(57)【要約】【課題】発電性能に優れる燃料電池を提供すること。【解決手段】燃料電池３が、電解質膜１６と、電解質膜１６に対して、電解質膜１６の厚み方向の一方に配置される燃料側電極１７と、電解質膜１６に対して、厚み方向の他方に配置される酸素側電極１８と、燃料側電極１８に対して厚み方向の一方に配置され、燃料側電極１８に燃料を供給するための燃料流路６８が形成されるセパレータ１４とを備え、セパレータ１４は、厚み方向と直交する方向に延び、互いに間隔を空けて並列配置され、燃料流路６８を区画する複数の第１リブ６６を備え、幅方向において、互いに隣り合う第１リブ６６の間隔Ｗが、第１リブ６６の寸法Ｌよりも大きい。【選択図】図４
2019061939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と、
前記電解質層に対して、前記電解質層の厚み方向の一方に配置される燃料側電極と、
前記電解質層に対して、前記厚み方向の他方に配置される酸素側電極と、
前記燃料側電極に対して前記厚み方向の一方に配置され、前記燃料側電極に燃料を供給するための燃料流路が形成される燃料供給部材と
を備え、
前記燃料供給部材は、前記厚み方向と直交する方向に延び、互いに間隔を空けて並列配置され、前記燃料流路を区画する複数の突条を備え、
前記厚み方向と、前記突条の延びる方向との両方に直交する幅方向において、
互いに隣り合う前記突条の間隔Ｗが、前記突条の寸法Ｌよりも大きい
ことを特徴とする、燃料電池。
【請求項２】
互いに隣り合う前記突条の間隔Ｗと、前記突条の寸法Ｌとが、
下記式（１）の関係を満たす
ことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
０．５＜  ［Ｗ／（Ｌ＋Ｗ）］  ＜０．６７        （１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池として、メタノール、ジメチルエーテルまたはヒドラジンなどの液体燃料を使用する燃料電池が知られている。
【０００３】
具体的には、例えば、電解質層と、電解質層に対して、電解質層の厚み方向の一方に隣接配置される燃料側電極と、電解質層に対して、厚み方向の他方に隣接配置される酸素側電極と、燃料側電極に対して厚み方向の一方に配置され、燃料側電極に燃料を供給するための燃料流路が形成される燃料供給部材とを備え、燃料供給部材は、厚み方向と直交する方向に延び、互いに間隔を空けて並列配置され、燃料流路を区画する複数の突条を備え、突条の幅方向の寸法が０．５０〜１．５０ｍｍ、かつ、互いに隣り合う突条の幅方向の間隔が、０．５０〜１．５０ｍｍである燃料電池が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１２５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、燃料電池としては、発電性能のさらなる向上が要求されている。
【０００６】
本発明は、発電性能に優れる燃料電池である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明［１］は、電解質層と、前記電解質層に対して、前記電解質層の厚み方向の一方に配置される燃料側電極と、前記電解質層に対して、前記厚み方向の他方に配置される酸素側電極と、前記燃料側電極に対して前記厚み方向の一方に配置され、前記燃料側電極に燃料を供給するための燃料流路が形成される燃料供給部材とを備え、前記燃料供給部材は、前記厚み方向と直交する方向に延び、互いに間隔を空けて並列配置され、前記燃料流路を区画する複数の突条を備え、前記厚み方向と、前記突条の延びる方向との両方に直交する幅方向において、互いに隣り合う前記突条の間隔Ｗが、前記突条の寸法Ｌよりも大きい、燃料電池を含んでいる。
【０００８】
また、本発明［２］は、互いに隣り合う前記突条の間隔Ｗと、前記突条の寸法Ｌとが、下記式（１）の関係を満たす、上記［１］に記載の燃料電池を含んでいる。
【０００９】
０．５＜  ［Ｗ／（Ｌ＋Ｗ）］  ＜０．６７        （１）
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池では、燃料供給部材において、互いに隣り合う突条の幅方向における間隔Ｗが、突条の幅方向における寸法Ｌよりも大きいため、発電面積の効率化を図ることができ、優れた発電性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の燃料電池の一実施形態を搭載した電動車両の概略構成図を示す。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池の斜視図を示す。
【図３】図３は、図２に示す単位セルの分解斜視図を示す。
【図４】図４は、図２に示すセルスタックを積層方向および幅方向で切断した場合の断面図およびその要部拡大図を示す。
【図５】図５は、実施例および比較例における燃料電池の最大出力密度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１．電動車両の全体構成
図１に示すように、電動車両１は、燃料電池３およびバッテリー５３を選択的に動力源とするハイブリッド車両であって、燃料電池システム２を搭載している。
