燃料电池堆制造技术

本发明专利技术提供燃料电池堆，其中构成该燃料电池堆的多个燃料电池单元中至少一个包括吸水构件，该吸水构件在其中该氧化剂流路形成构件和隔板彼此接触的部分中具有暴露于大气的表面，并且该多个堆叠的燃料电池单元中温度变得相对较低的燃料电池单元的吸水构件暴露于大气的表面的面积大于温度变得相对较高的燃料电池单元的吸水构件的暴露于大气的表面的面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池堆，更具体地说，涉及取决于发电期性能的燃料电池堆。； '， '
技术介绍
聚合物电解质燃料电池基本上包括具有质子传导性的聚 合物电解质膜和提供在该聚合物电解质膜的两个表面上的一对催化剂 层和电极。催化剂层通常包括由铂或铂族金属催化剂制成的催化剂 层。气体扩散层提供在催化剂层的外部上，用于供给气体和收集电流。将聚合物电解质膜和催化剂层集成一体的组件称为膜电 极組件(MEA),并且将燃料(氢)供给电极之一和将氧化剂(氧)供 给另一个电极以在产生水的过程中进行发电。被供给燃料的电极称作燃料电极，被供给氧化剂的电极称 作氧化剂电极。从位于两侧的电极取出电力。虽然具有一个膜电极组件的燃料电池单元的理论电压是 大约1. 23 V,但存在在正常工作状态下以大约0. 7 V驱动燃料电池单 元的许多情形，并且将一部分反应能量转化成热。因此，在要求更高活化电压的情形下，堆叠多个燃料电池 单元并且将各个燃料电池单元串联电连接并使用。将这类堆叠结构称作燃料电池堆，并且在该堆中，通常氧 化剂流路和燃料路径被称作隔板的构件隔离。板状隔板中每一个配备 有凹部和凸部。将面对膜电极组件的凹部用作气体流路，并且将凸部 用作集流部。因此，可能产生以下不利情况。首先，溢流现象更可能在堆叠方向上位于两端的燃料电池单元中发生。该溢流现象是在氧化剂电极产生的水冷凝而降低氧化剂 电极中的气体扩散性能的现象，这使特性降低。当温度分布在堆中产 生时，因为水更可能在具有较低温度的燃料电池单元中冷凝，所以溢 流更可能在位于两端的燃料电池单元中发生。另外，干透现象更可能在堆叠方向上位于中央部分的电池 单元发生。该干透现象是指聚合物电解质中的水含量随温度升高而降 低的现象，这提高电池单元中的内阻从而引起特性的降低。干透现象可能在具有高温以致在氧化剂电极产生的水不 冷凝而蒸腾的位置发生。为了消除由于该温度分布而引起的特性的不稳定性，日本 专利申请公开No. 2005-340173提出了燃料电池堆，其中为燃料电池堆 的每个电池单元给予空气供给量的分布。具体地说，将具有低温且位于两端的每个电池单元的隔板 中形成的氧化剂流路的截面积设置为最大。借助于这种结构，供给的空气的吸入量在两端变大。因此， 即使当温度较低时，水也几乎不冷凝，以致在堆叠方向上溢流现象的 发生程度的变化降低。另外，日本专利申请公开No. 2004-311279提出了以下燃 料电池。该燃料电池的结构使得将燃料电池堆的两端的燃料电池单元 中的气体压力损失设定为小于其它燃料电池单元的气体压力损失，由 此能够抑制堆两端具有较低温度的燃料电池单元中产生的水的排水能力的降低和其中涉及的不利情况例如阻塞气体流路。在具有日本专利申请公开 No. 2005-340173和 2004-311279中公开的结构的燃料电池堆中，为了排放产生的水和降 低温度变化，用鼓风机等的氧化剂流动是必要的。更具体地说，必须设置辅助装置例如空气循环机构和鼓风 机，并且供给用于驱动该辅助装置的电力。因此，例如，在燃料电池系统需要在尺寸上尽可能减小的 移动应用等中，已在尺寸和重量方面造成问题。
技术实现思路
本专利技术涉及燃料电池堆，其具有如下结构该结构不需要 空气循环机构等，并且能够解决在自然扩散或最小氧化剂流动下由堆 叠方向上的温度分布引起的溢流和干透的结构。即，本专利技术提供燃料电池堆，其包括多个堆叠的燃料电池 单元，该燃料电池单元的每一个包括将燃料电极和氧化剂电极配置 在聚合物电解质膜的两侧的膜电极组件；氧化剂流路形成构件，其配口；和隔板，其经配置与该氧化剂流路形成构件的与该氧化剂电极接 触的表面相对的表面接触，其中构成该燃料电池堆的多个燃料电池单 元中至少一个包括吸水构件，该吸水构件在该氧化剂流路形成构件和 该隔板彼此接触的部分中具有暴露于大气的表面，并且其中构成该燃 料电池堆的多个燃料电池单元中温度变得相对较低的燃料电池单元的 吸水构件的暴露于大气的表面的面积大于温度变得相对较高的燃料电 池单元的吸水构件的暴露于大气的面积。另外，本专利技术提供燃料电池堆，其中构成该燃料电池堆的单元大的吸水构件的暴露于大气的表面面积。另外，本专利技术提供燃料电池堆，其中位于两端和位于内侧 的燃料电池单元之间暴露于大气的表面的面积差对应于该吸水构件的 两端从该氧化剂流路形成构件的开口向外突出的部分的面积差。另外，本专利技术提供燃料电池堆，其中位于两端和位于内侧 的燃料电池单元之间暴露于大气的表面的面积差对应于，该吸水构件构件暴露于k气的部分的面;;i。 - '' '另外，本专利技术提供燃料电池堆，其中构成该燃料电池堆的开口侧的两端的内侧的燃料电池单元。另外，本专利技术提供燃料电池堆，其中构成该燃料电池堆的 最内侧的燃料电池单元是没有提供该吸水构件的燃料电池单元。另外，本专利技术提供燃料电池堆，其中该氧化剂流路形成构 件由金属泡沫形成。另外，本专利技术提供燃料电池堆，其中该吸水构件由纤维形 成，该纤维具有80°/。或更高的干燥率，该干燥率是在25"C的温度和50% 的相对湿度的气氛中被该吸水构件吸收的水中一小时内蒸腾的水的比 例，并且当将该纤维的端部浸在水中时该纤维在IO秒内具有40mm或 更高的水抽吸高度。另外，本专利技术提供燃料电池堆，其中配置在重力方向上最 上部中的燃料电池单元中的吸水构件暴露在该燃料电池单元的外部并 且与温度比外界温度高的堆构成构件接触。另外，本专利技术提供包括多个堆叠的燃料电池单元的燃料电 池堆，该燃料电池单元的每一个包括将燃料电极和氧化剂电极配置 在聚合物电解质膜两侧的膜电极組件；氧化剂流路形成构件，将其配 置在该膜电极组件的氧化剂电极侧并且包括经过其供给氧化剂的开 口；和隔板，其经配置与该氧化剂流路形成构件的与氧化剂电极接触 的表面相对的表面接触，其中构成该燃料电池堆的多个燃料电池单元 的至少一个包括吸水构件，该吸水构件在该氧化剂流路形成构件和该隔板彼此接触的部分中具有暴露于大气的表面，并且其中位于构成该 燃料电池堆的多个燃料电池单元两端的燃料电池单元具有比位于构成件的暴露于大气的表面的面积。根据本专利技术，实现了燃料电池堆，该燃料电池堆具有如下 结构该结构不需要空气循环机构等，并且能够解决在自然扩散或最 小氧化剂的流动下由堆叠方向上的温度分布引起的溢流和干透。从以下参照附图的示例性实施方案的描述，本专利技术的其它 特征将变得显而易见。附图说明图1是说明构成根据本专利技术实施方案的燃料电池堆的燃 料电池单元的构造的示意性分解透视图。图2是用于根据本专利技术实施方案的燃料电池单元的在待 与隔板接触的侧形成了沟槽的氧化剂流路形成构件的示意性透视图。图3是用于根据本专利技术实施方案的燃料电池单元的没有 沟槽的氧化剂流路形成构件的示意性透视图。图4是用于根据本专利技术实施方案的燃料电池单元的氧化 剂流路形成构件的示意性透视图，其中沟槽形成于待与隔板接触的侧 并且该沟槽的两端^皮切去。图5是根据本专利技术实施方案的氧化剂流路形成构件和吸 水构件的示意性透视图，其中将该吸水构件配置在图2中所示的氧化 剂流路形成构件上以使该吸水构件的两端延伸到该氧化剂流路形成构 件的侧端的外部。图6是根据本专利技术实施方案的氧化剂流路形成构件和吸 水构件的示意性透视图，其中将该吸水构件配置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
燃料电池堆，其包括多个堆叠的燃料电池单元，该燃料电池单元中的每一个包括：其中将燃料电极和氧化剂电极配置在聚合物电解质膜两侧的膜电极组件；氧化剂流路形成构件，将其配置在该膜电极组件的氧化剂电极侧并且包括经过其供给氧化剂的开口；和隔板，其经配置与该氧化剂流路形成构件的与该氧化剂电极接触的表面相对的表面接触，其中构成该燃料电池堆的多个燃料电池单元中至少一个包括吸水构件，该吸水构件在该氧化剂流路形成构件和该隔板彼此接触的部分中具有暴露于大气的表面，并且其中构成该燃料电池堆的多个燃料电池单元中温度变得相对较低的燃料电池单元的吸水构件的暴露于大气的表面面积大于温度变得相对较高的燃料电池单元的吸水构件的暴露于大气的面积。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉泽敦仁，茂木聪史，山本润，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]