电池模块和燃料电池制造技术

一种用于燃料电池的电池模块，其设有：电池模块体（１８），其包括中空电解质膜（１１）的内表面和外表面上提供的一对电极（１６，１７）；以及集电器（２１，２２），所述集电器的各自一个与所述电池模块体（１８）的所述电极（１６，１７）的各自一个相接触，特征在于，水可渗透中空体（３１），其具有小于所述电池模块体（１８）内径的外径并且设有能够供应水的中空部分（３９），布置在所述电池模块体（１８）的中空部分（１９）中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及设有具有中空电解质膜的电池模块的燃料电池。
技术介绍
燃料电池通过以下将化学能直接转换成电能向电连接的两个电极提供燃料和氧化剂，并且电化学地使燃料氧化。与热发电相反，燃料电池显示了良好的能量转换效率，因为它们不受卡诺(Carnot)循环限制。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是使用固体聚合物电解质膜作为电解质的燃料电池。这些燃料电池优点在于，它们以低温工作并且能够容易地做得很小，这使得它们作为移动电源以及用于移动物体的电源而特别有吸引力。在典型的质子交换膜燃料电池中，当氢作为燃料供应时，在阳极处进行式(1)中显示的反应。H2→2H++2e-式(1)式(1)所产生的电子穿过外电路并且在外负载处做功，在这之后它们到达阴极。式(1)所产生的质子通过电渗在水合状态下从阳极侧向阴极侧移动通过质子交换膜燃料电池。当氧作为氧化剂供应时，在阴极处进行式(2)中显示的反应。2H++(1/2)O2+2e-→H2O式(2)阴极处产生的水主要穿过气体扩散层，然后排放到燃料电池外面。这样一来，燃料电池就是只放出水的清洁发电设备。传统上，开发的大多数的质子交换膜燃料电池具有由多个堆叠的平面的单个电池组成的燃料电池堆。这些单个电池通过以下制造在平面固体聚合物电解质膜的一侧提供阳极催化剂层，并且在所述膜的另一侧提供阴极催化剂层，以便形成平面膜电极组件(MEA)。然后在这个膜电极组件的两侧提供气体扩散层。最后，将膜电极组件夹在平面隔离物之间。为了改善质子交换膜燃料电池的输出密度，当前使用非常薄的质子传导聚合物膜作为固体聚合物电解质膜。这种膜的厚度通常为100μm或更薄。即使甚至更薄的电解质膜用于进一步改善输出密度，单个电池也仍然不能做得比当前显著更薄。类似地，催化剂层、气体扩散层和隔离物等等正在做得更薄，但是即使所有的部件都做得更薄，每单位体积的输出密度能够改善多少也仍然存在限制。同样，高度腐蚀的片状碳材料通常用于隔离物。碳材料自身非常昂贵。此外，因为用于气流路径的凹槽通常在隔离物的表面中微加工，以便允许燃料气体和氧化剂气体在平面膜电极组件的整个表面之上基本上均匀地扩展，所以隔离物的成本极高，这增加了燃料电池的制造成本。除了前述问题之外，还存在更多的问题。例如，安全地密封多个堆叠的单个电池周围的区域以便燃料气体和氧化剂气体不从气流路径泄漏，这在平面的单个电池中，在技术上是困难的。同样，平面膜电极组件的弯曲或变形可能导致发电效率降低。近年来，已开发了这样的质子交换膜燃料电池，其中，发电基本上基于这样的电池模块，所述电池模块具有既在中空电解质膜的内表面侧又在其外表面侧提供的电极(例如JP(A)9-223507、JP(A)2002-124273、JP(A)2002-158015和JP(A)2002-260685)。具有这种中空电池模块的燃料电池通常不需要使用对应于用在平面燃料电池中的隔离物的部件。进一步，因为通过向内侧供应与向外侧供应相比不同类型的气体来发电，所以同样没有形成气流路径的特殊需要。因此，低制造成本能够预期。此外，电池模块具有三维形状，所以关于体积的比表面积比用平面的单个电池更大，这意味着每体积发电输出密度的增加是预期的。通常在具有如上所述的中空电池模块的燃料电池中，包括氢的燃料气体或诸如空气之类的氧化剂气体被供应到中空内部，并且诸如空气之类的氧化剂气体或包括氢的燃料气体，其将要与供应到中空内部的气体起反应，被供应到电池模块外部。许多电解质膜是质子传导的，以致于质子在水合状态下通过电渗从阳极(燃料电极)侧向阴极(氧化剂电极)侧移动通过固体聚合物电解质膜，如关于上面的式(1)描述的那样。因此，当中空内部做阳极并且通过向其供应氢来发电时，在阳极和阳极侧的电解质膜处可能缺乏水分。结果，良好的发电可能不再能够实现。