【００１３】
燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、空気給排部５と、制御部６と、動力部７とを備えている。
【００１４】
（１）燃料電池
燃料電池３は、液体燃料が直接供給される直接液体燃料形燃料電池であり、電動車両１の中央下側に配置されている。
【００１５】
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、電動車両１において燃料電池３の後側に配置されている。燃料給排部４は、燃料タンク２１と、燃料供給ライン２３と、燃料還流ライン２４と、排気ライン２５とを備えている。
【００１６】
燃料タンク２１は、燃料電池３の後側に間隔を隔てて配置されている。燃料タンク２１は、略ボックス形状を有し、燃料成分を含む液体燃料を貯蔵するように構成されている。
【００１７】
燃料成分としては、例えば、分子中に水素原子を含有する含水素液体燃料が挙げられ、具体的には、メタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのアルキル基を有するエーテル類、ヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、アルコール類およびヒドラジン類が挙げられ、さらに好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。
【００１８】
ヒドラジン類としては、例えば、ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２）、水加ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）、炭酸ヒドラジン（（ＮＨ２ＮＨ２）２ＣＯ２）、塩酸ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・ＨＣｌ）、硫酸ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２ＳＯ４）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ３ＮＨＮＨ２）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２ＮＮＨ２、ＣＨ３ＮＨＮＨＣＨ３）、カルボンヒドラジド（（ＮＨＮＨ２）２ＣＯ）などが挙げられる。
【００１９】
このようなヒドラジン類のうち、好ましくは、炭素を含まないヒドラジン類、すなわち、ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジンなどが挙げられる。ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジンなどは、ＣＯおよびＣＯ２の生成がなく、触媒の被毒が生じないことから、耐久性の向上を図ることができ、実質的なゼロエミッションを実現することができる。
【００２０】
このような燃料成分は、単独または２種類以上組み合わせて用いることができる。
【００２１】
燃料供給ライン２３は、燃料タンク２１から燃料電池３へ液体燃料を供給するための配管である。燃料供給ライン２３の供給方向上流端は、燃料タンク２１の下端部に接続されている。燃料供給ライン２３の供給方向下流端は、燃料電池３の燃料供給部８１（後述、図２参照）に接続されている。燃料供給ライン２３は、第１ポンプ２６を備えている。
【００２２】
第１ポンプ２６は、燃料供給ライン２３の途中に介在されている。第１ポンプ２６としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが挙げられる。第１ポンプ２６は、駆動することにより、燃料タンク２１内の液体燃料を燃料電池３に供給する。
【００２３】
燃料還流ライン２４は、燃料電池３から燃料タンク２１へ液体燃料を還流するための配管である。燃料還流ライン２４の還流方向上流端は、燃料電池３の燃料排出部８２（後述、図２参照）に接続されている。燃料還流ライン２４の還流方向下流端は、燃料タンク２１の上端部に接続されている。燃料還流ライン２４は、気液分離器２７を備えている。
【００２４】
気液分離器２７は、燃料還流ライン２４の途中に介在されている。気液分離器２７は、液体燃料とガス（気体）とを分離する。
【００２５】
排気ライン２５は、気液分離器２７で分離されたガスを電動車両１から外へ排気するための配管である。排気ライン２５の排気方向上流端は、気液分離器２７に接続されている。排気ライン２５の排気方向下流端は、大気開放されている。なお、排気ライン２５の途中には、ガスを無害化および無臭化するための図示しない浄化装置が介在されている。
【００２６】
（３）空気給排部
空気給排部５は、電動車両１において燃料電池３の前側に配置されている。空気給排部５は、空気供給ライン４１と、空気排出ライン４２とを備えている。
【００２７】
空気供給ライン４１は、電動車両１の外から燃料電池３へ空気を供給するための配管である。空気供給ライン４１の供給方向上流端は、大気開放されている。空気供給ライン４１の供給方向下流端は、燃料電池３の空気供給部８３（後述、図２参照）に接続されている。空気供給ライン４１は、第２ポンプ４３を備えている。
【００２８】
