燃料电池制造技术

公开的是一种燃料电池，其包括由金属多孔基材制成并配置在膜电极组件(30)与第一肋(50)和第二肋(55)的至少之一之间的支承体(60，65)。第一肋(50)与支承体(60，65)的接触面(52)和第二肋(55)与支承体(60，65)的接触面(57)在截面图中沿与气体流路方向垂直的方向彼此偏移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池
本专利技术涉及一种燃料电池。
技术介绍
燃料电池具有通过堆叠大量单电池而形成的堆叠体。堆叠体被固定并向其施加表面压力。包含在各单电池中的膜电极组件(MEA)强度相对较弱，位于膜电极组件两侧的对齐的肋防止由于肋的位移引起的损害。然而，没有被肋支承的区域(非接触面)具有低的表面压力(出现不均匀的表面压力)，且低的表面压力导致电阻增大的问题。出于这个原因，通过其中通过将两侧的肋在位置上彼此偏移和通过扩大肋的接触面的宽度而使得至少一侧的肋的接触面存在于MEA的任意部分的结构，使得表面压力均匀(参见专利文献1)。在某些情况下，通过配置补强材料以改善刚性使表面压力均匀(参见专利文献2)。引文列表专利文献专利文献1：日本专利申请特开(JP-A)2000-315507专利文献2：JP-A2006-310104
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，扩大的接触面宽度导致非接触面的尺寸减小，从而降低通过非接触面的气体扩散性的问题。此外，补强材料的配置引起问题：单电池的厚度增加；因此燃料电池的尺寸变得更大。另一方面，当通过降低补强材料的厚度来抑制单电池厚度的增加时，表面压力的均匀性受到限制。为了解决与现有技术有关的上述问题而进行了本专利技术。本专利技术的目的在于提供一种易于小型化、具有良好的气体扩散性、并且能使表面压力均匀的燃料电池。用于解决问题的方案用于实现上述目的的本专利技术是一种燃料电池，其包括：具有高分子电解质膜和配置在其中的催化剂层的膜电极组件；配置在膜电极组件的阳极侧的阳极隔板；配置在膜电极组件的阴极侧的阴极隔板；在膜电极组件和阳极隔板之间的气体流路空间中彼此平行配置的多个第一肋；在膜电极组件和阴极隔板之间的气体流路空间中彼此平行配置的多个第二肋；和由金属多孔基材制成并且配置在膜电极组件与第一肋和第二肋的至少之一之间的支承体。与膜电极组件或支承体接触的第一肋的接触面和第二肋的接触面在截面图中沿与气体流路方向垂直的方向彼此偏移。附图说明图1是用于描述根据第一实施方式的燃料电池的分解透视图。图2是用于描述根据第一实施方式的电池结构的截面图。图3是用于描述图2中示出的支承体的平面图。图4是用于描述根据第二实施方式的燃料电池的截面图。图5是用于描述图4中示出的肋的平面图。图6是用于描述根据第三实施方式的燃料电池的截面图。图7是用于描述根据第四实施方式的燃料电池的截面图。图8是用于描述根据第五实施方式的燃料电池示意性结构的截面图。图9是示出根据第五实施方式的燃料电池的截面说明图。图10是示出一般的材料力学中两端支承梁的说明图。图11是示出沿凸部宽度方向的位置与表面压力之间关系的图。图12是示出凸部间距和支承体所需的弯曲强度之间关系的曲线图。图13是示出用于结构分析的实验设备的说明图。图14是示出第五实施方式的另一个例子的截面说明图。图15是示出第五实施方式的另一个例子的截面说明图。图16A和16B各自是图15中示出的燃料电池的凸部排列的平面图。图17是示出第五实施方式的另一个例子的截面说明图。图18A和18B各自是图17中示出的燃料电池的凸部排列的平面图。图19是示出第五实施方式的又一个例子的截面说明图。图20是示出第五个实施方式的再一个例子的平面图。具体实施方式以下，参照附图描述本专利技术的实施方式。<第一实施方式>图1是用于描述根据第一实施方式的燃料电池的分解透视图。根据第一实施方式的燃料电池10易于小型化，具有良好的气体扩散性，并且能够使其表面压力均匀分布。例如，它由使用氢气作为燃料的高分子电解质燃料电池形成，并且被用作电源。对于高分子电解质燃料电池(PEFC)，小型化、高密度化、和提高的功率是可能的。它被优选用作用于驱动具有限制的安装空间的可移动物体如车辆的电源，特别优选应用于系统频繁起动和停止或输出频繁变化的汽车。在这种情况下，例如，PEFC可以安装在汽车(燃料电池汽车)的车体中央部的座位下、后部行李箱(reartrunkroom)的下部和车辆前方的发动机室中。从保证车内大的内部空间和行李箱的角度看，更优选将它安装在座位下。如图1所示，燃料电池10具有堆叠部20、紧固板70、补强板75、集电体80、间隔件85、端板90和螺栓95。堆叠部20包括单电池22的堆叠体。单电池22具有如下所述的膜电极组件、隔板、肋和支承体。紧固板70配置在堆叠部20的底面和上面，并且补强板75配置在堆叠部20的两侧。即，紧固板70和补强板75共同构成围绕堆叠部20的外壳。集电体80由如致密碳和铜板等具有气体不透过性的导电性构件形成。它们设置有用于输出堆叠部20中产生的电动势的输出端子，并配置在单电池22堆的堆叠方向的两端(在堆叠部20的正面和背面)。间隔件85配置于在堆叠部20背面配置的集电体80的外侧。端板90由具有刚性的材料例如金属材料如钢形成，并配置于在堆叠部20的正面配置的集电体80的外侧，并配置在间隔件85的外侧。端板90具有燃料气体入口、燃料气体出口、氧化剂气体入口、氧化剂气体出口、冷却水入口和冷却水出口，以供给或排出燃料气体(氢)，氧化剂气体(氧)和冷却剂(冷却水)以循环通过堆叠部20。通过以下使螺栓95用于将位于内部的堆叠部20保持在紧压的状态：将端板90，紧固板70和补强板75紧固在一起，并且产生沿单电池22的堆叠方向施加的紧固力。螺栓95的数量和螺栓孔的位置可以适当变化。此外，紧固机构不局限于螺纹紧固件，其它的手段也是适用的。图2是用于描述根据第一实施方式的电池结构的截面图，图3是用于描述图2中示出支承体的平面图。各单电池22具有膜电极组件30、隔板40和45，多个肋50和55，以及支承体60和65。如图2所示，膜电极组件30具有高分子电解质膜32、以及催化剂层34和36。催化剂层34含有催化组分、用于负载催化组分的导电性催化剂载体、和高分子电解质。催化剂层34是其中进行氢的氧化反应的阳极催化剂层，并配置在高分子电解质膜32的一侧。催化剂层36含有催化组分、用于负载催化组分的导电性催化剂载体、和高分子电解质。催化剂层36是进行氧的还原反应的阴极催化剂层，并配置在高分子电解质膜32的另一侧。高分子电解质膜32具有使催化剂层(阳极催化剂层)34中产生的质子选择性地透过入催化剂层(阴极催化剂层)36的功能，和作为阻止供给至阳极侧的燃料气体与供给至阴极侧的氧化剂气体混合的分隔壁的功能。隔板40和45具有使单电池串联地电连接的功能，和作为将燃料气体、氧化剂气体和冷却剂彼此分隔的分隔壁的功能。隔板40和45实质上具有与膜电极组件30相同的形状，并且通过加压不锈钢板而形成。不锈钢板在容易进行复杂的机械加工和良好的导电性的方面是优选的，而且如有需要，还可以对其进行耐腐蚀涂布。隔板40是配置于膜电极组件30的阳极侧的阳极隔板，并且与催化剂层34相对。隔板45是配置于膜电极组件30的阴极侧的阴极隔板，并且与催化剂层36相对。隔板40和45具有用于使燃料气体、氧化剂气体和冷却剂循环的多个歧管。歧管分别与设置在端板90中的燃料气体入口、燃料气体出口、氧化剂气体入口、氧化剂气体出口、冷却水入口和冷却水出口连通。为隔板40和45的一部分的肋50和55由具有矩形截面的突出部形成。具体来说，肋50和55与隔板40和45通过加压不锈钢板而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，所述燃料电池包括：膜电极组件，其具有高分子电解质膜和配置在其中的催化剂层；阳极隔板，其配置在所述膜电极组件的阳极侧；阴极隔板，其配置在所述膜电极组件的阴极侧；多个第一肋，其在所述膜电极组件和所述阳极隔板之间的气体流路空间中彼此平行地配置；多个第二肋，其在所述膜电极组件和所述阴极隔板之间的气体流路空间中彼此平行地配置；和支承体，其由金属多孔基材制成，并且配置在所述膜电极组件和所述第一肋与第二肋的至少之一之间；其中，与所述膜电极组件或所述支承体接触的所述第一肋的接触面和与所述膜电极组件或所述支承体接触的所述第二肋的接触面在截面图中沿与气体流路方向垂直的方向彼此偏移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.15 JP 2012-058616;2012.05.08 JP 2012-106441.一种燃料电池，所述燃料电池包括：膜电极组件，其具有高分子电解质膜和配置在其中的催化剂层；阳极隔板，其配置在所述膜电极组件的阳极侧；阴极隔板，其配置在所述膜电极组件的阴极侧；多个第一肋，其在所述膜电极组件和所述阳极隔板之间的气体流路空间中彼此平行地配置；多个第二肋，其在所述膜电极组件和所述阴极隔板之间的气体流路空间中彼此平行地配置；和支承体，其由金属多孔基材制成，并且配置在所述膜电极组件和所述第一肋与第二肋的至少之一之间；其中，与所述膜电极组件或所述支承体接触的所述第一肋的接触面和与所述膜电极组件或所述支承体接触的所述第二肋的接触面在截面图中沿与气体流路方向垂直的方向彼此偏移，且沿堆叠方向在投影中彼此不重叠地设置。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述支承体的弯曲刚性比所述膜电极组件的弯曲刚性大，和在所述膜电极组件和所述第一肋之间以及在所述膜电极组件与所述第二肋之间均配置所述支承体。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中所述第一肋和所述第二肋具有相同的肋间距。4.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中所述第一肋和所述第二肋的肋间距为2×(所述支承体的沿气体流路宽度方向的长度)×(所述支承体的厚度)2×(所述支承体的弯曲强度)/(各所述第一肋和所述第二肋的堆叠负荷)以下。5.根据权利要求2所述的燃料电池，其中配置在所述膜电极组件的阳极侧和所述第一肋之间的所述支承体具有与配置在所述膜电极组件的阴极侧和所述第二肋之间的所述支承体相同的厚度。6.根据权利要求3所述的燃料电池，其中所述第一肋和所述第二肋以使得表示所述第一肋的接触面与所述第二肋的接触面之间距离的相对间隙量为所述肋间距的一半来配置。7.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其包括配置在所述支承体和所述膜电极组件之间的中间层，其中，所述中间层缓和从所述支承体添加至所述膜电极组件的应力。8.一种燃料电池，所述燃料电池包括：膜电极组件，其具有其中高分子电解质膜夹持在一对催化剂层之间的结构；一对隔板，其用于限定在所述膜电极组件和所述隔板之间的气体流路；和支承体，其由导电性多孔基材制成并且分别配置在所述催化剂层的表面上，其中，所述一对隔板具有在与所述膜电极组件接触的顶部各自具有曲面的多个凸部，并且所述凸部以隔板之一中的凸部与另一隔板中的凸部均匀偏移的方式以预定间隔来配置，并且来自一个隔板侧的平均表面压力P、另一个隔板中的相邻凸部之间的间距L、所述支承体的厚度h和所述支承体的弯曲强度σ之间的关系满足L≤(2h2σ/P)0.5。9.一种燃料电池，所述燃料电池包括：膜电极组件，其具有其中高分子电解质膜夹持在一对催化剂层之间的结构；一对隔板，其用于限定在所述膜电极组件和所述隔板之间的气体流路；和支承体，其由导电性多孔基材制成并且分别配置在所述催化剂层的表面上，其中，所述一对隔板...

【专利技术属性】
技术研发人员：入月桂太，福山阳介，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP