(57)【要約】      （修正有）【課題】効率的に局部電池発生による劣化を抑制することができる燃料電池を提供する。【解決手段】電解質膜２を狭持する燃料電極６ａ，６ｂと酸化剤電極５ａ，５ｂと、燃料電極に隣接し、燃料ガス流路８を形成する燃料ガス流路形成部材１１と、酸化剤電極に隣接し、酸化剤ガス流路７を形成する酸化剤ガス流路形成部材１０と、を有する燃料電池セル１ａを備える。さらに、燃料電池セル１ａの燃料電極と燃料ガス流路形成部材１１とを、略同形状に分割し、かつ、その分割部分に中間部材として燃料極分割部材９を介在させる。【選択図】      図１
2005174601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を狭持する燃料電極と酸化剤電極と、
前記燃料電極に隣接し、燃料ガス流路を形成する燃料ガス流路形成部材と、
前記酸化剤電極に隣接し、酸化剤ガス流路を形成する酸化剤ガス流路形成部材と、を有する燃料電池セルを備え、
さらに、前記燃料電池セルの前記燃料電極と前記燃料ガス流路形成部材とを略同形状に分割し、かつ、その分割部分に中間部材を介在させることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料電極および前記燃料ガス流路構成部材の分割長さを、発電特性により決定する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料電極および前記燃料ガス流路構成部材を、前記燃料ガス流路に垂直な方向に分割する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃料ガス流路を、少なくとも一つの折り返し部を有するように構成し、
前記燃料電極および前記燃料ガス流路構成部材を、前記折り返し部の上流側と下流側とで分割する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料ガス流路を、少なくとも一つ以上の曲がり部を有するように構成し、
前記曲がり部における最外周に位置する燃料ガス流路の長さを基準に分割形状を設定する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
燃料電池を、複数の前記燃料電池セルを積層して形成したスタックにより構成し、
各燃料電池セルに燃料ガスを分配するマニホールドを備え、
前記マニホールドの分配特性に応じて、各燃料電池セルの前記燃料電極および前記燃料ガス流路構成部材の分割特性を設定する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記中間部材を電気絶縁性素材により構成する請求項１に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記中間部材を、隣り合う、分割された前記燃料電極および前記流路構成部材の間の電気抵抗となるような導電性素材により構成する請求項１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。特に、電解質として固体高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池において、停止時に燃料極側で燃料ガスと空気の置換を行う場合、次回の起動時に、燃料極側流路に燃料ガスを供給する際に、同一燃料極面上で、燃料ガス中の水素と空気中の酸素が混在する。これにより、局部電池が発生して酸化剤極側の触媒付近で炭素腐食が発生し、さらに触媒を担持している炭素が消失して触媒が流出し、性能低下を引き起こす可能性がある。また、触媒腐食の起こり得る条件である、燃料極側での燃料ガスと酸化剤ガスの混在は、停止時に燃料極側で燃料ガスを空気と置換する過程においても発生しうる。
【０００３】
この対処法として、従来の燃料電池では、燃料電池発電プラントの停止指令があったとき燃料電池本体に接続されている外部負荷を遮断すると共に、燃料電池本体への空気および燃料の供給を停止する。燃料電池本体に負荷抵抗器を投入して燃料電池の電極電圧が予め定めた上限値および下限値の範囲内に維持されるように負荷抵抗器をオンオフ制御している（例えば、特許文献１、参照。）。
【０００４】
