(57)【要約】【課題】多孔体における排水が十分に行われない場合においても、燃料電池における発電を均一化する。【解決手段】  燃料電池は、膜・電極接合体と、膜・電極接合体の少なくとも一方の面に設けられた多孔質性の多孔体と、多孔体の前記膜・電極接合体とは反対側に設けられ膜・電極接合体に供給される燃料電池の反応ガスの流路となる貫通孔が設けられたセパレータとを有している。膜・電極接合体とセパレータとの間に配置された多孔体には、セパレータに設けられた貫通孔に対応する位置に貫通孔が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
膜・電極接合体と、
前記膜・電極接合体の少なくとも一方の面に設けられた多孔質性の多孔体と、
前記多孔体の前記膜・電極接合体とは反対側に設けられ前記膜・電極接合体に供給される前記燃料電池の反応ガスの流路となる貫通孔が設けられたセパレータと
を備え、
前記多孔体には、前記セパレータに設けられた前記貫通孔に対応する位置に貫通孔が設けられている
燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、膜・電極接合体とセパレータとの間に多孔体を設けた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池において、膜・電極接合体とセパレータとの間に導電性の多孔体を設け、膜・電極接合体にガスを供給するためのガス供給流路を形成することが行われている（例えば、特許文献３参照）。多孔体は無数の気孔を有しているため、膜・電極接合体において発生した水分等が凝結した凝結水は毛細管現象により多孔体に集まり、多孔体内を流れて燃料電池から排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２４０８４号公報
【特許文献２】特開２００８−１９２４４８号公報
【特許文献３】特開２００８−２２６５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、反応ガスの流量が少ない場合、あるいは、多孔体の気孔径のばらつきにより水の流れが不均一となった場合など、多孔体からの排水が十分に行われないことがある。この場合、多孔体内に残存する水により反応ガスの流れが不均一化し、燃料電池における発電が不均一となる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、多孔体における排水が十分に行われない場合においても、燃料電池における発電を均一化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池であって、膜・電極接合体と、前記膜・電極接合体の少なくとも一方の面に設けられた多孔質性の多孔体と、前記多孔体の前記膜・電極接合体とは反対側に設けられ前記膜・電極接合体に供給される前記燃料電池の反応ガスの流路となる貫通孔が設けられたセパレータとを備え、前記多孔体には、前記セパレータに設けられた前記貫通孔に対応する位置に貫通孔が設けられている燃料電池。
【０００８】
この適用例では、多孔体には、セパレータに設けられ反応ガスの流路となる貫通孔に対応する位置に貫通孔が設けられている。反応ガスは、多孔体に設けられた貫通孔を通して、直接膜・電極接合体に供給されるので、多孔体における排水が十分に行われない場合においても、膜・電極接合体への反応ガスの供給量を均一化し、燃料電池における発電を均一化することができる。
【０００９】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池や燃料電池システム、それらの燃料電池や燃料電池システムを有する車両等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料電池を構成するセパレータと多孔体プレートとを示す斜視図。
【図２】燃料電池のアノード側の構成を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、一実施例としての燃料電池を構成するセパレータ１００と、多孔体プレート２００とを示す斜視図である。燃料電池は、膜・電極接合体（図示しない）を２つの多孔体プレート２００で挟持し、２つの多孔体プレート２００をさらに２つのセパレータ１００で挟持することにより形成される。ここで、膜・電極接合体とは、電解質膜の両面に触媒層を設け、電解質膜の両面に設けられた触媒層に、電解質膜とは反対の面から２つのガス拡散層を挟持した板状の部材をいう。
【００１２】
セパレータ１００は、６つの貫通孔１０２が設けられた板状の部材であり、ガス不透性と導電性とを有している。セパレータ１００は、圧縮カーボン、チタン合金、ステンレス鋼等の種々の材料で形成することが可能である。燃料電池における電気化学反応に供される反応ガスは、セパレータ１００に設けられた貫通孔１０２の一方の列から供給され、他方の列から排出される。
【００１３】
多孔体プレート２００は、多孔性を有する多孔体２１０と、多孔体２１０の外周に設けられたガス不透性の緻密部２２０とを有する板状の部材である。多孔体２１０は、無数の気孔を有する導電性の板状部材である。多孔体２１０は、例えば、カーボン製多孔体や発泡金属によって形成することができる。多孔体２１０には、セパレータ１００に設けられた貫通孔１０２に対応する位置に２つの貫通孔２１２が設けられている。
【００１４】
図２は、本実施例における燃料電池のアノード側の構成を示す概略断面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ部の断面図である。なお、図２では、多孔体プレート２００の緻密部２２０の図示を省略している。なお、燃料電池のカソード側の構成は、アノード側とほぼ同じである。
【００１５】
上述の通り、燃料電池は、電解質膜５００と、触媒層４００と、ガス拡散層３００とを有している。水素を含む燃料ガスは、セパレータ１００に設けられた貫通孔１０２と、多孔体プレート２００の多孔体２１０に設けられた貫通孔２１２とを介してガス拡散層３００に直接供給される。ガス拡散層３００は、導電性とガス拡散性とを有する種々の材料で形成することが可能であるが、中空糸カーボンを用いて形成するのがより好ましい。アノード側に供給される反応ガス、すなわち水素を含む燃料ガスは、ガス拡散層３００において拡散するとともに、主流方向に沿って下流側に流れる。
【００１６】
ガス拡散層３００に供給された燃料ガス中の水素は、触媒層４００に含まれる白金等の触媒でプロトンに変換される。プロトンは、ナフィオン（デュポン社の商標）などのプロトン伝導性のフッ素系樹脂材料からなる電解質膜５００を通してカソード側に移動する。カソード側では、カソード側に供給される反応ガス、すなわち酸素を含む酸化ガス中の酸素とプロトンとが反応して水が生成される。
【００１７】
電解質膜５００は、湿潤状態において良好な導電性を有するため、アノード側には、加湿された燃料ガスが供給される。また、カソード側で生成された水は、電解質膜５００を透過して、アノード側に移動する。燃料ガス中に含まれる水やカソード側から移動した水により、アノード側の水分量が過剰になると、水分が凝結する。凝結した水（凝結水）の大部分は、毛細管現象により、ガス拡散層３００を介して多孔体２１０に移動する。そのため、凝結水は、図２の黒矢印で示すように、主として多孔体２１０を燃料ガスの主流方向に沿って流れ、セパレータ１００に設けられた貫通孔１０２から燃料ガスとともに排出される。
【００１８】
本実施例では、水を排出するための多孔体２１０には、セパレータ１００の貫通孔１０２に対応する位置に貫通孔２１２が設けられている。燃料ガスは、貫通孔２１２を通ってガス拡散層３００に直接供給される。そのため、燃料ガスは主としてガス拡散層３００を流れる。このように、多孔体２１０は、主として水を排出するために用いられるので、燃料ガスの流量が少ない場合、あるいは、多孔体２１０の気孔径のばらつきにより水の流れが不均一となった場合など、多孔体２１０からの排水が十分行われていない場合においても、燃料ガスはガス拡散層３００を流れて拡散される。そのため、燃料電池において発電の不均一化が発生する虞を低減することができる。
【００１９】
また、本実施例では、多孔体２１０のセパレータ１００の貫通孔１０２に対応する位置に貫通孔２１２を設けている。そのため、貫通孔１０２に残存した水が毛細管現象により多孔体２１０に戻ることを抑制することが可能となる。そのため、凝結水をより確実に排出することができる。
【００２０】
なお、本実施例では、本発明を燃料電池のアノード側に適用した例を示しているが、本発明は、カソード側のみ、あるいは、アノード側とカソード側との双方に適用することが可能である。また、本実施例では、多孔体２１０の貫通孔２１２を、燃料ガスのガスの入口となるセパレータ１００の貫通孔１０２（ガス導入部）と、燃料ガスのガスの出口となるセパレータ１００の貫通孔１０２（ガス排出部）との双方に対応する位置に設けているが、多孔体２１０の貫通孔２１２は、ガス導入部、あるいは、ガス排出部の一方のみに対応する位置に設けるものとしてもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１００…セパレータ
１０２…貫通孔
２００…多孔体プレート
２１０…多孔体
２１２…貫通孔
２２０…緻密部
３００…ガス拡散層
４００…触媒層
５００…電解質膜
【図１】
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【図２】
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