燃料電池セル
【課題】多孔体流路を備える燃料電池において、多孔体側面部の気孔率、閉塞状態に関わらず、十分な燃料ガス若しくは酸化剤ガスを電極へ供給することが可能とする電池を提供する。
【解決手段】膜電極接合体６に多孔体流路８が積層される燃料電池２であって、積層方向に備えられたマニホールド２０ａ側において、多孔体流路の端部に端部側面及び積層面にガス導入口を設ける。さらに、膜電極接合体の周縁部であって、多孔体流路８の積層方向にシール材１２を配し、シール材と多孔体流路との間に備えられた遮蔽材１６の端部を、シール材の端部より燃料電池セル外部方向に延伸させる。
【解決手段】膜電極接合体６に多孔体流路８が積層される燃料電池２であって、積層方向に備えられたマニホールド２０ａ側において、多孔体流路の端部に端部側面及び積層面にガス導入口を設ける。さらに、膜電極接合体の周縁部であって、多孔体流路８の積層方向にシール材１２を配し、シール材と多孔体流路との間に備えられた遮蔽材１６の端部を、シール材の端部より燃料電池セル外部方向に延伸させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セル及び燃料電池に係り、金属多孔体をガス流路層として備える燃料電池セル及び当該燃料電池セルを備える燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、イオン透過性の電解質膜の両面に触媒層およびガス拡散層が順に積層された膜電極接合体を有し、この膜電極接合体をガス流路層とセパレータで挟持した単セルを複数組み合わせて燃料電池スタックを形成する。アノード（負極）では、水素を含有する燃料ガスが供給され、下式（１）に示す電気化学反応により燃料ガスからプロトンを生成する。生成されたプロトンは電解質膜を通ってカソード（正極）へ移動する。他方のカソード（正極）では、酸素を含有する酸化剤ガスが供給され、アノード（負極）から移動してきたプロトンと反応して下式（２）に示す電気化学反応により水を生成する。これら一対の電極構造体の電解質膜側の表面で生じる電気化学反応を利用して電極から電気エネルギを取り出す。アノード反応：Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− …（１）、カソード反応：２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− ＋（１／２）Ｏ２ → Ｈ２Ｏ …（２）
【０００３】
ところで、上記構成の燃料電池において、ガス流路層は燃料ガスもしくは酸化剤ガスを電極へ提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するため、ガス拡散性及び導電性に優れた金属多孔体を用いることが知られている。金属多孔体としてはエキスパンドメタルや金属発泡焼結体などがあり、その製造方法として、チタンシートやステンレスシート等を、切延加工等する手法が知られている。例えば、チタンシートまたはステンレスシート等に千鳥状に切れ目を入れると同時に、これを押し延ばして広げることにより網目（メッシュ）状に切延加工して、エキスパンドメタルを得ることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８０２０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の手法により金属シートを切延加工して得られた金属多孔体は、燃料電池セルの外形寸法に合わせて任意のサイズに切断加工され、これを膜電極接合体に積層して燃料電池が形成される。この時、切断加工はレーザーカッター等を用い、若しくは金型により加工されるが（特許文献１）、金属多孔体に加わる面圧や熱により切断面である多孔体の側面が破損し、孔の閉塞が生じる場合がある。図７に示すように、金属多孔体の側面４０は、ガス供給マニホールド２０ａから供給されるガスの導入口として働くため、多孔体側面部の孔が閉塞することにより、ガスの導入圧損が高くなり、電極へのガス供給量、拡散性の低下、燃料電池の発電性能低下などが生じるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、金属多孔体側面部の閉塞状態に関わらず、十分な燃料ガス若しくは酸化剤ガスを電極へ供給することが可能な燃料電池セル構造、及び該燃料電池セル構造を用いた燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
電解質膜の両端にアノード電極とカソード電極とが積層した膜電極接合体と、膜電極接合体の少なくとも一方の面に配置され、アノード電極若しくはカソード電極に燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給する多孔体流路と、積層方向と垂直に配置され、多孔体流路へ燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給するマニホールドとを備え、マニホールド側における前記多孔体流路の端部は、積層面の少なくとも一方にガス導入口を有することを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給する多孔体流路において、多孔体側面及び積層面にガス導入口を備えるため、多孔体側面の閉塞状態に関わらず、燃料ガス若しくは酸化剤ガスを多孔体積層面より確実に導入することが可能となる。また、単に多孔体流路の積層面に導入口を有するだけでなく、多孔体流路の端部側において積層面にガス導入口を備えることで、膜電極接合体の発電面積を狭めることなく、十分な発電面積を確保しつつガス導入効率を向上させることが出来る。これにより、膜電極接合体へ確実に燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給することが出来、燃料電池の発電性能を向上することが可能となる。
【０００９】
また、上記構成の燃料電池において、膜電極接合体の外周面とマニホールドとの間に配置されるシール部材と、シール部材と多孔体流路との間に配置される遮蔽材とを有し、遮蔽材の端部は、シール部材の端部よりセル外部方向に延伸することが好ましい。
【００１０】
上記構成の燃料電池によれば、隣接するシール材が多孔体流路に流動して目詰まりを起こすことによってガス導入口が閉塞されることを防ぐことができる。これにより、燃料ガス若しくは酸化剤ガスをガス導入口から膜電極接合体へ確実に流動、供給可能となる。
【００１１】
更に、上記構成の燃料電池において、マニホールド側における多孔体流路の端部は、マニホールド内に突出すること、遮蔽材のマニホールド側端部は多孔体流路のマニホールド側端部よりセル外部方向へ延伸することが好ましい。
【００１２】
上記構成の燃料電池によれば、マニホールド内を通過する燃料ガス若しくは酸化剤ガスが必然的に多孔質体内部に流入するため、マニホールドからのガス導入効率を向上することが出来る。また、遮蔽材によりガスの流動方向を変えることができるため、より多孔体流路へ流動ガスを流入しやすくすると共に、一旦多孔体流路内へ導入されたガスの多孔体流路内部（セル内部）への流動を促進出来る。これにより、十分な燃料ガス若しくは酸化剤ガスを効率的に多孔体流路へ導入するとともに、多孔体流路内を流動させて、燃料電池セル１の発電性能を向上させることが可能である。
【００１３】
また、上記構成の燃料電池セルにおいて、膜電極接合体の片側に多孔体流路挟んで凸部を備えるセパレータを配置し、マニホールドとセパレータの凸部が連通して形成された空間と、多孔体流路の端部が前記セパレータの凸部幅の間となる位置に多孔体を設けることが好ましい。
【００１４】
上記構成の燃料電池によれば、マニホールド内のガス圧損を抑制しつつ多孔体内部燃料ガス若しくは酸化剤ガスを導入することが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、多孔体側面部の切断状態、気孔率に関わらず、燃料ガス若しくは酸化剤ガスを確実に膜電極接合体へ供給することが可能となり、これにより発電性能を向上させた燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池スタックを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における燃料電池セルの平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における燃料電池セルの断面図である。
【図４】第２の実施形態における燃料電池セルの断面図である。
【図５】第３の実施形態における燃料電池セルの断面図である。
【図６】第４の実施形態における燃料電池セルの断面図である。
【図７】従来技術における燃料電池セルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図１から図３に基づいて説明する。図１は燃料電池スタック１を示し、図２（ａ）は燃料電池セル２（以下、セル２と称す）のカソード極側から見た平面図、図２（ｂ）はセル２のアノード極側から見た平面図である。図２（ａ）と図２（ｂ）は表裏を反転させた状態である。図３は図２における断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＡ２−Ａ２断面図である。図１に示すように、燃料電池スタック１は、セル２を基本単位として複数積層することでスタックを形成する。積層されたセル２は、電気的に直列に接続されている。各セル２による発電で得られた電流が、積層されたセル２の両端部に設けられた集電板３０に集電され、電気負荷や２次電池等の電力機器に供給される。なお、本実施形態では、セル２を複数積層したスタック構造としているが、セル１個を備えるものとしてもよい。
【００１８】
燃料電池１の集電板３０には、燃料電池１の内部に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水をそれぞれ導入するための燃料ガス導入口３２ａおよび酸化剤ガス導入口３４ａ、冷却水導入口３６ａが設けられている。また、燃料電池１の内部から外部に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水をそれぞれ排出するための燃料ガス排出口３２ｂおよび酸化剤ガス排出口３４ｂ、冷却水排出口３６ｂが設けられている。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、セル２は外周端部に燃料ガス供給マニホールド１８ａ、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａ、冷却水供給マニホールド２２ａを備える。また外周端部においてこれらの供給マニホールドと対向する位置に、燃料ガス排出マニホールド１８ｂ、酸化剤ガス排出マニホールド２０ｂ、冷却水排出マニホールド２２ｂを備える。これらの供給・排出マニホールドは、セル２の積層方向に貫通するようにして設けられており、単セル２が複数積層されて燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水の流路が各々形成される。
【００２０】
燃料ガス供給マニホールド１８ａ、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａ、冷却水供給マニホールド２２ａのそれぞれは、燃料電池１の集電板３０に設けられた燃料ガス導入口３２ａ、酸化剤ガス導入口３４ｂ、冷却水導入口３６ａに連通する。同様に、燃料ガス排出マニホールド１８ｂ、酸化剤ガス排出マニホールド２０ｂ、冷却水排出マニホールド２２ｂは燃料電池１の集電板３０に設けられた燃料ガス排出口３２ｂ、酸化剤ガス排出口３４ｂ、冷却水排出口３６ｂに連通する。
【００２１】
セル２において燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド１８ａから供給され、セル２内部を対角線上に流動して燃料ガス排出マニホールド１８ｂへ排出される。同様にして、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａから供給され、セル２内部を対角線上に流動して酸化剤ガス排出マニホールド２０ｂへ排出される。冷却水は冷却水供給マニホールド２２ａから供給され、セル２と隣接セルとの間隙を通り、冷却水排出マニホールド２２ｂへ排出される。尚、本実施形態においては、ガス供給マニホールドと排出マニホールドを対角線上として規定したが、セパレータの表裏面で燃料ガスと酸化剤ガスの流動が行われればよく、マニホールドの位置、ガスの流動方向は適宜選択可能である。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、セル２をアノード側から見た場合、外周端部には各種マニホールドが設けられ、中央部に凹凸形状を備えて冷却水供給マニホールド２２ａから冷却水排出マニホールド２２ｂに向けて流路を形成する。カソード極を表面、アノード極を裏面としてみた場合、凹凸形状は、凹部４２と凸部４４からなり、凹部４２には燃料ガスが流動し、凸部には冷却水が流動する。また、端部に設けられたマニホールドと中央部に設けられた凹凸形状との間には段差部４６を備える。段差部４６は、燃料ガス供給マニホールド１８ａ及び凹部４２と連通しており、燃料ガス供給マニホールド２８ａから供給された燃料ガスをセル内部へと流動する。
【００２３】
図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、矢印はカソードに酸化剤ガスが供給される様子を示している。セル２は内部に、膜電極接合体６、カソード側多孔体流路８、アノード側溝流路１０、シール材１２、セパレータ１４、遮蔽材１６を備える。なお、図３〜６では、セル２の中央から左側のみを取り出し、さらにセル２を二つ積層した状態を図示している。符号は上段のセル２にのみ付与する。
【００２４】
膜電極接合体６はイオン伝導性を有する電解質膜３と、電解質膜３の両面に配接されるカソード極４及びアノード極５から形成される。アノード極５に供給された燃料ガスからプロトンと電子が生成され、該プロトンが電解質膜を通ってカソード極４へ移動し、このプロトンとカソード極４に供給された酸化剤ガスが反応することにより電気エネルギーと水が得られる。これら膜電極接合体６の形成材料としては、例えば、電解質膜３は含フッ素高分子を骨格とするイオン交換樹脂が用いられ、カソード極４及びアノード極５は、Pt、Auなどの金属触媒を、カーボンブラックなどの炭素材料に担持させた導電性担体が用いられる。
【００２５】
多孔体流路８はエキスパンドメタルや金属焼結体などの金属多孔体からなり、膜電極接合体６のカソード側面上に配接される。そして多孔体流路８の端部は、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａに突出した構成を有する。カソード側多孔体流路８は酸化剤ガス供給マニホールド２０ａに連通し、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａから導入された酸化剤ガスを膜電極接合体６のカソード極５へ供給する。
【００２６】
セパレータ１４ａはアルミニウム、ステンレス等の金属からなる導電性平板から形成され、多孔体流路８において膜電極接合体６と反対の面に積層される。セパレータ１４ａには、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａに対応する位置に空孔を有し、ガスの流路を形成する。セパレータ１４ａは、同様に燃料ガス供給マニホールド１８ａ、冷却水供給マニホールド２２ａ、燃料ガス排出マニホールド１８ｂ、酸化剤ガス排出マニホールド２０ｂ、冷却水排出マニホールド２２ｂに対応する位置についても空孔を備える（図３では図示省略）。
【００２７】
一方、膜電極接合体６のアノード側には、セパレータ１４ｂが配接される。セパレータ１４ｂはセパレータ１４ａと同様にアルミニウム、ステンレス等の金属から構成され、中央部に凹凸形状を備えて冷却水供給マニホールド２２ａから冷却水排出マニホールド２２ｂに向けて流路を形成する（図２（ｂ）参照）。凹凸形状は、凹部４２と凸部４４からなり、凹部４２には燃料ガスが流動し、凸部４４には冷却水が流動する。また、端部に設けられたマニホールドと中央部に設けられた凹凸形状との間には段差部４６を備える。酸化剤ガス供給マニホールド２０ａとセル中央の凹部４２との間においては、セパレータ１４ｂの段差部４６は階段上に形成される。セパレータ１４ｂは、酸化剤供給マニホールド２０ａ側では膜電極接合体６及びシール材１２に隣接し、階段状の段差部４６にて膜電極接合体６から離間し、セル中央の凹部４２では隣接セルと接する。これにより、膜電極接合体６との間に間隙が生じ、この間隙内を燃料ガスが流動して溝流路１０を形成する。すなわち、燃料ガス供給マニホールド１８ａ（図３においては図示せず）より供給された燃料ガスは、溝流路１０を流動してアノード極５へ燃料ガスを供給される。
【００２８】
また、図３（ｂ）に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａとセル中央の凸部４４との間においては、セパレータ１４ｂの段差部４６は積層方向に隣接セルへ向けて突出して形成される。セパレータ１４ｂは、酸化剤供給マニホールド２０ａ側では膜電極接合体６及びシール材１２に接し、段差部４６にて一旦膜電極接合体６から離間し、セル中央の凸部にて再度膜電極接合体６と接する。これにより、隣接セルのセパレータ１４ａとの間に空間５０を形成し、この空間内を冷却水流路が流動する。すなわち、冷却水供給マニホールド２２ａ（図３（ｂ）においては図示せず）より供給された冷却水は、セパレータ１４ｂと隣接セルとの間を流動してセルを冷却する。尚、本実施形態においては、セパレータ１４ｂの表裏面に凹凸を有し、凹凸は互いに噛み合う構成を規定したが、一方の面を平面形状とし、他方の面に凹凸形状を備える構成としてもよい。
【００２９】
酸化剤供給マニホールド２０ａ側において、多孔体流路８とセパレータ１４ｂとの間には、遮蔽材１６及びシール材１２が配置される。遮蔽材１６はアルミニウム、ステンレス等の金属から構成され、酸化剤供給マニホールド２０ａ側では多孔体流路８の端部よりセル外部方向に延伸し、他端ではカソード電極４の端部よりセル内部方向に延伸してカソード電極４と多孔体流路８との間に積層される。この様な構成によりシール材が流動して多孔体流路８の孔を塞ぎ気孔率が低下することを抑制できる。
【００３０】
シール材１２は膜電極接合体６の端部側面と溝流路１０に隣接すると共に、遮蔽材１６を挟んで多孔体流路８と反対側に配置され、膜電極接合体６及び溝流路１０と酸化剤ガス供給マニホールド２０ａとの間の空隙をシールする。これにより、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａから供給された酸化剤ガスがアノード電極５や溝流路１０へ漏洩することなく、多孔体流路８を経由して膜電極接合体６へ供給することが出来る。
【００３１】
ガスケット１３は、セル２のセパレーター１４ｂと隣接セルのセパレータ１４ａとの間に配置される。両セパレータの間に生じる空隙は冷却水の流路として形成される。
【００３２】
本実施形態の燃料電池セルによれば、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａへ供給された酸化剤ガスは、カソード側多孔体流路８の端部においてセパレータ１４ａ側の積層面を導入口として酸化剤ガスをカソード極４へ供給することが可能となる。これにより、多孔体流路８の側面部の気孔率が低い場合においても、十分な酸化剤ガスを多孔体流路８へ導入、カソード極４へ供給でき、燃料電池セル１の発電性能を向上させることが可能である。また、隣接するシール材が多孔体流路に流動して目詰まりを起こすことによってガス導入口が閉塞されることを防ぎ、燃料ガス若しくは酸化剤ガスをガス導入口から膜電極接合体へ確実に流動、供給できる。更に、多孔体流路８の端部において積層面にガス導入口を有する構成であるため、酸化剤マニホールド２０ａにガス導入口が隣接し、複雑な構造を要しない。そのため発電領域（面積）を狭めることなくガス導入効率を高めることが出来、高い発電性能が得られる。なお、本実施形態においては、図３の矢印にて示すとおり、アノード側からカソード側に向けて酸化剤ガスが供給される構成としているが、反対にカソード側からアノード側に向けて供給される構成としても良い。本実施形態のようにアノード側からカソード側に向けて供給される場合には、マニホールド２０ａ内の酸化剤ガス流動方向と多孔体流路８へ導入される際の酸化剤ガス流動方向が反対となるため、多孔体流路８へ急激にガスが流入することなく、燃料電池スタック１内の各セル２において均一なガス供給が可能となる。一方で、カソード側からアノード側へ向けて酸化剤ガスを供給した場合には、遮蔽材１６がガイドとなり、より効率的に多孔体流路８へガスを流入することが可能となる。
【００３３】
続いて、第２実施形態について図４に基づいて説明する。図４は、図３（ａ）と同様に図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３（ａ）と同様の構成を有する部分についての説明は以下省略する。
【００３４】
第２実施形態においては、多孔体流路８とシール材１２との境界面に遮蔽材１６を配せず、カソード電極４の端部を酸化剤供給マニホールド２０ａ方向に延伸させる。酸化剤供給マニホールド２０ａ側において、カソード電極４の端部はシール材１２の端部よりセル外部方向に延伸し、カソード極４が電解質膜２及びシール材１２を被覆することにより遮蔽効果を得る。
【００３５】
上記構成の燃料電池セルによれば、セル構造が簡素化し、部品点数の削減が可能である。また、遮蔽材により発電領域が狭められることなく、膜電極接合体の発電領域を十分に確保しつつ、効率的に多孔体流路へ燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給することが可能である。
【００３６】
第３実施形態について図５に基づいて説明する。図５は、図３（ａ）と同様に図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３（ａ）と同様の構成を有する部分についての説明は以下省略する。
【００３７】
多孔体流路８の端部は遮蔽材１６の酸化剤供給マニホールド２０ａ側端部より燃料電池セル１の内部側に配置される。セパレータ１４ａは、多孔体流路８の端部と積層する部位において凸形状を備え、セパレータ１４ａの凸部内に多孔体流路８の端部が配置する。これにより、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａから供給された酸化剤ガスが多孔体流路８の端部側面と端部上面から導入され、膜電極接合体６へ供給される。
【００３８】
セパレータ１４ｂは、溝流路１０の外周に沿って鍵曲がり形状を備え、該鍵曲がり形状部分にてセパレータ１４ａの凸部と嵌めあう構造を有する。そして、セパレータ１４ｂとセパレータ１４ａに挟持された空間を冷却水が流動する。
【００３９】
本実施形態の燃料電池セルによれば、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａへ供給された酸化剤ガスは、セパレータ１４ａの凸部内にて、多孔体流路８の上面（セパレータ１４ａ側の面）を導入口として効率的に酸化剤ガスをカソード極４へ供給することが可能となる。これにより、多孔体流路８の側面部の気孔率が低い場合においても、十分な酸化剤ガスを多孔体流路８へ導入、カソード極４へ供給できる。また、酸化剤マニホールド２０ａにおけるガス流路の圧損を小さく出来る。これにより、燃料電池セル１の発電性能を向上させることが可能である。
【００４０】
続いて、第４実施形態について図６に基づいて説明する。図６は図３（ａ）と同様に図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３と同様の構成を有する部分についての説明は以下省略する。
【００４１】
多孔体流路８の端部は遮蔽材１６の端部より燃料電池セル１の外部側であって、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａへ突出した状態で配置される。尚、本実施例において、酸化剤供給マニホールド２０ａはセパレータ１４ａ、１４ｂに設けられたマニホールド孔が積層方向に積層し、スタック内を貫通するように形成された連通孔を指す。スタック端部においては、酸化剤供給マニホールド２０ａは集電板３０に備えられた酸化剤ガス導入口３４ａに連通される。
【００４２】
本実施形態の燃料電池セルによれば、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａへ供給された酸化剤ガスは、積層方向下面より多孔体流路８に導入される。その後、酸化剤ガスは、多孔体流路８を通過して酸化剤ガス供給マニホールド２０ａへ導出して隣接セルへ流動する方向と、多孔体流路８内部へ流動する方向の二手に分かれる。一旦多孔体流路８から酸化剤ガスマニホールド２０ａへ導出された酸化剤ガスの一部は、さらに反転して積層方向上面より再度多孔体流路８へ取り込まれる。こうして積層方向の上下面より多孔体流路８へ取り込まれた酸化剤ガスは、多孔体流路８内を流動して膜電極接合体６へ供給される。これにより、多孔体流路８の積層面から十分な量の酸化剤ガスを多孔体流路８へ導入することが可能となる。従って、多孔体流路８の側面部の気孔率に関わらず、酸化剤ガスを確実に多孔体流路８へ導入、流動し、カソード極４へ供給でき、これにより燃料電池セル１の発電性能を向上させることが可能である。なお、多孔体流路８の孔径、形状によって、酸化剤ガスの流動方向、流動量を変化させることも可能である。
【００４３】
なお、第１から第４の実施の形態においては、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａからカソード側多孔体流路８への酸化剤ガスの供給に特定して述べたが、これらの実施の形態は、燃料ガス供給マニホールド１８からアノード側多孔体流路１０への燃料ガス供給に適用することも可能である。また、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａの酸化剤ガス流動方向として、アノード極側からカソード極側へ流動する態様に特定して述べたが、酸化剤ガスの流動方向はこれに限られるものではなく、カソード極側からアノード極側へ流動する態様としてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１ 燃料電池スタック、２ 燃料電池セル、３ 電解質膜、４ カソード電極、５ アノード電極、６ 膜電極接合体、８ 多孔体流路、１０ 溝流路、１２ シール材、１３ ガスケット、１４ａ、１４ｂ セパレータ、１６ 遮蔽材、１８ａ 燃料ガス供給マニホールド、１８ｂ 燃料ガス排出マニホールド、２０ａ 酸化剤ガス供給マニホールド、２０ｂ 酸化剤ガス排出マニホールド、２２ａ 冷却水供給マニホールド、２２ｂ 冷却水排出マニホールド、３０ 集電板、３２ａ 燃料ガス導入口、３２ｂ 燃料ガス排出口、３４ａ 酸化剤ガス導入口、３４ｂ 酸化剤ガス排出口、３６ａ 冷却水導入口、３６ｂ 冷却水排出口、４０ 金属多孔体の側面、４２ 凹部、４４ 凸部、４６ 段差部、５０ 空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セル及び燃料電池に係り、金属多孔体をガス流路層として備える燃料電池セル及び当該燃料電池セルを備える燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、イオン透過性の電解質膜の両面に触媒層およびガス拡散層が順に積層された膜電極接合体を有し、この膜電極接合体をガス流路層とセパレータで挟持した単セルを複数組み合わせて燃料電池スタックを形成する。アノード（負極）では、水素を含有する燃料ガスが供給され、下式（１）に示す電気化学反応により燃料ガスからプロトンを生成する。生成されたプロトンは電解質膜を通ってカソード（正極）へ移動する。他方のカソード（正極）では、酸素を含有する酸化剤ガスが供給され、アノード（負極）から移動してきたプロトンと反応して下式（２）に示す電気化学反応により水を生成する。これら一対の電極構造体の電解質膜側の表面で生じる電気化学反応を利用して電極から電気エネルギを取り出す。アノード反応：Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− …（１）、カソード反応：２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− ＋（１／２）Ｏ２ → Ｈ２Ｏ …（２）
【０００３】
ところで、上記構成の燃料電池において、ガス流路層は燃料ガスもしくは酸化剤ガスを電極へ提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するため、ガス拡散性及び導電性に優れた金属多孔体を用いることが知られている。金属多孔体としてはエキスパンドメタルや金属発泡焼結体などがあり、その製造方法として、チタンシートやステンレスシート等を、切延加工等する手法が知られている。例えば、チタンシートまたはステンレスシート等に千鳥状に切れ目を入れると同時に、これを押し延ばして広げることにより網目（メッシュ）状に切延加工して、エキスパンドメタルを得ることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８０２０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の手法により金属シートを切延加工して得られた金属多孔体は、燃料電池セルの外形寸法に合わせて任意のサイズに切断加工され、これを膜電極接合体に積層して燃料電池が形成される。この時、切断加工はレーザーカッター等を用い、若しくは金型により加工されるが（特許文献１）、金属多孔体に加わる面圧や熱により切断面である多孔体の側面が破損し、孔の閉塞が生じる場合がある。図７に示すように、金属多孔体の側面４０は、ガス供給マニホールド２０ａから供給されるガスの導入口として働くため、多孔体側面部の孔が閉塞することにより、ガスの導入圧損が高くなり、電極へのガス供給量、拡散性の低下、燃料電池の発電性能低下などが生じるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、金属多孔体側面部の閉塞状態に関わらず、十分な燃料ガス若しくは酸化剤ガスを電極へ供給することが可能な燃料電池セル構造、及び該燃料電池セル構造を用いた燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
電解質膜の両端にアノード電極とカソード電極とが積層した膜電極接合体と、膜電極接合体の少なくとも一方の面に配置され、アノード電極若しくはカソード電極に燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給する多孔体流路と、積層方向と垂直に配置され、多孔体流路へ燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給するマニホールドとを備え、マニホールド側における前記多孔体流路の端部は、積層面の少なくとも一方にガス導入口を有することを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給する多孔体流路において、多孔体側面及び積層面にガス導入口を備えるため、多孔体側面の閉塞状態に関わらず、燃料ガス若しくは酸化剤ガスを多孔体積層面より確実に導入することが可能となる。また、単に多孔体流路の積層面に導入口を有するだけでなく、多孔体流路の端部側において積層面にガス導入口を備えることで、膜電極接合体の発電面積を狭めることなく、十分な発電面積を確保しつつガス導入効率を向上させることが出来る。これにより、膜電極接合体へ確実に燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給することが出来、燃料電池の発電性能を向上することが可能となる。
【０００９】
また、上記構成の燃料電池において、膜電極接合体の外周面とマニホールドとの間に配置されるシール部材と、シール部材と多孔体流路との間に配置される遮蔽材とを有し、遮蔽材の端部は、シール部材の端部よりセル外部方向に延伸することが好ましい。
【００１０】
上記構成の燃料電池によれば、隣接するシール材が多孔体流路に流動して目詰まりを起こすことによってガス導入口が閉塞されることを防ぐことができる。これにより、燃料ガス若しくは酸化剤ガスをガス導入口から膜電極接合体へ確実に流動、供給可能となる。
【００１１】
更に、上記構成の燃料電池において、マニホールド側における多孔体流路の端部は、マニホールド内に突出すること、遮蔽材のマニホールド側端部は多孔体流路のマニホールド側端部よりセル外部方向へ延伸することが好ましい。
【００１２】
上記構成の燃料電池によれば、マニホールド内を通過する燃料ガス若しくは酸化剤ガスが必然的に多孔質体内部に流入するため、マニホールドからのガス導入効率を向上することが出来る。また、遮蔽材によりガスの流動方向を変えることができるため、より多孔体流路へ流動ガスを流入しやすくすると共に、一旦多孔体流路内へ導入されたガスの多孔体流路内部（セル内部）への流動を促進出来る。これにより、十分な燃料ガス若しくは酸化剤ガスを効率的に多孔体流路へ導入するとともに、多孔体流路内を流動させて、燃料電池セル１の発電性能を向上させることが可能である。
【００１３】
また、上記構成の燃料電池セルにおいて、膜電極接合体の片側に多孔体流路挟んで凸部を備えるセパレータを配置し、マニホールドとセパレータの凸部が連通して形成された空間と、多孔体流路の端部が前記セパレータの凸部幅の間となる位置に多孔体を設けることが好ましい。
【００１４】
上記構成の燃料電池によれば、マニホールド内のガス圧損を抑制しつつ多孔体内部燃料ガス若しくは酸化剤ガスを導入することが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、多孔体側面部の切断状態、気孔率に関わらず、燃料ガス若しくは酸化剤ガスを確実に膜電極接合体へ供給することが可能となり、これにより発電性能を向上させた燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池スタックを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における燃料電池セルの平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における燃料電池セルの断面図である。
【図４】第２の実施形態における燃料電池セルの断面図である。
【図５】第３の実施形態における燃料電池セルの断面図である。
【図６】第４の実施形態における燃料電池セルの断面図である。
【図７】従来技術における燃料電池セルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図１から図３に基づいて説明する。図１は燃料電池スタック１を示し、図２（ａ）は燃料電池セル２（以下、セル２と称す）のカソード極側から見た平面図、図２（ｂ）はセル２のアノード極側から見た平面図である。図２（ａ）と図２（ｂ）は表裏を反転させた状態である。図３は図２における断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＡ２−Ａ２断面図である。図１に示すように、燃料電池スタック１は、セル２を基本単位として複数積層することでスタックを形成する。積層されたセル２は、電気的に直列に接続されている。各セル２による発電で得られた電流が、積層されたセル２の両端部に設けられた集電板３０に集電され、電気負荷や２次電池等の電力機器に供給される。なお、本実施形態では、セル２を複数積層したスタック構造としているが、セル１個を備えるものとしてもよい。
【００１８】
燃料電池１の集電板３０には、燃料電池１の内部に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水をそれぞれ導入するための燃料ガス導入口３２ａおよび酸化剤ガス導入口３４ａ、冷却水導入口３６ａが設けられている。また、燃料電池１の内部から外部に燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水をそれぞれ排出するための燃料ガス排出口３２ｂおよび酸化剤ガス排出口３４ｂ、冷却水排出口３６ｂが設けられている。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、セル２は外周端部に燃料ガス供給マニホールド１８ａ、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａ、冷却水供給マニホールド２２ａを備える。また外周端部においてこれらの供給マニホールドと対向する位置に、燃料ガス排出マニホールド１８ｂ、酸化剤ガス排出マニホールド２０ｂ、冷却水排出マニホールド２２ｂを備える。これらの供給・排出マニホールドは、セル２の積層方向に貫通するようにして設けられており、単セル２が複数積層されて燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水の流路が各々形成される。
【００２０】
燃料ガス供給マニホールド１８ａ、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａ、冷却水供給マニホールド２２ａのそれぞれは、燃料電池１の集電板３０に設けられた燃料ガス導入口３２ａ、酸化剤ガス導入口３４ｂ、冷却水導入口３６ａに連通する。同様に、燃料ガス排出マニホールド１８ｂ、酸化剤ガス排出マニホールド２０ｂ、冷却水排出マニホールド２２ｂは燃料電池１の集電板３０に設けられた燃料ガス排出口３２ｂ、酸化剤ガス排出口３４ｂ、冷却水排出口３６ｂに連通する。
【００２１】
セル２において燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド１８ａから供給され、セル２内部を対角線上に流動して燃料ガス排出マニホールド１８ｂへ排出される。同様にして、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａから供給され、セル２内部を対角線上に流動して酸化剤ガス排出マニホールド２０ｂへ排出される。冷却水は冷却水供給マニホールド２２ａから供給され、セル２と隣接セルとの間隙を通り、冷却水排出マニホールド２２ｂへ排出される。尚、本実施形態においては、ガス供給マニホールドと排出マニホールドを対角線上として規定したが、セパレータの表裏面で燃料ガスと酸化剤ガスの流動が行われればよく、マニホールドの位置、ガスの流動方向は適宜選択可能である。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、セル２をアノード側から見た場合、外周端部には各種マニホールドが設けられ、中央部に凹凸形状を備えて冷却水供給マニホールド２２ａから冷却水排出マニホールド２２ｂに向けて流路を形成する。カソード極を表面、アノード極を裏面としてみた場合、凹凸形状は、凹部４２と凸部４４からなり、凹部４２には燃料ガスが流動し、凸部には冷却水が流動する。また、端部に設けられたマニホールドと中央部に設けられた凹凸形状との間には段差部４６を備える。段差部４６は、燃料ガス供給マニホールド１８ａ及び凹部４２と連通しており、燃料ガス供給マニホールド２８ａから供給された燃料ガスをセル内部へと流動する。
【００２３】
図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、矢印はカソードに酸化剤ガスが供給される様子を示している。セル２は内部に、膜電極接合体６、カソード側多孔体流路８、アノード側溝流路１０、シール材１２、セパレータ１４、遮蔽材１６を備える。なお、図３〜６では、セル２の中央から左側のみを取り出し、さらにセル２を二つ積層した状態を図示している。符号は上段のセル２にのみ付与する。
【００２４】
膜電極接合体６はイオン伝導性を有する電解質膜３と、電解質膜３の両面に配接されるカソード極４及びアノード極５から形成される。アノード極５に供給された燃料ガスからプロトンと電子が生成され、該プロトンが電解質膜を通ってカソード極４へ移動し、このプロトンとカソード極４に供給された酸化剤ガスが反応することにより電気エネルギーと水が得られる。これら膜電極接合体６の形成材料としては、例えば、電解質膜３は含フッ素高分子を骨格とするイオン交換樹脂が用いられ、カソード極４及びアノード極５は、Pt、Auなどの金属触媒を、カーボンブラックなどの炭素材料に担持させた導電性担体が用いられる。
【００２５】
多孔体流路８はエキスパンドメタルや金属焼結体などの金属多孔体からなり、膜電極接合体６のカソード側面上に配接される。そして多孔体流路８の端部は、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａに突出した構成を有する。カソード側多孔体流路８は酸化剤ガス供給マニホールド２０ａに連通し、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａから導入された酸化剤ガスを膜電極接合体６のカソード極５へ供給する。
【００２６】
セパレータ１４ａはアルミニウム、ステンレス等の金属からなる導電性平板から形成され、多孔体流路８において膜電極接合体６と反対の面に積層される。セパレータ１４ａには、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａに対応する位置に空孔を有し、ガスの流路を形成する。セパレータ１４ａは、同様に燃料ガス供給マニホールド１８ａ、冷却水供給マニホールド２２ａ、燃料ガス排出マニホールド１８ｂ、酸化剤ガス排出マニホールド２０ｂ、冷却水排出マニホールド２２ｂに対応する位置についても空孔を備える（図３では図示省略）。
【００２７】
一方、膜電極接合体６のアノード側には、セパレータ１４ｂが配接される。セパレータ１４ｂはセパレータ１４ａと同様にアルミニウム、ステンレス等の金属から構成され、中央部に凹凸形状を備えて冷却水供給マニホールド２２ａから冷却水排出マニホールド２２ｂに向けて流路を形成する（図２（ｂ）参照）。凹凸形状は、凹部４２と凸部４４からなり、凹部４２には燃料ガスが流動し、凸部４４には冷却水が流動する。また、端部に設けられたマニホールドと中央部に設けられた凹凸形状との間には段差部４６を備える。酸化剤ガス供給マニホールド２０ａとセル中央の凹部４２との間においては、セパレータ１４ｂの段差部４６は階段上に形成される。セパレータ１４ｂは、酸化剤供給マニホールド２０ａ側では膜電極接合体６及びシール材１２に隣接し、階段状の段差部４６にて膜電極接合体６から離間し、セル中央の凹部４２では隣接セルと接する。これにより、膜電極接合体６との間に間隙が生じ、この間隙内を燃料ガスが流動して溝流路１０を形成する。すなわち、燃料ガス供給マニホールド１８ａ（図３においては図示せず）より供給された燃料ガスは、溝流路１０を流動してアノード極５へ燃料ガスを供給される。
【００２８】
また、図３（ｂ）に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａとセル中央の凸部４４との間においては、セパレータ１４ｂの段差部４６は積層方向に隣接セルへ向けて突出して形成される。セパレータ１４ｂは、酸化剤供給マニホールド２０ａ側では膜電極接合体６及びシール材１２に接し、段差部４６にて一旦膜電極接合体６から離間し、セル中央の凸部にて再度膜電極接合体６と接する。これにより、隣接セルのセパレータ１４ａとの間に空間５０を形成し、この空間内を冷却水流路が流動する。すなわち、冷却水供給マニホールド２２ａ（図３（ｂ）においては図示せず）より供給された冷却水は、セパレータ１４ｂと隣接セルとの間を流動してセルを冷却する。尚、本実施形態においては、セパレータ１４ｂの表裏面に凹凸を有し、凹凸は互いに噛み合う構成を規定したが、一方の面を平面形状とし、他方の面に凹凸形状を備える構成としてもよい。
【００２９】
酸化剤供給マニホールド２０ａ側において、多孔体流路８とセパレータ１４ｂとの間には、遮蔽材１６及びシール材１２が配置される。遮蔽材１６はアルミニウム、ステンレス等の金属から構成され、酸化剤供給マニホールド２０ａ側では多孔体流路８の端部よりセル外部方向に延伸し、他端ではカソード電極４の端部よりセル内部方向に延伸してカソード電極４と多孔体流路８との間に積層される。この様な構成によりシール材が流動して多孔体流路８の孔を塞ぎ気孔率が低下することを抑制できる。
【００３０】
シール材１２は膜電極接合体６の端部側面と溝流路１０に隣接すると共に、遮蔽材１６を挟んで多孔体流路８と反対側に配置され、膜電極接合体６及び溝流路１０と酸化剤ガス供給マニホールド２０ａとの間の空隙をシールする。これにより、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａから供給された酸化剤ガスがアノード電極５や溝流路１０へ漏洩することなく、多孔体流路８を経由して膜電極接合体６へ供給することが出来る。
【００３１】
ガスケット１３は、セル２のセパレーター１４ｂと隣接セルのセパレータ１４ａとの間に配置される。両セパレータの間に生じる空隙は冷却水の流路として形成される。
【００３２】
本実施形態の燃料電池セルによれば、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａへ供給された酸化剤ガスは、カソード側多孔体流路８の端部においてセパレータ１４ａ側の積層面を導入口として酸化剤ガスをカソード極４へ供給することが可能となる。これにより、多孔体流路８の側面部の気孔率が低い場合においても、十分な酸化剤ガスを多孔体流路８へ導入、カソード極４へ供給でき、燃料電池セル１の発電性能を向上させることが可能である。また、隣接するシール材が多孔体流路に流動して目詰まりを起こすことによってガス導入口が閉塞されることを防ぎ、燃料ガス若しくは酸化剤ガスをガス導入口から膜電極接合体へ確実に流動、供給できる。更に、多孔体流路８の端部において積層面にガス導入口を有する構成であるため、酸化剤マニホールド２０ａにガス導入口が隣接し、複雑な構造を要しない。そのため発電領域（面積）を狭めることなくガス導入効率を高めることが出来、高い発電性能が得られる。なお、本実施形態においては、図３の矢印にて示すとおり、アノード側からカソード側に向けて酸化剤ガスが供給される構成としているが、反対にカソード側からアノード側に向けて供給される構成としても良い。本実施形態のようにアノード側からカソード側に向けて供給される場合には、マニホールド２０ａ内の酸化剤ガス流動方向と多孔体流路８へ導入される際の酸化剤ガス流動方向が反対となるため、多孔体流路８へ急激にガスが流入することなく、燃料電池スタック１内の各セル２において均一なガス供給が可能となる。一方で、カソード側からアノード側へ向けて酸化剤ガスを供給した場合には、遮蔽材１６がガイドとなり、より効率的に多孔体流路８へガスを流入することが可能となる。
【００３３】
続いて、第２実施形態について図４に基づいて説明する。図４は、図３（ａ）と同様に図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３（ａ）と同様の構成を有する部分についての説明は以下省略する。
【００３４】
第２実施形態においては、多孔体流路８とシール材１２との境界面に遮蔽材１６を配せず、カソード電極４の端部を酸化剤供給マニホールド２０ａ方向に延伸させる。酸化剤供給マニホールド２０ａ側において、カソード電極４の端部はシール材１２の端部よりセル外部方向に延伸し、カソード極４が電解質膜２及びシール材１２を被覆することにより遮蔽効果を得る。
【００３５】
上記構成の燃料電池セルによれば、セル構造が簡素化し、部品点数の削減が可能である。また、遮蔽材により発電領域が狭められることなく、膜電極接合体の発電領域を十分に確保しつつ、効率的に多孔体流路へ燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給することが可能である。
【００３６】
第３実施形態について図５に基づいて説明する。図５は、図３（ａ）と同様に図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３（ａ）と同様の構成を有する部分についての説明は以下省略する。
【００３７】
多孔体流路８の端部は遮蔽材１６の酸化剤供給マニホールド２０ａ側端部より燃料電池セル１の内部側に配置される。セパレータ１４ａは、多孔体流路８の端部と積層する部位において凸形状を備え、セパレータ１４ａの凸部内に多孔体流路８の端部が配置する。これにより、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａから供給された酸化剤ガスが多孔体流路８の端部側面と端部上面から導入され、膜電極接合体６へ供給される。
【００３８】
セパレータ１４ｂは、溝流路１０の外周に沿って鍵曲がり形状を備え、該鍵曲がり形状部分にてセパレータ１４ａの凸部と嵌めあう構造を有する。そして、セパレータ１４ｂとセパレータ１４ａに挟持された空間を冷却水が流動する。
【００３９】
本実施形態の燃料電池セルによれば、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａへ供給された酸化剤ガスは、セパレータ１４ａの凸部内にて、多孔体流路８の上面（セパレータ１４ａ側の面）を導入口として効率的に酸化剤ガスをカソード極４へ供給することが可能となる。これにより、多孔体流路８の側面部の気孔率が低い場合においても、十分な酸化剤ガスを多孔体流路８へ導入、カソード極４へ供給できる。また、酸化剤マニホールド２０ａにおけるガス流路の圧損を小さく出来る。これにより、燃料電池セル１の発電性能を向上させることが可能である。
【００４０】
続いて、第４実施形態について図６に基づいて説明する。図６は図３（ａ）と同様に図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３と同様の構成を有する部分についての説明は以下省略する。
【００４１】
多孔体流路８の端部は遮蔽材１６の端部より燃料電池セル１の外部側であって、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａへ突出した状態で配置される。尚、本実施例において、酸化剤供給マニホールド２０ａはセパレータ１４ａ、１４ｂに設けられたマニホールド孔が積層方向に積層し、スタック内を貫通するように形成された連通孔を指す。スタック端部においては、酸化剤供給マニホールド２０ａは集電板３０に備えられた酸化剤ガス導入口３４ａに連通される。
【００４２】
本実施形態の燃料電池セルによれば、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａへ供給された酸化剤ガスは、積層方向下面より多孔体流路８に導入される。その後、酸化剤ガスは、多孔体流路８を通過して酸化剤ガス供給マニホールド２０ａへ導出して隣接セルへ流動する方向と、多孔体流路８内部へ流動する方向の二手に分かれる。一旦多孔体流路８から酸化剤ガスマニホールド２０ａへ導出された酸化剤ガスの一部は、さらに反転して積層方向上面より再度多孔体流路８へ取り込まれる。こうして積層方向の上下面より多孔体流路８へ取り込まれた酸化剤ガスは、多孔体流路８内を流動して膜電極接合体６へ供給される。これにより、多孔体流路８の積層面から十分な量の酸化剤ガスを多孔体流路８へ導入することが可能となる。従って、多孔体流路８の側面部の気孔率に関わらず、酸化剤ガスを確実に多孔体流路８へ導入、流動し、カソード極４へ供給でき、これにより燃料電池セル１の発電性能を向上させることが可能である。なお、多孔体流路８の孔径、形状によって、酸化剤ガスの流動方向、流動量を変化させることも可能である。
【００４３】
なお、第１から第４の実施の形態においては、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａからカソード側多孔体流路８への酸化剤ガスの供給に特定して述べたが、これらの実施の形態は、燃料ガス供給マニホールド１８からアノード側多孔体流路１０への燃料ガス供給に適用することも可能である。また、酸化剤ガス供給マニホールド２０ａの酸化剤ガス流動方向として、アノード極側からカソード極側へ流動する態様に特定して述べたが、酸化剤ガスの流動方向はこれに限られるものではなく、カソード極側からアノード極側へ流動する態様としてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１ 燃料電池スタック、２ 燃料電池セル、３ 電解質膜、４ カソード電極、５ アノード電極、６ 膜電極接合体、８ 多孔体流路、１０ 溝流路、１２ シール材、１３ ガスケット、１４ａ、１４ｂ セパレータ、１６ 遮蔽材、１８ａ 燃料ガス供給マニホールド、１８ｂ 燃料ガス排出マニホールド、２０ａ 酸化剤ガス供給マニホールド、２０ｂ 酸化剤ガス排出マニホールド、２２ａ 冷却水供給マニホールド、２２ｂ 冷却水排出マニホールド、３０ 集電板、３２ａ 燃料ガス導入口、３２ｂ 燃料ガス排出口、３４ａ 酸化剤ガス導入口、３４ｂ 酸化剤ガス排出口、３６ａ 冷却水導入口、３６ｂ 冷却水排出口、４０ 金属多孔体の側面、４２ 凹部、４４ 凸部、４６ 段差部、５０ 空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両端にアノード電極とカソード電極とが積層した膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の少なくとも一方の面に配置され、前記アノード電極若しくは前記カソード電極に燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給する多孔体流路と、
積層方向と垂直に配置され、前記多孔体流路へ燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給するマニホールドとを備え、
前記マニホールド側における前記多孔体流路の端部は、積層面の少なくとも一方にガス導入口を有することを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池セルにおいて、
前記膜電極接合体の外周面と前記マニホールドとの間に配置されるシール部材と、
前記シール部材と前記多孔体流路との間に配置される遮蔽材とを有し、
前記遮蔽材の端部は、前記シール部材の端部よりセル外部方向に延伸されることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項３】
請求項１若しくは請求項２に記載の燃料電池セルであって、
前記マニホールド側における前記多孔体流路の端部は、前記マニホールド内に突出することを特徴とする燃料電池セル。
【請求項４】
請求項１若しくは請求項２に記載の燃料電池セルであって、
前記マニホールド側における前記遮蔽材の端部は、前記多孔体流路の端部よりセル外部方向へ延伸することを特徴とする燃料電池セル。
【請求項５】
請求項１若しくは請求項２に記載の燃料電池セルにおいて、
前記膜電極接合体の片側に多孔体流路挟んで凸部を備えるセパレータを配置し、
前記マニホールドと前記セパレータの凸部が連通して形成された空間と、
前記多孔体流路の端部が前記セパレータの凸部幅の間となる位置に多孔体を設けることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池セルを備えた燃料電池。
【請求項１】
電解質膜の両端にアノード電極とカソード電極とが積層した膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の少なくとも一方の面に配置され、前記アノード電極若しくは前記カソード電極に燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給する多孔体流路と、
積層方向と垂直に配置され、前記多孔体流路へ燃料ガス若しくは酸化剤ガスを供給するマニホールドとを備え、
前記マニホールド側における前記多孔体流路の端部は、積層面の少なくとも一方にガス導入口を有することを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池セルにおいて、
前記膜電極接合体の外周面と前記マニホールドとの間に配置されるシール部材と、
前記シール部材と前記多孔体流路との間に配置される遮蔽材とを有し、
前記遮蔽材の端部は、前記シール部材の端部よりセル外部方向に延伸されることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項３】
請求項１若しくは請求項２に記載の燃料電池セルであって、
前記マニホールド側における前記多孔体流路の端部は、前記マニホールド内に突出することを特徴とする燃料電池セル。
【請求項４】
請求項１若しくは請求項２に記載の燃料電池セルであって、
前記マニホールド側における前記遮蔽材の端部は、前記多孔体流路の端部よりセル外部方向へ延伸することを特徴とする燃料電池セル。
【請求項５】
請求項１若しくは請求項２に記載の燃料電池セルにおいて、
前記膜電極接合体の片側に多孔体流路挟んで凸部を備えるセパレータを配置し、
前記マニホールドと前記セパレータの凸部が連通して形成された空間と、
前記多孔体流路の端部が前記セパレータの凸部幅の間となる位置に多孔体を設けることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池セルを備えた燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１２３９４９（Ｐ２０１２−１２３９４９Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７１９５６（Ｐ２０１０−２７１９５６）
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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