燃料電池及び測定装置
【課題】 過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能な燃料電池を実現する。
【解決手段】 水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池において、電解質膜と、この電解質膜の両面に形成される第１及び第２の触媒層・拡散層と、この第１の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、第２の触媒層・拡散層に燃料ガスのガス流路と流路が互いに対向すると共にそれぞれの供給口が燃料電池の対角線方向の相対する位置になるように形成される酸化ガスのガス流路と、第１及び第２の触媒層・拡散層、各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、燃料ガスの供給口の近傍に形成されたアノード側の参照電極と、酸化ガスの供給口の近傍に形成されたカソード側の参照電極と、２つの参照電極に電解質膜を介して対向する第１及び第２の触媒層・拡散層の部分にそれぞれ形成された絶縁部材とを設ける。
【解決手段】 水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池において、電解質膜と、この電解質膜の両面に形成される第１及び第２の触媒層・拡散層と、この第１の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、第２の触媒層・拡散層に燃料ガスのガス流路と流路が互いに対向すると共にそれぞれの供給口が燃料電池の対角線方向の相対する位置になるように形成される酸化ガスのガス流路と、第１及び第２の触媒層・拡散層、各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、燃料ガスの供給口の近傍に形成されたアノード側の参照電極と、酸化ガスの供給口の近傍に形成されたカソード側の参照電極と、２つの参照電極に電解質膜を介して対向する第１及び第２の触媒層・拡散層の部分にそれぞれ形成された絶縁部材とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池に関し、特に過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能な燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０５１３１８号公報
【特許文献２】特開２００４−１４６２６７号公報
【特許文献３】特開２００４−１９２９７１号公報
【特許文献４】特開２００５−１４９８５１号公報
【０００４】
図５は従来の燃料電池システムの一例を示す構成ブロック図である。図５において、１は電解質膜、２及び３は触媒層・拡散層である。電解質膜１の両面には触媒層・拡散層２及び触媒層・拡散層３がそれぞれ形成される。
【０００５】
図５中”ＦＧ０１”に示すように燃料ガス（例えば、水素等）が触媒層・拡散層２に供給され、図５中”ＯＧ０１”に示すように酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が触媒層・拡散層３に供給される。
【０００６】
ここで、図５に示す従来例の動作を説明する。触媒層・拡散層２側（アノード側）では水素が水素イオン（Ｈ＋ ）になり電子（ｅ− ）を放出し、一方、触媒層・拡散層３側（カソード側）では電解質膜１を伝播してきた水素イオン（Ｈ＋ ）と酸素原子が電子（ｅ− ）と反応して水（Ｈ２Ｏ ）が生成される。
【０００７】
この時、触媒層・拡散層２（アノード側）及び触媒層・拡散層３（カソード側）間の外部負荷を接続することにより、触媒層・拡散層２側（アノード側）で発生した電子（ｅ− ）を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。
【０００８】
図６及び図７は従来の過電圧を測定することが可能な燃料電池の一例を示す断面図である。図６は燃料電池の電解質膜に対して垂直な面における断面図、図７は燃料電池におけるガス流路に平行な面における断面図である。
【０００９】
図６において、４は電解質膜、５及び７はアノード側の触媒層・拡散層、６及び８はカソード側の触媒層・拡散層、９はアノード側に形成された燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路、１０はカソード側に形成された酸化ガス（酸素や空気等）のガス流路、１１及び１３はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、１２及び１４はカソード側に形成された導電性を有するセパレータ、１５及び１６は絶縁部材である。
【００１０】
電解質膜４の両面には触媒層・拡散層５と触媒層・拡散層７及び触媒層・拡散層６と触媒層・拡散層８がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層５及び触媒層・拡散層７の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路９が形成され、触媒層・拡散層６及び触媒層・拡散層８の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路１０が形成される。
【００１１】
例えば、ガス流路９及びガス流路１０は図７中”ＧＴ１１”に示すように触媒層・拡散層５と触媒層・拡散層７及び触媒層・拡散層６と触媒層・拡散層８上を蛇行するように形成されている。
【００１２】
また、セパレータ１１とセパレータ１３との間には絶縁部材１５が形成され、セパレータ１２とセパレータ１４との間には絶縁部材１６が形成される。
【００１３】
さらに、触媒層・拡散層５と触媒層・拡散層７との間はガス流路９によって分離され、触媒層・拡散層６と触媒層・拡散層８との間はガス流路１０によって分離される。
【００１４】
すなわち、アノード側の触媒層・拡散層５（セパレータ１１）と触媒層・拡散層７（セパレータ１３）とは電気的に分離され、同様に、カソード側の触媒層・拡散層６（セパレータ１２）と触媒層・拡散層８（セパレータ１４）ともまた電気的に分離されている。但し、ガス流路９はアノード側で共通であり、ガス流路１０はカソード側で共通である。
【００１５】
また、アノード側のセパレータ１３及び触媒層・拡散層７とカソード側のセパレータ１４及び触媒層・拡散層８は外部負荷が接続されて直流電流を取り出すための電極として機能し、アノード側のセパレータ１１及び触媒層・拡散層５とカソード側にセパレータ１２及び触媒層・拡散層６は外部負荷が接続されず、直流電流を取り出すことのない参照電極として機能する。
【００１６】
ここで、図６及び図７に示す従来例の動作を説明する。ガス流路９には燃料ガス（例えば、水素等）が供給され、ガス流路１０には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が供給される。例えば、図７中”ＩＮ１１”に示す供給口から燃料ガスや酸化ガスが供給され、図７中”ＯＴ１１”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。
