JP3416578B2 - Solid polymer electrolyte fuel cell - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料極と酸化剤極
の間に固体高分子電解質膜を介在させ、燃料極には燃料
ガスを供給すると共に、酸化剤極には酸化剤ガスを供給
して、電力を発生させる固体高分子電解質型燃料電池に
関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solid polymer electrolyte membrane interposed between a fuel electrode and an oxidant electrode to supply a fuel gas to the fuel electrode and an oxidant gas to the oxidant electrode. Then, the present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell for generating electric power.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、エネルギー変換効率が高く、然も
発電反応によって有害物質を発生しない燃料電池が注目
されており、かかる燃料電池の1つとして、100℃以
下の低い温度で作動する固体高分子電解質型燃料電池が
知られている。2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells, which have high energy conversion efficiency and do not generate harmful substances due to power generation reaction, have been attracting attention. Molecular electrolyte fuel cells are known.
【0003】図16は、固体高分子電解質型燃料電池の
発電原理を表わしたものであって、イオン導電性の固体
高分子電解質膜(54)の両側に燃料極(55)と酸化剤極(56)
を配置すると共に、更にその両側に燃料室(57)と酸化剤
室(58)を配置して、セル(50)が形成され、燃料極(55)と
酸化剤極(56)は、外部回路(59)を介して互いに接続され
ている。FIG. 16 shows the power generation principle of a solid polymer electrolyte fuel cell, in which a fuel electrode (55) and an oxidizer electrode () are provided on both sides of an ion conductive solid polymer electrolyte membrane (54). 56)
And a fuel chamber (57) and an oxidant chamber (58) on both sides thereof to form a cell (50), and the fuel electrode (55) and the oxidant electrode (56) are connected to an external circuit. They are connected to each other via (59).
【0004】燃料極(55)においては、燃料室(57)に供給
された燃料ガスに含まれる水素H2が水素イオンH+と
電子e−に分解され、水素イオンH+は、固体高分子電
解質膜(54)の内部を該膜(54)中の水分子と水和した形で
酸化剤極(56)に向かって移動する一方、電子e−は外部
回路(59)を酸化剤極(56)に向かって流れる。又、酸化剤
極(56)では、酸化剤室(58)に供給された酸化剤ガスに含
まれる酸素O2が、燃料極(55)から供給された水素イオ
ンH+及び電子e−と反応して、水H2Oが生成され
る。この様にして、電池全体として、水素と酸素から水
が生成されると共に、起電力が発生するのである。In the fuel electrode (55), hydrogen H 2 contained in the fuel gas supplied to the fuel chamber (57) is decomposed into hydrogen ions H + and electrons e − , and the hydrogen ions H + are solid polymer. While moving inside the electrolyte membrane (54) toward the oxidant electrode (56) in a form hydrated with water molecules in the electrolyte membrane (54), the electron e − moves through the external circuit (59) to the oxidant electrode (56). Flow toward 56). In the oxidant electrode (56), oxygen O 2 contained in the oxidant gas supplied to the oxidant chamber (58) reacts with hydrogen ions H + and electrons e − supplied from the fuel electrode (55). Then, water H 2 O is produced. In this way, water is generated from hydrogen and oxygen and an electromotive force is generated in the battery as a whole.
【0005】1つのセル(50)の起電力は低いため、複数
のセル(50)を互いに直列に接続して固体高分子電解質型
燃料電池が構成される。例えば図13に示す固体高分子
電解質型燃料電池(5)は、複数の平板型の単位セル(50)
を積層して一体の電池モジュールを構成したものであっ
て、これらの単位セル(50)に、水素ガス等の燃料ガスを
供給すると共に、空気等の酸化剤ガスを供給して、直列
接続された複数の単位セル(50)が発生する電力を外部へ
取り出すことが可能となっている。Since the electromotive force of one cell (50) is low, a plurality of cells (50) are connected in series with each other to form a solid polymer electrolyte fuel cell. For example, the solid polymer electrolyte fuel cell (5) shown in FIG. 13 has a plurality of flat unit cells (50).
And a fuel gas such as hydrogen gas is supplied to these unit cells (50) and an oxidant gas such as air is supplied to these unit cells (50) to be connected in series. It is possible to take out the electric power generated by the plurality of unit cells (50) to the outside.
【0006】該固体高分子電解質型燃料電池(5)におい
て、各単位セル(50)には、鉛直方向に伸びる複数の燃料
ガス供給溝(図示省略)と、水平方向に伸びる複数本の酸
化剤ガス供給溝(53)とが開設されている。又、一方の端
部に配置された単位セル(50)には、燃料ガス入口孔(51
a)が形成されると共に、他方の端部に配置された単位セ
ル(50)には、燃料ガス出口孔(52a)が形成され、これら
両端部の単位セルを除く他の複数の単位セル(50)にはそ
れぞれ、燃料ガス供給用貫通孔(51)と燃料ガス排出用貫
通孔(52)が開設されている。そして、複数の単位セル(5
0)が互いに重ね合わされることによって、燃料ガス入口
孔(51a)と複数の燃料ガス供給用貫通孔(51)とが互いに
連通して、1本の燃料ガス供給路が形成されると共に、
複数の燃料ガス排出用貫通孔(52)と燃料ガス出口孔(52
a)とが互いに連通して、1本の燃料ガス排出路が形成さ
れる。In the solid polymer electrolyte fuel cell (5), each unit cell (50) has a plurality of fuel gas supply grooves (not shown) extending vertically and a plurality of oxidants extending horizontally. A gas supply groove (53) is opened. The unit cell (50) arranged at one end has a fuel gas inlet hole (51
a) is formed, the unit cell (50) arranged at the other end is formed with a fuel gas outlet hole (52a), and a plurality of other unit cells except the unit cells at these ends ( A fuel gas supply through-hole (51) and a fuel gas exhausting through-hole (52) are formed in each of 50). Then, a plurality of unit cells (5
By stacking (0) on each other, the fuel gas inlet hole (51a) and the plurality of fuel gas supply through holes (51) communicate with each other to form one fuel gas supply path,
A plurality of fuel gas discharge through holes (52) and fuel gas outlet holes (52
and a) communicate with each other to form one fuel gas discharge path.
【0007】又、固体高分子電解質型燃料電池(5)は、
上記複数の酸化剤ガス供給溝(53)が露出した側面を覆っ
て、これらの酸化剤ガス供給溝(53)へ酸化剤ガスを供給
するための酸化剤ガス供給マニホールド(6)を具えてい
る。酸化剤ガス供給マニホールド(6)は、例えば下方に
向けて開口すると共に前記側面に向けて開口しており、
下方の開口から採り入れられた空気を複数の酸化剤ガス
供給溝(53)へ送り込むようになっている。Further, the solid polymer electrolyte fuel cell (5) is
An oxidant gas supply manifold (6) for covering the exposed side surfaces of the plurality of oxidant gas supply grooves (53) and supplying an oxidant gas to these oxidant gas supply grooves (53) is provided. . The oxidant gas supply manifold (6) is, for example, opened downward and is opened toward the side surface,
The air taken in through the lower opening is fed into the plurality of oxidant gas supply grooves (53).
【0008】上記固体高分子電解質型燃料電池(5)にお
いて、燃料ガスは、図中に実線の矢印で示す如く燃料ガ
ス入口孔(51a)へ供給され、前記燃料ガス供給路を経
て、各単位セル(50)に形成された複数の燃料ガス供給溝
へ分配され、各燃料ガス供給溝を下向きに流れる過程で
発電反応に供される。一方、酸化剤ガスは、図中に破線
の矢印で示す如く、酸化剤ガス供給マニホールド(6)の
下方の開口から取り入れられ、側方の開口を経て酸化剤
ガス供給溝(53)へ送り込まれ、各酸化剤ガス供給溝(53)
を流れる過程で発電反応に供される。In the solid polymer electrolyte fuel cell (5), the fuel gas is supplied to the fuel gas inlet hole (51a) as indicated by a solid arrow in the figure, and passes through the fuel gas supply passage to each unit. It is distributed to a plurality of fuel gas supply grooves formed in the cell (50) and is used for power generation reaction in the process of flowing downward in each fuel gas supply groove. On the other hand, the oxidant gas is taken in through the lower opening of the oxidant gas supply manifold (6) and fed into the oxidant gas supply groove (53) through the side opening as shown by the broken line arrow in the figure. , Each oxidant gas supply groove (53)
It is used for power generation reaction in the process of flowing.
【0009】図14及び図15は、複数枚の板状部材の
積層体によって構成される単位セル(10)の具体的構造を
表わしている。固体高分子電解質膜(11)の一方の表面を
覆って、酸化剤極(12)を配置すると共に、該酸化剤極(1
2)の表面を覆って、複数本の酸化剤ガス供給溝(19)が凹
設された酸化剤極側導電性プレート(14)を配置し、更に
酸化剤極側導電性プレート(14)の外側に導電性のガスセ
パレータ(16)を配置している。又、固体高分子電解質膜
(11)の他方の表面を覆って、燃料極(13)を配置すると共
に、該燃料極(13)の表面を覆って、複数本の燃料ガス供
給溝(18)が凹設された燃料極側導電性プレート(17)を配
置している。14 and 15 show a specific structure of a unit cell (10) composed of a laminate of a plurality of plate-shaped members. The oxidant electrode (12) is arranged so as to cover one surface of the solid polymer electrolyte membrane (11), and the oxidant electrode (1
The oxidant electrode side conductive plate (14) in which a plurality of oxidant gas supply grooves (19) are provided so as to cover the surface of 2) is arranged, and further the oxidant electrode side conductive plate (14) A conductive gas separator (16) is arranged outside. Also, solid polymer electrolyte membrane
A fuel electrode (13) is arranged so as to cover the other surface of (11), and a plurality of fuel gas supply grooves (18) are provided so as to cover the surface of the fuel electrode (13). A side conductive plate (17) is arranged.
