JP7634028B2 - 発電セル及び燃料電池スタック - Google Patents
発電セル及び燃料電池スタック Download PDFInfo
- Publication number
- JP7634028B2 JP7634028B2 JP2023003446A JP2023003446A JP7634028B2 JP 7634028 B2 JP7634028 B2 JP 7634028B2 JP 2023003446 A JP2023003446 A JP 2023003446A JP 2023003446 A JP2023003446 A JP 2023003446A JP 7634028 B2 JP7634028 B2 JP 7634028B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reactant gas
- separator
- passage
- hole
- flow path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims description 34
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 193
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 74
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 68
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 54
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 47
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 35
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 35
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 25
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 76
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 64
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 62
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 18
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 13
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 13
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 12
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 polyethylene naphthalate Polymers 0.000 description 3
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 2
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 239000004954 Polyphthalamide Substances 0.000 description 2
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005598 conductive polymer binder Polymers 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 2
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 2
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 229920006375 polyphtalamide Polymers 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001955 polyphenylene ether Polymers 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/028—Sealing means characterised by their material
- H01M8/0284—Organic resins; Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、発電セル及び燃料電池スタックに関する。
近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能且つ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する燃料電池に関する研究開発が行われている。
特許文献１には、燃料電池スタックの発電セルが開示されている。この発電セルは、樹脂枠付きＭＥＡと、樹脂枠付きＭＥＡの一方の面に積層された第１セパレータと、樹脂枠付きＭＥＡの他方の面に積層された第２セパレータとを備える。第１セパレータ及び第２セパレータには、酸化剤ガス供給連通孔、酸化剤ガス排出連通孔、燃料ガス供給連通孔及び燃料ガス排出連通孔が積層方向に貫通形成されている。
第１セパレータには、樹脂枠付きＭＥＡのカソード電極に沿って酸化剤ガスを流通させる第１流路が形成されている。第１流路は、第１セパレータに形成された酸化剤ガス供給連通孔及び酸化剤ガス排出連通孔に連通している。第２セパレータには、樹脂枠付きＭＥＡのアノード電極に沿って燃料ガスを流通させる第２流路が形成されている。第２流路は、第２セパレータに形成された燃料ガス供給連通孔及び燃料ガス排出連通孔に連通している。
上述した発電セルでは、セパレータに形成する流路のレイアウトの自由度を高めることができない。
本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。
本発明の一態様は、膜電極構造体と前記膜電極構造体の外周部に設けられた樹脂枠部とを有する樹脂枠付き膜電極構造体と、前記樹脂枠付き膜電極構造体の一方の面に積層された第１セパレータと、前記樹脂枠付き膜電極構造体の他方の面に積層された第２セパレータと、を備え、前記第１セパレータ及び前記第２セパレータのそれぞれには、積層方向に貫通して第１の反応ガスが流通する第１の反応ガス供給連通孔および第１の反応ガス排出連通孔と、積層方向に貫通して第２の反応ガスが流通する第２の反応ガス供給連通孔および第２の反応ガス排出連通孔と、が形成された発電セルであって、前記第１セパレータには、前記膜電極構造体の一方の電極面に沿って前記第１の反応ガスを流通させる第１の反応ガス流路と、前記第１の反応ガス供給連通孔と前記第１の反応ガス流路とを繋ぐ流路と、前記第１の反応ガス排出連通孔と前記第１の反応ガス流路とを繋ぐ流路と、が形成され、前記第２セパレータには、前記膜電極構造体の他方の電極面に沿って前記第２の反応ガスを流通させる第２の反応ガス流路が形成され、前記第１セパレータには、前記第２の反応ガス供給連通孔に連通する第１接続流路と、前記第２の反応ガス排出連通孔に連通する第２接続流路と、が形成され、前記樹脂枠部には、前記第２の反応ガス流路と前記第１接続流路とを互いに連通させる第１貫通孔と、前記第２の反応ガス流路と前記第２接続流路とを互いに連通させる第２貫通孔と、が形成されている、発電セルである。
本発明の他の態様は、上述した発電セルが複数積層された燃料電池スタックである。
本発明によれば、第２セパレータに形成する流路のレイアウトの自由度を高めることができる。
本発明の一実施形態に係る発電セル１０及び燃料電池スタック１２について図面を用いて以下に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池スタック１２は、複数の発電セル１０がその厚さ方向（矢印Ａ方向）に積層されて形成される。燃料電池スタック１２は、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。燃料電池スタック１２は、地面に設置されてもよい。なお、複数の発電セル１０の積層方向は、水平方向及び重力方向のいずれでもよい。
発電セル１０は、横長の長方形状に形成されている。なお、発電セル１０の形状は、特に限定されず、例えば、縦長の長方形状に形成されてもよいし、正方形状に形成されてもよい。発電セル１０は、一方の反応ガスである酸化剤ガスと他方の反応ガスである燃料ガスとの電気化学反応により発電する。酸化剤ガスは、例えば、酸素含有ガスである。燃料ガスは、例えば、水素含有ガスである。発電セル１０には、発電セル１０を冷却するための冷却媒体が流通する。冷却媒体は、例えば、純水、エチレングリコール、オイル等である。
各発電セル１０には、酸化剤ガス供給連通孔１４ａ、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂ、燃料ガス供給連通孔１６ａ、燃料ガス排出連通孔１６ｂ、冷却媒体供給連通孔１８ａ、冷却媒体排出連通孔１８ｂが積層方向（矢印Ａ方向）に貫通形成されている。
酸化剤ガス供給連通孔１４ａは、複数の発電セル１０に酸化剤ガスを供給する。酸化剤ガス排出連通孔１４ｂは、複数の発電セル１０から導出された酸化剤ガスを排出する。燃料ガス供給連通孔１６ａは、複数の発電セル１０に燃料ガスを供給する。燃料ガス排出連通孔１６ｂは、複数の発電セル１０から導出された燃料ガスを排出する。冷却媒体供給連通孔１８ａは、複数の発電セル１０に冷却媒体を供給する。冷却媒体排出連通孔１８ｂは、複数の発電セル１０から導出された冷却媒体を排出する。
発電セル１０の長辺方向の一端縁部（矢印Ｂ１方向の端縁部）には、酸化剤ガス供給連通孔１４ａと、冷却媒体排出連通孔１８ｂと、燃料ガス排出連通孔１６ｂとが設けられている。酸化剤ガス供給連通孔１４ａと、冷却媒体排出連通孔１８ｂと、燃料ガス排出連通孔１６ｂとは、発電セル１０の短辺方向（矢印Ｃ方向）に並んでいる。
酸化剤ガス供給連通孔１４ａには、酸化剤ガスが矢印Ａ２方向に向かって流通する。冷却媒体排出連通孔１８ｂには、冷却媒体が矢印Ａ１方向に向かって流通する。燃料ガス排出連通孔１６ｂには、燃料ガスが矢印Ａ１方向に向かって流通する。
発電セル１０の長辺方向の他端縁部（矢印Ｂ２方向の端縁部）には、燃料ガス供給連通孔１６ａと、冷却媒体供給連通孔１８ａと、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂとが設けられている。燃料ガス供給連通孔１６ａと、冷却媒体供給連通孔１８ａと、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂとは、矢印Ｃ方向に並んでいる。
燃料ガス供給連通孔１６ａには、燃料ガスが矢印Ａ２方向に向かって流通する。冷却媒体供給連通孔１８ａには、冷却媒体が矢印Ａ２方向に向かって流通する。酸化剤ガス排出連通孔１４ｂには、酸化剤ガスが矢印Ａ１方向に向かって流通する。
酸化剤ガス供給連通孔１４ａ、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂ、燃料ガス供給連通孔１６ａ及び燃料ガス排出連通孔１６ｂは、反応ガス（発電に用いられる酸化剤ガス又は燃料ガス）が流通する反応ガス連通孔である。酸化剤ガス供給連通孔１４ａ、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂ、燃料ガス供給連通孔１６ａ、燃料ガス排出連通孔１６ｂ、冷却媒体供給連通孔１８ａ及び冷却媒体排出連通孔１８ｂの配置、形状及び大きさは、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。
発電セル１０は、樹脂枠付き膜電極構造体２２と、第１セパレータ２４と、第２セパレータ２６と備える。第１セパレータ２４は、樹脂枠付き膜電極構造体２２の一方の面（矢印Ａ１方向の面）に配設されている。第２セパレータ２６は、樹脂枠付き膜電極構造体２２の他方の面（矢印Ａ２方向の面）に配設されている。第１セパレータ２４及び第２セパレータ２６は、矢印Ａ方向から樹脂枠付き膜電極構造体２２を挟持する。複数の発電セル１０が互いに積層された状態で、第１セパレータ２４と第２セパレータ２６とは互いに接触する（図５及び図７参照）。
樹脂枠付き膜電極構造体２２は、膜電極構造体３２（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、樹脂枠部材３４（樹脂枠部）とを有する。膜電極構造体３２は、電解質膜３６と、第１電極３８と、第２電極４０とを含む。電解質膜３６は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜３６は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。電解質膜３６は、第１電極３８及び第２電極４０に挟持される。
