特許 7615603 燃料電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-08

(45)【発行日】2025-01-17

(54)【発明の名称】燃料電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0258 20160101AFI20250109BHJP

   H01M 8/023 20160101ALI20250109BHJP

   H01M 8/10 20160101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0258

H01M8/023

H01M8/10 101

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020174158

(22)【出願日】2020-10-15

(65)【公開番号】P2022065525

(43)【公開日】2022-04-27

【審査請求日】2023-08-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】酒井 大輝

(72)【発明者】

【氏名】下新原 岳

【審査官】守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／０７２５８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０４７２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１７２８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０９７９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／００６９０７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アノード極、固体高分子膜、およびカソード極を一体化した膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟む一対のガス拡散層と、
前記一対のガス拡散層を介して前記膜電極接合体を表裏から挟む一対のセパレーターと、を備え、
それぞれの前記セパレーターは、対応する前記ガス拡散層を臨む平面を有し、
それぞれの前記ガス拡散層は、多孔質状であって、前記アノード極または前記カソード極へ供給される気体を流通させる複数の気体通路を有し、
前記複数の気体通路は、前記ガス拡散層の一方の縁に配置される第一開口から延びて下流端が前記ガス拡散層の内部で途切れる上流側通路と、前記ガス拡散層の他方の縁に配置される第二開口から延びて上流端が前記ガス拡散層の内部で途切れる下流側通路と、を含み、
前記上流側通路の前記下流端と前記下流側通路の前記上流端とは前記ガス拡散層の一部を介して隔てられる、燃料電池。

【請求項2】

前記複数の気体通路は、前記上流側通路の前記下流端および／または前記下流側通路の前記上流端から前記ガス拡散層の一部を介して隔てて形成された非開放の中間通路を含む請求項１に記載の燃料電池。

【請求項3】

前記複数の気体通路は、複数の前記中間通路と、少なくとも２つの前記中間通路を繋ぐ中継通路と、を含む請求項２に記載の燃料電池。

【請求項4】

前記中継通路は、それぞれの前記中継通路の非端部に繋がれている請求項３に記載の燃料電池。

【請求項5】

前記上流側通路の前記下流端と前記下流側通路の前記上流端とは、前記気体の流れに交差する方向において重なり合うように前記ガス拡散層の一部を介して隔てられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池。

【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。

【背景技術】

【0002】

従来のガス拡散層電極基材は、一方の面から他方の面にわたる貫通孔を複数有し、かつ貫通孔の密度および孔径の少なくとも一方が面方向に異なる。

【0003】

ターボコンプレッサーから吐出された空気のうち燃料電池スタックに供給される空気の量と燃料電池スタックを迂回するバイパス管を介して排気される空気の量とを制御するバイパス制御弁を備える燃料電池が知られている。この燃料電池は、ターボコンプレッサーの動作点が非サージ領域に属するようバイパス制御弁の開度を制御する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－０３８７３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来のガス拡散層電極基材は、貫通孔を有しているために反応ガスの流路抵抗が低い。そのため、反応ガスの流量を増加させてガス拡散層内に溜まった生成水の排水を促す必要があった。

【0006】

そこで、本発明は、反応ガスの供給性と生成水の排水性を両立可能な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】

【0007】

前記の課題を解決するため本発明に係る燃料電池は、アノード極、固体高分子膜、およびカソード極を一体化した膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟む一対のガス拡散層と、前記一対のガス拡散層を介して前記膜電極接合体を表裏から挟む一対のセパレーターと、を備えている。それぞれの前記セパレーターは、対応する前記ガス拡散層を臨む平面を有し、それぞれの前記ガス拡散層は、多孔質状であって、前記アノード極または前記カソード極へ供給される気体を流通させる複数の気体通路を有し、前記複数の気体通路は、前記ガス拡散層の一方の縁に配置される第一開口から延びて下流端が前記ガス拡散層の内部で途切れる上流側通路と、前記ガス拡散層の他方の縁に配置される第二開口から延びて上流端が前記ガス拡散層の内部で途切れる下流側通路と、を含んでいる。前記上流側通路の前記下流端と前記下流側通路の前記上流端とは前記ガス拡散層の一部を介して隔てられる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、反応ガスの供給性と生成水の排水性を両立可能な燃料電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態に係る燃料電池の概略的な斜視図。

