燃料电池制造技术

提供一种即使阴极侧构件（５）是薄而刚性小的材料，也能将面压均匀地加在阴极（２）上，降低阴极侧构件（５）和阴极（２）之间的接触电阻，提高发电能力的燃料电池。在阴极侧构件（５）和阳极侧构件（６）之间有支撑材料（７），通过用螺钉紧固靠近该支撑材料（７）的内侧，使阴极侧构件（５）发生弯曲力矩，通过使中央部附近朝向ＭＥＡ４一侧挠曲，降低阴极侧构件（５）和阴极（２）的接触电阻，提高输出。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池。
技术介绍
燃料电池由于以电化学方式从燃料直接取得电能，所以能量效率高。另外，由于排出物主要是水，所以具有容易满足环境要求等优点，正在汽车、分散电源或信息电子装置等中试用。其中，作为输出密度大的电池，已知一种采用固体高分子膜，用阳极使氢氧化，用阴极使氧还原进行发电的固体高分子型燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell，以下称PEFC)。PEFC有通过电解质膜形成使燃料氧化的阳极和使氧还原的阴极的电解质膜/电极接合体(Membrane electrode Assembly，以下称MEA)、以及供给燃料的隔板。用隔板夹持着MEA。隔板具有导电性，以便取出所发生的电能，还兼备集电功能。通常，隔板由碳素系列材料或金属材料制成，不固定在阳极和阴极上。这里，虽然通过使隔板和电极接触来取出电能，但如果接触面的接触电阻大，就不能获得所希望的发电输出。因此，有这样的例子为了降低该接触电阻，用冷却水的水压压住隔板和填充材料，同时隔板和填充材料本身用水膨润，增加对MEA的按压力，强化层叠紧固力(参照专利文献1，即特开平9-22720号公报的第7页， 段，图1)。作为PEFC的一种，即使在使液体燃料(甲醇、乙醇、乙醚、乙二醇等)直接氧化，取出电能的所谓的直接型燃料电池中，也通过将具有集电功能的部分(以下称集电部)按压在电极上(面施压)，保持集电部和电极的接触，取出电能。可是，设想作为本专利技术的一实施形态的直接型燃料电池安装在携带装置(携带电话、笔记本式个人计算机、PDA(即个人数字助理)等)中。可是，上述的PEFC中使用的面施压结构复杂，燃料电池总体增大，不能用作携带装置用的直接型燃料电池。在携带装置用的直接型燃料电池中，要求不增加部件个数、结构简单、能降低接触电阻的结构。因此，本专利技术的目的在于提供一种结构简单、能防止由阴极侧构件及/或阳极侧构件和阴极之间的接触引起的发电输出的降低的燃料电池。
技术实现思路
本专利技术的特征在于用阴极侧构件及阳极侧构件夹持通过电解质膜形成使燃料氧化的阳极和使氧还原的阴极的MEA，通过将阴极侧构件及/或阳极侧构件和燃料电池的框体紧固，对电极施加面压。附图说明图1表示本专利技术的实施例1的燃料电池的剖面图。图2表示本专利技术的实施例4的燃料电池的结构的剖面图。图3表示用螺钉紧固前的状态的剖面图。图4表示本专利技术的实施例1的阳极侧构件的俯视图。图5表示本专利技术的实施例2的燃料电池的剖面图。图6表示本专利技术的实施例3的燃料电池的剖面图。图7表示本专利技术的实施例3的阳极侧构件的俯视图。图8表示本专利技术的实施例5的燃料电池的剖面图。具体实施例方式以下，参照附图详细说明本专利技术的实施形态。(实施例1)图1是实施例1的形态的燃料电池的剖面图。本实施例的燃料电池是将甲醇作为燃料的直接型甲醇燃料电池(Direct MethanolFuel Cell，以下称DMFC)。阴极2有催化剂层(图中未示出)和扩散层(图中未示出)。阴极2的催化剂层使用碳素系列粉末载体上载有白金微粒的物质作为催化剂。阳极3有催化剂层(图中未示出)和扩散层(图中未示出)。阳极3的催化剂层使用碳素系列粉末载体上载有白金和钌或白金和钌的合金微粒的物质作为催化剂。扩散层用来确保在电极上生成的水的排水性和燃料的扩散性。在本实施例中使用碳纸。夹着电解质膜1形成阴极2和阳极3，将其称为MEA4。该MEA4由树脂构成的电解质膜1、或碳等催化剂载体、扩散层等在压力等作用下容易变形的材料构成。因此，如果MEA4被阴极侧构件5和阳极侧构件6夹持着施加压力，则MEA4被压缩，接触界面上的凹凸被压碎，接触面积增大。如果该压力小，则阴极侧构件5和阴极2及阳极侧构件6和阳极3的接触界面上的接触面积不增加，不能谋求接触电阻的降低。另外，如果压缩过大，则不仅接触界面、而且催化剂层中的成为气体通道的空隙也被压坏，妨碍氧到达电解质膜1上，并妨碍在发电过程中生成的水蒸气扩散到外界。因此，考虑到压缩后MEA4的变形，使阳极侧构件6带有凹坑14，配置MEA4。该凹坑14使得MEA4的设置位置不容易偏离所希望的位置，同时具有利用凹坑的深度调节加在MEA4上的面压的大小的功能。另外，在形成凹坑14的两端的台阶上设有作为紧固部8(示于图3)的螺丝孔。在本实施例中，虽然将凹坑设在阳极侧构件6上，但由于设计事项等原因，也可以考虑将凹坑设在阴极侧构件5上、或者将凹坑设在两者上。重要的是在能施加不致使催化剂层中的气体通道消失的程度的面压、而且能获得充分的接触面积、能降低接触电阻的范围内调整凹坑的深度和面压的大小即可。该范围依赖于各构件(阴极侧构件5、阳极侧构件6、催化剂层等)的硬度、弹性、或表面粗糙度等的材料参数。为了防止作为燃料的甲醇泄漏，在MEA的外围配置由树脂构成的密封圈(图中未示出)。密封圈也利用阴极侧构件5加压而被压缩。密封圈的厚度也要考虑密封圈压缩后的厚度和MEA4压缩后的厚度来决定。阴极侧构件5有取得与阴极2的导电性连接、用来取出电能的集电部、阴极集电部(图中未示出)。在本实施例中，阴极集电部虽然固定在阴极侧构件5上构成一体，但分成起阴极侧构件5的作用的部分和阴极集电部也没关系。在本实施例中简化地作为一个部件示出。另外，由于发电时阴极2上有必要取入空气，所以在阴极侧构件5上形成狭缝(图中未示出)阴极2通过狭缝上的孔暴露在空气中。考虑到耐甲醇性，在集电部的铜表面上进行了镀金。金属板除了耐酸铝以外，也可以是SUS等金属或硬质聚氯乙烯等树脂等具有耐甲醇性的材质。阳极侧构件6由将燃料供给MEA4的阳极3的部分(图中未示出)、取得导电性连接而取出电能用的集电部、以及阳极集电部(图中未示出)构成。在本实施例中，供给燃料的部分和阳极集电部被固定成一体，但供给燃料的部分和阳极集电部既可以固定成一体，也可以由个别的部分重叠起来构成。另外，将阴极侧构件5和阳极侧构件6统称为电极侧构件。在图1中，虽然阴极侧构件5本来呈平板状，但紧固在阳极侧构件6上后呈向MEA4一侧弯曲的形状。MEA4被阴极侧构件5和阳极侧构件6夹持着，与集电部接触。因此将电能取出到外部。阴极侧构件5有为了与阳极侧构件6紧固而形成的紧固部8。为了紧固阴极侧构件5和阳极侧构件6，通过紧固部8用紧固部件15紧固起来。在本实施例中虽然将螺钉用作紧固部件，但也可以用铆钉、螺栓和螺母等简单的结构能将阴极侧构件5和阳极侧构件6紧固起来的任何部件都可以。在本实施例中，在阳极侧构件6上离紧固部8的位置比MEA远的一侧形成支撑部7。即，紧固部件15通过在阴极侧构件5和阳极侧构件6之间形成的空隙16(示于图3)将两者紧固起来。由于存在该空隙16，所以能将阴极侧构件5牢固地按压在阴极2上。另外，该空隙16成为游隙，容易调整面压的大小。这里，所谓紧固，是指用紧固部件15(螺钉、铆钉、螺栓和螺母等)将阴极侧构件5和阳极侧构件6连接起来，产生紧固力9而言。另外该紧固力9是由螺钉的拉伸力引起的。另外，所谓支撑部7，是指成为对由于紧固而产生的力的支点的部分而言。在本实施例中是阴极侧构件5和阳极侧构件6接触的部分。该支撑部不只在阳极侧构件6上形成，也在阴极侧构件5上形成(实施例2)，或者有时在阳极侧构件6和阴极侧构件5两者上形成，或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接型燃料电池，其特征在于：具有通过供给燃料和氧进行发电的电解质膜／电极接合体；将氧供给上述电解质膜／电极接合体的阴极侧构件；以及将燃料供给上述电解质膜／电极接合体的阳极侧构件，用上述阴极侧构件和上述阳极侧构件夹持上述电解质膜／电极接合体，通过用紧固部件将上述阴极侧构件上述阳极侧构件紧固起来，对上述电解质膜／电极接合体施加面压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中明，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]