(57)【要約】【課題】  高温運転時における発電性能低下を抑制することができる燃料電池を提供する。【解決手段】  燃料電池（１００）は、膜−電極接合体（１０）と、膜−電極接合体の両側に配置された流路（２２，３２）と、膜−電極接合体と流路との間に配置された流体透過性部材（２１２，３１２）とを備え、アノード側の流体透過性部材の熱抵抗は、カソード側の流体透過性部材の熱抵抗よりも小さくなっている。この場合、アノード側流体透過性部材における熱流束が増加するとともに、カソード側流体透過性部材における熱流束が減少する。【選択図】        図１
2008053064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜−電極接合体と、
前記膜−電極接合体の両側に配置された流路と、
前記膜−電極接合体と前記流路との間に配置された流体透過性部材とを備え、
アノード側の前記流体透過性部材の熱抵抗は、カソード側の前記流体透過性部材の熱抵抗よりも小さいことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記流体透過性部材は、ガス拡散層を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
アノード側の前記ガス拡散層の厚みは、カソード側の前記ガス拡散層の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
アノード側の前記ガス拡散層は、カソード側の前記ガス拡散層を構成する材料の熱抵抗率よりも小さい熱抵抗率を有する材料から構成されることを特徴とする請求項２または３記載の燃料電池。
【請求項５】
前記ガス拡散層は、前記膜−電極接合体のカソードと前記流路との間にのみ配置されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記流体透過性部材は、撥水層を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７】
アノード側の前記撥水層の厚みは、カソード側の前記撥水層の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項６記載の燃料電池。
【請求項８】
アノード側の前記撥水層は、カソード側の前記撥水層を構成する材料の熱抵抗率よりも小さい熱抵抗率を有する材料から構成されることを特徴とする請求項６または７記載の燃料電池。
【請求項９】
前記流体透過性部材は、前記膜−電極接合体のカソードと前記流路との間にのみ配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記ガス拡散層は、前記流路よりも高い弾性を有する材料からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記流路は、３次元網目構造流路であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記３次元網目構造流路は、多孔体からなることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記多孔体は、金属多孔体であることを特徴とする請求項１２記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記３次元網目構造流路の前記膜−電極接合体と反対側に配置されたセパレータをさらに備えることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１５】
前記セパレータと前記３次元網目構造流路との接触面は、平坦形状であることを特徴とする請求項１４記載の燃料電池。
【請求項１６】
前記膜−電極接合体のアノード側に、撥水層、前記３次元網目構造流路およびセパレータが順に積層され、
前記膜−電極接合体のカソード側に、撥水層、ガス拡散層、前記３次元網目構造流路およびセパレータが順に積層されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の燃料電池。
【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】
燃料電池は、一般的には水素及び酸素を燃料として電気エネルギーを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れかつ高いエネルギー効率を実現できることから、今後のエネルギー供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
電解質膜の片側に、触媒層およびガス拡散層として機能する水素電極層、発泡焼結金属からなる多孔体層、および平坦なセパレータが順に配置されるとともに、電解質膜のもう一方の側に、触媒層およびガス拡散層として機能する酸素電極層、発泡焼結金属からなる多孔体層、および平坦なセパレータが順に配置された燃料電池が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６３０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の燃料電池は、電解質膜を中心に対称構造を有している。この場合、高温運転時におけるカソード側からアノード側への水移動量不足によって、発電性能が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、高温運転時における発電性能低下を抑制することができる燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料電池は、膜−電極接合体と、膜−電極接合体の両側に配置された流路と、膜−電極接合体と流路との間に配置された流体透過性部材とを備え、アノード側の流体透過性部材の熱抵抗は、カソード側の流体透過性部材の熱抵抗よりも小さいことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る燃料電池においては、アノード側の流体透過性部材の熱抵抗がカソード側の流体透過性部材の熱抵抗よりも小さいことから、アノード側流体透過性部材における熱流束が増加するとともに、カソード側流体透過性部材における熱流束が減少する。この場合、本発明に係る燃料電池の高温運転時における発電性能低下を抑制することができる。
【０００９】
流体透過性部材は、ガス拡散層を含んでいてもよい。アノード側のガス拡散層の厚みは、カソード側のガス拡散層の厚みよりも小さくてもよい。この場合、アノード側の熱抵抗が小さくなることから、発電によって発生した熱を外部に取り出しやすくなる。それにより、本発明に係る燃料電池の温度を効率よく低下させることができる。その結果、高負荷時における耐性を向上させることができる。なお、アノード側のガス拡散層は、カソード側のガス拡散層を構成する材料の熱抵抗率よりも小さい熱抵抗率を有する材料から構成されていてもよい。
【００１０】
ガス拡散層は、膜−電極接合体のカソードと流路との間にのみ配置されていてもよい。この場合、アノード側の熱抵抗が小さくなる。なお、カソード側ガス拡散層のガス透過性は、滞留する生成水または窒素ガスによって低下しやすい。それに対して、アノード側ガス拡散層の水素ガス透過性は、低下しにくい。すなわち、アノード側ガス拡散層に水が滞留しても、アノード側ガス拡散層における水素ガス透過性にあまり影響がない。水素分子は非常に小さいからである。したがって、アノード側ガス拡散層を省略しても、アノード側における水素ガス透過性は低下しにくい。
【００１１】
流体透過性部材は、撥水層を含んでいてもよい。アノード側の撥水層の厚みは、カソード側の撥水層の厚みよりも小さくてもよい。この場合、アノード側の熱抵抗が小さくなることから、発電によって発生した熱を外部に取り出しやすくなる。それにより、本発明に係る燃料電池の温度を効率よく低下させることができる。その結果、高負荷時における耐性を向上させることができる。なお、アノード側の撥水層は、カソード側の撥水層を構成する材料の熱抵抗率よりも小さい熱抵抗率を有する材料から構成されていてもよい。また、流体透過性部材は、膜−電極接合体のカソードと流路との間にのみ配置されていてもよい。
【００１２】
ガス拡散層は、流路よりも高い弾性を有する材料からなるものであってもよい。この場合、ガス拡散層において各部材の寸法変化を吸収することができる。流路は、３次元網目構造流路であってもよい。３次元網目構造流路は、多孔体からなるものであってもよい。また、多孔体は、金属多孔体であってもよい。
【００１３】
３次元網目構造流路の膜−電極接合体と反対側に配置されたセパレータをさらに備えていてもよい。さらに、セパレータと３次元網目構造流路との接触面は、平坦形状であってもよい。この場合、セパレータと３次元網目構造流路との接触面積が大きくなる。それにより、集電効率が向上する。また、膜−電極接合体のアノード側に、撥水層、３次元網目構造流路およびセパレータが順に積層され、膜−電極接合体のカソード側に、撥水層、ガス拡散層、３次元網目構造流路およびセパレータが順に積層されていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高温運転時における燃料電池の発電性能低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池１００の模式的断面図である。図１に示すように、燃料電池１００は、膜−電極接合体１０の一面に流体透過層２１、多孔体流路２２およびセパレータ２３が順に積層され、膜−電極接合体１０の他面に流体透過層３１、多孔体流路３２およびセパレータ３３が順に積層された構造を有する。
【００１７】
膜−電極接合体１０は、電解質膜１１の一面側にアノード電極層１２が設けられ、電解質膜１１の他面側にカソード電極層１３が設けられた構造を有する。流体透過層２１は、撥水層２１１および燃料ガス拡散層２１２を含む。撥水層２１１は、燃料ガス拡散層２１２よりも膜−電極接合体１０側に配置されている。流体透過層３１は、撥水層３１１および酸化剤ガス拡散層３１２を含む。撥水層３１１は、酸化剤ガス拡散層３１２よりも膜−電極接合体１０側に配置されている。
【００１８】
電解質膜１１は、例えば、プロトン伝導性を有するｎａｆｉｏｎ（登録商標）等の固体高分子電解質からなる。アノード電極層１２およびカソード電極層１３は、触媒を含有する導電性材料からなり、例えば白金を担持したカーボンから構成される。アノード電極層１２は、水素のプロトン化を促進するための触媒層として機能する。カソード電極層１３は、プロトンと酸素との反応を促進するための触媒層として機能する。
【００１９】
撥水層２１１，３１１は、カーボンを含有するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の、撥水性、導電性およびガス透過性を備えた材料から構成される。撥水層２１１，３１１は、ガス透過機能を備えつつ、生成水の電極層側への逆流を抑制する機能を備える。したがって、水分が電極層に滞留することによる不具合を抑制することができる。撥水層２１１，３１１の厚みは、略同一であって、例えば、１０μｍ〜２００μｍ程度である。
【００２０】
燃料ガス拡散層２１２および酸化剤ガス拡散層３１２は、カーボンペーパ、カーボンクロス等の、導電性およびガス透過性を備えた材料から構成される。酸化剤ガス拡散層３１２は、例えば、５０μｍ〜３００μｍ程度の厚みを有する。本実施の形態においては、燃料ガス拡散層２１２は、酸化剤ガス拡散層３１２よりも小さい厚みを有する。それにより、燃料ガス拡散層２１２の熱抵抗は、酸化剤ガス拡散層３１２の熱抵抗よりも小さくなっている。その結果、流体透過層２１全体の熱抵抗は、流体透過層３１全体の熱抵抗よりも小さくなる。
【００２１】
燃料ガス拡散層２１２および酸化剤ガス拡散層３１２は、電極層にガスを拡散させる機能を有する。すなわち、燃料ガス拡散層２１２に供給された燃料ガスは、主としてアノード電極層１２に向かって拡散する。また、酸化剤ガス拡散層３１２に供給された酸化剤ガスは、主としてカソード電極層１３に向かって拡散する。なお、燃料ガス拡散層２１２および酸化剤ガス拡散層３１２は、発電によって生成された水を多孔体流路側に透過することもできる。また、燃料ガス拡散層２１２および酸化剤ガス拡散層３１２は、多孔体流路２２，３２よりも高い弾性を有する材料から構成されることが好ましい。燃料ガス拡散層２１２および酸化剤ガス拡散層３１２が燃料電池１００の各部材の寸法変化を吸収することができるからである。
【００２２】
多孔体流路２２，３２は、導電性多孔体から構成される。本実施の形態においては、多孔体流路２２，３２は、発泡焼結金属等の金属多孔体から構成される。多孔体流路２２，３２は、ガスを膜−電極接合体１０の面全体に供給するガス流路として機能する。すなわち、多孔体流路２２に供給された燃料ガスは、主として流体透過層２１に平行に流動する。また、多孔体流路３２に供給された酸化剤ガスは、主として流体透過層３１に平行に流動する。このように、多孔体流路２２，３２と燃料ガス拡散層２１２、酸化剤ガス拡散層３１２および撥水層２１１，３１１とは、異なる機能を有している。
【００２３】
セパレータ２３，３３は、平坦な導電性材料からなり、例えばステンレス等の金属から構成される。したがって、セパレータ２３と多孔体流路２２との接触面積およびセパレータ３３と多孔体流路３２との接触面積が大きくなる。それにより、集電効率が向上する。なお、図１においては説明の簡略化のために単セルが記載されているが、実際の燃料電池においてはこの単セルが複数積層されている。
【００２４】
続いて、燃料電池１００の動作の概略について説明する。まず、水素を含有する燃料ガスが多孔体流路２２に供給される。燃料ガスは、多孔体流路２２を流動しつつ、燃料ガス拡散層２１２に到達し、燃料ガス拡散層２１２および撥水層２１１を透過してアノード電極層１２に到達する。アノード電極層１２に到達した燃料ガス中の水素は、プロトンと電子とに分離される。プロトンは、電解質膜１１を伝導し、カソード電極層１３に到達する。
【００２５】
一方、酸素を含有する酸化剤ガスは多孔体流路３２に供給される。酸化剤ガスは、多孔体流路３２を流動しつつ、酸化剤ガス拡散層３１２および撥水層３１１を透過してカソード電極層１３に到達する。カソード電極層１３においては、酸化剤ガス中の酸素とプロトンとから水が発生するとともに電力が発生する。発生した電力は、セパレータ２３，３３を介して回収される。以上の動作によって、燃料電池１００は発電を行う。
【００２６】
発電に伴って生成された発電生成水は、燃料ガス拡散層２１２、酸化剤ガス拡散層３１２および撥水層２１１，３１１を透過して多孔体流路に到達する。撥水層２１１，３１１は撥水性を有することから、発電生成水は、効率よく多孔体流路側に排水される。この場合、発電生成水の滞留が抑制される。それにより、低温運転時におけるフラッディング発生を抑制することができる。その結果、燃料電池１００の発電効率低下を抑制することができる。
【００２７】
また、発電に伴って熱が発生する。したがって、カソード電極層１３の温度が最も高くなる。発生した熱は、流体透過層３１、多孔体流路３２およびセパレータ３３を伝達するとともに、流体透過層２１、多孔体流路２２およびセパレータ２３を伝達する。例えば、セパレータ２３，３３を循環冷媒に接触させることによって、発電によって発生した熱を外部に取り出すことができる。それにより、燃料電池１００の温度を所定温度以下に制御することができる。
【００２８】
本実施の形態においては、燃料ガス拡散層２１２の厚みを小さくすることによって、流体透過層２１，３１の合計の熱抵抗が低下している。この場合、発電によって発生した熱を外部に取り出しやすくなる。それにより、燃料電池１００の温度を効率よく低下させることができる。その結果、高負荷時における燃料電池１００の耐性を向上させることができる。
【００２９】
また、流体透過層２１の熱抵抗が流体透過層３１の熱抵抗に比較して小さくなっていることから、流体透過層２１における熱流束が増加するとともに、流体透過層３１における熱流束が減少する。この場合、ソーレ効果によって、カソード電極層１３からアノード側に透過する水量が増加すると考えられる。したがって、電解質膜１１における必要な水分量が確保されると考えられる。その結果、燃料電池１００の高温運転時における発電性能低下を抑制することができる。
【００３０】
また、電解質膜１１の熱抵抗が流体透過層２１の熱抵抗と流体透過層３１の熱抵抗との差よりも小さい場合、カソード電極層１３とセパレータ２３との間の熱抵抗はカソード電極層１３とセパレータ３３との間の熱抵抗よりも小さくなる。この場合、アノード側温度はカソード側温度に比較して小さくなる。
【００３１】
本実施の形態においては燃料ガス拡散層２１２の厚みが酸化剤ガス拡散層３１２の厚みよりも小さく設定されることによって流体透過層２１の熱抵抗が流体透過層３１の熱抵抗よりも小さく設定されているが、それに限られない。例えば、燃料ガス拡散層２１２の厚みが酸化剤ガス拡散層３１２の厚みと等しくても、燃料ガス拡散層２１２を構成する材料の熱抵抗率が酸化剤ガス拡散層３１２を構成する材料の熱抵抗率よりも小さければよい。例えば、燃料ガス拡散層２１２がカーボンクロスから構成されかつ酸化剤ガス拡散層３１２がカーボンペーパから構成されている場合、流体透過層２１の熱抵抗は流体透過層３１の熱抵抗よりも小さくなる。
【００３２】
また、燃料ガス拡散層２１２および酸化剤ガス拡散層３１２のいずれも同じ材料から構成される場合であっても、燃料ガス拡散層２１２の繊維径が酸化剤ガス拡散層３１２の繊維径よりも大きければ、流体透過層２１の熱抵抗は流体透過層３１の熱抵抗よりも小さくなる。さらに、撥水層２１１の厚みを撥水層３１１の厚みよりも小さくすることによって、流体透過層２１の熱抵抗を流体透過層３１の熱抵抗よりも小さく設定してもよい。また、撥水層２１１を構成する材料と撥水層３１１を構成する材料とを異ならせることによって、流体透過層２１の熱抵抗を流体透過層３１の熱抵抗よりも小さく設定してもよい。例えば、撥水層２１１のカーボン比率を撥水層３１１のカーボン比率よりも高くすることによって、撥水層２１１の熱抵抗を低下させることができる。
【００３３】
以上のことから、燃料ガス拡散層２１２、酸化剤ガス拡散層３１２および撥水層２１１，３１１の材料、材質、厚み等のいずれか１つ以上の条件に基づいて、流体透過層２１の熱抵抗が流体透過層３１の熱抵抗に比較して小さくなっていれば、本発明の効果が得られる。なお、本実施の形態においては３次元網目構造流路として多孔体流路が用いられているが、多孔体流路の代わりに多層エキスパンドメタル等の３次元流路が設けられていてもよい。
【００３４】
本実施の形態においては、多孔体流路２２，３２が３次元網目構造流路に相当し、燃料ガス拡散層２１２、酸化剤ガス拡散層３１２および撥水層２１１，３１１が流体透過性部材に相当する。
【００３５】
（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池１００ａについて説明する。図２は、燃料電池１００ａの模式的断面図である。図２に示すように、燃料電池１００ａが図１の燃料電池１００と異なる点は、燃料ガス拡散層２１２が設けられていない点である。この場合、アノード側の熱抵抗は、燃料電池１００に比較してさらに低下する。それにより、発電によって発生した熱を効率よく外部に取り出すことが可能である。その結果、燃料電池１００ａの温度を効率よく低下させることができる。以上のことから、高負荷時における燃料電池１００ａの耐性を向上させることができる。
【００３６】
また、流体透過層２１における熱流束がさらに増加するとともに、流体透過層３１における熱流束がさらに減少する。この場合、カソード電極層１３からアノード側に透過する水量がさらに増加すると考えられる。したがって、電解質膜１１において必要な水分量が確保されると考えられる。その結果、燃料電池１００ａの高温運転時における発電性能低下を抑制することができる。
【００３７】
なお、酸化剤ガス拡散層３１２のガス透過性は、滞留する生成水または窒素ガスによって低下しやすい。それに対して、燃料ガス拡散層２１２の水素ガス透過性は、低下しにくい。すなわち、燃料ガス拡散層２１２に水が滞留しても、燃料ガス拡散層２１２における水素ガス透過性にはあまり影響がない。水素分子は非常に小さいからである。したがって、本実施の形態のように燃料ガス拡散層２１２を省略しても、アノード側における水素ガス透過性は低下しにくい。
【００３８】
また、燃料電池１００ａにおいて多孔体流路２２およびセパレータ２３の代わりに流路溝が形成されたセパレータが設けられていると、このセパレータのリブ下のアノード電極層１２への水素ガス供給が極端に少なくなる。この場合、発電に寄与する電極面積が低下してしまう。これに対して、燃料電池１００ａには３次元網目構造を有する多孔体流路２２が設けられていることから、燃料ガス拡散層２１２が設けられていなくても、電極全面に水素ガスを供給することができる。
【実施例】
【００３９】
以下、上記実施の形態に係る燃料電池を作製し、その特性を調べた。
【００４０】
(実施例)
実施例においては、第２の実施の形態に係る燃料電池１００ａを作製した。電解質膜１１としては、膜厚２５μｍのフッ素系膜からなるものを用いた。アノード電極層１２およびカソード電極層１３としては、５μｍの膜厚を有するＰｔ担持カーボンを用いた。酸化剤ガス拡散層３１２としては、２００μｍの厚みを有するカーボンクロスからなるものを用いた。撥水層２１１，３１１としては、膜厚が５０μｍであり、ＰＴＦＥ４０％かつカーボン６０％のものを用いた。
【００４１】
（比較例１）
比較例１においては、実施例に係る燃料電池において撥水層２１１と多孔体流路２２との間に燃料ガス拡散層を設けた。この燃料ガス拡散層は、実施例に係る酸化剤ガス拡散層３１２と同様の組成および厚みを有する。
【００４２】
（比較例２）
比較例２においては、実施例に係る燃料電池において酸化剤ガス拡散層を設けずに撥水層２１１と多孔体流路２２との間に燃料ガス拡散層を設けた。この燃料ガス拡散層は、実施例に係る酸化剤ガス拡散層３１２と同様の組成および厚みを有する。
【００４３】
（分析１）
実施例および比較例１，２に係る燃料電池の発電に伴って発生した熱のアノード側およびカソード側への分配について調べた。具体的には、各燃料電池に電流が１．８Ａ／ｃｍ２かつ発電電圧が０．５２Ｖ相当の発熱をさせ、アノード側セパレータおよびカソード側セパレータへの流入熱量を測定した。その結果を図３に示す。図３の縦軸は流入熱量（Ｗ／ｃｍ２）を示す。
【００４４】
図３に示すように、比較例１に係る燃料電池においては、アノード側セパレータへの流入熱量に比較してカソード側セパレータへの流入熱量が大きくなった。アノード側の熱抵抗およびカソード側の熱抵抗がほぼ等しく、かつ、カソード電極層において発熱しているからであると考えられる。また、比較例２に係る燃料電池においては、アノード側セパレータへの流入熱量に比較してカソード側セパレータへの流入熱量がさらに大きくなった。カソード側の熱抵抗がアノード側の熱抵抗に比較して小さくなっているからであると考えられる。
【００４５】
一方、実施例に係る燃料電池においては、アノード側セパレータへの流入熱量とカソード側セパレータへの流入熱量との差がほとんどなくなった。これは、アノード側の熱抵抗が小さくなったために、アノード側の熱流束が大きくなったからであると考えられる。したがって、ソーレ効果によって、発電生成水がアノード側に移動しやすくなったと考えられる。
【００４６】
（分析２）
続いて、実施例および比較例１に係る燃料電池における、膜−電極接合体からカソード側セパレータの冷却面までの温度低下幅を測定した。分析２においては、各燃料電池に、電流が１．８Ａ／ｃｍ２かつ発電電圧が０．５２Ｖ相当の発熱をさせた。その結果を図４に示す。図４の縦軸は、膜−電極接合体からカソード側セパレータの冷却面までの温度低下幅を示す。
【００４７】
図４に示すように、比較例１に係る燃料電池に比較して、実施例に係る燃料電池の温度差は低下した。このことは、同一冷却面温度で比較した場合、実施例に係るＭＥＡ（膜−電極接合体）表面温度は、比較例１に係るＭＥＡ表面温度に比較して低下したことを示している。これは、実施例に係る燃料電池においてアノード側およびカソード側の全体の熱抵抗が低下したからであると考えられる。したがって、実施例に係る燃料電池においては、高負荷時における耐性が向上すると考えられる。
【００４８】
（分析３）
続いて、各燃料電池の発電電圧の低下幅と温度との関係について調べた。図５にその結果を示す。図５の縦軸は各燃料電池の最大発電電圧からの電圧低下幅を示し、図５の横軸は各燃料電池の冷却水出口の温度を示す。なお、冷却水出口温度は、燃料電池の温度を示す指標となる。図５の点線は、アノード側加湿温度を４５℃、カソード無加湿の場合の実施例および比較例１に係る燃料電池の電圧低下幅を示す。図５の実線は、アノード側加湿温度を４５℃、カソード側加湿温度５５℃とした場合の実施例および比較例１，２に係る燃料電池の電圧低下幅を示す。
【００４９】
図５に示すように、カソード無加湿の場合、実施例に係る燃料電池においては、比較例１に係る燃料電池に比較して高温まで発電電圧が低下しなかった。また、カソード無加湿の場合、実施例に係る燃料電池が発電可能な最大温度は、比較例１に係る燃料電池が発電可能な最大温度よりも３℃大きくなった。加湿条件の場合においても、実施例に係る燃料電池においては、比較例１，２に係る燃料電池に比較して高温まで発電電圧が低下しなかった。また、加湿条件の場合、実施例に係る燃料電池が発電可能な最大温度は、比較例１，２に係る燃料電池が発電可能な最大温度よりも４℃大きくなった。
【００５０】
以上のことから、加湿条件およびカソード無加湿条件のいずれの条件においても、実施例に係る燃料電池においては、比較例１，２に係る燃料電池に比較して発電電圧が低下する温度が上昇した。また、実施例に係る燃料電池においては、比較例１，２に係る燃料電池に比較して、発電可能な最大温度が大きくなった。このことは、実施例に係る燃料電池の高温運転時における発電性能低下が抑制されていることを示す。これは、ソーレ効果によって、アノード側に発電生成水が移動することによって、電解質膜の水分量低下が抑制されたからであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池の模式的断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池の模式的断面図である。
【図３】アノード側セパレータおよびカソード側セパレータへの流入熱量を示す図である。
【図４】膜−電極接合体からカソード側セパレータの冷却面までの温度低下幅を示す図である。
【図５】各燃料電池の発電電圧の低下幅と温度との関係について示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  膜−電極接合体
１１  電解質膜
１２  アノード電極層
１３  カソード電極層
２１，３１  流体透過層
２２，３２  多孔体層
２３，３３  セパレータ
１００，１００ａ  燃料電池
２１１，３１１  撥水層
２１２  燃料ガス拡散層
３１２  酸化剤ガス拡散層
【図１】
2008053064.tif 000003
【図２】
2008053064.tif 000004
【図３】
2008053064.tif 000005
【図４】
2008053064.tif 000006
【図５】
2008053064.tif 000007