高分子电解质型燃料电池制造技术

一种高分子电解质型燃料电池，具有单元电池层叠体、将所说单元电池层叠体夹在中间的一对集电板、以及、将所说单元电池层叠体和集电板以加压状态紧固的一对端板，所说单元电池层叠体，是由氢离子传导性高分子电解质膜、将所说高分子电解质膜夹在中间的阳极及阴极、具有向阳极供给燃料气体的气体流通路径的阳极侧隔板、以及、具有向阴极供给氧化剂气体的气体流通路径的阴极侧隔板等构成的多个单元电池层叠而成；所说集电板，是以导电性碳材料为主成分构成，并且连接电流取出用电缆的端子部设置在燃料气体或氧化剂气体的入口侧歧管附近。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及便携式电源、电动汽车电源、热电联供系统等中所使用的燃料电池，特别是高分子电解质型燃料电池的集电板。
技术介绍
固体高分子电解质型燃料电池，是使含有氢气的燃料气体、与、空气等含有氧气的氧化剂气体二者，经由有选择地输送氢离子的高分子电解质膜发生电化学反应而产生电能的。该燃料电池，通常由单元电池层叠体构成，而该单元电池层叠体由将高分子电解质膜夹在中间的阳极及阴极、向阳极供给燃料气体的阳极侧隔板、以及、向阴极供给氧化剂气体的阴极侧隔板等构成的多个单元电池层叠而成。在单元电池层叠体的两端，重叠有用来取出电流的集电板、以及、中间衬着旨在与外部进行电绝缘的绝缘板而重叠的端板，以紧固装置将两个端板紧固，对单元电池层叠体施加大小适当的紧固压力。端板上具有供给·排出燃料气体、氧化剂气体及冷却剂用的装置。以这种形式构成被称作燃料电池组套的组件。为了向单元电池层叠体供给燃料气体、氧化剂气体、以及冷却剂，在位于两端的集电板之中的至少一个集电板上，设有使气体或冷却剂流入的通孔。为了防止该通孔部分被腐蚀，以及，为了减小相邻单元电池的隔板之间的接触电阻，进一步提高集电板自身的表面方向上的导电率以减少电阻引起的损耗，作为集电板，通常是在不锈钢或铜等金属材料上镀金后使用的。若镀金的集电板其镀金膜的厚度不够厚，则会形成微小的凹坑，并从某些凹坑开始发生腐蚀。因此，有人曾提出一种，使气体不与供给·排出气体、冷却剂用的通孔直接接触的、旨在防止腐蚀的结构方案。但是，使用镀金的、金属制造的集电板存在如下问题。为了使高分子电解质型燃料电池正常发挥功能，必须使高分子电解质膜的含水率较高，因而供给的气体和排出的气体含有较多的水蒸汽。因此，作为金属制造的集电板，供给的气体和排出的气体所与之接触的部分容易受到腐蚀。若气体的供给路径发生金属腐蚀，所生成的金属离子将混入其中而导致电解质膜的性能降低。此外，若冷却剂的供给路径发生金属腐蚀，冷却剂的绝缘性将降低，会由于产生漏电流而导致发电功率降低。为了防止这种金属腐蚀所产生的离子混入，不得不增加镀金膜的厚度，或者采用防腐蚀结构。但是，增加镀金的厚度将导致成本大幅度增加。而采用防腐蚀结构，要增加新的零部件使零部件数量增加，工时增加，将导致电池的结构和组装作业变得复杂。另外，有人偿试采用不必担心会因腐蚀而产生离子的碳材料进行集电。但碳材料较脆，与金属相比电阻率大，因而必须保证集电板有一定的厚度。专利技术的公开本专利技术旨在提供一种具有经过改进的集电板的高分子电解质型燃料电池，该燃料电池具有单元电池层叠体、将所说单元电池层叠体夹在中间的一对集电板、以及，将所说单元电池层叠体和集电板以加压状态紧固的一对端板，所说单元电池层叠体，是由氢离子传导性高分子电解质膜、将所说高分子电解质膜夹在中间的阳极及阴极、具有向阳极供给燃料气体的气体流通路径的阳极侧隔板、以及、具有向阴极供给氧化剂气体的气体流通路径的阴极侧隔板等构成的多个单元电池层叠而成。本专利技术所提供的所说集电板，是以导电性碳材料为主成分构成，并且连接电流取出用电缆的端子部设置在燃料气体或氧化剂气体的入口侧歧管附近。最好是，所说端子部具有电的良导体的被覆层。最好是，在自所说端子部至对应于与所说入口侧歧管相连的、单元电池的气体流通路径入口一侧的部分的区域范围内，具有所说电的良导体的被覆层。附图的简要说明附图说明图1是对本专利技术所提供的燃料电池组套(スタック)的结构的一个例子加以展示的局剖侧视图。图2是本专利技术实施形式1中的集电板的正面图。图3是该集电板的背面图。图4是图2的IV-IV向剖视图。图5是对电缆连接到集电板上的另一个连接例加以展示的主要部分的立体图。图6是本专利技术实施形式2中的集电板的正面图。图7示出集电板的其它例子。图8是对与集电板一起使用的绝缘板的一个例子加以展示的正面图。图9是本专利技术实施形式3中的阳极侧隔板的正面图。图10是组合在图9的隔板上的集电板的正面图。图11是图10的XI-XI向剖视图。图12是本专利技术实施形式3中的阴极侧隔板的正面图。图13是组合在图12的隔板上的集电板的正面图。图14是图13的XIV-XIV向剖视图。图15是其它阳极侧隔板的正面图。图16是组合在图15的隔板上的集电板的正面图。图17是另一个阴极侧隔板的正面图。图18是组合在图17的隔板上的集电板的正面图。图19是另一个集电板的例子的纵向剖视图。图20是本专利技术实施形式4中的阳极侧集电板的正面图。图21是本专利技术实施形式4中的阴极侧集电板的正面图。图22是本专利技术实施形式5中的阳极侧集电板的正面图。图23是图22的阳极侧集电板的背面图。图24是本专利技术实施形式6中的阳极侧集电板的正面图。图25是图24的XXV-XXV向剖视图。图26是对芯材金属板的表面形成有电的良导体层的例子加以展示的局部放大剖视图。专利技术的最佳实施形式本专利技术人为将不会受到腐蚀的碳材料为主的板材或成型板用于集电体而进行了研究。结果发现，通过将集电板的电流取出端子部设置在反应气体、特别是燃料气体的入口侧歧管附近，可得到对于高分子电解质型燃料电池来说特有的效果。即，电极在向其供给反应气体的入口一侧，被进行反应而生成的水湿润。并且，能够有效地使可在含有水分的状态下产生氢离子传导性的高分子电解质膜湿润。有人提倡，要提高电极的耐久性，在电极高度湿润的情况下进行运行是有效的。为高度湿润电极，采取的是将湿度很大的反应气体供给电池的做法。但是，增加燃料气体的湿度，将导致能源效率降低。而按照本专利技术，在集电板的反应气体的入口侧歧管附近设置端子部，使得靠近该入口侧歧管的电极反应部位的电流密度增大，因而反应所生成的水份增加，可使电极保持高度湿润。作为以导电性石墨板、或、由导电性碳材料与粘合剂的混成材料构成的成型板所制成的集电板来说，即使如后所述使其电气性能各向异性化而使表面方向上的电阻率小，但与金属制造的集电板相比电阻率仍较大。因此，在集电板的表面上，距端子部较近的部位与较远的部位相比，与端子部之间的电阻要小。因此，距端子部较近部位与较远部位之间将产生电流密度差，电流密度较大的前者的电极反应量增加。要进一步增大电极的反应气体入口一侧的电流密度，最好是，在从集电板的端子部至与电极的反应气体入口一侧相对应的部位的范围内设置电的良导体的被覆层。当如上所述阳极的燃料气体入口一侧的电流密度增大时，与之相对应的阴极部分上的反应所生成的水份增加，水反向扩散而向阳极侧移动。通过如上所述使电极部的无法被生成的水湿润的反应气体入口部、特别是燃料气体入口部附近高度湿润，可提高电极的耐久性。此外，可以减小向电池供给的燃料气体的湿度，使得能源效率得到提高。在本专利技术的另一个最佳实施形式中，集电板的电流取出端子部具有，由作为电的良导体的金属的膜或板形成的被覆层。这样，能够降低因使用导电性低于金属的碳而较大的端子部电阻引起的损耗，而且还能够提高端子部的强度。在更好的实施形式中，其构成被覆层的金属板是与隔板相重叠地延伸的，也就是说，可使其受到紧固单元电池组套时的压力，因而能够得到更好的增强等效果。本专利技术人还对使用表面方向上的电阻率小于厚度方向即组套层叠方向上的电阻率的集电板进行了研究。其结果，通过对石墨化程度高的碳材料与粘合剂的混成材料进行挤压成型，成功地得到了表面方向上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子电解质型燃料电池，其特征是，具有单元电池层叠体、将所说单元电池层叠体夹在中间的一对集电板、以及、将所说单元电池层叠体和集电板以加压状态紧固的一对端板，所说单元电池层叠体，是由氢离子传导性高分子电解质膜、将所说高分子电解质膜夹在中间的阳极及阴极、具有向阳极供给燃料气体的气体流通路径的阳极侧隔板、以及、具有向阴极供给氧化剂气体的气体流通路径的阴极侧隔板构成的多个单元电池层叠而成；所说集电板，是以导电性碳材料为主成分构成，并且连接电流取出用电缆的端子部设置在燃料气体或氧化剂气体的入口侧歧管附近。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：长谷伸启，羽藤一仁，日下部弘树，小原英夫，小林晋，柴田础一，竹口伸介，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]