(57)【要約】【課題】燃料電池の発熱を有効に抑え、使用中の出力低下が効果的に抑制された燃料電池を提供する。【解決手段】電解質膜３０と、電解質膜３０の一方の側に配置された燃料極３１と、電解質膜３０の他方の側に配置された空気極３２とを備えた単位セルが積層したスタック構造の燃料電池において、空気極３２のガス拡散層の厚みを、燃料極３１のガス拡散層の厚みよりも薄く形成する。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に空気極を配した複数の単位セルが複数積層され、一の単位セルの空気極と、隣接する他の単位セルの燃料極との間に冷却流路が配置されたスタック構造の燃料電池であって、
前記一の単位セルの空気極および前記他の単位セルの燃料極のうち、いずれか一方の電極に対する前記冷却流路の除熱能力が、他方の電極に対する前記冷却流路の除熱能力よりも大きくなるように構成されたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記一方の電極は、前記他方の電極よりも、高い熱伝導性を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池において、
前記一方の電極の厚みは、前記他方の電極の厚みよりも薄いことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の燃料電池において、
前記一方の電極は、良熱伝導性充填材を含むガス拡散層を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の燃料電池において、
前記一方の電極と前記冷却流路との間の距離が、前記他方の電極と前記冷却流路との間の距離よりも短いことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記一の単位セルと前記他の単位セルとの間に前記冷却流路を備える冷却プレートが配置されており、前記冷却プレートは；
前記一方の電極に隣接する、空気の流路および冷却水の通る流路溝を有する第一のプレートと、
前記他方の電極に隣接する、燃料ガスの流路および冷却水の通る流路溝を有する第二のプレートとが、前記流路溝の設けられた面同士が当接する状態で積層した構造を有し、
それぞれのプレートの流路溝が一体となって前記冷却流路を構成していることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の燃料電池において、
前記一方の電極が空気極であり、前記他方の電極が燃料極であることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項１乃至６いずれかに記載の燃料電池において、
前記一方の電極が燃料極であり、前記他方の電極が空気極であることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はスタック構造を有する燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギー変換効率が高く、かつ発電反応により有害物質を発生しない電源として、燃料電池が注目を浴びている。こうした燃料電池の一つとして、１００℃以下の低温で作動する固体高分子型燃料電池が知られている。
【０００３】
図７は、従来の一般的な固体高分子型燃料電池の原理を説明するための説明図である。
【０００４】
固体高分子型燃料電池は、図７に示すように、電解質膜である固体高分子膜を燃料極と空気極との間に配した基本構造を有し、燃料極に水素、空気極に酸素を供給し、以下の電気化学反応により発電する装置である。
【０００５】
燃料極：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−                  （１）
空気極：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ      （２）
燃料極および空気極は、触媒層とガス拡散層が積層した構造からなる。各電極の触媒層が固体高分子膜を挟んで対向配置され、燃料電池を構成する。触媒層は、触媒を担持した炭素粒子がイオン交換樹脂により結着されてなる層である。ガス拡散層は酸素や水素の通過経路となる。発電反応は、触媒層における触媒、イオン交換樹脂および水素のいわゆる三相界面において進行する。
【０００６】
燃料極においては、供給された燃料中に含まれる水素が上記式（１）に示されるように水素イオンと電子に分解される。このうち水素イオンは固体高分子電解質膜の内部を酸素極に向かって移動し、電子は外部回路を通って酸化剤極（空気極）に移動する。一方、酸化剤極においては、酸素極（空気極）に供給された酸化剤（空気）に含まれる酸素が燃料極から移動してきた水素イオンおよび電子と反応し、上記式（２）に示されるように水が生成する。このように、外部回路では燃料極から空気極に向かって電子が移動するため、電力が取り出される。
【０００７】
図８は、スタック構造燃料電池を構成する単位セルの構造を示す図である。この単位セルでは、固体の高分子膜の一方の面に燃料極触媒層とガス拡散層を、かつ他方の面に空気極触媒層とガス拡散層を配した構造を有する。この構造を（ＭＥＡ／Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）とよぶ。このＭＥＡと、反応ガスである燃料ガスの流路を含む燃料極セパレータと、空気の流路を含む空気極セパレータとが積層して単位セルを構成する。単位セル間には、水セパレータ（冷却板）が配設される。
【０００８】
図９は、セルスタック構成を示す断面図である。図９に示すように、電池本体を形成するセルスタックは、図８に示すような基本的なセルを複数個積層して成る（但し、図９に記載のセルは、図８に記載のセルとは完全に同じ構成ではない）。セルスタックの両端には金属の集電板を配置し、これを外部電流取り出し端子としている。
【０００９】
こうしたセルスタックにおいては、セル内の発熱を抑えることが重要な技術的課題となる。空気極においては水を精製する発熱反応が進行する。この発熱によりセル内の水分が蒸発して、空気極や燃料極のガスにより蒸発した水分が外部へ排出されるようになる。こうしてセル内の水分が不足がちになると、水素イオン導電性が低下し、電池の出力が低下することとなる。こうしたことからセルの発熱を効果的に抑制する技術が求められている。
【００１０】
特許文献１には、こうした電池反応による発熱を抑制する技術の一例が記載されている。この文献に記載されている燃料電池は、単位セルと燃料電池用セパレータとを交互に積層した燃料電池スタック本体を有しており、単位セルや燃料電池用セパレータの積層方向に沿って冷却水を通すための冷却水用マニホールドが設けられている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−６７１４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の記載にみられるような従来の技術では、必ずしも充分な冷却効率を得ることは困難であった。特に、発熱反応量の多い空気極側において発熱による水分の乾燥が顕著となる。
【００１３】
また、従来の燃料電池にあっては、燃料電池の作動条件管理が複雑になり、特に水分管理が難しくなる。このため、電池出力を安定化させることは容易ではなかった。さらに、上記従来の燃料電池にあっては、燃料電池全体の発熱量が高まるので、充分な冷却能力を得ようとすると、そのために要する機構が複雑で大規模となり、装置の小型化が困難となる。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、燃料電池の発熱を有効に抑え、使用中の出力低下が効果的に抑制された燃料電池を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池は、固体電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に空気極を配した複数の単位セルが複数積層され、一の単位セルの空気極と、隣接する他の単位セルの燃料極との間に冷却流路が配置されたスタック構造の燃料電池であって、
前記一の単位セルの空気極および前記他の単位セルの燃料極のうち、いずれか一方の電極に対する前記冷却流路の除熱能力が、他方の電極に対する前記冷却流路の除熱能力よりも大きくなるように構成されたことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、冷却流路に隣接する一方の電極に対して他方の電極よりも優先的に冷却するように構成されている。一般に、燃料電池の各電極は、一方が他方よりもより多く発熱する。水素を燃料とする場合、空気極の発熱が大きくなり、メタノール等の液体燃料を用いる場合、燃料極の発熱が大きくなる。本発明は、こうした、より発熱の大きい電極に対し冷却効果を多く配分するものである。これにより、燃発熱量が大きい電極側の温度上昇を有効に抑制することができる。この結果、電池使用時において、電池出力が経時的に低下することを有効に抑制することができる。
【００１７】
本発明の燃料電池において、前記一方の電極は、前記他方の電極よりも、高い熱伝導性を有する構成とすることができる。こうすることにより、空気極側の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
たとえば、前記一方の電極の厚みが、前記他方の電極の厚みよりも薄い構成とすることができる。電極を構成する材料がほぼ同じであれば厚みを薄くすることにより熱伝導性を向上させることができる。
また、前記一方の電極は、良熱伝導性充填材を含むガス拡散層を備える構成とすることができる。電極は、通常、ガス拡散層と触媒層とを含む構成を有しており、このガス拡散層に良熱伝導性充填材を導入することにより熱伝導性を向上させることができる。
【００１８】
また本発明の燃料電池において、前記一方の電極と前記冷却流路との間の距離が、前記他方の電極と前記冷却流路との間の距離よりも短い構成とすることができる。こうすることにより、空気極側の温度上昇をより効果的に抑制することができる。ここでいう「距離」とは、各電極を固体電解質膜の側から触媒層および拡散層がこの順で積層した構成とする場合は拡散層と冷却流路との距離をいうが、さらに触媒層から冷却流路との距離に着目し、前記一方の電極の触媒層と前記冷却流路との間の距離が、前記他方の電極の触媒層と前記冷却流路との間の距離よりも短い構成とすれば、より確実に本発明の意図する冷却効果が得られる。
【００１９】
また本発明において、前記一の単位セルと前記他の単位セルとの間に前記冷却流路を備える冷却プレートが配置されており、前記冷却プレートは、前記一方の電極に隣接する、空気の流路および冷却水の通る流路溝を有する第一のプレートと、前記他方の電極に隣接する、燃料ガスの流路および冷却水の通る流路溝を有する第二のプレートとが、前記流路溝の設けられた面同士が当接する状態で積層した構造を有し、それぞれのプレートの流路溝が一体となって前記冷却流路を構成しているようにすることができる。この構成を採用した場合、一つのプレートに冷却水の通る流路溝と燃料ガスや空気の通る流路とが形成されるため、冷却流路による冷却効果がより顕著となる。このため、電池使用時において、電池出力が経時的に低下することをさらに有効に抑制することができる。
本発明において、前記一方の電極が空気極であり、前記他方の電極が燃料極である構成とすることができる。燃料を水素とする場合、空気極側の発熱が燃料極側の発熱より大きくなるため、かかる構成が有効である。
本発明において、前記一方の電極が燃料極であり、前記他方の電極が空気極である構成とすることができる。燃料をメタノール等の液体燃料とする場合、燃料極側の発熱が空気極側の発熱より大きくなるため、かかる構成が有効である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明は、単位セルの構成部材のうち、特に発熱量の大きい空気電極の冷却効率を高めるものである。具体的手段として以下のものが例示される。
【００２１】
（ｉ）空気極側、特にガス拡散層の熱伝導性を燃料極側、特にガス拡散層の熱伝導性よりも高くする。さらに、これを具体化する手段として、空気極のガス拡散層の厚みを燃料極のガス拡散層の厚みよりも薄くしたり、空気極触媒層とそのガス拡散層に、燃料極触媒層とそのガス拡散層よりも多くの良熱伝導性材料を加えたり、気孔率を下げたりする。
【００２２】
（ｉｉ）空気極と冷却水との間の物理的な距離を、燃料極と冷却水との間の物理的な距離よりも短くすることにより、冷却水による空気極における冷却効果を燃料極における冷却効果よりも高める。
【００２３】
（ｉｉｉ）空気極側の冷却水と冷却プレートとの接触面積を燃料極側の冷却水と冷却プレートとの接触面積よりも大きくする。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
〔第１の実施形態〕
本実施形態は、スタックを構成する各単位セルの空気極を燃料極よりも薄く形成することにより、空気極の熱伝導性を燃料極のそれよりも高くし、空気極の冷却効率を高めている。
【００２６】
図１は、第１の実施形態の燃料電池の単位セルを示す構成図である。
【００２７】
同図において、本実施形態の燃料電池の単位セルは、固体高分子で形成された電解質膜１０と、電解質膜１０の一方の側に配置された燃料極１１と、電解質膜１０の他方の側に配置された空気極１２とを備えて構成されている。
【００２８】
空気極１２のガス拡散層の厚みは、燃料極１１のガス拡散層の厚みよりも薄く形成するものとする。なお、この厚みの低減率は、少なくとも２割以上となるように構成することが可能である。
【００２９】
電解質膜１０は、イオン交換樹脂を用いて形成することが可能である。
【００３０】
以下、本実施形態の燃料電池の単位セル回りの冷却効果に関する機能を説明する。
【００３１】
空気極１２のガス拡散層の厚みは、燃料極１１のガス拡散層の厚みよりも薄くなるように形成されているので、空気極１２側のガス拡散層の熱伝導性は、燃料極１１側のガス拡散層の熱伝導性よりも高くなる（この場合は熱伝導速度が速まる）。このため、冷却水からの冷却効果は、空気極１２側において大きくなり、発熱量の大きい空気極１２側の温度上昇を抑制することができる。
【００３２】
図２は、第１の実施形態に係る単位セルを用いた燃料電池の断面構造を模式的に示す。
【００３３】
図２に示す燃料電池は、平板状の単位セル１５０を備え、この単位セル１５０の両側にはセパレータ１３４およびセパレータ１３６が設けられる。この例では１つの単位セル１５０のみを示すが、セパレータ１３４やセパレータ１３６を介して複数の単位セル１５０を積層して、燃料電池が構成されてもよい（後述の図４参照）。
【００３４】
単位セル１５０は、固体高分子から成る電解質膜１０、燃料極１１および空気極１２とを有する（図１参照）。
【００３５】
なお、図２では理解の容易のため燃料極１１と空気極１２とに厚みの差は見られないように描かれているが、本実施形態の場合、実際には、図１に示したように燃料極１１よりも空気極１２の厚みは薄く形成されている。
【００３６】
燃料極１１は、積層した触媒層１３０およびガス拡散層１３２を有し、空気極１２も、積層した触媒層１２６およびガス拡散層１２８を有する。燃料極１１の触媒層１３０と空気極１２の触媒層１２６は、固体高分子から成る電解質膜１０を挟んで対向するように設けられる。
【００３７】
燃料極１１側に設けられるセパレータ１３６にはガス流路１４０が設けられており、このガス流路１４０を通じて単位セル１５０に燃料ガスが供給される。同様に、空気極１２側に設けられるセパレータ１３４にもガス流路１３８が設けられ、このガス流路１３８を通じて単位セル１５０に酸素が供給される。より具体的には、この燃料電池の運転時、ガス流路１４０から燃料極１１に改質ガス、例えば水素ガスが供給され、ガス流路１３８から空気極１２に酸化剤ガス、例えば空気が供給される。これにより、単位セル１５０内で発電反応が生じる。
【００３８】
ガス拡散層１３２を介して触媒層１３０に水素ガスが供給されると、ガス中の水素がプロトンとなり、このプロトンが固体高分子から成る電解質膜１０中を空気極１２側へ移動する。このとき燃料極１１から放出される電子は外部回路に移動し、外部回路を介して空気極１２に流れ込む。一方、ガス拡散層１２８を介して触媒層１２６に空気が供給されると、酸素イオンがプロトンと結合して水となる。この結果、外部回路においては燃料極１１から空気極１２に向かって電子が流れることとなり、電力を取り出すことができる。
【００３９】
固体高分子から成る電解質膜１０は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示し、燃料極１１および空気極１２の間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。この電解質膜１０は、含フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成することが可能であり、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などが挙げられる。
【００４０】
燃料極１１におけるガス拡散層１３２および空気極１２におけるガス拡散層１２８は、供給される水素ガス又は空気を触媒層１３０および触媒層１２６に供給する機能をもつ。また発電反応により生じる電荷を外部回路に移動させる機能や、水や未反応ガスなどを外部に放出する機能ももつ。ガス拡散層１３２およびガス拡散層１２８は、電子伝導性を有する多孔体で構成されることが好ましく、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスなどで構成することができる。
【００４１】
燃料極１１における触媒層１３０および空気極１２における触媒層１２６は、多孔膜であり、イオン交換樹脂粒子と、触媒を担持した炭素粒子とから構成されるのが好ましい。イオン交換樹脂粒子は、触媒を担持した炭素粒子と固体高分子から成る電解質膜１０を電気的に接続させる機能をもつ。燃料極１１においてはプロトン透過性を要求され、また空気極１２においては酸素透過性を要求される。イオン交換樹脂粒子は、電解質膜１０と同様の高分子材料から形成されてよい。触媒としては、白金、ルテニウム、ロジウムあるいはこれらの合金等が例示される。また触媒を担持する炭素粒子としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどが例示される。なお、空気極１２における触媒層１２６には、適宜、熱伝導性を向上させる添加剤を加えてもよい。
【００４２】
以下、単位セル１５０の作製方法の一例を示す。まず、燃料極１１および空気極１２を作製するべく、白金などの触媒を、例えば含浸法を用いて炭素粒子に担持させる。次に、触媒を担持する炭素粒子とイオン交換樹脂粒子とを溶媒に分散させて触媒インクを生成する。この触媒インクをガス拡散層となる例えばカーボンペーパーに塗布して加熱、乾燥させることにより、燃料極１１および空気極１２を作製する。塗布方法は、例えば刷毛塗りやスプレー塗布の技術を用いてもよい。
【００４３】
続いて、固体高分子から成る電解質膜１０を、燃料極１１の触媒層１３０と空気極１２の触媒層１２６とで挟み、ホットプレスして接合する。これにより、単位セル１５０が作製される。固体高分子から成る電解質膜１０や、触媒層１３０および触媒層１２６におけるイオン交換樹脂粒子を軟化点やガラス転移のある高分子材料で構成する場合、軟化温度やガラス転移温度を超える温度でホットプレスを行うことが好ましい。
【００４４】
図３は、第１の実施形態に係る単位セルの詳細断面構造を模式的に示す。
【００４５】
図４は、第１の実施形態に係る燃料電池のスタック構造の構成を模式的に示す。
【００４６】
前述の図１に示す単位セルは、図４の単位セル１５に対応し、固体高分子で形成された電解質膜１０と、この電解質膜１０の一方の側に配置された燃料極１１の触媒層および拡散層１６と、電解質膜１０の他方の側に配置された空気極１２の触媒層および拡散層１６とからなっている。単位セル１５の空気極側には空気流路１８を備えたプレートが配され、燃料極側には燃料流路１７を備えたプレートが配されている。このプレートと接するように循環水流路１５１の設けられたプレートが配されている。
【００４７】
この実施形態によれば、空気極１２のガス拡散層の厚みを、燃料極１１のガス拡散層の厚みよりも薄く形成したことにより、空気極１２側のガス拡散層の熱伝導性を、燃料極１１側のガス拡散層の熱伝導性よりも高くすることができる。このため、冷却水等の冷却水による冷却効果は、空気極１２側において大きくなり、燃料極１１側に比べて発熱量の大きい空気極１２側の温度上昇をより効果的に抑制することができる。この結果、電池使用時において、電池出力が経時的に低下することを有効に抑制することができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、空気極１２側の熱伝導度を高める手段として、空気極１２のガス拡散層の厚みを燃料極１１の厚みよりも薄くしたが、一般に、本発明では、双方の電極の形状やサイズ、材質を違えることにより、発熱量の大きい電極の温度上昇を抑止することが可能である。
また、空気極１２のガス拡散層に、カーボン等の良熱伝導性充填材を含有させてもよい。こうすることによって、空気極の冷却をより効率的に行うことができる。
【００４９】
〔第２の実施形態〕
図５は、第２の実施形態の燃料電池の構成を模式的に示す。
【００５０】
同図において、本実施形態の燃料電池は、複数の単位セルと、燃料流路２３と、空気流路２４と、循環水流路２５と、ガスケット２６と、燃料極冷却プレート２７と、空気極冷却プレート２８とを具備して構成される。
【００５１】
単位セルは、固体高分子で形成された電解質膜２０と、電解質膜２０の一方の側に配置された燃料極２１と、電解質膜２０の他方の側に配置された空気極２２とを具備する。
【００５２】
燃料流路２３は、燃料極２１を格納した燃料極冷却プレート２７内に形成されている。また、空気流路２４は、空気極２２を格納した空気極冷却プレート２８内に形成されている。循環水流路２５の配置は、循環水流路２５と燃料極２１との間の物理的な距離をａとし、循環水流路２５と空気極２２との間の物理的な距離をｂとする時、ａ＞ｂなる条件を満たす配置とする。また、本実施形態では、燃料極２１および空気極２２は、いずれも固体電解質膜の側から触媒層および拡散層がこの順で積層した構成となっており、循環水流路２５と燃料極２１触媒層との間の物理的な距離をＡとし、循環水流路２５と空気極２２触媒層との間の物理的な距離をＢとする時、Ａ＞Ｂなる条件も満たしている。なお、ａはｂよりも少なくとも２割以上長くなるように構成するとよい。またＡはＢよりも少なくとも２割以上長くなるように構成するとよい。図５にも見られるように、循環水流路２５を空気極冷却プレート２８内だけに配置することも可能である。電解質膜２０は、イオン交換樹脂を用いて形成することが可能である。
【００５３】
なお、本実施形態に係る燃料電池の断面構造は図２に示す燃料電池の断面構造に、セルの断面構造は図３に示すセルの断面構造に、スタック構造は図４に示す燃料電池のスタック構造に、それぞれ準ずるものであるので、説明は省略する。
【００５４】
以下、本実施形態の燃料電池の単位セル回りの冷却効果に関する機能を説明する。
【００５５】
循環水流路２５と空気極２２との間の物理的な距離ｂは、循環水流路２５と燃料極２１との間の物理的な距離ａよりも短いので、空気極２２の方が燃料極２１よりも近い距離で冷却水と接することになり、空気極２２の方が燃料極２１よりも冷却水の冷却効果が大きく作用することになる。その結果、発熱量の大きい空気極２２側の温度上昇を有効に抑制することができる。
【００５６】