一方、従来の燃料電池において、組み立て時のハンドリングを向上するために以下のように構成したものが知られている。撥水処理が施された表面に、触媒が保持された一対の電極と、上記両電極に挟持されたマトリックスと、上記両電極と協働して、一方の上記電極との間に燃料ガスを、又、他方の上記電極との間に酸化剤ガスをそれぞれ流通する通路を形成するセパレート板とからなる単電池を積層して形成する燃料電池において、上記電極が複数に分割されている（例えば、特許文献２、参照）。
【特許文献１】特開平８−２２２２５９号公報
【特許文献２】特開平７−６７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特開平８−２２２２５９号公報に記載の燃料電池においては、局部電池が発生しないように燃料電池外部に短絡抵抗を取り付けているが、短絡抵抗自体、所定のスペースが必要であり、抵抗での発熱によりエネルギが消費されるため放熱を考慮したレイアウトが必要となり、設計の自由度を損なう可能性がある。
【０００６】
また、特開平７−６７７２号公報に記載の燃料電池においては、電極を分割することにより分割電極同士では一方で局部電池が発生しても他方にエネルギ移動を抑制することは可能である。しかしながら、ハンドリング向上を目的としているため、電極以外の構成部材の分割は行っておらず、一体に構成された構成部材よりエネルギの移動が可能なため、局部電池発生による劣化を防ぐには不十分である。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題を鑑みて、効率的に局部電池発生による劣化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】
【０００８】
本発明は、電解質膜を狭持する燃料電極と酸化剤電極と、前記燃料電極に隣接し、燃料ガス流路を形成する燃料ガス流路形成部材と、前記酸化剤電極に隣接し、酸化剤ガス流路を形成する酸化剤ガス流路形成部材と、を有する燃料電池セルを備える。さらに、前記燃料電池セルの前記燃料電極と前記燃料ガス流路形成部材とを略同形状に分割し、かつ、その分割部分に中間部材を介在させる。
【発明の効果】
【０００９】
燃料電極と、燃料ガス流路形成部材とを、略同形上に分割して構成し、その間に中間部材を備えることで、分割された燃料電極および燃料ガス流路構成部材間でのエネルギの移動を抑制することができる。その結果、効率的に局部電池の発生による劣化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】
【００１０】
第１の実施形態に用いる燃料電池１の概略構成を図１に示す。図１（ａ）には、後述する燃料ガス流路８、酸化剤ガス流路７の横断方向の、図１（ｂ）には縦断方向の断面図を示す。
【００１１】
燃料電池１として、電解質に固体高分子電解質膜（以下、電解質膜）２を用いる固体高分子型燃料電池を用いる。
【００１２】
燃料電池セル１ａは、電解質膜２を挟んで酸化剤極側３と燃料極側４とに分けられ、それぞれの側に例えば白金（Ｐｔ）系の触媒を含んだ電極である酸化剤電極５、燃料電極６が設けられる。電解質膜２としては、固体高分子膜、例えばプロトン交換膜であるパーフルオロカーボンスルホン酸膜が用いられる。この電解質膜２は、固体高分子中にプロトン交換器を多数持ち、含水して飽和状態となることにより低い比抵抗（抵抗率）を示し、プロトン導電性電解質として機能する。
【００１３】
また、電極５、６を、Ｐｔ等の触媒を担持するカーボン担体等からなる触媒層５ａ、６ａと、触媒層５ａ、６ａに反応ガスを供給する、多孔質体よりなるガス拡散層５ｂ、６ｂとから構成する。後述するように、ここでは触媒層５ａ、６ａを電解質膜２に触媒含有カーボン担体を塗布することにより構成するがこの限りではない。ガス拡散層５ｂ、６ｂに触媒担持カーボン担体を塗布することにより触媒層５ａ、６ａを構成してもよい。なお、酸化剤電極５の触媒層５ａに含まれる触媒は、酸素から酸素イオンを生成する触媒であり、燃料電極６の触媒層６ａに含まれる触媒は水素からプロトンを生成する触媒である。
【００１４】
また、酸化剤電極５の外側には、酸化剤ガスとしての空気を通流する酸化剤ガス流路７を設けた酸化剤ガス流路構成部材１０を備える。酸化剤ガス流路７を、酸化剤ガス流路構成部材１０の表面に形成した溝により構成する。また、燃料電極６の外側には、燃料ガスとしての水素を通流する燃料ガス流路８を設けた燃料ガス流路構成部材１１を備える。燃料ガス流路８を、燃料ガス流路構成部材１１の表面に形成した溝により構成する。
【００１５】
このような燃料電池セル１ａにおいて、ここでは、燃料極側４、つまり燃料電極６および燃料ガス流路構成部材１１を複数に分割して、分割電極４ａを構成する。隣り合う分割電極４ａ間には、分割電極４ａ間の電気エネルギの移動を抑制する燃料極分割部材９を設ける。燃料極分割部材９として、電気絶縁性素材を用いることにより、分割電極４ａ間のエネルギの移動を遮断する。また、燃料電極６および燃料ガス流路構成部材１１を略同形状に分割する。後述するように、本実施形態では、燃料電極６と燃料ガス流路構成部材１１とを別々に形成し、それぞれに燃料極分割部材９を設けるので、燃料電極６および燃料ガス構成部材１１の積層時には、それぞれの燃料極分割部材９が連続するように構成する。ただし、この限りではなく、燃料電極６および燃料ガス流路構成部材１１に用いる燃料極分割部材９を一体に構成してもよい。
【００１６】
なお、図１には、燃料電池１として、その構成を模式して、一枚の燃料電池セル１ａとして示しているが、複数の燃料電池セル１ａを積層することにより燃料電池１を構成してもよい。例えば、燃料電池セル１ａを２００枚程度積層した積層体として構成する。また、燃料電池１においては、発電の際の電気化学反応に伴って発熱するため、燃料電池１を冷却する図示しない冷却装置を備える。
【００１７】
このような燃料電池１において、通常運転時には、燃料電池１の酸化剤ガス流路７に空気等の酸化ガスが、燃料ガス流路８には水素ガス等の燃料ガスが供給される。燃料電極６において、水素が触媒作用でイオン化してプロトンが生成され、生成したプロトンは電解質膜２中を移動して酸化剤電極５に到達する。また、燃料電極６では、水素がイオン化するに際して電子ｅ-が生じるが、この電子ｅ-は、図示しないモータ等の外部負荷Ｍを経由して酸化剤電極５に到達する。酸化剤電極５では、到達したプロトンと電子ｅ-、および、触媒存在下で空気中の酸素から生成された酸素イオンとの間で反応が生じて水を生成する。
【００１８】
燃料電池１では、基本的に次の三つの反応が起こり得る。
【００１９】
【数１】
2005174601.tif 000003
【００２０】
（１）式の反応は、通常燃料電極６で生じ、（２）式の反応は通常酸化剤電極５で生じる。ただし、燃料電極６では（２）式の反応が、酸化剤電極５では（１）式の反応が僅かに生じる可能性もある。これに対して、（３）式に示すような炭素の腐食反応は、通常運転時に燃料電極６で発生する可能性が僅かにあるが、起動時や停止時の燃料極側空気置換中に局部電池が形成された際は酸化剤電極５で発生する可能性が高い。そこで、この（３）式に示すような炭素腐食を抑制するために、燃料電極４側を分割して構成する。ここでは、分割により形成された分割電極４ａ内の電位差が、炭素腐食反応の生じない範囲内に収められるように分割形状を設定する。
【００２１】
なお、水素の燃焼反応が生じる可能性もあるが、ここではこれを省略する。また、炭素腐食反応としては、[Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋２Ｈ＋＋２ｅ−・・・（３）’]という反応もあるが、反応の生じる割合として（３）式に示したものが支配的となるので、ここでは省略する。
【００２２】
次に、燃料電極６の分割方法について説明する。まず、分割長さの決定方法について説明する。
【００２３】
燃料極側の電極面内では、燃料ガス流路８に沿って電位差が生じる。そこで、燃料電池１の構成部品の仕様やガス流速によって決まる燃料極側の燃料ガス流路８の長さに対する起動時や停止時の燃料極側空気置換中の電位勾配を求め、炭素腐食を起こさない電位差となる流路の最大長さｌｍａｘを求める。分割電極４ａ内に設けられる流路長が、少なくともこの炭素腐食を起こさない電位差となる流路長さｌｍａｘより短くなるように、燃料極側の分割長さを設定する。
【００２４】
以下、分割長さを設定する計算式には次のような１０個の変数が用いられる。
【００２５】
燃料ガス流路８内の水素分圧、燃料電極６付近の膜電位、酸化剤電極５での金属電位、全電流、燃料電極６での酸素分圧、酸化剤電極５での水素分圧、燃料電極６でのモル平均速度(流速)、酸化剤電極５での酸素分圧、酸化剤電極５付近の膜電位、酸化剤電極５でのモル平均速度（流速）。酸化剤電極５での金属（触媒）電位と触媒担持炭素の腐食電位との関係を検討することにより、最大流路長ｌｍａｘを求め、分割長さを設定する。
【００２６】
なお、それぞれの変数は、燃料極側および酸化剤極側のそれぞれの流路７、８内での気相の濃度を記述するのに用いられる。また、酸化剤極側３、燃料極側４には、それぞれに常時酸化剤ガス、燃料ガスが満たされていると仮定し、燃料極側３、燃料極側４での水蒸気分圧を省略する。なお、水蒸気分圧を考慮した際には、各ガス分圧が低下するため、反応は緩慢となる傾向にある。
【００２７】
過渡における物質平衡式は以下のようになる。
【００２８】
【数２】
2005174601.tif 000004
【００２９】
なお、Ｃiはｉ種の密度、ｉlは流路長ｌの反応に関連した部分電流密度、ｎlは流路長ｌの反応により移動される電子の数、Ｓi,lは流路長ｌの反応でのｉ種のストイキ係数、Ｆはファラディ定数、Ｈは流路深さを示している。
【００３０】
また、対流と拡散による気相の移動式は次のように示される。
【００３１】
【数３】
2005174601.tif 000005
【００３２】
なお、νは任意の流路でのガス速度、Ｄiはｉ種の拡散係数を示している。
【００３３】
平均電流は、流路長に沿った局所電流を積分することにより求められる。
【００３４】
【数４】
2005174601.tif 000006
【００３５】
また、（１）〜（３）式に示した三つの反応が燃料電極６の局部で発生する際の局部電流の合計を、局部的電流密度ｉとして次に示す。
【００３６】
【数５】
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【００３７】
同様に、酸化剤電極５での局部電流も考慮することにより、電荷平衡を次のように示す。
【００３８】
【数６】
2005174601.tif 000008
【００３９】
なお、ここでは、燃料電極６、酸化剤電極５の電流密度は、分割電極４ａ内では電解質上の流路長さ方向に沿って、どこでも同じであると仮定している。
【００４０】
さらに、Butler-Volmerの式から、水素酸化反応と、酸素減少反応を次の式で示す。
【００４１】
【数７】
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【００４２】
ただし、ここでは分割電極４ａ内のプロトン濃度は均一であると考えるため、プロトン濃度に水素反応は含まない。同様に、酸素反応も水蒸気分圧と独立していると考える。さらに、参照分圧は１barとし、Ｕは標準電位とする。また、酸化反応における係数ω＝０．１は、実験の結果求められる。
【００４３】
炭素の腐食反応は、Tafel式により表される。
【００４４】
【数８】
2005174601.tif 000010
【００４５】
ここで、所定の無次元長さで燃料極側を分割した場合の、同一分割電極内での電位差を図２に示す。図２に示すように、燃料極側の分割数を増やすほど、それぞれの分割電極４ａ内での最大電位差は小さくなる。
【００４６】
炭素の腐食反応は以下の式で示される。
【００４７】
【数９】
2005174601.tif 000011
【００４８】
それぞれの反応式で表される炭素腐食に必要な電位差は、０．２０７Ｖ、０．５１８Ｖである。そこで、最大電位差の目標値は、炭素腐食が発生する電位差を目安として設定する。なお、このとき、水素燃焼や、電解質膜２近傍での水蒸気分圧の影響を考慮することが好ましい。
【００４９】
このように、式（４）〜（１１）を用いて、炭素腐食を避けることができる燃料極側の分割長さの最大値ｌｍａｘを求める。
【００５０】
次に、燃料極側４の分割形状を図３に示す。なお、燃料電極６、燃料ガス流路構成部材１１を同形状に分割する。
【００５１】
燃料極側４に形成される燃料ガス流路８は、複数の並列した溝により構成される。ここでは、燃料ガス流路８を一つの折り返し部１２を有する折り返し形状に構成する。図３においては、燃料ガスは左下から燃料ガス流路８に導入され、折り返して左上から排出されるものとする。
【００５２】
燃料ガス流路８のうち直線形状に構成された領域においては、燃料極側４を分割する複数の燃料極分割部材９ａは、燃料ガス流路８に垂直な方向に設けられる。このとき、燃料極分割部材９ａ間の幅、つまり分割電極４ａの幅が分割長さの最大値ｌｍａｘ以下となるように構成する。言い換えれば、一つの分割電極４ａ内に構成される燃料ガス流路８の長さｌ1がｌｍａｘ以下となるように構成する。なお、分割電極４ａの幅をｌｍａｘまたはその近傍とすることにより、分割数を少なく設定することができる。
【００５３】
一方、燃料ガス流路８のうち折り返し形状に構成された折り返し部１２においては、燃料極分割部材９ｂを、折り返しの中心Ａから伸びる放射形状に構成する。このときには、一つの分割電極４ａ内において、折り返しの最外周側に位置する燃料ガス流路８の長さｌ2が最も長くなる。よって、この最外周側に位置する燃料ガス流路８の長さｌ2が、分割長さ最大値ｌｍａｘ以下となるように分割する。なお、ここでは折り返し部１２について説明したが、曲がり部を有する場合についても同様に、最外周に位置する燃料ガス流路８の長さを基準に、これが最大値ｌｍａｘ以下となるように分割する。
【００５４】
さらに、燃料ガス流路８の上流側と下流側とで燃料極側４を分割するように、燃料極分割部材９ｃを設ける。図３においては、燃料極側４を上半分と下半分に分割するように燃料分割部９を設ける。つまり、一つの分割電極４ａ内に含まれる複数の燃料ガス流路８について、燃料ガス流路８の入口からの距離が略同じとなるように構成する。ここでは、隣接する燃料ガス流路８のうち、流れが対向する部分については、その間を燃料極分割部材９ｃにより分割する。これにより、例えば、起動運転時や停止運転時等、燃料ガス流路８内に酸素が存在する領域と水素が存在する領域とが形成された場合でも、一つの分割電極４ａ内に空気と燃料ガスが混在する時間を短くすることができる。その結果、起動運転時や停止運転時に、炭素腐食反応が生じるのを抑制することができる。
【００５５】
次に、上述したような燃料極側４の形成方法について説明する。
【００５６】
燃料極側４の触媒層６ａは、燃料極分割部材９を構成する樹脂等の材料と、触媒層６ａを構成する触媒担持カーボン担体等の材料を、電解質膜２に塗布することにより構成する。
【００５７】
一方、ガス拡散層６ｂと燃料ガス流路構成部材１１については、図４を用いて説明する。
【００５８】
図４（ａ）に示すように、まず、燃料極分割部材９を構成する電位絶縁性の樹脂等の材料を用いて骨組みを形成する。この骨組みは、前述したような燃料極分割部材９の形状となるように形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、このような骨組みの所定の枠内に炭素と、炭素を結合するための樹脂との混合材を導入した後に焼成し、図４（ｃ）に示すような母材を形成する。なお、ガス拡散層６ｂを形成する母材と、燃料ガス流路構成部材１１を形成する母材とは、焼成前に混合材を形成する際の炭素に混合する樹脂の割合が異なる。この樹脂は焼成時に焼却されるので、気孔率の高いガス拡散層６ｂについては、この樹脂の混合割合が大きくなるように形成する。
【００５９】
このような母材を所定厚さに切断することにより図４（ｄ）に示すようにガス拡散層６ｂを構成する。また、母材を所定厚さに切断し、機械加工により燃料ガス流路８を構成することにより、図４（ｅ）に示すように燃料ガス流路構成部材１１を構成する。
【００６０】
または、骨組みに炭素と樹脂の混合材を導入することにより構成した図４（ｂ）の状態で、図４（ｆ）に示すように流路型を用いて燃料ガス流路８を形成し、その後、焼成することにより、図４（ｇ）に示すように燃料ガス流路構成部材１１を構成してもよい。
【００６１】
このように構成した燃料ガス流路構成部材１１、ガス拡散層６ａ、および電解質膜２に塗布した触媒層６ａを積層することにより、燃料極側４を構成する。
【００６２】
なお、本実施形態に示すように、分割のみにおいて劣化を防止する場合には、分割電極４ａ間の電子の移動を防止する必要がある。このような場合に、生産上の都合等により完全に理想的な分割が難しい場合、例えば、燃料極分割部材９が僅かに導電性を有する等の場合にも、図７に示すような状態となるので電位差を低減することができる。
【００６３】
図７には、電気的な状態を示しており、実際の構成としては、第１の実施形態と同様に、電解質膜２、酸化剤極側３を分割する必要はない。また、抵抗部１３(図中に明記なし)は、実際には導電性を有する燃料極分割部材９により構成される。
【００６４】
僅かに導電性を有する材料を用いて燃料極分割部材９を用いた場合には、燃料極分割部材９は、分割電極４ａ間で、電子の移動方向を強制し、消費する外部負荷抵抗器に相当する抵抗部１３の役割を果たす。これにより、燃料電池１の外部に比較的容量の大きな外部負荷抵抗器を備える必要がなく、システムをコンパクト化することができる。また、起動時には、燃料ガス流路８内に燃料ガスが存在する領域と空気が存在する領域が形成されて、電極面内に電位差が生じるが、この抵抗部１３を設けることで、電位差が低減されると共に、電位差消費による発熱で、燃料電池１の昇温を促進することができる。なお、このときにも積層方向に電子の移動は妨げられないため、通常の発電時に出力低下を招くのを避けることができる。
【００６５】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００６６】
電解質膜２を狭持する燃料電極６と酸化剤電極５と、燃料電極６に隣接し、燃料ガス流路８を形成する燃料ガス流路形成部材１１と、酸化剤電極５に隣接し、酸化剤ガス流路７を形成する酸化剤ガス流路形成部材１０と、を有する燃料電池セル１ａを備える。さらに、燃料電池セル１ａの燃料電極６と燃料ガス流路形成部材１１とを略同形状に分割し、かつ、その分割部分に中間部材。ここでは燃料極分割部材９を介在させる。これにより、局部電池が発生しても、そのポテンシャルを炭素腐食を発生させない範囲に留めつつ、必要最低限の機能を確保することができる。また、酸化剤極も含めた分割電極に比較して、部品点数が減少するため、組み立て性を向上することができる。
【００６７】
燃料電極６および燃料ガス流路構成部材１１の分割長さを、発電特性により決定する。これにより、実際の燃料電池使用条件に即した具体的かつ最適な分割長さの検討ができる。ここでは、起動時や停止時の燃料極側空気置換中に生じる可能性がある電極面内の電位差から、分割電極４ａ内の電位差が炭素腐食を抑制できる範囲となるように分割長さを設定する。このとき、分割電極４ａ内に設けられる燃料ガス流路８の長さに応じて分割形状が設定される。そのため、分割電極４ａ内の最大長さが所定値（ｌｍａｘ）以下に設定されるため、起動時や停止時に燃料ガス流路８内に水素と酸素が混在する際にも、分割電極４ａ内に水素と酸素が混在する時間を短縮することができ、炭素の腐食反応を抑制することができる。
【００６８】
ここでは、燃料電極６および燃料ガス流路構成部材１１を、燃料ガス流路８に垂直な方向に分割する。このように、局部電池による燃料電池内でエネルギの授受が実際に発生しやすい燃料ガスと空気の混在する方向を分割することにより、分割の最適化を検討することができる。
【００６９】
また、燃料ガス流路８を、少なくとも一つの折り返し部１２を有するように構成し、燃料電極６および燃料ガス流路構成部材１１を、折り返し部１２の上流側と下流側とで分割する。これにより、燃料ガス流路８内に水素と酸素が混在する際に、分割電極４ａ内で長時間水素と酸素が混在するのを避けることができ、炭素腐食を抑制することができる。
【００７０】
また、燃料ガス流路８を、少なくとも一つ以上の曲がり部を有するように構成する。ここでは曲がり部として折り返し部１２を構成する。曲がり部における最外周に位置する燃料ガス流路８の長さを基準に分割形状を設定する。これにより、曲がり部において内外周で分割電極４ａ内に設けられる燃料ガス流路８の経路長が異なる場合においても、分割電極４ａ内の電位差を、炭素腐食を抑制することができる電位差内に調整することができる。
【００７１】
燃料極分割部材９を電気絶縁性素材により構成する。これにより、局部電池発生によるエネルギ移動を確実に防止して性能劣化防止効果を向上することができる。
【００７２】
または、燃料極分割部材９を、隣り合う、分割された燃料電極６および流路構成部材１１の間の電気抵抗１３となるような導電性素材により構成する。これにより、局部電池発生時のエネルギ消費を導電性素材を抵抗１３とみなした発熱により消費することにより性能劣化を抑制することができる。また、低温起動時の暖機を促進することができる。
【００７３】
次に、第２の実施形態について説明する。ここでは燃料電池１として、複数の燃料電池セル１ａを積層する事により構成したスタック１ｂを用いる。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７４】
燃料電池セル１ａの概略を第１の実施形態と同様とする。ただし、図５に示すように、燃料電極６の触媒層６ａに形成した燃料極分割部材９１と、ガス拡散層６ｂに形成した燃料極分割部材９２と、燃料ガス流路構成部材１１に形成した燃料極分割部材９３との幅が異なるように構成する。ここでは、燃料極分割部材９１の幅ａ、燃料極分割部材９２の幅ｂ、燃料極分割部材９３の幅ｃの関係が、ａ＞ｂ＞ｃとなるように構成する。このように燃料極分割部材９１、９２、９３の積層面積が異なるように構成することで、それぞれの位置決めを行う際の精度誤差を許容することができる。
【００７５】
また、図６に示すように、複数の燃料電池セル１ａを積層して形成したスタック１ｂを用いて燃料電池１を構成する。スタック１ｂを積層方向に貫通するマニホールド１４ａ、１４ｂを備え、各燃料電池セル１ａに燃料ガスが分配・回収する。
【００７６】
このような場合には、燃料ガスを分配するマニホールド１４ａの特性に応じて、それぞれの燃料電池セル１ａの配置される位置によって分配される燃料ガス流量に分配分布が生じる。例えば、スタック１ｂ中央部で最も多く分配され、端部にいくに従って少なくなる。一つのセル面内における電位分布は、ガス流速も変数であることを考慮し、ガス導入が多く流速が大きくなる燃料電池セル１ａにおいては、定性的に電位差の傾きが同一電極面内で小さくなるので、分割数を少なく設定する。一方、ガス導入が少なく流速が小さくなる燃料電池セル１ａにおいては、逆の傾向があるため、分割数を多く設定する。ここでは、スタック１ｂの中央部に位置する燃料電池セル１ａ（セル番号ｎ）において、スタック１ｂに供給する燃料ガス流量から設定した平均的に対して、分割数が少なくなるように設定する。また、スタック１ｂの端部に位置する燃料電池セル１ａ（セル番号１、２ｎ）では、スタック１ｂに供給する燃料ガス流量から設定した平均的に対して分割数が多くなるように設定する。
【００７７】
次に、本実施形態に効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００７８】
燃料電池１を、複数の燃料電池セル１ａを積層して形成したスタック１ｂにより構成し、各燃料電池セル１ａに燃料ガスを分配するマニホールド１４ａを備え、マニホールド１４ａの分配特性に応じて、各燃料電池セル１ａの燃料電極６および燃料ガス流路構成部材１１の分割特性を設定する。これにより、積層された燃料電池セル１ａについて、各燃料極側４の分割の最適化を達成できる。
【００７９】
このように、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、様々な変更を為し得ることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、固体高分子型燃料電池に適用することができる。特に、システムのコンパクト化が望まれ、起動・停止が頻繁に繰り返される、移動体搭載用の燃料電池に適用することで、効果的に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】第１の実施形態に用いる燃料電池の概略構成図である。
【図２】燃料電極内の電位差を示す図である。
【図３】第１の実施形態に用いる燃料極側の分割形状を示す図である。
【図４】第１の実施形態における燃料電極側の形成方法を示す図である。
【図５】第２の実施形態における燃料電極側の概略図である。
【図６】第２の実施形態のガス流量分布に対する分割数の設定状態を示す図である。
【図７】燃料極分割部材として導電性素材を用いた場合の電気的構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１    燃料電池
１ａ  燃料電池セル
１ｂ  スタック
２    電解質膜
４    燃料電極側
４ａ  分割電極
６    燃料電極
８    燃料ガス流路
９    燃料極分割部材（中間部材）
１１  燃料ガス流路構成部材
１２  折り返し部（曲がり部）
１３  抵抗部
１４ａ  マニホールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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