【図2】本発明の実施の形態に係る燃料電池セルの分解斜視図。

【図3】本発明の実施の形態に係る燃料電池のセパレーター側から見たガス拡散層の模式図。

【図4】本発明の実施の形態に係る燃料電池に流れる反応ガスの流れ方向に交差する部分断面図。

【図5】本発明の実施の形態に係る燃料電池に流れる反応ガスの流れ方向に沿う部分断面図。

【図6】本発明の実施の形態に係る第二例の燃料電池のセパレーター側から見たガス拡散層の模式図。

【図7】本発明の実施の形態に係る第二例の燃料電池のセパレーター側から見たガス拡散層の模式図。

【図8】本発明の実施の形態に係る第三例の燃料電池のセパレーター側から見たガス拡散層の模式図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明に係る燃料電池用セパレーターの実施形態について図１から図８を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一または相当する構成には同一の符号を付す。

【0011】

図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池の概略的な斜視図である。

【0012】

図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池１は、燃料ガスとしての水素ガスと酸化剤ガスとしての酸素（空気に含まれる酸素）とを反応させて発電する。燃料電池１は、積層された複数の燃料電池セル２を有する積層体５と、複数の燃料電池セル２の積層方向Ｌの外側から積層体５を挟み込む一対のエンドプレート６と、一対のエンドプレート６に架け渡されて積層体５と一対のエンドプレート６とを一体化する複数の締結部材８と、を備えている。

【0013】

なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスを、単に反応ガスと総称する。

【0014】

燃料電池１は、積層される多数の燃料電池セル２を備えている。そのため、燃料電池１は燃料電池スタックとも呼ばれる。燃料電池１は、燃料電池セル２を最小単位とし、積層された数十から数百の燃料電池セル２を備えている。積層される燃料電池セル２の数量は、燃料電池１に要求される発電能力による。

【0015】

一対のエンドプレート６は、燃料電池セル２より大きい長方形状を有している。一対のエンドプレート６は、その間に架け渡される締結部材８によって連結されている。

【0016】

締結部材８は、一対のエンドプレート６を介して複数の燃料電池セル２に積層方向Ｌ内向きの荷重を付与する。この荷重は、一対のエンドプレート６が近づく方向へ作用し、積層体５を積層方向Ｌに圧縮している。

【0017】

図２は、本発明の実施の形態に係る燃料電池セルの分解斜視図である。

【0018】

図２に示すように、本実施形態に係る燃料電池１の燃料電池セル２は、膜電極接合体１１（Membrane Electrode Assembly、MEA）と、膜電極接合体１１を挟む一対のガス拡散層１２、１３（Gas Diffusion Layer、GDL）と、一対のガス拡散層１２、１３を介して膜電極接合体１１を表裏から挟む一対のセパレーター１５、１６と、を備えている。

【0019】

また、燃料電池セル２は、積層方向に隣り合うセパレーター１５、１６の間に、燃料電池１を冷却する冷媒としての空気を流通させる冷媒流通路（図示省略）を有している。

【0020】

図３は、本発明の実施の形態に係る燃料電池のセパレーター側から見たガス拡散層の模式図である。

【0021】

図４は、本発明の実施の形態に係る燃料電池に流れる反応ガスの流れ方向に交差する部分断面図である。

【0022】

図５は、本発明の実施の形態に係る燃料電池に流れる反応ガスの流れ方向に沿う部分断面図である。

【0023】

なお、図３は、空気極としてのカソード極１９を臨むセパレーター１６側から見たガス拡散層１３の模式図であり、図４は、カソード極１９を臨むセパレーター１６およびガス拡散層１３の部分断面図である。燃料極としてのアノード極１８を臨むセパレーター１５側から見たガス拡散層１２も図３および図４と同様に構成されていても良い。

【0024】

図２に加えて、図３および図４に示すように、燃料電池１の膜電極接合体１１は、電解質としての固体高分子膜１７と、アノード極１８と、カソード極１９と、を備えている。膜電極接合体１１は、一体化された固体高分子膜１７、アノード極１８、およびカソード極１９である。一対の電極１８、１９は、固体高分子膜１７を表裏から挟んでいる。

【0025】

一対のガス拡散層１２、１３は、多孔質状の膜である。一対のガス拡散層１２、１３は、水素ガスや空気を一対の電極１８、１９へ供給し、化学反応により生じた電子を集電し、固体高分子膜１７の保湿および生成水の排出を行う。

【0026】

一対のガス拡散層１２、１３の周囲には、一対のサブガスケット２１が配置されている。一対のサブガスケット２１は、ガス拡散層１２、１３よりもガス透過係数の小さい、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂の薄膜である。

【0027】

また、それぞれの燃料電池セル２は、アノード極１８に水素ガスを供給する水素ガス流路２２（気体通路）と、カソード極１９に空気を供給する空気流路２３（気体通路）と、を有している。水素ガス流路２２は、アノード極１８を臨むガス拡散層１２とセパレーター１５との間に区画されている。空気流路２３は、カソード極１９を臨むガス拡散層１３とセパレーター１６との間に区画されている。

【0028】

そして、図３に示すように、ガス拡散層１３は、カソード極１９へ供給される気体を流通させる複数の空気流路２３を有している。複数の空気流路２３は、ガス拡散層１３のセパレーター１６を臨む面１３ａに開放し、セパレーター１６に閉じられる溝形状を有している。

【0029】

複数の空気流路２３は、ガス拡散層１３の一方の縁に配置される開口２３ｉから延びてガス拡散層１３の内部で途切れる複数の上流側通路３１と、ガス拡散層１３の内部から延びてガス拡散層１３の他方の縁に配置される開口２３ｏに達する複数の下流側通路３２と、を含んでいる。換言すると、上流側通路３１および下流側通路３２は、ガス拡散層１３の一方の縁から他方の縁へと一続きに繋がることのない、断絶された通路であって、ガス拡散層１３の一方の縁と他方の縁との間で貫通していない。なお、図３に気体の流れに沿う方を実線矢印Ｘで示す。

【0030】

複数の上流側通路３１および複数の下流側通路３２は、互いに繋がることなく、平行に延びている。複数の上流側通路３１および複数の下流側通路３２は、図３に示すような直線状の通路であっても良いし、蛇行した通路であっても良い。

【0031】

また、複数の上流側通路３１および複数の下流側通路３２は、図３に示すように互い違いに並んでいても良いし、一直線上に並んでいても良い。

【0032】

さらに、図３に示すように、互い違いに並ぶ複数の上流側通路３１および複数の下流側通路３２は、気体の流れに交差する方向（図２中の実線矢印Ｙ方向）において重なりＯＬを有していても良いし、重なりを有していなくても良い。また、気体の流れに交差する方向（図３中の実線矢印Ｙ方向）において重なりＯＬを有する上流側通路３１および下流側通路３２と、重なりを有していない上流側通路３１および下流側通路３２と、が混在していても良い。なお、気体の流れに交差する方向Ｙは、複数の上流側通路３１および複数の下流側通路３２の整列方向でもある。

【0033】

これらのように並ぶ複数の上流側通路３１および複数の下流側通路３２は、それぞれの上流側通路３１の下流端と、それぞれの下流側通路３２の上流端との間に、ガス拡散層１３によって隔てられる部位を有する。この部位は、ガス拡散層１３内の多数の細孔（図示省略）を有している。換言すると、上流側通路３１および下流側通路３２は、ガス拡散層１３内の多数の細孔を介して繋がっている。この部位は、上流側通路３１および下流側通路３２に比べて、極めて圧力損失が高い。そこで、この部位を、便宜上、高圧力損失部３３と呼ぶ。

【0034】

つまり、カソード極１９へ供給される気体は、上流側通路３１から高圧力損失部３３に流れ込み、高圧力損失部３３から下流側通路３２へ流れ出る。そして、高圧力損失部３３では、上流側通路３１から流れ込む気体の流速が上昇する。この流速の上昇した気体は、高圧力損失部３３の細孔に溜まった生成水を下流側通路３２へ容易に排水する。

【0035】

また、隣り合う上流側通路３１の間も、ガス拡散層１３内の多数の細孔を介して繋がっている。そのため、カソード極１９へ供給される気体は、隣り合う上流側通路３１の間の細孔に溜まった生成水も容易に排水する。下流側通路３２も同様である。

【0036】

空気流路２３は、セパレーター１６に設けられる空気入口４１および空気出口４２に繋がっている。

【0037】

空気入口４１と空気流路２３との間には、空気入口側マニホールド４５が設けられている。空気入口側マニホールド４５は、空気入口４１から流れ込む空気を空気流路２３へ導く。空気入口側マニホールド４５は、空気入口４１から流れ込む空気を、それぞれの上流側通路３１へ分岐させる。空気出口４２と空気流路２３との間には、空気出口側マニホールド（図示省略）が設けられている。空気出口側マニホールドは、空気流路２３から流れ出る空気を空気流路２３へ導く。空気出口側マニホールドは、空気流路２３から流れ出る空気を、それぞれの下流側通路３２から空気出口４２へ集約する。

【0038】

なお、図５は、空気入口４１近傍における燃料電池セル２の断面図である。空気出口４２、水素ガス入口３１、および水素ガス出口３２も同様の構造を有している。そのため、空気出口４２近傍における燃料電池セル２の断面図、水素ガス入口３１近傍における燃料電池セル２の断面図、および水素ガス出口３２近傍における燃料電池セル２の断面図を省略する。

【0039】

ガス拡散層１２は、アノード極１８へ供給される気体を流通させる複数の水素ガス流路２２を有している。水素ガス流路２２についても、図３の空気流路２３のように構成することで、カソード極１９からの逆拡散で生成される水の排水性が向上し、アノード極１８の有効反応面積の向上を見込むことができる。

【0040】

水素ガス流路２２は、セパレーター１５に設けられる水素ガス入口および水素ガス出口３２に繋がっている。

【0041】

水素ガス入口３１と水素ガス流路２２との間には、水素ガス入口側マニホールド３５が設けられている。水素ガス入口側マニホールド３５は、水素ガス入口３１から流れ込む水素ガスを水素ガス流路２２へ導く。水素ガス入口側マニホールド３５は、水素ガス入口３１から流れ込む水素ガスを、それぞれの上流側通路へ分岐させる。水素ガス出口３２と水素ガス流路２２との間には、水素ガス出口側マニホールド３６が設けられている。水素ガス出口側マニホールド３６は、水素ガス流路２２から流れ出る水素ガスを水素ガス出口３２へ導く。水素ガス出口側マニホールド３６は、水素ガス流路２２から流れ出る水素ガスを、それぞれの下流側通路から水素ガス出口３２へ集約する。

【0042】

セパレーター１５、１６は、例えば炭素繊維強化プラスチック製、導電性樹脂製、または金属製である。それぞれのセパレーター１５、１６は、対応するガス拡散層１２、１３を臨む平面１５ａ、１６ａを有している。これら平面１５ａ、１６ａは、対応するガス拡散層１２、１３の溝状の気体通路を閉じている。

【0043】

アノード極１８を臨むガス拡散層１２に対面するセパレーター１５は、カソード極１９を臨むガス拡散層１３に対面するセパレーター１６へ空気を供給する空気導入口５１と、セパレーター１５から空気を排出させる空気導出口５２と、を有している。

【0044】

セパレーター１５の面１５ａには、膜電極接合体１１に向かって突出する水素ガス側シール５９が設けられている。

【0045】

カソード極１９を臨むガス拡散層１３に対面するセパレーター１６は、アノード極１８を臨むガス拡散層１２に対面するセパレーター１５へ水素ガスを供給する水素ガス導入口６１と、セパレーター１５から水素ガスを排出させる水素ガス導出口６２と、を有している。

【0046】

セパレーター１６の面１６ａには、膜電極接合体１１に向かって突出する空気側シール６９が設けられている。

【0047】

次に、本実施形態に係る燃料電池１の他の例を説明する。なお、各例で説明する燃料電池１Ａ、および１Ｂにおいて燃料電池１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0048】

図６および図７は、本発明の実施の形態に係る第二例の燃料電池のセパレーター側から見たガス拡散層の模式図である。

【0049】

図６および図７に示すように、本実施形態に係る第二例の燃料電池１Ａ（以下、単に「燃料電池１Ａ」と言う。）のガス拡散層１３Ａは、複数の空気流路２３Ａを有している。

【0050】

複数の空気流路２３Ａは、上流側通路３１および下流側通路３２から離れた箇所に延びる、ガス拡散層１３の縁に非開放の中間通路７１を含んでいる。

【0051】

中間通路７１は、上流側通路３１および下流側通路３２と同じようにガス拡散層１３のセパレーター１６を臨む面１３ａに開放し、セパレーター１６に閉じられる溝形状を有している。

【0052】

そして、中間通路７１は、ガス拡散層１３のいずれの縁にも達しておらず、かつ上流側通路３１および下流側通路３２にも直接的には繋がっていない。

【0053】

中間通路７１は、複数の上流側通路３１および複数の下流側通路３２に平行に延びている。中間通路７１は、図６および図７に示すような直線状の通路であっても良いし、蛇行した通路であっても良い。

【0054】

また、中間通路７１は、図６に示すように上流側通路３１および下流側通路３２の延長線上になく、上流側通路３１および下流側通路３２に平行であっても良いし、図７に示すように上流側通路３１および下流側通路３２のいずれか一方の延長線上に配置されていても良いし、上流側通路３１および下流側通路３２の延長線上に一直線に並んでいても良い。

【0055】

さらに、図６に示すように、中間通路７１は、気体の流れに交差する方向（図６中の実線矢印Ｙ方向）において上流側通路３１および下流側通路３２の両方に重なりを有していても良いし、重なりを有していなくても良い。また、図７に示すように、中間通路７１は、気体の流れに交差する方向（図７中の実線矢印Ｙ方向）において上流側通路３１および下流側通路３２のいずれか一方に重なりを有していても良いし、重なりを有していなくても良い。さらに、隣り合う中間通路７１は、気体の流れに交差する方向（図７中の実線矢印Ｙ方向）において重なりを有していなくても良いし、有していなくても良い。また、気体の流れに交差する方向（図２中の実線矢印Ｙ方向）において重なりを有する中間通路７１、上流側通路３１、および下流側通路３２と、重なりを有していない中間通路７１、上流側通路３１および下流側通路３２と、が混在していても良い。なお、気体の流れに交差する方向Ｙは、中間通路７１、上流側通路３１、および下流側通路３２の整列方向でもある。

【0056】

これらのように並ぶ複数の上流側通路３１、複数の下流側通路３２、複数の中間通路７１は、それぞれの上流側通路３１の下流端と、それぞれの下流側通路３２の上流端と、中間通路７１の上流端と、中間通路７１の下流端との間に、ガス拡散層１３によって隔てられる高圧力損失部３３を有する。

【0057】

つまり、カソード極１９へ供給される気体は、上流側通路３１から高圧力損失部３３に流れ込み、高圧力損失部３３を経て中間通路７１へ流れ込み、さらに高圧力損失部３３を経て下流側通路３２へ流れ出る。そして、高圧力損失部３３では、上流側通路３１から流れ込む気体の流速、および中間通路７１から流れ込む気体の流速が上昇する。この流速の上昇した気体は、高圧力損失部３３の細孔に溜まった生成水を中間通路７１および下流側通路３２へ容易に排水する。

【0058】

また、隣り合う上流側通路３１の間も、ガス拡散層１３内の多数の細孔を介して繋がっている。そのため、カソード極１９へ供給される気体は、隣り合う上流側通路３１の間の細孔に溜まった生成水も容易に排水する。中間通路７１および下流側通路３２も同様である。

【0059】

図８は、本発明の実施の形態に係る第三例の燃料電池のセパレーター側から見たガス拡散層の模式図である。

【0060】

図８に示すように、本実施形態に係る第三例の燃料電池１B（以下、単に「燃料電池１Ｂ」と言う。）のガス拡散層１３Ｂは、複数の空気流路２３Ｂを有している。

【0061】

複数の空気流路２３Ｂは、上流側通路３１および下流側通路３２から離れた箇所に延びる、ガス拡散層１３の縁に非開放の中間通路７１と、少なくとも２つの中間通路７１を繋ぐ中継通路７５と、を含んでいる。

【0062】

中継通路７５は、中間通路７１、上流側通路３１、および下流側通路３２と同じようにガス拡散層１３のセパレーター１６を臨む面１３ａに開放し、セパレーター１６に閉じられる溝形状を有している。

【0063】

そして、中継通路７５は、複数の中間通路７１に交差する方向へ延びている。中間通路７１は、図８に示すような直線状の通路であっても良いし、蛇行した通路であっても良い。

【0064】

また、中継通路７５は、それぞれの中間通路７１の中途の部位（非端部）に繋がれている。中継通路７５は、図８に示すように、気体の流れに交差する方向（図６中の実線矢印Ｙ方向）に一直線に並んでいても良いし、並んでいなくても良い。さらに、中継通路７５は、中間通路７１の延伸方向に対して図８のように直交していても良いし、傾斜していても良い。

【0065】

中継通路７５は、図８に示すように、多数の中間通路７１が上流側通路３１と下流側通路３２との間に配置されて、上流側通路３１と下流側通路３２との間の圧力損失が増加しすぎた場合に、好適な圧力損失を得られるように、圧力損失の調整を調整する機能を有している。そのため、中継通路７５は、全ての中間通路７１を繋ぐ必要は無く、適宜の箇所、適宜の数量で調整される。

【0066】

以上のように、本実施形態に係る燃料電池１、１Ａ、１Ｂは、ガス拡散層１３の一方の縁に配置される開口２３ｉから延びてガス拡散層１３の内部で途切れる上流側通路３１と、ガス拡散層１３の内部から延びてガス拡散層１３の他方の縁に配置される開口２３ｏに達する下流側通路３２と、を含む複数の空気流路２３を備えている。ガス拡散層１３は、多孔質状であり、空気流路２３の入口としての開口２３ｉから空気流路２３の出口としての開口２３ｏに一続きに繋がる通路が無く、上流側通路３１と下流側通路３２とのように途切れた通路によって反応ガスとしての空気を流通させることができる。そのため、空気流路２３には高圧力損失部３３が含まれる。この高圧力損失部３３では、上流側通路３１から流れ込む反応ガスとしての空気によって、細孔に溜まった生成水が下流側通路３２へ容易に排水される。そのため、燃料電池１は、反応ガスの供給性と生成水の排水性を両立できる。

【0067】

また、本実施形態に係る燃料電池１、１Ａ、１Ｂの上流側通路３１と下流側通路３２とは、反応ガスの流れに交差する方向において重なりを有する。この重なり部分では、上流側通路３１の下流端部と下流側通路３２の上流端部との間の直線距離が最も近く、高圧力損失部３３における圧力損失の影響が小さい。つまり、重なり部分では、反応ガスは、上流側通路３１から下流側通路３２へ容易に流れ込む。そのため、重なり部では、反応ガスがガス拡散層１３へ拡散しすぎることによる減速が抑制され、高圧力損失部３３に溜まった生成水をより高効率に排水することができる。そのため、燃料電池１は、反応ガスの供給性と生成水の排水性を両立できる。

【0068】

さらに、本実施形態に係る燃料電池１、１Ａ、１Ｂは、ガス拡散層１３のセパレーター１６を臨む面１３ａに開放し、セパレーター１６に閉じられる溝形状を有する空気流路２３を備えている。そのため、ガス拡散層１３に比べて排水性の劣るセパレーター１６に空気流路を有する従来の燃料電池に比べて、燃料電池１は、反応ガスの供給性と生成水の排水性を両立できる。

【0069】

また、本実施形態に係る燃料電池１Ａ、１Ｂは、上流側通路３１および下流側通路３２から離れた箇所に延びる、ガス拡散層１３の縁に非開放の中間通路７１を有している。中間通路７１は、上流側通路３１および下流側通路３２のいずれにも繋がらず、離れている。そして、中間通路７１は、上流側通路３１および下流側通路３２のみが設けられている場合に比べて、ガス拡散層１３のより広範囲に反応ガスを拡散させつつ、かつ反応ガスの流速の低下を抑制する。そのため、燃料電池１は、反応ガスの供給性と生成水の排水性を両立できる。

【0070】

さらに、本実施形態に係る燃料電池１Ｂは、少なくとも２つの中間通路７１を繋ぐ中継通路７５を有している。そのため、燃料電池１Ｂは、中間通路７１、上流側通路３１、および下流側通路３２全体での圧力損失を適宜に調整し、反応ガスの供給性と生成水の排水性を両立できる。

【0071】

また、本実施形態に係る燃料電池１Ｂの中継通路７５は、それぞれの中間通路７１の非端部に繋がれている。そのため、燃料電池１Ｂは、中間通路７１、上流側通路３１、および下流側通路３２が密集している部位で、より広範囲に反応ガスを効率的に拡散できる。

【0072】

なお、水素ガス流路２２についても、図３から図８の空気流路２３、２３Ａ、２３Ｂのように構成することで、カソード極１９からの逆拡散で生成される水の排水性が向上し、アノード極１８の有効反応面積の向上を見込むことができる。

【0073】

したがって、本発明に係る燃料電池１、１Ａ、１Ｂによれば、反応ガスの供給性と生成水の排水性を容易に両立することができる。

【符号の説明】

【0074】

１、１Ａ、１Ｂ…燃料電池、２…燃料電池セル、５…積層体、６…エンドプレート、８…締結部材、１１…膜電極接合体、１２、１３、１３Ａ、１３Ｂ…ガス拡散層、１３ａ…ガス拡散層の面、１５、１６…セパレーター、１５ａ、１６ａ…セパレーターの面、１７…固体高分子膜、１８…アノード極、１９…カソード極、２１…サブガスケット、２２…水素ガス流路、２３、２３Ａ、２３Ｂ…空気流路、２３ｉ…開口、２３ｏ…開口、２５…上流側通路、２６…下流側通路、３１…水素ガス入口、３２…水素ガス出口、３３…高圧力損失部、３５…水素ガス入口側マニホールド、３６…水素ガス出口側マニホールド、４１…空気入口、４２…空気出口、４５…空気入口側マニホールド、５１…空気導入口、５２…空気導出口、５９…水素ガス側シール、６１…水素ガス導入口、６２…水素ガス導出口、６９…空気側シール、７１…中間通路、７５…中継通路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】