燃料电池制造技术

一种燃料电池，其具备伴随着MEA(40)中的电极反应而在阴极电极产生的生成水排出到外部的排出结构(F)。排出结构(F)具备：流过作为氧化剂的空气的排出路径(28)、将氧化剂供给流路(21)和排出路径(28)可连通地连接并使在阴极电极产生的生成水向排出路径(28)移动的通路(29)、以及将移动到排出路径(28)的生成水排出到外部的排出部(20c)。出到外部的排出部(20c)。出到外部的排出部(20c)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池


[0001]本专利技术涉及燃料电池。

技术介绍

[0002]燃料电池，特别是固体高分子型燃料电池通常具备由形成于电解质膜的一面侧的阳极电极和形成于另一面侧的阴极电极构成的电极结构体。而且，在固体高分子型燃料电池中，通过向阳极电极供给燃料并且从外部向阴极电极供给氧化剂，从而在电极结构体中发生电极反应而发电。
[0003]近年，作为向阳极电极供给的燃料，开发了直接使用甲醇、甲酸等液体燃料的直接型燃料电池。在使用液体燃料的情况下，与使用氢气作为燃料的情况相比，处理更容易，单位体积的能量密度更高，非常有用。
[0004]在燃料电池中，即使在使用氢气、液体燃料的情况下，也伴随着电极反应而在阴极电极侧产生生成水。特别是，在液体状态的生成水覆盖阴极电极的表面的情况下，即在发生溢流现象的情况下，形成阴极电极的催化剂与氧(O2)的接触受损，其结果是存在燃料电池的发电效率降低的风险。
[0005]因此，以往，例如在日本特开2008－108573号公报和日本特开2012－38569号公报中公开了将产生的生成水从阴极电极的表面去除的技术。
[0006]然而，在上述现有技术中，通过将氧化剂的压力作用于生成水而将存在于阴极电极表面附近的生成水沿着阴极电极的表面去除，而不使其主动地在离开阴极电极的方向上移动。在这种情况下，即使在阴极电极的表面存在液体状态的生成水而可能发生溢流现象的状况下，也存在根据阴极电极的表面形状而不能将生成水连续且高效地排出到燃料电池的外部的风险。在这种情况下，伴随着燃料电池的发电的持续，在阴极电极的表面大量存在液体状态的生成水，其结果是，有可能发生溢流现象而使燃料电池的发电效率降低。因此，在上述现有技术中，在将产生的气体状态和液体状态的生成水高效地排出到外部方面存在改善的余地。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种能够将伴随着电极反应而产生的生成水高效地排出到外部的燃料电池。
[0008]根据本专利技术的一个方面，燃料电池包括：具有电解质膜、阳极电极和阴极电极的电极结构体；具有向上述阳极电极供给液体燃料的燃料供给流路的阳极侧隔离件；具有向上述阴极电极供给氧化剂的氧化剂供给流路的阴极侧隔离件；以及在上述阳极侧隔离件和上述阴极侧隔离件之间配置有上述电极结构体的单电池。上述燃料电池通过上述电极结构体中的电极反应而发电。所述阴极侧隔离件包括：设置于与所述电极结构体的所述阴极电极相对应的位置的对置面；设置于所述阴极侧隔离件的板厚方向上与该对置面相反的一侧的背面；构成为使伴随着上述电极反应而在上述阴极电极产生的生成水在上述板厚方向上从
上述对置面向上述背面移动的通路；以及介由上述通路将移动到上述背面的上述生成水排出到上述燃料电池的外部的排出结构。
[0009]由此，排出结构能够使通过电极结构体中的电极反应而在阴极电极产生的生成水介由设置于阴极侧隔离件的通路，从与阴极电极相对的对置面向阴极侧隔离件的背面移动，排出到外部。即，排出结构能够使在阴极电极产生的生成水介由通路向离开阴极电极的方向移动而连续排出到外部。由此，即使在燃料电池继续发电的状况下，也不会在阴极电极的表面大量积存生成水，其结果是，能够抑制发生溢流现象。因此，能够抑制由在阴极电极产生的生成水引起的燃料电池的发电效率的降低。
附图说明
[0010]图1是表示燃料电池的构成的图。
[0011]图2是表示由层叠的单电池形成的燃料电池组的构成的图。
[0012]图3是表示阳极侧隔离件的构成的图。
[0013]图4是表示阴极侧隔离件的对置面侧的构成的图。
[0014]图5是表示阴极侧隔离件的背面侧的构成的图。
[0015]图6是表示密封部件的构成的图。
[0016]图7是表示MEA的构成的图。
[0017]图8是表示沿图7的VIII－VIII的MEA的截面的截面图。
[0018]图9是用于说明生成水的排出的截面图。
[0019]图10是用于说明第一变形例的构成的截面图。
具体实施方式
[0020](1.燃料电池的概要)
[0021]在本例中，例示固体高分子型燃料电池作为燃料电池。即，本例的燃料电池在电解质膜的一面侧形成阳极电极，在电解质膜的另一面侧形成阴极电极。这里，电解质膜、阳极电极和阴极电极形成作为电极结构体的MEA(Membrane
‑
Electrode
‑
Assembly：膜―电极接合体)。
[0022]另外，本例的燃料电池设有向阳极电极供给燃料的阳极侧隔离件(包括集电体)和向阴极电极供给氧化剂(氧化剂气体)的阴极侧隔离件(包括集电体)。而且，本例的燃料电池通过形成包含MEA、阳极侧隔离件和阴极侧隔离件的一个电池(以下称为单电池)并层叠多个单电池而形成燃料电池组。
[0023]在本例中，作为向燃料电池的阳极电极供给的燃料，可以例示甲酸(HCOOH)、甲醇(CH3OH)、乙醇(C2H5OH)等液体燃料。这里，在以下说明的燃料电池中，例示直接使用甲酸来作为供给的液体燃料的情况。即，本例的燃料电池例示作为固体高分子型燃料电池的直接甲酸型燃料电池(DFAFC)。另外，在本例中，作为向燃料电池的阴极电极供给的氧化剂(氧化剂气体)，可以例示氧(O2)气、空气等。这里，在以下说明的燃料电池中，例示使用空气来作为供给的气体的氧化剂即氧化剂气体的情况。
[0024]在直接甲酸型燃料电池的情况下，如果向MEA的阳极电极直接供给作为液体燃料的甲酸并向MEA的阴极电极供给作为氧化剂(氧化剂气体)的空气(O2)，则伴随着MEA中的电
极反应而在阴极电极侧产生生成水(H2O)。而且，如果产生的生成水伴随着冷却而凝集而成为液体状态，则覆盖阴极电极(更具体而言，构成阴极电极的催化剂层)的表面，阻碍阴极电极与空气的接触。本例的燃料电池为了将生成水排出到外部，具备排出结构，其使在阴极电极产生的生成水以离开阴极电极的表面的方式移动，并将移动的生成水排出到外部。
[0025]因此，本例的燃料电池的阴极侧隔离件在与阴极电极相对的对置面形成供给氧化剂(氧化剂气体)的供给路径，同时在阴极侧隔离件的板厚方向上成为对置面的背侧的背面形成排出路径，并且通过沿板厚方向形成的通路连接供给路径和排出路径。由此，在阴极电极侧产生的生成水能够通过通路从阴极侧隔离件的对置面侧向形成于背面侧的排出路径移动，通过排出路径排出到外部。因此，伴随着电极反应而产生的生成水被从阴极电极连续且高效地去除。
[0026]另外，由于排出路径形成于阴极侧隔离件，所以通过使作为对流体加压而得的加压流体的例如被加压并供给于阴极电极的氧化剂(氧化剂气体)即空气进行分支，从而能够流入排出路径。由此，通过通路到达排出路径的生成水例如与氧化剂(空气)一起排出到外部。应予说明，对于流体，代替进行加压，例如也可以从外部吸入并流动。
[0027](2.直接甲酸型燃料电池1的构成的详细情况)
[0028]以下，对于本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池，具备：电极结构体，具有电解质膜、阳极电极和阴极电极；阳极侧隔离件，具有向所述阳极电极供给液体燃料的燃料供给流路；阴极侧隔离件，具有向所述阴极电极供给氧化剂的氧化剂供给流路；以及单电池，在所述阳极侧隔离件和所述阴极侧隔离件之间配置有所述电极结构体；其中，所述燃料电池通过所述电极结构体中的电极反应进行发电，所述阴极侧隔离件包括：对置面，设置于与所述电极结构体的所述阴极电极相对应的位置；背面，设置于所述阴极侧隔离件的板厚方向上与该对置面相反的一侧；通路，构成为使伴随着所述电极反应而在所述阴极电极产生的生成水在所述板厚方向上从所述对置面向所述背面移动；以及排出结构，将介由所述通路而移动到所述背面的所述生成水排出到所述燃料电池的外部。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述排出结构具有设置于所述背面且与所述通路连通的排出路径，所述通路将所述氧化剂供给流路和所述排出路径可连通地连接。3.根据权利要求2所述的燃料电池，其中，在所述电极结构体中发生所述电极反应的状态下使流体流动时，所述排出路径将介由所述通路而移动到所述背面的所述生成水排出到所述燃料电池的外部。4.根据权利要求3所述的燃料电池，其中，供给到所述氧化剂供给流路...

【专利技术属性】
技术研发人员：辻口拓也，武田恭英，中井基生，齐藤利幸，久保厚，古桥资丈，仲曾根步，中根淳志，阿知波文高，
申请(专利权)人：国立大学法人金沢大学，
类型：发明
国别省市：