燃料电池及有关的制造方法技术

一燃料电池，它包括一电极薄膜结构体（５）和一对分离器（９、９），在分离器之间夹有电极薄膜结构体。电极薄膜结构体包括一电解液薄膜（１）和一对气体扩散层（３、３），后者在电解液薄膜的两侧形成并用作电极。每对分离器有气流通道（１３），以允许气体被供至有关的一个气体扩散层。有关的一对在气流通道以外的区域的气体扩散层的孔隙度小于有关的一对面向气流通道的区域的气体扩散层的孔隙度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃料电池及一种有关的方法，更具体一些，涉及 一种聚合物电解液燃料电池(PEFC)与有关的方法。技术背景一种燃料电池，它用于允许包含氢和氧化性气体如包含氧的空气 的燃料气体彼此通过电解液电化学地反应，以从在电解液的两个表面 上形成的电极取得电能。装有这种燃料电池的用燃料电池做动力的车 辆为装有氢储存装置如高压氢罐、液化氢罐和氢吸收合金罐的那种， 以允许所产生的氢气和含有氧的空气送到燃料电池中，以用于反应， 从而取得电能，通过该电能驱动连至驱动轮上的电动机，而排放的物 质则为水，以创造一清洁的车辆。尤其是，有固态聚合物电解液的PEFC在低温下工作，同时提供 搬运上的便易性，因此，PEFC把注意力集中在电动车辆的电力供应 上。形成PEFC的电力产生单元的池采取一种结构的形式，其中，在 一对分离器之间夹有一电极薄膜结构体，后者由一固态聚合物电解液 薄膜和一 阳极气体扩散层以及一 阴极气体扩散层构成，该阴极气体扩 散层在固态聚合物电解液薄膜的两侧形成。日本专利申请等待审查的公报NO.2001-M9667涉及一气体扩散 层、 一分离器和一燃料电池的池中的密封垫，并企图限制气体扩散层 与包围气体扩散层的密封垫之间的间隙，以用于由此改善气体扩散层 和密封垫的接合部分之间的密封性能。 本专利技术的公开内容不过，按照由本专利技术人进行的研究，虽然取决于具有这种结构的 燃料电池，但是，可以通过将间隙减少至气体扩散层与位于气体扩散 层外面的密封垫之间的最小值而预期改善性能，可以设想，由于气体 扩散层本身是多孔性的，反应气体流经设置在在分离器之间形成的各 气流通道之间的气体分散层的内部，而密封垫则对电力的产生不起作 用。这就造成， 一部分供至分离器的气体入口的气体浪费地流至气体 出口，对产生电力的反应不起作用，造成产生电力的效率降低。此外，采用这样的池结构，当将气体扩散层放在分离器上时，由 于气体扩散层应当整个覆盖在分离器上形成的气流通道区，并且需要 气体扩散器本身精确地被定位，故可以认为，有许多必须将气体扩散 层设定成大于反应面积的可能性。图8为局部剖视图，它示意地示出一燃料电池80的结构，该电池 以后还要结合比较性例子描述，并根据这种结构进行研究。还有，为 了说明方便起见，只按分解状态示出燃料电池80的一个单元池。如图8所示， 一电极薄膜结构体105包括一电解液薄膜101和两 个在电解液薄膜101的两个表面上形成的气体扩散层103、 103。电极 薄膜结构体105夹在分离器109、 109也就是阴极分离器109a和阳极 分离器109b之间， 一密封垫107设置在电极薄膜结构体105和每个分 离器109a、 109b之间。此处设想，在每个分离器109a、 109b上的气流通道113之间的距 离(最短的距离)和密封垫107的值被设定为几个毫米的大小，以提 供一非反应区，阻止气体无反应地流经反应区的外面的区域。与此同时，由于每个气流通道的宽度值为几个毫米的大小，故这 种非反应区在一个至少大于每个气流通道的宽度的宽度内，因而不可 避免地使反应区的表面积减少这样 一 个范围。这就导致首先降低燃料 电池的输出功率。此外，即使提供这样一种非反应区，也难于改善经 过多孔性气体扩散层的气体的流量控制。本专利技术曾经进行由本专利技术人进行的这种研究，尤其是有一个要提 供一种燃料电池和一有关的方法的目的，该电池有一个由气体扩散层、密封垫和分离器做成的结构，其中，防止送入的气体浪费地流经反应 区外面的区域，以允许送入的气体全部而且有效地进行反应。按照本专利技术的一个方面，燃料电池包括一电极薄膜结构体和一对分离器，该电极薄膜结构体备有电解液薄膜； 一对气体扩散层，它 们在电解液薄膜的两个表面上形成，并分别用作电极；在一对分离器 之间夹有电极薄膜结构体，每个分离器都有气流通道，允许气体被供 至有关的一个气体扩散层，而在气流通道以外的区域内的有关的一对 气体扩散层的孔隙度则小于面对气流通道的区域的有关的一对气体扩 散层的孔隙度。换句话说，按照本专利技术的另一个方面，燃料电池包括一电极薄膜 结构体和一对分离器，该电极薄膜结构体备有电解液薄膜； 一对气体扩散层，它们在电解液薄膜的两个表面上形成，并分别用作电极； 在一对分离器之间夹有电极薄膜结构体，每个分离器都有气流通道， 允许气体被供至有关的一个气体扩散层；以及一减少装置，它用于减少在气流通道以外的区域的有关的一对气体扩散层的孔隙度，使之小 于面对气流通道的区域的有关的一对气体扩散层的孔隙度。与此同时，按照本专利技术的另一个方面，提供一制造燃料电池的方 法，该方法包括制备一电极薄膜结构体，它备有一电解液薄膜和一 对在电解液薄膜的两个表面上形成并分别用作电极的气体扩散层；将 电极薄膜结构件夹在一对分离器之间，后者每个都有气流通道，以允 许气体被供至有关的一个气体扩散层，在气流通道以外的区域的有关 的一对气体扩散层的孔隙度则小于面对气流通道的区域的有关的一对 气体扩散层的孔隙度。本专利技术的其它特色、优点和好处将从下面配合附图作出的说明变 得更明白。 附图的说明图l为一局部剖视图，它示意地示出按照本专利技术的第一实施例的 燃料电池；图2为一局部剖视图，它示意地示出按照本专利技术的第二实施例的燃料电池；图3为一局部剖视图，它示意地示出按照本专利技术的第三实施例的 燃料电池；图4为一局部剖视图，它示意地示出按照本专利技术的第四实施例的 燃料电池；图5为一局部剖视图，它示意地示出按照本专利技术的第五实施例的燃料电池的电极薄膜结构体；图6为一曲线图，它示出在本专利技术的第一实施例中，气体扩散层 的特性与有代表性地遇到的表面压力的关系；图7为电压与电流的关系的特性曲线图，它示出本专利技术的第一和 第四实施例和比较性例子的实施例；以及图8为一局部剖视图，它示意地示出比较性例子的燃料电池的结构o用于实现本专利技术的最佳模式下面恰当地参考附图说明按照本专利技术的每个实施例和比较性例子 的燃料电池和有关的方法。 (第一实施例)首先，参看图1，详细说明按照本专利技术的第一实施例的燃料电池IO及其有关方法。顺便说说，为了说明方便起见，按分解状态只示出 燃料电池10的一个单元池。此外，在目前已登记的实施例中所示的燃 料电池10是这样的结构，它有一表面积为150mmxl50mm的反应区 G和一各自由石墨板形成的其尺寸为200mmx200mmx2.5mm的分离 器，后者做有气流通道和冷却液流通道，具有厚度分别为30|umx280|Lim 的电解液薄膜和气体扩散层。如图l所示，电极薄膜结构体5由电解液薄膜1和两个在电解液 薄膜1的两个表面上形成的气体扩散层3、 3。气体扩散层3、 3用各 自有小孔的多孔性构件做成， 一个扩散层用作供以含有氢的燃料气体 的阳电极，而另一气体扩散层则用作供以氧化性气体(氧化剂气体) 如含有氧的空气的阴电极。密封垫7、 7介于电极薄膜结构体5与分离器9、 9(其中一个为 阴极分离器109a、而另一个则为阳极分离器109b)之间，并且最好在 其间的界面区做一个循环，而电极薄膜结构体5则在分离器9、 9之间 夹在其两个侧面上，从而形成其形式为单元池的燃料电池IO。更具体一些，每个分离器9有一通过切削做成凹座状的气流通道 13的主表面，和一与主表面相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，它包括：　电极薄膜结构体，它备有：　电解液薄膜；和　一对气体扩散层，它们在电解液薄膜的两个表面上形成并分别用作电极；以及　一对分离器，在其间夹有电极薄膜结构体，每个分离器都有允许气体被供至一对气体扩散层中相关的气体扩散层的气流通道，而在气流通道以外区域的一对气体扩散层中的相关的气体扩散层的孔隙度则小于面向气流通道区域的一对气体扩散层中相关的气体扩散层的孔隙度，其特征为，　在气流通道以外的区域的一对气体扩散层中相关的气体扩散层被预压缩。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：宫泽笃史，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]