CN115117385B - 燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池，所述燃料电池(12)具有：电解质膜‑电极结构体(10a)，其在电解质膜(18)的两面设置有电极(20)、(22)，在电解质膜(18)的外周部接合有框构件(24)；以及一对隔板(14)、(16)，该一对隔板(14)、(16)夹持电解质膜‑电极结构体(10a)，在所述燃料电池(12)中，将电极(22)的外周部(22c)与框构件(24)的内周部(24n)的重复部分(24m)配置于形成有流路槽(36a)的流路区域(36b)，所述流路槽(36a)使反应气体沿着电解质膜‑电极结构体(10a)的电极面流动，并且将所述重复部分(24m)以不向流路区域(36b)与连通孔(30a)、(30b)之间的缓冲部(44a)、(44b)伸出的方式配置。

Description

燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池，所述燃料电池具备带树脂膜的MEA。

背景技术

固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜形成的固体高分子电解质膜。燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA)。在MEA的固体高分子电解质膜的一方的面具有阳极电极，在固体高分子电解质膜的另一方的面具有阴极电极。燃料电池具有用隔板(双极性板)夹持MEA的构造。这样的燃料电池还被称为单体燃料电池。燃料电池例如用于车载用燃料电池堆。车载用燃料电池堆具有将燃料电池层叠既定的数量的构造。

近几年，为了削减价格比较高昂的固体高分子电解质膜的使用量，并且保护因薄膜状而强度低的固体高分子电解质膜，采用了在固体高分子电解质膜的外周组装框形状的树脂膜(框构件)而成的带树脂膜的MEA。

这样的燃料电池具有与发电区域相邻的流路区域。流路区域具有在从隔板突出的多个线状的凸部之间形成的多个流路槽。这些流路槽成为将反应气体引导至既定方向的反应气体流路。反应气体经过贯通隔板的连通孔来供给到流路区域的流路槽。另外，为了向流路槽均匀地供给反应气体，燃料电池在连通孔与流路区域之间具有缓冲部。缓冲部具有从隔板突出的凸部构造(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-13742号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在以往的燃料电池中，框构件(框状的树脂膜)与电极以及电解质膜的连接部分向流路区域的外侧的缓冲部延伸。

但是，缓冲部具有与反应气体流路连接的分支部、合流部。在分支部、合流部中，用于支承树脂框的隔板的凸部的一部分中断。中断的凸部的前方成为比较大的空隙，由此构成流路的分支部、合流部。在以往的燃料电池中，树脂框与电极以及电解质膜的接合部分(重复部分)位于跨流路区域与缓冲部的位置。因此，在以往的燃料电池中，被流路区域的凸部压迫的比较厚的构造物(例如，电极的扩散层)以向凸部比较稀疏的缓冲部侧脱离的方式鼓出。其结果是，鼓出的构造物填埋缓冲部的流路的一部分，有时使反应气体的压力损失增大。

因而，需求能够抑制反应气体的压力损失的燃料电池。

用于解决问题的方案

以下公开了一方式的燃料电池，在所述燃料电池中，具备：电解质膜-电极结构体，其在电解质膜的两面设置有一对电极，在所述电解质膜的外周部接合有框构件；一对隔板，该一对隔板夹持所述电解质膜-电极结构体；流路区域，其与所述电解质膜-电极结构体的发电区域相邻地设置，具有多个线状的凸部和多个流路槽，多个线状的所述凸部从所述隔板朝向所述电解质膜-电极结构体突出，多个所述流路槽形成于所述凸部之间，使反应气体沿着所述电解质膜-电极结构体的电极面流动；连通孔，其在厚度方向贯通所述隔板，供给所述反应气体或者排出所述反应气体；以及缓冲部，其设置于所述连通孔与所述流路区域之间，在所述连通孔与所述流路区域之间引导所述反应气体，将至少一方的所述电极的外周端配置于所述流路区域，使一方的所述电极的外周部与所述框构件的内周部的重复部分跟所述缓冲部与所述流路区域的边界相比，收进(日文：収める)于所述流路区域侧。

