[发明专利]燃料电池和燃料电池系统

说明书

燃料电池包括：膜电极组件(10)；阴极侧疏水层(14)和阳极侧疏水层(15)；阴极侧分离器(18)，该阴极侧分离器包括阴极气体通道(20)和与阴极气体通道(20)连通的空气排出歧管(31)。阴极气体通道(20)包括排水抑制部(38)和储水部(22)。排水抑制部(38)被设置在位于重力方向上的最下侧的最下部通道上。储水部(22)被设置在排水抑制部的上游，使得液态水通过排水抑制部储存在储水部中。液态水连接部(24)被设置在疏水层中以穿过疏水层，使得液态水在催化剂层与储水部之间流动。

技术领域

本发明涉及燃料电池和燃料电池系统。

背景技术

固体聚合物电解质燃料电池包括膜电极组件，在膜电极组件中，具有质子传导性的电解质膜的两表面上布置有催化剂电极层。在膜电极组件中进行电化学反应，其产生水。因此，在燃料电池中存在水。在燃料电池长时间操作的情况下，包括在吸入空气中的阳离子杂质可以被引入到燃料电池中的水中，或者构成电解质膜和催化剂电极层的材料中包含的阳离子杂质可以被洗脱到燃料电池中的水中。因此，电力生成性能退化。因此，已知一种恢复电力生成性能的方法，其中，通过使燃料电池在高负载下进行操作，通过使从燃料电池引出的电流的方向反转或使用清洗溶液清洁燃料电池的内部来降低阳离子杂质的量(例如，日本专利申请公开No.2001-85037(JP 2001-85037 A))。

然而，在燃料电池被安装在燃料电池车辆等上的状态下，难以使从燃料电池引出的电流的方向反转或者使用清洗溶液来清洁燃料电池的内部。此外，在使燃料电池在高负载下进行操作以恢复电力生成性能的方法中，由于燃料电池在高负载下进行操作而产生大量的水，使得阳离子杂质与所产生的水一起排出到燃料电池的外部，从而恢复电力生成性能。然而，为了在膜电极组件中保持适量的水，可以在膜电极组件的侧表面上设置疏水层。在这种情况下，即使在通过使燃料电池在高负载下进行操作而产生大量水的情况下，膜电极组件中产生的水也被疏水层阻挡。因此，难以以液体形式排出所产生的水，并且即使在将所产生的水的一部分排出到燃料电池的外部时，与所产生的水一起排出的阳离子杂质的量也是小的。

发明内容

本发明提供能够将大量的阳离子杂质排出到燃料电池的外部的燃料电池和燃料电池系统。

根据本发明的第一方面提供了一种燃料电池，该燃料电池包括：膜电极组件，在该膜电极组件中，在电解质膜的两个表面上设置有电极催化剂层；疏水层，该疏水层被布置在膜电极组件的至少一个表面上；以及分离器，该分离器被布置在疏水层的与膜电极组件相对的表面上并且包括气体通道和与气体通道连接的排出歧管，该气体通道被配置成使供给至电极催化剂层的气体循环。在燃料电池中，气体通道包括排水抑制部和储水部，其中，在燃料电池安装在车辆上的状态下，排水抑制部被设置在位于重力方向上的最下侧的最下部通道上，以抑制液态水被排出至排出歧管，而储水部被设置在排水抑制部的上游，使得液态水通过排水抑制部被储存在储水部中，以及液态水连接部被设置在疏水层中，以从电极催化剂层侧穿过疏水层到分离器侧，使得液态水在电极催化剂层与储水部之间流动。

气体通道中的最下部通道可以包括在与重力方向交叉的方向上延伸的第一部分和从第一部分向上延伸并连接至排出歧管的第二部分，其中，第一部分可以用作储水部，并且第二部分可以用作排水抑制部。

第一部分可以延伸至在排出歧管正下方的区域。

排水抑制部可以是被设置在最下部通道的壁表面上的疏水膜。

排水抑制部可以是被设置在最下部通道中的突出部。

燃料电池还可以包括气体扩散层，该气体扩散层被设置在疏水层与分离器之间，其中，液态水连接部可以被设置成从电极催化剂层侧穿过疏水层和气体扩散层到达分离器侧，并且液态水连接部和储水部可以彼此接触。

气体通道可以在与重力方向交叉的方向上延伸并且可以包括沿重力方向的多个凹槽部，并且多个凹槽部中的设置有储水部分的凹槽部的截面面积可以大于其他凹槽部的截面面积。