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公開番号2025159940
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-22
出願番号2024062823
出願日2024-04-09
発明の名称燃料電池
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H01M 8/0258 20160101AFI20251015BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ガス流路の一部に断面積が小さい絞り部が設けられた燃料電池において、生成水の排水速度の低下を抑制する技術を提案する。
【解決手段】燃料電池では、ガス拡散層と、ガス拡散層に接し、ガス拡散層に接する表面に第1凹部と第2凹部が設けられているセパレータと、第1凹部とガス拡散層に囲まれた第1ガス流路と、第2凹部とガス拡散層に囲まれた第2ガス流路と、を有し、セパレータが、第1ガス流路の壁面のうちの第1壁面と、第1ガス流路の壁面のうちの第1壁面に対向する第2壁面、を有し、第1壁面に、第1凸部が設けられており、第2壁面に、前記第1凸部よりも下流側に位置する第2凸部が設けられており、第1凸部の先端が、第2凸部の先端よりも第2壁面に近い位置に配置されており、第1凸部と第2凸部の間の間隔が、第1壁面と第2壁面の間の間隔よりも狭い。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池であって、
ガス拡散層と、
前記ガス拡散層に接し、前記ガス拡散層に接する表面に第１凹部と前記第１凹部に沿って伸びる第２凹部が設けられているセパレータと、
前記第１凹部と前記ガス拡散層に囲まれた第１ガス流路と、
前記第２凹部と前記ガス拡散層に囲まれた第２ガス流路と、
を有し、
前記セパレータが、
前記第１ガス流路の壁面のうちの第１壁面と、
前記第１ガス流路の壁面のうちの前記第１壁面に対向する第２壁面、
を有し、
前記第１壁面に、第１凸部が設けられており、
前記第２壁面に、前記第１凸部よりも下流側に位置する第２凸部が設けられており、
前記第１凸部の先端が、前記第２凸部の先端よりも前記第２壁面に近い位置に配置されており、
前記第１凸部と前記第２凸部の間の間隔が、前記第１壁面と前記第２壁面の間の間隔よりも狭い、
燃料電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、燃料電池に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２つのセパレータの間に膜電極ガス拡散層接合体が挟まれた構造を有する燃料電池が開示されている。膜電極ガス拡散層接合体は、２つのガス拡散層の間に膜電極接合体が挟まれた構造を有している。各セパレータは、ガス拡散層に接している。２つのセパレータのガス拡散層側の表面に複数の凹部がそれぞれ設けられている。ガス拡散層と凹部に囲まれた空間には、ガスが流れるガス流路が設けられている。ガス流路には、流路断面積が部分的に小さくされた絞り部が設けられている。この燃料電池では、一方のセパレータのガス流路には、水素ガスが流れる。水素ガスは、水素ガス流路からガス拡散層を介して、膜電極接合体に供給される。また、他方のセパレータのガス流路には、空気が流れる。空気は、空気ガス流路からガス拡散層を介して、膜電極接合体に供給される。膜電極接合体で水素と空気（すなわち、酸素）が反応することによって、電力が生成される。ガス流路に絞り部が設けられていると、各ガスがガス拡散層を介して膜電極接合体へ流れやすく、効率的に発電が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－５９４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、水素と空気が反応するときに、膜電極接合体内部で水（以下、生成水という）が生成される。生成水は、膜電極接合体からガス流路を介して燃料電池外部へと排出される。特許文献１の技術では、絞り部においてガス流路の断面積が小さいので、生成水の排水速度が低い。本明細書では、ガス流路の一部に断面積が小さい絞り部が設けられた燃料電池において、生成水の排水速度の低下を抑制する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（態様１）
本明細書が開示する燃料電池では、ガス拡散層と、前記ガス拡散層に接し、前記ガス拡散層に接する表面に第１凹部と前記第１凹部に沿って伸びる第２凹部が設けられているセパレータと、前記第１凹部と前記ガス拡散層に囲まれた第１ガス流路と、前記第２凹部と前記ガス拡散層に囲まれた第２ガス流路と、を有し、前記セパレータが、前記第１ガス流路の壁面のうちの第１壁面と、前記第１ガス流路の壁面のうちの前記第１壁面に対向する第２壁面、を有し、前記第１壁面に、第１凸部が設けられており、前記第２壁面に、前記第１凸部よりも下流側に位置する第２凸部が設けられており、前記第１凸部の先端が、前記第２凸部の先端よりも前記第２壁面に近い位置に配置されており、前記第１凸部と前記第２凸部の間の間隔が、前記第１壁面と前記第２壁面の間の間隔よりも狭い。
【０００６】
上記の燃料電池では、第１凸部と第２凸部の間において流路が曲がっているので、流路が曲がっていない場合に比べて流路長を長くできる。したがって、第１凸部と第２凸部の間において流路断面積が比較的広くても、ガス流れの抵抗を高くでき、発電効率が上昇する。また、第１凸部と第２凸部の間において流路断面積が比較的広くできるので、生成水の排水速度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
燃料電池セルの平面図である。
図１のＡ－Ａ断面図である。
燃料電池セルの空気ガス流路の平面図である。
【０００８】
燃料電池は、例えば、燃料電池を電源とする燃料電池車に搭載されている。図１、２に示すように、燃料電池は、板状のセル１０を有している。なお、以下では、セル１０の厚さ方向をｚ方向といい、セル１０の表面に沿う一方向をｘ方向といい、セル１０の表面に沿うとともにｘ方向に直交する方向をｙ方向という。セル１０は、膜電極接合体１２、ガス拡散層１４、１６、セパレータ２０及びセパレータ２２を有している。膜電極接合体１２は、水素と酸素を反応させて電力を生成する。膜電極接合体１２は、図示しないが、電解質膜を２つの電極層で挟んだ構造を備えている。
【０００９】
ガス拡散層１４、１６は、例えば、炭素繊維により構成されている。ガス拡散層１４とガス拡散層１６との間に、膜電極接合体１２が挟まれている。すなわち、ガス拡散層１４は、膜電極接合体１２の一方の表面に接している。ガス拡散層１６は、膜電極接合体１２の他方の表面に接している。
【００１０】
セパレータ２０、２２は、ガス不透過の導電性材料で構成されている。セパレータ２０、２２の材料としては、例えば、ステンレス鋼などの金属材料や炭素材料を用いることができる。セパレータ２０とセパレータ２２との間に、膜電極接合体１２とガス拡散層１４、１６が挟まれている。セパレータ２０は、ガス拡散層１４の表面に接している。セパレータ２２は、ガス拡散層１６の表面に接している。
（【００１１】以降は省略されています）

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