JP2010250960A

JP2010250960A - Membrane electrode assembly and fuel cell

Info

Publication number: JP2010250960A
Application number: JP2009096107A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ota; 英男太田; Yumiko Takizawa; 由美子瀧澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2010-11-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a membrane-electrode assembly and a fuel cell wherein output performance is improved. <P>SOLUTION: In the membrane-electrode assembly having a cathode including a cathode catalyst layer and a cathode gas diffusion layer, an anode including an anode catalyst layer and an anode gas diffusion layer, an electrolyte membrane arranged between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer, and a moisture retention layer arranged outside the cathode gas diffusion layer, the moisture retention layer includes a plurality of porous plates, and gaps are provided among the plurality of porous plates. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、膜電極接合体及び燃料電池に関し、特に液体燃料を用いた直接供給型燃料電池に関する。 The present invention relates to a membrane electrode assembly and a fuel cell, and more particularly to a direct supply type fuel cell using liquid fuel.

近年、リチウムイオン二次電池に代わって、小型の燃料電池が注目を集めている。特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell: DMFC）は、水素ガスを燃料として使用する燃料電池に比べ、水素ガスの取り扱いの困難さや、有機燃料を改質して水素を作り出す装置等が必要なく、小型化に優れている。 In recent years, small fuel cells have attracted attention in place of lithium ion secondary batteries. In particular, the direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol as a fuel is more difficult to handle hydrogen gas and reforms organic fuel than a fuel cell using hydrogen gas as a fuel. There is no need for a device to produce hydrogen, and it is excellent in miniaturization.

ＤＭＦＣでは、アノード（例えば燃料極）においてメタノールの酸化分解反応（内部改質反応）が生じ、二酸化炭素、プロトンおよび電子が生成する。一方、カソード（例えば空気極）では、空気から得られる酸素と、電解質膜を経て燃料極から供給されるプロトン、および燃料極から外部回路を通じて供給される電子によって水が生成する。また、この外部回路を通る電子によって、電力が供給されることになる。 In DMFC, methanol undergoes an oxidative decomposition reaction (internal reforming reaction) at an anode (for example, a fuel electrode) to generate carbon dioxide, protons, and electrons. On the other hand, in the cathode (for example, the air electrode), water is generated by oxygen obtained from air, protons supplied from the fuel electrode through the electrolyte membrane, and electrons supplied from the fuel electrode through an external circuit. In addition, power is supplied by electrons passing through the external circuit.

発電反応によりカソードで生成した水は電解質膜を透過してカソード側からアノード側へ拡散し、メタノールの酸化分解に利用されるが、この水が不足すると、メタノールの内部改質反応の反応抵抗が高くなるため、十分な出力特性を得られなくなる。 Water generated at the cathode by the power generation reaction permeates the electrolyte membrane and diffuses from the cathode side to the anode side, and is used for oxidative decomposition of methanol. However, when this water is insufficient, the reaction resistance of the internal reforming reaction of methanol is reduced. Therefore, sufficient output characteristics cannot be obtained.

そこで、カソードで生成した水を効率良くアノード側へ移行させるため、カソードの外側に保湿層を設けた燃料電池が開発されている。保湿層を用いる場合、十分な水をアノード側へ移行させるためには、保湿層を厚くするか、或いは透湿度が低い材料を用いる必要がある。しかし、そのような保湿層は、透気度が低く、カソードへの空気の流入が制限されることにより、出力低下をもたらすという不都合がある。 Therefore, in order to efficiently transfer the water generated at the cathode to the anode side, a fuel cell having a moisturizing layer provided outside the cathode has been developed. When using a moisture retention layer, in order to transfer sufficient water to the anode side, it is necessary to make the moisture retention layer thicker or use a material with low moisture permeability. However, such a moisturizing layer has a disadvantage that the air permeability is low and the inflow of air to the cathode is restricted, resulting in a decrease in output.

例えば、特許文献１には、膜電極接合体を覆うカバー部材に空気を導入するための貫通孔が形成され、カバー部材内部に効率的且つ安定的に空気を導入することによって、出力特性の向上及び安定化を図った燃料電池が開示されている。 For example, in Patent Document 1, a through-hole for introducing air is formed in a cover member that covers a membrane electrode assembly, and air is efficiently and stably introduced into the cover member to improve output characteristics. In addition, a stabilized fuel cell is disclosed.

特開２００８−７７９３５号公報JP 2008-77935 A

本発明は、出力性能が改善された膜電極接合体及び燃料電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a membrane electrode assembly and a fuel cell with improved output performance.

本発明に係る膜電極接合体は、カソード触媒層及びカソードガス拡散層を含むカソードと、アノード触媒層及びアノードガス拡散層を含むアノードと、前記カソード触媒層と前記アノード触媒層の間に配置された電解質膜と、前記カソードガス拡散層の外側に配置された保湿層とを具備する膜電極接合体であって、前記保湿層は複数の多孔質板を含み、該複数の多孔質板の間に隙間を有することを特徴とする。 A membrane electrode assembly according to the present invention is disposed between a cathode including a cathode catalyst layer and a cathode gas diffusion layer, an anode including an anode catalyst layer and an anode gas diffusion layer, and the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer. A membrane electrode assembly comprising an electrolyte membrane and a moisture retention layer disposed outside the cathode gas diffusion layer, wherein the moisture retention layer includes a plurality of porous plates, and a gap is provided between the plurality of porous plates. It is characterized by having.

また、本発明に係る燃料電池は、上記本発明に係る膜電極接合体を具備することを特徴とする。 The fuel cell according to the present invention comprises the membrane electrode assembly according to the present invention.

本発明によれば、出力性能が改善された膜電極接合体及び燃料電池を提供することができる。 The present invention can provide a membrane electrode assembly and a fuel cell with improved output performance.

実施形態に係る膜電極接合体の拡大断面図。The expanded sectional view of the membrane electrode assembly concerning an embodiment. 図１の保湿層の内部透視図。The internal perspective view of the moisture retention layer of FIG. 保湿層の他の実施形態を示す内部透視図。The internal perspective view which shows other embodiment of a moisture retention layer. 保湿層の他の実施形態を示す内部透視図。The internal perspective view which shows other embodiment of a moisture retention layer. 保湿層の他の実施形態を示す内部透視図。The internal perspective view which shows other embodiment of a moisture retention layer. 保湿層の他の実施形態を示す内部透視図。The internal perspective view which shows other embodiment of a moisture retention layer. 王研式（背圧式）透気度測定機の模式図。Schematic diagram of Oken type (back pressure type) air permeability measuring machine. 図７の測定機の流路に関する模式図。The schematic diagram regarding the flow path of the measuring machine of FIG. ガーレ式測定機の流路についての模式図。The schematic diagram about the flow path of a Gurley type measuring machine. 実施形態に係る燃料電池を示す内部透視断面図。The internal perspective sectional view showing the fuel cell concerning an embodiment. 図１０の燃料電池の燃料分配機構を示す斜視図。The perspective view which shows the fuel distribution mechanism of the fuel cell of FIG.

以下、本発明の膜電極接合体及び燃料電池について、図面を参照して説明する。図１は、膜電極接合体1の拡大断面図である。
膜電極接合体1は、アノード（燃料極）5と、カソード（空気極）6と、燃料極5及び空気極6の間に配置されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜7と、カソード6の外側に配置された保湿層10とから構成される。 Hereinafter, the membrane electrode assembly and the fuel cell of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of the membrane electrode assembly 1.
The membrane electrode assembly 1 includes an anode (fuel electrode) 5, a cathode (air electrode) 6, a proton (hydrogen ion) conductive electrolyte membrane 7 disposed between the fuel electrode 5 and the air electrode 6, and a cathode. 6 and a moisturizing layer 10 disposed outside.

燃料極5は、電解質膜7の一方の面と対向している燃料極触媒層8と、燃料極触媒層8に積層された燃料極ガス拡散層9とを有する。空気極6は、電解質膜7の他方の面と対向している空気極触媒層11と、空気極触媒層11に積層された空気極ガス拡散層12とを有する。 The fuel electrode 5 includes a fuel electrode catalyst layer 8 facing one surface of the electrolyte membrane 7 and a fuel electrode gas diffusion layer 9 stacked on the fuel electrode catalyst layer 8. The air electrode 6 includes an air electrode catalyst layer 11 facing the other surface of the electrolyte membrane 7 and an air electrode gas diffusion layer 12 stacked on the air electrode catalyst layer 11.

電解質膜7にはプロトン伝導性材料が含まれ、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（デュポン社製の商品名ナフィオン(登録商標）や旭硝子社製の商品名フレミオン(登録商標）のようなパーフルオロスルホン酸重合体等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂、無機物（例えば、タングステン酸、リンタングステン酸、硝酸リチウムなど）等が用いられるが、これらに限定されるものではない。 The electrolyte membrane 7 includes a proton conductive material, such as a fluorine-based resin having a sulfonic acid group (trade name Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, and product name Flemion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.). Perfluorosulfonic acid polymer, etc.), hydrocarbon resins having a sulfonic acid group, inorganic substances (for example, tungstic acid, phosphotungstic acid, lithium nitrate, etc.) are used, but are not limited thereto.

燃料極触媒層8および空気極触媒層11には、触媒及びプロトン伝導性材料が含まれる。触媒は、例えば、白金族元素である、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の単体金属、白金族元素を含有する合金などが用いられる。具体的には、燃料極側の触媒として、メタノールや一酸化炭素に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏなど、空気極側の触媒として、白金やＰｔ−Ｎｉなどが好適に用いられるが、これらに限定されるものではない。炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれを使用することもできる。触媒層に含まれるプロトン伝導性材料は、上記の電解質膜7に含まれるものと同様であってよい。 The fuel electrode catalyst layer 8 and the air electrode catalyst layer 11 contain a catalyst and a proton conductive material. As the catalyst, for example, a single metal such as Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, which is a platinum group element, an alloy containing a platinum group element, or the like is used. Specifically, Pt—Ru or Pt—Mo having strong resistance to methanol or carbon monoxide as the fuel electrode side catalyst, or platinum or Pt—Ni as the air electrode side catalyst is preferably used. However, it is not limited to these. Either a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material or an unsupported catalyst can be used. The proton conductive material contained in the catalyst layer may be the same as that contained in the electrolyte membrane 7 described above.

燃料極ガス拡散層9は、燃料極触媒層8に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、燃料極触媒層8の集電体も兼ねている。
空気極ガス拡散層12は、空気極触媒層11に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、空気極触媒層11の集電体も兼ねている。
燃料極ガス拡散層9及び空気極ガス拡散層12は、例えば、カーボンペーパーから形成される。カーボンペーパーには、撥水性を付与しても良いし、撥水性を付与しなくてもよい。撥水処理には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素系樹脂を使用することができる。 The fuel electrode gas diffusion layer 9 serves to uniformly supply fuel to the fuel electrode catalyst layer 8 and also serves as a current collector for the fuel electrode catalyst layer 8.
The air electrode gas diffusion layer 12 serves to uniformly supply the oxidant to the air electrode catalyst layer 11 and also serves as a current collector for the air electrode catalyst layer 11.
The fuel electrode gas diffusion layer 9 and the air electrode gas diffusion layer 12 are made of, for example, carbon paper. The carbon paper may be imparted with water repellency or may not be imparted with water repellency. For the water repellent treatment, a fluorine resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used.

保湿層10は、２枚の多孔質板10aを、それらの間に隙間10cを挟んで積層することにより構成される。 The moisturizing layer 10 is configured by laminating two porous plates 10a with a gap 10c between them.

一般に、保湿層が薄いか、或いは、保湿層の透湿度が大きい場合、カソードで生成された水は保湿層を透過して膜電極接合体の外部に蒸発する。そのため、カソード側からアノード側に戻る水の量が減少する。特に高濃度の燃料を用いる場合、アノードにおける燃料の内部改質反応に水が不可欠であるため、カソード側からアノード側に戻る水の量が不足すると、内部改質反応の反応抵抗が高くなる。その結果として、十分な出力特性が得られなくなるという問題がある。また、アノード側に戻る水が不足すると、燃料濃度が薄くならず、アノードに高濃度の燃料が過剰に供給される。すると、アノード触媒層中のプロトン伝導性材料が溶解してプロトンパスが切断される。これは、膜電極接合体の不可逆的な劣化の原因となる。またさらに、高濃度の燃料が電解質膜を透過してカソード側に流入し、カソード電位を低下させることにより出力の低下をもたらすという問題もある。 In general, when the moisture retention layer is thin or the moisture permeability of the moisture retention layer is large, water generated at the cathode permeates the moisture retention layer and evaporates to the outside of the membrane electrode assembly. Therefore, the amount of water returning from the cathode side to the anode side is reduced. In particular, when high-concentration fuel is used, water is indispensable for the internal reforming reaction of the fuel at the anode. Therefore, when the amount of water returning from the cathode side to the anode side is insufficient, the reaction resistance of the internal reforming reaction becomes high. As a result, there is a problem that sufficient output characteristics cannot be obtained. In addition, when the amount of water returning to the anode side is insufficient, the fuel concentration is not reduced, and high concentration fuel is excessively supplied to the anode. Then, the proton conductive material in the anode catalyst layer is dissolved and the proton path is cut. This causes irreversible deterioration of the membrane electrode assembly. Furthermore, there is a problem that high concentration fuel permeates the electrolyte membrane and flows into the cathode side, and lowers the cathode potential, thereby causing a decrease in output.

しかしながら、保湿層を厚くするか、また或いは、保湿層の透湿度を小さくすると、通常は保湿層の透気度が低くなり、カソードに供給される空気の量が減少する。空気量が減少することにより、カソードでの反応が抑制され、出力が低下するという問題がある。 However, if the moisture retention layer is thickened or the moisture permeability of the moisture retention layer is decreased, the moisture permeability of the moisture retention layer is usually lowered, and the amount of air supplied to the cathode is reduced. As the amount of air decreases, there is a problem that the reaction at the cathode is suppressed and the output is reduced.

そこで本発明では、保湿層10を複数の多孔質板10aの間に隙間10cを有するように構成することにより、保湿層10の保湿性を維持しながらも透気度を高くすることを可能とした。このような構成の保湿層10では、厚さ方向に複数の多孔質板10aを備えるために保湿性が高く、水が外部へ蒸発することを抑制することができる。そのため、空気極6で生成した水を燃料極5側に十分に戻すことができる。また、多孔質板10aの間に隙間10cを備えるために、空気が側面側から隙間10ｃを通って流入することができる。そのため、透気度が高くなり、十分な量の空気を空気極6へ供給することが可能である。 Therefore, in the present invention, it is possible to increase the air permeability while maintaining the moisture retention of the moisture retention layer 10 by configuring the moisture retention layer 10 to have gaps 10c between the plurality of porous plates 10a. did. In the moisture retaining layer 10 having such a configuration, since the plurality of porous plates 10a are provided in the thickness direction, the moisture retaining property is high, and water can be prevented from evaporating to the outside. Therefore, the water generated at the air electrode 6 can be sufficiently returned to the fuel electrode 5 side. Further, since the gap 10c is provided between the porous plates 10a, air can flow from the side surface through the gap 10c. Therefore, the air permeability is increased, and a sufficient amount of air can be supplied to the air electrode 6.

本発明では、このような保湿層10を備えることにより、十分な量の水がアノード側に戻り、また、十分な空気がカソードに取込まれるため、膜電極接合体の出力性能が向上すると共に、長期間に亘って安定な出力を得ることができる。 In the present invention, by providing such a moisturizing layer 10, a sufficient amount of water returns to the anode side, and sufficient air is taken into the cathode, so that the output performance of the membrane electrode assembly is improved. A stable output can be obtained over a long period of time.

図２は、図１に示す膜電極接合体1の保湿層10の内部透視図である。保湿層10において、隙間10cは、多孔質板10aの間にスペーサ10bを介在させることにより形成される。スペーサ10ｂの形状は、多孔質板10aが安定に保持される形状であれば何れの形状であってもよいが、上下の多孔質板10aと接する面は平面であることが好ましい。例えば、図２に例示されるような四角柱形状とすることができる。 FIG. 2 is an internal perspective view of the moisture retention layer 10 of the membrane electrode assembly 1 shown in FIG. In the moisture retaining layer 10, the gap 10c is formed by interposing a spacer 10b between the porous plates 10a. The shape of the spacer 10b may be any shape as long as the porous plate 10a is stably held, but the surfaces in contact with the upper and lower porous plates 10a are preferably flat. For example, it can be a quadrangular prism shape as exemplified in FIG.

図２に示す保湿層10において、スペーサ10ｂは、多孔質板10aの短辺と同じ長さを有し、多孔質板10aの短辺方向と平行に一定の間隔で配置される。このようなスペーサ10bの配置によって多孔質板間の隙間10cは複数の空間に分けられる。この空間を区画10dと称する。全ての区画10dは膜電極複合体1の外部と連通している。即ち、区画10dは、スペーサ10ｂに四方を囲まれていない。全ての区画10dを膜電極複合体1の外部と連通させることによって、保湿層10の側面から空気を取り込みやすくなり、十分な量の空気を空気極6に送ることができる。 In the moisturizing layer 10 shown in FIG. 2, the spacers 10b have the same length as the short sides of the porous plate 10a, and are arranged at a constant interval parallel to the short side direction of the porous plate 10a. The gap 10c between the porous plates is divided into a plurality of spaces by the arrangement of the spacer 10b. This space is referred to as a section 10d. All the compartments 10d communicate with the outside of the membrane electrode assembly 1. That is, the section 10d is not surrounded on all sides by the spacer 10b. By connecting all the compartments 10d to the outside of the membrane electrode assembly 1, air can be easily taken in from the side surface of the moisturizing layer 10, and a sufficient amount of air can be sent to the air electrode 6.

スペーサ10ｂが多孔質板10a上で占める面積割合、即ち、多孔質板10aの面積に対するスペーサ10ｂの面積の割合は、5％〜70％の範囲であることが好ましい。膜電極接合体1は、膜電極接合体1と後述する導電層（集電体）とを接触させるために外部から圧力をかけられるが、保湿層10においてはスペーサ部分にその圧力が集中する。面積割合を5％以上とすることにより、圧力を十分に伝え、膜電極接合体1と導電層（集電体）の間の接触をよくすることができる。一方、面積割合を70％以下にすることにより、区画10ｄの面積を十分に確保することができ、空気流入の増大効果を得ることができる。より好ましくは、多孔質板10aの面積に対するスペーサ10ｂの面積の割合は、10％〜50％の範囲である。 The area ratio of the spacer 10b on the porous plate 10a, that is, the ratio of the area of the spacer 10b to the area of the porous plate 10a is preferably in the range of 5% to 70%. The membrane electrode assembly 1 is pressurized from the outside in order to bring the membrane electrode assembly 1 into contact with a conductive layer (current collector) described later, but in the moisture retention layer 10, the pressure is concentrated on the spacer portion. By setting the area ratio to 5% or more, the pressure can be sufficiently transmitted, and the contact between the membrane electrode assembly 1 and the conductive layer (current collector) can be improved. On the other hand, by setting the area ratio to 70% or less, it is possible to sufficiently secure the area of the section 10d and to obtain an effect of increasing the air inflow. More preferably, the ratio of the area of the spacer 10b to the area of the porous plate 10a is in the range of 10% to 50%.