第２ポンプ４３は、空気供給ライン４１の途中に介在されている。第２ポンプ４３としては、例えば、エアコンプレッサなどの公知の送気ポンプが挙げられる。第２ポンプ４３は、駆動することにより、電動車両１外からの空気を燃料電池３に供給する。
【００２９】
空気排出ライン４２は、燃料電池３から電動車両１の外へ空気を排出するための配管である。空気排出ライン４２の排出方向上流端は、燃料電池３の空気排出部８４（後述、図２参照）に接続されている。空気排出ライン４２の排出方向下流端は、大気開放されている。
【００３０】
（４）制御部
制御部６は、ＥＣＵ５１を備えている。
【００３１】
ＥＣＵ５１は、電動車両１における電気的な制御を実行するコントロールユニット（すなわち、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。
【００３２】
ＥＣＵ５１は、第１ポンプ２６および第２ポンプ４３のそれぞれと電気的に接続されている。
【００３３】
（５）動力部
動力部７は、電動車両１の前端部において、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。動力部７は、モータ５２と、バッテリー５３とを備えている。
【００３４】
モータ５２は、燃料電池３に電気的に接続されている。モータ５２は、燃料電池３から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換する。モータ５２としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの公知の三相電動機などが挙げられる。
【００３５】
バッテリー５３は、燃料電池３とモータ５２との間の配線に電気的に接続されている。バッテリー５３としては、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの公知の二次電池などが挙げられる。
【００３６】
２．燃料電池の詳細
燃料電池３は、図２に示すように、セルスタック１０と、１対のエンドプレート１２とを備えている。
【００３７】
セルスタック１０は、図２に示すように、複数の単位セル１１が積層されることにより構成されている。
【００３８】
なお、以下の説明において、複数の単位セル１１の積層方向（図４における紙面上下方向）を、単に積層方向とする。
【００３９】
また、積層方向と直交する方向であり、図２における紙面の上下方向を、単に上下方向とする。
【００４０】
さらに、積層方向および上下方向の両方向と直交する方向を幅方向とする。なお、積層方向は、厚み方向の一例であり、積層方向の一方が、厚み方向の一方の一例であり、積層方向の他方が、厚み方向の他方の一例である。
【００４１】
複数の単位セル１１のそれぞれは、図３に示すように、膜電極接合体１３と、１対のガス拡散層１５と、１対のセパレータ１４とを備えている。なお、複数の単位セル１１のそれぞれは、図４に示すように、互いに隣り合う単位セル１１とセパレータ１４を共有している。
【００４２】
膜電極接合体１３は、図３に示すように、積層方向から見て、略矩形の平板形状に形成されている。膜電極接合体１３は、電解質層の一例としての電解質膜１６と、燃料側電極の一例としての燃料側電極１７と、酸素側電極の一例としての酸素側電極１８とを備えている。
【００４３】
電解質膜１６は、アニオン交換形またはカチオン交換形の高分子電解質膜から形成されている。
【００４４】
燃料側電極１７は、電解質膜１６の積層方向一方側（図４の紙面上側）の表面に、薄層として積層されている。つまり、燃料側電極１７は、電解質膜１６に対して、積層方向の一方側に隣接配置されている。燃料側電極１７は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、燃料側電極１７は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。
【００４５】
酸素側電極１８は、電解質膜１６の積層方向他方側（図４の紙面下側）の表面に、薄層として積層されている。つまり、酸素側電極１８は、電解質膜１６に対して、積層方向の他方側に隣接配置されている。酸素側電極１８は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、酸素側電極１８は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。
【００４６】
１対のガス拡散層１５は、膜電極接合体１３を積層方向の両側から挟むように配置されており、燃料側拡散層１５Ａと、酸素側拡散層１５Ｂとを備えている。
【００４７】
燃料側拡散層１５Ａおよび酸素側拡散層１５Ｂのそれぞれは、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロスなどからなり、積層方向から見て、膜電極接合体１３とほぼ同一の形状およびサイズを有する略平板形状に形成されている。
【００４８】
燃料側拡散層１５Ａは、図４に示すように、燃料側電極１７に対して、積層方向の一方側に隣接配置されている。
【００４９】
酸素側拡散層１５Ｂは、図４に示すように、酸素側電極１８に対して、積層方向の他方側に隣接配置されている。
【００５０】
１対のセパレータ１４は、１対のガス拡散層１５を積層方向の外側から挟むように配置されており、燃料供給部材の一例としての燃料側セパレータ１４Ａと、空気供給部材の一例としての酸素側セパレータ１４Ｂとを備えている。燃料側セパレータ１４Ａおよび酸素側セパレータ１４Ｂのそれぞれは、図３に示すように、積層方向に投影したときに、膜電極接合体１３を含む略平板形状に形成されている。
【００５１】
燃料側セパレータ１４Ａは、図４に示すように、燃料側電極１７の厚み方向一方側に配置されており、具体的には、燃料側拡散層１５Ａに対して、積層方向の一方側に隣接配置されている。
【００５２】
酸素側セパレータ１４Ｂは、図４に示すように、酸素側電極１８の厚み方向他方側に配置されており、具体的には、酸素側拡散層１５Ｂに対して、積層方向の他方側に隣接配置されている。
【００５３】
なお、互いに隣り合う単位セル１１とセパレータ１４を共有している場合には、セパレータ１４は、積層方向他方面においては、一方の単位セル１１において、燃料側セパレータ１４Ａとして燃料を燃料側拡散層１５Ａに供給し、積層方向一方面においては、他方の単位セル１１において、酸素側セパレータ１４Ｂとして空気を酸素側拡散層１５Ｂに供給する。つまり、１つのセパレータ１４で燃料側セパレータ１４Ａと酸素側セパレータ１４Ｂとを兼ね備えている。
【００５４】
また、セパレータ１４は、例えば、カーボン、メタル（例えば、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３１６など）、ニッケル、チタンなど）などのガス不透過性の導電性材料からなる。
【００５５】
また、各セパレータ１４には、図３および図４に示すように、燃料供給口６０と、燃料排出口６１と、空気供給口６２と、空気排出口６３と、燃料流路形成領域６４と、空気流路形成領域６５とが形成されている。
【００５６】
燃料供給口６０は、各セパレータ１４の下端部における幅方向他方側部分に形成されている。燃料供給口６０は、積層方向から見て、矩形状に形成され、各セパレータ１４を積層方向に貫通している。
【００５７】
燃料排出口６１は、各セパレータ１４の上端部における幅方向一方側部分に形成されている。燃料排出口６１は、積層方向から見て、矩形状に形成され、各セパレータ１４を積層方向に貫通している。
【００５８】
空気供給口６２は、各セパレータ１４の上端部における幅方向他方側部分に形成されており、燃料排出口６１に対して、幅方向の他方に間隔を隔てて配置されている。空気供給口６２は、積層方向から見て、矩形状に形成され、各セパレータ１４を積層方向に貫通している。
【００５９】
空気排出口６３は、各セパレータ１４の下端部における幅方向一方側部分に形成されており、燃料供給口６０に対して、幅方向の一方に間隔を隔てて配置されている。空気排出口６３は、積層方向から見て、矩形状に形成され、各セパレータ１４を積層方向に貫通している。
【００６０】
燃料流路形成領域６４は、各セパレータ１４の積層方向他方面の略中央に配置されており、燃料供給口６０および空気排出口６３と、燃料排出口６１および空気供給口６２との上下方向の間に、それらと間隔を隔てて配置されている。
【００６１】
燃料流路形成領域６４は、各セパレータ１４の積層方向他方面から積層方向一方側へ凹むように、膜電極接合体１３とほぼ同じ大きさの略矩形状に形成されている。燃料流路形成領域６４には、複数の突条の一例としての複数の第１リブ６６と、第１燃料通過口６７と、第２燃料通過口６９とが設けられている。
【００６２】
複数の第１リブ６６のそれぞれは、積層方向から見て、上下方向に延びる略矩形状を有しており、燃料流路形成領域６４の底面（積層方向の他方面）から積層方向他方側へ突出するように形成されている。そして、複数の第１リブ６６は、燃料流路形成領域６４において、幅方向に互いに間隔を隔てて複数並列配置されている。また、複数の第１リブ６６のうち、幅方向の両端部に配置される第１リブ６６のそれぞれは、燃料流路形成領域６４の幅方向周縁６４Ａに対して内側に間隔を隔てて配置されている。
【００６３】
また、各第１リブ６６の上端部は、燃料流路形成領域６４の上側周縁６４Ｂに対して下側に間隔を隔てて配置され、各第１リブ６６の下端部は、燃料流路形成領域６４の下側周縁６４Ｃに対して上側に間隔を隔てて配置されている。
【００６４】
また、発電効率の向上を図る観点から、第１リブ６６は、幅方向における寸法Ｌと、互いに隣り合う第１リブ６６の幅方向の間隔Ｗとが、所定の条件を満たすように、設計されている。
【００６５】
より具体的には、第１リブ６６の幅方向の寸法Ｌは、例えば、０．１ｍｍ以上、好ましくは、０．２ｍｍ以上、例えば、１．０ｍｍ以下、好ましくは、０．８ｍｍ以下である。
【００６６】
また、複数の第１リブ６６のうち、互いに隣り合う第１リブ６６の幅方向の間隔Ｗは、上記の寸法Ｌよりも大きく、例えば、０．２ｍｍ以上、好ましくは、０．４ｍｍ以上、例えば、２．０ｍｍ以下、好ましくは、０．８ｍｍ以下である。
【００６７】
また、第１リブ６６の幅方向の寸法Ｌと、互いに隣り合う第１リブ６６の幅方向の間隔Ｗとの差は、例えば、０．１ｍｍ以上、好ましくは、０．２ｍｍ以上、例えば、１．５ｍｍ以下、好ましくは、１．０ｍｍ以下である。
【００６８】
また、発電効率の向上を図る観点から、好ましくは、寸法Ｌおよび間隔Ｗは、下記式（１）を満たすように設計される。
【００６９】