JP(A)9-223507披露了这样的燃料电池，其中，正电极和负电极形成在聚合物电解质中空纤维的部分上作为发电部分，并且在与聚合物电解质中空系统的发电部分相比不同的位置中提供加湿部分。在这种燃料电池中，空气被作为氧化剂供应给发电部分的聚合物电解质中空系统的外表面，去离子水被供应给加湿部分的聚合物电解质中空系统的外表面，并且氢被作为燃料供应给聚合物电解质中空系统的内表面。因为聚合物电解质仅允许去离子水渗透的性质，穿过聚合物电解质中空系统的内表面的氢被加湿部分湿润。将这种湿润的氢供应给发电部分防止了中空系统的内表面上的发电部分(亦即阳极)变干。然而，使用这种技术，存在没有用作电极的聚合物电解质中空系统的表面部分，这限制了电极面积。考虑到前述问题，本专利技术因而提供了具有中空电池模块的燃料电池，其设有加湿机构以有效地防止电池模块变干。
技术实现思路
为了解决前述问题，根据本专利技术的用于燃料电池的电池模块设有电池模块体，其包括一对电极，一个提供在中空电解质膜的内表面上，而另一个则提供在所述中空电解质膜的外表面上，以及集电器(collector)，所述集电器中的各自一个与所述电池模块体的所述电极中的各自一个相接触，并且特征在于，水可渗透中空体，其具有小于所述电池模块体内径的外径，并且设有能够供应水的中空部分，布置在所述电池模块体的中空部分之内。这样一来，因为水可渗透中空体，其具有小于电池模块体内径的外径，并且设有能够供应水的中空部分，以这种方式布置在电池模块体的中空部分之内，所以通过向水可渗透中空体供应水，该水被供应到水可渗透中空体的外部，从而使电极和电解质膜能够从电池模块的内表面侧被湿润。同样，在根据本专利技术的电池模块中，水可渗透中空体能够呈管状结构，其中两端是开放的，并且其中水能够从中空部分的一端侧流向其另一端侧。进一步，水可渗透中空体还可以具有其中只有一端开放的管状。此外，电池模块能够具有这样的结构，其中，产生水的电极提供在中空电解质膜的外表面侧。进一步，能够如此构造电池模块，以致于不产生水的电极提供在中空电解质膜的内表面侧。同样，还能够如此构造电池模块，以致于水可渗透中空体的透水性关于流向电池模块体中空部分的反应气体的流动而从上游侧朝向下游侧降低。具有这种用于燃料电池的电池模块的燃料电池能够被充分地湿润，从而减少了当电极和电解质膜变干时发生的降低输出的可能性。根据根据本专利技术的燃料电池和用于燃料电池的电池模块，供应给水可渗透中空体的水被供应到中空电解质膜的中空部分中，从而使电极和电解质膜从电池模块的内表面侧湿润。结果，电极和电解质膜在发电之后较少倾向于变干。具有这种电池模块的燃料电池能够适当地管理电解质膜的水分，而不管外面的湿度或发电的持续时间。结果，能够进行稳定的发电。具体地，当使用其中产生水的电极提供在电池模块的中空电解质膜的外表面侧的结构时，能够获得大的加湿效果，并且能够容易地管理水分。附图说明图1是根据本专利技术的电池模块的透视图；图2是根据本专利技术的电池模块组件的透视图；以及图3是示意性显示电池模块组件连接方式的一个例子的视图。具体实施例方式在下文中，将在下述示范性情况下描述根据本专利技术的燃料电池氟化离子交换树脂膜，其为一种质子传导膜，用作电解质膜。首先，将参考图1到3描述根据本专利技术的一个示范性实施例的燃料电池。图1是电池模块的透视图，其中结构构件的部分被切掉以便于理解。图2是电池模块组件的透视图，其中5个电池模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的电池模块（１０），包含：电池模块体（１８），其包括一对电极（１６，１７），所述电极中的一个（１６）提供在中空电解质膜（１１）的内表面上，而另一个电极（１７）则提供在所述中空电解质膜（１１）的外表面上；以及集 电器（２１，２２），所述集电器中的各自一个与所述电池模块体（１８）的所述电极（１６，１７）中的各自一个相接触，特征在于进一步包含水可渗透中空体（３１），其具有小于所述电池模块体（１８）内径的外径，并且设有能够供应水的中空部分 （３９），其中所述水可渗透中空体（３１）布置在所述电池模块体（１８）的中空部分（１９）中。

【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：中西治通，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]