第１電極３８は、電解質膜３６の一方の面（矢印Ａ１方向の面）に設けられたアノード電極である。第２電極４０は、電解質膜３６の他方の面（矢印Ａ２方向の面）に設けられたカソード電極である。第１セパレータ２４は、第１電極３８に向かい合うように配置されている。第２セパレータ２６は、第２電極４０に向かい合うように配置されている。
燃料ガス供給連通孔１６ａを流通する燃料ガスは、第１セパレータ２４と樹脂枠付き膜電極構造体２２との間に導かれることにより第１電極３８に供給される。酸化剤ガス供給連通孔１４ａを流通する酸化剤ガスは、第２セパレータ２６と樹脂枠付き膜電極構造体２２との間に導かれることにより第２電極４０に供給される。発電セル１０は、第１電極３８に供給された燃料ガスと第２電極４０に供給された酸化剤ガスとによって発電する。
第１セパレータ２４と樹脂枠付き膜電極構造体２２との間を流通した燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔１６ｂに導かれる。第２セパレータ２６と樹脂枠付き膜電極構造体２２との間を流通した酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂに導かれる。なお、冷却媒体供給連通孔１８ａを流通する冷却媒体は、第１セパレータ２４と第２セパレータ２６との間を流通し、冷却媒体排出連通孔１８ｂに導かれる。
第１電極３８は、第１電極触媒層と第１ガス拡散層とを有する。第１電極触媒層は、電解質膜３６の一方の面に接合される。第１ガス拡散層は、第１電極触媒層に積層される。第１電極触媒層は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を含む。当該多孔質カーボン粒子は、イオン導電性高分子バインダと共に第１ガス拡散層の表面に一様に塗布されている。
第２電極４０は、第２電極触媒層と第２ガス拡散層とを有する。第２電極触媒層は、電解質膜３６の他方の面に接合される。第２ガス拡散層は、第２電極触媒層に積層される。第２電極触媒層は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を含む。当該多孔質カーボン粒子は、イオン導電性高分子バインダと共に第２ガス拡散層の表面に一様に塗布されている。第１ガス拡散層及び第２ガス拡散層のそれぞれは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。
樹脂枠部材３４は、膜電極構造体３２の外周部を囲む枠状のシートである。樹脂枠部材３４は、電気絶縁性を有する。樹脂枠部材３４の構成材料としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ｍ－ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィン等が挙げられる。
樹脂枠付き膜電極構造体２２の樹脂枠部材３４は、電解質膜３６を第１電極３８及び第２電極４０の外周よりも外方に突出させることによって形成してもよい。
図１及び図２に示すように、第１セパレータ２４は、板状に形成されている。第１セパレータ２４は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板又はアルミニウム板等の金属薄板である。第１セパレータ２４には、防食処理が施されてもよい。第１セパレータ２４は、長方形状に形成されている。第１セパレータ２４の一端縁部には、（矢印Ｂ１方向の端縁部）には、酸化剤ガス供給連通孔１４ａと、冷却媒体排出連通孔１８ｂと、燃料ガス排出連通孔１６ｂとが設けられている。第１セパレータ２４の他端縁部（矢印Ｂ２方向の端縁部）には、燃料ガス供給連通孔１６ａと、冷却媒体供給連通孔１８ａと、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂとが設けられている。第１セパレータ２４は、金属板をプレス成形することにより形成される。
図２に示すように、第１セパレータ２４は、樹脂枠付き膜電極構造体２２を向く表面４２と、当該第１セパレータ２４に隣接する発電セル１０の第２セパレータ２６を向く裏面４４とを有する。第１セパレータ２４の表面４２には、一方の反応ガス流路である第１ガス流路４６が形成されている。第１ガス流路４６は、第１電極３８に沿って燃料ガスを流通させる燃料ガス流路である。
第１ガス流路４６は、複数の第１流路凸部４８と複数の第１流路溝５０とを含む。第１流路凸部４８と第１流路溝５０とは、矢印Ｃ方向に交互に設けられている。第１流路凸部４８及び第１流路溝５０の各々は、矢印Ｂ方向に直線状に延在している。なお、第１流路凸部４８及び第１流路溝５０の各々は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。第１ガス流路４６は、燃料ガス供給連通孔１６ａと燃料ガス排出連通孔１６ｂとに連通する。
燃料ガス供給連通孔１６ａと第１ガス流路４６との間には、入口バッファ部５２ａが設けられている。入口バッファ部５２ａは、矢印Ｃ方向に間隔を空けて配置された複数個のエンボス部を含む。エンボス部は、第１セパレータ２４の裏面４４から表面４２に向かって（図１の矢印Ａ２方向に）膨出している。
燃料ガス排出連通孔１６ｂと第１ガス流路４６との間には、出口バッファ部５２ｂが設けられている。出口バッファ部５２ｂは、矢印Ｃ方向に間隔を空けて配置された複数個のエンボス部を含む。エンボス部は、第１セパレータ２４の裏面４４から表面４２に向かって（図１の矢印Ａ２方向に）突出している。
図２に示すように、第１セパレータ２４の表面４２には、第１セパレータ２４と樹脂枠部材３４とを互いに接着するための第１接着剤層５４が設けられている。第１接着剤層５４は、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体の流通を阻止する接着剤５６から構成されている。
第１接着剤層５４は、例えば、液状の接着剤５６を第１セパレータ２４の表面４２に塗布することにより形成される。なお、第１接着剤層５４は、樹脂枠部材３４（図１参照）の一方の面（第１セパレータ２４を向く面）に液状の接着剤５６を塗布することにより形成されてもよい。第１接着剤層５４は、接着剤５６からなる所定形状の接着剤シートを第１セパレータ２４と樹脂枠部材３４との間に挟むことにより形成してもよい。
第１接着剤層５４は、酸化剤ガス供給連通孔１４ａ、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂ、冷却媒体供給連通孔１８ａ及び冷却媒体排出連通孔１８ｂを個別に囲む。また、第１接着剤層５４は、燃料ガス供給連通孔１６ａ、第１ガス流路４６及び燃料ガス排出連通孔１６ｂを含む連続した流路を囲む。
図１に示すように、第１セパレータ２４の裏面４４には、第１冷却媒体流路５８が形成されている。第１冷却媒体流路５８は、第１ガス流路４６の裏面形状を有する。第１冷却媒体流路５８と冷却媒体供給連通孔１８ａとの間には、入口バッファ部６０ａが設けられている。入口バッファ部６０ａは、矢印Ｃ方向に間隔を空けて配置された複数個のエンボス部を含む。エンボス部は、第１セパレータ２４の表面４２から裏面４４に向かって（図１の矢印Ａ１方向に）膨出している。
第１冷却媒体流路５８と冷却媒体排出連通孔１８ｂとの間には、出口バッファ部６０ｂが設けられている。出口バッファ部６０ｂは、矢印Ｃ方向に間隔を空けて配置された複数個のエンボス部を含む。エンボス部は、第１セパレータ２４の表面４２から裏面４４に向かって（図１の矢印Ａ１方向に）突出している。
第１セパレータ２４の裏面４４には、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体の外部への漏出を防止するめのシール部材６２が設けられている。シール部材６２は、複数の発電セル１０を互いに積層すると共に締付荷重を付与することにより弾性変形した状態で第２セパレータ２６の裏面７０に密着する（図５及び図７参照）。シール部材６２は、弾性を有する樹脂材料によって構成される。具体的には、シール部材６２は、ゴム材料によって構成される。
シール部材６２は、複数の連通孔シール部６４と、流路シール部６６とを含む。複数の連通孔シール部６４は、酸化剤ガス供給連通孔１４ａ、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂ、燃料ガス供給連通孔１６ａ及び燃料ガス排出連通孔１６ｂを個別に囲む。流路シール部６６は、冷却媒体供給連通孔１８ａ、第１冷却媒体流路５８及び冷却媒体排出連通孔１８ｂを含む連続した流路を囲む。
図１及び図３に示すように、第２セパレータ２６は、板状に形成されている。第２セパレータ２６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板又はアルミニウム板等の金属薄板である。第２セパレータ２６には、防食処理が施されてもよい。第２セパレータ２６は、長方形状に形成されている。第２セパレータ２６の一端縁部には、（矢印Ｂ１方向の端縁部）には、酸化剤ガス供給連通孔１４ａと、冷却媒体排出連通孔１８ｂと、燃料ガス排出連通孔１６ｂとが設けられている。第２セパレータ２６の他端縁部（矢印Ｂ２方向の端縁部）には、燃料ガス供給連通孔１６ａと、冷却媒体供給連通孔１８ａと、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂとが設けられている。第２セパレータ２６は、金属板をプレス成形することにより形成される。
図３に示すように、第２セパレータ２６は、樹脂枠付き膜電極構造体２２を向く表面６８と、隣接する発電セル１０の第１セパレータ２４を向く裏面７０とを有する。第２セパレータ２６の表面６８には、他方の反応ガス流路である第２ガス流路７２が形成されている。第２ガス流路７２は、第２電極４０に沿って酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流路である。
第２ガス流路７２は、複数の第２流路凸部７４と複数の第２流路溝７６とを含む。第２流路凸部７４と第２流路溝７６とは、矢印Ｃ方向に交互に設けられている。第２流路凸部７４及び第２流路溝７６の各々は、矢印Ｂ方向に直線状に延在している。なお、第２流路凸部７４及び第２流路溝７６の各々は、矢印Ｂ方向に波状に延在してもよい。
図１に示すように、第２ガス流路７２は、第１接続流路７８、第１貫通孔８０及び導入流路８２を介して酸化剤ガス供給連通孔１４ａに連通する。図１及び図２に示すように、第１接続流路７８は、第１セパレータ２４に設けられている。第１接続流路７８は、酸化剤ガス供給連通孔１４ａの矢印Ｂ２方向に位置する。第１接続流路７８は、第１接着剤層５４に囲まれている（図２参照）。
図２、図４及び図５に示すように、第１接続流路７８は、複数の第１トンネル８４を有する。複数の第１トンネル８４は、矢印Ｃ方向に間隔を空けて並んでいる。第１トンネル８４は、矢印Ｂ方向に延在している。第１トンネル８４は、第１セパレータ２４の表面４２から裏面４４に向かって膨出している（図５参照）。第１トンネル８４の内部には、酸化剤ガスが流通する第１内孔８６が形成されている。
図４及び図５に示すように、第１トンネル８４は、酸化剤ガス供給連通孔１４ａに対して矢印Ｂ２方向に位置する。第１トンネル８４の外面には、酸化剤ガス供給連通孔１４ａを囲む連通孔シール部６４と流路シール部６６とが設けられている。なお、以下の説明では、酸化剤ガス供給連通孔１４ａを囲む連通孔シール部６４を「連通孔シール部６４ａ」と称する。
第１トンネル８４の一端部８４ａ（矢印Ｂ１方向の端）は、連通孔シール部６４の内側に位置する。第１トンネル８４の一端部８４ａには、第１内孔８６に連通する第１開口部８８が形成されている。第１開口部８８は、酸化剤ガス供給連通孔１４ａと連通孔シール部６４との間の第１連通空間９０に連通する。第１トンネル８４の他端部８４ｂ（矢印Ｂ２方向の端）は、流路シール部６６の内側に位置する。
図１及び図５に示すように、第１貫通孔８０は、樹脂枠部材３４に形成されている。第１貫通孔８０は、矢印Ｃ方向に延在したスリットである。発電セル１０の積層方向から見て、第１貫通孔８０は、第１トンネル８４の他端部８４ｂに重なる（図４参照）。
図１及び図３に示すように、導入流路８２は、第２セパレータ２６に設けられている。導入流路８２は、酸化剤ガス供給連通孔１４ａと第２ガス流路７２との間に位置する。導入流路８２は、複数の第２トンネル９２を有する。
図３～図５に示すように、複数の第２トンネル９２は、矢印Ｃ方向に間隔を空けて並んでいる。第２トンネル９２は、矢印Ｂ方向に延在している。図５に示すように、第２トンネル９２は、第２セパレータ２６の表面６８から裏面７０に向かって膨出している。第２トンネル９２の内部には、酸化剤ガスが流通する第２内孔９４が形成されている。第２トンネル９２の第２内孔９４は、第１貫通孔８０を介して第１トンネル８４の第１内孔８６に連通している。
図４に示すように、発電セル１０の積層方向から見て、第２トンネル９２の一端部９２ａ（矢印Ｂ１方向の端部）は、第１貫通孔８０に重なる。換言すれば、発電セル１０の積層方向から見て、第１トンネル８４の他端部８４ｂは、第２トンネル９２の一端部９２ａと第１貫通孔８０とに重なる。第２トンネル９２の他端部９２ｂ（矢印Ｂ２方向の端部）には、矢印Ｂ２方向を向く第２開口部９６が形成されている（図４及び図５参照）。
図３に示すように、導入流路８２と第２ガス流路７２との間には、入口バッファ部９８ａが設けられている。入口バッファ部９８ａは、矢印Ｃ方向に間隔を空けて配置された複数個のエンボス部を含む。エンボス部は、第２セパレータ２６の裏面７０から表面６８に向かって（図１の矢印Ａ１方向に）膨出している。
図１に示すように、第２ガス流路７２は、第２接続流路１００、第２貫通孔１０２及び導出流路１０４を介して酸化剤ガス排出連通孔１４ｂに連通する。図１及び図２に示すように、第２接続流路１００は、第１セパレータ２４に設けられている。第２接続流路１００は、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂの矢印Ｂ１方向に位置する。第２接続流路１００は、第１接着剤層５４に囲まれている（図２参照）。
図２、図６及び図７に示すように、第２接続流路１００は、複数の第３トンネル１０６を有する。複数の第３トンネル１０６は、矢印Ｃ方向に間隔を空けて並んでいる。第３トンネル１０６は、矢印Ｂ方向に延在している。第３トンネル１０６は、第１セパレータ２４の表面４２から裏面４４に向かって膨出している（図７参照）。第３トンネル１０６の内部には、酸化剤ガスが流通する第３内孔１０８が形成されている。
図６及び図７に示すように、第３トンネル１０６は、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂに対して矢印Ｂ１方向に位置する。第３トンネル１０６の外面には、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂを囲む連通孔シール部６４と流路シール部６６とが設けられている。なお、以下の説明では、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂを囲む連通孔シール部６４を「連通孔シール部６４ｂ」と称する。
第３トンネル１０６の一端部１０６ａ（矢印Ｂ２方向の端）は、連通孔シール部６４の内側に位置する。第３トンネル１０６の一端部１０６ａには、第３内孔１０８に連通する第３開口部１１０が形成されている。第３開口部１１０は、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂと連通孔シール部６４との間の第２連通空間１１２に連通する。第３トンネル１０６の他端部１０６ｂ（矢印Ｂ１方向の端）は、流路シール部６６の内側に位置する。
図１及び図７に示すように、第２貫通孔１０２は、樹脂枠部材３４に形成されている。第２貫通孔１０２は、矢印Ｃ方向に延在したスリットである。発電セル１０の積層方向から見て、第２貫通孔１０２は、第３トンネル１０６の他端部１０６ｂに重なる（図６参照）。
図１及び図３に示すように、導出流路１０４は、第２セパレータ２６に設けられている。導出流路１０４は、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂと第２ガス流路７２との間に位置する。導出流路１０４は、複数の第４トンネル１１４を有する。
図３～図５に示すように、複数の第４トンネル１１４は、矢印Ｃ方向に間隔を空けて並んでいる。第４トンネル１１４は、矢印Ｂ方向に延在している。図７に示すように、第４トンネル１１４は、第２セパレータ２６の表面６８から裏面７０に向かって膨出している（図７参照）。第４トンネル１１４の内部には、酸化剤ガスが流通する第４内孔１１６が形成されている。第４トンネル１１４の第４内孔１１６は、第２貫通孔１０２を介して第３トンネル１０６の第３内孔１０８に連通している。
図６に示すように、発電セル１０の積層方向から見て、第４トンネル１１４の一端部１１４ａ（矢印Ｂ２方向の端部）は、第２貫通孔１０２に重なる。換言すれば、発電セル１０の積層方向から見て、第３トンネル１０６の他端部１０６ｂは、第４トンネル１１４の一端部１１４ａと第２貫通孔１０２とに重なる。第４トンネル１１４の他端部１１４ｂ（矢印Ｂ１方向の端部）には、矢印Ｂ１方向を向く第４開口部１１８が形成されている。
図３に示すように、導出流路１０４と第２ガス流路７２との間には、出口バッファ部９８ｂが設けられている。出口バッファ部９８ｂは、矢印Ｃ方向に間隔を空けて配置された複数個のエンボス部を含む。エンボス部は、第２セパレータ２６の裏面７０から表面６８に向かって（図１の矢印Ａ１方向に）膨出している。
第２セパレータ２６の表面６８には、第２セパレータ２６と樹脂枠部材３４とを互いに接着するための第２接着剤層１２０が設けられている。第２接着剤層１２０は、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体の流通を阻止する接着剤１２２から構成されている。接着剤１２２は、例えば、第１接着剤層５４の接着剤５６と同じである。
第２接着剤層１２０は、例えば、液状の接着剤１２２を第２セパレータ２６の表面６８に塗布することにより形成される。なお、第２接着剤層１２０は、樹脂枠部材３４の他方の面（第２セパレータ２６を向く面）に液状の接着剤１２２を塗布することにより形成されてもよい。第２接着剤層１２０は、接着剤１２２からなる所定形状の接着剤シートを第２セパレータ２６と樹脂枠部材３４との間に挟むことにより形成してもよい。
第２接着剤層１２０は、酸化剤ガス供給連通孔１４ａ、酸化剤ガス排出連通孔１４ｂ、燃料ガス供給連通孔１６ａ、燃料ガス排出連通孔１６ｂ、冷却媒体供給連通孔１８ａ、冷却媒体排出連通孔１８ｂを個別に囲む。また、第２接着剤層１２０は、導入流路８２、第２ガス流路７２及び導出流路１０４を含む連続した流路を囲む。
図１に示すように、第２セパレータ２６の裏面７０には、第２冷却媒体流路１２４が形成されている。第２冷却媒体流路１２４は、第２ガス流路７２の裏面形状を有する。複数の発電セル１０が積層された状態で、第２冷却媒体流路１２４は、第１冷却媒体流路５８に連通する。
図３に示すように、第２冷却媒体流路１２４と冷却媒体供給連通孔１８ａとの間には、入口バッファ部１２６ａが設けられている。入口バッファ部１２６ａは、矢印Ｃ方向に間隔を空けて配置された複数個のエンボス部を含む。エンボス部は、第２セパレータ２６の表面６８から裏面７０に向かって（図１の矢印Ａ２方向に）膨出している。
第２冷却媒体流路１２４と冷却媒体排出連通孔１８ｂとの間には、出口バッファ部１２６ｂが設けられている。出口バッファ部１２６ｂは、矢印Ｃ方向に間隔を空けて配置された複数個のエンボス部を含む。エンボス部は、第２セパレータ２６の表面６８から裏面７０に向かって（図１の矢印Ａ２方向に）突出している。
第２セパレータ２６の裏面７０には、上述したシール部材６２が設けられていない。
このように構成される発電セル１０は、以下のように動作する。
まず、図１に示すように、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔１６ａに供給される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔１４ａに供給される。冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔１８ａに供給される。
燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔１６ａから第１セパレータ２４の第１ガス流路４６に導入される。燃料ガスは、第１ガス流路４６を矢印Ｂ１方向に流れながら膜電極構造体３２の第１電極３８に供給される。
一方、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔１４ａから、第１連通空間９０、第１接続流路７８（第１トンネル８４の第１内孔８６）、第１貫通孔８０及び導入流路８２（第２トンネル９２の第２内孔９４）を介して第２ガス流路７２に導入される。酸化剤ガスは、第２ガス流路７２を矢印Ｂ２方向に流れながら膜電極構造体３２の第２電極４０に供給される。
膜電極構造体３２では、第１電極３８に供給される燃料ガスと、第２電極４０に供給される酸化剤ガスとが、第１電極触媒層及び第２電極触媒層内で電気化学反応により消費される。この結果、発電が行われる。
次いで、第１電極３８に供給されて一部が消費された燃料ガスは、燃料排ガスとして、第１ガス流路４６から燃料ガス排出連通孔１６ｂに排出される。第２電極４０で消費された酸化剤ガスは、酸化剤排ガスとして、第２ガス流路７２から、導出流路１０４（第４トンネル１１４の第４内孔１１６）、第２貫通孔１０２及び第２接続流路１００（第３トンネル１０６の第３内孔１０８）を介して酸化剤ガス排出連通孔１４ｂに排出される。
冷却媒体供給連通孔１８ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ２４と第２セパレータ２６との間に形成された第１冷却媒体流路５８及び第２冷却媒体流路１２４とに導入される。冷却媒体は、第１冷却媒体流路５８及び第２冷却媒体流路１２４に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、膜電極構造体３２を冷却した後、冷却媒体排出連通孔１８ｂから排出される。
発電セル１０は、酸化剤ガスと燃料ガスとの流路を入れ替えて構成してもよい。この場合、第１電極３８がカソード電極となり第２電極４０がアノード電極となる。また、第１セパレータ２４の第１ガス流路４６には酸化剤ガスが流通し、第２セパレータ２６の第２ガス流路７２には燃料ガスが流通する。
［実施形態から得られる発明］
上記実施形態から把握し得る発明について、以下に記載する。
上記実施形態から把握し得る発明について、以下に記載する。
本発明の一実施形態は、膜電極構造体（３２）と前記膜電極構造体の外周部に設けられた樹脂枠部（３４）とを有する樹脂枠付き膜電極構造体（２２）と、前記樹脂枠付き膜電極構造体の一方の面に積層された第１セパレータ（２４）と、前記樹脂枠付き膜電極構造体の他方の面に積層された第２セパレータ（２６）と、を備え、前記第１セパレータ及び前記第２セパレータのそれぞれには、積層方向に貫通して反応ガスが流通する反応ガス連通孔（１４ａ、１４ｂ）が形成された発電セル（１０）であって、前記第２セパレータには、前記膜電極構造体の電極面に沿って前記反応ガスを流通させる反応ガス流路（７２）が形成され、前記第１セパレータには、前記反応ガス連通孔に連通する接続流路（７８、１００）が形成され、前記樹脂枠部には、前記反応ガス流路と前記接続流路とを互いに連通させる貫通孔（８０、１０２）が形成されている、発電セルである。
このような構成によれば、第２セパレータに形成された反応ガス流路が、樹脂枠部材に形成された貫通孔と第１セパレータに形成された接続流路とを介して反応ガス連通孔に連通している。これにより、第２セパレータに接続流路を形成しなくてもよくなるため、第２セパレータに形成する流路のレイアウトの自由度を高めることができる。
上記の発電セルであって、前記反応ガス連通孔は、反応ガス供給連通孔（１４ａ、１６ａ）及び反応ガス排出連通孔（１４ｂ、１６ｂ）を含み、前記接続流路は、前記反応ガス供給連通孔に連通する第１接続流路（７８）と、前記反応ガス排出連通孔に連通する第２接続流路（１００）と、を含み、前記貫通孔は、前記反応ガス流路と前記第１接続流路とを互いに連通させる第１貫通孔（８０）と、前記反応ガス流路と前記第２接続流路とを互いに連通させる第２貫通孔（１０２）と、を含んでもよい。
このような構成によれば、第２セパレータに形成する流路のレイアウトの自由度を一層高めることができる。
上記の発電セルであって、前記第２セパレータには、前記第１貫通孔から導かれた前記反応ガスを前記反応ガス流路に導入する導入流路（８２）と、前記反応ガス流路を流通した前記反応ガスを前記第２貫通孔に導出する導出流路（１０４）と、が形成されてもよい。
このような構成によれば、導入流路によって第１貫通孔から導かれた反応ガスを反応ガス流路に円滑に導くことができる。また、導出流路によって反応ガス流路を流通した反応ガスを第２貫通孔に円滑に導くことができる。
上記の発電セルであって、前記第１セパレータと前記樹脂枠部とを互いに接着する接着剤層（５４）を備え、前記接着剤層は、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを個別に囲むと共に前記反応ガスの流通を阻止してもよい。
このような構成によれば、接着剤層により反応ガスをシールできるため発電セルの構成を簡素にできる。
本発明の他の態様は、上述した発電セルが複数積層された燃料電池スタック（１２）である。
上記の燃料電池スタックであって、互いに隣接する前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間には、冷却媒体が流通する冷却媒体流路（５８、１２４）と、前記反応ガス連通孔を囲む連通孔シール部（６４）と、前記冷却媒体流路を囲む流路シール部（６６）と、が設けられ、前記連通孔シール部と前記流路シール部とは、前記第１セパレータと前記第２セパレータとのうちの前記第１セパレータにのみ設けられてもよい。
このような構成によれば、連通孔シール部及び流路シール部を第２セパレータに設けなくてもよくなるため、第２セパレータの構成を簡素にできる。
上記の燃料電池スタックであって、前記連通孔シール部及び前記流路シール部の各々は、ゴム材料によって構成されてもよい。
なお、本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。
１０…発電セル
１２…燃料電池スタック
１４ａ…酸化剤ガス供給連通孔
１４ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
１６ａ…燃料ガス供給連通孔
１６ｂ…燃料ガス排出連通孔
２２…樹脂枠付き膜電極構造体
２４…第１セパレータ
２６…第２セパレータ
３２…膜電極構造体
３４…樹脂枠部材（樹脂枠部）
３６…電解質膜
３８…第１電極
４０…第２電極
４６…第１ガス流路（反応ガス流路）
５４…第１接着剤層（接着剤層）
５６…接着剤
５８…第１冷却媒体流路
６４…連通孔シール部
６６…流路シール部
７２…第２ガス流路
７８…第１接続流路
８０…第１貫通孔
８２…導入流路
１００…第２接続流路
１０２…第２貫通孔
１０４…導出流路
１２０…第２接着剤層
１２４…第２冷却媒体流路
１２…燃料電池スタック
１４ａ…酸化剤ガス供給連通孔
１４ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
１６ａ…燃料ガス供給連通孔
１６ｂ…燃料ガス排出連通孔
２２…樹脂枠付き膜電極構造体
２４…第１セパレータ
２６…第２セパレータ
３２…膜電極構造体
３４…樹脂枠部材（樹脂枠部）
３６…電解質膜
３８…第１電極
４０…第２電極
４６…第１ガス流路（反応ガス流路）
５４…第１接着剤層（接着剤層）
５６…接着剤
５８…第１冷却媒体流路
６４…連通孔シール部
６６…流路シール部
７２…第２ガス流路
７８…第１接続流路
８０…第１貫通孔
８２…導入流路
１００…第２接続流路
１０２…第２貫通孔
１０４…導出流路
１２０…第２接着剤層
１２４…第２冷却媒体流路
Claims (6)
- 膜電極構造体と前記膜電極構造体の外周部に設けられた樹脂枠部とを有する樹脂枠付き膜電極構造体と、
前記樹脂枠付き膜電極構造体の一方の面に積層された第１セパレータと、
前記樹脂枠付き膜電極構造体の他方の面に積層された第２セパレータと、
を備え、
前記第１セパレータ及び前記第２セパレータのそれぞれには、
積層方向に貫通して第１の反応ガスが流通する第１の反応ガス供給連通孔および第１の反応ガス排出連通孔と、
積層方向に貫通して第２の反応ガスが流通する第２の反応ガス供給連通孔および第２の反応ガス排出連通孔と、
が形成された発電セルであって、
前記第１セパレータには、
前記膜電極構造体の一方の電極面に沿って前記第１の反応ガスを流通させる第１の反応ガス流路と、
前記第１の反応ガス供給連通孔と前記第１の反応ガス流路とを繋ぐ流路と、
前記第１の反応ガス排出連通孔と前記第１の反応ガス流路とを繋ぐ流路と、
が形成され、
前記第２セパレータには、前記膜電極構造体の他方の電極面に沿って前記第２の反応ガスを流通させる第２の反応ガス流路が形成され、
前記第１セパレータには、
前記第２の反応ガス供給連通孔に連通する第１接続流路と、
前記第２の反応ガス排出連通孔に連通する第２接続流路と、
が形成され、
前記樹脂枠部には、
前記第２の反応ガス流路と前記第１接続流路とを互いに連通させる第１貫通孔と、
前記第２の反応ガス流路と前記第２接続流路とを互いに連通させる第２貫通孔と、
が形成されている、発電セル。 - 請求項１記載の発電セルであって、
前記第２セパレータには、
前記第１貫通孔から導かれた前記第２の反応ガスを前記第２の反応ガス流路に導入する導入流路と、
前記第２の反応ガス流路を流通した前記第２の反応ガスを前記第２貫通孔に導出する導出流路と、
が形成されている、発電セル。 - 請求項１記載の発電セルであって、
前記第１セパレータと前記樹脂枠部とを互いに接着する接着剤層を備え、
前記接着剤層は、前記第１の反応ガス流路、前記第１の反応ガス供給連通孔および前記第１の反応ガス排出連通孔を囲むと共に、前記第２の反応ガス供給連通孔および前記第２の反応ガス排出連通孔を個別に囲み、前記第１の反応ガスおよび前記第２の反応ガスの流通を阻止する、発電セル。 - 請求項１～３のいずれか１項に記載の発電セルが複数積層された燃料電池スタック。
- 請求項４記載の燃料電池スタックであって、
互いに隣接する前記第１セパレータと前記第２セパレータとの間には、
冷却媒体が流通する冷却媒体流路と、
前記第１の反応ガス供給連通孔、前記第１の反応ガス排出連通孔、前記第２の反応ガス供給連通孔および前記第２の反応ガス排出連通孔を囲む連通孔シール部と、
前記冷却媒体流路を囲む流路シール部と、
が設けられ、
前記連通孔シール部と前記流路シール部とは、前記第１セパレータと前記第２セパレータとのうちの前記第１セパレータにのみ設けられている、燃料電池スタック。 - 請求項５記載の燃料電池スタックであって、
前記連通孔シール部及び前記流路シール部の各々は、ゴム材料によって構成されている、燃料電池スタック。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023003446A JP7634028B2 (ja) | 2023-01-13 | 2023-01-13 | 発電セル及び燃料電池スタック |
| CN202410030089.XA CN118352554A (zh) | 2023-01-13 | 2024-01-08 | 发电单电池以及燃料电池堆 |
| US18/406,493 US20240243302A1 (en) | 2023-01-13 | 2024-01-08 | Power generation cell and fuel cell stack |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023003446A JP7634028B2 (ja) | 2023-01-13 | 2023-01-13 | 発電セル及び燃料電池スタック |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024099864A JP2024099864A (ja) | 2024-07-26 |
| JP7634028B2 true JP7634028B2 (ja) | 2025-02-20 |
Family
ID=91821556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023003446A Active JP7634028B2 (ja) | 2023-01-13 | 2023-01-13 | 発電セル及び燃料電池スタック |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240243302A1 (ja) |
| JP (1) | JP7634028B2 (ja) |
| CN (1) | CN118352554A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018181661A (ja) | 2017-04-17 | 2018-11-15 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池セル |
| JP2020194656A (ja) | 2019-05-27 | 2020-12-03 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池および燃料電池の製造方法 |
| JP2022082001A (ja) | 2020-11-20 | 2022-06-01 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
-
2023
- 2023-01-13 JP JP2023003446A patent/JP7634028B2/ja active Active
-
2024
- 2024-01-08 CN CN202410030089.XA patent/CN118352554A/zh active Pending
- 2024-01-08 US US18/406,493 patent/US20240243302A1/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018181661A (ja) | 2017-04-17 | 2018-11-15 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池セル |
| JP2020194656A (ja) | 2019-05-27 | 2020-12-03 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池および燃料電池の製造方法 |
| JP2022082001A (ja) | 2020-11-20 | 2022-06-01 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240243302A1 (en) | 2024-07-18 |
| JP2024099864A (ja) | 2024-07-26 |
| CN118352554A (zh) | 2024-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6731008B2 (ja) | 燃料電池及び燃料電池用金属セパレータ | |
| JP4630529B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2009009838A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2007329125A (ja) | 改善された燃料電池設計のためのシール支持用の拡散媒体 | |
| JP2019046755A (ja) | 燃料電池用セパレータ及び発電セル | |
| JP2020013742A (ja) | 発電セル | |
| JP2019096382A (ja) | 燃料電池用金属セパレータ及び燃料電池 | |
| JP7212090B2 (ja) | 燃料電池 | |
| CN109950571B (zh) | 燃料电池 | |
| JP6997630B2 (ja) | 発電セル | |
| JP7034212B2 (ja) | 枠付き電解質膜・電極構造体及び燃料電池 | |
| JP6053649B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP5144226B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP5042507B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP7183328B2 (ja) | 発電セル及び樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 | |
| JP4109569B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2019032929A (ja) | 発電セル | |
| JP7634028B2 (ja) | 発電セル及び燃料電池スタック | |
| JP2006147258A (ja) | セパレータ及び燃料電池スタック | |
| JP2017162639A (ja) | 燃料電池スタック | |
| JP2017147101A (ja) | 燃料電池 | |
| JP7480216B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ及び発電セル | |
| JP2022149486A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2001126743A (ja) | 高分子電解質型燃料電池 | |
| JP7531540B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ及び発電セル |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230929 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241126 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250120 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250204 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250207 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7634028 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |