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，具备：由波形金属板构成的多个导电性隔板；插入上述隔板之间的电解质膜－电极接合体，该接合体是由周缘部以气封部覆盖的氢离子传导性高分子电解质膜，接合在上述电解质膜的一方的面上的正极和接合在上述电解质膜的另一方的面上的负极构成的电解质膜－电极接合体；以及分别向上述正极和负极供应、排出燃料气体和氧化剂气体的气体供应、排出机构，上述气体供应、排出机构通过上述波形金属板的一方的面上的槽向正极供应、排出燃料气体，通过上述波形金属板的另一方的面上的槽向负极供应、排出氧化剂气体。（*该技术在2021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手提式电源、电动车用电源、家庭内小型发电系统等中使用的高分子电解质型燃料电池，特别是涉及其导电性隔板的改进。
技术介绍
采用高分子电解质的燃料电池通过使含有氢的燃料气体和含有空气等氧的氧化剂气体发生电化学反应而同时产生电力和热。这种燃料电池基本上是由选择性地输送氢离子的电解质膜和在高分子电解质膜的两面上形成的一对电极、即正极和负极构成的。上述电极通常由以载持有铂族金属催化剂的碳粉为主要成分、形成在高分子电解质膜的表面上的催化剂层，和形成在该催化剂层的外表面上、同时具有透气性和电子传导性的扩散层构成。为了不使向电极供应的燃料气体和氧化剂气体向外泄漏，或两种以上的气体相互混合，在电极的周围，夹着高分子电解质膜配置有气封部。气封部通常采用EPDM橡胶，硅弹性体、氟素弹性体等耐药品性高的橡胶或弹性体。该气封部通常是与电极和高分子电解质膜一体化地预先组装的。将其称为MEA(电解质膜-电极接合体)。在MEA的外侧上配置用于机械地将其固定，同时将相邻接的MEA串联地电连接、或并联地电连接的导电性隔板。隔板上与MEA相接触的部分上形成用于向电极面供应反应气体，并将生成的气体或剩余的气体运走的的气体流路。气体流路虽然可与隔板分别设置，但通常的方式是在隔板的表面上设置槽作为气体流路。为了向这些槽供应燃料气体和氧化剂气体，要将分别供应燃料气体和氧化剂气体的配管分支成使用的隔板数量，并需要将其分支的一端直接连接到隔板的槽中的配管夹具。这种夹具称为多支管，将上述那样从燃料气体和氧化剂气体的供应配管直接连接式的称为外部多支管。在这种多支管中具有结构更为简单的称为内部多支管的形式。内部多支管是在形成了气体流路的隔板上设置贯通的孔，将气体流路的出入口通到该孔中，从该孔直接供应燃料气体和氧化剂气体。燃料电池由于在使用中发热，所以为了将电池维持在良好的温度状态，必须要用冷却水等冷却。通常，按每1～3个原电池设置流通冷却水的冷却部。有将冷却部插入隔板和隔板之间的方式，和在隔板的背面上设置冷却水流路作为冷却部的方式，多采用后者。一般的电池结构是将这些MEA和隔板以及冷却部交替地重叠，将10～200个原电池叠层，经由集电板和绝缘板用端板夹持其叠层体，用紧固杆从两端固定。这种高分子电解质型燃料电池要求隔板具有高导电性，并相对燃料气体有高的气密性，还要相对于对氢/氧进行氧化还原时的反应具有高的耐腐蚀性。基于这样的理由，以往的隔板通常是由グラツシ-カ-ボン或膨胀石墨等碳材构成，气体流路也是通过其表面上的切削、在膨胀石墨的情况下是通过模具制作的。但是，近年来，尝试了使用不锈钢等金属板代替以往使用的碳材。在以往的碳板切削的方法中，难以降低碳板材料的成本以及对其进行切削的成本，而且采用膨胀石墨的方法材料成本也很高，可认为这是其实用化上的障碍。在上述采用金属板的方法中，为降低成本而提出了压力加工的隔板。但是，在隔板上加工的气体流路图形上产生制约，从而不得不进行用于除去加压后的应变的后处理或采用富有伸展性的特殊材料，结果存在成本上的优点降低的问题。专利技术的公开本专利技术的基本目的在于提供一种采用波形金属板作为导电性隔板，将通过与气封部的组合在其表面上形成的槽用于气体的流路中，适于批量生产的气体供应、排出机构。本专利技术提供一种高分子电解质型燃料电池，具备由突条和槽交互平行地设置、在与一方的面上的突条和槽对应的背面上分别具有槽和突条的波形金属板构成的多个导电性隔板；插入上述隔板之间的电解质膜-电极接合体，该接合体由周缘部以气封部覆盖的氢离子传导性高分子电解质膜，接合在上述电解质膜的一方的面上的正极和接合在上述电解质膜的另一方的面上的负极构成的电解质膜-电极接合体；以及分别向上述正极和负极供应、排出燃料气体和氧化剂气体的的气体供应、排出机构，上述气体供应、排出机构通过上述波形金属板的一方的面上的槽向正极供应、排出燃料气体，通过上述波形金属板的另一方的面上的槽向负极供应、排出氧化剂气体。在本专利技术的优选实施方式中，上述气体供应、排出机构包括气体的多支管，和连络上述多支管和上述波形金属板的槽地设置在上述电解质膜-电极接合体(以下称为MEA)的气封部上的诱导槽。在本专利技术的优选实施方式中，上述气体供应、排出机构包括共同设置在上述波形金属板和上述MEA的气封部上的多支管孔，和设置在上述波形金属板上的密封件，通过上述多支管孔和波形金属板的槽分别向正极和负极供应、排出燃料气体和氧化剂气体。在本专利技术的优选实施方式中，上述导电性隔板由上述波形金属板和覆盖其周缘部的第2气封部构成，上述气体供应、排出机构包括共同设置在上述MEA的气封部和第2气封部上的多支管孔，和设置在上述第2气封部上、连络上述多支管孔和上述波形金属板的槽的气体诱导槽。包括上述第2气封部的导电性隔板具有埋在上述波形金属板的槽底的密封材料，上述波形金属板的槽的深度与连络上述多支管孔和波形金属板的槽的气体诱导槽的深度大致相同。在本专利技术的优选实施方式中，2片波形金属板以其槽和突条相互对向地插入邻接的MEA之间，在这些波形金属板的槽之间形成的流路中冷却水从一方的开口朝向另一方的开口流动。在本专利技术的优选实施方式中，在成为上述冷却水的流路的上述波形金属板的槽的两端部一侧上与其他波形金属板共同地形成有冷却水的多支管孔。附图的简单说明附图说明图1为表示构成本专利技术的导电性隔板的波形金属板一例的立体图。图2为本专利技术的实施例中MEA主要部分的立体图。图3为图2中3-3线的剖视图。图4为表示原电池的叠层体的立体图。图5为沿图2的5-5线剖开该叠层体的剖视图。图6为包含该叠层体的电池装置的主视图。图7为表示波形金属板其他实施例的立体图。图8为表示MEA的其他实例的主要部分立体图。图9为表示MEA另一实例的主视图。图10为表示波形金属板另一实例的立体图。图11为表示波形金属板另一实例的局部为剖面的主视图。图12为图11中12-12线的剖视图。图13为组合在该波形金属板上的密封件的立体图。图14为用于说明气体和冷却水的流动的示意图。图15为表示MEA另一实例的主视图。图16为另一实例的导电性隔板的正极一侧的主视图。图17为该隔板的负极一侧的主视图。图18为图17中18-18线的剖视图。图19为另一实例的导电性隔板的正极一侧的主视图。图20为该隔板的后视图。图21为其他实例的导电性隔板的负极一侧的主视图。图22为该隔板的后视图。图23为表示原电池叠层体的其他实例的剖视图。图24为表示导电性隔板的另一实例的主要部分剖视图。实施专利技术的优选方式如上所述，本专利技术采用波形金属板作为导电性隔板，通过与具备MEA的气封部和/或具备隔板自身的气封部的组合，将在其正反面上形成的槽用作气体的流路，构成供应、排出气体的机构。在本专利技术的代表性的导电性隔板的第1实施方式中，波形金属板的大小与MEA大致相同，将波形金属板与MEA交互地叠层构成原电池组。在第2实施方式中，在波形金属板上结合覆盖其周缘部的气封部，构成大小与MEA大致相同的导电性隔板，将该导电性隔板与MEA交互地叠层构成原电池组。在第1和第2实施方式中，将适当的冷却部插入MEA之间。这种冷却部在第1实施方式中是使2片MEA以其槽相互对向地组合并插入MEA之间。冷却水的流路是通过上述波形金属板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子电解质型燃料电池，具备：由突条和槽交互平行地设置、在与一方的面上的突条和槽对应的背面上分别具有槽和突条的波形金属板构成的多个导电性隔板；插入上述隔板之间的电解质膜－电极接合体，该接合体是由周缘部以气封部覆盖的氢离子传导性高分子电解质膜，接合在上述电解质膜的一方的面上的正极和接合在上述电解质膜的另一方的面上的负极构成的电解质膜－电极接合体；以及分别向上述正极和负极供应、排出燃料气体和氧化剂气体的气体供应、排出机构，上述气体供应、排出机构通过上述波形金属板的一方的面上的槽向正极供应、排出燃料气体，通过上述波形金属板的另一方的面上的槽向负极供应、排出氧化剂气体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小原英夫，松本敏宏，菅原靖，山崎达人，新仓顺二，羽藤一仁，神原辉寿，
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]