燃料電池及び燃料電池装置
【課題】ガス拡散層内部に酸化剤や還元剤などの燃料流体を行き渡らせることで発電面の出力のばらつきを抑え、効率的に発電することができる燃料電池及び燃料電池装置を提供する。
【解決手段】膜電極接合体１０と、燃料を拡散させてアノード触媒層１２に供給する多孔質のガス拡散層４０と、アノード触媒層１２に供給される燃料の供給流路５１を有する流体供給部５０とを備え、ガス拡散層４０には、供給流路５１を介して供給された燃料をガス拡散層４０の面方向に拡散させる拡散流路４１が設けられ、拡散流路４１は、ガス拡散層４０の一部の領域の空孔率を他の領域４２の空孔率よりも相対的に高くすることにより形成されている。
【解決手段】膜電極接合体１０と、燃料を拡散させてアノード触媒層１２に供給する多孔質のガス拡散層４０と、アノード触媒層１２に供給される燃料の供給流路５１を有する流体供給部５０とを備え、ガス拡散層４０には、供給流路５１を介して供給された燃料をガス拡散層４０の面方向に拡散させる拡散流路４１が設けられ、拡散流路４１は、ガス拡散層４０の一部の領域の空孔率を他の領域４２の空孔率よりも相対的に高くすることにより形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池及び水素発生装置を備えた燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池として、電解質膜の両面側にアノード触媒層及びカソード触媒層が設けられた固体高分子電解質膜を有し、固体高分子電解質膜の両面側に導電性繊維状部材から形成されたガス拡散層が設けられたものが知られている。ガス拡散層は、酸化剤や還元剤などの燃料の流通を阻害させずに拡散させるためのものであり、例えば、カーボン製の繊維などで構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に係る燃料電池のガス拡散層は、電解質膜とは反対側の表面に溝が設けられており、当該表面のみならず、溝部分にも燃料が供給される構造とすることで、燃料の流通性が高まり、出力電流密度を向上させている。
【０００４】
しかしながら、ガス拡散層に酸化剤や還元剤などの燃料を供給する態様によっては、燃料がガス拡散層内部に均等に拡散せず、発電面において出力のばらつきが生じ、効率的な発電を行うことが困難であるという問題が生じる。例えば、ガス拡散層の中心部分に燃料を供給する態様では、当該中心部分から離れた部位にまで燃料が拡散しない虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２４２８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、ガス拡散層内部に酸化剤や還元剤の燃料ガスや液体燃料などの流体を行き渡らせることで発電面の出力のばらつきを抑え、効率的に発電することができる燃料電池及び燃料電池装置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】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、電解質と、該電解質の両面にそれぞれ接する触媒層と、流体を拡散させて前記触媒層に供給する拡散層とを備え、前記拡散層には、供給された前記流体を当該拡散層の面方向に拡散させる拡散流路が設けられ、前記拡散流路は、前記拡散層の一部の領域の空孔率を他の領域の空孔率よりも相対的に高くすることにより形成されていることを特徴とする燃料電池にある。
【０００８】
かかる第１の態様では、拡散層に設けられた拡散流路に供給された流体は、拡散流路の末端まで優先的に拡散していき、そして拡散層の空孔率の低い領域に拡散していく。これにより、触媒層の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する燃料電池において、前記触媒層に供給される流体の供給流路を有する流体供給部を備え、前記供給流路は、前記触媒層側の開口が前記拡散層に接触しており、前記拡散流路は、前記供給流路の前記触媒層側の開口に対向する領域から前記拡散層の面方向の外側に向かい延設されていることを特徴とする燃料電池にある。
【００１０】
かかる第２の態様では、供給流路から拡散層に供給された流体が、その供給流路の近傍にのみ拡散するということが防止され、流体を拡散層の内部全体に亘って均一に供給することができる。これにより、触媒層の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池が提供される。さらに、拡散流路は、流体を拡散させる流路として機能すると共に、流体供給部に密着し、流体供給部に導通可能な領域となる。したがって、拡散層と流体供給部との接触面積を大きく取ることができ、発生した電力を、拡散層を介して流体供給部で効率よく集電することができる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載する燃料電池において、前記拡散流路は、前記拡散層の一部を押圧することで形成された空孔率の低い領域以外の領域であることを特徴とする燃料電池にある。
【００１２】
かかる第３の態様では、空孔率の高い拡散流路を容易に作製することができる。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第１〜第３の何れか一つの態様に記載する燃料電池において、前記拡散流路は、前記拡散層の流体が供給される領域を中心として、放射状に延設された複数本の線状流路から構成されていることを特徴とする燃料電池にある。
【００１４】
かかる第４の態様では、流体を拡散層の面方向に均等に拡散することができる。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１〜第３の何れか一つの態様に記載する燃料電池において、前記拡散流路は、前記拡散層の流体が供給される領域を中心として、放射状に延設された複数本の主流路と、当該主流路から分岐した支流路とから構成されていることを特徴とする燃料電池にある。
【００１６】
かかる第５の態様では、流体を拡散層の面方向に均等に拡散することができる。
【００１７】
本発明の第６の態様は、第１〜第３の何れか一つの態様に記載する燃料電池において、前記拡散流路は、前記拡散層の流体が供給される領域を中心として、放射状に延設された複数本の主流路と、当該主流路同士を接続するように設けられた支流路とから構成されていることを特徴とする燃料電池にある。
【００１８】
かかる第６の態様では、流体を拡散層の面方向に均等に拡散することができる。
【００１９】
本発明の第７の態様は、第５又は第６の態様に記載する燃料電池において、前記支流路は、円弧状であることを特徴とする燃料電池にある。
【００２０】
かかる第７の態様では、流体を拡散層の面方向により一層均等に拡散することができる。
【００２１】
