具有层叠结构分隔件的燃料电池堆叠物制造技术

本发明专利技术提供了一种燃料电池堆叠物，它包括多个单元电池一个叠放在另一个上。每个单元电池包括电解质，一对放置在电解质两面且分别具有催化剂反应层的电极，一对具有各自向一个电极提供燃料气体的装置、向另一个电极提供氧化剂气体的装置的分隔件。该分隔件是由气密的导电板Ａ和另一块导电板Ｂ层叠制成的，该导电板Ｂ具有至少一根从板的一边连续曲折地通到另一边的槽。本发明专利技术的技术用简单的方法组装即可得到紧密的燃料电池堆叠物。（*该技术在2019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，尤其是聚合物电解质燃料电池，用于便携式电源、电动车辆电源和家用废热发电系统。
技术介绍
燃料电池，尤其是聚合物电解质燃料电池，使燃料气体(如氢气)和氧化剂气体(如空气)在气体扩散电极处进行电化学反应，由此同时产生电能和热。常规聚合物电解质燃料电池的结构如下。图2是常规聚合物电解质燃料电池中的膜电极组件(membrane electrodeassembly，下文称为MEA)的剖面示意图。一对主要由炭粉和铂催化剂组成的催化剂反应层12紧密地附着在聚合物电解质膜11的两面上。一对具有透气性和导电性的扩散层13进一步放在所述该对催化剂反应层12各自的外表面上。聚合物电解质膜11、一对催化剂反应层12和一对扩散层13组成MEA14。在MEA14的两个表面上放置一对导电性的分隔件15，使得多个MEA14可以互相串联。在分隔件15和MEA14之间形成气体流动通道15a，以便向电极提供燃料气体(如氢气)和氧化剂气体，同时使电化学反应产生的气体和残留的未反应燃料气体流出。气体流动通道可以独立于分隔件之外，但通常是在分隔件15的表面上形成一些槽用作气体流动通道15a。分隔件15的常规例子是从高温高压下烧结制得的玻璃化炭黑切割得到的一块板材。在分隔件15的另一个表面上具有冷却用的流动通道，用以循环冷却水从而保持燃料电池的温度。冷却水的循环使得反应产生的热能得以利用，例如以热水的形式利用。在聚合物电解质膜11两边环绕MEA14，放置着气密封垫和密封圈，为的是防止气体泄漏，或防止气体互相混合，同时防止冷却水泄漏。还可以在MEA周围放置由树脂或金属板组成的、具有与MEA大致相同厚度的密封垫，密封垫与分隔件之间的间隙可以用脂膏或粘合剂进行密封。在大多数情况下，许多个单元电池可放置得构成堆叠结构的燃料电池组。每隔一个或两个单元电池，放置一块冷却板对燃料电池进行冷却。冷却板通常是其中有冷却水流动的金属薄板。另一个可能的结构是使分隔件本身可用作冷却板。在这种情况下，在每个单元电池中的分隔件背面形成水的通道。在该结构中也需要密封圈和密封垫来密封冷却水。密封用的密封圈应完全地压平或使其变平，以确保冷却板之间有足够的导电性。在燃料电池堆叠物中，常规的放置方式是具有内部总管(manifold)，其中有进出各单元电池的气体和冷却水的供应入口和排出口位于电池内部。然而，在将重整气体用作燃料气体的情况下，各单元电池中燃料气体流动通道的下游区中CO浓度升高。这会导致电极由于CO而中毒，使得温度下降，从而又加速了电极的中毒。为了减轻电池性能的恶化，可以指出采用一种外部总管是较好的结构，它可增加总管和各单元电池之间供气和排气的长度。无论是内部总管还是外部总管，当将具有气密性的密致碳板或玻璃化炭黑板用作分隔件的材料时，气体流动通道应通过切割工艺来形成。然而，采用切割工艺会阻碍燃料电池生产成本低的批量生产，这是不希望的。碳板通常是多孔的，因此气密性很差。所以，通常将用树脂浸渍过的碳板用作燃料电池的分隔件。然而，经固化的树脂几乎没有弹性，以致这种用树脂浸渍的碳板在形成气体流动通道的切割工艺之后会产生翘曲现象。因此，要求在碳板用树脂浸渍之后再形成气体流动通道。当酚树脂或有机硅树脂用作浸渍材料时，分隔件的耐酸性又不够。另一种方法是将炭粉或金属粉与树脂混合，通过压塑或注塑制造分隔件。在这种情况下，所用树脂应具有足够的耐酸性。当如聚四氟乙烯这样的硬质材料用作分隔材料时，模塑得到的分隔件不具有足够的流动性。当用作浸渍剂的树脂流动性差时，要求降低树脂的用量。这样，模塑得到的分隔件中需要气密性的特定部分应再次用树脂浸渍。专利技术概述本专利技术的目的是提供一种用简单方法制造的紧密的燃料电池堆叠物。上述目的和其它相关目的，至少有一部分是通过包括多个单元电池的燃料电池堆叠物来实现的。每个单元电池包括聚合物电解质膜，一对放置在聚合物电解质膜两面且分别具有催化剂反应层的电极，一对分隔件，其中一个分隔件具有向一个电极提供燃料气体的装置，另一个分隔件具有向另一个电极提供氧化剂气体的装置。分隔件具有层叠结构，包括一块气密的导电板A和另一块具有至少一根从板的一边连续曲折地通到另一边的槽的导电板B。根据本专利技术的一种较佳的应用，层叠结构包括至少一块气密的导电板A和至少两块导电板B，气密的导电板A位于燃料电池堆叠物的两个最外层。在本专利技术的一个较佳实施方案中，在导电板B的一个平面上所述槽的一端对外不敞开，燃料电池堆叠物具有内部总管，可使气体进出每个单元电池。在本专利技术的另一个较佳实施方案中，在导电板B的一个平面上所述槽的一端对外敞开，燃料电池堆叠物在其侧面上装有外部总管，可使气体进出每个单元电池。在本专利技术的另一个较佳实施方案中，导电板B具有由所述槽的一端形成的凸出部，燃料电池堆叠物在其侧面上装有外部总管，可使气体进出每个单元电池。在此结构中，较好的是凸出部位于外部总管的内部。较好的是，电解质为质子导电性的聚合物电解质。较好的还有，燃料电池堆叠物中分隔件的侧面用气密材料进行密封。较好的是，燃料电池堆叠物中分隔件的层叠表面用气密材料进行密封。较好的还有，导电板B是冲压的金属板。附图的简要说明附图说明图1是本专利技术聚合物电解质燃料电池中MEA的剖面示意图。图2是常规的聚合物电解质燃料电池中MEA的剖面示意图。图3是本专利技术分隔件中所用导电板的透视示意图，所述导电板具有至少一根从导电板的一边连续曲折地通到另一边的槽。图4是本专利技术分隔件中所用另一种导电板的透视示意图，所述导电板具有一根槽。图5是本专利技术一个实施方案的外部总管型燃料电池堆叠物的透视示意图。图6是本专利技术用于外部总管构型的分隔件的导电板的透视示意图，所述导电板具有一根槽。图7是本专利技术用于外部总管构型的分隔件的另一种导电板的透视示意图，所述导电板具有一根槽。实施专利技术的最佳方式本专利技术提供一种燃料电池堆叠物，它包括多个单元电池，每个单元电池包括聚合物电解质膜、一对放置在聚合物电解质膜两边且分别具有催化剂反应层的电极，一对分隔件，其中一个分隔件具有向一个电极提供燃料气体的装置，另一个分隔件具有向另一个电极提供氧化剂气体的装置。分隔件具有层叠结构，包含气密的导电板A和另一块导电板B，该导电板B具有至少一根从板的一边连续曲折地通到另一边的槽。本专利技术的特征是具体的放置方式，即分隔件具有由一块气密的导电板A和另一块导电板B组成的层叠结构，所述导电板B具有至少一根从板的一边连续曲折地通到另一边的槽。也就是说，本专利技术的分隔件主要包括两块不同的导电板。一块是具有气密性的导电平板A，另一块是导电板B，该导电板B具有至少一根从导电板B的一边连续蜿蜒曲折地通到另一边的槽。换句话说槽是蛇形的。导电板A和B可由不锈钢、金属(如铝)、玻璃状炭黑或导电性树脂组成。导电板A是没有孔隙、洞或沟槽，因此是气密性很好的平板。为了构成一个单元电池，将一对分隔件(每个分隔件包括至少一块导电板A和至少一块导电板B)放在MEA的两面上。具体来说，一块导电板A和两块放置在导电板A两面的导电板B的层叠物位于单元电池中两个相邻的MEA中间。包括导电板A和导电板B的层叠物放在燃料电池堆叠物或单元电池的两个最外层上。以下说明导电板B，它是本专利技术最重要的特征。参考图3和图4说明用于内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池堆叠物，它包括多个单元电池，每个所述单元电池包括聚合物电解质膜，一对放置在所述聚合物电解质膜两面且分别具有催化剂反应层的电极，一对分隔件，其中一个分隔件具有向一个所述电极提供燃料气体的装置，另一个分隔件具有向另一个所述电极提供氧化剂气体的装置， 所述分隔件具有层叠结构，包括气密的导电板Ａ和另一块导电板Ｂ，该导电板Ｂ上具有至少一根从板的一边连续曲折地通到另一边的槽。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松本敏宏，羽藤一仁，行天久朗，神原辉寿，西田和史，小原英夫，
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]