【００１７】
アノード側の触媒層・拡散層７では水素が水素イオン（Ｈ＋ ）になり電子（ｅ− ）を放出し、一方、カソード側の触媒層・拡散層８側では電解質膜４を伝播してきた水素イオン（Ｈ＋ ）と酸素原子が電子（ｅ− ）と反応して水（Ｈ２Ｏ ）が生成される。
【００１８】
この時、アノード側の触媒層・拡散層７及びカソード側の触媒層・拡散層８（具体的には、セパレータ１３とセパレータ１４）と間の外部負荷を接続することにより、アノード側の触媒層・拡散層７で発生した電子（ｅ− ）を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。
【００１９】
このような燃料電池の動作状態において、カソード側のセパレータ１１とセパレータ１３との間の電位差を図示しない電圧測定手段で測定することにより、カソード側の過電圧を測定することができる。
【００２０】
同様に、アノード側のセパレータ１２とセパレータ１４との間の電位差を図示しない電圧測定手段で測定することにより、アノード側の過電圧を測定することができる。
【００２１】
また、カソード側のセパレータ１３とアノード側のセパレータ１４との間の負荷電流に交流成分を重畳し、電圧の応答性（ゲインと位相）を図示しない測定手段で測定することにより、アノード側及びカソード側のインピーダンスを測定することができる。
【００２２】
この結果、アノード側の触媒層・拡散層及びセパレータを電気的に分離して参照電極を形成し、カソード側に触媒層・拡散層及びセパレータを電気的に分離して参照電極を形成し、アノード側及びカソード側の参照電極間の電位差を測定することにより、過電圧を測定することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかし、図６及び図７に示す従来例では、参照電極として機能するアノード側のセパレータ１３及び触媒層・拡散層７とカソード側のセパレータ１４及び触媒層・拡散層８は、電解質膜４を介して互いに対向して形成する必要性があり、また、対向する触媒層・拡散層の電圧安定性を確保するために参照電極は燃料ガス及び酸化ガスの供給口近傍に形成する必要性があった。
【００２４】
このため、図６及び図７に示す従来例では、燃料ガス及び酸化ガスの流し方として”コフロー”若しくは”不完全なカウンターフロー”にしか対応することができないと言った問題点があった。
【００２５】
図８、図９及び図１０は”コフロー”、”不完全なカウンターフロー”及び”（完全な）カウンターフロー”を説明する説明図である。
【００２６】
図８において、”ＳＰ２１”、”ＳＰ２２”、”ＳＰ２３”及び”ＳＰ２４”はセパレータ、”ＧＴ２１”及び”ＧＴ２２”はガス流路、”ＩＳ２１”及び”ＩＳ２２”は絶縁部材、”ＣＡ２１”、”ＣＡ２２”、”ＣＡ２３”及び”ＣＡ２４”は触媒層・拡散層をそれぞれ示している。但し、電解質膜の記載は省略してある。
【００２７】
図８において、参照電極に相当する”ＳＰ２３（ＣＡ２３）”や”ＳＰ２４（ＣＡ２４）”に示すセパレータは図示しない電解質膜を介して互いに対向して形成されている。
【００２８】
このため、例えば、燃料ガスは図８中”ＩＮ２１”に示す供給口から供給され、酸化ガスは図８中”ＩＮ２２”に示す供給口から供給される。すなわち、燃料ガスの供給口と酸化ガスの供給口ともまた図示しない電解質膜を介して互いに対向している。
【００２９】
図８に示すアノード側及びカソード側のガス流路は、図示しない電解質膜を介して互いに対向するように形成されているので、燃料ガス及び酸化ガスは、図８中の矢印に示すように同じ方向に向かって流れる（コフロー）ことになる。
【００３０】
一方、図９において、”ＳＰ３１”、”ＳＰ３２”、”ＳＰ３３”及び”ＳＰ３４”はセパレータ、”ＧＴ３１”及び”ＧＴ３２”はガス流路、”ＩＳ３１”及び”ＩＳ３２”は絶縁部材、”ＣＡ３１”、”ＣＡ３２”、”ＣＡ３３”及び”ＣＡ３４”は触媒層・拡散層をそれぞれ示している。但し、電解質膜の記載は省略してある。
【００３１】
図９において、参照電極に相当する”ＳＰ３３（ＣＡ３３）”や”ＳＰ３４（ＣＡ３４）”に示すセパレータは図示しない電解質膜を介して互いに対向して形成されている。
【００３２】
但し、参照電極に相当するセパレータ（触媒層・拡散層）は、図８に比べて１ライン分ガス流路に渡って形成されているので、燃料ガスの供給口と酸化ガスの供給口とを図示しない電解質膜を介して互いに対向しないように形成することができる。
【００３３】
例えば、燃料ガスは図９中”ＩＮ３１”に示す供給口から供給させ、酸化ガスは図９中”ＩＮ３２”に示す供給口から供給させることにより、燃料ガスの供給口と酸化ガスの供給口とが図示しない電解質膜を介して互いに対向しなくなる。
【００３４】
図９に示すアノード側及びカソード側のガス流路は、図示しない電解質膜を介して横方向（具体的には、燃料電池の長手方向に垂直な方向）にのみ互いに対向するように形成されているので、燃料ガス及び酸化ガスは、横方向においては図９中の矢印に示すように互いに対向して流れる（不完全なカウンターフロー）ことになる。
【００３５】
また、図１０において、ＳＰ４１”及び”ＳＰ４２”はセパレータ、”ＧＴ４１”及び”ＧＴ４２”はガス流路をそれぞれ示している。但し、触媒層・拡散層及び電解質膜の記載は省略してあり、また、参照電極を形成しない構成となっている。
【００３６】
例えば、燃料ガスは図１０中”ＩＮ４１”に示す供給口から供給され、酸化ガスは図１０中”ＩＮ４２”に示す供給口から供給される。すなわち、燃料ガスの供給口と酸化ガスの供給口とはセパレータであって燃料電池の対角線方向に相対する位置に形成される。
【００３７】
図１０に示すアノード側及びカソード側のガス流路は、図示しない電解質膜等を介して完全に対向するように形成されているので、燃料ガス及び酸化ガスは、図１０中の矢印に示すように完全に対向して流れる（（完全な）カウンターフロー）ことになる。
【００３８】
但し、参照電極として機能するセパレータ（触媒層・拡散層）同士は互いに対向して形成する必要性があり、燃料ガスの供給口と酸化ガスの供給口とはセパレータの全く異なる位置に形成されるような（完全な）カウンターフローには対応できない。
従って本発明が解決しようとする課題は、過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能な燃料電池を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池において、
電解質膜と、この電解質膜の両面に形成される第１及び第２の触媒層・拡散層と、この第１の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、前記第２の触媒層・拡散層に前記燃料ガスのガス流路と流路が互いに対向すると共にそれぞれの供給口が燃料電池の対角線方向の相対する位置になるように形成される酸化ガスのガス流路と、前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、前記燃料ガスの供給口の近傍に形成されたアノード側の参照電極と、前記酸化ガスの供給口の近傍に形成されたカソード側の参照電極と、２つの前記参照電極に前記電解質膜を介して対向する前記第１及び第２の触媒層・拡散層の部分にそれぞれ形成された絶縁部材とを備えたことにより、過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能な燃料電池を実現することができる。
【００４０】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である燃料電池において、
前記参照電極が、
絶縁部材により前記第１若しくは前記第２のセパレータと絶縁され、前記酸化ガスのガス流路若しくは前記酸化ガスのガス流路を貫通して前記電解質膜に接続する白金電極で構成されることにより、過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能な燃料電池を実現ことができる。
【００４１】
請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である燃料電池の動作状態において、
測定装置が、
前記第１のセパレータと前記アノード側の参照電極との間の電位差を測定することにより、アノード側の過電圧を測定することができる。
【００４２】
請求項４記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である燃料電池の動作状態において、
測定装置が、
前記第１のセパレータと前記カソード側の参照電極との間の電位差を測定することにより、カソード側の過電圧を測定することができる。
【００４３】
請求項５記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である燃料電池の動作状態において、
測定装置が、
前記第１及び第２のセパレータの間の負荷電流に交流成分を重畳し、電圧の応答性を測定することにより、アノード側及びカソード側のインピーダンスを測定することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１及び請求項２の発明によれば、燃料ガス及び酸化ガスのガス流路を互いに完全に対向すると共にそれぞれの供給口が燃料電池の対角線方向の相対する位置になるように形成し、燃料ガスの供給口の近傍にアノード側の参照電極を、酸化ガスの供給口の近傍にカソード側の参照電極をそれぞれ形成し、２つの参照電極に電解質膜を介して対向する部分の触媒層・拡散層を除去して絶縁部材を形成することにより、過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能になる。
【００４５】
また、請求項３の発明によれば、燃料電池の動作状態において、測定装置が、前記第１のセパレータと前記アノード側の参照電極との間の電位差を測定することにより、アノード側の過電圧を測定することができる。
【００４６】
また、請求項４の発明によれば、燃料電池の動作状態において、測定装置が、前記第１のセパレータと前記カソード側の参照電極との間の電位差を測定することにより、カソード側の過電圧を測定することができる。
【００４７】
また、請求項５の発明によれば、燃料電池の動作状態において、測定装置が、前記第１及び第２のセパレータの間の負荷電流に交流成分を重畳し、電圧の応答性を測定することにより、アノード側及びカソード側のインピーダンスを測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料電池の一実施例を示す断面図である。図１は燃料電池の電解質膜に対して垂直な面における断面図である。
【００４９】
図１において、１７は電解質膜、１８はアノード側の触媒層・拡散層、１９及び２０はカソード側の触媒層・拡散層、２１はアノード側に形成された燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路、２２はカソード側に形成された酸化ガス（酸素や空気等）のガス流路、２３はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、２４及び２５はカソード側に形成された導電性を有するセパレータ、２６及び２７は絶縁部材である。
【００５０】
電解質膜１７の両面には触媒層・拡散層１８と触媒層・拡散層１９及び触媒層・拡散層２０がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層１８の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路２１が形成され、触媒層・拡散層１９及び触媒層・拡散層２０の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路２２が形成される。
【００５１】
例えば、ガス流路２１及びガス流路２２は、図１０に示すように図示しない電解質膜等を介して互いに完全に対向するように形成されている。
【００５２】
また、セパレータ２４とセパレータ２５との間には絶縁部材２６が形成され、触媒層・拡散層１９と触媒層・拡散層２０との間も分離される。さらに、触媒層・拡散層２０に対向する触媒層・拡散層１８の一部分は除去されて絶縁部材２７が形成される。
【００５３】
すなわち、カソード側の触媒層・拡散層１９及びセパレータ２４と触媒層・拡散層２０及びセパレータ２５は電気的に分離されている。また、アノード側の触媒層・拡散層１８及びセパレータ２３と図示しない触媒層・拡散層及びセパレータ（破線等で表記）とも電気的に分離されている。但し、ガス流路２１はアノード側で共通であり、ガス流路２２はカソード側で共通である。
【００５４】
また、アノード側のセパレータ２３及び触媒層・拡散層１８とカソード側のセパレータ２４及び触媒層・拡散層１９は外部負荷が接続されて直流電流を取り出すための電極として機能し、図示しないアノード側のセパレータ及び触媒層・拡散層とカソード側にセパレータ２５及び触媒層・拡散層２０は外部負荷が接続されず、直流電流を取り出すことのない参照電極として機能する。
【００５５】
ここで、図１に示す実施例の動作を図２を用いて説明する。図２は（完全な）カウンターフロー”を説明する説明図である。但し、従来例と同様の動作に関しては説明を適宜省略する。
【００５６】
図２において、”ＳＰ５１”、”ＳＰ５２”、”ＳＰ５３”及び”ＳＰ５４”はセパレータ、”ＧＴ５１”及び”ＧＴ５２”はガス流路、”ＩＳ５１”、”ＩＳ５２”、”ＩＳ５３”及び”ＩＳ５４”は絶縁部材、”ＣＡ５１”、”ＣＡ５２”、”ＣＡ５３”及び”ＣＡ５４”は触媒層・拡散層をそれぞれ示している。但し、電解質膜の記載は省略してある。
【００５７】
図２において、参照電極に相当する”ＳＰ５３”及び”ＣＡ５３”や”ＳＰ５４”及び”ＣＡ５４”に示すセパレータは図示しない電解質膜を介して燃料電池の対角線方向の相対する位置に形成されている。また、燃料ガスの供給口と酸化ガスの供給口とは図示しない電解質膜を介して燃料電池の対角線方向の相対する位置に形成されている。
【００５８】
また、図２に示すアノード側及びカソード側のガス流路は、図示しない電解質膜等を介して互いに完全に対向するように形成されているので、燃料ガス及び酸化ガスは、図２中の矢印に示すように互いに完全に対向して流れる（（完全な）カウンターフロー）ことになる。
【００５９】
また、図２中”ＳＰ５３”及び”ＳＰ５４”に示すセパレータは非発電部位になるので、当該セパレータに対向する図２中”ＣＡ５２”及び”ＣＡ５１”に示す触媒層・拡散層の部分を除去し、図２中”ＩＳ５３”及び”ＩＳ５４”に示す絶縁部材を形成することにより、対向するセパレータとの電気的な絶縁を確保している。
【００６０】
ガス流路２１には燃料ガス（例えば、水素等）が供給され、ガス流路２２には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が供給される。
【００６１】
例えば、図２中”ＩＮ５１”に示す供給口から燃料ガスが供給され、図２中”ＯＴ５１”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。同様に、図２中”ＩＮ５２”に示す供給口から酸化ガスが供給され、図２中”ＯＴ５２”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。
【００６２】
アノード側の触媒層・拡散層１８（図２中”ＣＡ５１”）では水素が水素イオン（Ｈ＋ ）になり電子（ｅ− ）を放出し、一方、カソード側の触媒層・拡散層１９（図２中”ＣＡ５２”）では電解質膜１７を伝播してきた水素イオン（Ｈ＋ ）と酸素原子が電子（ｅ− ）と反応して水（Ｈ２Ｏ ）が生成される。
【００６３】
この時、アノード側の触媒層・拡散層１８及びカソード側の触媒層・拡散層１９（図２中”ＳＰ５１”と”ＳＰ５２”）と間の外部負荷を接続することにより、アノード側の触媒層・拡散層１８で発生した電子（ｅ− ）を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。
【００６４】
このような燃料電池の動作状態において、アノード側のセパレータ２３（図２中”ＳＰ５１”）と図示しないセパレータ（図２中”ＳＰ５３”）との間の電位差を図示しない電圧測定手段で測定することにより、アノード側の過電圧を測定することができる。
【００６５】
同様に、カソード側のセパレータ２４（図２中”ＳＰ５２”）とセパレータ２５（図２中”ＳＰ５４”）との間の電位差を図示しない電圧測定手段で測定することにより、カソード側の過電圧を測定することができる。
【００６６】
また、このような燃料電池の動作状態において、アノード側のセパレータ２３（図２中”ＳＰ５１”）とカソード側のセパレータ２４（図２中”ＳＰ５２”）との間の負荷電流に交流成分を重畳し、アノード側及びカソード側の過電圧の応答性（ゲインと位相）を図示しない測定手段で測定することにより、アノード側及びカソード側のインピーダンスを測定することができる。
【００６７】
この結果、燃料ガス及び酸化ガスのガス流路を互いに完全に対向すると共にそれぞれの供給口が燃料電池の対角線方向の相対する位置になるように形成し、燃料ガスの供給口の近傍にアノード側の参照電極を、酸化ガスの供給口の近傍にカソード側の参照電極をそれぞれ形成し、２つの参照電極に電解質膜を介して対向する部分の触媒層・拡散層を除去して絶縁部材を形成することにより、過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能な燃料電池を実現する。
【００６８】
なお、図１等に示す実施例を一般的な参照電極付セル（ＲＨＥ：Reversible Hydrogen Electrode）に適用しても構わない。
【００６９】
図３はこのような燃料電池の他の実施例を示す平面図、図４は図３の部分平面図及び断面図である。一般的な参照電極付セルではアノード側にのみ白金電極が設けられている。
【００７０】
図４は図３中”ＰＴ６１”に示すアノード側の参照電極（白金電極）近傍を拡大したものであり、図４において、”ＳＰ７１”、”ＳＰ７２”及び”ＳＰ７３”はセパレータ、”ＧＴ７１”はガス流路、”ＩＳ７１”は絶縁部材、”ＣＡ７１”は触媒層・拡散層、”ＧＫ７１”はガスケット、”ＥＤ７１”は白金電極、”ＰＥ７１”は電解質膜をそれぞれ示している。
【００７１】
図４中”ＥＤ７１”に示す白金電極は図４中”ＩＳ７１”に示す絶縁部材を介して図４中”ＳＰ７１”及び”ＳＰ７２”に示すセパレータ内に設置され、図４中”ＧＴ７１”に示すガス流路を貫通して図４中”ＰＥ７１”に示す電解質膜に電気的に接続する。
【００７２】
このような構成の白金電極をカソード側に設ける。但し、アノード側及びカソード側の白金電極は、燃料電池の対角線方向の相対する位置に形成することにより、図１等に示す実施例と同様の効果を奏することになる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る燃料電池の一実施例を示す断面図である。
【図２】カウンターフローを説明する説明図である。
【図３】燃料電池の他の実施例を示す平面図である。
【図４】図３の部分平面図及び断面図である。
【図５】従来の燃料電池システムの一例を示す構成ブロック図である。
【図６】従来の過電圧を測定することが可能な燃料電池の一例を示す断面図である。
【図７】従来の過電圧を測定することが可能な燃料電池の一例を示す断面図である。
【図８】コフローを説明する説明図である。
【図９】不完全なカウンターフローを説明する説明図である。
【図１０】カウンターフローを説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１，４，１７ 電解質膜
２，３，５，６，７，８，１８，１９，２０ 触媒層・拡散層
９，１０，２１，２２ ガス流路
１１，１２，１３，１４，２３，２４，２５ セパレータ
１５，１６，２６，２７ 絶縁部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池に関し、特に過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能な燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０５１３１８号公報
【特許文献２】特開２００４−１４６２６７号公報
【特許文献３】特開２００４−１９２９７１号公報
【特許文献４】特開２００５−１４９８５１号公報
【０００４】
図５は従来の燃料電池システムの一例を示す構成ブロック図である。図５において、１は電解質膜、２及び３は触媒層・拡散層である。電解質膜１の両面には触媒層・拡散層２及び触媒層・拡散層３がそれぞれ形成される。
【０００５】
図５中”ＦＧ０１”に示すように燃料ガス（例えば、水素等）が触媒層・拡散層２に供給され、図５中”ＯＧ０１”に示すように酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が触媒層・拡散層３に供給される。
【０００６】
ここで、図５に示す従来例の動作を説明する。触媒層・拡散層２側（アノード側）では水素が水素イオン（Ｈ＋ ）になり電子（ｅ− ）を放出し、一方、触媒層・拡散層３側（カソード側）では電解質膜１を伝播してきた水素イオン（Ｈ＋ ）と酸素原子が電子（ｅ− ）と反応して水（Ｈ２Ｏ ）が生成される。
【０００７】
この時、触媒層・拡散層２（アノード側）及び触媒層・拡散層３（カソード側）間の外部負荷を接続することにより、触媒層・拡散層２側（アノード側）で発生した電子（ｅ− ）を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。
【０００８】
図６及び図７は従来の過電圧を測定することが可能な燃料電池の一例を示す断面図である。図６は燃料電池の電解質膜に対して垂直な面における断面図、図７は燃料電池におけるガス流路に平行な面における断面図である。
【０００９】
図６において、４は電解質膜、５及び７はアノード側の触媒層・拡散層、６及び８はカソード側の触媒層・拡散層、９はアノード側に形成された燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路、１０はカソード側に形成された酸化ガス（酸素や空気等）のガス流路、１１及び１３はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、１２及び１４はカソード側に形成された導電性を有するセパレータ、１５及び１６は絶縁部材である。
【００１０】
電解質膜４の両面には触媒層・拡散層５と触媒層・拡散層７及び触媒層・拡散層６と触媒層・拡散層８がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層５及び触媒層・拡散層７の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路９が形成され、触媒層・拡散層６及び触媒層・拡散層８の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路１０が形成される。
【００１１】
例えば、ガス流路９及びガス流路１０は図７中”ＧＴ１１”に示すように触媒層・拡散層５と触媒層・拡散層７及び触媒層・拡散層６と触媒層・拡散層８上を蛇行するように形成されている。
【００１２】
また、セパレータ１１とセパレータ１３との間には絶縁部材１５が形成され、セパレータ１２とセパレータ１４との間には絶縁部材１６が形成される。
【００１３】
さらに、触媒層・拡散層５と触媒層・拡散層７との間はガス流路９によって分離され、触媒層・拡散層６と触媒層・拡散層８との間はガス流路１０によって分離される。
【００１４】
すなわち、アノード側の触媒層・拡散層５（セパレータ１１）と触媒層・拡散層７（セパレータ１３）とは電気的に分離され、同様に、カソード側の触媒層・拡散層６（セパレータ１２）と触媒層・拡散層８（セパレータ１４）ともまた電気的に分離されている。但し、ガス流路９はアノード側で共通であり、ガス流路１０はカソード側で共通である。
【００１５】
また、アノード側のセパレータ１３及び触媒層・拡散層７とカソード側のセパレータ１４及び触媒層・拡散層８は外部負荷が接続されて直流電流を取り出すための電極として機能し、アノード側のセパレータ１１及び触媒層・拡散層５とカソード側にセパレータ１２及び触媒層・拡散層６は外部負荷が接続されず、直流電流を取り出すことのない参照電極として機能する。
【００１６】
ここで、図６及び図７に示す従来例の動作を説明する。ガス流路９には燃料ガス（例えば、水素等）が供給され、ガス流路１０には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が供給される。例えば、図７中”ＩＮ１１”に示す供給口から燃料ガスや酸化ガスが供給され、図７中”ＯＴ１１”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。
【００１７】
アノード側の触媒層・拡散層７では水素が水素イオン（Ｈ＋ ）になり電子（ｅ− ）を放出し、一方、カソード側の触媒層・拡散層８側では電解質膜４を伝播してきた水素イオン（Ｈ＋ ）と酸素原子が電子（ｅ− ）と反応して水（Ｈ２Ｏ ）が生成される。
【００１８】
この時、アノード側の触媒層・拡散層７及びカソード側の触媒層・拡散層８（具体的には、セパレータ１３とセパレータ１４）と間の外部負荷を接続することにより、アノード側の触媒層・拡散層７で発生した電子（ｅ− ）を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。
【００１９】
このような燃料電池の動作状態において、カソード側のセパレータ１１とセパレータ１３との間の電位差を図示しない電圧測定手段で測定することにより、カソード側の過電圧を測定することができる。
【００２０】
同様に、アノード側のセパレータ１２とセパレータ１４との間の電位差を図示しない電圧測定手段で測定することにより、アノード側の過電圧を測定することができる。
【００２１】
また、カソード側のセパレータ１３とアノード側のセパレータ１４との間の負荷電流に交流成分を重畳し、電圧の応答性（ゲインと位相）を図示しない測定手段で測定することにより、アノード側及びカソード側のインピーダンスを測定することができる。
【００２２】
この結果、アノード側の触媒層・拡散層及びセパレータを電気的に分離して参照電極を形成し、カソード側に触媒層・拡散層及びセパレータを電気的に分離して参照電極を形成し、アノード側及びカソード側の参照電極間の電位差を測定することにより、過電圧を測定することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかし、図６及び図７に示す従来例では、参照電極として機能するアノード側のセパレータ１３及び触媒層・拡散層７とカソード側のセパレータ１４及び触媒層・拡散層８は、電解質膜４を介して互いに対向して形成する必要性があり、また、対向する触媒層・拡散層の電圧安定性を確保するために参照電極は燃料ガス及び酸化ガスの供給口近傍に形成する必要性があった。
【００２４】
このため、図６及び図７に示す従来例では、燃料ガス及び酸化ガスの流し方として”コフロー”若しくは”不完全なカウンターフロー”にしか対応することができないと言った問題点があった。
【００２５】
図８、図９及び図１０は”コフロー”、”不完全なカウンターフロー”及び”（完全な）カウンターフロー”を説明する説明図である。
【００２６】
図８において、”ＳＰ２１”、”ＳＰ２２”、”ＳＰ２３”及び”ＳＰ２４”はセパレータ、”ＧＴ２１”及び”ＧＴ２２”はガス流路、”ＩＳ２１”及び”ＩＳ２２”は絶縁部材、”ＣＡ２１”、”ＣＡ２２”、”ＣＡ２３”及び”ＣＡ２４”は触媒層・拡散層をそれぞれ示している。但し、電解質膜の記載は省略してある。
【００２７】
図８において、参照電極に相当する”ＳＰ２３（ＣＡ２３）”や”ＳＰ２４（ＣＡ２４）”に示すセパレータは図示しない電解質膜を介して互いに対向して形成されている。
【００２８】
このため、例えば、燃料ガスは図８中”ＩＮ２１”に示す供給口から供給され、酸化ガスは図８中”ＩＮ２２”に示す供給口から供給される。すなわち、燃料ガスの供給口と酸化ガスの供給口ともまた図示しない電解質膜を介して互いに対向している。
【００２９】
図８に示すアノード側及びカソード側のガス流路は、図示しない電解質膜を介して互いに対向するように形成されているので、燃料ガス及び酸化ガスは、図８中の矢印に示すように同じ方向に向かって流れる（コフロー）ことになる。
【００３０】
一方、図９において、”ＳＰ３１”、”ＳＰ３２”、”ＳＰ３３”及び”ＳＰ３４”はセパレータ、”ＧＴ３１”及び”ＧＴ３２”はガス流路、”ＩＳ３１”及び”ＩＳ３２”は絶縁部材、”ＣＡ３１”、”ＣＡ３２”、”ＣＡ３３”及び”ＣＡ３４”は触媒層・拡散層をそれぞれ示している。但し、電解質膜の記載は省略してある。
【００３１】
図９において、参照電極に相当する”ＳＰ３３（ＣＡ３３）”や”ＳＰ３４（ＣＡ３４）”に示すセパレータは図示しない電解質膜を介して互いに対向して形成されている。
【００３２】
但し、参照電極に相当するセパレータ（触媒層・拡散層）は、図８に比べて１ライン分ガス流路に渡って形成されているので、燃料ガスの供給口と酸化ガスの供給口とを図示しない電解質膜を介して互いに対向しないように形成することができる。
【００３３】
例えば、燃料ガスは図９中”ＩＮ３１”に示す供給口から供給させ、酸化ガスは図９中”ＩＮ３２”に示す供給口から供給させることにより、燃料ガスの供給口と酸化ガスの供給口とが図示しない電解質膜を介して互いに対向しなくなる。
【００３４】
図９に示すアノード側及びカソード側のガス流路は、図示しない電解質膜を介して横方向（具体的には、燃料電池の長手方向に垂直な方向）にのみ互いに対向するように形成されているので、燃料ガス及び酸化ガスは、横方向においては図９中の矢印に示すように互いに対向して流れる（不完全なカウンターフロー）ことになる。
【００３５】
また、図１０において、ＳＰ４１”及び”ＳＰ４２”はセパレータ、”ＧＴ４１”及び”ＧＴ４２”はガス流路をそれぞれ示している。但し、触媒層・拡散層及び電解質膜の記載は省略してあり、また、参照電極を形成しない構成となっている。
【００３６】
例えば、燃料ガスは図１０中”ＩＮ４１”に示す供給口から供給され、酸化ガスは図１０中”ＩＮ４２”に示す供給口から供給される。すなわち、燃料ガスの供給口と酸化ガスの供給口とはセパレータであって燃料電池の対角線方向に相対する位置に形成される。
【００３７】
図１０に示すアノード側及びカソード側のガス流路は、図示しない電解質膜等を介して完全に対向するように形成されているので、燃料ガス及び酸化ガスは、図１０中の矢印に示すように完全に対向して流れる（（完全な）カウンターフロー）ことになる。
【００３８】
但し、参照電極として機能するセパレータ（触媒層・拡散層）同士は互いに対向して形成する必要性があり、燃料ガスの供給口と酸化ガスの供給口とはセパレータの全く異なる位置に形成されるような（完全な）カウンターフローには対応できない。
従って本発明が解決しようとする課題は、過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能な燃料電池を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池において、
電解質膜と、この電解質膜の両面に形成される第１及び第２の触媒層・拡散層と、この第１の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、前記第２の触媒層・拡散層に前記燃料ガスのガス流路と流路が互いに対向すると共にそれぞれの供給口が燃料電池の対角線方向の相対する位置になるように形成される酸化ガスのガス流路と、前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、前記燃料ガスの供給口の近傍に形成されたアノード側の参照電極と、前記酸化ガスの供給口の近傍に形成されたカソード側の参照電極と、２つの前記参照電極に前記電解質膜を介して対向する前記第１及び第２の触媒層・拡散層の部分にそれぞれ形成された絶縁部材とを備えたことにより、過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能な燃料電池を実現することができる。
【００４０】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である燃料電池において、
前記参照電極が、
絶縁部材により前記第１若しくは前記第２のセパレータと絶縁され、前記酸化ガスのガス流路若しくは前記酸化ガスのガス流路を貫通して前記電解質膜に接続する白金電極で構成されることにより、過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能な燃料電池を実現ことができる。
【００４１】
請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である燃料電池の動作状態において、
測定装置が、
前記第１のセパレータと前記アノード側の参照電極との間の電位差を測定することにより、アノード側の過電圧を測定することができる。
【００４２】
請求項４記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である燃料電池の動作状態において、
測定装置が、
前記第１のセパレータと前記カソード側の参照電極との間の電位差を測定することにより、カソード側の過電圧を測定することができる。
【００４３】
請求項５記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である燃料電池の動作状態において、
測定装置が、
前記第１及び第２のセパレータの間の負荷電流に交流成分を重畳し、電圧の応答性を測定することにより、アノード側及びカソード側のインピーダンスを測定することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１及び請求項２の発明によれば、燃料ガス及び酸化ガスのガス流路を互いに完全に対向すると共にそれぞれの供給口が燃料電池の対角線方向の相対する位置になるように形成し、燃料ガスの供給口の近傍にアノード側の参照電極を、酸化ガスの供給口の近傍にカソード側の参照電極をそれぞれ形成し、２つの参照電極に電解質膜を介して対向する部分の触媒層・拡散層を除去して絶縁部材を形成することにより、過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能になる。
【００４５】
また、請求項３の発明によれば、燃料電池の動作状態において、測定装置が、前記第１のセパレータと前記アノード側の参照電極との間の電位差を測定することにより、アノード側の過電圧を測定することができる。
【００４６】
また、請求項４の発明によれば、燃料電池の動作状態において、測定装置が、前記第１のセパレータと前記カソード側の参照電極との間の電位差を測定することにより、カソード側の過電圧を測定することができる。