发明的效果

上述方式的燃料电池抑制反应气体的压力损失来提高发电效率。

根据参照附图所作的对以下的实施方式的说明，能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。

附图说明

图1是实施方式的燃料电池(发电单电池)的分解立体图。

图2是与图1的燃料电池的II-II线对应的部分的剖视图。

图3是图1的第一隔板的与电解质膜-电极结构体相向的面的俯视图。

图4是图1的第二隔板的与电解质膜-电极结构体相向的面的俯视图。

图5是比较例的燃料电池的与图2对应的部分的剖视图。

图6是实施方式的变形例1的第一隔板的局部放大图。

图7是实施方式的变形例2的燃料电池的第二隔板的流路区域与缓冲部的边界附近的局部放大图。

具体实施方式

以下，对于燃料电池举出优选的实施方式，参照附图进行详细说明。

如图1所示，燃料电池12(发电单电池)具备带框的电解质膜-电极结构体10(以下，称为“带框的MEA 10”)和配置于带框的MEA 10的两侧的第一隔板14、第二隔板16。燃料电池12是固体高分子型燃料电池。燃料电池12例如具有横长(或者纵长)的长方形形状。燃料电池堆(未图示)例如具有沿着箭头符号A方向层叠的多个燃料电池12。燃料电池堆例如是车载用燃料电池堆。车载用燃料电池堆例如以使燃料电池12的层叠方向朝向水平方向或者上下方向的状态搭载于燃料电池电动汽车(未图示)。

在燃料电池12中，第一隔板14以及第二隔板16夹持带框的MEA 10。第一隔板14和第二隔板16具有横长(或者纵长)的长方形形状。第一隔板14以及第二隔板16例如由钢板、不锈钢板、铝板、镀处理钢板、钛板、或者在其金属表面实施了用于防腐蚀的表面处理的金属板、碳构件等构成。

长方形形状的带框的MEA 10具备电解质膜-电极结构体10a(以下，称为“MEA10a”)。MEA 10a具有电解质膜18、阳极电极20以及阴极电极22。第一电极是本实施方式中的阳极电极20。阳极电极20覆盖电解质膜18的第一面18a(图1的纸面近前侧的面)。第二电极是本实施方式中的阴极电极22。阴极电极22覆盖电解质膜18的第二面18b(图1的纸面里侧的面)。

电解质膜18例如是固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。固体高分子电解质膜例如是含有水分的全氟磺酸的薄膜，由使氢离子通过的材料形成。HC(烃)类电解质能够替代氟系电解质来用于电解质膜18。电解质膜18被阳极电极20以及阴极电极22夹持。

如图2所示，阳极电极20具有比电解质膜18以及阴极电极22更大的平面尺寸(外形尺寸)。阳极电极20具有第一催化剂层20a和第一气体扩散层20b。第一催化剂层20a接合于电解质膜18的第一面18a。第一气体扩散层20b层叠在第一催化剂层20a上。第一催化剂层20a以及第一气体扩散层20b具有相互相同的平面尺寸。第一催化剂层20a以及第一气体扩散层20b具有比电解质膜18以及阴极电极22稍大的平面尺寸。

阴极电极22具有第二催化剂层22a和第二气体扩散层22b。第二催化剂层22a接合于电解质膜18的第二面18b。第二气体扩散层22b层叠在第二催化剂层22a上。第二催化剂层22a以及第二气体扩散层22b具有相互相同的平面尺寸，并且设定为与电解质膜18等值的平面尺寸。因而，在电解质膜18的面方向，阴极电极22的外周端22e位于与电解质膜18的外周端18e相同的位置。

阴极电极22设定为比阳极电极20小的平面尺寸。阴极电极22的外周端22e以及电解质膜18的外周端18e遍及整周地位于阳极电极20的外周端20e的内方。

而且，也可以是，阴极电极22具有比阳极电极20更大的平面尺寸，阴极电极22的外周端22e遍及整周地位于阳极电极20的外周端20e的外方。或者，也可以是，阳极电极20与阴极电极22具有等值的平面尺寸，阳极电极20的外周端20e与阴极电极22的外周端22e在电解质膜18的面方向位于同一位置。

第一催化剂层20a具有与离子导电性高分子粘合剂一起涂布于第一气体扩散层20b的表面的多孔质碳粒子。在多孔质碳粒子的表面承载有铂合金。第一催化剂层20a的多孔质碳粒子均匀地涂布于第一气体扩散层20b的表面。第二催化剂层22a例如具有表面承载有铂合金的多孔质碳粒子。第二催化剂层22a的多孔质碳粒子与离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布于第二气体扩散层22b的表面。

第一气体扩散层20b以及第二气体扩散层22b是碳纸或者碳布。第二气体扩散层22b的平面尺寸小于第一气体扩散层20b的平面尺寸。第一催化剂层20a以及第二催化剂层22a分别配置于电解质膜18的两面。

如图1所示，带框的MEA 10还具备矩形形状的框构件24。框构件24遍及整周地围绕电解质膜18的外周，并且与阳极电极20以及阴极电极22接合。如图2所示，框构件24具有第一树脂框24a和第二树脂框24b这两个框状片。第一树脂框24a与第二树脂框24b在厚度方向重合来形成框构件24。第一树脂框24a与第二树脂框24b通过接合层24c接合。使第二树脂框24b(框状片)与第一树脂框24a(框状片)的阴极侧的外周部重合并接合。由此，框构件24的外周部形成得比内周部24n更厚。

构成框构件24的框状片由树脂材料构成。作为该构成材料，例如能够举出PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(液晶聚合物)、PVDF(聚偏氟乙烯)、硅树脂、氟树脂、m-PPE(改性聚苯醚树脂)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或者改性聚烯烃等。

如图2所示，框构件24的内周部24n配置于阳极电极20的外周部20c与阴极电极22的外周部22c之间。具体来讲，框构件24的内周部24n被夹持于电解质膜18的外周部与阳极电极20的外周部20c之间。框构件24与电解质膜18的外周部通过粘接剂(接合层24c)接合。

框构件24的内周部24n具有在从MEA 10a的厚度方向观察时遍及整周地与阳极电极20的外周部20c重叠的重复部分24k。在阳极电极20的在框构件24处抬起的部分具有倾斜的台阶部21c。

另外，框构件24的内周部24n具有在从MEA 10a的厚度方向观察时遍及整周地与阴极电极22的外周部22c重叠的重复部分24m。阴极电极22以及电解质膜18含重复部分24m是平坦状。

在框构件24由两个框状片构成而使外周侧厚的情况下，优选为，使框构件24的较厚部分的第二树脂框24b的内周端比电解质膜18的外周端18e更向外方远离。

阳极电极20的外周和框构件24的内周侧重叠的重复部分24k、阴极电极22的外周和框构件24的内周部24n重叠的重复部分24m被朝向阳极电极20突出的第一隔板14的凸部39与朝向阴极电极22突出的第二隔板16的凸部37夹持。

如图1所示，在燃料电池12的箭头符号B方向(水平方向)的一端缘部具有氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a以及燃料气体出口连通孔34b。氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a以及燃料气体出口连通孔34b各自在作为层叠方向的箭头符号A方向连通。氧化剂气体入口连通孔30a供给氧化剂气体，例如含氧气体。冷却介质入口连通孔32a供给冷却介质。燃料气体出口连通孔34b例如排出作为燃料气体的含氢气体。氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a以及燃料气体出口连通孔34b在箭头符号C方向排列。

在燃料电池12的箭头符号B方向的另一端缘部具有燃料气体入口连通孔34a、冷却介质出口连通孔32b以及氧化剂气体出口连通孔30b。燃料气体入口连通孔34a、冷却介质出口连通孔32b以及氧化剂气体出口连通孔30b各自在箭头符号A方向连通。燃料气体入口连通孔34a供给燃料气体。冷却介质出口连通孔32b排出冷却介质。氧化剂气体出口连通孔30b排出氧化剂气体。燃料气体入口连通孔34a、冷却介质出口连通孔32b以及氧化剂气体出口连通孔30b在箭头符号C方向排列。

如图3所示，在第一隔板14的朝向带框的MEA 10的面14a具有燃料气体流路38，该燃料气体流路38与燃料气体入口连通孔34a、燃料气体出口连通孔34b连通。燃料气体流路38形成于第一隔板14与带框的MEA 10之间。燃料气体流路38具有沿着箭头符号B方向延伸的多条波线状的波状流路槽38a。

如图4所示，在第二隔板16的朝向带框的MEA 10的面16a具有氧化剂气体流路36，该氧化剂气体流路36与氧化剂气体入口连通孔30a、氧化剂气体出口连通孔30b连通。具体来讲，氧化剂气体流路36形成于第二隔板16与带框的MEA 10之间。氧化剂气体流路36具有沿着箭头符号B方向延伸的多条波线状的波状流路槽36a。

在互相邻接的第一隔板14的面14b与第二隔板16的面16b之间，沿着箭头符号B方向延伸地形成有与冷却介质入口连通孔32a、冷却介质出口连通孔32b连通的冷却介质流路40。

如图3所示，第一隔板14的面14a(与带框的MEA 10相向的面)具有形成燃料气体流路38的多个凸部39。凸部39朝向阳极电极20侧鼓出并且抵接于阳极电极20。凸部39形成为波线状，沿着箭头符号B方向延伸。在多条凸部39之间形成有波状流路槽38a。凸部39与波状流路槽38a在流路宽度方向(箭头符号C方向)交替地配置。将形成有凸部39和波状流路槽38a的区域称为流路区域38b(阳极侧)。流路区域38b以比在带框的MEA 10中进行发电的发电区域41更大的平面尺寸形成。发电区域41是第一催化剂层20a与第二催化剂层22a隔着电解质膜18相互面对的区域。

在第一隔板14的面14a中，在燃料气体入口连通孔34a与流路区域38b之间设置有入口缓冲部42a，该入口缓冲部42a具有从燃料气体入口连通孔34a以放射状延伸的多个线状凸部42。在入口缓冲部42a中，线状凸部42的端部配置于凸部39的附近。线状凸部42的条数少于凸部39的条数，因此一部分凸部39的燃料气体入口连通孔34a侧的端部会在与入口缓冲部42a的边界部分中断而孤立。流路的分支部分43a位于比凸部39中断的部分更靠燃料气体入口连通孔34a侧。分支部分43a是比较大的空隙，并没有设置用于支承带框的MEA 10的凸部39以及线状凸部42等构造。

另外，在第一隔板14的面14a中，在燃料气体出口连通孔34b与流路区域38b之间设置有出口缓冲部42b，该出口缓冲部42b具有从燃料气体出口连通孔34b以放射状延伸的多个线状凸部42。在出口缓冲部42b中，线状凸部42也配置于一部分凸部39的附近。出口缓冲部42b的线状凸部42的条数少于凸部39的条数，因此一部分凸部39会在与出口缓冲部42b的边界处中断而孤立。在比凸部39中断的部分更靠燃料气体出口连通孔34b侧，形成有没有设置凸部39以及线状凸部42的流路的合流部分43b。流路的合流部分43b成为没有设置用于支承带框的MEA 10的结构的、比较大的间隙。

如图2所示，形成于出口缓冲部42b的合流部分43b在第一隔板14中属于最鼓出的层。因此，形成于合流部分43b的相反侧的平坦面43c成为与在相邻的其他燃料电池12的第二隔板16形成的平坦面45c面接触的接合面。另外，形成于入口缓冲部42a的分支部分43a也同样，相反侧的平坦面43c成为与在相邻的其他第二隔板16形成的平坦面45c的接合面。

如图4所示，在第二隔板16的面16a(与带框的MEA 10相向的面)设置有多个形成氧化剂气体流路36的凸部37。凸部37朝向阴极电极22侧鼓出并且抵接于阴极电极22。凸部37在俯视观察时形成为波线状，沿着箭头符号B方向延伸。在多条凸部37之间形成有波状流路槽36a。凸部37与波状流路槽36a在流路宽度方向(箭头符号C方向)交替地配置。将形成有凸部37和波状流路槽36a的区域称为流路区域36b(阴极侧)。流路区域36b以覆盖发电区域41的方式配置。在从厚度方向观察时，阳极侧的流路区域38b与阴极侧的流路区域36b具有相同的平面尺寸，彼此在相同的位置重叠。

在第二隔板16的面16a中，在氧化剂气体入口连通孔30a与流路区域36b之间设置有入口缓冲部44a，该入口缓冲部44a具有从氧化剂气体入口连通孔30a以放射状延伸的多个线状凸部44。在入口缓冲部44a中，线状凸部44的端部配置于凸部37的附近。线状凸部44的条数少于凸部37的条数，因此一部分凸部37的氧化剂气体入口连通孔30a侧的端部会在与入口缓冲部44a的边界部分中断而孤立。在比凸部37中断的部分更靠氧化剂气体入口连通孔30a侧，形成有没有设置凸部37以及线状凸部44的流路的分支部分45a。流路的分支部分45a具有没有设置用于支承带框的MEA 10的结构的比较大的间隙。

另外，在第二隔板16的面16a中，在氧化剂气体出口连通孔30b与流路区域36b之间设置有出口缓冲部44b，该出口缓冲部44b具有从氧化剂气体出口连通孔30b以放射状延伸的多个线状凸部44。在出口缓冲部44b中，线状凸部44也配置于一部分凸部37的附近。出口缓冲部44b的线状凸部44的条数少于凸部37的条数，因此一部分凸部37会在与出口缓冲部44b的边界处中断而孤立。在比凸部37中断的部分更靠氧化剂气体出口连通孔30b侧，形成有没有设置凸部37以及线状凸部44的流路的合流部分45b。流路的合流部分45b具有没有设置用于支承带框的MEA 10的结构的、比较大的间隙。

如图2所示，形成于入口缓冲部44a的分支部分45a在第二隔板16中属于最远离带框的MEA 10的层。因此，形成于分支部分45a的相反侧的平坦面45c成为与在相邻的其他燃料电池12的第一隔板14形成的平坦面43c的接合面。形成于出口缓冲部44b的合流部分45b也同样。

在从厚度方向观察时，第一隔板14的入口缓冲部42a与第二隔板16的出口缓冲部44b在相同的位置重叠。另外，第一隔板14的出口缓冲部42b与第二隔板16的入口缓冲部44a在相同的位置重叠。如图3以及图4所示，构成合流部分43b、45b的间隙或者构成分支部分43a、45a的间隙在厚度方向夹着带框的MEA 10。

如图2以及图3所示，阳极电极20与框构件24重叠的重复部分24k跟流路区域38b与缓冲部42a、42b的边界相比，收进于流路区域38b侧而不向缓冲部42a、42b侧延伸。

另外，如图2以及图4所示，阴极电极22的外周端22e配置于流路区域36b。即，阴极电极22与框构件24重叠的重复部分24m跟流路区域36b与缓冲部44a、44b的边界相比，更靠流路区域36b侧配置。重复部分24m并不延伸至缓冲部44a、44b侧，而以收进于流路区域36b内的方式配置。

如图2所示，在第一隔板14的凸部39的外周部具有台阶部15。台阶部15接纳(日文：受け入れる)阳极电极20与框构件24的重复部分24k。在比台阶部15更靠外周侧的部分，凸部39的突出高度形成得低。另外，在设置于第一隔板14的缓冲部42a、42b的线状凸部42具有台阶部15。在比台阶部15更靠发电区域41侧(内侧)，线状凸部42的突出高度比其他部分低，构成用于收容框构件24与阳极电极20的重复部分24k的凹部。

第二隔板16的线状凸部44具有台阶部17，该台阶部17接纳第二树脂框24b。在图2的截面并未表示，但是线状凸部44向图的纸面里侧延续。在比台阶部17更靠发电区域41侧(图的左侧)，线状凸部44的突出高度比其他部分低，构成用于收容框构件24的第二树脂框24b的凹部。

如图3所示，为了防止燃料气体向外部泄漏，在第一隔板14的面14a设置有围绕第一隔板14的外周部的凸起密封件46。另外，凸起密封件46围绕氧化剂气体入口连通孔30a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质入口连通孔32a以及冷却介质出口连通孔32b的周围。这样的凸起密封件46通过冲压成型朝向框构件24鼓出，并且一体地形成为凸状。而且，也可以在凸起密封件46的顶部固接橡胶等弹性体。另外，也可以设置由朝向框构件24突出的弹性体形成的凸状密封件，来替代凸起密封件46。

如图4所示，在第二隔板16的面16a设置有用于防止氧化剂气体向外部泄露的凸起密封件46。凸起密封件46设置为围绕第二隔板16的外周部的部分和分别围绕冷却介质入口连通孔32a、冷却介质出口连通孔32b、燃料气体入口连通孔34a以及燃料气体出口连通孔34b的部分。凸起密封件46通过冲压成型朝向框构件24鼓出，并且一体地形成为凸状。也可以设置多个(例如两个)凸起密封件46。