０．５＜  ［Ｗ／（Ｌ＋Ｗ）］  ＜０．６７        （１）
より具体的には、第１リブ６６の幅方向の寸法Ｌと、互いに隣り合う第１リブ６６の幅方向の間隔Ｗとの合計Ｌ＋Ｗ（すなわち、第１リブ６６のピッチ）が、例えば０．３ｍｍ以上、好ましくは、１．０ｍｍ以上、例えば、３．０ｍｍ以下、好ましくは、２．０ｍｍ以下である。
【００７０】
そして、寸法Ｌおよび間隔Ｗの合計（ピッチ：Ｌ＋Ｗ）に対する、間隔Ｗの比率［Ｗ／（Ｌ＋Ｗ）］が、発電効率の向上を図る観点から、例えば、０．５を超過し、好ましくは、０．５１以上、より好ましくは、０．５５以上、さらに好ましくは、０．５７以上であり、また、例えば、０．８以下、好ましくは、０．６７未満、より好ましくは、０．６６以下、さらに好ましくは、０．６５以下、とりわけ好ましくは、０．６以下である。
【００７１】
また、第１リブ６６の積層方向の寸法（突起高さ）は、例えば、０．５ｍｍ以上、好ましくは、１．０ｍｍ以上、例えば、２．０ｍｍ以下、好ましくは、１．５ｍｍ以下である。
【００７２】
また、複数の第１リブ６６は、図３に示すように、燃料流路形成領域６４において、燃料側拡散層１５Ａを介して燃料側電極１７に液体燃料を供給するための燃料流路６８を区画している。燃料流路６８は、複数の分岐燃料流路６８Ａと、上側燃料合流部分６８Ｂと、下側燃料合流部分６８Ｃとを有している。
【００７３】
複数の分岐燃料流路６８Ａは、互いに隣り合う第１リブ６６の間、および、幅方向の両端部に配置される第１リブ６６と、燃料流路形成領域６４の幅方向周縁６４Ａとの間に区画されている。つまり複数の分岐燃料流路６８Ａは、図３に示すように、上下方向に延びており、幅方向に互いに間隔を空けて並列配置されている。
【００７４】
上側燃料合流部分６８Ｂは、複数の第１リブ６６の上端部と、燃料流路形成領域６４の上側周縁６４Ｂとの間に区画されている。上側燃料合流部分６８Ｂは、複数の分岐燃料流路６８Ａのそれぞれの上端部と連通しており、複数の分岐燃料流路６８Ａの上端部を合流させている。
【００７５】
下側燃料合流部分６８Ｃは、複数の第１リブ６６の下端部と、燃料流路形成領域６４の下側周縁６４Ｃとの間に区画されている。下側燃料合流部分６８Ｃは、複数の分岐燃料流路６８Ａのそれぞれの下端部と連通しており、複数の分岐燃料流路６８Ａの下端部を合流させている。
【００７６】
第１燃料通過口６７は、燃料流路形成領域６４の下側周縁６４Ｃの幅方向他方側に形成されている。第１燃料通過口６７は、平面視略矩形状に形成されており、下側周縁６４Ｃを上下方向に貫通している。これにより、第１燃料通過口６７は、燃料供給口６０と、燃料流路形成領域６４（燃料流路６８の下側燃料合流部分６８Ｃ）とを上下方向に連通している。
【００７７】
第２燃料通過口６９は、燃料流路形成領域６４の上側周縁６４Ｂの幅方向一方側に形成されている。第２燃料通過口６９は、平面視略矩形状に形成されており、上側周縁６４Ｂを上下方向に貫通している。これにより、第２燃料通過口６９は、燃料排出口６１と、燃料流路形成領域６４（燃料流路６８の上側燃料合流部分６８Ｂ）とを上下方向に連通している。
【００７８】
空気流路形成領域６５は、図４に示すように、各セパレータ１４の積層方向一方面の略中央に配置されており、積層方向に投影したときに、燃料流路形成領域６４と一致するように形成されている。
【００７９】
空気流路形成領域６５は、各セパレータ１４の積層方向一方面から積層方向他方側へ凹むように、膜電極接合体１３とほぼ同じ大きさの略矩形状に形成されている。空気流路形成領域６５には、複数の第２リブ７０と、第１空気通過口（図示せず）と、第２空気通過口（図示せず）とが設けられている。
【００８０】
複数の第２リブ７０のそれぞれは、積層方向から見て、上下方向に延びる略矩形状を有しており、空気流路形成領域６５の底面（積層方向の一方面）から積層方向一方側へ突出するように形成されている。そして、複数の第２リブ７０は、空気流路形成領域６５において、幅方向に互いに間隔を隔てて複数並列配置されており、また、クロスリーク燃料の堆積を抑制する観点から、積層方向に投影したときに、複数の第１リブ６６と一致している。
【００８１】
第２リブ７０の幅方向の寸法は、第１リブ６６の幅方向の寸法Ｌと略同一である。複数の第２リブ７０のうち、互いに隣り合う第２リブ７０の幅方向の間隔は、互いに隣り合う第１リブ６６の幅方向の間隔Ｗと略同一である。また、第２リブ７０の積層方向の寸法は、第１リブ６６の積層方向の寸法と略同一である。
【００８２】
また、複数の第２リブ７０は、空気流路形成領域６５において、酸素側拡散層１５Ｂに空気（酸素）を供給するための空気流路７１を区画している。空気流路７１は、複数の分岐空気流路７１Ａと、上側空気合流部分（図示せず）と、下側空気合流部分（図示せず）とを有している。
【００８３】
複数の分岐空気流路７１Ａは、互いに隣り合う第２リブ７０の間、および、幅方向の両端部に配置される第２リブ７０と、空気流路形成領域６５の幅方向周縁との間に区画されている。つまり、複数の分岐空気流路７１Ａは、上下方向に延びており、幅方向に互いに間隔を空けて並列配置されている。
【００８４】
上側空気合流部分（図示せず）は、複数の第２リブ７０の上端部と、空気流路形成領域６５の上側周縁との間に区画されており、複数の分岐空気流路７１Ａの上端部を合流させている。
【００８５】
下側空気合流部分（図示せず）は、複数の第２リブ７０の下端部と、空気流路形成領域６５の下側周縁との間に区画されており、複数の分岐空気流路７１Ａの下端部を合流させている。
【００８６】
第１空気通過口（図示せず）は、空気流路形成領域６５の上側端縁の幅方向他方側に形成され、空気供給口６２と空気流路形成領域６５（空気流路７１の上側空気合流部分（図示せず））とを上下方向に連通している。
【００８７】
第２空気通過口（図示せず）は、空気流路形成領域６５の下側端縁の幅方向一方側に形成され、空気排出口６３と空気流路形成領域６５（空気流路７１の下側空気合流部分（図示せず））とを上下方向に連通している。
【００８８】
そして、１対のセパレータ１４のうち、積層方向一方側のセパレータ１４（燃料側セパレータ１４Ａ）の燃料流路形成領域６４は、燃料側拡散層１５Ａおよび膜電極接合体１３の積層方向一方側部分を収容している。
【００８９】
また、燃料流路形成領域６４の複数の第１リブ６６は、図４に示すように、燃料側拡散層１５Ａに接触しており、燃料側拡散層１５Ａは、複数の第１リブ６６と、燃料側電極１７との間に挟まれている。
【００９０】
また、１対のセパレータ１４のうち、積層方向他方側のセパレータ１４（酸素側セパレータ１４Ｂ）の空気流路形成領域６５は、酸素側拡散層１５Ｂおよび膜電極接合体１３の積層方向他方部分を収容している。
【００９１】
これによって、１対のセパレータ１４は、１対のガス拡散層１５および膜電極接合体１３を、燃料流路形成領域６４および空気流路形成領域６５に収容するように、積層されている。なお、１対のセパレータ１４の周縁部分間には、図示しないシール部材が介在されている。シール部材（図示せず）は、少なくとも、燃料供給口６０、燃料排出口６１、空気供給口６２および空気排出口６３を囲むように設けられている。
【００９２】
また、空気流路形成領域６５の複数の第２リブ７０は、酸素側拡散層１５Ｂに接触しており、酸素側拡散層１５Ｂは、複数の第２リブ７０と、酸素側電極１８との間に挟まれている。
【００９３】
１対のエンドプレート１２は、図２に示すように、セルスタック１０を積層方向の外側から挟むように、燃料電池３の積層方向両端部に配置されている。各エンドプレート１２は、絶縁性の樹脂などから略平板形状に形成されている。積層方向他方側のエンドプレート１２には、燃料供給部８１と、燃料排出部８２と、空気供給部８３と、空気排出部８４とが設けられている。
【００９４】
燃料供給部８１は、エンドプレート１２の下端部における幅方向他方側部分に配置されている。燃料供給部８１は、燃料供給開口８１Ａと、燃料供給筒部８１Ｂとを有している。
【００９５】
燃料供給開口８１Ａは、積層方向に投影したときに、各セパレータ１４の燃料供給口６０（図３参照）と重なるように配置されており、エンドプレート１２を積層方向に貫通している。
【００９６】
燃料供給筒部８１Ｂは、積層方向に延びる略円筒形状に形成されている。そして、燃料供給筒部８１Ｂの積層方向一端部は、図示しないガスケットを介して、燃料供給開口８１Ａに挿通されている。これによって、燃料供給筒部８１Ｂと、各セパレータ１４の燃料供給口６０（図３参照）とが連通している。また、燃料供給筒部８１Ｂの積層方向他端部は、燃料供給ライン２３（図１参照）に接続されている。
【００９７】
燃料排出部８２は、エンドプレート１２の上端部における幅方向一方側部分に配置されている。燃料排出部８２は、燃料排出開口８２Ａと、燃料排出筒部８２Ｂとを有している。
【００９８】
燃料排出開口８２Ａは、積層方向に投影したときに、各セパレータ１４の燃料排出口６１（図３参照）と重なるように配置されており、エンドプレート１２を積層方向に貫通している。
【００９９】
燃料排出筒部８２Ｂは、積層方向に延びる略円筒形状に形成されている。そして、燃料排出筒部８２Ｂの積層方向一端部は、図示しないガスケットを介して、燃料排出開口８２Ａに挿通されている。これによって、燃料排出筒部８２Ｂと、各セパレータ１４の燃料排出口６１（図３参照）とが連通している。また、燃料排出筒部８２Ｂの積層方向他端部は、燃料還流ライン２４（図１参照）に接続されている。
【０１００】
空気供給部８３は、エンドプレート１２の上端部における幅方向他方側部分に配置されており、燃料排出部８２に対して、幅方向他方側に間隔を空けて配置されている。空気供給部８３は、空気供給開口８３Ａと、空気供給筒部８３Ｂとを有している。
【０１０１】
空気供給開口８３Ａは、積層方向に投影したときに、各セパレータ１４の空気供給口６２と重なるように配置されており、エンドプレート１２を積層方向に貫通している。
【０１０２】
空気供給筒部８３Ｂは、積層方向に延びる略円筒形状に形成されている。そして、空気供給筒部８３Ｂの積層方向一端部は、図示しないガスケットを介して、空気供給開口８３Ａに挿通されている。これによって、空気供給筒部８３Ｂと、各セパレータ１４の空気供給口６２とが連通している。また、空気供給筒部８３Ｂの積層方向他端部は、空気供給ライン４１（図１参照）に接続されている。
【０１０３】
空気排出部８４は、エンドプレート１２の下端部における幅方向一方側部分に配置されており、燃料供給部８１に対して、幅方向一方側に間隔を空けて配置されている。空気排出部８４は、空気排出開口８４Ａと、空気排出筒部８４Ｂとを有している。
【０１０４】
空気排出開口８４Ａは、積層方向に投影したときに、各セパレータ１４の空気排出口６３と重なるように配置されており、エンドプレート１２を積層方向に貫通している。
【０１０５】
空気排出筒部８４Ｂは、積層方向に延びる略円筒形状に形成されている。そして、空気排出筒部８４Ｂの積層方向一端部は、図示しないガスケットを介して、空気排出開口８４Ａに挿通されている。これによって、空気排出筒部８４Ｂと、各セパレータ１４の空気排出口６３とが連通している。また、空気排出筒部８４Ｂの積層方向他端部は、空気排出ライン４２（図１参照）に接続されている。
３．発電動作
次いで、燃料電池３の発電動作について説明する。
【０１０６】
電動車両１が作動されると、図１に示すように、ＥＣＵ５１の制御により、燃料供給ライン２３の第１ポンプ２６、および、空気供給ライン４１の第２ポンプ４３が駆動される。
【０１０７】
燃料供給ライン２３の第１ポンプ２６が駆動すると、燃料タンク２１内の液体燃料は、燃料供給ライン２３を介して、図２に示すように、燃料電池３の燃料供給部８１に供給される。
【０１０８】
燃料供給部８１に供給された液体燃料は、燃料供給筒部８１Ｂを介して、図３に示すように、セパレータ１４（燃料側セパレータ１４Ａ）の燃料供給口６０に流入した後、第１燃料通過口６７から、燃料流路６８の下側燃料合流部分６８Ｃに流入する。そして、液体燃料は、燃料側拡散層１５Ａの積層方向一方面（図４参照）と接触しながら、燃料流路６８の複数の分岐燃料流路６８Ａを下側から上側へ向かって流れる。
【０１０９】
このとき、液体燃料は、複数の分岐燃料流路６８Ａから直接燃料側拡散層１５Ａに浸透するとともに、第１リブ６６と燃料側拡散層１５Ａとの接触面の隙間を介して燃料側拡散層１５Ａに浸透して、燃料側電極１７に供給される。とりわけ、液体燃料は、第１リブと燃料側電極１７との間に挟まれる、燃料側拡散層１５Ａの部分に円滑に浸透する。
【０１１０】
その後、液体燃料は、燃料流路６８の上側燃料合流部分６８Ｂ、第２燃料通過口６９、および、燃料排出口６１を順次通過して、図２に示すように、燃料排出部８２から燃料還流ライン２４（図１参照）へ排出される。
【０１１１】
また、図１に示すように、空気供給ライン４１の第２ポンプ４３が駆動すると、電動車両１の外部から空気が取り込まれ、空気供給ライン４１を介して、図２に示すように、燃料電池３の空気供給部８３に供給される。
【０１１２】
空気供給部８３に供給された空気は、空気供給筒部８３Ｂを介して、図３に示すように、セパレータ１４（酸素側セパレータ１４Ｂ）の空気供給口６２に流入した後、第１空気通過口（図示せず）から、図４に示すように、空気流路７１の上側空気合流部分（図示せず）に流入する。そして、空気は、酸素側電極１８の積層方向他方面と接触しながら、空気流路７１の複数の分岐空気流路７１Ａを上側から下側へ向かって流れる。このとき、空気は、酸素側拡散層１５Ｂに浸透して、酸素側電極１８に供給される。
【０１１３】
その後、空気は、空気流路７１の上側空気合流部分（図示せず）、第２空気通過口（図示せず）、および、空気排出口６３を順次通過して、図２に示すように、空気排出部８４から空気排出ライン４２（図１参照）へ排出される。
【０１１４】
すると、燃料電池３では、燃料成分が、例えば、ヒドラジンである場合には、下記反応式（１）〜（３）で表される反応が生じ、発電が行なわれる。
（１）  Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−  （燃料側電極１７での反応）
（２）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−  （酸素側電極１８での反応）
（３）  Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ  （単位セル１１全体での反応）
これらの反応により、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）が消費されるとともに、水（Ｈ２Ｏ）および窒素ガス（Ｎ２）が生成され、起電力が発生される。
【０１１５】
また、燃料電池３では、燃料成分がメタノールである場合には、下記反応式（４）〜（６）で表される反応が生じ、発電が行なわれる。
（４）  ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−  （燃料側電極１７での反応）
（５）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−  （酸素側電極１８での反応）
（６）  ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ  （単位セル１１全体での反応）
これらの反応により、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）が消費されるとともに、水（Ｈ２Ｏ）および二酸化炭素ガス（ＣＯ２）が生成され、起電力が発生される。
【０１１６】
発生した起電力は、図１に示すように、セルスタック１０から取り出され、図示しないインバータにより三相交流電力に変換された後、モータ５２に供給され、電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。なお、機械エネルギーに変換されなかった余剰の電力は、バッテリー５３に蓄電される。
【０１１７】
４．作用効果
このような燃料電池３では、図４に示すように、セパレータ１４において、互いに隣り合う第１リブ６６の幅方向における間隔Ｗが、第１リブ６６の幅方向における寸法Ｌよりも大きい。
【０１１８】
このように第１リブ６６が設計されていれば、燃料側拡散層１５Ａと第１リブ６６との接触面積（発電場面積）を比較的小さくしながら、液体燃料を燃料流路６８に対して十分に供給でき、また、上記の反応により燃料側電極１７で発生する水（Ｈ２Ｏ）を効率よく排出できる。
【０１１９】
とりわけ、第１リブ６６の寸法Ｌおよび間隔Ｗが、下記式（１）を満たすように設計されていれば、より効率よく燃料側拡散層１５Ａと第１リブ６６との接触面積（発電場面積）を比較的小さくしながら、液体燃料を燃料流路６８に対して十分に供給でき、また、上記の反応により燃料側電極１７で発生する水（Ｈ２Ｏ）を効率よく排出できる。
【０１２０】
０．５＜  ［Ｗ／（Ｌ＋Ｗ）］  ＜０．６７        （１）
そのため、上記した燃料電池３によれば、発電面積の効率化を図ることができ、優れた発電性能を得ることができる。
【０１２１】
５．変形例
上記実施形態では、複数の第１リブ６６のそれぞれは、上下方向に延びるように形成されているが、これに限定されず、複数の第１リブ６６のそれぞれは、上下方向と交差する方向に延びていてもよい。
【０１２２】
このような変形例においても、上記の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【実施例】
【０１２３】
次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」および「％」は、特に言及がない限り、質量基準である。また、以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値（「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値（「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。
【０１２４】
実施例１
電解質層（アニオン交換膜）の一方面に燃料側電極および燃料側拡散層を備え、電解質層の他方面に空気側電極および空気側拡散層を備える単位セルを複数用意し、各単位セルを、セパレータを介して積層することにより、積層型のアニオン交換形燃料電池を構成した（図１〜図４参照。）。
【０１２５】
また、燃料電池には、燃料流路を形成するための第１リブ、および、空気流路を形成するための第２リブを、それぞれ複数形成した。
【０１２６】
このとき、燃料電池の幅方向において、互いに隣り合う第１リブの間隔Ｗを、０．７５ｍｍとし、各第１リブの寸法Ｌを０．５ｍｍとし、［Ｗ／（Ｌ＋Ｗ）］の値を、［０．７５／（０．５＋０．７５）］＝０．６とした。さらに、第１リブの突起高さを１．３３ｍｍとした。
【０１２７】
また、互いに隣り合う第２リブの間隔、第２リブの寸法、および、第２リブの突起高さを、それぞれ、互いに隣り合う第１リブの間隔、第１リブの寸法、および、第１リブの突起高さと同じにした。
【０１２８】
実施例２
互いに隣り合う第１リブの間隔Ｗを、１．０ｍｍとし、各第１リブの寸法Ｌを０．５ｍｍとし、［Ｗ／（Ｌ＋Ｗ）］の値を、［１．０／（０．５＋１．０）］＝０．６７とした以外は、実施例１と同様の燃料電池をアニオン交換形燃料電池を構成した。
【０１２９】
比較例１
互いに隣り合う第１リブの間隔Ｗを、１．０ｍｍとし、各第１リブの寸法Ｌを１．０ｍｍとし、［Ｗ／（Ｌ＋Ｗ）］の値を、［１．０／（１．０＋１．０）］＝０．５とした以外は、実施例１と同様の燃料電池をアニオン交換形燃料電池を構成した。
【０１３０】
比較例２
互いに隣り合う第１リブの間隔Ｗを、０．５ｍｍとし、各第１リブの寸法Ｌを０．５ｍｍとし、［Ｗ／（Ｌ＋Ｗ）］の値を、［０．５／（０．５＋０．５）］＝０．５とした以外は、実施例１と同様の燃料電池をアニオン交換形燃料電池を構成した。
【０１３１】
【表１】
2019061939.tif 000003
【０１３２】
評価
アニオン交換型燃料電池の燃料流路に、２質量％のヒドラジン水溶液を２ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給した。
【０１３３】
同時に、アニオン交換型燃料電池の空気流路に、空気を０．１Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した。
【０１３４】
このときの電気化学反応により得られる電力の最大出力密度（ｍＷ／ｃｍ２）を、電子負荷装置により測定した。その結果を、図５に示す。
【符号の説明】
【０１３５】
３      燃料電池
１４    セパレータ
１５    ガス拡散層
１６    電解質膜
１７    燃料側電極
１８    酸素側電極
６６    第１リブ
６８    燃料流路
【図１】
2019061939.tif 000004
【図２】
2019061939.tif 000005
【図３】
2019061939.tif 000006
【図４】
2019061939.tif 000007
【図５】
2019061939.tif 000008