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公開番号2025007604
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023109124
出願日2023-07-03
発明の名称発電セル
出願人本田技研工業株式会社
代理人弁理士法人磯野国際特許商標事務所
主分類H01M 8/0271 20160101AFI20250109BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明は、発電領域を避けるように流れる反応ガスのバイパス流を効率よく規制しつつ、反応ガスのリークをより確実に防止することができる発電セルを提供する。
【解決手段】本発明の発電セルCは、セパレータ2の一端側から他端側に向かって電解質膜・電極構造体に沿って反応ガスを流す波線状の反応ガス流路21と、電解質膜・電極構造体の樹脂枠部に接触した状態で反応ガス流路21を囲んで反応ガスの漏れを防止するシール部24と、が設けられ、シール部24は、反応ガス流路21側に向けて凸となる複数の頂部21a1を有し、反応ガス流路21のシール部24側に向けて凸となる頂部21a1が、シール部24の隣り合う2つの頂部24a1の間を結ぶ直線L上に位置するか、又は直線Lを越えてシール部24側に突出していることを特徴とする。
【選択図】図6C
特許請求の範囲【請求項１】
電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体と、
前記電解質膜・電極構造体の外周部に設けられた樹脂枠部と、
前記電解質膜・電極構造体の両側に配置されたセパレータと、
を備える発電セルであって、
前記セパレータは、金属からなる板状の部品であり、当該セパレータの一端から他端に向かって前記電解質膜・電極構造体に沿って反応ガスを流す波線状の反応ガス流路と、前記樹脂枠部に接触した状態で前記反応ガス流路を囲んで前記反応ガスの漏れを防止するシール部と、が設けられ、
前記シール部は、前記反応ガス流路側に向けて凸となる複数の頂部を有し、前記反応ガス流路の前記シール部側に向けて凸となる頂部が、前記シール部の隣り合う２つの頂部の間を結ぶ直線上に位置するか、又は前記直線を越えて前記シール部側に突出していることを特徴とする発電セル。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記セパレータには、前記反応ガス流路へ反応ガスを供給する反応ガス供給口が設けられており、
前記反応ガス供給口側の前記反応ガス流路において前記シール部側に凸となる頂部が、前記シール部の隣り合う２つの頂部の間に位置し、
頂部を形成する前記シール部の凸部分と、頂部を形成する前記反応ガス流路の凸部分とにより、前記反応ガス流路と前記シール部との間への反応ガスの流入を規制する規制部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電セル。
【請求項３】
電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体と、
前記電解質膜・電極構造体の外周部に設けられた樹脂枠部と、
前記電解質膜・電極構造体の両側に配置されたセパレータと、
を備える発電セルであって、
前記セパレータは、金属からなる板状の部品であり、当該セパレータの一端から他端に向かって前記電解質膜・電極構造体に沿って反応ガスを流す波線状の反応ガス流路と、前記樹脂枠部に接触した状態で前記反応ガス流路を囲んで前記反応ガスの漏れを防止するシール部と、が設けられ、
前記シール部は、前記反応ガス流路側に向けて凸となる頂部を有し、前記反応ガス流路の前記シール部側へ凸となる頂部が、前記シール部の前記反応ガス流路側に凸なる頂部と対向する位置に形成されていることを特徴とする発電セル。
【請求項４】
前記セパレータには、前記反応ガス流路へ反応ガスを供給する反応ガス供給口が設けられており、
前記反応ガス供給口側の前記反応ガス流路において前記シール部側に凸となる頂部が、前記シール部の頂部と対向する位置に設けられ、
頂部を形成する前記シール部の凸部分と、頂部を形成する前記反応ガス流路の凸部分とにより、前記反応ガス流路と前記シール部との間への反応ガスの流入を規制する規制部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発電セル。
【請求項５】
前記反応ガス流路は、
前記電解質膜・電極構造体の発電領域に反応ガスを供給するように並列した複数の第１反応ガス流路と、
前記電解質膜・電極構造体の非発電領域に対応するように、前記シール部と前記第１反応ガス流路との間で前記第１反応ガス流路に並列した第２反応ガス流路と、
を備え、
複数の前記第１反応ガス流路と前記第２反応ガス流路とは、それぞれの波線状の位相が互いに合うように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の発電セル。
【請求項６】
前記電解質膜・電極構造体の外周部は、前記樹脂枠部に前記電極が部分的に重ねられた非発電領域を有し、
前記第２反応ガス流路は、前記電極のガス拡散層に接していることを特徴とする請求項５に記載の発電セル。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電セルに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、より多くの人々が手ごろに信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギの効率化に貢献する燃料電池に関する研究が行われている。
従来、高分子電解膜の電気化学活性領域に沿って複数の反応ガス流路が並列したチャネル構造を備える燃料電池のバイポーラプレートが知られている（例えば、特許文献１参照）。このバイポーラプレートは、周縁に沿って形成された境界壁（シール部）と、この境界壁とチャネル構造との間における反応ガスの通流（バイパス流）を防止するリブからなる制限部材と、を有している。
このような燃料電池によれば、発電領域を避けるようにチャネル構造と境界壁との間を流れようとする反応ガスのバイパス流を制限部材が堰き止める。これにより燃料電池における発電領域での反応ガスの反応率が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許５２３９０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、バイポーラプレートの反応ガス流路は、板体をプレス成形してバイポーラプレートを作製する際に板面に溝部（チャネル構造）として作り込まれる。
昨今の燃料電池は、発電領域が大きくなるとともに反応ガス流路のピッチも微細化する傾向にある。そのため、バイポーラプレートには、プレス成形時の板体の肉余りによって撓みが生じることがある。
このようなバイポーラプレートを使用して従来の燃料電池スタック（例えば特許文献１参照）を構成すると、発電領域における高分子電解膜に対するバイポーラプレートの面圧にばらつきが生じて反応ガス流路から反応ガスがリークし易くなる。また、バイパス流を堰き止めるバイポーラプレートの制限部材は、境界壁と、チャネル構造の外周部とを連結するように形成されているため、バイポーラプレート（セパレータ）の撓みで生じた境界壁とチャネル構造との段差によって、境界壁（シール部）からの反応ガスのリークも懸念される。
【０００５】
本発明の課題は、発電領域を避けるように流れる反応ガスのバイパス流を効率よく規制しつつ、反応ガスのリークをより確実に防止することができる発電セルを提供することにある。そして、延いてはエネルギの効率化に寄与するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を達成した本発明の発電セルは、電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の外周部に設けられた樹脂枠部と、前記電解質膜・電極構造体の両側に配置されたセパレータと、を備える発電セルであって、前記セパレータは、金属からなる板状の部品であり、当該セパレータの一端から他端に向かって前記電解質膜・電極構造体に沿って反応ガスを流す波線状の反応ガス流路と、前記樹脂枠部に接触した状態で前記反応ガス流路を囲んで前記反応ガスの漏れを防止するシール部と、が設けられ、前記シール部は、前記反応ガス流路側に向けて凸となる複数の頂部を有し、前記反応ガス流路の前記シール部側に向けて凸となる頂部が、前記シール部の隣り合う２つの頂部の間を結ぶ直線上に位置するか、又は前記直線を越えて前記シール部側に突出していることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の発電セルは、電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の外周部に設けられた樹脂枠部と、前記電解質膜・電極構造体の両側に配置されたセパレータと、を備える発電セルであって、前記セパレータは、金属からなる板状の部品であり、当該セパレータの一端から他端に向かって前記電解質膜・電極構造体に沿って反応ガスを流す波線状の反応ガス流路と、前記樹脂枠部に接触した状態で前記反応ガス流路を囲んで前記反応ガスの漏れを防止するシール部と、が設けられ、前記シール部は、前記反応ガス流路側に向けて凸となる頂部を有し、前記反応ガス流路の前記シール部側へ凸となる頂部が、前記シール部の前記反応ガス流路側に凸なる頂部と対向する位置に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の発電セルによれば、発電領域を避けるように流れる反応ガスのバイパス流を効率よく規制しつつ、反応ガスのリークをより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施形態に係る発電セルの分解斜視図である。
図１の矢示II部の位置に対応する発電セルの部分拡大平面図である。
図２のIIIＡ－IIIＡ断面図である。
図２のIIIＢ－IIIＢ断面図である。
図３Ｂに示す電解質膜・電極構造体の変形例の断面図である。
電解質膜・電極構造体側から見たセパレータの平面図である。
図５のVIＡ部の部分拡大図である。
図５のVIＢ部の部分拡大図である。
セパレータにおけるシール部の凹部と反応ガス流路の凸部とが向き合う様子を示すセパレータの部分拡大平面図である。
他の実施形態に係る発電セルの部分拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の発電セルを実施するための形態（実施形態）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態の発電セルは、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assemblies）の面上で一方向に向けて蛇行する波線状の反応ガス流路が複数並列するようにセパレータに設けられているとともに、セパレータの周縁に沿って設けられた反応ガスのシール部に対して波線状の反応ガス流路の凸部が近接配置されて反応ガスのバイパス流の規制部を形成していることを主な特徴とする。
以下では、発電セルの全体構成について説明した後に電解質膜・電極構造体、及びセパレータについて説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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