【００４７】
また、請求項５の発明によれば、燃料電池の動作状態において、測定装置が、前記第１及び第２のセパレータの間の負荷電流に交流成分を重畳し、電圧の応答性を測定することにより、アノード側及びカソード側のインピーダンスを測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料電池の一実施例を示す断面図である。図１は燃料電池の電解質膜に対して垂直な面における断面図である。
【００４９】
図１において、１７は電解質膜、１８はアノード側の触媒層・拡散層、１９及び２０はカソード側の触媒層・拡散層、２１はアノード側に形成された燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路、２２はカソード側に形成された酸化ガス（酸素や空気等）のガス流路、２３はアノード側に形成された導電性を有するセパレータ、２４及び２５はカソード側に形成された導電性を有するセパレータ、２６及び２７は絶縁部材である。
【００５０】
電解質膜１７の両面には触媒層・拡散層１８と触媒層・拡散層１９及び触媒層・拡散層２０がそれぞれ形成される。また、触媒層・拡散層１８の上には燃料ガス（例えば、水素等）のガス流路２１が形成され、触媒層・拡散層１９及び触媒層・拡散層２０の上には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）のガス流路２２が形成される。
【００５１】
例えば、ガス流路２１及びガス流路２２は、図１０に示すように図示しない電解質膜等を介して互いに完全に対向するように形成されている。
【００５２】
また、セパレータ２４とセパレータ２５との間には絶縁部材２６が形成され、触媒層・拡散層１９と触媒層・拡散層２０との間も分離される。さらに、触媒層・拡散層２０に対向する触媒層・拡散層１８の一部分は除去されて絶縁部材２７が形成される。
【００５３】
すなわち、カソード側の触媒層・拡散層１９及びセパレータ２４と触媒層・拡散層２０及びセパレータ２５は電気的に分離されている。また、アノード側の触媒層・拡散層１８及びセパレータ２３と図示しない触媒層・拡散層及びセパレータ（破線等で表記）とも電気的に分離されている。但し、ガス流路２１はアノード側で共通であり、ガス流路２２はカソード側で共通である。
【００５４】
また、アノード側のセパレータ２３及び触媒層・拡散層１８とカソード側のセパレータ２４及び触媒層・拡散層１９は外部負荷が接続されて直流電流を取り出すための電極として機能し、図示しないアノード側のセパレータ及び触媒層・拡散層とカソード側にセパレータ２５及び触媒層・拡散層２０は外部負荷が接続されず、直流電流を取り出すことのない参照電極として機能する。
【００５５】
ここで、図１に示す実施例の動作を図２を用いて説明する。図２は（完全な）カウンターフロー”を説明する説明図である。但し、従来例と同様の動作に関しては説明を適宜省略する。
【００５６】
図２において、”ＳＰ５１”、”ＳＰ５２”、”ＳＰ５３”及び”ＳＰ５４”はセパレータ、”ＧＴ５１”及び”ＧＴ５２”はガス流路、”ＩＳ５１”、”ＩＳ５２”、”ＩＳ５３”及び”ＩＳ５４”は絶縁部材、”ＣＡ５１”、”ＣＡ５２”、”ＣＡ５３”及び”ＣＡ５４”は触媒層・拡散層をそれぞれ示している。但し、電解質膜の記載は省略してある。
【００５７】
図２において、参照電極に相当する”ＳＰ５３”及び”ＣＡ５３”や”ＳＰ５４”及び”ＣＡ５４”に示すセパレータは図示しない電解質膜を介して燃料電池の対角線方向の相対する位置に形成されている。また、燃料ガスの供給口と酸化ガスの供給口とは図示しない電解質膜を介して燃料電池の対角線方向の相対する位置に形成されている。
【００５８】
また、図２に示すアノード側及びカソード側のガス流路は、図示しない電解質膜等を介して互いに完全に対向するように形成されているので、燃料ガス及び酸化ガスは、図２中の矢印に示すように互いに完全に対向して流れる（（完全な）カウンターフロー）ことになる。
【００５９】
また、図２中”ＳＰ５３”及び”ＳＰ５４”に示すセパレータは非発電部位になるので、当該セパレータに対向する図２中”ＣＡ５２”及び”ＣＡ５１”に示す触媒層・拡散層の部分を除去し、図２中”ＩＳ５３”及び”ＩＳ５４”に示す絶縁部材を形成することにより、対向するセパレータとの電気的な絶縁を確保している。
【００６０】
ガス流路２１には燃料ガス（例えば、水素等）が供給され、ガス流路２２には酸化ガス（例えば、酸素や空気等）が供給される。
【００６１】
例えば、図２中”ＩＮ５１”に示す供給口から燃料ガスが供給され、図２中”ＯＴ５１”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。同様に、図２中”ＩＮ５２”に示す供給口から酸化ガスが供給され、図２中”ＯＴ５２”に示す排気口から反応しなかったガス等が放出される。
【００６２】
アノード側の触媒層・拡散層１８（図２中”ＣＡ５１”）では水素が水素イオン（Ｈ＋ ）になり電子（ｅ− ）を放出し、一方、カソード側の触媒層・拡散層１９（図２中”ＣＡ５２”）では電解質膜１７を伝播してきた水素イオン（Ｈ＋ ）と酸素原子が電子（ｅ− ）と反応して水（Ｈ２Ｏ ）が生成される。
【００６３】
この時、アノード側の触媒層・拡散層１８及びカソード側の触媒層・拡散層１９（図２中”ＳＰ５１”と”ＳＰ５２”）と間の外部負荷を接続することにより、アノード側の触媒層・拡散層１８で発生した電子（ｅ− ）を取り出す、言い換えれば、直流電流を取り出すことが可能になる。
【００６４】
このような燃料電池の動作状態において、アノード側のセパレータ２３（図２中”ＳＰ５１”）と図示しないセパレータ（図２中”ＳＰ５３”）との間の電位差を図示しない電圧測定手段で測定することにより、アノード側の過電圧を測定することができる。
【００６５】
同様に、カソード側のセパレータ２４（図２中”ＳＰ５２”）とセパレータ２５（図２中”ＳＰ５４”）との間の電位差を図示しない電圧測定手段で測定することにより、カソード側の過電圧を測定することができる。
【００６６】
また、このような燃料電池の動作状態において、アノード側のセパレータ２３（図２中”ＳＰ５１”）とカソード側のセパレータ２４（図２中”ＳＰ５２”）との間の負荷電流に交流成分を重畳し、アノード側及びカソード側の過電圧の応答性（ゲインと位相）を図示しない測定手段で測定することにより、アノード側及びカソード側のインピーダンスを測定することができる。
【００６７】
この結果、燃料ガス及び酸化ガスのガス流路を互いに完全に対向すると共にそれぞれの供給口が燃料電池の対角線方向の相対する位置になるように形成し、燃料ガスの供給口の近傍にアノード側の参照電極を、酸化ガスの供給口の近傍にカソード側の参照電極をそれぞれ形成し、２つの参照電極に電解質膜を介して対向する部分の触媒層・拡散層を除去して絶縁部材を形成することにより、過電圧の測定が可能で燃料ガス及び酸化ガスをカウンターフローで流すことが可能な燃料電池を実現する。
【００６８】
なお、図１等に示す実施例を一般的な参照電極付セル（ＲＨＥ：Reversible Hydrogen Electrode）に適用しても構わない。
【００６９】
図３はこのような燃料電池の他の実施例を示す平面図、図４は図３の部分平面図及び断面図である。一般的な参照電極付セルではアノード側にのみ白金電極が設けられている。
【００７０】
図４は図３中”ＰＴ６１”に示すアノード側の参照電極（白金電極）近傍を拡大したものであり、図４において、”ＳＰ７１”、”ＳＰ７２”及び”ＳＰ７３”はセパレータ、”ＧＴ７１”はガス流路、”ＩＳ７１”は絶縁部材、”ＣＡ７１”は触媒層・拡散層、”ＧＫ７１”はガスケット、”ＥＤ７１”は白金電極、”ＰＥ７１”は電解質膜をそれぞれ示している。
【００７１】
図４中”ＥＤ７１”に示す白金電極は図４中”ＩＳ７１”に示す絶縁部材を介して図４中”ＳＰ７１”及び”ＳＰ７２”に示すセパレータ内に設置され、図４中”ＧＴ７１”に示すガス流路を貫通して図４中”ＰＥ７１”に示す電解質膜に電気的に接続する。
【００７２】
このような構成の白金電極をカソード側に設ける。但し、アノード側及びカソード側の白金電極は、燃料電池の対角線方向の相対する位置に形成することにより、図１等に示す実施例と同様の効果を奏することになる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る燃料電池の一実施例を示す断面図である。
【図２】カウンターフローを説明する説明図である。
【図３】燃料電池の他の実施例を示す平面図である。
【図４】図３の部分平面図及び断面図である。
【図５】従来の燃料電池システムの一例を示す構成ブロック図である。
【図６】従来の過電圧を測定することが可能な燃料電池の一例を示す断面図である。
【図７】従来の過電圧を測定することが可能な燃料電池の一例を示す断面図である。
【図８】コフローを説明する説明図である。
【図９】不完全なカウンターフローを説明する説明図である。
【図１０】カウンターフローを説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１，４，１７ 電解質膜
２，３，５，６，７，８，１８，１９，２０ 触媒層・拡散層
９，１０，２１，２２ ガス流路
１１，１２，１３，１４，２３，２４，２５ セパレータ
１５，１６，２６，２７ 絶縁部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池において、
電解質膜と、
この電解質膜の両面に形成される第１及び第２の触媒層・拡散層と、
この第１の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、
前記第２の触媒層・拡散層に前記燃料ガスのガス流路と流路が互いに対向すると共にそれぞれの供給口が燃料電池の対角線方向の相対する位置になるように形成される酸化ガスのガス流路と、
前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、
前記燃料ガスの供給口の近傍に形成されたアノード側の参照電極と、
前記酸化ガスの供給口の近傍に形成されたカソード側の参照電極と、
２つの前記参照電極に前記電解質膜を介して対向する前記第１及び第２の触媒層・拡散層の部分にそれぞれ形成された絶縁部材と
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記参照電極が、
絶縁部材により前記第１若しくは前記第２のセパレータと絶縁され、前記酸化ガスのガス流路若しくは前記酸化ガスのガス流路を貫通して前記電解質膜に接続する白金電極で構成されることを特徴とする
請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
請求項１若しくは請求項２記載の燃料電池の動作状態において、
前記第１のセパレータと前記アノード側の参照電極との間の電位差を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項４】
請求項１若しくは請求項２記載の燃料電池の動作状態において、
前記第１のセパレータと前記カソード側の参照電極との間の電位差を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項５】
請求項１若しくは請求項２記載の燃料電池の動作状態において、
前記第１及び第２のセパレータの間の負荷電流に交流成分を重畳し、電圧の応答性を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項１】
水素と酸素とを化学反応させることにより発電を行う燃料電池において、
電解質膜と、
この電解質膜の両面に形成される第１及び第２の触媒層・拡散層と、
この第１の触媒層・拡散層に形成される燃料ガスのガス流路と、
前記第２の触媒層・拡散層に前記燃料ガスのガス流路と流路が互いに対向すると共にそれぞれの供給口が燃料電池の対角線方向の相対する位置になるように形成される酸化ガスのガス流路と、
前記第１及び第２の触媒層・拡散層、前記各ガス流路上にそれぞれ形成される第１及び第２のセパレータと、
前記燃料ガスの供給口の近傍に形成されたアノード側の参照電極と、
前記酸化ガスの供給口の近傍に形成されたカソード側の参照電極と、
２つの前記参照電極に前記電解質膜を介して対向する前記第１及び第２の触媒層・拡散層の部分にそれぞれ形成された絶縁部材と
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記参照電極が、
絶縁部材により前記第１若しくは前記第２のセパレータと絶縁され、前記酸化ガスのガス流路若しくは前記酸化ガスのガス流路を貫通して前記電解質膜に接続する白金電極で構成されることを特徴とする
請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
請求項１若しくは請求項２記載の燃料電池の動作状態において、
前記第１のセパレータと前記アノード側の参照電極との間の電位差を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項４】
請求項１若しくは請求項２記載の燃料電池の動作状態において、
前記第１のセパレータと前記カソード側の参照電極との間の電位差を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項５】
請求項１若しくは請求項２記載の燃料電池の動作状態において、
前記第１及び第２のセパレータの間の負荷電流に交流成分を重畳し、電圧の応答性を測定することを特徴とする測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２０４８３１（Ｐ２００８−２０４８３１Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４０１５７（Ｐ２００７−４０１５７）
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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