【0010】上記単位セル(10)においては、酸化剤極側
導電性プレート(14)の酸化剤ガス供給溝(19)に酸化剤ガ
ス(33)が送り込まれると共に、燃料極側導電性プレート
(17)の燃料ガス供給溝(18)へ燃料ガス(31)が送り込まれ
る。これによって、燃料極(13)においては、燃料ガス供
給溝(18)を流れる燃料ガス(31)に含まれる水素が水素イ
オンと電子に分解されて、水素イオンは固体高分子電解
質膜(11)の内部を水素イオンの形で酸化剤極(12)に向か
って移動する。一方、酸化剤極(12)においては、酸化剤
ガス供給溝(19)を流れる酸化剤ガス(33)に含まれる酸素
が、燃料極(13)から供給された水素イオン及び電子と反
応して水が生成される。In the unit cell (10), the oxidant gas (33) is fed into the oxidant gas supply groove (19) of the oxidant electrode side conductive plate (14) and the fuel electrode side conductive plate is also fed.
The fuel gas (31) is fed into the fuel gas supply groove (18) of (17). As a result, in the fuel electrode (13), hydrogen contained in the fuel gas (31) flowing through the fuel gas supply groove (18) is decomposed into hydrogen ions and electrons, and the hydrogen ions are solid polymer electrolyte membrane (11). It moves in the form of hydrogen ions toward the oxidant electrode (12). On the other hand, in the oxidant electrode (12), oxygen contained in the oxidant gas (33) flowing through the oxidant gas supply groove (19) reacts with hydrogen ions and electrons supplied from the fuel electrode (13). Water is produced.
【0011】ところで、固体高分子電解質型燃料電池に
採用される代表的な固体高分子電解質膜は、パーフルオ
ロカーボンスルホン酸などのカチオン交換膜であるが、
水素イオンを透過させるためには固体高分子電解質膜を
湿潤させるための水分と、移動水と呼ばれる水素イオン
に水和するための水分が必要である。By the way, a typical solid polymer electrolyte membrane adopted in a solid polymer electrolyte fuel cell is a cation exchange membrane such as perfluorocarbon sulfonic acid.
In order to permeate hydrogen ions, water for wetting the solid polymer electrolyte membrane and water for hydration into hydrogen ions called mobile water are necessary.
【0012】固体高分子電解質膜の湿潤に必要な水分
は、電極反応によって生じる水分(生成水)だけでは不足
する傾向にあるので、不足分は外部からの供給によって
賄われている。最もよく行なわれている方法は、燃料ガ
スである水素を加湿する方法であり、供給された水分は
燃料極のガス拡散層を透過して触媒層や固体高分子電解
質膜の表面に輸送される。The water required for wetting the solid polymer electrolyte membrane tends to be insufficient with only the water generated by the electrode reaction (produced water), so the shortage is covered by external supply. The most commonly used method is to humidify hydrogen, which is a fuel gas, and the supplied moisture permeates the gas diffusion layer of the fuel electrode and is transported to the surface of the catalyst layer or solid polymer electrolyte membrane. .
【0013】ガス拡散層として最も一般的に用いられる
のはカーボンペーパーに代表される炭素製の導電性多孔
体である。導電性多孔体の気孔径はおよそ数〜数十ミク
ロンであるので、水は液体の状態よりも水蒸気の状態の
方が高い透過性を発揮する。従って、水の形態としては
蒸気が最も望ましい。但し、カーボンペーパーの気孔に
水詰まりが起きないよう、フッ素樹脂などで撥水処理を
施す必要がある。フッ素樹脂は、少量を添加するだけで
も撥水性を発現するが、燃料電池の運転中は撥水性が低
下する傾向にあるので、耐久性の観点からは、出来るだ
け多くの量のフッ素樹脂を添加することが有利である。The most commonly used gas diffusion layer is a carbon conductive porous body represented by carbon paper. Since the pore diameter of the conductive porous body is approximately several to several tens of microns, water exhibits higher permeability in the water vapor state than in the liquid state. Therefore, steam is the most desirable form of water. However, it is necessary to perform a water repellent treatment with a fluororesin or the like so that the pores of the carbon paper do not become clogged with water. Fluorine resin exhibits water repellency even if added in a small amount, but the water repellency tends to decrease during operation of the fuel cell, so from the viewpoint of durability, add as much fluorine resin as possible. It is advantageous to do
【0014】又、固体高分子電解質型燃料電池は、その
温度を最適な運転温度範囲である130℃以下に維持す
る必要があるが、発電に伴って単位セルが発熱するた
め、電池モジュールに冷却用の水を供給することによっ
て、単位セルを最適運転温度範囲に保つことが行なわれ
ている。燃料電池に水分を供給する方式は外部加湿方式
と内部加湿方式に分類される。外部加湿方式では、固体
高分子電解質膜の湿潤に必要な水分は、セルの外部で気
化されて、水蒸気としてセル内に供給される。又、電池
温度を制御するための冷却水は加湿水とは別に、燃料電
池モジュールに液体の状態で供給される。例えば、電池
モジュールの複数箇所に冷却プレートを介在せしめ、該
冷却プレートに冷却水を供給することによって、単位セ
ルの温度を制御している。これに対し、内部加湿方式で
は、固体高分子電解質膜の湿潤及び電極反応に必要な水
分(加湿水)は、モジュールの内部に液体の状態で供給さ
れて、その一部がモジュールの熱によって気化され、水
蒸気となってガスの加湿に供される。又、モジュールの
内部に供給された水は、電池温度を制御するための冷却
水としても利用されることになる。即ち、内部加湿方式
において、加湿水は、ガスの加湿と電池の冷却の2つの
役割を果たすことになる。Further, in the solid polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to maintain the temperature within 130 ° C., which is the optimum operating temperature range, but since the unit cell generates heat during power generation, the cell module is cooled. The unit cell is kept in the optimum operating temperature range by supplying water for use. The method of supplying water to the fuel cell is classified into an external humidification method and an internal humidification method. In the external humidification method, the water required for wetting the solid polymer electrolyte membrane is vaporized outside the cell and supplied as water vapor into the cell. Further, the cooling water for controlling the cell temperature is supplied to the fuel cell module in a liquid state separately from the humidifying water. For example, the temperature of the unit cell is controlled by interposing cooling plates at a plurality of positions of the battery module and supplying cooling water to the cooling plates. On the other hand, in the internal humidification method, the water (humidification water) necessary for wetting the solid polymer electrolyte membrane and the electrode reaction is supplied in a liquid state inside the module, and part of it is vaporized by the heat of the module. Then, it becomes steam and is used for humidifying the gas. Further, the water supplied to the inside of the module is also used as cooling water for controlling the battery temperature. That is, in the internal humidifying system, the humidifying water plays two roles of humidifying gas and cooling the battery.
【0015】内部加湿方式の燃料電池では、加湿水を液
体のままセル内に供給するため、セル外に加湿水を加熱
するための装置を設置する必要がなく、安価でコンパク
トなシステムを構成することが出来る。また、加湿水は
循環させて用いるのが主流であって、モジュールを通過
して排出された加湿水は蒸気を多量に含むが、モジュー
ル外で冷却されて液体に戻り、液体ポンプによって再び
モジュールに供給される。In the internal humidification type fuel cell, since the humidifying water is supplied into the cell as a liquid, it is not necessary to install a device for heating the humidifying water outside the cell, and an inexpensive and compact system is constructed. You can Also, the humidification water is mainly used by circulating it, and the humidification water discharged through the module contains a large amount of steam, but is cooled outside the module and returned to the liquid, and the liquid pump returns to the module again. Supplied.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池においては、加湿方式の如何に関わらず、電池モジュ
ールに供給された冷却用の水が電池モジュールの内部を
通過する過程で熱交換によって徐々に温度上昇するた
め、例えば電池モジュールの両端部に冷却用の水の入口
を設けた燃料電池においては、該入口近傍のセル、即
ち、セル積層方向の両端部に位置するセルが最も低い温
度となり、中央部のセルが最も高い温度となって、図9
に示す如き温度分布が生じることになる。特に、内部加
湿方式の燃料電池では、セル内にて加湿水の一部が気化
するので、積層方向の端部に位置するセルが奪われる熱
量は外部加湿方式の場合よりも大きく、温度分布が生じ
易い。又、外部加湿方式の燃料電池においては、冷却プ
レートに隣接する単位セルが最も温度が低く、冷却プレ
ートから遠い単位セルは温度が高くなる。However, in the fuel cell, the temperature of the fuel cell is gradually increased by heat exchange in the process in which the cooling water supplied to the cell module passes through the inside of the cell module, regardless of the humidification method. For example, in a fuel cell in which cooling water inlets are provided at both ends of the cell module, the cells near the inlets, that is, the cells located at both ends in the cell stacking direction have the lowest temperature, The highest temperature in the cell of
A temperature distribution as shown in FIG. In particular, in an internal humidification type fuel cell, part of the humidification water is vaporized inside the cells, so the amount of heat taken by the cells located at the end in the stacking direction is larger than in the external humidification type, and the temperature distribution is It is easy to occur. Further, in the fuel cell of the external humidification system, the unit cell adjacent to the cooling plate has the lowest temperature, and the unit cell far from the cooling plate has the highest temperature.
