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固体高分子型燃料電池の構造
高分子電解質膜の両側を水素極(燃料極)と酸素極で挟んだ構造になっています。
この電極と電解質膜を一体化したMEAを用いる場合もあります。
また、この両側をセパレータで挟んだものをセルと呼びます。

セパレータには溝があり、この溝を外部から供給された酸素と水素が電解質膜を挟んで通ることによって反応が起こり、電気が発生します。
一枚のセルの出力は小さいので、セルを何枚も重ねることによって出力を得ます。
また、このセルを重ねたものをスタックと呼びます。
発電の仕組み
外部から水素と酸素をそれぞれ供給。
水素極で水素が2個の電子を離し水素イオンになります。
H2→2H++2e-
電子は外部回路を通って酸素極に電流として流れます。
酸素極では酸素が外部回路を通ってきた電子を受け取り酸素イオンになります。
1/2O2+2e-→O2-
そして電解質を通ってきた水素イオンと酸素イオンが結合して水となり排出されます。
全反応:H2+1/2O2→H2O
セパレータ
セパレータとは簡単に言えばガスを流すものです。
表と裏にはそれぞれ溝があり、片面が燃料、もう片面が酸素を流すためにあります。
さらに、生成された水の排出や冷却の役目もあります。
では、このセパレータにどうやって燃料や酸素が供給されているのでしょう?
上の図には溝の入口と出口に楕円形の穴がありますよね。
そこから片面には燃料、もう片面には酸素が入ります。(上図では上から)
そして、生成された水やオフガスが下の穴から流れます。
また、それぞれの穴は管でつながっていて、ガスは管を通ってそれぞれのセパレータに流されます。
排気も同様に、管を通って外へと排出される仕組みになっています。
保湿の必要
高分子電解質が、充分なイオン伝導性を確保するためには、膜中に保水することが不可欠です。

燃料の水素は供給され反応した後、H+になって酸素極に移動するときに数分子の水を伴って膜中を移動します。 そのため、水素極(燃料極)側の電極、電解質が乾燥しやすくなります。
乾燥すると内部抵抗が大きくなり移動がうまくできなくなるので、水素ガスの加湿が重要になります。

加湿の方法としては水素ガスを加湿する外部加湿や電池内で生成する水を利用した内部加湿という方法もあります。
MEA
MEA(Membrane Electrode Assembly)とは膜と電極を一体化したもののことです。
高分子電解質膜が水素極と酸素極の触媒電極ではさまれた構造をしています。

そもそも電極反応というのは電極、電解質、触媒が接触する部分(三相界面)に反応ガスが供給されることで起きます。
この三相界面は、電極と電解質をうまく接しさせないとできません。
この接触をよくしようとして生まれたのが膜と電極を一体化させたMEAです。
三相界面とは
水素極(燃料極)、高分子電解質、触媒の3つで作られる界面のことです。

電極反応はこの三相界面に反応ガスが供給されることで起きます。

図の円の描いている場所以外では反応は起こりません。