スペーサ10ｂは、スペーサ部分の厚さ方向の空気の流入を妨げないために、多孔質材から形成されることが好ましい。より好ましくは、スペーサ10ｂは、多孔質板10aと同じ多孔質材から形成される。多孔質板10a及びスペーサ10ｂを形成する多孔質材料は、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリウレタンなどを用いることができる。強度が高く、長期安定性を有することから、特にポリエチレンが好ましい。 The spacer 10b is preferably formed of a porous material so as not to hinder the inflow of air in the thickness direction of the spacer portion. More preferably, the spacer 10b is formed of the same porous material as the porous plate 10a. As the porous material forming the porous plate 10a and the spacer 10b, polyethylene, polystyrene, polyurethane, or the like can be used. Polyethylene is particularly preferred because of its high strength and long-term stability.

スペーサ10ｂの厚さは、0.1 mm〜1 mmの範囲であることが好ましい。厚さを0.1 mm以上とすることにより、側面側から十分な空気を流入させることができる。また、厚さを1 mm以下とすることにより、側面側からの水の蒸発を抑制することができる。スペーサ10ｂの厚さは、特に0.2 mm〜0.5 mmの範囲であることが好ましい。 The thickness of the spacer 10b is preferably in the range of 0.1 mm to 1 mm. By setting the thickness to 0.1 mm or more, sufficient air can be introduced from the side surface side. Further, by setting the thickness to 1 mm or less, water evaporation from the side surface side can be suppressed. The thickness of the spacer 10b is particularly preferably in the range of 0.2 mm to 0.5 mm.

以上のように、複数の多孔質板10aとスペーサ10ｂから構成される保湿層10は、保湿層全体としての透湿度が3500 g/(m²/day)以下であることが好ましく、王研式透気度試験機での透気抵抗度が1.8ガーレ秒以下であることが好ましい。透湿度を3500 g/(m²/day)以下とすることにより、アノードへ十分な量の水を戻すことができ、出力を向上させることができる。透気抵抗度を1.8ガーレ秒以下とすることにより、カソードへ十分な空気を供し、出力を向上させることができる。より好ましくは、透湿度は3000 g/(m²/day)以下であり、王研式透気度試験機での透気抵抗度は1.5ガーレ秒以下である。なお、透気抵抗度及び透湿度の測定方法は後述する。 As described above, the moisturizing layer 10 is comprised of a plurality of porous plate 10a and the spacer 10b, it is preferable that the moisture permeability of the entire moisturizing layer is ^{3500 g / (m 2 / day} ) or less, Oken type It is preferable that the air resistance in the air permeability tester is 1.8 gale seconds or less. By setting the moisture permeability to 3500 g / (m ² / day) or less, a sufficient amount of water can be returned to the anode, and the output can be improved. By setting the air permeability resistance to 1.8 galeseconds or less, sufficient air can be supplied to the cathode and the output can be improved. More preferably, the moisture permeability is 3000 g / (m ² / day) or less, and the air permeability resistance in the Oken type air permeability tester is 1.5 galeseconds or less. In addition, the measuring method of air permeability resistance and moisture permeability is mentioned later.

保湿層10の透湿度及び透気抵抗度は、用いる多孔質板の透湿度及び透気抵抗度、枚数及び厚さ、並びに、スペーサの厚さ、配置及び面積割合を適宜選択することにより調整することができる。 The moisture permeability and the air resistance of the moisturizing layer 10 are adjusted by appropriately selecting the moisture permeability and the air resistance of the porous plate to be used, the number and thickness, and the thickness, arrangement and area ratio of the spacers. be able to.

上記の説明では、２枚の多孔質板10aを含む保湿層10を説明したが、これに限定されず、任意の枚数の多孔質板を用いることができる。保湿層10に含まれる多孔質板の枚数は、２枚〜５枚が好ましく、特に２枚が好ましい。また、それぞれの多孔質板の厚さは、0.2 mm〜1.5 mmの範囲であることが好ましい。なお、多孔質版10aの間の隙間10cは、複数の多孔質版の少なくとも2枚の多孔質板10aの間に備えれば良い。すなわち、3枚以上の多孔質版10aを使用した場合には、そのうち2枚の多孔質版10aの間に隙間10cを備えれば良い。 In the above description, the moisturizing layer 10 including two porous plates 10a has been described. However, the present invention is not limited to this, and any number of porous plates can be used. The number of porous plates contained in the moisture retention layer 10 is preferably 2 to 5, and particularly preferably 2. The thickness of each porous plate is preferably in the range of 0.2 mm to 1.5 mm. The gap 10c between the porous plates 10a may be provided between at least two porous plates 10a of a plurality of porous plates. That is, when three or more porous plates 10a are used, a gap 10c may be provided between two of the porous plates 10a.

スペーサ10ｂの形状及び配置は図２に示したようなものの他、適宜設計、変更することができる。例えば、図３に示すように、短辺方向の中心部分に配置され、多孔質板10aの長辺と同じ長さを有する四角柱状の第１のスペーサ部３１と、第１のスペーサ部３１の両側面から短辺方向に一定の間隔を開けて延出した四角柱状の第２のスペーサ部３２とからなるスペーサ10ｂを配置してもよい。短辺方向の中心部分にもスペーサ10bを配置することにより、多孔質板10aの安定性や保湿層10の強度を向上させることができる。また、このような形状のスペーサ10bを配置することによって、隙間10cは複数の空間に分けられ、得られた区画10dは全て、膜電極複合体1の外部と連通している。 The shape and arrangement of the spacer 10b can be appropriately designed and changed in addition to those shown in FIG. For example, as shown in FIG. 3, a rectangular columnar first spacer portion 31 that is arranged at the center portion in the short side direction and has the same length as the long side of the porous plate 10 a, and the first spacer portion 31. A spacer 10b including a quadrangular prism-shaped second spacer portion 32 extending at a certain interval in the short side direction from both side surfaces may be disposed. By disposing the spacer 10b also in the central portion in the short side direction, the stability of the porous plate 10a and the strength of the moisture retaining layer 10 can be improved. Further, by arranging the spacer 10b having such a shape, the gap 10c is divided into a plurality of spaces, and all the obtained sections 10d communicate with the outside of the membrane electrode assembly 1.

またさらに、図４に示すように、多孔質板10aの長辺と同じ長さを有する四角柱状のスペーサ10ｂを、多孔質板10aの長辺方向と平行に一定の間隔で配置してもよい。このようなスペーサ10bの配置によって、隙間10cは複数の空間に分けられ、得られた区画10dは全て、膜電極複合体1の外部と連通している。さらに、図示していないが、長辺方向の中心に短辺方向と平行なスペーサを配置してもよい。 Furthermore, as shown in FIG. 4, square columnar spacers 10b having the same length as the long side of the porous plate 10a may be arranged at a constant interval in parallel with the long side direction of the porous plate 10a. . By such an arrangement of the spacer 10b, the gap 10c is divided into a plurality of spaces, and all of the obtained sections 10d communicate with the outside of the membrane electrode assembly 1. Further, although not shown, a spacer parallel to the short side direction may be arranged at the center in the long side direction.

次に、他の実施形態に係る保湿層10について説明する。他の実施形態において、保湿層10は、少なくとも１つが片面又は両面に凸部10ｂ´を有する複数の多孔質板から構成され、多孔質板10aの間の隙間10ｃは、該凸部10ｂ´によって形成される。 Next, the moisturizing layer 10 according to another embodiment will be described. In another embodiment, the moisturizing layer 10 is composed of a plurality of porous plates, at least one of which has a convex portion 10b ′ on one or both sides, and the gap 10c between the porous plates 10a is formed by the convex portions 10b ′. It is formed.

凸部10ｂ´は、多孔質板10aが安定に保持される形状であれば何れの形状であってもよいが、対向する多孔質板10aと接する面は平面であることが好ましい。例えば、四角柱形状とすることができる。凸部10ｂ´は多孔質板と一体であり、多孔質板10aの片面又は両面に凸部を形成するか、又は所望の凸部が形成されるように他の箇所を凹形状にすることにより形成することができる。 The convex portion 10b 'may have any shape as long as the porous plate 10a is stably held, but the surface in contact with the facing porous plate 10a is preferably a flat surface. For example, it can be a quadrangular prism shape. The convex portion 10b 'is integral with the porous plate, and the convex portion is formed on one surface or both surfaces of the porous plate 10a, or other portions are formed in a concave shape so that a desired convex portion is formed. Can be formed.

図５に凸部10ｂ´を有する複数の多孔質板から構成される保湿層10を示す。凸部10ｂ’はブロック形状を有し、多孔質板10aの短辺方向と平行に一定間隔で配置される。このような形状の凸部10ｂ’の配置によって多孔質板間の隙間10cは複数の空間に分けられる。この空間を区画10eと称する。図５において、ブロック形状の凸部10ｂ’は、互いに接触せず、凸部10ｂ’によって分けられる区画10eが全て膜電極複合体1の外部と連通している。即ち、区画10eは、凸部10ｂ’に四方を囲まれていない。このような区画10eは、保湿層10の側面から空気を取り込み、十分な量の空気を空気極6に送るための通気路として作用する。 FIG. 5 shows a moisturizing layer 10 composed of a plurality of porous plates having convex portions 10b ′. The convex portions 10b 'have a block shape and are arranged at regular intervals in parallel with the short side direction of the porous plate 10a. The gap 10c between the porous plates is divided into a plurality of spaces by the arrangement of the convex portions 10b 'having such a shape. This space is referred to as a section 10e. In FIG. 5, the block-shaped convex portions 10 b ′ do not contact each other, and all the sections 10 e divided by the convex portions 10 b ′ communicate with the outside of the membrane electrode assembly 1. That is, the section 10e is not surrounded on all sides by the convex portion 10b '. Such a section 10e functions as a ventilation path for taking in air from the side surface of the moisture retaining layer 10 and sending a sufficient amount of air to the air electrode 6.

凸部10ｂ’が多孔質板10a上で占める面積割合、即ち、多孔質板10aの面積に対する凸部10ｂ’の面積の割合は、スペーサ10ｂについて説明したのと同様な理由により5％〜70％の範囲であることが好ましい。より好ましくは、多孔質板10aの面積に対する凸部10ｂ’の面積の割合は、10％〜50％の範囲である。 The area ratio of the protrusion 10b 'on the porous plate 10a, that is, the ratio of the area of the protrusion 10b' to the area of the porous plate 10a is 5% to 70% for the same reason as described for the spacer 10b. It is preferable that it is the range of these. More preferably, the ratio of the area of the convex portion 10b 'to the area of the porous plate 10a is in the range of 10% to 50%.

凸部10ｂ’の高さは、スペーサ10ｂで説明したのと同様な理由により0.1 mm〜1 mmであることが好ましい。凸部10ｂ’の高さは、特に0.2 mm〜0.5 mmの範囲であることが好ましい。 The height of the convex portion 10b 'is preferably 0.1 mm to 1 mm for the same reason as described for the spacer 10b. The height of the convex portion 10b 'is particularly preferably in the range of 0.2 mm to 0.5 mm.

凸部10ｂ´を有する複数の多孔質板から構成される保湿層10は、上記スペーサ10ｂについて説明したのと同様な理由により、保湿層全体としての透湿度が3500g/(m²/day)以下であることが好ましく、王研式透気度試験機での透気抵抗度が1.8ガーレ秒以下であることが好ましい。より好ましくは、透湿度は3000g/(m²/day)以下であり、王研式透気度試験機での透気抵抗度は1.5ガーレ秒以下の範囲である。 The moisture retention layer 10 composed of a plurality of porous plates having convex portions 10b ′ has a moisture permeability of 3500 g / (m ² / day) or less as the entire moisture retention layer for the same reason as described for the spacer 10b. It is preferable that the air resistance in the Oken type air permeability tester is 1.8 galeseconds or less. More preferably, the moisture permeability is 3000 g / (m ² / day) or less, and the air resistance in the Oken type air permeability tester is in the range of 1.5 gale seconds or less.

保湿層10の透湿度及び透気抵抗度は、用いる多孔質板の透湿度及び透気抵抗度、枚数及び厚さ、並びに、凸部の高さ、配置及び面積割合を適宜選択することにより調整することができる。 The moisture permeability and air permeability of the moisture retaining layer 10 are adjusted by appropriately selecting the moisture permeability and air resistance of the porous plate to be used, the number and thickness, and the height, arrangement, and area ratio of the protrusions. can do.

上記の説明では、２枚の多孔質板10aを含む保湿層10を説明したが、これに限定されず、任意の枚数の多孔質板を用いることができる。保湿層10に含まれる多孔質板の枚数は、２枚〜５枚が好ましく、特に２枚が好ましい。保湿層10が２枚の多孔質板10aから構成される場合、何れか一方の多孔質板10aに、片面に凸部10ｂ´を有する多孔質板10aを用いる。保湿層10が、例えば３枚の多孔質板10aから構成される場合、片面に凸部10ｂ´を有する２枚の多孔質板と凸部10ｂ´を有さない１枚の多孔質板を用いてもよく、或いは、両面に凸部10ｂ´を有する１枚の多孔質板を中央に配置し、その上下に凸部10ｂ´を有さない２枚の多孔質板を配置してもよい。それぞれの多孔質板の厚さは、0.2 mm〜1.5 mmの範囲であることが好ましい。 In the above description, the moisturizing layer 10 including two porous plates 10a has been described. However, the present invention is not limited to this, and any number of porous plates can be used. The number of porous plates contained in the moisture retention layer 10 is preferably 2 to 5, and particularly preferably 2. When the moisture retaining layer 10 is composed of two porous plates 10a, a porous plate 10a having a convex portion 10b 'on one side is used as one of the porous plates 10a. When the moisture retaining layer 10 is composed of, for example, three porous plates 10a, two porous plates having a convex portion 10b 'on one side and one porous plate having no convex portion 10b' are used. Alternatively, one porous plate having convex portions 10b 'on both sides may be arranged in the center, and two porous plates not having convex portions 10b' may be arranged on the upper and lower sides thereof. The thickness of each porous plate is preferably in the range of 0.2 mm to 1.5 mm.

凸部10ｂ´の形状及び配置は図５に示したようなものの他、適宜設計、変更することができる。例えば、図６に示すように、円盤形状の凸部10ｂ’を一定間隔で配置してもよい。 The shape and arrangement of the convex portion 10b 'can be appropriately designed and changed as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 6, the disk-shaped convex portions 10b 'may be arranged at regular intervals.

ここで、透湿度の測定方法を説明する。
まず、膜電極接合体1より保湿層10又は多孔質板10aを一辺が５mmの正方形で切り出しサンプルとする。次いで、固定したサンプルを研磨機により研磨して評価面を出す。研磨は、2,400番の紙やすりを使用し、ディスク回転速度を150〜300RPMに設定して行う。次いで、直径がφ20 mm〜35 mmのAlテープの中心に直径がφ2 mmの孔を開け、これを、評価面を出したサンプルの両面に貼り付ける。この際、サンプルの中心がAlテープの中心の孔と同じ位置になるように調整する。さらにサンプルの側面にもAlテープを貼り付ける。 Here, a method for measuring moisture permeability will be described.
First, the moisturizing layer 10 or the porous plate 10a is cut out from the membrane / electrode assembly 1 into a square having a side of 5 mm and used as a sample. Next, the fixed sample is polished by a polishing machine to give an evaluation surface. Polishing is performed using a # 2,400 sandpaper and the disk rotation speed is set to 150 to 300 RPM. Next, a hole having a diameter of φ2 mm is formed in the center of an Al tape having a diameter of φ20 mm to 35 mm, and this is pasted on both sides of the sample from which the evaluation surface is provided. At this time, the center of the sample is adjusted so as to be in the same position as the center hole of the Al tape. Affix the Al tape to the side of the sample.

Alテープを貼り付けたサンプルについて、JIS K7126-2（制定年月日が2006/08/20）の規格に従って、GTR-10XFTB装置（GTRテック株式会社製）を用いて透湿度を測定する。透湿度の測定は、サンプルの一方に高湿潤の窒素ガスを流し、他方に乾燥したヘリウムガスを流し、流れ出てきたヘリウムガス中の水分量を検出することにより行われる。測定条件は、窒素ガスは温度40℃、湿度90RH%、流量200ccmとし、ヘリウムガスは温度40℃、湿度0RH%、流量20ccmとする。 The moisture permeability is measured using a GTR-10XFTB device (manufactured by GTR Tech Co., Ltd.) according to the standard of JIS K7126-2 (Established date is 2006/08/20) for the sample with Al tape attached. The measurement of moisture permeability is performed by flowing a highly humid nitrogen gas to one of the samples and a dry helium gas to the other, and detecting the amount of moisture in the flowing helium gas. Measurement conditions are as follows: nitrogen gas has a temperature of 40 ° C., humidity 90 RH%, flow rate 200 ccm, and helium gas has a temperature 40 ° C., humidity 0 RH%, flow rate 20 ccm.

次に、王研式透気度試験機で測定される透気抵抗度について説明する。透気抵抗度の単位であるガーレ秒は、ガーレ法(JIS P8117)に準ずるもので、圧力差0.0132 Kgf/cm²の下で100 cm³の空気が64.5 cm²広さの紙（サンプル）を通過する時間（秒）を意味する。 Next, the air resistance measured by the Oken air permeability tester will be described. The Gurley second, the unit of air resistance, conforms to the Gurley method (JIS P8117). A paper (sample) with a pressure difference of 0.0132 Kgf / cm ² and 100 cm ³ of air is 64.5 cm ² wide. Means time (seconds) to pass.

王研式透気度試験機の規格は、J. TAPPI NO5B（紙パルプ技術協会規格）であり、型式はEGO-2Sである。また、測定端の直径はφ３０ｍｍでノズル型名はG,100、またはφ１０ｍｍでノズル型名は1/10G,100である。 The standard of the Oken air permeability tester is J. TAPPI NO5B (standard of paper pulp technology), and the model is EGO-2S. The diameter of the measurement end is φ30 mm and the nozzle type name is G, 100, or φ10 mm and the nozzle type name is 1 / 10G, 100.

以下に測定原理を図７〜図９を参照して説明する。
図７は、王研式（背圧式）透気度測定機の模式図を示す。測定端101には、測定サンプル102(例えば保湿層)が配置されている。測定端101には、細管103を介して水柱圧力計104が接続されている。水柱圧力計104は、細管103に接続された側圧室(B室)105と、ノズルと呼ばれる細管106を介して接続された定圧室(A室)107とを有する。水柱圧力計104の定圧室(A室)107は、細管108を介して外部圧縮源109に接続されている。細管108には、圧力ゲージ110が設けられている。 The measurement principle will be described below with reference to FIGS.
FIG. 7 shows a schematic diagram of an Oken type (back pressure type) air permeability measuring machine. A measurement sample 102 (for example, a moisturizing layer) is disposed at the measurement end 101. A water column pressure gauge 104 is connected to the measurement end 101 via a thin tube 103. The water column pressure gauge 104 has a side pressure chamber (B chamber) 105 connected to the narrow tube 103 and a constant pressure chamber (A chamber) 107 connected via a thin tube 106 called a nozzle. A constant pressure chamber (A chamber) 107 of the water column pressure gauge 104 is connected to an external compression source 109 via a thin tube 108. The thin tube 108 is provided with a pressure gauge 110.

測定サンプル102には、外部圧縮源109から配管108、定圧室(A室)107、細管106、側圧室(B室)105、及び細管103を通して供給された空気圧が加わる。外部圧縮源109から供給された時点での空気圧は、圧力ゲージ110により測定される。空気圧が加わるのと反対側の面に加わる圧力は、大気圧に保たれる。 Air pressure supplied from the external compression source 109 through the pipe 108, the constant pressure chamber (A chamber) 107, the narrow tube 106, the side pressure chamber (B chamber) 105, and the narrow tube 103 is applied to the measurement sample 102. The air pressure when supplied from the external compression source 109 is measured by the pressure gauge 110. The pressure applied to the surface opposite to the side where the air pressure is applied is maintained at atmospheric pressure.

測定サンプル102を透過する空気圧は、水柱圧力計104により測定される。測定サンプル102のガーレの透気度T_Gは、以下に説明する原理に基づいて得られる。 The air pressure that passes through the measurement sample 102 is measured by a water column pressure gauge 104. The Gurley air permeability _TG of the measurement sample 102 is obtained based on the principle described below.

図８に、図７の測定機の流路に関する模式図を示す。図８では、図７で説明したのと同様な部材については同符号を付しているが、側圧室(B室)105の右側に接続されている細管111は、測定サンプル102を見立てたものである。 FIG. 8 shows a schematic diagram relating to the flow path of the measuring machine of FIG. In FIG. 8, the same members as those described in FIG. 7 are given the same reference numerals, but the narrow tube 111 connected to the right side of the side pressure chamber (B chamber) 105 is an example of the measurement sample 102. It is.

図８に関して、両細管内の流れが層流の場合は、流量と差圧の関係はハーゲン＝ポアゼイユの法則に従う。また、流速が小さい場合は、流路系に連続の法則が適用できる。 Referring to FIG. 8, when the flow in both capillaries is a laminar flow, the relationship between the flow rate and the differential pressure follows Hagen-Poiseuille's law. Further, when the flow velocity is small, a continuous law can be applied to the flow path system.

Ｑ_C＝Ｑ＝π／８μ・（Ｐ_C−Ｐ）・Ｒ⁴／Ｌ …（１）
Ｑ＝π／８μ・Ｐ・ｒ⁴／ｌ …（２）
Ｐ_Cは定圧室（Ａ室）107の圧力で、５００ｍｍＨ₂Ｏの定圧に保たれており、Ｐは側圧室（Ｂ室）105の圧力で、Ｑ_Cはノズル106での流量（cm³/sec）で、Ｑは細管111での流量（cm³/sec）で、Ｌはノズル106の長さ（ｍｍ）、ｌは細管111の長さ（mm）で、Ｒはノズル106の内径（mm）で、ｒは細管111の内径(mm)で、μは空気の粘性係数である。
図９は、ガーレ式測定機の流路についての模式図で、定圧Ｐ_Gに保たれるＧ室112の空気が細管113を通じて大気中に放出されることを示している。また、細管113は、測定サンプル102を見立てたものである。図９のＧ室112及び細管113は、図７で説明したのと同様な法則に従う。 Q _C = Q = π / 8 μ · (P _C −P) · R ⁴ / L (1)
Q = π / 8μ · P · r ⁴ / l (2)
P _C at a pressure of constant pressure chamber (A chamber) 107, and kept at a constant pressure of 500mmH ₂ O, at a pressure of P is side pressure chamber (B chamber) 105, Q _C is the flow rate at the nozzle 106 (cm ³ / sec), Q is the flow rate (cm ³ / sec) in the narrow tube 111, L is the length (mm) of the nozzle 106, l is the length (mm) of the narrow tube 111, and R is the inner diameter (mm) of the nozzle 106 ) Where r is the inner diameter (mm) of the narrow tube 111 and μ is the viscosity coefficient of air.
Figure 9 is a schematic diagram of the flow path of Gurley measuring instrument shows that the air in the G chamber 112 is maintained at a constant pressure P _G is released into the atmosphere through tubules 113. The thin tube 113 is an example of the measurement sample 102. The G chamber 112 and the narrow tube 113 in FIG. 9 follow the same rules as explained in FIG.

Ｑ_G＝π／８μ・Ｐ_G・ｒ⁴／ｌ …（３）
Ｔ_G＝１００／Ｑ_G…（４）
Ｐ_G＝４Ｗ／πＤ²＝０．０１３２（ｋｇｆ／ｃｍ²）…（５）
Ｐ_Gは、JIS P8117により規定される測定部の内筒（W＝567g、D＝74mm）から算出される。Ｑ_Gは細管113での流量(cm³/sec)で、Ｔ_Gは透気度（sec）である。 Q _G = π / 8μ · P _G · r ⁴ / l (3)
T _G = 100 / Q _G (4)
P _G = 4 W / πD ² = 0.0132 (kgf / cm ² ) (5)
P _G is the inner cylinder of the measuring portion defined by JIS P8117 (W = 567g, D = 74mm) is calculated from. Q _G is the flow rate (cm ³ / sec) in the narrow tube 113 and _TG is the air permeability (sec).

上記の式（１），（２），（３），（４）よりＴ_GとＰの関係は次式（６）で与えられる。測定機の定数Ｋが決定されれば、図７の水柱圧力計に直接ガーレの透気度Ｔ_Gを見積もることができる。 From the above equations (1), (2), (3), (4), the relationship between _TG and P is given by the following equation (6). If the constant K of the measuring machine is determined, the air permeability _TG of the Gurley can be estimated directly on the water column pressure gauge of FIG.

Ｔ_G＝８００μ／πＰ_G・Ｌ／Ｒ⁴・Ｐ／（Ｐ_C−Ｐ）
＝Ｋ・Ｐ／（Ｐ_C−Ｐ）…（６）
ここで、Ｋは測定機の定数(K＝800μ/πP_G・L/R⁴)であり、細管106の長さＬ（mm）及び内径Ｒ（mm）は設計上定められる。 T _G = 800 μ / πP _G · L / R ⁴ · P / (P _C -P)
= K · P / (P _C -P) (6)
Here, K is a measuring machine constant _{(K = 800μ / πP G ·} L / R 4), the length of capillary 106 L (mm) and an inside diameter R (mm) is defined on the design.

次に、本発明の燃料電池について、図面を参照して説明する。図１０は、本発明の実施形態に係る燃料電池の内部透視断面図であり、図１１は、図１０の燃料電池の燃料分配機構を示す斜視図である。 Next, the fuel cell of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is an internal perspective sectional view of the fuel cell according to the embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a perspective view showing a fuel distribution mechanism of the fuel cell of FIG.

図１０に示す燃料電池100は、上記で説明した膜電極接合体1と、この膜電極接合体1に燃料を供給する燃料分配機構2と、液体燃料を収容する燃料収容部3と、これら燃料分配機構2と燃料収容部3とを接続する流路4とから主として構成されている。 A fuel cell 100 shown in FIG. 10 includes a membrane electrode assembly 1 described above, a fuel distribution mechanism 2 that supplies fuel to the membrane electrode assembly 1, a fuel storage unit 3 that stores liquid fuel, and these fuels. It is mainly composed of a flow path 4 that connects the distribution mechanism 2 and the fuel storage portion 3.

燃料電池100において、燃料極ガス拡散層9には、必要に応じて導電層14が積層される。また、空気極ガス拡散層12と保湿層10との間に、必要に応じて導電層13が積層される。これら導電層13、14としては、例えば、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などが用いられる。また、燃料電池100の保湿層10にはさらに、カバープレート16が積層される。 In the fuel cell 100, a conductive layer 14 is laminated on the anode gas diffusion layer 9 as necessary. Further, a conductive layer 13 is laminated between the air electrode gas diffusion layer 12 and the moisturizing layer 10 as necessary. As these conductive layers 13 and 14, for example, a porous layer (for example, mesh) or a foil body made of a metal material such as gold or nickel, or a conductive metal material such as stainless steel (SUS) or a highly conductive material such as gold. A metal-coated composite material or the like is used. Further, a cover plate 16 is further laminated on the moisture retention layer 10 of the fuel cell 100.

電解質膜7と導電層13、14との間には、それぞれゴム製のＯリング15が介在されており、これらによって膜電極接合体（MEA）1からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。 A rubber O-ring 15 is interposed between the electrolyte membrane 7 and the conductive layers 13 and 14, respectively, thereby preventing fuel leakage and oxidant leakage from the membrane electrode assembly (MEA) 1. Yes.

図示を省略したが、カバープレート16は酸化剤である空気を取入れるための開口部を有している。カバープレート16と空気極6との間には、必要に応じて表面層が配置される。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。このようなカバープレート16を備えることにより、酸化剤を供給するためのブロワを用いることなく、酸化剤をカソード６に自然供給することができる。なお、酸化剤は、空気に限定されるものではなく、Ｏ₂を含むガスを使用可能である。 Although not shown, the cover plate 16 has an opening for taking in air as an oxidant. A surface layer is disposed between the cover plate 16 and the air electrode 6 as necessary. The surface layer adjusts the amount of air taken in, and has a plurality of air inlets whose number, size, etc. are adjusted according to the amount of air taken in. By providing such a cover plate 16, the oxidant can be naturally supplied to the cathode 6 without using a blower for supplying the oxidant. Note that the oxidizing agent is not limited to air, and a gas containing O ₂ can be used.

燃料収容部3には、膜電極接合体1に対応した液体燃料Ｆが収容されている。液体燃料Ｆとしては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料Ｆは必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料Ｆは、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部3には膜電極接合体1に応じた液体燃料Ｆが収容される。 Liquid fuel F corresponding to the membrane electrode assembly 1 is stored in the fuel storage portion 3. Examples of the liquid fuel F include methanol fuels such as methanol aqueous solutions having various concentrations and pure methanol. The liquid fuel F is not necessarily limited to methanol fuel. The liquid fuel F may be, for example, an ethanol fuel such as an ethanol aqueous solution or pure ethanol, a propanol fuel such as a propanol aqueous solution or pure propanol, a glycol fuel such as a glycol aqueous solution or pure glycol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. In any case, liquid fuel F corresponding to the membrane electrode assembly 1 is accommodated in the fuel accommodating portion 3.

液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、複数の燃料排出口22を有する燃料分配機構2の特徴がより顕在化するのは燃料濃度が濃い場合である。このため、燃料電池は、濃度が８０％以上のメタノール水溶液もしくは純メタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。 The type and concentration of the liquid fuel are not limited. However, the characteristics of the fuel distribution mechanism 2 having a plurality of fuel discharge ports 22 become more apparent when the fuel concentration is high. For this reason, the fuel cell can particularly exhibit its performance and effects when a methanol aqueous solution or pure methanol having a concentration of 80% or more is used as the liquid fuel.

膜電極接合体1の燃料極5側には、燃料分配機構2が配置されている。燃料分配機構2は配管のような液体燃料の流路4を介して燃料収容部3と接続されている。燃料分配機構2には燃料収容部3から流路4を介して液体燃料が導入される。流路4は燃料分配機構2や燃料収容部3と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構2と燃料収容部3とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料分配機構2は流路4を介して燃料収容部3と接続されていればよい。 A fuel distribution mechanism 2 is arranged on the fuel electrode 5 side of the membrane electrode assembly 1. The fuel distribution mechanism 2 is connected to the fuel storage unit 3 via a liquid fuel flow path 4 such as a pipe. Liquid fuel is introduced into the fuel distribution mechanism 2 from the fuel storage portion 3 through the flow path 4. The flow path 4 is not limited to piping independent of the fuel distribution mechanism 2 and the fuel storage unit 3. For example, when the fuel distribution mechanism 2 and the fuel storage unit 3 are stacked and integrated, a liquid fuel flow path connecting them may be used. The fuel distribution mechanism 2 may be connected to the fuel storage unit 3 through the flow path 4.

液体燃料を燃料収容部3から燃料分配機構2まで送る機構は特に限定されるものではない。例えば、使用時の設置場所が固定される場合には、重力を利用して液体燃料を燃料収容部3から燃料分配機構2まで落下させて送液することができる。また、多孔体等を充填した流路4を用いることによって、毛細管現象で燃料収容部3から燃料分配機構2まで送液することができる。さらに、燃料収容部3から燃料分配機構2への送液は、図１０に示すように、ポンプ１７で実施してもよい。あるいは、燃料分配機構2から膜電極接合体1への燃料供給が行われる構成であればポンプ１７に代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。 The mechanism for sending the liquid fuel from the fuel storage unit 3 to the fuel distribution mechanism 2 is not particularly limited. For example, when the installation location at the time of use is fixed, liquid fuel can be dropped from the fuel storage unit 3 to the fuel distribution mechanism 2 and fed using gravity. Further, by using the flow path 4 filled with a porous body or the like, liquid can be fed from the fuel storage unit 3 to the fuel distribution mechanism 2 by capillary action. Further, liquid feeding from the fuel storage unit 3 to the fuel distribution mechanism 2 may be performed by a pump 17 as shown in FIG. Alternatively, if the fuel is supplied from the fuel distribution mechanism 2 to the membrane electrode assembly 1, a fuel cutoff valve may be arranged instead of the pump 17. In this case, the fuel cutoff valve is provided to control the supply of liquid fuel through the flow path.

燃料分配機構2は、図１１に示すように、液体燃料が流路4を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口21と、液体燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口22とを有する燃料分配板23を備えている。燃料分配板23の内部には図１０に示すように、燃料注入口21から導かれた液体燃料の通路となる空隙部24が設けられている。複数の燃料排出口22は燃料通路として機能する空隙部24にそれぞれ直接接続されている。 As shown in FIG. 11, the fuel distribution mechanism 2 includes at least one fuel inlet 21 through which liquid fuel flows through the flow path 4 and a plurality of fuel outlets 22 through which the liquid fuel and its vaporized components are discharged. The fuel distribution plate 23 having Inside the fuel distribution plate 23, as shown in FIG. 10, there is provided a gap 24 serving as a passage for the liquid fuel led from the fuel inlet 21. The plurality of fuel discharge ports 22 are directly connected to the gaps 24 that function as fuel passages.

燃料注入口21から燃料分配機構2に導入された液体燃料は空隙部24に入り、この燃料通路として機能する空隙部24を介して複数の燃料排出口22にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口22には、例えば液体燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体（図示せず）を配置してもよい。これによって、膜電極接合体1の燃料極5には液体燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構2と燃料極5との間に気液分離膜等として設置してもよい。液体燃料の気化成分は複数の燃料排出口22から燃料極5の複数個所に向けて排出される。 The liquid fuel introduced into the fuel distribution mechanism 2 from the fuel inlet 21 enters the gap 24 and is guided to the plurality of fuel discharge ports 22 via the gap 24 that functions as the fuel passage. For example, a gas-liquid separator (not shown) that transmits only the vaporized component of the liquid fuel and does not transmit the liquid component may be disposed in the plurality of fuel discharge ports 22. As a result, the vaporized component of the liquid fuel is supplied to the fuel electrode 5 of the membrane electrode assembly 1. The gas-liquid separator may be installed as a gas-liquid separation film or the like between the fuel distribution mechanism 2 and the fuel electrode 5. The vaporized component of the liquid fuel is discharged from a plurality of fuel discharge ports 22 toward a plurality of locations on the fuel electrode 5.

燃料排出口22は膜電極接合体1の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板23の燃料極5と対向する面に複数設けられている。燃料排出口22の個数は２個以上であればよいが、膜電極接合体1の面内における燃料供給量を均一化する上で、0.1〜10個/cm²の燃料排出口22が存在するように形成することが好ましい。燃料排出口22の個数が0.1個/cm²未満であると、膜電極接合体1に対する燃料供給量を十分に均一化することができない。燃料排出口22の個数を１０個/cm²を超えて形成しても、それ以上の効果が得られない。 A plurality of fuel discharge ports 22 are provided on the surface of the fuel distribution plate 23 facing the fuel electrode 5 so that fuel can be supplied to the entire membrane electrode assembly 1. The number of the fuel discharge ports 22 may be two or more, but there are 0.1 to 10 / cm ² fuel discharge ports 22 in order to equalize the fuel supply amount in the surface of the membrane electrode assembly 1. It is preferable to form as follows. If the number of the fuel discharge ports 22 is less than 0.1 / cm ² , the amount of fuel supplied to the membrane electrode assembly 1 cannot be made sufficiently uniform. Even when the number of fuel discharge port 22 formed more than 10 / cm ^2, more effect can not be obtained.

上述した燃料分配機構2に導入された液体燃料は空隙部24を介して複数の燃料排出口22に導かれる。燃料分配機構2の空隙部24はバッファとして機能するため、複数の燃料排出口22からそれぞれ規定濃度の燃料が排出される。そして、複数の燃料排出口22は膜電極接合体1の全面に燃料が供給されるように配置されているため、膜電極接合体1に対する燃料供給量を均一化することができる。 The liquid fuel introduced into the fuel distribution mechanism 2 described above is guided to the plurality of fuel discharge ports 22 via the gaps 24. Since the gap 24 of the fuel distribution mechanism 2 functions as a buffer, fuel of a specified concentration is discharged from the plurality of fuel discharge ports 22, respectively. Since the plurality of fuel discharge ports 22 are arranged so that fuel is supplied to the entire surface of the membrane electrode assembly 1, the amount of fuel supplied to the membrane electrode assembly 1 can be made uniform.

燃料分配機構2から均一に放出された燃料は、燃料極ガス拡散層9を拡散して燃料極触媒層8に供給される。燃料としてメタノール燃料を使用する場合には、次の式（Ａ）に示すメタノールの内部改質反応を生じさせる必要がある。 The fuel released uniformly from the fuel distribution mechanism 2 diffuses through the fuel electrode gas diffusion layer 9 and is supplied to the fuel electrode catalyst layer 8. When methanol fuel is used as the fuel, it is necessary to cause an internal reforming reaction of methanol represented by the following formula (A).

ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ …式（Ａ）
内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ^＋）は、電解質膜7を伝導し、空気極触媒層11に到達する。空気極ガス拡散層12から供給される気体燃料（たとえば空気）は、空気極ガス拡散層12を拡散して、空気極触媒に供給される。空気極触媒に供給された空気は、次の式（Ｂ）に示す反応を生じる。この反応によって、水が生成され、発電反応が生じる。 CH ₃ OH + H ₂ O → CO ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ Formula (A)
Protons (H ⁺ ) generated by the internal reforming reaction are conducted through the electrolyte membrane 7 and reach the air electrode catalyst layer 11. The gaseous fuel (for example, air) supplied from the air electrode gas diffusion layer 12 diffuses through the air electrode gas diffusion layer 12 and is supplied to the air electrode catalyst. The air supplied to the air electrode catalyst causes the reaction shown in the following formula (B). By this reaction, water is generated and a power generation reaction occurs.

（３／２）Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ → ３Ｈ_２Ｏ …式（Ｂ）
発電反応により生じた水は、空気極6から電解質膜7を通して燃料極触媒層8に供給される。 (3/2) O ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ → 3H ₂ O Formula (B)
Water generated by the power generation reaction is supplied from the air electrode 6 to the fuel electrode catalyst layer 8 through the electrolyte membrane 7.

本実施形態においては、空気極ガス拡散層12の外側に保湿層10が配置されている。この保湿層10は水の透過を抑制し、十分な水が燃料極側に戻ることを可能にする。水が燃料極に十分に戻るため、前述した（Ａ）の内部改質反応の反応抵抗が小さくなり、その結果、燃料極側の発電効率が増加する。 In the present embodiment, the moisturizing layer 10 is disposed outside the air electrode gas diffusion layer 12. The moisturizing layer 10 suppresses the permeation of water and allows sufficient water to return to the fuel electrode side. Since water sufficiently returns to the fuel electrode, the reaction resistance of the internal reforming reaction (A) described above is reduced, and as a result, the power generation efficiency on the fuel electrode side is increased.

また、保湿層10は多孔質板10aの間に隙間10cを有するために、空気極に十分な空気を供給することができる。その結果、前述した（Ｂ）の反応が促進され、空気極側の発電効率が増加する。 Further, since the moisture retaining layer 10 has the gap 10c between the porous plates 10a, it is possible to supply sufficient air to the air electrode. As a result, the reaction (B) described above is promoted, and the power generation efficiency on the air electrode side is increased.

燃料極側及び空気極側双方の発電効率が向上した結果、燃料電池の出力性能が向上され、長期間に亘って一定の出力を保つことができる。 As a result of improving the power generation efficiency on both the fuel electrode side and the air electrode side, the output performance of the fuel cell is improved, and a constant output can be maintained over a long period of time.

本発明に適用可能な燃料電池は、その形態から、液体燃料と酸化剤の供給をポンプなどの補器を用いて行うアクティブ型燃料電池、液体燃料の気化成分をアノードに供給するパッシブ型（内部気化型）燃料電池、前述した図１０に示すセミパッシブ型の燃料電池などが挙げられる。アクティブ型燃料電池では、メタノール水溶液からなる燃料について、その量が一定になるようにポンプで調整しながらＭＥＡのアノードへ供給する一方、カソードに対しても空気をポンプで供給する方式が採られる。パッシブ型燃料電池では、ＭＥＡのアノードに気化したメタノールを自然供給で送り、一方カソードに対しても外部の空気を自然供給することで、ポンプなどの余計な機器を装備しない方式が採られる。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料収容部から膜電極接合体に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池では、燃料を循環させないことから、アクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、セミパッシブ型の燃料電池は、燃料の供給にポンプを使用しており、内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。なお、このセミパッシブ型の燃料電池では、燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給が行われる構成であればポンプに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられる。 The fuel cell applicable to the present invention is an active type fuel cell in which liquid fuel and oxidant are supplied by using an auxiliary device such as a pump. (Vaporization type) fuel cell, the above-mentioned semi-passive type fuel cell shown in FIG. The active fuel cell employs a system in which a fuel made of an aqueous methanol solution is supplied to the anode of the MEA while being adjusted by a pump so that the amount thereof is constant, and air is also supplied to the cathode by a pump. In the passive type fuel cell, a system in which vaporized methanol is naturally supplied to the anode of the MEA and natural air is also supplied to the cathode and no extra equipment such as a pump is provided. In the semi-passive type fuel cell, the fuel supplied from the fuel storage part to the membrane electrode assembly is used for the power generation reaction, and is not circulated thereafter and returned to the fuel storage part. The semi-passive type fuel cell is different from the active method because it does not circulate the fuel, and does not impair the downsizing of the device. Further, the semi-passive type fuel cell uses a pump for supplying fuel, and is different from a pure passive type such as an internal vaporization type. In this semi-passive type fuel cell, a fuel cutoff valve may be arranged in place of the pump as long as fuel is supplied from the fuel storage portion to the membrane electrode assembly. In this case, the fuel cutoff valve is provided to control the supply of liquid fuel through the flow path.

（実施例１）
＜保湿層の作製＞
厚さ0.75mmの多孔質板を２枚と厚さ0.3 mmのスペーサを用いて保湿層を作製した。王研式透気度試験機により測定した多孔質板の透気抵抗度は1.1ガーレ秒であった。スペーサの長さは、多孔質板の短辺と同じである。スペーサは図２に示すように多孔質板の短辺と平行に一定間隔で配置した。多孔質板に対するスペーサの面積割合は25％であった。作製した保湿層の透気抵抗度及び透湿度を上述した方法により測定した。その結果を表１に示す。 Example 1
<Preparation of moisturizing layer>
A moisturizing layer was prepared using two porous plates having a thickness of 0.75 mm and spacers having a thickness of 0.3 mm. The air resistance of the porous plate measured by the Oken type air permeability tester was 1.1 gur second. The length of the spacer is the same as the short side of the porous plate. As shown in FIG. 2, the spacers were arranged at regular intervals in parallel with the short sides of the porous plate. The area ratio of the spacer to the porous plate was 25%. The air resistance and moisture permeability of the produced moisture retaining layer were measured by the method described above. The results are shown in Table 1.

＜空気極触媒層の作製＞
白金微粒子を担持したカーボン粒子とナフィオン溶液ＤＥ２０２０（デュポン社製）と溶媒とをホモジナイザで混合して約15％固形分のスラリーを作製した。得られたスラリーを、基材の一方の面にダイコーターを用いて塗布した。そしてこれを常温乾燥して、基材から剥離し、空気極触媒層を形成した。 <Preparation of air electrode catalyst layer>
Carbon particles carrying platinum fine particles, Nafion solution DE2020 (manufactured by DuPont) and a solvent were mixed with a homogenizer to prepare a slurry having a solid content of about 15%. The obtained slurry was applied to one surface of the substrate using a die coater. And this was dried at normal temperature, it peeled from the base material, and the air electrode catalyst layer was formed.

＜燃料極触媒層の作製＞
白金ルテニウム合金微粒子を担持したカーボン粒子とナフィオン溶液ＤＥ２０２０（デュポン社製）と溶媒をホモジナイザで混合して約15％固形分のスラリーを作製し、これを燃料極ガス拡散層の一方の面にダイコーターを用いて塗布した。そしてこれを常温乾燥することにより、燃料極触媒層を形成した。 <Preparation of fuel electrode catalyst layer>
Carbon particles carrying platinum ruthenium alloy fine particles, Nafion solution DE2020 (manufactured by DuPont) and a solvent are mixed with a homogenizer to produce a slurry of about 15% solids, and this is applied to one side of the fuel electrode gas diffusion layer by Daiko. The coating was carried out using a catalyst. And this was dried at room temperature to form a fuel electrode catalyst layer.

＜膜電極接合体（ＭＥＡ）の作製＞
電解質膜として、固体電解質膜ナフィオン112（デュポン社製）を用い、最初にこの電解質膜と空気極触媒層を重ね合わせ、さらに空気極触媒層に空気極ガス拡散層として撥水処理を施した気孔率が78％のカーボンペーパー（東レ（株）製TGP-H-090）を重ね合わせ、ホットプレスした。ここで撥水処理としては、20wt%のPTFE分散液にカーボンペーパーを浸漬後、一日常温で乾燥させた後,380℃で10分乾燥させた。続いて、電解質膜の空気極を重ね合わせたのと逆の面に燃料極触媒層を重ね合わせ、さらに燃料極触媒層に燃料極ガス拡散層として撥水処理を施していない気孔率が78％のカーボンペーパー（東レ（株）製TGP-H-120）を重ね合わせ、ホットプレスした。次いで、空気極ガス拡散層に空気極導電層として複数の開孔を有する金箔を重ね、さらに保湿層を重ねて膜電極接合体（ＭＥＡ）を作製した。なお、電極面積は、空気極、燃料極ともに32 cm²とした。 <Production of membrane electrode assembly (MEA)>
A solid electrolyte membrane Nafion 112 (manufactured by DuPont) was used as the electrolyte membrane. First, the electrolyte membrane and the air electrode catalyst layer were overlapped, and the air electrode catalyst layer was subjected to water repellent treatment as an air electrode gas diffusion layer. Carbon paper with a rate of 78 % (TGP-H-090 manufactured by Toray Industries, Inc.) was superposed and hot pressed. Here, as the water repellent treatment, carbon paper was immersed in a 20 wt% PTFE dispersion, dried at room temperature for one day, and then dried at 380 ° C. for 10 minutes. Subsequently, a fuel electrode catalyst layer is stacked on the opposite side of the air electrode of the electrolyte membrane, and the porosity of the fuel electrode catalyst layer that is not subjected to water repellent treatment as a fuel electrode gas diffusion layer is 78 %. Of carbon paper (TGP-H-120 manufactured by Toray Industries, Inc.) was superposed and hot pressed. Next, a gold foil having a plurality of holes as an air electrode conductive layer was stacked on the air electrode gas diffusion layer, and a moisturizing layer was further stacked to produce a membrane electrode assembly (MEA). The electrode area was 32 cm ² for both the air electrode and the fuel electrode.

＜燃料電池の組み立て＞
続いて、膜電極接合体の燃料極ガス拡散層に燃料極導電層として複数の開孔を有する金箔を重ねて積層体とし、樹脂製の２つのフレームで挟み込んだ。なお、膜電極接合体の電解質膜と空気極側及び燃料極側のそれぞれの導電層との間には、それぞれゴム製のＯリングを挟持してシールを施した。 <Assembly of fuel cell>
Subsequently, a gold foil having a plurality of openings as a fuel electrode conductive layer was stacked on the fuel electrode gas diffusion layer of the membrane electrode assembly to form a laminate, and sandwiched between two frames made of resin. A rubber O-ring was sandwiched between the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly and the conductive layers on the air electrode side and the fuel electrode side to provide a seal.

燃料極側のフレームは、燃料分散板を介して、液体燃料収容室にネジ止めによって固定した。一方、空気極側のフレーム上には、空気取り入れのための空気導入口（4 mm× 4 mm、口数128個）が形成された厚さが2 mmのステンレス板（SUS304）を配置して表面カバー層を形成し、ネジ止めによって固定した。 The frame on the fuel electrode side was fixed to the liquid fuel storage chamber with a screw via a fuel dispersion plate. On the other hand, on the frame on the air electrode side, a stainless steel plate (SUS304) with a thickness of 2 mm on which air inlets (4 mm x 4 mm, 128 holes) for air intake are formed is placed on the surface. A cover layer was formed and fixed by screwing.

＜出力試験＞
上記のように作製した燃料電池の液体燃料収容室に、純メタノールを連続注入し、温度25℃、相対湿度50％の環境で、5000時間の発電評価を行い、初期出力及び5000時間後の出力を測定した。その結果を表１に示す。 <Output test>
Pure methanol is continuously injected into the liquid fuel storage chamber of the fuel cell produced as described above, and power generation evaluation is performed for 5000 hours in an environment of a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 50%. The initial output and the output after 5000 hours Was measured. The results are shown in Table 1.

（実施例２）
保湿層の作製において、透気抵抗度が1.5ガーレ秒の多孔質板を用いることにより保湿層の透気抵抗度及び透湿度を下記表１に示すように変更した他は、実施例１と同様に燃料電池を作製した。 (Example 2)
In the production of the moisturizing layer, the air permeability resistance and the moisture permeability of the moisturizing layer were changed as shown in the following Table 1 by using a porous plate having an air permeability resistance of 1.5 galeseconds. A fuel cell was prepared.

（実施例３）
保湿層の作製において、多孔質板の長辺と同じ長さのスペーサを用い、図４に示すように多孔質板の長辺と平行に一定間隔で配置することにより保湿層の透気抵抗度及び透湿度を下記表１に示すように変更した他は、実施例１と同様に燃料電池を作製した。 (Example 3)
In the preparation of the moisturizing layer, the air resistance of the moisturizing layer is obtained by using a spacer having the same length as the long side of the porous plate and arranging it at a constant interval parallel to the long side of the porous plate as shown in FIG. A fuel cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the moisture permeability was changed as shown in Table 1 below.

（実施例４）
保湿層の作製において、厚さ0.5 mmのスペーサを用いることにより保湿層の透気抵抗度及び透湿度を下記表１に示すように変更した他は、実施例１と同様に燃料電池を作製した。 Example 4
A fuel cell was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the moisture resistance of the moisture retaining layer and the moisture permeability were changed as shown in Table 1 below by using a 0.5 mm thick spacer in the fabrication of the moisture retaining layer. .

（実施例５）
保湿層の作製において、多孔質板に対するスペーサの面積割合を40％にすることにより保湿層の透気抵抗度及び透湿度を下記表１に示すように変更した他は、実施例１と同様に燃料電池を作製した。 (Example 5)
In the production of the moisturizing layer, the air permeability resistance and the moisture permeability of the moisturizing layer were changed as shown in Table 1 below by setting the area ratio of the spacer to the porous plate to 40%, as in Example 1. A fuel cell was fabricated.

（比較例１）
実施例１と同じ多孔質板を２枚積層し、隙間を有さない保湿層を作製した。その他は実施例１と同様に燃料電池を作製した。 (Comparative Example 1)
Two porous plates that were the same as in Example 1 were laminated to produce a moisture retaining layer having no gaps. Otherwise, a fuel cell was fabricated in the same manner as in Example 1.

（比較例２）
実施例２と同じ多孔質板を２枚積層し、隙間を有さない保湿層を作製した。その他は実施例１と同様に燃料電池を作製した。 (Comparative Example 2)
Two of the same porous plates as in Example 2 were laminated to produce a moisturizing layer having no gaps. Otherwise, a fuel cell was fabricated in the same manner as in Example 1.

（測定結果）
実施例１〜５及び比較例１〜２の出力測定結果を表１に示す。

(Measurement result)
The output measurement results of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1.

保湿層に隙間を有する実施例１〜５は、比較例１〜２と比較して、透湿度がほとんど変化しないにも関わらず、透気抵抗度が低下しており、空気の流入が増大することが示された。空気を十分に取込むことができ、且つ、保湿性が保たれた実施例１〜５では、いずれも高い出力が得られた。 In Examples 1 to 5 having a gap in the moisturizing layer, the air permeability resistance is lowered and the inflow of air is increased although the moisture permeability hardly changes compared to Comparative Examples 1 and 2. It was shown that. In Examples 1 to 5 in which air could be sufficiently taken in and moisture retention was maintained, a high output was obtained.

一方、比較例１〜２は、実施例１〜５と比較して保湿性は同程度であるが、透気抵抗度が大きく、空気の流入が実施例１〜５よりも低いことが示された。空気の供給量が低いため、比較例１〜２で得られた出力は、実施例１〜５と比較して低かった。 On the other hand, Comparative Examples 1 and 2 have the same level of moisture retention as Examples 1 to 5, but the air resistance is large and the inflow of air is lower than those of Examples 1 to 5. It was. Since the supply amount of air was low, the outputs obtained in Comparative Examples 1 and 2 were lower than those in Examples 1 to 5.

また、5000時間後の出力においても、実施例１〜５は比較例１〜２よりも高い出力が維持されることが示された。よって、実施例１〜５の燃料電池は、比較例１〜２と比較して、長時間経過後も出力が安定していることが示された。 In addition, even in the output after 5000 hours, it was shown that Examples 1-5 maintained higher output than Comparative Examples 1-2. Therefore, it was shown that the output of the fuel cells of Examples 1 to 5 was stable even after a long period of time compared to Comparative Examples 1 and 2.

上記実施の形態では燃料供給にポンプを使用したセミパッシブ型ＤＭＦＣを例に説明を行ったが、セミパッシブ型に限らず反応によって生成した水を燃料極側で利用する構造のものであれば、何らその燃料電池の方式について限定されるものではない。 In the above embodiment, a semi-passive type DMFC that uses a pump for fuel supply has been described as an example. There is no limitation on the type of the fuel cell.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、アクティブ型燃料電池及びパッシブ型の燃料電池においても、上記した説明と同様の作用効果が得られる。ＭＥＡへ供給される液体燃料の蒸気においても、全て液体燃料の蒸気を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined. Also, in the active fuel cell and the passive fuel cell, the same operational effects as described above can be obtained. The liquid fuel vapor supplied to the MEA may be all supplied as a liquid fuel vapor, but the present invention can be applied even when a part of the liquid fuel vapor is supplied in a liquid state.

1…膜電極接合体（ＭＥＡ）、2…燃料分配機構、3…燃料収容部、4…流路、5…アノード（燃料極）、6…カソード（空気極）、7…電解質膜、8…燃料極触媒層、9…燃料極ガス拡散層、10…保湿層、10a…多孔質板、10ｂ…スペーサ、10ｂ’…凸部、10c…隙間、10d,10e…区画、11…空気極触媒層、12…空気極ガス拡散層、13,14…導電層、15…Ｏリング、16…カバープレート、17…ポンプ、21…燃料注入口、22…燃料排出口、23…燃料分配板、24…空隙部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Membrane electrode assembly (MEA), 2 ... Fuel distribution mechanism, 3 ... Fuel accommodating part, 4 ... Flow path, 5 ... Anode (fuel electrode), 6 ... Cathode (air electrode), 7 ... Electrolyte membrane, 8 ... Fuel electrode catalyst layer, 9 ... Fuel electrode gas diffusion layer, 10 ... Moisturizing layer, 10a ... Porous plate, 10b ... Spacer, 10b '... Projection, 10c ... Gap, 10d, 10e ... Partition, 11 ... Air electrode catalyst layer 12 ... Air electrode gas diffusion layer, 13,14 ... Conductive layer, 15 ... O-ring, 16 ... Cover plate, 17 ... Pump, 21 ... Fuel inlet, 22 ... Fuel outlet, 23 ... Fuel distribution plate, 24 ... Voids.

Claims

A cathode including a cathode catalyst layer and a cathode gas diffusion layer;
An anode comprising an anode catalyst layer and an anode gas diffusion layer;
An electrolyte membrane disposed between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer;
A membrane electrode assembly comprising a moisturizing layer disposed outside the cathode gas diffusion layer,
The moisturizing layer includes a plurality of porous plates, and there are gaps between the plurality of porous plates.

The membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the gap is formed by interposing a spacer between the plurality of porous plates.

The membrane electrode assembly according to claim 2, wherein the gap is divided into a plurality of spaces by the spacer, and each of the plurality of spaces communicates with the outside of the membrane electrode assembly.

The membrane electrode assembly according to claim 2 or 3, wherein the spacer is formed of the same porous material as the porous plate.

2. The membrane according to claim 1, wherein at least one of the plurality of porous plates has a convex portion on one side or both sides, and the gap between the porous plates is formed by the convex portion. Electrode assembly.

6. The membrane electrode assembly according to claim 5, wherein the gap is divided into a plurality of spaces by the convex portions, and each of the plurality of spaces communicates with the outside of the membrane electrode assembly.

A fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 6.