【0017】この様な温度分布が生じた電池モジュール
においては、温度の低下したセルにて、水蒸気分圧が低
下して水蒸気量が少なくなるため、加湿が不十分となっ
て、性能低下を引き起こす。モジュール内の一部のセル
に性能低下が起きると、この影響が他のセルにも及ん
で、モジュール全体の電圧低下を引き起こす。例えば燃
料電池モジュールを定格電力(電圧と電流の積が一定)で
動作させている状態で、一部のセルで電圧低下が発生す
ると、この電圧低下を補うべく電流の増加が発生して、
その結果、モジュール全体の劣化を早めることとなる。In a battery module having such a temperature distribution, in a cell having a lowered temperature, the partial pressure of water vapor is reduced and the amount of water vapor is reduced, resulting in insufficient humidification and deterioration in performance. . When the performance degradation occurs in some cells in the module, this effect also affects other cells, causing a voltage reduction in the entire module. For example, when the fuel cell module is operating at rated power (the product of voltage and current is constant) and a voltage drop occurs in some cells, an increase in current occurs to compensate for this voltage drop,
As a result, the deterioration of the entire module is accelerated.
【0018】このような問題を解決するために、温度が
最も低くなるモジュールの両端部に発熱抵抗体を取り付
け、或いはモジュールの両端部に配備される集電板を発
熱抵抗体とすることによって、モジュール両端部の温度
低下を抑制した燃料電池が提案されている(特開平8−
167424号)。ところが、発熱抵抗体の装備によっ
て装置構成が複雑となるばかりでなく、電池の出力電流
が少ないとき等、使用状況によっては充分な発熱量が得
られず、充分な温度分布軽減効果が得られない問題があ
った。In order to solve such a problem, heat generating resistors are attached to both ends of the module having the lowest temperature, or current collecting plates provided at both ends of the module are used as the heat generating resistors. A fuel cell has been proposed in which the temperature drop at both ends of the module is suppressed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-
167424). However, not only does the device configuration become complicated due to the provision of the heating resistor, but also a sufficient amount of heat cannot be obtained depending on the usage situation such as when the output current of the battery is small, and a sufficient temperature distribution reduction effect cannot be obtained. There was a problem.
【0019】そこで本発明の目的は、発熱抵抗体などの
特別な装置を装備することなく、電池モジュールに発生
する温度分布に起因する加湿不足の問題を解消すること
が出来る、簡易な構成の固体高分子電解質型燃料電池を
提供することである。Therefore, an object of the present invention is to solve the problem of insufficient humidification due to the temperature distribution generated in the battery module without equipping a special device such as a heating resistor, and having a simple structure. It is intended to provide a polymer electrolyte fuel cell.
【0020】[0020]
【課題を解決する為の手段】本発明に係る固体高分子電
解質型燃料電池においては、複数の単位セル(2)を積層
して一体の燃料電池モジュール(1)が構成され、燃料電
池モジュール(1)の内部には、単位セル(2)を冷却する
ための冷却媒体の流路が貫通して形成されており、該流
路の入口に最も近い少なくとも1つの単位セル(2a)
は、燃料極(24)の撥水性において他の単位セル(2)より
も低く設定されている。尚、内部加湿方式の燃料電池に
おいては、加湿水が冷却媒体となるので、加湿水の供給
路の入口に最も近い単位セル(2a)の撥水性が他の単位
セル(2)よりも低く設定される。又、冷却プレート等に
より冷却媒体(冷却水)の流路を形成して単位セルの冷却
を行なう外部加湿方式の燃料電池においては、冷却プレ
ート等の冷却媒体の流路の入口に最も近い単位セル(2
a)の撥水性が他の単位セル(2)よりも低く設定される。In the solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, a plurality of unit cells (2) are stacked to form an integral fuel cell module (1), and the fuel cell module ( A channel of a cooling medium for cooling the unit cell (2) is formed in the inside of 1), and at least one unit cell (2a) closest to the inlet of the channel is formed.
Is set to be lower in water repellency of the fuel electrode (24) than that of the other unit cells (2). In the internal humidification type fuel cell, since the humidifying water serves as the cooling medium, the unit cell (2a) closest to the inlet of the humidifying water supply channel is set to have a lower water repellency than the other unit cells (2). To be done. Further, in an external humidification type fuel cell in which a cooling medium (cooling water) flow path is formed by a cooling plate etc. to cool the unit cell, the unit cell closest to the inlet of the cooling medium flow path such as the cooling plate etc. (2
The water repellency of a) is set lower than that of the other unit cells (2).
【0021】上記本発明の固体高分子電解質型燃料電池
においては、冷却媒体の入口に最も近い単位セル(2
a)、例えばモジュールの端部に配置されている単位セル
(2a)にて温度が最も低くなって、発生する水蒸気の量
が少なくなるが、該単位セル(2a)を構成している燃料
極(24)の撥水性が他の単位セル(2)よりも低く設定され
ているので、該単位セル(2a)で発生した水蒸気は、激
しくはじかれることなく、燃料極(24)内をスムーズに移
動する。この結果、該単位セル(2a)においても充分な
加湿が行なわれる。尚、該単位セル(2a)では発生する
水蒸気の量が少ないので、燃料極(24)の撥水性を低下さ
せたとしても、ガス拡散層の気孔に水詰まりが生じる虞
れはない。In the solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the unit cell (2
a), eg a unit cell located at the end of the module
At (2a), the temperature becomes the lowest and the amount of water vapor generated becomes smaller, but the water repellency of the fuel electrode (24) constituting the unit cell (2a) is higher than that of the other unit cell (2). Since the water vapor generated in the unit cell (2a) is not repelled violently, the water vapor smoothly moves in the fuel electrode (24). As a result, sufficient humidification is also performed in the unit cell (2a). Since the amount of water vapor generated in the unit cell (2a) is small, even if the water repellency of the fuel electrode (24) is reduced, there is no risk of water pores clogging the pores of the gas diffusion layer.
【0022】具体的構成において、前記少なくとも1つ
の単位セル(2a)は、燃料極(24)のガス拡散層の撥水性
において他の単位セル(2)よりも低く設定されている。
これによって、該単位セル(2a)では、発生した水蒸気
がガス拡散層内を容易に移動して、触媒層に供給される
ことになる。In a specific construction, the at least one unit cell (2a) is set to have a lower water repellency of the gas diffusion layer of the fuel electrode (24) than the other unit cells (2).
As a result, in the unit cell (2a), the generated water vapor easily moves in the gas diffusion layer and is supplied to the catalyst layer.
【0023】具体的には、前記少なくとも1つの単位セ
ル(2a)は、燃料極(24)のガス拡散層に対するフッ素樹
脂の添加量において他の単位セル(2)よりも少なく形成
されている。これによって、前記少なくとも1つの単位
セル(2a)を構成する燃料極(24)のガス拡散層の撥水性
を、他の単位セル(2)の同撥水性よりも低く設定するこ
とが出来る。尚、フッ素樹脂としては、ポリテトラフル
オロエチレン、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロ
プロピレン共重合体、テトラフルオロエチレンエチレン
重合体、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロアルキ
ルビニルエーテル共重合体、若しくは、これらの混合物
を採用することが出来る。Specifically, the at least one unit cell (2a) is formed in a smaller amount than the other unit cells (2) in the amount of fluororesin added to the gas diffusion layer of the fuel electrode (24). As a result, the water repellency of the gas diffusion layer of the fuel electrode (24) forming the at least one unit cell (2a) can be set lower than the water repellency of the other unit cell (2). As the fluororesin, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene ethylene polymer, tetrafluoroethylene hexafluoroalkyl vinyl ether copolymer, or a mixture thereof may be adopted. I can.
【0024】更に具体的には、前記少なくとも1つの単
位セル(2a)を構成する燃料極(24)のガス拡散層に対す
るフッ素樹脂の添加量は、他の単位セル(2)の同添加量
に対して、0.8以下の重量比率に設定される。これに
よって、該単位セル(2a)を構成する燃料極(24)のガス
拡散層内における水蒸気の移動が充分にスムーズとなっ
て、高い加湿効果が得られる。More specifically, the addition amount of the fluororesin to the gas diffusion layer of the fuel electrode (24) constituting the at least one unit cell (2a) is the same as that of the other unit cell (2). On the other hand, the weight ratio is set to 0.8 or less. As a result, the movement of water vapor in the gas diffusion layer of the fuel electrode (24) forming the unit cell (2a) becomes sufficiently smooth, and a high humidification effect can be obtained.
【0025】又、前記少なくとも1つの単位セル(2a)
を構成する燃料極(24)のガス拡散層に対するフッ素樹脂
の添加量は、5重量部以上に設定される。これによっ
て、該単位セル(2a)を構成する燃料極(24)のガス拡散
層の撥水性を必要最低限に維持して、ガス拡散層の気孔
の水詰まりを防止することが出来る。The at least one unit cell (2a)
The addition amount of the fluororesin to the gas diffusion layer of the fuel electrode (24) constituting the above is set to 5 parts by weight or more. As a result, the water repellency of the gas diffusion layer of the fuel electrode (24) forming the unit cell (2a) can be maintained at the necessary minimum and the clogging of the pores of the gas diffusion layer can be prevented.
【0026】他の具体的構成においては、前記少なくと
も1つの単位セル(2a)は、燃料極(24)の触媒層の撥水
性において他の単位セル(2)よりも低く設定されてい
る。これによって、該単位セル(2a)では、発生した水
蒸気が触媒層内を容易に移動して、固体高分子電解質膜
に供給されることになる。In another specific configuration, the at least one unit cell (2a) is set to have a lower water repellency of the catalyst layer of the fuel electrode (24) than the other unit cells (2). As a result, in the unit cell (2a), the generated water vapor easily moves in the catalyst layer and is supplied to the solid polymer electrolyte membrane.
【0027】具体的には、前記少なくとも1つの単位セ
ル(2a)は、燃料極(24)の触媒層に対するフッ素樹脂の
添加量において他の単位セル(2)よりも少なく形成され
ている。これによって、前記少なくとも1つの単位セル
(2a)を構成する燃料極(24)の触媒層の撥水性を、他の
単位セル(2)の同撥水性よりも低く設定することが出来
る。尚、フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチ
レン、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレ
ン共重合体、テトラフルオロエチレンエチレン重合体、
テトラフルオロエチレンヘキサフルオロアルキルビニル
エーテル共重合体、若しくは、これらの混合物を採用す
ることが出来る。Specifically, the at least one unit cell (2a) is formed in a smaller amount than the other unit cells (2) in the amount of the fluororesin added to the catalyst layer of the fuel electrode (24). Thereby, the at least one unit cell
The water repellency of the catalyst layer of the fuel electrode (24) constituting (2a) can be set lower than the water repellency of the other unit cell (2). Incidentally, as the fluororesin, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene ethylene polymer,
A tetrafluoroethylene hexafluoroalkyl vinyl ether copolymer or a mixture thereof can be adopted.
【0028】更に具体的には、前記少なくとも1つの単
位セル(2a)を構成する燃料極(24)の触媒層に対するフ
ッ素樹脂の添加量は、他の単位セル(2)の同添加量に対
して、0.8以下の重量比率に設定される。これによっ
て、該単位セル(2a)を構成する燃料極(24)の触媒層内
における水蒸気の移動が充分にスムーズとなって、高い
加湿効果が得られる。More specifically, the addition amount of the fluororesin to the catalyst layer of the fuel electrode (24) forming the at least one unit cell (2a) is the same as that of the other unit cell (2). The weight ratio is set to 0.8 or less. As a result, the movement of water vapor in the catalyst layer of the fuel electrode (24) constituting the unit cell (2a) becomes sufficiently smooth and a high humidifying effect can be obtained.
【0029】又、前記少なくとも1つの単位セル(2a)
を構成する燃料極(24)の触媒層に対するフッ素樹脂の添
加量は、2重量部以上に設定される。これによって、該
単位セル(2a)を構成する燃料極(24)の触媒層の撥水性
を必要最低限に維持して、触媒層に水が滞留することを
防止することが出来る。従って、ガスの流れが阻害され
ることはない。The at least one unit cell (2a)
The addition amount of the fluororesin to the catalyst layer of the fuel electrode (24) constituting the above is set to 2 parts by weight or more. As a result, the water repellency of the catalyst layer of the fuel electrode (24) forming the unit cell (2a) can be maintained to a necessary minimum and water can be prevented from staying in the catalyst layer. Therefore, the gas flow is not obstructed.
【0030】尚、本発明は、特に内部加湿方式の燃料電
池において高い効果が得られる。又、単位セル(2)を構
成する固体高分子電解質膜(22)が、パーフルオロカーボ
ンスルホン酸系、ポリスチレンジビニルベンゼンスルホ
ン酸系、フェノールホルムアルデヒド系の何れかの高分
子膜によって形成されている場合、該高分子膜がイオン
電導性を示すためには充分な湿潤が必要であるので、本
発明が有効である。The present invention is highly effective especially in an internal humidification type fuel cell. Further, when the solid polymer electrolyte membrane (22) constituting the unit cell (2) is formed of a polymer membrane of any of perfluorocarbon sulfonic acid type, polystyrene divinylbenzene sulfonic acid type and phenol formaldehyde type, The present invention is effective because sufficient wetting is necessary for the polymer film to exhibit ionic conductivity.
【0031】[0031]
【発明の効果】本発明に係る固体高分子電解質型燃料電
池によれば、発熱抵抗体などの特別な装置を装備するこ
となく、単位セルの撥水性を調整するだけの簡易な構成
で、モジュール全体に亘って充分な加湿を行なうことが
出来る。EFFECTS OF THE INVENTION According to the solid polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the module has a simple structure in which the water repellency of the unit cell is adjusted without equipping a special device such as a heating resistor. Sufficient humidification can be performed throughout.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】以下、本発明を、内部加湿式の固
体高分子電解質型燃料電池に実施した形態につき、図面
に沿って具体的に説明する。本発明に係る固体高分子電
解質型燃料電池は、図1に示す如く、複数の単位セル
(2)を積層して、該積層体を一対の集電プレート(7)
(7)によって両側から挟持し、更にその両側に締結板
(6)(6)を配置して、両締結板(6)(6)を複数本の締結
ボルト(61)と締結ナット(62)によって締め付けることに
より、一体の燃料電池モジュール(1)を構成している。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an internal wettable solid polymer electrolyte fuel cell will be specifically described with reference to the drawings. The solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention comprises a plurality of unit cells as shown in FIG.
(2) is laminated, and the laminated body is made into a pair of current collecting plates (7)
It is clamped from both sides by (7), and the fastening plates are on both sides.
(6) By arranging (6) and fastening both fastening plates (6) and (6) with a plurality of fastening bolts (61) and fastening nuts (62), an integrated fuel cell module (1) is constructed. is doing.
【0033】各締結板(6)には、上端部に、燃料ガス
(水素ガス)と加湿水を各単位セル(2)へ供給するための
2本の燃料ガス供給管(63)(63)が連結されると共に、下
端部には、各単位セル(2)を通過した未反応ガスを排出
するための2本の未反応ガス排出管(64)(64)が連結され
ている。又、一対の集電プレート(7)(7)には、燃料電
池モジュール(1)の発生電力を外部に取り出すための一
対の電極端子(71)(71)が突設されている。尚、図1に示
す燃料電池モジュール(1)の背面側には、酸化剤ガスで
ある空気を供給するためのマニホールド(図示省略)が配
備されている。Each fastening plate (6) has a fuel gas at the upper end.
(Hydrogen gas) and two fuel gas supply pipes (63) (63) for supplying humidification water to each unit cell (2) are connected, and each unit cell (2) is attached to the lower end. Two unreacted gas discharge pipes (64) (64) for discharging the unreacted gas that has passed are connected. In addition, a pair of electrode terminals (71) (71) for projecting the generated power of the fuel cell module (1) to the outside is provided on the pair of current collecting plates (7) (7). A manifold (not shown) for supplying air as an oxidant gas is provided on the back side of the fuel cell module (1) shown in FIG.
【0034】各単位セル(2)は、図2に示す如く、セル
ユニット(21)を導電性プレート(3)(3)によって両側か
ら挟持した構造を有しており、両導電性プレート(3)
(3)の間には絶縁シート(25)が介在して、両導電性プレ
ート(3)(3)の間の電気的絶縁とガスシールを施してい
る。As shown in FIG. 2, each unit cell (2) has a structure in which a cell unit (21) is sandwiched by conductive plates (3) and (3) from both sides. )
An insulating sheet (25) is interposed between (3) to provide electrical insulation and gas seal between the conductive plates (3) and (3).
【0035】導電性プレート(3)は、炭素や金属などの
導電性材料から形成され、図2並びに図4〜図7に示す
様に、上端部には、前記燃料ガス供給管(63)(63)に繋が
る左右一対の供給側貫通孔(34)(34)が開設されると共
に、下端部には、前記未反応ガス排出管(64)(64)に繋が
る左右一対の排出側貫通孔(35)(35)が開設されている。
左右一対の供給側貫通孔(34)(34)は、導電性プレート
(3)内を水平に伸びる集合流路(36)を介して互いに連結
され、左右一対の排出側貫通孔(35)(35)は、導電性プレ
ート(3)内を水平に伸びる集合流路(37)を介して互いに
連結されている。The conductive plate (3) is made of a conductive material such as carbon or metal. As shown in FIGS. 2 and 4 to 7, the fuel gas supply pipe (63) ( A pair of left and right supply-side through holes (34) (34) connected to (63) are opened, and a pair of left and right discharge-side through holes (64) (64) connected to the unreacted gas discharge pipes (64) (64) are formed at the lower end. 35) (35) has been opened.
The pair of left and right supply side through holes (34) (34) are conductive plates.
The pair of left and right discharge side through holes (35) and (35), which are connected to each other through the collecting channel (36) that horizontally extends in the inside (3), are the collecting channels that horizontally extend in the conductive plate (3). They are connected to each other via (37).
【0036】又、導電性プレート(3)には、セルユニッ
ト(21)の燃料極(24)との対向面に、燃料極(24)が係合す
る凹部(31)が形成されると共に、該凹部(31)の底部に
は、燃料ガス(水素ガス)を垂直方向に流すための複数本
の溝(32)が、互いに平行に凹設されており、各溝(32)の
両端はそれぞれ、導電性プレート(3)内を上下に伸びる
分岐流路(38)(39)に繋がっており、これらの分岐流路(3
8)(39)は、前記集合流路(36)(37)に繋がっているFurther, in the conductive plate (3), a recess (31) for engaging the fuel electrode (24) is formed on the surface of the cell unit (21) facing the fuel electrode (24), and A plurality of grooves (32) for flowing a fuel gas (hydrogen gas) in a vertical direction are provided in parallel with each other at the bottom of the recess (31), and both ends of each groove (32) are respectively formed. , Which are connected to the branch flow paths (38) and (39) extending vertically in the conductive plate (3), and these branch flow paths (3
8) (39) is connected to the collecting channel (36) (37)
【0037】一方、セルユニット(21)の酸化剤極(23)と
の対向面には、酸化剤極(23)が係合する凹部(41)が形成
されると共に、該凹部(41)の底部には、酸化剤ガス(空
気)を水平方向に流すための複数本の溝(42)が、互いに
平行に凹設されており、各溝(42)の両端はそれぞれ、導
電性プレート(3)内を左右に伸びる流路(43)(43)に繋が
っており、これらの流路(43)は導電性プレート(3)の両
端面にて開口している。更に、導電性プレート(3)の両
面には、それぞれ凹部(31)(41)を包囲して、Oリング(2
8)を嵌めるための溝(33)(40)が凹設されている。On the other hand, on the surface of the cell unit (21) facing the oxidant electrode (23), a recess (41) with which the oxidant electrode (23) is engaged is formed, and the recess (41) of the recess (41) is formed. A plurality of grooves (42) for flowing an oxidant gas (air) in a horizontal direction are provided in the bottom portion in parallel with each other, and both ends of each groove (42) are electrically conductive plate (3). ) Is connected to the flow paths (43) (43) extending in the left and right, and these flow paths (43) are open at both end surfaces of the conductive plate (3). Further, on both sides of the conductive plate (3), the recesses (31) and (41) are surrounded, and the O-ring (2
Grooves (33) (40) for fitting 8) are recessed.
【0038】セルユニット(21)は、図3に示す如く、固
体高分子電解質膜(22)の両面に酸化剤極(23)と燃料極(2
4)を配備して構成される。ここで、固体高分子電解質膜
(22)は、酸化剤極(23)及び燃料極(24)よりも大きな外形
寸法に形成されている。酸化剤極(23)及び燃料極(24)は
それぞれ、電極基材上に電極触媒作用を有する触媒層を
形成して構成されている。電極基材は、一般に、カーボ
ンペーパー等の電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性
物質を添加して作製されるものであって、ガス拡散層と
しての機能を発揮して、燃料ガスや、酸化剤ガス及び水
蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能をも発
揮する。触媒層は、一般に、白金微粒子を含む触媒とフ
ッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合
して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体
高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して
形成される。As shown in FIG. 3, the cell unit (21) has an oxidizer electrode (23) and a fuel electrode (2) on both sides of a solid polymer electrolyte membrane (22).
It is configured by deploying 4). Where the solid polymer electrolyte membrane
The (22) is formed to have a larger outer dimension than the oxidizer electrode (23) and the fuel electrode (24). Each of the oxidant electrode (23) and the fuel electrode (24) is formed by forming a catalyst layer having an electrocatalytic action on an electrode base material. The electrode substrate is generally produced by adding a water-repellent substance such as a fluororesin to a conductive porous material such as carbon paper, and exerts a function as a gas diffusion layer to prevent a fuel gas or a gas. At the same time as supplying and discharging oxidant gas and water vapor, it also exhibits the function of collecting electricity. Generally, the catalyst layer is prepared by mixing a catalyst containing platinum fine particles and a water-repellent substance such as a fluororesin, and mixing this with a solvent to form a paste or ink, which is then opposed to the solid polymer electrolyte membrane. It is formed by coating on one side of the electrode base material to be formed.
【0039】絶縁シート(25)は、フッ素樹脂、ゴム等の
絶縁性材料から形成され、前記導電性プレート(3)と略
同一の外形寸法を有すると共に、セルユニット(21)の固
体高分子電解質膜(22)が嵌まり込む開口部(26)を有して
いる。又、絶縁シート(25)の上端部及び下端部には、前
記導電性プレート(3)の供給側貫通孔(34)(34)及び排出
側貫通孔(35)(35)に合致する4つの貫通孔(27)〜(27)が
開設されている。The insulating sheet (25) is made of an insulating material such as fluororesin or rubber, has the same outer dimensions as the conductive plate (3), and has the solid polymer electrolyte of the cell unit (21). It has an opening (26) into which the membrane (22) fits. In addition, the upper and lower ends of the insulating sheet (25) are provided with four holes which match the supply side through holes (34) (34) and the discharge side through holes (35) (35) of the conductive plate (3). Through holes (27) to (27) are opened.
【0040】集電プレート(7)は、炭素、金属などの導
電性材料から形成され、図8に示す如く、上端部及び下
端部には、前記導電性プレート(3)の供給側貫通孔(34)
(34)及び排出側貫通孔(35)(35)に合致する4つの貫通孔
(72)〜(72)が開設されている。又、集電プレート(7)の
端面に、前記一対の電極端子(71)(71)が突設されてい
る。The current collecting plate (7) is made of a conductive material such as carbon or metal. As shown in FIG. 8, the supply side through hole () of the conductive plate (3) is formed at the upper end and the lower end. 34)
(34) and four through holes that match the discharge side through holes (35) and (35)
(72)-(72) are open. Further, the pair of electrode terminals (71) and (71) are projectingly provided on the end surface of the current collecting plate (7).
【0041】従って、図2に示す如く、2枚の導電性プ
レート(3)(3)の間にセルユニット(21)及び絶縁シート
(25)を挟み込むことによって、セルユニット(21)の酸化
剤極(23)が左側の導電性プレート(3)の凹部(41)に係合
すると共に、セルユニット(21)の燃料極(24)が右側の導
電性プレート(3)の凹部(31)に係合し、更に、固体高分
子電解質膜(22)の周辺部が、Oリング(28)(28)を介し
て、左右の導電性プレート(3)(3)の周辺部によって両
側から挟持されることになる。又、左右の導電性プレー
ト(3)(3)の接合部に絶縁シート(25)が介在することに
なる。この結果、右側の導電性プレート(3)の溝(32)を
流れる燃料ガスと、左側の導電性プレート(3)の溝(42)
を流れる酸化剤ガスとのシールが施されると同時に、左
右の導電性プレート(3)(3)間の電気的絶縁が施され
る。斯くして、セルユニット(21)、絶縁シート(25)及び
導電性プレート(3)の組み合わせから、1つの単位セル
(2)が構成される。Therefore, as shown in FIG. 2, the cell unit (21) and the insulating sheet are provided between the two conductive plates (3) and (3).
By sandwiching (25), the oxidizer electrode (23) of the cell unit (21) engages with the recess (41) of the left conductive plate (3), and the fuel electrode (24) of the cell unit (21) is ) Engages with the concave portion (31) of the conductive plate (3) on the right side, and further, the peripheral portion of the solid polymer electrolyte membrane (22) is electrically conductive to the left and right via the O-rings (28) and (28). It will be pinched from both sides by the periphery of the sex plate (3) (3). In addition, the insulating sheet (25) is interposed between the left and right conductive plates (3) (3). As a result, the fuel gas flowing in the groove (32) of the right conductive plate (3) and the groove (42) of the left conductive plate (3).
At the same time as being sealed with the oxidant gas flowing through, the electrical insulation is provided between the left and right conductive plates (3). Thus, from the combination of the cell unit (21), the insulating sheet (25) and the conductive plate (3), one unit cell is obtained.
(2) is configured.
【0042】図1の如く複数の単位セル(2)を積層し、
その両側に集電プレート(7)(7)を配置し、更にその両
側に締結板(6)(6)を配置して、両締結板(6)(6)を複
数本の締結ボルト(61)と締結ナット(62)によって締め付
けることにより、一体の燃料電池モジュール(1)を組み
立てる。この様にして組み立てられた燃料電池モジュー
ル(1)においては、複数の燃料電池モジュール(1)の供
給側貫通孔(34)が互いに連結されて、燃料ガス供給管(6
3)(63)と繋がる1本のガス供給路が形成されると共に、
複数の燃料電池モジュール(1)の排出側貫通孔(35)が互
いに連結されて、未反応ガス排出管(64)(64)と繋がる1
本のガス排出路が形成される。A plurality of unit cells (2) are laminated as shown in FIG.
The current collecting plates (7) and (7) are arranged on both sides of the fastening plates (6) and (6), and the fastening plates (6) and (6) are arranged on both sides thereof. ) And a fastening nut (62) to assemble the integrated fuel cell module (1). In the fuel cell module (1) thus assembled, the supply side through holes (34) of the plurality of fuel cell modules (1) are connected to each other, and the fuel gas supply pipe (6
3) One gas supply path connected to (63) is formed, and
The discharge side through holes (35) of the plurality of fuel cell modules (1) are connected to each other and connected to the unreacted gas discharge pipes (64) (64) 1
A book gas outlet is formed.
【0043】従って、燃料ガス供給管(63)(63)から燃料
ガス及び加湿水を供給すると、この燃料ガス及び加湿水
は、供給側貫通孔(34)によって形成されるガス供給路を
流れつつ、各単位セル(2)の供給側貫通孔(34)から集合
流路(36)へ流れ込み、更に複数本の分岐流路(38)に分配
されて、各単位セル(2)に形成されている複数本の溝(3
2)へ流れ込み、各単位セル(2)にて電極反応及び加湿に
供されることになる。未反応の燃料ガス及び水は、複数
本の分岐流路(39)を経て集合流路(37)へ流れ込み、更に
排出側貫通孔(35)によって形成されるガス排出路を経
て、未反応ガス排出管(64)(64)から排出されることにな
る。Therefore, when the fuel gas and the humidifying water are supplied from the fuel gas supply pipes (63) (63), the fuel gas and the humidifying water flow through the gas supply passage formed by the supply side through hole (34). , From the supply-side through hole (34) of each unit cell (2) to the collecting channel (36), and further distributed into a plurality of branch channels (38) to be formed in each unit cell (2). Multiple grooves (3
It flows into 2) and is used for electrode reaction and humidification in each unit cell (2). The unreacted fuel gas and water flow into the collecting channel (37) through the plurality of branch flow channels (39), and further pass through the gas discharge path formed by the discharge side through hole (35) to unreact gas. It will be discharged from the discharge pipes (64) (64).
【0044】上記燃料電池モジュール(1)においては、
複数の単位セル(2)の供給側貫通孔(34)によって形成さ
れる加湿水(冷却水)の流路の入口、即ち、燃料電池モジ
ュール(1)の両端部に位置する単位セル(2a)(2a)が、
燃料極(24)の撥水性において他の単位セル(2)よりも低
く設定されている。具体的には、燃料極(24)を構成する
電極基材(ガス拡散層)及び/又は電極基材上の触媒層に
添加すべきフッ素樹脂の量を、単位セル(2)の位置によ
って変化させることにより、燃料極(24)の撥水性を調整
している。In the above fuel cell module (1),
Unit cells (2a) located at the inlet of the flow path of the humidifying water (cooling water) formed by the supply-side through holes (34) of the plurality of unit cells (2), that is, at both ends of the fuel cell module (1) (2a) is
The water repellency of the fuel electrode (24) is set lower than that of the other unit cells (2). Specifically, the amount of fluororesin to be added to the electrode base material (gas diffusion layer) that constitutes the fuel electrode (24) and / or the catalyst layer on the electrode base material is changed depending on the position of the unit cell (2). By doing so, the water repellency of the fuel electrode (24) is adjusted.
【0045】[0045]
【実施例】上記本発明の燃料電池モジュール(1)を実際
に作製し、従来の燃料電池モジュールと比較した結果に
ついて説明する。EXAMPLES The results of actually producing the fuel cell module (1) of the present invention and comparing it with a conventional fuel cell module will be described.
【0046】実施例1
本実施例の燃料電池モジュールに用いられるセルユニッ
トを次の様にして作製した。面積100cm2のカーボ
ンペーパーに、市販のフッ素樹脂分散液(ポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)分散溶液)を含浸させ、熱処
理を施すことによって、カーボンペーパー重量:100
に対してフッ素樹脂重量:50の電極基材を作製する共
に、白金微粒子が担持された炭素粉末、パーフルオロカ
ーボンスルホン酸のアルコール溶液、及び前記炭素粉末
に対して25重量部のフッ素樹脂を含むスラリーを調製
した後、白金担持量が約1mg/cm2となるように前
記電極基材上に前記スラリーを塗布し、これを乾燥させ
ることによって、酸化剤極(23)及び燃料極(24)を作製し
た。これらの酸化剤極(23)及び燃料極(24)を、パーフル
オロカーボンスルホン酸系高分子膜からなる固体高分子
電解質膜(22)の両面にホットプレス等の方法によって接
合し、セルユニット(21)を作製した。[0046]Example 1
The cell unit used in the fuel cell module of the present embodiment.
Was manufactured as follows. Area 100 cmTwoCarbo
Commercially available fluororesin dispersion (polytetrafluoroethylene)
Luoroethylene (PTFE) dispersion solution) and heat treatment
Carbon paper weight: 100
On the other hand, fluororesin weight: 50
In addition, carbon powder supporting platinum fine particles, perfluorocarbon
Carbonic acid alcohol solution and carbon powder
To prepare a slurry containing 25 parts by weight of fluororesin
After that, the amount of platinum carried is about 1 mg / cmTwoAs before
Apply the slurry on the electrode substrate and dry it.
To produce the oxidizer electrode (23) and the fuel electrode (24).
It was These oxidizer electrode (23) and fuel electrode (24) are
Solid polymer composed of orocarbon sulfonic acid polymer film
Contact both sides of the electrolyte membrane (22) by a method such as hot pressing.
Then, a cell unit (21) was produced.
【0047】但し、モジュール端部に位置する単位セル
(2a)に使用するセルユニット(21)については、燃料極
(24)の作製においてカーボンペーパーに添加するフッ素
樹脂の量を20重量部とした。これによって、該単位セ
ル(2a)に用いられる燃料極(24)の拡散層におけるフッ
素樹脂の添加量は、他の単位セル(2)に用いられる燃料
極(24)の拡散層におけるフッ素樹脂添加量に対して、
0.4の比率となる。However, the unit cell located at the end of the module
For the cell unit (21) used in (2a),
In the preparation of (24), the amount of fluororesin added to the carbon paper was 20 parts by weight. As a result, the addition amount of the fluororesin in the diffusion layer of the fuel electrode (24) used in the unit cell (2a) is the same as the addition amount of the fluororesin in the diffusion layer of the fuel electrode (24) used in another unit cell (2). For quantity,
The ratio is 0.4.
【0048】この様にして作製された単位セル(2)の積
層数を30として、実施例1の燃料電池モジュールを組
み立てた。The fuel cell module of Example 1 was assembled by setting the number of stacked unit cells (2) thus manufactured to 30.
【0049】比較例1
燃料電池モジュールの全ての単位セルが上記実施例1の
中央部の単位セル(2)と同一の単位セルによって構成さ
れる燃料電池モジュールを組み立て、比較例1とした。[0049]Comparative Example 1
All the unit cells of the fuel cell module are the same as those in the first embodiment.
It is composed of the same unit cell as the unit cell (2) in the center.
A fuel cell module as described above was assembled to obtain Comparative Example 1.
【0050】性能比較
実施例1及び比較例1の燃料電池モジュールを対象とし
て、各燃料電池モジュールの燃料ガス供給管(63)(63)
に、300cc/minの加湿水と水素を供給して、モ
ジュール出力0.5kwの定格運転を行なった。なお、
供給すべき加湿水の量は、セル構成や出力電流などの条
件を考慮して、適宜決定することが望ましい。[0050]Performance comparison
Targeting the fuel cell modules of Example 1 and Comparative Example 1
The fuel gas supply pipe of each fuel cell module (63) (63)
To this, supply 300 cc / min of humidifying water and hydrogen, and
A rated operation with a joule output of 0.5 kW was performed. In addition,
The amount of humidifying water to be supplied depends on factors such as cell configuration and output current.
It is desirable to decide as appropriate in consideration of the circumstances.
【0051】図10は、実施例1及び比較例1における
モジュール電圧の経時変化を表わしている。図示の如
く、実施例1においては、比較例1に比べて電圧の経時
低下が小さくなっている。これは、比較例1では、両端
部の単位セルの温度が低いために、水の蒸気圧が低くな
って、燃料極のガス拡張層を透過して触媒層に達する水
分量は少なくなり、発電に必要な水が不足して、該単位
セルの反応性が低下するのに対し、実施例1では、モジ
ュール端部の単位セルを構成する燃料極のガス拡散層の
撥水性を抑えているので、触媒層に到達する水分の量が
増大して、該単位セルの反応性の低下が抑制されるから
である。FIG. 10 shows changes with time in module voltage in Example 1 and Comparative Example 1. As shown in the figure, in Example 1, the decrease in voltage with time is smaller than in Comparative Example 1. In Comparative Example 1, since the temperature of the unit cells at both ends is low, the vapor pressure of water is low, and the amount of water that permeates the gas expansion layer of the fuel electrode and reaches the catalyst layer is small. In contrast to the lack of water required for the unit cell to reduce the reactivity of the unit cell, in Example 1, the water repellency of the gas diffusion layer of the fuel electrode forming the unit cell at the module end is suppressed. This is because the amount of water reaching the catalyst layer is increased and the decrease in reactivity of the unit cell is suppressed.
【0052】実施例2
本実施例では、モジュール端部の単位セルに付与すべき
撥水性の差について、その効果的範囲を検討した。実施
例1においては、モジュール端部のセルを構成する燃料
極のガス拡散層に対するフッ素樹脂の添加量を、他のセ
ルの同添加量に対して、0.4の比率としているが、本
実施例では、モジュール端部のセルに関して、燃料極の
ガス拡散層に添加するフッ素樹脂量をそれぞれ、2重量
部(比率0.04)、5重量部(比率0.1)、40重量部
(比率0.8)、45重量部(比率0.9)とした4種類の燃
料電池モジュール(実施例a〜d)を作製した。[0052]Example 2
In this embodiment, it should be attached to the unit cell at the end of the module.
The effective range of the difference in water repellency was examined. Implementation
In Example 1, the fuel forming the cells at the end of the module
Change the amount of fluororesin added to the gas diffusion layer of the electrode to another value.
The ratio is 0.4 with respect to the same amount of
In the embodiment, regarding the cells at the end of the module,
The amount of fluororesin added to the gas diffusion layer is 2% each.
Parts (ratio 0.04), 5 parts by weight (ratio 0.1), 40 parts by weight
(Ratio 0.8), 45 parts by weight (Ratio 0.9) 4 types of fuel
Rechargeable battery modules (Examples a to d) were produced.
【0053】図11は、実施例1と同様の運転を行なっ
たときのモジュール電圧の変化を表わしている。このグ
ラフから明らかな様に、実施例b(比率0.1)、実施例
c(比率0.8)、及び実施例1(比率0.4)においてモジ
ュール電圧の経時低下が顕著に軽減されており、大きな
効果が得られている。FIG. 11 shows changes in the module voltage when the same operation as in Example 1 is performed. As is clear from this graph, in Example b (ratio 0.1), Example c (ratio 0.8), and Example 1 (ratio 0.4), the decrease in module voltage over time was significantly reduced. And a great effect is obtained.
【0054】但し、実施例d(比率0.9)においては、
撥水性が過大となって、燃料極の触媒層に到達できる水
分量が減少するために、反応性低下の抑制効果が比較的
小さなものとなった。従って、モジュール端部のセルを
構成する燃料極のガス拡散層へのフッ素樹脂添加量は、
他のセルの同添加量に対し、0.8以下の比率に設定す
ることが好ましいと言える。However, in Example d (ratio 0.9),
Since the water repellency becomes excessive and the amount of water that can reach the catalyst layer of the fuel electrode decreases, the effect of suppressing the decrease in reactivity becomes relatively small. Therefore, the amount of fluororesin added to the gas diffusion layer of the fuel electrode that constitutes the cell at the end of the module is
It can be said that it is preferable to set the ratio to 0.8 or less with respect to the same addition amount of other cells.
【0055】又、実施例a(比率0.04)においては、
添加したフッ素樹脂の絶対量が2重量部と少ないため
に、撥水性が過小となり、これによって、ガス拡散層の
気孔に水詰まりが発生して、燃料極のガス拡散性が低下
するため、反応性低下の抑制効果が比較的小さなものと
なった。従って、モジュール端部のセルを構成する燃料
極のガス拡散層へのフッ素樹脂添加量は、絶対量とし
て、5重量部以上が好ましいと言える。In Example a (ratio 0.04),
Since the absolute amount of the added fluororesin is as small as 2 parts by weight, the water repellency becomes too small, which causes the pores of the gas diffusion layer to be clogged with water and the gas diffusivity of the fuel electrode to decrease, so that the reaction The effect of suppressing the deterioration of sex was relatively small. Therefore, it can be said that the addition amount of the fluororesin to the gas diffusion layer of the fuel electrode forming the cell at the end of the module is preferably 5 parts by weight or more in absolute amount.
【0056】実施例3
本実施例では、撥水性の調整を拡散層で行なうことに代
えて、触媒層で行なった場合の効果について検討した。
本実施例では、実施例1において作製したモジュール端
部の単位セル(2a)を構成する燃料極の触媒層へのフッ
素樹脂の量を、炭素粉末に対して1重量部、2重量部、
10重量部、20重量部、23重量部としたこと以外は
実施例1と同様にして、積層セル数が30の5種類の燃
料電池モジュール(実施例e、f、g、h、i)を作製し
た。[0056]Example 3
In this embodiment, the water repellency is adjusted by using the diffusion layer.
Therefore, the effect of the catalyst layer was examined.
In this example, the module end manufactured in Example 1 was used.
To the catalyst layer of the fuel electrode that constitutes the unit cell (2a)
The amount of the base resin is 1 part by weight, 2 parts by weight with respect to the carbon powder,
Except for 10 parts, 20 parts and 23 parts by weight
In the same manner as in Example 1, five types of fuel with 30 laminated cells were used.
A battery module (Examples e, f, g, h, i) was prepared.
It was
【0057】尚、これらの燃料電池モジュールにおい
て、モジュール端部の単位セル(2a)を構成する燃料極
の触媒層へのフッ素樹脂添加量は、その他の単位セルの
同添加量に対して、それぞれ0.04、0.08、0.
4、0.8、0.92の比率となっている(表1参照)。In these fuel cell modules, the amount of the fluororesin added to the catalyst layer of the fuel electrode forming the unit cell (2a) at the module end is different from that of the other unit cells. 0.04, 0.08, 0.0.
The ratio is 4, 0.8 and 0.92 (see Table 1).
【0058】[0058]
【表1】 [Table 1]
【0059】図12は、実施例1と同様の運転を行なっ
たときのモジュール電圧の変化を表わしている。このグ
ラフから明らかな様に、実施例f(比率0.08)、実施
例g(比率0.4)、及び実施例h(比率0.8)においてモ
ジュール電圧の経時低下が顕著に軽減されており、大き
な効果が得られている。FIG. 12 shows changes in the module voltage when the same operation as in the first embodiment is performed. As is apparent from this graph, in Example f (ratio 0.08), Example g (ratio 0.4), and Example h (ratio 0.8), the decrease in module voltage with time is significantly reduced. And a great effect is obtained.
【0060】但し、実施例i(比率0.92)において
は、撥水性が過大となって、燃料極の触媒層に到達でき
る水分量が減少するために、反応性低下の抑制効果が比
較的小さなものとなった。従って、モジュール端部のセ
ルを構成する燃料極の触媒層へのフッ素樹脂添加量は、
他のセルの同添加量に対し、0.8以下の比率に設定す
ることが好ましいと言える。However, in Example i (ratio 0.92), the water repellency becomes excessive and the amount of water that can reach the catalyst layer of the fuel electrode decreases, so that the effect of suppressing the decrease in reactivity is relatively high. It became small. Therefore, the amount of fluororesin added to the catalyst layer of the fuel electrode that constitutes the cell at the end of the module is
It can be said that it is preferable to set the ratio to 0.8 or less with respect to the same addition amount of other cells.
【0061】又、実施例e(比率0.04)においては、
添加したフッ素樹脂の絶対量が1重量部と少ないため
に、撥水性が過小となり、これによって触媒層に水が滞
留して、ガスの流れを阻害するため、反応性低下の抑制
効果が比較的小さなものとなった。従って、モジュール
端部のセルを構成する燃料極の触媒層へのフッ素樹脂添
加量は、絶対量として、2重量部以上が好ましいと言え
る。In Example e (ratio 0.04),
Since the absolute amount of the added fluororesin is as small as 1 part by weight, the water repellency becomes too small, which causes water to stay in the catalyst layer and hinders the gas flow. It became small. Therefore, it can be said that the addition amount of the fluororesin to the catalyst layer of the fuel electrode forming the cell at the end of the module is preferably 2 parts by weight or more in absolute amount.
【0062】本発明に係る固体高分子電解質型燃料電池
は、電池性能に対して加湿状態の影響が大きい固体高分
子電解質膜、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸
系、ポリスチレンジビニルベンゼスルホン酸系、フェノ
ールホルムアルデヒド系等の固体高分子電解質膜を用い
た燃料電池において特に効果的であり、またモジュール
の温度分布が大きくなりがちな内部加湿方式の燃料電池
において効果的である。The solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention is a solid polymer electrolyte membrane, for example, perfluorocarbon sulfonic acid type, polystyrene divinylbenze sulfonic acid type, phenol formaldehyde type, which has a great influence on the cell performance in the humidified state. It is particularly effective in a fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane such as, and is also effective in an internal humidification type fuel cell in which the temperature distribution of the module tends to be large.
【0063】尚、上記実施例3においては、触媒層の撥
水性を制御するためにフッ素樹脂の添加量を調整してい
るが、これに限らず、触媒を担時している炭素粉末の性
質によって撥水性を制御する方法が採用可能である。こ
の場合、炭素粉末は、表面積、黒鉛化度など、その形状
や表面状態によっても撥水性が異なるので、モジュール
端部のセルとモジュール中央部のセルで、触媒層に用い
る炭素粉末にそれぞれ異なる性質のものを用いることに
より、撥水性に差を持たせてもよい。In Example 3, the amount of the fluororesin added was adjusted in order to control the water repellency of the catalyst layer. However, the present invention is not limited to this, and the nature of the carbon powder carrying the catalyst is not limited to this. A method of controlling the water repellency can be adopted. In this case, the carbon powder has different water repellency depending on its shape and surface condition such as surface area and degree of graphitization. Therefore, the characteristics of the carbon powder used in the catalyst layer are different between the cell at the module end and the cell at the module center. The water repellency may be made different by using the above.
【0064】又、上記実施例1〜3においては、フッ素
樹脂として、PTFEを用いているが、これに限らず、
テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重
合体(FEP)、テトラフルオロエチレンエチレン重合体
(ETFE)、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロア
ルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等を用いて同様
に作製することも可能である。Although PTFE is used as the fluororesin in Examples 1 to 3, the invention is not limited to this.
Tetrafluoroethylene hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene ethylene polymer
(ETFE), tetrafluoroethylene hexafluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) and the like can be used for the same production.
【0065】又、撥水性を調整すべきモジュール端部の
単位セル(2a)は1つに限らず、モジュール端部近傍の
複数の単位セルについて撥水性を調整することも可能で
あって、セルの積層数やその他の条件に応じて、その数
を設定することが好ましい。この場合、例えば図9に示
す温度分布に応じて、複数の単位セルの撥水性に分布を
持たせることも可能である。The number of unit cells (2a) at the end of the module whose water repellency is to be adjusted is not limited to one, and the water repellency can be adjusted for a plurality of unit cells near the end of the module. It is preferable to set the number according to the number of stacked layers and other conditions. In this case, the water repellency of the plurality of unit cells can be given a distribution in accordance with the temperature distribution shown in FIG. 9, for example.
【0066】又、本発明は、冷却プレート等により冷却
水流路を形成して単位セルの冷却を行なう内部加湿方式
若しくは外部加湿方式の燃料電池に実施することも可能
であって、この場合、冷却プレート等の冷却水流路の入
口に最も近い単位セル(2a)の撥水性を他の単位セル
(2)よりも低く設定する。更に又、外部加湿方式の燃料
電池においては、冷却媒体として、水以外に、油、有機
系の液体等を用いることが出来る。The present invention can also be implemented in an internal humidification type or external humidification type fuel cell in which a cooling water flow path is formed by a cooling plate or the like to cool the unit cells. The water repellency of the unit cell (2a) closest to the inlet of the cooling water flow path such as the plate is set to the other unit cell
Set lower than (2). Furthermore, in the external humidification type fuel cell, oil, organic liquid or the like can be used as the cooling medium in addition to water.
【図1】本発明に係る固体高分子電解質型燃料電池モジ
ュールを示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing a solid polymer electrolyte fuel cell module according to the present invention.
【図2】単位セルを分解した状態の正面図である。FIG. 2 is a front view of the unit cell in a disassembled state.
【図3】セルユニット及び絶縁シートの分解斜視図であ
る。FIG. 3 is an exploded perspective view of a cell unit and an insulating sheet.
【図4】導電性プレートの酸化剤極との対向面を表わす
斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a surface of a conductive plate facing an oxidant electrode.
【図5】導電性プレートの燃料極との対向面を表わす斜
視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a surface of a conductive plate facing a fuel electrode.
【図6】導電性プレートの酸化剤極との対向面を表わす
正面図である。FIG. 6 is a front view showing a surface of a conductive plate facing an oxidant electrode.
【図7】導電性プレートの燃料極との対向面を表わす正
面図である。FIG. 7 is a front view showing a surface of a conductive plate facing a fuel electrode.
【図8】集電プレートの正面図である。FIG. 8 is a front view of a current collector plate.
【図9】燃料電池モジュールを構成する複数のセルの温
度分布を表わすグラフである。FIG. 9 is a graph showing a temperature distribution of a plurality of cells forming a fuel cell module.
【図10】実施例1及び比較例1におけるモジュール電
圧の経時低下を表わすグラフである。FIG. 10 is a graph showing a decrease over time in module voltage in Example 1 and Comparative Example 1.
【図11】実施例1、a〜d及び比較例1におけるモジ
ュール電圧の経時低下を表わすグラフである。11 is a graph showing the time-dependent decrease in module voltage in Example 1, a to d and Comparative Example 1. FIG.
【図12】実施例e〜i及び比較例1におけるモジュー
ル電圧の経時低下を表わすグラフである。FIG. 12 is a graph showing a decrease with time in module voltage in Examples e to i and Comparative Example 1.
【図13】従来の固体高分子電解質型燃料電池モジュー
ルの外観を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing an appearance of a conventional solid polymer electrolyte fuel cell module.
【図14】該固体高分子電解質型燃料電池モジュールを
構成する単位セルの要部を表わす断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a main part of a unit cell constituting the solid polymer electrolyte fuel cell module.
【図15】該単位セルの分解斜視図である。FIG. 15 is an exploded perspective view of the unit cell.
【図16】固体高分子電解質型燃料電池の発電原理を説
明する図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a power generation principle of a solid polymer electrolyte fuel cell.
(1) 燃料電池モジュール (2) 単位セル (21) セルユニット (22) 固体高分子電解質膜 (23) 酸化剤極 (24) 燃料極 (25) 絶縁シート (3) 導電性プレート (34) 供給側貫通孔 (35) 排出側貫通孔 (63) 燃料ガス供給管 (64) 未反応ガス排出管 (1) Fuel cell module (2) Unit cell (21) Cell unit (22) Solid polymer electrolyte membrane (23) Oxidizer pole (24) Fuel electrode (25) Insulation sheet (3) Conductive plate (34) Supply side through hole (35) Discharge side through hole (63) Fuel gas supply pipe (64) Unreacted gas exhaust pipe
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−283153(JP,A) 特開 平5−251086(JP,A) 特開 昭58−163173(JP,A) 特開 平8−167424(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/00 - 8/24 H01M 4/86 - 4/98 Continuation of front page (56) References JP-A-9-283153 (JP, A) JP-A-5-251086 (JP, A) JP-A-58-163173 (JP, A) JP-A-8-167424 (JP , A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 8/00-8/24 H01M 4/86-4/98
Claims (9)
料電池モジュール(1)が構成され、各単位セル(2)は、
燃料極(24)と酸化剤極(23)の間に固体高分子電解質膜(2
2)を介在させて構成され、燃料極(24)には、燃料ガスを
供給すると共に、酸化剤極(23)には酸化剤ガスを供給し
て、各単位セル(2)が発生する電力を外部へ取り出すこ
とが可能な固体高分子電解質型燃料電池において、燃料
電池モジュール(1)の内部には、単位セル(2)を冷却す
るための冷却媒体の流路が貫通して形成されており、該
流路の入口に最も近い少なくとも1つの単位セル(2a)
は、燃料極(24)の撥水性において他の単位セル(2)より
も低く設定されていることを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池。1. A unitary fuel cell module (1) is formed by stacking a plurality of unit cells (2), and each unit cell (2) comprises:
Between the fuel electrode (24) and the oxidizer electrode (23), the solid polymer electrolyte membrane (2
2) is interposed, the fuel gas is supplied to the fuel electrode (24) and the oxidant gas is supplied to the oxidant electrode (23) to generate electric power generated by each unit cell (2). In the solid polymer electrolyte fuel cell capable of taking out the air, a flow path of a cooling medium for cooling the unit cell (2) is formed inside the fuel cell module (1). And at least one unit cell (2a) closest to the inlet of the flow path
Is a polymer electrolyte fuel cell in which the water repellency of the fuel electrode (24) is set lower than that of the other unit cells (2).
2)と接触する領域に触媒層が形成されると共に、その反
対側の領域にガス拡散層が形成され、前記少なくとも1
つの単位セル(2a)は、燃料極(24)のガス拡散層の撥水
性において他の単位セル(2)よりも低く設定されている
請求項1に記載の固体高分子電解質型燃料電池。2. The solid polymer electrolyte membrane (2
2) A catalyst layer is formed in a region contacting with 2), and a gas diffusion layer is formed in a region opposite to the catalyst layer.
The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein one unit cell (2a) is set to have a lower water repellency of the gas diffusion layer of the fuel electrode (24) than the other unit cells (2).
は、燃料極(24)のガス拡散層に対するフッ素樹脂の添加
量において他の単位セル(2)よりも少なく形成されてい
る請求項2に記載の固体高分子電解質型燃料電池。3. The at least one unit cell (2a)
The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 2, wherein the amount of the fluororesin added to the gas diffusion layer of the fuel electrode (24) is smaller than that of the other unit cells (2).
構成する燃料極(24)のガス拡散層に対するフッ素樹脂の
添加量は、他の単位セル(2)の同添加量に対して、0.
8以下の重量比率である請求項3に記載の固体高分子電
解質型燃料電池。4. The addition amount of the fluororesin to the gas diffusion layer of the fuel electrode (24) constituting the at least one unit cell (2a) is 0 with respect to the same addition amount of the other unit cell (2). .
The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 3, which has a weight ratio of 8 or less.
構成する燃料極(24)のガス拡散層に対するフッ素樹脂の
添加量は、5重量部以上である請求項3又は請求項4に
記載の固体高分子電解質型燃料電池。5. The addition amount of the fluororesin to the gas diffusion layer of the fuel electrode (24) constituting the at least one unit cell (2a) is 5 parts by weight or more, according to claim 3 or 4. Solid polymer electrolyte fuel cell.
2)と接触する領域に触媒層が形成されると共に、その反
対側の領域にガス拡散層が形成され、前記少なくとも1
つの単位セル(2a)は、燃料極(24)の触媒層の撥水性に
おいて他の単位セル(2)よりも低く設定されている請求
項1に記載の固体高分子電解質型燃料電池。6. The solid polymer electrolyte membrane (2) is provided on the fuel electrode (24).
2) A catalyst layer is formed in a region contacting with 2), and a gas diffusion layer is formed in a region opposite to the catalyst layer.
The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein one unit cell (2a) is set to have a lower water repellency of the catalyst layer of the fuel electrode (24) than the other unit cells (2).
は、燃料極(24)の触媒層に対するフッ素樹脂の添加量に
おいて他の単位セル(2)よりも少なく形成されている請
求項6に記載の固体高分子電解質型燃料電池。7. The at least one unit cell (2a)
The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 6, wherein the amount of the fluororesin added to the catalyst layer of the fuel electrode (24) is smaller than that of the other unit cells (2).
構成する燃料極(24)の触媒層に対するフッ素樹脂の添加
量は、他の単位セル(2)の同添加量に対して、0.8以
下の重量比率である請求項7に記載の固体高分子電解質
型燃料電池。8. The addition amount of the fluororesin to the catalyst layer of the fuel electrode (24) constituting the at least one unit cell (2a) is less than that of the other unit cells (2). The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 7, which has a weight ratio of 8 or less.
構成する燃料極(24)の触媒層に対するフッ素樹脂の添加
量は、2重量部以上である請求項7又は請求項8に記載
の固体高分子電解質型燃料電池。9. The solid according to claim 7, wherein the amount of the fluororesin added to the catalyst layer of the fuel electrode (24) constituting the at least one unit cell (2a) is 2 parts by weight or more. Polymer electrolyte fuel cell.
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