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公開番号2025088438
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-11
出願番号2023203142
出願日2023-11-30
発明の名称燃料電池セル及び燃料電池セルの設計方法
出願人トヨタ紡織株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 8/0258 20160101AFI20250604BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】膜電極接合体の耐久性を向上できる燃料電池セル及び燃料電池セルの設計方法を提供する。
【解決手段】燃料電池セルは、反応ガスを用いて発電する膜電極接合体と、膜電極接合体を挟む一対のガス拡散層と、膜電極接合体及び一対のガス拡散層を挟む一対のセパレータ14とを備えている。ガス拡散層は、ヤング率が1800MPa以上であるとともに厚さが0.12mm以上0.25mm以下である。セパレータ14は、分岐部31を有するとともに膜電極接合体に反応ガスを供給する流路28を形成する溝29を有する。溝29における分岐部31の内接円33の直径Dを溝29における分岐部31以外の一般部32の溝幅Wで除した値は、2.5以下である。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
反応ガスを用いて発電する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟む一対のガス拡散層と、前記膜電極接合体及び一対の前記ガス拡散層を挟む一対のセパレータとを備えた燃料電池セルであって、
前記ガス拡散層は、ヤング率が１８００ＭＰａ以上であるとともに厚さが０．１２ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であり、
前記セパレータは、分岐部を有するとともに前記膜電極接合体に前記反応ガスを供給する流路を形成する溝を有し、
前記溝における前記分岐部の内接円の直径を前記溝における前記分岐部以外の一般部の幅で除した値は、２．５以下であることを特徴とする燃料電池セル。
続きを表示（約 590 文字）【請求項２】
前記溝の前記分岐部における分岐角度は、３０°以上９０°以下であり、
前記溝の前記分岐部における側面は、前記セパレータの厚さ方向に対して２５°以上９０°未満の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
反応ガスを用いて発電する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟む一対のガス拡散層と、前記膜電極接合体及び一対の前記ガス拡散層を挟む一対のセパレータとを備えた燃料電池セルの設計方法であって、
前記ガス拡散層は、ヤング率が１８００ＭＰａ以上であるとともに厚さが０．１２ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であり、
前記セパレータは、分岐部を有するとともに前記膜電極接合体に前記反応ガスを供給する流路を形成する溝を有し、
前記溝における前記分岐部の内接円の直径を前記溝における前記分岐部以外の一般部の幅で除した値が２．５以下となるように前記溝の形状を設計することを特徴とする燃料電池セルの設計方法。
【請求項４】
前記溝の前記分岐部における分岐角度が３０°以上９０°以下となり、
前記溝の前記分岐部における側面が前記セパレータの厚さ方向に対して２５°以上９０°未満の角度で傾斜するように前記溝の形状を設計することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池セルの設計方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セル及び燃料電池セルの設計方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池セルとして、例えば、特許文献１に示すものが知られている。こうした燃料電池セルは、一対のガス拡散層に挟まれるとともに枠部材に支持された膜電極接合体を一対のセパレータによって挟持された構成になっている。セパレータには、膜電極接合体に反応ガスを供給する溝流路が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１８２０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような燃料電池セルにおいては、セパレータに形成された溝流路が分岐部を有している。溝流路における分岐部は、幅が溝流路における他の部分よりも広くなるので、ガス拡散層における分岐部に接触する部分が撓み易くなる。このため、膜電極接合体におけるガス拡散層の撓み易くなった部分と接触する部分は、面圧が低下するので、膨潤し易くなる。
【０００５】
膜電極接合体は、乾燥と湿潤の繰り返しによって収縮及び膨張する。膜電極接合体における面圧が低下した部分は、収縮及び膨張に伴って変形し易くなる。したがって、膜電極接合体における面圧が低下した部分にかかる負荷が大きくなるので、膜電極接合体の耐久性が低下するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する燃料電池セルは、反応ガスを用いて発電する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟む一対のガス拡散層と、前記膜電極接合体及び一対の前記ガス拡散層を挟む一対のセパレータとを備えた燃料電池セルであって、前記ガス拡散層は、ヤング率が１８００ＭＰａ以上であるとともに厚さが０．１２ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であり、前記セパレータは、分岐部を有するとともに前記膜電極接合体に前記反応ガスを供給する流路を形成する溝を有し、前記溝における前記分岐部の内接円の直径を前記溝における前記分岐部以外の一般部の幅で除した値は、２．５以下であることを要旨とする。
【０００７】
通常、溝における分岐部は、幅が一般部よりも広くなるので、ガス拡散層における分岐部に接触する部分が撓み易くなる。このため、膜電極接合体におけるガス拡散層の撓み易くなった部分と接触する部分は、面圧が低下するので、膨潤し易くなる。膜電極接合体は、発電による湿度変化に伴う乾燥と湿潤の繰り返しによって収縮及び膨張する。膜電極接合体における面圧が低下した部分は、収縮及び膨張に伴って変形し易くなる。この結果、膜電極接合体における面圧が低下した部分にかかる負荷が大きくなるので、膜電極接合体の耐久性が低下するという問題がある。
【０００８】
そこで、本願発明者は、以下のように構成することで、膜電極接合体の耐久性の低下が抑制されることを見出した。すなわち、ガス拡散層をヤング率が１８００ＭＰａ以上であるとともに厚さが０．１２ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下のものとし、セパレータの溝における分岐部の内接円の直径を溝における分岐部以外の一般部の幅で除した値を２．５以下とするように構成する。したがって、上記構成により、膜電極接合体の耐久性を向上できる。
【０００９】
上記課題を解決する燃料電池セルの設計方法は、反応ガスを用いて発電する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟む一対のガス拡散層と、前記膜電極接合体及び一対の前記ガス拡散層を挟む一対のセパレータとを備えた燃料電池セルの設計方法であって、前記ガス拡散層は、ヤング率が１８００ＭＰａ以上であるとともに厚さが０．１２ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であり、前記セパレータは、分岐部を有するとともに前記膜電極接合体に前記反応ガスを供給する流路を形成する溝を有し、前記溝における前記分岐部の内接円の直径を前記溝における前記分岐部以外の一般部の幅で除した値が２．５以下となるように前記溝の形状を設計することを要旨とする。
【００１０】
通常、溝における分岐部は、幅が一般部よりも広くなるので、ガス拡散層における分岐部に接触する部分が撓み易くなる。このため、膜電極接合体におけるガス拡散層の撓み易くなった部分と接触する部分は、面圧が低下するので、膨潤し易くなる。膜電極接合体は、発電による湿度変化に伴う乾燥と湿潤の繰り返しによって収縮及び膨張する。膜電極接合体における面圧が低下した部分は、収縮及び膨張に伴って変形し易くなる。この結果、膜電極接合体における面圧が低下した部分にかかる負荷が大きくなるので、膜電極接合体の耐久性が低下するという問題がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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