燃料电池堆、燃料电池堆用的虚设单电池及其制造方法技术

本公开涉及燃料电池堆、燃料电池堆用的虚设单电池及其制造方法。在燃料电池堆(10)中，在层叠多个发电单电池(12)而成的层叠体(14)的层叠方向的一端侧配设第一虚设单电池(16)。第一虚设单电池(16)具有虚设结构体(104)、虚设树脂框构件(106)以及虚设接合隔板(102)。在虚设树脂框构件(106)的第一树脂片(46a)的内周，设置与第二树脂片(46b)的内周端(47)相比向内方延伸的内周露出部(48)。虚设树脂框构件(106)与虚设结构体(104)利用第一热熔接部(108a)来接合，所述第一热熔接部(108a)断续地设置在内周露出部(48)与虚设结构体(104)的第一导电性多孔质片(104a)的层叠部(105a)。

Virtual single cell for fuel cell stack and fuel cell stack and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
燃料电池堆、燃料电池堆用的虚设单电池及其制造方法
本专利技术涉及燃料电池堆、燃料电池堆用的虚设单电池及其制造方法，所述燃料电池堆具备层叠多个发电单电池而成的层叠体、以及在层叠体的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池。
技术介绍
例如，固体高分子型燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA)，该电解质膜-电极结构体(MEA)在由高分子离子交换膜形成的电解质膜的一方的面配设有阳极电极，在另一方的面配设有阴极电极。由隔板夹持电解质膜-电极结构体来构成发电单电池，将多个发电单电池层叠来构成层叠体。在该层叠体的层叠方向两端设置用于将由各个发电单电池发电产生的电荷汇集而成的电力取出的端子板、用于将发电单电池保持为层叠状态的端板等，来构成燃料电池堆。然而，由于层叠体的层叠方向的端部侧(以下仅称为端部侧)经由端子板等促使放热等，因此与该层叠体的层叠方向的中央侧相比容易成为低温。当受到外部气温等影响而层叠体的端部侧成为低温并产生结露时，存在反应气体的扩散性下降并且燃料电池堆的发电稳定性下降的担忧。因而，例如，在日本专利第4727972号公报公开的燃料电池堆中，在层叠体的层叠方向的至少一方的端部侧，配设所谓的虚设单电池。在该虚设单电池中，代替电解质膜而使用金属板，因此不进行发电，也不产生生成水。因此，虚设单电池自身在端子板与层叠体之间作为隔热层发挥功能。因而，如上述那样配设虚设单电池，由此能够抑制层叠体的端部侧的温度降低。也就是说，能够抑制燃料电池堆受外部气温的影响，从而提高发电稳定性。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术的主要目的在于提供燃料电池堆，其能够利用以低成本获得高品质的虚设单电池来提高发电稳定性。本专利技术的其它目的在于提供燃料电池堆用的虚设单电池，其能够以低成本获得高品质，并且能够提高燃料电池堆的发电稳定性。本专利技术的另一其它目的在于提供上述的虚设单电池的制造方法。用于解决问题的方案根据本专利技术的一实施方式，提供燃料电池堆，该燃料电池堆具备层叠多个发电单电池而成的层叠体、以及在层叠体的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池，所述发电单电池具有：电解质膜-电极结构体，其在电解质膜的两侧分别配设电极，所述电极具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层；绕着电解质膜-电极结构体的外周的树脂框构件；以及夹着电解质膜-电极结构体的隔板，所述燃料电池堆中，虚设单电池具备与电解质膜-电极结构体对应的虚设结构体、绕着虚设结构体的外周的虚设树脂框构件以及夹着虚设结构体的虚设隔板，虚设结构体具有层叠的两个导电性多孔质片，虚设树脂框构件具有层叠的两个框状的树脂片，一方的树脂片的内周与另一方的树脂片的内周端相比向内方延伸，虚设树脂框构件与虚设结构体利用热熔接部来接合，所述热熔接部断续地设置在一方的树脂片的内周的至少一方的面与导电性多孔质片的外周的层叠部。在该燃料电池堆中，在层叠体的层叠方向的至少一方的端部，代替发电单电池的电解质膜-电极结构体，而配设具备虚设结构体的虚设单电池。在虚设单电池中，虚设树脂框构件利用热熔接部被接合于虚设结构体的外周。因此，与虚设树脂框构件同虚设结构体例如利用粘接剂被接合的情况不同，不会发生粘接剂的挤出、偏移等，能够将虚设树脂框构件与虚设结构体以小的接合部分来高精度并且高强度地接合。其结果是，能够提高虚设单电池的品质、容易实现虚设单电池的小型化。另外，能够不需要使粘接剂硬化的时间，能够与之相当地提高虚设单电池的制造效率，减少该虚设单电池的制造成本。还有，在利用断续地设置的热熔接部将虚设树脂框构件与虚设结构体接合而形成的虚设单电池中，与利用粘接剂来将这些接合而形成的虚设单电池相比，能够减少燃料电池堆在发电时产生的通电损失。如上所述，在将两个导电性多孔质片接合而形成的虚设单电池中，不具备电解质膜、电极催化剂层，因此不进行发电，也不会因发电而产生生成水。由此，虚设单电池自身作为隔热层发挥功能，并且能够抑制在虚设单电池中产生结露。如上述所述，在层叠体的层叠方向的至少一方的端部侧设置该虚设单电池，能够提高层叠体的端部侧的隔热性。因此，即使在低温环境下，也能够抑制层叠体的端部侧的温度与中央侧相比成为低温。也就是说，能够提高发电稳定性。另外，能够提高层叠体的端部侧的隔热性，因此即使是在冰点以下环境中启动燃料电池堆的情况下，也能够使层叠体的整体良好地升温。由此，能够抑制如下情形：在层叠体的端部侧生成水等发生冻结，发生电压降低。根据以上，在该燃料电池堆中，能够利用以低成本获得高品质的虚设单电池来提高该燃料电池堆的发电稳定性。根据本专利技术的其它一实施方式，提供燃料电池堆，该燃料电池堆具备层叠多个发电单电池而成的层叠体、以及在层叠体的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池，所述发电单电池具有：电解质膜-电极结构体，其在电解质膜的两侧分别配设电极，所述电极具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层；绕着电解质膜-电极结构体的外周的树脂框构件；以及夹着电解质膜-电极结构体的隔板；，所述燃料电池堆中，虚设单电池具备与电解质膜-电极结构体对应的虚设结构体、绕着虚设结构体的外周的虚设树脂框构件以及夹着虚设结构体的虚设隔板，虚设结构体具有层叠的两个导电性多孔质片，虚设树脂框构件由一个框状的树脂片形成，虚设树脂框构件与虚设结构体利用热熔接部来接合，所述热熔接部断续地设置在该虚设树脂框构件的至少一方的面与导电性多孔质片的外周的层叠部。该燃料电池堆也利用热熔接部将虚设树脂框构件与虚设结构体接合，因此例如，与利用粘接剂将这些接合的情况相比，能够以低成本获得高品质。另外，在层叠体的层叠方向的至少一端部配设该虚设单电池，由此能够抑制燃料电池堆受到外部气温的影响，从而提高发电稳定性。优选的是，在上述的燃料电池堆中，虚设树脂框构件的内周夹在层叠的两个导电性多孔质片之间，热熔接部具有在虚设树脂框构件的内周的一方的面与一方的导电性多孔质片的外周的层叠部设置的第一热熔接部、以及在虚设树脂框构件的内周的另一方的面与另一方的导电性多孔质片的外周的层叠部设置的第二热熔接部。该情况下，利用第一热熔接部和第二热熔接部，能够分别将虚设树脂框构件的两面与两个导电性多孔质片接合，从而能够将虚设树脂框构件与虚设结构体以更高强度地接合。优选的是，在上述的燃料电池堆中，第一热熔接部与第二热熔接部在层叠方向的位置相互不同。该情况下，例如，与在层叠方向的相同位置设置第一热熔接部和第二热熔接部的情况相比，能够抑制虚设单电池的厚度部分地增大。根据这样的虚设单电池，即使层叠于发电单电池，也能够抑制在该发电单电池发生局部的表面压力上升，因此能够抑制在电解质膜产生蠕变等，从而能够提高电解质膜的耐久性。优选的是，在上述的燃料电池堆中，第一热熔接部与第二热熔接部交替地配置在导电性多孔质片的外周的周向。该情况下，能够利用简单的接合工序将虚设结构体与虚设树脂框构件以充分的强度接合，而且，能够有效地抑制在层叠于虚设单电池的发电单电池发生局部的表面压力上升。优选的是，在上述的燃料电池堆中，在虚设树脂框构件的外周，形成使氧化剂气体在层叠体的层叠方向流通的氧化剂气体连通孔、以及使燃料气体在层叠体的层叠方向流通的燃料气体连通孔。如上所述，在该燃料电池堆中，能够使虚设树脂框构件与虚设结构体的接合部分小，因此能够提高在虚设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池堆(10)，该燃料电池堆(10)具备层叠多个发电单电池(12)而成的层叠体(14)、以及在所述层叠体(14)的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池(16、18)，所述发电单电池(12)具有：电解质膜‑电极结构体(28a)，其在电解质膜(40)的两侧分别配设电极(42、44)，所述电极(42、44)具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层(42b、44b)；绕着所述电解质膜‑电极结构体(28a)的外周的树脂框构件(46)；以及夹着所述电解质膜‑电极结构体(28a)的隔板(30、32)，所述燃料电池堆(10)的特征在于，所述虚设单电池(16、18)具备与所述电解质膜‑电极结构体(28a)对应的虚设结构体(104)、绕着所述虚设结构体(104)的外周的虚设树脂框构件(106)、以及夹着所述虚设结构体(104)的虚设隔板(92、94)，所述虚设结构体(104)具有层叠的两个导电性多孔质片(104a、104b)，所述虚设树脂框构件(106)具有层叠的两个框状的树脂片(46a、46b)，一方的所述树脂片(46b)的内周与另一方的所述树脂片(46a)的内周端(47)相比向内方延伸，所述虚设树脂框构件(106)与所述虚设结构体(104)利用热熔接部(108a、108b)来接合，所述热熔接部(108a、108b)断续地设置在所述一方的树脂片(46b)的内周的至少一方的面(48a、48b)与所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的层叠部(105a、105b)。...

【技术特征摘要】
2018.04.27 JP 2018-0864891.一种燃料电池堆(10)，该燃料电池堆(10)具备层叠多个发电单电池(12)而成的层叠体(14)、以及在所述层叠体(14)的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池(16、18)，所述发电单电池(12)具有：电解质膜-电极结构体(28a)，其在电解质膜(40)的两侧分别配设电极(42、44)，所述电极(42、44)具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层(42b、44b)；绕着所述电解质膜-电极结构体(28a)的外周的树脂框构件(46)；以及夹着所述电解质膜-电极结构体(28a)的隔板(30、32)，所述燃料电池堆(10)的特征在于，所述虚设单电池(16、18)具备与所述电解质膜-电极结构体(28a)对应的虚设结构体(104)、绕着所述虚设结构体(104)的外周的虚设树脂框构件(106)、以及夹着所述虚设结构体(104)的虚设隔板(92、94)，所述虚设结构体(104)具有层叠的两个导电性多孔质片(104a、104b)，所述虚设树脂框构件(106)具有层叠的两个框状的树脂片(46a、46b)，一方的所述树脂片(46b)的内周与另一方的所述树脂片(46a)的内周端(47)相比向内方延伸，所述虚设树脂框构件(106)与所述虚设结构体(104)利用热熔接部(108a、108b)来接合，所述热熔接部(108a、108b)断续地设置在所述一方的树脂片(46b)的内周的至少一方的面(48a、48b)与所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的层叠部(105a、105b)。2.一种燃料电池堆(10)，该燃料电池堆(10)具备层叠多个发电单电池(12)而成的层叠体(14)、以及在所述层叠体(14)的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池(16、18)，所述发电单电池(12)具有：电解质膜-电极结构体(28a)，其在电解质膜(40)的两侧分别配设电极(42、44)，所述电极(42、44)具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层(42b、44b)；绕着所述电解质膜-电极结构体(28a)的外周的树脂框构件(46)；以及夹着所述电解质膜-电极结构体(28a)的隔板(30、32)，所述燃料电池堆(10)的特征在于，所述虚设单电池(16、18)具备与所述电解质膜-电极结构体(28a)对应的虚设结构体(104)、绕着所述虚设结构体(104)的外周的虚设树脂框构件(106)、以及夹着所述虚设结构体(104)的虚设隔板(92、94)，所述虚设结构体(104)具有层叠的两个导电性多孔质片(104a、104b)，所述虚设树脂框构件(106)由一个框状的树脂片形成，所述虚设树脂框构件(106)与所述虚设结构体(104)利用热熔接部(108a、108b)来接合，所述热熔接部(108a、108b)断续地设置在该虚设树脂框构件(106)的至少一方的面与所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的层叠部(105a、105b)。3.根据权利要求1或者2所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，所述虚设树脂框构件(106)的内周夹在层叠的两个所述导电性多孔质片(104a、104b)之间，所述热熔接部(108a、108b)具有在所述虚设树脂框构件(106)的内周的一方的面(48a)与一方的所述导电性多孔质片(104a)的外周的层叠部(105a)设置的第一热熔接部(108a)、以及在所述虚设树脂框构件(106)的内周的另一方的面(48b)与另一方的所述导电性多孔质片(104b)的外周的层叠部(105b)设置的第二热熔接部(108b)。4.根据权利要求3所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，所述第一热熔接部(108a)与所述第二热熔接部(108b)在所述层叠方向的位置相互不同。5.根据权利要求4所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，所述第一热熔接部(108a)与所述第二热熔接部(108b)交替地配置在所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的周向。6.根据权利要求1或者2所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，在所述虚设树脂框构件(106)的外周，形成使氧化剂气体在所述层叠体(14)的层叠方向流通的氧化剂气体连通孔(34a、34b)、以及使燃料气体在所述层叠体(14)的层叠方向流通的燃料气体连通孔(38a、38b)。7.根据权利要求1或者2所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，所述虚设树脂框构件(106)构成为与所述发电单电池(12)的所述树脂框构件(46)相同。8.根据权利要求1或者2所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，一方的所述导电性多孔质片(104a)构成为与所述发电单电池(12)的在所述电解质膜(40)的一方配设的所述气体扩散层(44b)相同，另一方的所述导电性多孔质片(104b)构成为与所述发电单电池(12)的在所述电解质膜(40)的另一方配设的所述气体扩散层(42b)相同。9.一种燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)，所述燃料电池堆(10)具备层叠多个发电单电池(12)而成的层叠体(14)，所述发电单电池(12)具有：电解质膜-电极结构体(28a)，其在电解质膜(40)的两侧分别配设电极(42、44)，所述电极(42、44)具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层(42b、44b)；绕着所述电解质膜-电极结构体(28a)的外周的树脂框构件(46)；以及夹着所述电解质膜-电极结构体(28a)的隔板(30、32)，其中，所述虚设单电池(16、18)配设在所述燃料电池堆(10)的所述层叠体(14)的层叠方向的至少一方的端部，所述燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)的特征在于，具备与所述电解质膜-电极结构体(28a)对应的虚设结构体(104)、绕着所述虚设结构体(104)的外周的虚设树脂框构件(106)、以及夹着所述虚设结构体(104)的虚设隔板(92、94)，所述虚设结构体(104)具有层叠的两个导电性多孔质片(104a、104b)，所述虚设树脂框构件(106)具有层叠的两个框状的树脂片(46a、46b)，一方的所述树脂片(46b)的内周与另一方的所述树脂片(46a)的内周端(47)相比向内方延伸，所述虚设树脂框构件(106)与所述虚设结构体(104)利用热熔接部(108a、108b)来接合，所述热熔接部(108a、108b)断续地设置在所述一方的树脂片(46b)的内周的至少一方的面(48a、48b)与所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的层叠部(105a、105b)。10.一种燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)，所述燃料电池堆(10)具备层叠多个发电单电池(12)而成的层叠体(14)，所述发电单电池(12)具有：电解质膜-电极结构体(28a)，其在电解质膜(40...

【专利技术属性】
技术研发人员：江波户穰，加藤高士，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP