燃料电池的单电池构造及层积有该燃料电池单电池的燃料电池的堆构造制造技术

本发明专利技术的燃料电池单电池具有：膜电极接合体、支承该膜电极接合体的低刚性框架、夹持该低刚性框架和上述膜电极接合体的一对隔板、向该一对隔板间的上述膜电极接合体供给气体的气体流路、在上述低刚性框架及上述一对隔板形成且向上述气体流路供给气体的歧管部、在该歧管部附近约束上述低刚性框架的约束肋、超出该约束肋而向上述歧管部侧突出的上述低刚性框架的突出部、形成于该突出部且从上述歧管部向上述气体流路供给气体的气体流通部。

The single cell structure of the fuel cell and the stack structure of the fuel cell laminated with the fuel cell single cell

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池的单电池构造及层积有该燃料电池单电池的燃料电池的堆构造
本专利技术涉及燃料电池的单电池构造，更详细地，涉及使鲁棒性提高的燃料电池单电池、及将该燃料电池单电池层积的燃料电池的堆构造。
技术介绍
燃料电池单电池通过利用框架支承例如在电解质膜的一面设有阳极侧电极、在另一面相对地设有阴极侧电极的膜电极接合体(MEA；MembraneElectrodeAssembly)，并利用一对隔板夹持上述膜电极接合体及上述框架而形成。而且，将上述燃料电池单电池层积了规定数量后作为燃料电池堆而使用。向上述燃料电池单电池的阳极侧电极供给的燃料气体、例如主要含有氢的气体在电极介质上将氢离子化，经由电介质膜向阴极侧电极侧移动。而且，向阴极侧电极供给氧化剂气体、例如主要含有氧的气体或空气，上述氢离子、电子及氧发生反应而生成水，在其间产生的电子被在外部电路取出，作为直流的电能而被利用。通常，在上述燃料电池单电池的外缘部形成在层积方向上贯通上述框架及上述隔板的歧管部。而且，从上述歧管部供给的反应气体在一对隔板之间通过，向阳极侧电极或阴极侧电极供给。在专利文献1的日本特开2005－108506号公报中公开有利用密封部件将与上述歧管部对应的隔板的开口端部覆盖，在上述密封部件上形成使反应气体流通的反应气体连接流路。而且，根据形成有上述反应气体连接流路的密封部件，不妨碍反应气体的流通，能够形成无漏气且气密性高的燃料电池。专利文献1：(日本)特开2005－108506号公报近年来，通过将上述膜电极接合体等减薄来实现燃料电池单电池的性能提高。但是，若将支承上述膜电极接合体的框架减薄，则难以得到足够的刚性，上述框架发生变形而阻碍从歧管部供给的反应气体的流通。
技术实现思路
本专利技术是目的在于提供一种利用简单的构成能够使反应气体在膜电极接合体良好地流通的、鲁棒性提高的燃料电池单电池、及使用该燃料电池单电池的燃料电池堆。本申请专利技术者们为了实现上述目的而进行了锐意地探讨，其结果发现，通过在框架上设置使反应气体流通的气体流通部，即使框架变形也不妨碍反应气体的流通，能够实现上述目的，因此而构成本专利技术。即，本专利技术的燃料电池的单电池构造具有膜电极接合体、支承该膜电极接合体的低刚性框架、夹持该低刚性框架及上述膜电极接合体的一对隔板。而且，在上述一对隔板间具有向上述膜电极接合体供给气体的气体流路，向该气体流路供给气体的歧管部在上述低刚性框架及上述一对隔板形成。另外，在上述气体流路的上述歧管部附近具有约束上述低刚性框架的约束肋，上述低刚性框架具有超出上述约束肋向上述歧管部侧突出的突出部，在该突出部设有从上述歧管部向上述气体流路供给气体的气体流通部。另外，本专利技术的燃料电池的堆构造将具有上述单电池构造的燃料电池层积多个而构成。根据本专利技术，由于在上述低刚性框架的突出部设有气体流通部，故而即使上述低刚性框架发生了变形的情况下，也不将一对隔板间的气体流路堵塞，能够由简单的构成使反应气体良好地流通。附图说明图1(A)是说明将图2所示的燃料电池单电池层积而构成的燃料电池堆的分解立体图，图1(B)是上述燃料电池堆组装后的立体图；图2是说明本专利技术的燃料电池单电池的一实施方式的分解状态的平面图；图3是图2所示的燃料电池单电池的低刚性框架的平面图；图4是表示将本专利技术的燃料电池单电池层积的状态的概略图；图5是图3中虚线所示的气体流路I的示意放大图；图6(a)是说明本专利技术的燃料电池单电池的第一实施方式的反应气体的流动的图，图6(b)是从歧管部观察气体流路方向的概略图；图7是本专利技术的燃料电池单电池的第二实施方式的气体流路I的示意放大图；图8是本专利技术的燃料电池单电池的第三实施方式的气体流路I的示意放大图；图9是本专利技术的燃料电池单电池的第四实施方式的气体流路I的示意放大图；图10是说明本专利技术的燃料电池单电池的第四实施方式的突出长度X的图；图11是从层积方向观察反应气体在本专利技术第五实施方式的框架的主要部分流通的面的图；图12是表示本专利技术第五实施方式的框架的外形的图；图13是表示部分地配置了具有各向异性的形状的气体流通部的状态之一例的概略图。标记说明1：低刚性框架11：气体流通部12：通道13：突部14：突出部141：开放端部15：极间密封件2：膜电极接合体3a、3b：隔板31：约束肋311：端部32：开放端部C：燃料电池单电池H1～H6：歧管部I：气体流路D：扩散部G：发电部SL：气体密封件FS：燃料电池堆A：层积体4A、4B：集电板5：衬垫6A、6B：端板7A、7B：联接板8A、8B：加强板B：螺栓具体实施方式＜燃料电池堆＞本专利技术的燃料电池堆FS将后述的燃料电池单电池C层积多个而构成。如图1所示，燃料电池堆FS将燃料电池单电池C层积多个而构成。而且，如图1(a)所示，相对于燃料电池单电池C的层积体A，在单电池层积方向的一端部(在图1中为右侧端部)，经由集电板4A及衬垫5而设有端板6A，并且在另一端部经由集电板4B而设有端板6B。另外，燃料电池堆FS相对于层积体A，在燃料电池单电池C的长边侧的两面(在图1中为上下面)设有联接板7A、7B，并且在短边侧的两面设有加强板8A、8B。而且，燃料电池堆FS通过螺栓B将各联接板7A、7B及加强板8A、8B与两端板6A、6B连接。这样，燃料电池堆FS成为图1(b)所示那样的壳体一体型构造，在单电池层积方向上对层积体A进行约束、加压而对各个燃料电池单电池C施加规定的接触面压，良好地维持气体密封性及导电性等。＜燃料电池单电池＞对本专利技术的燃料电池单电池进行详细地说明。上述燃料电池单电池具有被低刚性框架支承的膜电极接合体、夹持上述低刚性框架及上述膜电极接合体的一对隔板。首先，对构成燃料电池单电池的各部件进行说明。(低刚性框架)上述低刚性框架1形成大致一定厚度的薄板状，除了其边缘部外的大部分比膜电极接合体2的厚度薄。上述低刚性框架1的厚度为0.01mm以上且0.5mm以下。作为上述低刚性框架1，使用树脂框架。该树脂框架通过树脂成形(例如射出成形)而与膜电极接合体2一体化。在该实施方式中，以膜电极接合体2为中央而形成长方形。构成上述树脂框架的树脂具有绝缘性，例如列举PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、SPS(シンジオタクチックポリスチレン)、PI(聚酰亚胺)等。(膜电极接合体)上述膜电极接合体2一般为被称为MEA(MembraneElectrodeAssembly)的部件，例如具有由空气极层(阴极)和燃料极层(阳极)支承由固体高分子构成的电解质层的构造。该膜电极接合体2向空气极层供给作为反应气体的氧化剂气体(空气)，向燃料极层供给作为反应气体的燃料气体(氢)，从而利用电气化学反应发电。另外，上述膜电极接合体2也可以在空气极层和燃料极层的表面具有由碳纸或多孔质体等构成的气体扩散层。(隔板)上述一对隔板3a、3b具有导电性，例如使用将不锈钢等金属板冲压成形的金属隔板。(第一实施方式)图2～图5是说明本专利技术的燃料电池单电池的实施方式的图。如图2所示，燃料电池单电池C具有被低刚性框架1支承的膜电极接合体2、夹持上述低刚性框架1及上述膜电极接合体2的一对隔板3a、3b。上述低刚性框架1及上述一对隔板3a、3b均为具有大致相同的纵横尺寸的大致长方形，就本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池的单电池构造，其特征在于，具有：膜电极接合体；树脂框架，其支承所述膜电极接合体；一对隔板，其夹持所述树脂框架和所述膜电极接合体；气体流路，其向所述一对隔板间的所述膜电极接合体供给气体；歧管部，其形成在所述树脂框架及所述一对隔板上，向所述气体流路供给气体；约束肋，其在所述歧管部附近约束所述树脂框架；所述树脂框架的突出部，其超出所述约束肋而向所述歧管部侧突出；气体流通部，其形成在所述突出部，从所述歧管部向所述气体流路供给气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池的单电池构造，其特征在于，具有：膜电极接合体；树脂框架，其支承所述膜电极接合体；一对隔板，其夹持所述树脂框架和所述膜电极接合体；气体流路，其向所述一对隔板间的所述膜电极接合体供给气体；歧管部，其形成在所述树脂框架及所述一对隔板上，向所述气体流路供给气体；约束肋，其在所述歧管部附近约束所述树脂框架；所述树脂框架的突出部，其超出所述约束肋而向所述歧管部侧突出；气体流通部，其形成在所述突出部，从所述歧管部向所述气体流路供给气体。2.如权利要求1所述的燃料电池的单电池构造，其特征在于，所述气体流通部是贯通所述树脂框架的贯通孔。3.如权利要求1或2所述的燃料电池的单电池构造，其特征在于，在所述约束肋间划分形成有所述气体流通的通道。4.如权利要求3所述的燃料电池的单电池构造，其特征在于，所述气体流通部的形状具有各向异性，并且长径方向为气体流通方向。5.如权利要求4所述的燃料电池的单电池构造，其特征在于，所述气体流通部的形状为椭圆形。6.如权利要求1或2所述的燃料电池的单电池构造，其特征在于，所述树脂框架的突出部超出隔板的比约束肋更靠歧管部侧形成的隔板开放端部而进一步向歧管部侧突出。7.如权利要求6所述的燃料电池的单电池构造，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：市原敬士，柳沼基，安武明，
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