部材２０４、２０５の内側端部２０４Ｅ、２０５Ｅが、酸素極触媒層２０２Ｃ及び／又は燃料極触媒層２０３Ｃを介して、高分子膜２０１の部分２０１Ｐに強い応力をかけることにより、部分２０１Ｐの膜厚が、他の部分よりも薄くなり、その結果として、部分２０１Ｐでの反応ガスのクロスリークが多くなることを示唆するものである。つまり、特許文献１に開示されているセル２００では、高分子膜２０１の部分２０１Ｐ周辺で、反応ガスのクロスリークが生じ、クロスリークした反応ガスによって、酸素極触媒層２０２Ｃ及び／又は燃料極触媒層２０３Ｃの触媒上で過酸化水素が生成され、フェントン反応などにより生じたラジカルによって高分子膜２０１が攻撃される。その結果、高分子膜２０１が劣化し、電池性能の低下を引き起こしていたことを本発明者等は見出した。
　しかしながら、本実施の形態２に係る燃料電池１００では、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、アノードセパレータ６Ａにおける補強部材１３の内周と対向する（重なる）部分（すなわち、周部１６Ａ）の多孔度が、部分２６Ａの多孔度よりも大きいので、冷却水流路１０を通流する冷却水の一部をアノード電極４Ａに供給することができる。アノード電極４Ａに供給された冷却水は、毛管現象等の作用により、高分子電解質膜１側に移動する。
　これにより、高分子電解質膜１における補強部材１３の内周と対向する（重なる）部分での反応ガスのクロスリークにより生成された過酸化水素を、アノード電極４Ａに供給された冷却水に溶解させることで、過酸化水素を高分子電解質膜１から離れた位置に移動させることができる。このため、過酸化水素から生成されたラジカルの高分子電解質膜１への攻撃を抑制することができる。このようにして、本実施の形態２に係る燃料電池１００では、高分子電解質膜１の耐久性を向上させることができ、電池性能の低下を抑制することができる。
　同様に、本実施の形態２に係る燃料電池１００では、カソードセパレータ６Ｂの厚み方向から見て、カソードセパレータ６Ｂにおける補強部材１３の内周と対向する（重なる）部分（すなわち、周部１６Ｂ）の多孔度が、部分２６Ｂの多孔度よりも大きいので、冷却水流路１０を通流する冷却水の一部をカソード電極４Ｂに供給することができる。カソード電極４Ｂに供給された冷却水は、毛管現象等の作用により、高分子電解質膜１側に移動する。
　これにより、高分子電解質膜１における補強部材１３の内周と対向する（重なる）部分での反応ガスのクロスリークにより生成された過酸化水素を、カソード電極４Ｂに供給された冷却水に溶解させることで、過酸化水素を高分子電解質膜１から離れた位置に移動させることができる。このため、過酸化水素から生成されたラジカルの高分子電解質膜１への攻撃を抑制することができる。このようにして、本実施の形態２に係る燃料電池１００では、高分子電解質膜１の耐久性を向上させることができ、電池性能の低下を抑制することができる。
　［変形例１］
　次に、本実施の形態２に係る燃料電池１００の変形例について説明する。
　図５は、本実施の形態２における変形例１の燃料電池の概略構成を模式的に示す断面図である。
　図５に示すように、本変形例１の燃料電池１００では、補強部材１３が、アノードセパレータ６Ａの厚み方向から見て、アノード触媒層２Ａ又はカソード触媒層２Ｂと互いに重ならないように配設されている。
　このように構成された本変形例１の燃料電池１００であっても、実施の形態２に係る燃料電池１００と同様の作用効果を奏する。
　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
　本発明の高分子電解質形燃料電池は、高分子電解質膜の劣化を抑制して、耐久性を向上することが可能となり、また、燃料電池の性能低下を抑制することが可能であるため、燃料電池の分野で有用である。
　１　高分子電解質膜
　２Ａ　アノード触媒層
　２Ｂ　カソード触媒層
　３Ａ　アノードガス拡散層
　３Ｂ　カソードガス拡散層
　４Ａ　アノード電極
　４Ｂ　カソード電極
　５　ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ－Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ－Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜－電極接合体）
　６Ａ　アノードセパレータ
　６Ｂ　カソードセパレータ
　７　ガスケット
　８　燃料ガス流路
　９　酸化剤ガス流路
　１０　冷却水流路
　１１　第１リブ部
　１２　第２リブ部
　１３　補強部材
　１６Ａ　周部
　１６Ｂ　周部
　２６Ａ　部分
　２６Ｂ　部分
　６１　燃料電池スタック
　６２　セル積層体
　６３　端板
　６４　端板
　１００　燃料電池
　１３１　燃料ガス供給マニホールド
　１３２　燃料ガス排出マニホールド
　１３３　酸化剤ガス供給マニホールド
　１３４　酸化剤ガス排出マニホールド
　１３５　冷却水供給マニホールド
　１３６　冷却水排出マニホールド
　２３１　燃料ガス供給マニホールド孔
　２３５　冷却水供給マニホールド孔
 
 
 
 
 

Claims (13)

  1. 　高分子電解質膜と該高分子電解質膜を挟む一対の電極を有する膜－電極接合体と、
    　板状に形成され、導電性を有する一対のセパレータと、を備え、
    　前記セパレータは、周部と該周部以外の部分を有していて、
    　前記セパレータの周部は、前記セパレータの厚み方向から見て、環状に形成されていて、前記セパレータの外周よりも内方の領域であり、
    　前記セパレータは、前記周部の多孔度が前記セパレータの周部以外の部分の多孔度よりも大きくなるように構成されている、高分子電解質形燃料電池。
  2. 　前記電極は、触媒層とガス拡散電極を有しており、
    　前記セパレータの前記ガス拡散層と接触する一方の主面及び前記ガス拡散層の前記セパレータと接触する主面の少なくとも一方の主面には、溝状の反応ガス流路と該反応ガス流路の間にリブ部が形成されていて、
    　前記一対のセパレータの少なくとも一方のセパレータの他方の主面には、溝状の水流路が形成されている、請求項１に記載の高分子電解質形燃料電池。
  3. 　前記電極は、前記セパレータの厚み方向から見て、その外周が前記セパレータの外周より内方に位置するように形成され、
    　前記セパレータの周部は、前記セパレータの厚み方向から見て、その外周が、前記セパレータの外周と前記電極の外周との間に位置し、その内周が、前記電極の外周と前記電極の外周に最も近いリブ部との間に位置するように、環状に形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
  4. 　前記電極は、前記セパレータの厚み方向から見て、その外周が前記セパレータの外周より内方に位置するように形成され、
    　前記セパレータの周部は、前記セパレータの厚み方向から見て、その外周が前記電極の外周から５ｍｍ外方に位置する部分と前記電極の外周との間に位置し、その内周が前記電極の外周と前記電極の外周から５ｍｍ内方に位置する部分との間に位置するように、環状に形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
  5. 　前記電極は、前記セパレータの厚み方向から見て、その外周が前記セパレータの外周と一致するように形成され、
    　前記セパレータの周部は、前記セパレータの厚み方向から見て、その外周が前記電極の外周と前記電極の外周に最も近いリブ部との間に位置し、その内周が前記電極の外周に最も近いリブ部と前記電極の外周に２番目に近いリブ部との間に位置するように、環状に形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
  6. 　前記電極は、前記セパレータの厚み方向から見て、その外周が前記セパレータの外周と一致するように形成され、
    　前記セパレータの周部は、前記セパレータの厚み方向から見て、その外周が前記電極の外周と前記電極の外周から５ｍｍ内方に位置する部分との間に位置し、その内周が前記電極の外周から５ｍｍ内方に位置する部分と前記電極の外周から１０ｍｍ内方に位置する部分との間に位置するように、環状に形成されている、請求項２に記載の高分子電解質形燃料電池。
  7. 　前記水流路は、前記セパレータの厚み方向から見て、その一部が、前記セパレータの周部と重なるように形成されている、請求項２～６のいずれか１項に記載の高分子電解質形燃料電池。
  8. 　補強部材をさらに備え、
    　前記補強部材は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記高分子電解質膜の周縁部に設けられている、請求項１～７のいずれか１項に記載の高分子電解質形燃料電池。
  9. 　前記補強部材は、その一部が、前記触媒層の他方の主面と接触し、かつ、前記セパレータの厚み方向から見て、前記触媒層と重なるように配設されている、請求項８に記載の高分子電解質形燃料電池。
  10. 　前記補強部材は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記触媒層と重ならないように配設されている、請求項８に記載の高分子電解質形燃料電池。
  11. 　前記補強部材は、樹脂で形成されている、請求項８～１０のいずれか１項に記載の高分子電解質形燃料電池。
  12. 　前記セパレータは、前記周部において、厚み方向に貫通する貫通孔を有している、請求項１～１１のいずれか１項に記載の高分子電解質形燃料電池。
  13. 　前記セパレータは、中央部を有していて、
    　前記セパレータの中央部は、前記セパレータの厚み方向から見て、前記セパレータの周部よりも内方の部分を含む領域であり、
    　前記セパレータは、前記周部の多孔度が前記セパレータの中央部の多孔度よりも５％以上大きくなるように構成されている、請求項１～１２のいずれか１項に記載の高分子電解質形燃料電池。
     