本発明の第８の態様は、第５〜第７の何れか一つの態様に記載する燃料電池において、前記流体が前記主流路を流通する流路抵抗は、前記流体が前記支流路を流通する流路抵抗よりも小さいことを特徴とする燃料電池にある。
【００２２】
かかる第８の態様では、流体を拡散層の面方向により一層均等に拡散することができる。
【００２３】
本発明の第９の態様は、第１〜第８の何れか一つの態様に記載する燃料電池と、前記流体である燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給手段とを具備することを特徴とする燃料電池装置にある。
【００２４】
かかる第９の態様では、拡散層内部に酸化剤や還元剤などの燃料流体を行き渡らせることで発電面の出力のばらつきを抑え、効率的に発電することができる燃料電池装置が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、拡散層内部に酸化剤や還元剤などの燃料流体を行き渡らせることで発電面の出力のばらつきを抑え、効率的に発電することができる燃料電池及び燃料電池装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池装置の概略構成図である。
【図２】燃料電池の分解斜視図である。
【図３】燃料電池の断面図である。
【図４】流体供給部の平面図である。
【図５】ガス拡散層の平面図である。
【図６】ガス拡散層に形成される拡散流路を示す断面図である。
【図７】ガス拡散層に形成される拡散流路を示す断面図である。
【図８】燃料の供給状態を示す燃料電池の要部断面図である。
【図９】燃料の供給状態を示すガス拡散層の要部平面図である。
【図１０】ガス拡散層の平面図である。
【図１１】ガス拡散層の平面図である。
【図１２】ガス拡散層の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池装置の概略構成を示す図である。同図に示すように、燃料電池装置１は、燃料電池２と、燃料供給手段３と、制御回路４とを備えている。
【００２８】
燃料供給手段３は、燃料電池２のアノード側に燃料（流体）を供給するものである。燃料としては水素が最適であり、具体的には、水素吸蔵合金や、水素を封入したボンベなどが挙げられる。また、燃料供給手段３は、水素を発生させるものであってもよく、例えば、水素発生物質と水素発生促進物質とを混合して水素を発生させる構成が挙げられる。水素発生物質としては、例えば水素化ホウ素ナトリウム、水素発生促進物質としては、例えば、リンゴ酸水溶液を用いることができる。また、燃料としてメタノールなどの溶液を供給してもよい。
【００２９】
制御回路４は、燃料電池２の発電状況及び発電した電力の出力状況を制御するものであり、燃料電池装置１は、制御回路４を介して使用機器（図示せず）に接続される。
【００３０】
ここで、燃料電池２について図２〜図５を参照して詳細に説明する。図２は、燃料電池の分解斜視図であり、図３は、燃料電池の断面図であり、図４は、流体供給部の平面図であり、図５はガス拡散層の平面図である。
【００３１】
図２及び図３に示すように、燃料電池２は、電解質として固体高分子電解質膜１１と、固体高分子電解質膜１１の両面側に設けられたアノード触媒層１２及びカソード触媒層１３とで構成された膜電極接合体１０（以下、ＭＥＡと言う）を具備する。
【００３２】
ＭＥＡ１０の各面には、アノード部材２０とカソード部材３０とが設けられている。すなわち、ＭＥＡ１０は、アノード部材２０とカソード部材３０との間に挟持されている。
【００３３】
カソード部材３０は、ＭＥＡ１０のカソード触媒層１３側に設けられた板状部材からなる。カソード部材３０には、カソード触媒層１３にカソード側の流体として酸化剤（酸素を含む空気）を供給するカソード流体流路３１が設けられている。このカソード流体流路３１は、本実施形態では、カソード部材３０のカソード触媒層１３側に開口する凹形状を有し、カソード流体流路３１の底面には、カソード流体流路３１内に空気を供給するためのカソード流体導入口３２が設けられている。
【００３４】
アノード部材２０は、ＭＥＡ１０のアノード触媒層１２側に設けられた板状部材からなり、アノード触媒層１２側に開口する凹形状を有するチャンバ２１と、チャンバ２１の底面に厚さ方向に貫通して設けられたアノード流体導入口２２とを具備する。
【００３５】
チャンバ２１は、アノード触媒層１２の表面積と同等の開口面積を有する。そして、チャンバ２１内には、アノード流体導入口２２を介して燃料が供給される。
【００３６】
また、アノード部材２０とＭＥＡ１０との間には、多孔質の拡散層の一例であるガス拡散層４０と、このガス拡散層４０にチャンバ２１内の燃料を供給する流体供給部５０とが設けられている。
【００３７】
ガス拡散層（ＧＤＬ）４０は、流体供給部５０を介して供給された燃料を拡散し、アノード触媒層１２に供給するものである。具体的には、ガス拡散層４０は、燃料を透過可能な透過性を有する多孔質部材からなり、アノード部材２０とＭＥＡ１０との間のＭＥＡ１０側、すなわち、ＭＥＡ１０のアノード触媒層１２上に設けられている。ガス拡散層４０としては、例えば、金属メッシュや、カーボンクロス、カーボンペーパー、カーボンフェルトなどの電気伝導性を有する多孔質構造を有するものを用いることができる。
【００３８】
また、詳細は後述するが、ガス拡散層４０には、供給された燃料をガス拡散層４０の面方向に拡散させる拡散流路４１が設けられている。
【００３９】
流体供給部５０は、ガス拡散層４０のＭＥＡ１０とは反対側に設けられた板状部材からなる。この流体供給部５０は、ガス拡散層４０に一方面が接触するように設けられている。また、流体供給部５０のガス拡散層４０に接触する面とは反対側の他方面は、チャンバ２１の一方面を封止している。
【００４０】
流体供給部５０には、厚さ方向に貫通してチャンバ２１とガス拡散層４０とを連通する供給流路５１が設けられている。すなわち、供給流路５１は、一端がチャンバ２１に開口すると共に、他端がガス拡散層４０に開口することで両者を連通している。
【００４１】
そして、供給流路５１のガス拡散層４０側の開口は、ガス拡散層４０の拡散流路４１に接触しており、燃料は、供給流路５１を介して拡散流路４１に供給されるようになっている。
【００４２】
なお、供給流路５１の圧力損失は、アノード流体導入口２２から各供給流路５１までの圧力損失よりも大きくなるように設けられている。具体的には、本実施形態では、チャンバ２１を複数の供給流路５１に共通して連通する大きさ（アノード側触媒層１２の表面と同等の開口面積）で設け、供給流路５１の開口面積（断面積）をチャンバ２１の開口面積よりも大幅に小さくすることで、供給流路５１の圧力損失をチャンバ２１のアノード流体導入口２２から各供給流路５１までの圧力損失よりも大きくしている。このように供給流路５１の圧力損失を大きくすることで、チャンバ２１内に供給された燃料を、ガス拡散層４０の表面に向かって所望の圧力で噴射するように供給することができる。また、供給流路５１の大きさ（開口面積）や、数及び位置などは特に限定されない。
【００４３】
図４及び図５を用いて、供給流路５１及びガス拡散層４０の拡散流路４１について説明する。図４に示すように、流体供給部５０には、所定の間隔で複数（４個）配置した供給流路５１の列が２列設けられ、さらに、その２列の間に、所定の間隔で複数（５個）配置した供給流路５１の列が１列、合計１３個の供給流路５１が設けられている。
【００４４】
図５に示すように、ガス拡散層４０には、流体供給部５０の各供給流路５１に対向するように合計１３個の拡散流路４１が設けられている。ガス拡散層４０の供給流路５１に対向する領域４１ａは、供給流路５１から燃料が供給される部位となり、拡散流路４１は、当該領域４１ａを中心とし、放射状に延設された複数本（８本）の線状流路４１ｂから構成されている。
【００４５】
また、拡散流路４１は、ガス拡散層４０の一部の領域の空孔率を他の領域の空孔率よりも相対的に高くすることにより形成されている。本実施形態の場合、一部の領域とは拡散流路４１となる領域であり、他の領域とは拡散流路４１以外の領域４２である。このように拡散流路４１は、他の領域４２よりも空孔率が高いので、燃料が流通する流路抵抗が小さくなり、拡散流路４１は燃料が流れやすい領域となる。なお、拡散流路４１の幅や厚さ、長さには特に限定はない。
【００４６】
ここで、空孔率とは、ガス拡散層４０の見かけの体積に対する空孔の割合をいう。空孔率の測定は、水銀圧入法などにより求めることができる。また、拡散流路４１の空孔率（Ａ％）は、領域４２の空孔率（Ｂ％）よりも高ければよいが、１０％程度高い（Ａ／Ｂ＞１．１）ことが好ましい。
【００４７】
このような拡散流路４１は、例えば、図６のように作製することができる。例えば、図６（ａ）に示すように、略均質な空孔率を有するガス拡散層４０の表面に、平面視で拡散流路４１の形状をした凹部４４が現れるように凸部４３を設ける。
【００４８】
そして、図６（ｂ）に示すように、流体供給部５０をガス拡散層４０に押圧して凸部４３を潰し、密着させる。これにより、凸部４３が設けられていた領域は空孔が押し潰されて空孔率が低くなって領域４２が作製され、凹部４４が設けられていた領域は、空孔は押し潰されていないので、領域４２よりも空孔率の高い拡散流路４１が作製される。もちろん、凸部４３の押し潰しは流体供給部５０により行わず、他の部材で行ってもよい。
【００４９】
また、拡散流路４１を作製する他の態様としては、図７に示すように行ってもよい。すなわち、図７（ａ）に示すように、略均質な空孔率を有し、平板状のガス拡散層４０に対し、ガス拡散層４０側に突出する凸部５２を有する流体供給部５０Ａを押圧する。この凸部５２は、拡散流路４１以外の領域４２に対向する位置に設けられている。すなわち、流体供給部５０Ａは、平面視において拡散流路４１の形状をした平坦部５３が現れるように凸部５２が設けられている。
【００５０】
そして、図７（ｂ）に示すように、流体供給部５０Ａをガス拡散層４０に押圧して密着させる。これにより、凸部５２がガス拡散層４０の一部を押し潰し、空孔率の低い領域４２が作製され、平坦部５３に対向する領域は押し潰されずに、領域４２よりも空孔率の高い拡散流路４１が作製される。
【００５１】
なお、拡散流路４１は、上述したような作製方法に限らず、空孔率の異なる多孔体を用意し、一つの多孔体の一部を切り抜き、その切り抜いた部位に空孔率の異なる多孔体をはめ込むようにして作製してもよい。
【００５２】
図８及び図９を用いて、ガス拡散層４０に流通する燃料について説明する。これらの図に示すように、アノード流体導入口２２を介してチャンバ２１に供給された燃料は、流体供給部５０の供給流路５１に導入される。
【００５３】
供給流路５１に導入された燃料は、拡散流路４１の中心の領域４１ａに噴射される。このとき、上述したように、拡散流路４１は、領域４２よりも空孔率が高く、かつ、ガス拡散層４０の面方向に放射状に広がる形状であるので、燃料は、拡散流路４１の線状流路４１ｂに沿ってガス拡散層４０の面方向Ａに拡散し、そして、次第に空孔率の低い領域４２にも拡散していく。
【００５４】
このように、本発明に係る燃料電池２では、拡散流路４１の中心の領域４１ａに噴射された燃料は、その領域４１ａから離れた線状流路４１ｂの末端まで優先的に拡散していき、そしてガス拡散層４０の空孔率の低い領域４２に拡散していく。すなわち、供給流路５１からガス拡散層４０に供給された燃料が、その供給流路５１の近傍にのみ拡散するということが防止され、燃料をガス拡散層４０の内部全体に亘って均一に供給することができる。これにより、アノード触媒層１２の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池２が提供される。
【００５５】
また、拡散流路４１は、ガス拡散層４０の空孔率の高い領域であり、ガス拡散層４０に溝などの空間として形成したものではないため、ガス拡散層４０と流体供給部５０とを密着させることができる。すなわち、拡散流路４１は、燃料を拡散させる流路として機能すると共に、流体供給部５０に密着し、流体供給部５０に導通可能な領域となる。したがって、ガス拡散層４０と流体供給部５０との接触面積を大きく取ることができ、ＭＥＡ１０で得られた電力を、ガス拡散層４０を介して流体供給部５０で効率よく集電することができる。
【００５６】
上述した実施形態では、放射状の拡散流路４１について説明したが、拡散流路４１の形状はこれに限定されない。図１０〜図１２を用いて、他の拡散流路の態様について説明する。
【００５７】
図１０に示すように、ガス拡散層４０の供給流路５１に対向する領域４１ａを中心とし、放射状に延設された複数本（８本）の線状流路４１ｂと、さらに線状流路４１ｂから分岐した線状流路４１ｃとから拡散流路４１が構成されていてもよい。線状流路４１ｂ、４１ｃは、流路抵抗を増大させない観点から、同じ幅とすることが好ましい。この場合においても、供給流路５１から領域４１ａに噴射された燃料は、領域４１ａから離れた線状流路４１ｂ、４１ｃの末端まで優先的に拡散していき、そしてガス拡散層４０の空孔率の低い領域４２に拡散していく。すなわち、供給流路５１からガス拡散層４０に供給された燃料が、その供給流路５１の近傍にのみ拡散するということが防止され、燃料をガス拡散層の内部全体に亘って均一に供給することができる。これにより、アノード触媒層１２の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池２が提供される。
【００５８】
また、線状流路４１ｃが、線状流路４１ｂよりも流路抵抗が大きくなるように形成されても良い。この流路抵抗の違いは、線状流路４１ｂと４１ｃとの空孔率、又は流路幅を異ならせることで実現できる。この場合、燃料は、線状流路４１ｃよりも、線状流路４１ｂの方が流通しやすい。このため、供給流路５１から領域４１ａに噴射された燃料は、まず、領域４１ａから離れた線状流路４１ｂの末端まで優先的に拡散していき、次に、線状流路４１ｃに拡散していく。すなわち、ガス拡散層４０の全体に大まかに燃料を行きわたらせ、次にガス拡散層４０の内部全体に亘って均一に供給することができる。これにより、アノード触媒層１２の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池２が提供される。
【００５９】
また、図１１に示すように、ガス拡散層４０の供給流路５１に対向する領域４１ａを中心とし、放射状に延設された複数本（４本）の主流路４１ｄと、さらにこれらの主流路４１ｄを接続する円弧状（円状も含む）の支流路４１ｅとから拡散流路４１が構成されていてもよい。ここで、燃料が主流路４１ｄを流通する流路抵抗は、燃料が支流路４１ｅを流通する流路抵抗よりも小さくなっている。すなわち、燃料は、支流路４１ｅよりも主流路４１ｄの方が流通しやすい。
【００６０】
このため、供給流路５１から領域４１ａに噴射された燃料は、まず、領域４１ａから離れた主流路４１ｄの末端まで優先的に拡散していき、次に、支流路４１ｅに拡散し、そしてガス拡散層４０の最も空孔率の低い領域４２に拡散していく。すなわち、供給流路５１からガス拡散層４０に供給された燃料が、その供給流路５１の近傍にのみ拡散するということが防止され、燃料をガス拡散層４０の内部全体に亘って均一に供給することができる。これにより、アノード触媒層１２の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池２が提供される。
【００６１】
なお、主流路４１ｄの流路抵抗は、主流路４１ｄの幅を支流路４１ｅの幅よりも広げることで、支流路４１ｅの流路抵抗よりも小さくすることができる。同様に、主流路４１ｄの流路抵抗は、主流路４１ｄの厚さを支流路４１ｅの厚さよりも厚くすることで、支流路４１ｅの流路抵抗よりも小さくすることができる。さらに、主流路４１ｄの流路抵抗は、主流路４１ｄの空孔率を支流路４１ｅの空孔率よりも大きくすることで、支流路４１ｅの流路抵抗よりも小さくすることができる。この場合、いずれの空孔率も、拡散流路４１以外の領域４２の空孔率よりも低くしておく。
【００６２】
また、図１２に示すように、ガス拡散層４０の供給流路５１に対向する領域４１ａを中心とし、渦巻き状に延設された線状流路４１ｆから拡散流路４１が構成されていてもよい。この場合においても、供給流路５１から領域４１ａに噴射された燃料は、領域４１ａから離れた線状流路４１ｆの末端まで優先的に拡散していき、そしてガス拡散層４０の空孔率の低い領域４２に拡散していく。すなわち、供給流路５１からガス拡散層４０に供給された燃料が、その供給流路５１の近傍にのみ拡散するということが防止され、燃料をガス拡散層４０の内部全体に亘って均一に供給することができる。これにより、アノード触媒層１２の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池２が提供される。
【００６３】
さらに、上述した拡散流路４１は、略均等な空孔率を有するものとして説明してきたが、これに限定されない。例えば、拡散流路４１は、いくつかの空孔率が異なる領域から構成されていてもよく、各空孔率の異なる領域が、拡散流路４１以外の領域４２よりも空孔率が低ければよい。この場合においても、燃料は、拡散流路４１内を優先的に拡散し、そして、次第に領域４２に拡散する。
【００６４】
なお、上述した何れの拡散流路４１も燃料が供給される中心の領域４１ａを中心に対称の形状をしていたが、このような形状に限定されず、非対称であってもよい。
【００６５】
また、拡散流路４１に燃料を供給する手段として、供給流路５１を有する流体供給部５０を用いたが、拡散流路４１に燃料を供給できる構成であれば、そのような手段に限定されない。さらに、上述の実施形態では、ガス拡散層４０及び流体供給部５０は、アノード側にのみ設けられていたが、カソード側に設けられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、燃料電池及び燃料電池装置の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 燃料電池装置
２ 燃料電池
３ 燃料供給手段
４ 制御回路
１０ 膜電極接合体
１１ 固体高分子電解質膜
１２ アノード触媒層
１３ カソード触媒層
２０ アノード部材
２１ チャンバ
２２ アノード流体導入口
３０ カソード部材
３１ カソード流体流路
３２ カソード流体導入口
４０ ガス拡散層
４１ 拡散流路
５０ 流体供給部
５１ 供給流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池及び水素発生装置を備えた燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池として、電解質膜の両面側にアノード触媒層及びカソード触媒層が設けられた固体高分子電解質膜を有し、固体高分子電解質膜の両面側に導電性繊維状部材から形成されたガス拡散層が設けられたものが知られている。ガス拡散層は、酸化剤や還元剤などの燃料の流通を阻害させずに拡散させるためのものであり、例えば、カーボン製の繊維などで構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に係る燃料電池のガス拡散層は、電解質膜とは反対側の表面に溝が設けられており、当該表面のみならず、溝部分にも燃料が供給される構造とすることで、燃料の流通性が高まり、出力電流密度を向上させている。
【０００４】
しかしながら、ガス拡散層に酸化剤や還元剤などの燃料を供給する態様によっては、燃料がガス拡散層内部に均等に拡散せず、発電面において出力のばらつきが生じ、効率的な発電を行うことが困難であるという問題が生じる。例えば、ガス拡散層の中心部分に燃料を供給する態様では、当該中心部分から離れた部位にまで燃料が拡散しない虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２４２８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、ガス拡散層内部に酸化剤や還元剤の燃料ガスや液体燃料などの流体を行き渡らせることで発電面の出力のばらつきを抑え、効率的に発電することができる燃料電池及び燃料電池装置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】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、電解質と、該電解質の両面にそれぞれ接する触媒層と、流体を拡散させて前記触媒層に供給する拡散層とを備え、前記拡散層には、供給された前記流体を当該拡散層の面方向に拡散させる拡散流路が設けられ、前記拡散流路は、前記拡散層の一部の領域の空孔率を他の領域の空孔率よりも相対的に高くすることにより形成されていることを特徴とする燃料電池にある。
【０００８】
かかる第１の態様では、拡散層に設けられた拡散流路に供給された流体は、拡散流路の末端まで優先的に拡散していき、そして拡散層の空孔率の低い領域に拡散していく。これにより、触媒層の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する燃料電池において、前記触媒層に供給される流体の供給流路を有する流体供給部を備え、前記供給流路は、前記触媒層側の開口が前記拡散層に接触しており、前記拡散流路は、前記供給流路の前記触媒層側の開口に対向する領域から前記拡散層の面方向の外側に向かい延設されていることを特徴とする燃料電池にある。
【００１０】
かかる第２の態様では、供給流路から拡散層に供給された流体が、その供給流路の近傍にのみ拡散するということが防止され、流体を拡散層の内部全体に亘って均一に供給することができる。これにより、触媒層の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池が提供される。さらに、拡散流路は、流体を拡散させる流路として機能すると共に、流体供給部に密着し、流体供給部に導通可能な領域となる。したがって、拡散層と流体供給部との接触面積を大きく取ることができ、発生した電力を、拡散層を介して流体供給部で効率よく集電することができる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載する燃料電池において、前記拡散流路は、前記拡散層の一部を押圧することで形成された空孔率の低い領域以外の領域であることを特徴とする燃料電池にある。
【００１２】
かかる第３の態様では、空孔率の高い拡散流路を容易に作製することができる。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第１〜第３の何れか一つの態様に記載する燃料電池において、前記拡散流路は、前記拡散層の流体が供給される領域を中心として、放射状に延設された複数本の線状流路から構成されていることを特徴とする燃料電池にある。
【００１４】
かかる第４の態様では、流体を拡散層の面方向に均等に拡散することができる。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１〜第３の何れか一つの態様に記載する燃料電池において、前記拡散流路は、前記拡散層の流体が供給される領域を中心として、放射状に延設された複数本の主流路と、当該主流路から分岐した支流路とから構成されていることを特徴とする燃料電池にある。
【００１６】
かかる第５の態様では、流体を拡散層の面方向に均等に拡散することができる。
【００１７】
本発明の第６の態様は、第１〜第３の何れか一つの態様に記載する燃料電池において、前記拡散流路は、前記拡散層の流体が供給される領域を中心として、放射状に延設された複数本の主流路と、当該主流路同士を接続するように設けられた支流路とから構成されていることを特徴とする燃料電池にある。
【００１８】
かかる第６の態様では、流体を拡散層の面方向に均等に拡散することができる。
【００１９】
本発明の第７の態様は、第５又は第６の態様に記載する燃料電池において、前記支流路は、円弧状であることを特徴とする燃料電池にある。
【００２０】
かかる第７の態様では、流体を拡散層の面方向により一層均等に拡散することができる。
【００２１】
本発明の第８の態様は、第５〜第７の何れか一つの態様に記載する燃料電池において、前記流体が前記主流路を流通する流路抵抗は、前記流体が前記支流路を流通する流路抵抗よりも小さいことを特徴とする燃料電池にある。
【００２２】
かかる第８の態様では、流体を拡散層の面方向により一層均等に拡散することができる。
【００２３】
本発明の第９の態様は、第１〜第８の何れか一つの態様に記載する燃料電池と、前記流体である燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給手段とを具備することを特徴とする燃料電池装置にある。
【００２４】
かかる第９の態様では、拡散層内部に酸化剤や還元剤などの燃料流体を行き渡らせることで発電面の出力のばらつきを抑え、効率的に発電することができる燃料電池装置が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、拡散層内部に酸化剤や還元剤などの燃料流体を行き渡らせることで発電面の出力のばらつきを抑え、効率的に発電することができる燃料電池及び燃料電池装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池装置の概略構成図である。
【図２】燃料電池の分解斜視図である。
【図３】燃料電池の断面図である。
【図４】流体供給部の平面図である。
【図５】ガス拡散層の平面図である。
【図６】ガス拡散層に形成される拡散流路を示す断面図である。
【図７】ガス拡散層に形成される拡散流路を示す断面図である。
【図８】燃料の供給状態を示す燃料電池の要部断面図である。
【図９】燃料の供給状態を示すガス拡散層の要部平面図である。
【図１０】ガス拡散層の平面図である。
【図１１】ガス拡散層の平面図である。
【図１２】ガス拡散層の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池装置の概略構成を示す図である。同図に示すように、燃料電池装置１は、燃料電池２と、燃料供給手段３と、制御回路４とを備えている。
【００２８】
燃料供給手段３は、燃料電池２のアノード側に燃料（流体）を供給するものである。燃料としては水素が最適であり、具体的には、水素吸蔵合金や、水素を封入したボンベなどが挙げられる。また、燃料供給手段３は、水素を発生させるものであってもよく、例えば、水素発生物質と水素発生促進物質とを混合して水素を発生させる構成が挙げられる。水素発生物質としては、例えば水素化ホウ素ナトリウム、水素発生促進物質としては、例えば、リンゴ酸水溶液を用いることができる。また、燃料としてメタノールなどの溶液を供給してもよい。
【００２９】
制御回路４は、燃料電池２の発電状況及び発電した電力の出力状況を制御するものであり、燃料電池装置１は、制御回路４を介して使用機器（図示せず）に接続される。
【００３０】
ここで、燃料電池２について図２〜図５を参照して詳細に説明する。図２は、燃料電池の分解斜視図であり、図３は、燃料電池の断面図であり、図４は、流体供給部の平面図であり、図５はガス拡散層の平面図である。
【００３１】
図２及び図３に示すように、燃料電池２は、電解質として固体高分子電解質膜１１と、固体高分子電解質膜１１の両面側に設けられたアノード触媒層１２及びカソード触媒層１３とで構成された膜電極接合体１０（以下、ＭＥＡと言う）を具備する。
【００３２】
ＭＥＡ１０の各面には、アノード部材２０とカソード部材３０とが設けられている。すなわち、ＭＥＡ１０は、アノード部材２０とカソード部材３０との間に挟持されている。
【００３３】