第一隔板14的凸起密封件46与第二隔板16的凸起密封件46隔着框构件24相向。框构件24的外周部夹持于第一隔板14的凸起密封件46与第二隔板16的凸起密封件46之间。

以下，对于包括这样构成的燃料电池12的燃料电池堆的动作进行说明。

如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔30a供给含氧气体(例如，空气)等氧化剂气体。向燃料气体入口连通孔34a供给含氢气体(例如，氢与水蒸气的混合气体)等燃料气体。向冷却介质入口连通孔32a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。

氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔30a流入第二隔板16的面16a侧。流入的氧化剂气体由入口缓冲部44a分配并流入氧化剂气体流路36(流路区域36b)。

在图5的比较例所示的燃料电池12中，框构件24与阴极电极22的重复部分24m、框构件24与阳极电极20的重复部分24k，比流路区域36b、38b与缓冲部42b、44a的边界更向缓冲部42b、44a侧延伸。因此，被流路区域36b、38b的凸部37、39压迫的阳极电极20以及阴极电极22向合流部分43b以及分支部分45a侧鼓出，并填埋流路的一部分。因此，反应气体的流路截面积减小，气体的流动阻抗增大。

与之相对，在本实施方式中，如图2所示，框构件24的内周部24n与阴极电极22的外周部22c的重复部分24m以跟入口缓冲部44a与流路区域36b的边界相比收进于流路区域36b侧的方式配置。因此，对于燃料电池12能够防止重复部分24m向入口缓冲部44a鼓出并填埋入口缓冲部44a的情形，能够防止氧化剂气体的压力损失增大。

经过入口缓冲部44a的氧化剂气体流入氧化剂气体流路36的波状流路槽36a，通过波状流路槽36a在箭头符号B方向沿着电极面流通，并到达阴极电极22。氧化剂气体的一部分被阴极电极22消耗。剩余的氧化剂气体经由出口缓冲部44b从氧化剂气体出口连通孔30b向箭头符号A方向排出。

在流路区域36b与出口缓冲部44b的边界中，框构件24的内周部24n与阴极电极22的外周部22c的重复部分24m也以收于流路区域36b的方式配置。因此，能够防止燃料电池12的重复部分24m向出口缓冲部44b鼓出并填埋出口缓冲部44b的情形，能够防止氧化剂气体的压力损失增大。这样利于减轻供给氧化剂气体的气泵(未图示)的负荷。

另一方面，燃料气体从燃料气体入口连通孔34a流入第一隔板14的入口缓冲部42a。燃料气体在入口缓冲部42a被分配并流入第一隔板14的燃料气体流路38。在本实施方式中，框构件24与阳极电极20的重复部分24k跟入口缓冲部42a以及出口缓冲部42b与流路区域38b的边界相比收进于流路区域38b侧。因而，该构造防止重复部分24k的阳极电极20填埋分支部分43a、合流部分43b。因此，燃料电池12能够将充分量的燃料气体供给到发电区域41。

燃料气体在入口缓冲部42a被分配之后，通过燃料气体流路38的波状流路槽38a在箭头符号B方向沿着电极面流通。而且，燃料气体供给到MEA 10a的阳极电极20。燃料气体的一部分被阳极电极20消耗，剩余的燃料气体经过出口缓冲部42b从燃料气体出口连通孔34b向箭头符号A方向流出。

在MEA 10a的框构件24的内侧的发电区域41，供给到阴极电极22的氧化剂气体与供给到阳极电极20的燃料气体在第二催化剂层22a以及第一催化剂层20a内通过电化学反应被消耗，从而进行发电。

另外，向冷却介质入口连通孔32a供给的冷却介质在被导入到第一隔板14与第二隔板16之间的冷却介质流路40之后，沿着箭头符号B方向流通。该冷却介质在将MEA 10a冷却之后，从冷却介质出口连通孔32b排出。

以下，对于本实施方式的变形例进行说明。

(变形例1)

本实施方式的变形例1在隔板14、16的缓冲部42a、42b、44a、44b处不同。即，如图6所示，在本变形例中，在第二隔板16的缓冲部44b(出口侧)，将多个点状凸部44A在流路方向(箭头符号B方向)以及流路宽度方向(箭头符号C方向)以固定的间隔配置。点状凸部44A是第二隔板16朝向带框的MEA 10突出而形成，在俯视观察时形成为孤立的点状。点状凸部44A的顶部抵接于带框的MEA 10。其他缓冲部42a、42b、44a也与图6的缓冲部44b同样地，配置多个点状凸部44A来构成。

在本变形例中，流路区域36b的凸部37也在与缓冲部44a、44b的边界中断，为了构成流路的分支或者合流部分，在凸部37的缓冲部44a、44b侧形成没有设置用于支承带框的MEA 10的凸部37的比较大的间隙。为了防止流路的分支或者合流部分闭塞，阴极电极22的外周部22c与框构件24的重复部分24m以收于流路区域36b侧的方式配置。由此，通过本变形例，也能获得与参照图1至图4说明的燃料电池12同样的效果。

(变形例2)

本实施方式的变形例2在隔板14、16的缓冲部42a、42b、44a、44b处不同。即，如图7所示，在本变形例中，第二隔板16的缓冲部44b(出口侧)由以放射状延伸的线状凸部44B构成。一部分线状凸部44B的一端通过弯折部52与构成流路区域36b的一部分凸部37连结。弯折部52沿着流路区域36b的边界配置。虽然没有特别地图示，但是本变形例的其他缓冲部42a、42b、44a也与图6同样地构成。

在本变形例中，流路区域36b的凸部37的数量多于线状凸部44B的数量，因此一部分凸部37会在与缓冲部44a、44b的边界中断。因此，在中断而孤立的凸部37的缓冲部44a、44b侧形成有流路的分支部分43a、45a或者合流部分43b、45b。这些分支部分43a、45a以及合流部分43b、45b形成没有设置用于支承带框的MEA 10的凸部37的比较大的间隙。因而，在本变形例中，也为了防止流路的分支部分43a、45a或者合流部分43b、45b封闭，阴极电极22的外周部22c与框构件24的重复部分24m以收进于流路区域36b侧的方式配置。由此，通过本变形例，也能获得与参照图1至图4说明的燃料电池12同样的效果。

本实施方式的燃料电池12发挥以下的效果。

本实施方式的燃料电池12具备：电解质膜-电极结构体10，其在电解质膜18的两面设置有一对电极(阳极电极20、阴极电极22)，在电解质膜18的外周部接合有框构件24；一对隔板(第一隔板14、第二隔板16)，该一对隔板夹持电解质膜-电极结构体10；流路区域36b、38b，其与电解质膜-电极结构体10的发电区域41相邻地设置，具有多个线状的凸部37、39以及多个波状流路槽36a、38a，多个线状的所述凸部37、39从隔板14、16朝向电解质膜-电极结构体10突出，多个所述波状流路槽36a、38a形成于凸部37、39之间，使反应气体沿着电解质膜-电极结构体10的电极面流动；连通孔，其在厚度方向贯通隔板14、16，供给反应气体或者排出反应气体；以及缓冲部44a、44b，其设置于连通孔(氧化剂气体入口连通孔30a、氧化剂气体出口连通孔30b)与流路区域38b之间，在连通孔与流路区域38b之间引导反应气体，将至少一方的电极(阴极电极22)的外周端22e配置于流路区域36b，使一方的电极(阴极电极22)的外周部22c与框构件24的内周部24n的重复部分24m跟缓冲部44a、44b与流路区域38b的边界相比，收进于流路区域36b侧。

根据上述结构，能够防止重复部分24m向缓冲部44a、44b鼓出并填埋出口缓冲部44b的情形，能够防止氧化剂气体的压力损失增大。即，如图5的比较例所示，在重复部分24m向缓冲部44a、42a侧延伸的情况下，在构成在纸面里侧或者近前侧与线状凸部44相邻的流路的分支部分43a、45a(或者合流部分43b、45b)的空隙处，重复部分24m以向厚度方向膨胀的方式鼓出，由此使流路的分支部分43a、45a(或者合流部分43b、45b)缩小。其结果是，氧化剂气体难以在缓冲部44a的流路的分支部分43a、45a(或者合流部分43b、45b)中流通，反应气体流动阻抗增大造成压力损失增大。

与之相对，如图2至图4所示，在本实施方式中，使重复部分24m收于流路区域36b，从而防止重复部分24m与缓冲部44a、44b的流路的合流部分43b、45b、分支部分43a、45a重叠。其结果是，能够防止因重复部分24m而使缓冲部44a、44b狭窄的情形。

在上述的燃料电池12中，电极具有设置于电解质膜18的第一面18a的第一电极(例如，阳极电极20)、设置于电解质膜18的第二面18b的第二电极(例如，阴极电极22)，框构件24的内周部24n夹持在电解质膜18的第一面18a的外周部与第一电极的外周部之间，并且，使第二电极的外周部与框构件24的内周部24n的重复部分24m跟缓冲部44a、44b与流路区域36b、38b的边界相比，收进于流路区域36b、38b侧。根据该结构，对于供给到第二电极侧的反应气体，能够防止缓冲部44a、44b处的压力损失。

在上述的燃料电池12中，也可以是，第一电极(阳极电极20)的外周端20e与第二电极(阴极电极22)的外周端22e设置于不同的位置。

在上述的燃料电池12中，也可以是，第一电极的外周部与框构件24的内周部24n的重复部分24k向缓冲部42a、42b延伸。根据该结构，能够减小对第一电极的布置上的限制。例如，如从高压罐供给到阳极的氢气那样，在即使产生压力损失也不易产生影响的阳极电极20处，能够提高设计上的自由度。

在上述的燃料电池12中，也可以是，供给到第一电极的第一反应气体的供给压力高于供给到第二电极的第二反应气体的供给压力。根据该结构，对于供给压力低而容易受到压力损失影响的第二反应气体，能够减小缓冲部44a、44b处的压力损失。

在上述的燃料电池12中，也可以是，框构件24与电解质膜18通过粘接剂接合。

在上述的燃料电池12中，也可以是，使第一电极(例如，阳极电极20)的外周部20c与框构件24的内周部24n的重复部分24k跟与缓冲部42a、42b的边界相比，收进于流路区域38b侧。根据该结构，对于第一电极侧，也能够减小缓冲部42a、42b中的压力损失。

在上述记载中，举出本发明的优选的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内，能够进行各种改变。

Claims (7)

1.一种燃料电池，在所述燃料电池中，具备：

电解质膜-电极结构体，其在电解质膜的两面设置有一对电极，在所述电解质膜的外周部接合有框构件；

一对隔板，该一对隔板夹持所述电解质膜-电极结构体；

流路区域，其与所述电解质膜-电极结构体的发电区域相邻地设置，具有多个线状的凸部和多个流路槽，多个线状的所述凸部从所述隔板朝向所述电解质膜-电极结构体突出，多个所述流路槽形成于所述凸部之间，使反应气体沿着所述电解质膜-电极结构体的电极面流动；

连通孔，其在厚度方向贯通所述隔板，供给所述反应气体或者排出所述反应气体；以及

缓冲部，其设置于所述连通孔与所述流路区域之间，在所述连通孔与所述流路区域之间引导所述反应气体，

将至少一方的所述电极的外周端配置于所述流路区域，使一方的所述电极的外周部与所述框构件的内周部的重复部分跟所述缓冲部与所述流路区域的边界相比，收进于所述流路区域侧。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，

所述电极具有设置于所述电解质膜的第一面的第一电极、设置于所述电解质膜的第二面的第二电极，

所述框构件的内周部夹持在所述电解质膜的外周部与所述第一电极的外周部之间，并且使所述第二电极的外周部与所述框构件的内周部的重复部分跟所述缓冲部与所述流路区域的边界相比，收进于所述流路区域侧。

3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，

所述第一电极的外周端与所述第二电极的外周端设置于不同的位置。

4.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，

所述第一电极的外周部与所述框构件的内周部的重复部分向所述缓冲部延伸。

5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，

供给到所述第一电极的第一反应气体的供给压力高于供给到所述第二电极的第二反应气体的供给压力。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料电池，其特征在于，

所述框构件与所述电解质膜通过粘接剂接合。

7.根据权利要求2或3所述的燃料电池，其特征在于，

使所述第一电极的外周部与所述框构件的内周部的重复部分跟与所述缓冲部的边界相比，收进于所述流路区域侧。