すなわち本実施形態によれば、循環水流路２５と空気極２２との間の物理的な距離ｂは、循環水流路２５と燃料極２１との間の物理的な距離ａよりも短く形成したことにより、冷却水による空気極２２の冷却効果を、燃料極２１の冷却効果よりも高めることができる。このため、燃料極２１側に比べて発熱量の大きい空気極２２側の温度上昇を抑制するので、電池使用時において、電池出力が経時的に低下することを有効に抑制することができる。
【００５７】
〔第３の実施形態〕
本実施形態は、一の単位セルの空気極と、他の単位セルの燃料極との間に循環水流路を設けたものである。この循環水流路を前記空気極よりに設けている。図６は、本実施形態の燃料電池の構成を模式的に示す。同図において、本実施形態の燃料電池は、複数の単位セルと、燃料流路３３と、空気流路３４と、循環水流路３５と、ガスケット３６と、燃料極冷却プレート３７と、空気極冷却プレート３８とを具備して構成される。単位セルは、固体高分子で形成された電解質膜３０と、電解質膜３０の一方の側に配置された燃料極３１と、電解質膜３０の他方の側に配置された空気極３２とを具備する。
【００５８】
燃料流路３３は、燃料極３１を格納した燃料極冷却プレート３７内に形成されている。また、空気流路３４は、空気極３２を格納した空気極冷却プレート３８内に形成されている。セルを冷却するための循環水流路３５は、燃料極冷却プレート３７及び空気極冷却プレート３８の張り合わせ部３９に形成される。即ち、燃料極冷却プレート３７に形成された溝状の流路と、空気極冷却プレート３８に形成された溝状の水流路とが張り合わせ部３９において合体し、循環水流路３５が構成されるようになっている。空気極側の水流路が燃料極側の水流路よりも深溝に形成されているため、空気極３２の方が燃料極３１よりも近い距離で冷却水（水）と接することとなる。この結果、空気極３２の方が燃料極３１よりもより有効に温度上昇が抑制される。
【００５９】
なお、本実施形態に係る燃料電池の断面構造は図２に示す燃料電池の断面構造に、セルの断面構造は図３に示すセルの断面構造に、スタック構造は図４に示す燃料電池のスタック構造に、それぞれ準ずるものであるので、説明は省略する。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の燃料電池によれば、固体高分子形燃料電池において、冷却水による空気極の冷却効果を、冷却水による燃料極の冷却効果よりも高めることができる。このため、燃料極側に比べて発熱量が大きい空気極側の温度上昇を抑制することができるので、電池使用時において、電池出力が経時的に低下することを有効に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の燃料電池の単位セルを示す構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る単位セルを用いた燃料電池の断面構造を模式的に示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る単位セルの詳細断面構造を模式的に示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る燃料電池のスタック構造の構成を模式的に示す図である。
【図５】第２の実施形態の燃料電池の構成を模式的に示す図である。
【図６】第３の実施形態の燃料電池の構成を模式的に示す図である。
【図７】従来の一般的な固体高分子型燃料電池の原理を説明するための説明図である。
【図８】従来の一般的な固体高分子型燃料電池の基本的な単位セルの構成を示す断面図である。
【図９】従来の一般的な固体高分子型燃料電池の本体におけるセルスタック構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  電解質膜、  １１  燃料極、  １２  空気極、  １５  単位セル、  １６  拡散層、  １７  燃料流路、  １８  空気流路、  ２０  電解質膜、  ２１燃料極、  ２２  空気極、  ２３  燃料流路、  ２４  空気流路、  ２５  循環水流路、  ２６  ガスケット、  ２７  燃料極冷却プレート、  ２８  空気極冷却プレート、  ３０  電解質膜、  ３１  燃料極、  ３２  空気極、  ３３  燃料流路、  ３４  空気流路、  ３５  循環水流路、  ３６  ガスケット、  ３７  燃料極冷却プレート、  ３８  空気極冷却プレート、  ３９  張り合わせ部、  １２６  触媒層、  １３０  触媒層、  １３２  ガス拡散層、  １３４  セパレータ、  １３８  ガス流路、  １４０  ガス流路、  １２８  ガス拡散層、
１５０  単位セル、  １５１  循環水流路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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