カソード部材３０は、ＭＥＡ１０のカソード触媒層１３側に設けられた板状部材からなる。カソード部材３０には、カソード触媒層１３にカソード側の流体として酸化剤（酸素を含む空気）を供給するカソード流体流路３１が設けられている。このカソード流体流路３１は、本実施形態では、カソード部材３０のカソード触媒層１３側に開口する凹形状を有し、カソード流体流路３１の底面には、カソード流体流路３１内に空気を供給するためのカソード流体導入口３２が設けられている。
【００３４】
アノード部材２０は、ＭＥＡ１０のアノード触媒層１２側に設けられた板状部材からなり、アノード触媒層１２側に開口する凹形状を有するチャンバ２１と、チャンバ２１の底面に厚さ方向に貫通して設けられたアノード流体導入口２２とを具備する。
【００３５】
チャンバ２１は、アノード触媒層１２の表面積と同等の開口面積を有する。そして、チャンバ２１内には、アノード流体導入口２２を介して燃料が供給される。
【００３６】
また、アノード部材２０とＭＥＡ１０との間には、多孔質の拡散層の一例であるガス拡散層４０と、このガス拡散層４０にチャンバ２１内の燃料を供給する流体供給部５０とが設けられている。
【００３７】
ガス拡散層（ＧＤＬ）４０は、流体供給部５０を介して供給された燃料を拡散し、アノード触媒層１２に供給するものである。具体的には、ガス拡散層４０は、燃料を透過可能な透過性を有する多孔質部材からなり、アノード部材２０とＭＥＡ１０との間のＭＥＡ１０側、すなわち、ＭＥＡ１０のアノード触媒層１２上に設けられている。ガス拡散層４０としては、例えば、金属メッシュや、カーボンクロス、カーボンペーパー、カーボンフェルトなどの電気伝導性を有する多孔質構造を有するものを用いることができる。
【００３８】
また、詳細は後述するが、ガス拡散層４０には、供給された燃料をガス拡散層４０の面方向に拡散させる拡散流路４１が設けられている。
【００３９】
流体供給部５０は、ガス拡散層４０のＭＥＡ１０とは反対側に設けられた板状部材からなる。この流体供給部５０は、ガス拡散層４０に一方面が接触するように設けられている。また、流体供給部５０のガス拡散層４０に接触する面とは反対側の他方面は、チャンバ２１の一方面を封止している。
【００４０】
流体供給部５０には、厚さ方向に貫通してチャンバ２１とガス拡散層４０とを連通する供給流路５１が設けられている。すなわち、供給流路５１は、一端がチャンバ２１に開口すると共に、他端がガス拡散層４０に開口することで両者を連通している。
【００４１】
そして、供給流路５１のガス拡散層４０側の開口は、ガス拡散層４０の拡散流路４１に接触しており、燃料は、供給流路５１を介して拡散流路４１に供給されるようになっている。
【００４２】
なお、供給流路５１の圧力損失は、アノード流体導入口２２から各供給流路５１までの圧力損失よりも大きくなるように設けられている。具体的には、本実施形態では、チャンバ２１を複数の供給流路５１に共通して連通する大きさ（アノード側触媒層１２の表面と同等の開口面積）で設け、供給流路５１の開口面積（断面積）をチャンバ２１の開口面積よりも大幅に小さくすることで、供給流路５１の圧力損失をチャンバ２１のアノード流体導入口２２から各供給流路５１までの圧力損失よりも大きくしている。このように供給流路５１の圧力損失を大きくすることで、チャンバ２１内に供給された燃料を、ガス拡散層４０の表面に向かって所望の圧力で噴射するように供給することができる。また、供給流路５１の大きさ（開口面積）や、数及び位置などは特に限定されない。
【００４３】
図４及び図５を用いて、供給流路５１及びガス拡散層４０の拡散流路４１について説明する。図４に示すように、流体供給部５０には、所定の間隔で複数（４個）配置した供給流路５１の列が２列設けられ、さらに、その２列の間に、所定の間隔で複数（５個）配置した供給流路５１の列が１列、合計１３個の供給流路５１が設けられている。
【００４４】
図５に示すように、ガス拡散層４０には、流体供給部５０の各供給流路５１に対向するように合計１３個の拡散流路４１が設けられている。ガス拡散層４０の供給流路５１に対向する領域４１ａは、供給流路５１から燃料が供給される部位となり、拡散流路４１は、当該領域４１ａを中心とし、放射状に延設された複数本（８本）の線状流路４１ｂから構成されている。
【００４５】
また、拡散流路４１は、ガス拡散層４０の一部の領域の空孔率を他の領域の空孔率よりも相対的に高くすることにより形成されている。本実施形態の場合、一部の領域とは拡散流路４１となる領域であり、他の領域とは拡散流路４１以外の領域４２である。このように拡散流路４１は、他の領域４２よりも空孔率が高いので、燃料が流通する流路抵抗が小さくなり、拡散流路４１は燃料が流れやすい領域となる。なお、拡散流路４１の幅や厚さ、長さには特に限定はない。
【００４６】
ここで、空孔率とは、ガス拡散層４０の見かけの体積に対する空孔の割合をいう。空孔率の測定は、水銀圧入法などにより求めることができる。また、拡散流路４１の空孔率（Ａ％）は、領域４２の空孔率（Ｂ％）よりも高ければよいが、１０％程度高い（Ａ／Ｂ＞１．１）ことが好ましい。
【００４７】
このような拡散流路４１は、例えば、図６のように作製することができる。例えば、図６（ａ）に示すように、略均質な空孔率を有するガス拡散層４０の表面に、平面視で拡散流路４１の形状をした凹部４４が現れるように凸部４３を設ける。
【００４８】
そして、図６（ｂ）に示すように、流体供給部５０をガス拡散層４０に押圧して凸部４３を潰し、密着させる。これにより、凸部４３が設けられていた領域は空孔が押し潰されて空孔率が低くなって領域４２が作製され、凹部４４が設けられていた領域は、空孔は押し潰されていないので、領域４２よりも空孔率の高い拡散流路４１が作製される。もちろん、凸部４３の押し潰しは流体供給部５０により行わず、他の部材で行ってもよい。
【００４９】
また、拡散流路４１を作製する他の態様としては、図７に示すように行ってもよい。すなわち、図７（ａ）に示すように、略均質な空孔率を有し、平板状のガス拡散層４０に対し、ガス拡散層４０側に突出する凸部５２を有する流体供給部５０Ａを押圧する。この凸部５２は、拡散流路４１以外の領域４２に対向する位置に設けられている。すなわち、流体供給部５０Ａは、平面視において拡散流路４１の形状をした平坦部５３が現れるように凸部５２が設けられている。
【００５０】
そして、図７（ｂ）に示すように、流体供給部５０Ａをガス拡散層４０に押圧して密着させる。これにより、凸部５２がガス拡散層４０の一部を押し潰し、空孔率の低い領域４２が作製され、平坦部５３に対向する領域は押し潰されずに、領域４２よりも空孔率の高い拡散流路４１が作製される。
【００５１】
なお、拡散流路４１は、上述したような作製方法に限らず、空孔率の異なる多孔体を用意し、一つの多孔体の一部を切り抜き、その切り抜いた部位に空孔率の異なる多孔体をはめ込むようにして作製してもよい。
【００５２】
図８及び図９を用いて、ガス拡散層４０に流通する燃料について説明する。これらの図に示すように、アノード流体導入口２２を介してチャンバ２１に供給された燃料は、流体供給部５０の供給流路５１に導入される。
【００５３】
供給流路５１に導入された燃料は、拡散流路４１の中心の領域４１ａに噴射される。このとき、上述したように、拡散流路４１は、領域４２よりも空孔率が高く、かつ、ガス拡散層４０の面方向に放射状に広がる形状であるので、燃料は、拡散流路４１の線状流路４１ｂに沿ってガス拡散層４０の面方向Ａに拡散し、そして、次第に空孔率の低い領域４２にも拡散していく。
【００５４】
このように、本発明に係る燃料電池２では、拡散流路４１の中心の領域４１ａに噴射された燃料は、その領域４１ａから離れた線状流路４１ｂの末端まで優先的に拡散していき、そしてガス拡散層４０の空孔率の低い領域４２に拡散していく。すなわち、供給流路５１からガス拡散層４０に供給された燃料が、その供給流路５１の近傍にのみ拡散するということが防止され、燃料をガス拡散層４０の内部全体に亘って均一に供給することができる。これにより、アノード触媒層１２の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池２が提供される。
【００５５】
また、拡散流路４１は、ガス拡散層４０の空孔率の高い領域であり、ガス拡散層４０に溝などの空間として形成したものではないため、ガス拡散層４０と流体供給部５０とを密着させることができる。すなわち、拡散流路４１は、燃料を拡散させる流路として機能すると共に、流体供給部５０に密着し、流体供給部５０に導通可能な領域となる。したがって、ガス拡散層４０と流体供給部５０との接触面積を大きく取ることができ、ＭＥＡ１０で得られた電力を、ガス拡散層４０を介して流体供給部５０で効率よく集電することができる。
【００５６】
上述した実施形態では、放射状の拡散流路４１について説明したが、拡散流路４１の形状はこれに限定されない。図１０〜図１２を用いて、他の拡散流路の態様について説明する。
【００５７】
図１０に示すように、ガス拡散層４０の供給流路５１に対向する領域４１ａを中心とし、放射状に延設された複数本（８本）の線状流路４１ｂと、さらに線状流路４１ｂから分岐した線状流路４１ｃとから拡散流路４１が構成されていてもよい。線状流路４１ｂ、４１ｃは、流路抵抗を増大させない観点から、同じ幅とすることが好ましい。この場合においても、供給流路５１から領域４１ａに噴射された燃料は、領域４１ａから離れた線状流路４１ｂ、４１ｃの末端まで優先的に拡散していき、そしてガス拡散層４０の空孔率の低い領域４２に拡散していく。すなわち、供給流路５１からガス拡散層４０に供給された燃料が、その供給流路５１の近傍にのみ拡散するということが防止され、燃料をガス拡散層の内部全体に亘って均一に供給することができる。これにより、アノード触媒層１２の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池２が提供される。
【００５８】
また、線状流路４１ｃが、線状流路４１ｂよりも流路抵抗が大きくなるように形成されても良い。この流路抵抗の違いは、線状流路４１ｂと４１ｃとの空孔率、又は流路幅を異ならせることで実現できる。この場合、燃料は、線状流路４１ｃよりも、線状流路４１ｂの方が流通しやすい。このため、供給流路５１から領域４１ａに噴射された燃料は、まず、領域４１ａから離れた線状流路４１ｂの末端まで優先的に拡散していき、次に、線状流路４１ｃに拡散していく。すなわち、ガス拡散層４０の全体に大まかに燃料を行きわたらせ、次にガス拡散層４０の内部全体に亘って均一に供給することができる。これにより、アノード触媒層１２の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池２が提供される。
【００５９】
また、図１１に示すように、ガス拡散層４０の供給流路５１に対向する領域４１ａを中心とし、放射状に延設された複数本（４本）の主流路４１ｄと、さらにこれらの主流路４１ｄを接続する円弧状（円状も含む）の支流路４１ｅとから拡散流路４１が構成されていてもよい。ここで、燃料が主流路４１ｄを流通する流路抵抗は、燃料が支流路４１ｅを流通する流路抵抗よりも小さくなっている。すなわち、燃料は、支流路４１ｅよりも主流路４１ｄの方が流通しやすい。
【００６０】
このため、供給流路５１から領域４１ａに噴射された燃料は、まず、領域４１ａから離れた主流路４１ｄの末端まで優先的に拡散していき、次に、支流路４１ｅに拡散し、そしてガス拡散層４０の最も空孔率の低い領域４２に拡散していく。すなわち、供給流路５１からガス拡散層４０に供給された燃料が、その供給流路５１の近傍にのみ拡散するということが防止され、燃料をガス拡散層４０の内部全体に亘って均一に供給することができる。これにより、アノード触媒層１２の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池２が提供される。
【００６１】
なお、主流路４１ｄの流路抵抗は、主流路４１ｄの幅を支流路４１ｅの幅よりも広げることで、支流路４１ｅの流路抵抗よりも小さくすることができる。同様に、主流路４１ｄの流路抵抗は、主流路４１ｄの厚さを支流路４１ｅの厚さよりも厚くすることで、支流路４１ｅの流路抵抗よりも小さくすることができる。さらに、主流路４１ｄの流路抵抗は、主流路４１ｄの空孔率を支流路４１ｅの空孔率よりも大きくすることで、支流路４１ｅの流路抵抗よりも小さくすることができる。この場合、いずれの空孔率も、拡散流路４１以外の領域４２の空孔率よりも低くしておく。
【００６２】
また、図１２に示すように、ガス拡散層４０の供給流路５１に対向する領域４１ａを中心とし、渦巻き状に延設された線状流路４１ｆから拡散流路４１が構成されていてもよい。この場合においても、供給流路５１から領域４１ａに噴射された燃料は、領域４１ａから離れた線状流路４１ｆの末端まで優先的に拡散していき、そしてガス拡散層４０の空孔率の低い領域４２に拡散していく。すなわち、供給流路５１からガス拡散層４０に供給された燃料が、その供給流路５１の近傍にのみ拡散するということが防止され、燃料をガス拡散層４０の内部全体に亘って均一に供給することができる。これにより、アノード触媒層１２の表面の全面を利用して発電させることができ、発電量が向上した燃料電池２が提供される。
【００６３】
さらに、上述した拡散流路４１は、略均等な空孔率を有するものとして説明してきたが、これに限定されない。例えば、拡散流路４１は、いくつかの空孔率が異なる領域から構成されていてもよく、各空孔率の異なる領域が、拡散流路４１以外の領域４２よりも空孔率が低ければよい。この場合においても、燃料は、拡散流路４１内を優先的に拡散し、そして、次第に領域４２に拡散する。
【００６４】
なお、上述した何れの拡散流路４１も燃料が供給される中心の領域４１ａを中心に対称の形状をしていたが、このような形状に限定されず、非対称であってもよい。
【００６５】
また、拡散流路４１に燃料を供給する手段として、供給流路５１を有する流体供給部５０を用いたが、拡散流路４１に燃料を供給できる構成であれば、そのような手段に限定されない。さらに、上述の実施形態では、ガス拡散層４０及び流体供給部５０は、アノード側にのみ設けられていたが、カソード側に設けられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、燃料電池及び燃料電池装置の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 燃料電池装置
２ 燃料電池
３ 燃料供給手段
４ 制御回路
１０ 膜電極接合体
１１ 固体高分子電解質膜
１２ アノード触媒層
１３ カソード触媒層
２０ アノード部材
２１ チャンバ
２２ アノード流体導入口
３０ カソード部材
３１ カソード流体流路
３２ カソード流体導入口
４０ ガス拡散層
４１ 拡散流路
５０ 流体供給部
５１ 供給流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質と、該電解質の両面にそれぞれ接する触媒層と、
流体を拡散させて前記触媒層に供給する拡散層とを備え、
前記拡散層には、供給された前記流体を当該拡散層の面方向に拡散させる拡散流路が設けられ、
前記拡散流路は、前記拡散層の一部の領域の空孔率を他の領域の空孔率よりも相対的に高くすることにより形成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載する燃料電池において、
前記触媒層に供給される流体の供給流路を有する流体供給部を備え、
前記供給流路は、前記触媒層側の開口が前記拡散層に接触しており、
前記拡散流路は、前記供給流路の前記触媒層側の開口に対向する領域から前記拡散層の面方向の外側に向かい延設されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する燃料電池において、
前記拡散流路は、前記拡散層の一部を押圧することで形成された空孔率の低い領域以外の領域である
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する燃料電池において、
前記拡散流路は、前記拡散層の流体が供給される領域を中心として、放射状に延設された複数本の線状流路から構成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する燃料電池において、
前記拡散流路は、前記拡散層の流体が供給される領域を中心として、放射状に延設された複数本の主流路と、当該主流路から分岐した支流路とから構成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する燃料電池において、
前記拡散流路は、前記拡散層の流体が供給される領域を中心として、放射状に延設された複数本の主流路と、当該主流路同士を接続するように設けられた支流路とから構成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載する燃料電池において、
前記支流路は、円弧状であることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項５〜請求項７の何れか一項に記載する燃料電池において、
前記流体が前記主流路を流通する流路抵抗は、前記流体が前記支流路を流通する流路抵抗よりも小さい
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れか一項に記載する燃料電池と、
前記流体である燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給手段とを具備することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項１】
電解質と、該電解質の両面にそれぞれ接する触媒層と、
流体を拡散させて前記触媒層に供給する拡散層とを備え、
前記拡散層には、供給された前記流体を当該拡散層の面方向に拡散させる拡散流路が設けられ、
前記拡散流路は、前記拡散層の一部の領域の空孔率を他の領域の空孔率よりも相対的に高くすることにより形成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載する燃料電池において、
前記触媒層に供給される流体の供給流路を有する流体供給部を備え、
前記供給流路は、前記触媒層側の開口が前記拡散層に接触しており、
前記拡散流路は、前記供給流路の前記触媒層側の開口に対向する領域から前記拡散層の面方向の外側に向かい延設されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する燃料電池において、
前記拡散流路は、前記拡散層の一部を押圧することで形成された空孔率の低い領域以外の領域である
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する燃料電池において、
前記拡散流路は、前記拡散層の流体が供給される領域を中心として、放射状に延設された複数本の線状流路から構成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する燃料電池において、
前記拡散流路は、前記拡散層の流体が供給される領域を中心として、放射状に延設された複数本の主流路と、当該主流路から分岐した支流路とから構成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する燃料電池において、
前記拡散流路は、前記拡散層の流体が供給される領域を中心として、放射状に延設された複数本の主流路と、当該主流路同士を接続するように設けられた支流路とから構成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載する燃料電池において、
前記支流路は、円弧状であることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項５〜請求項７の何れか一項に記載する燃料電池において、
前記流体が前記主流路を流通する流路抵抗は、前記流体が前記支流路を流通する流路抵抗よりも小さい
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れか一項に記載する燃料電池と、
前記流体である燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給手段とを具備することを特徴とする燃料電池装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−６４３８３（Ｐ２０１２−６４３８３Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０６５７６（Ｐ２０１０−２０６５７６）
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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