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016035918A (ja) * 2014-08-04 2016-03-17 本田技研工業株式会社 燃料電池用膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2985594C (en) * 2015-05-13 2019-07-30 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell stack

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003068318A (ja) 2001-08-23 2003-03-07 Osaka Gas Co Ltd 固体高分子型燃料電池のセル及び固体高分子型燃料電池
JP2003100323A (ja) * 2001-09-27 2003-04-04 Mitsubishi Materials Corp 集電体とその製造方法及び固体電解質型燃料電池
JP2004146245A (ja) * 2002-10-25 2004-05-20 Aisin Seiki Co Ltd 固体高分子型燃料電池
JP2004241367A (ja) * 2002-06-28 2004-08-26 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2005071635A (ja) * 2003-08-26 2005-03-17 Ibiden Co Ltd 多孔質黒鉛板、多孔質黒鉛板の製造方法、高分子電解質型燃料電池用セパレータ
JP2005235418A (ja) * 2004-02-17 2005-09-02 Nissan Motor Co Ltd 固体高分子型燃料電池
JP2005276731A (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Toyota Motor Corp 多孔質のセパレータを備える燃料電池
JP2005285636A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Toyota Motor Corp 燃料電池および燃料電池用ガスセパレータ
JP2006286323A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Nissan Motor Co Ltd セルモジュール
JP2006351491A (ja) * 2005-06-20 2006-12-28 Nissan Motor Co Ltd プロトン伝導性膜用補強材、および、これを用いた燃料電池
JP2011017055A (ja) * 2009-07-09 2011-01-27 Toshiba Corp 電気化学セル

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6015633A (en) 1998-10-07 2000-01-18 Plug Power, L.L.C. Fluid flow plate for water management, method for fabricating same, and fuel cell employing same
DE10043008A1 (de) * 2000-09-01 2002-03-28 Forschungszentrum Juelich Gmbh Bipolare Platte
US6869709B2 (en) 2002-12-04 2005-03-22 Utc Fuel Cells, Llc Fuel cell system with improved humidification system
US7435502B2 (en) * 2003-09-22 2008-10-14 Utc Power Corporation Internal PEM fuel cell water management
CN101728553A (zh) * 2006-06-21 2010-06-09 松下电器产业株式会社 燃料电池

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003068318A (ja) 2001-08-23 2003-03-07 Osaka Gas Co Ltd 固体高分子型燃料電池のセル及び固体高分子型燃料電池
JP2003100323A (ja) * 2001-09-27 2003-04-04 Mitsubishi Materials Corp 集電体とその製造方法及び固体電解質型燃料電池
JP2004241367A (ja) * 2002-06-28 2004-08-26 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP2004146245A (ja) * 2002-10-25 2004-05-20 Aisin Seiki Co Ltd 固体高分子型燃料電池
JP2005071635A (ja) * 2003-08-26 2005-03-17 Ibiden Co Ltd 多孔質黒鉛板、多孔質黒鉛板の製造方法、高分子電解質型燃料電池用セパレータ
JP2005235418A (ja) * 2004-02-17 2005-09-02 Nissan Motor Co Ltd 固体高分子型燃料電池
JP2005276731A (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Toyota Motor Corp 多孔質のセパレータを備える燃料電池
JP2005285636A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Toyota Motor Corp 燃料電池および燃料電池用ガスセパレータ
JP2006286323A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Nissan Motor Co Ltd セルモジュール
JP2006351491A (ja) * 2005-06-20 2006-12-28 Nissan Motor Co Ltd プロトン伝導性膜用補強材、および、これを用いた燃料電池
JP2011017055A (ja) * 2009-07-09 2011-01-27 Toshiba Corp 電気化学セル

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2741358A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016035918A (ja) * 2014-08-04 2016-03-17 本田技研工業株式会社 燃料電池用膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池

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