具有闭塞端阳极的燃料电池制造技术

一种在不排出燃料气体的情况下产生电力的燃料电池（１００）包括：电解质膜（８１０）；设于电解质膜一侧的阳极（８２０）；以及设于阳极外侧以形成燃料气体供给通路的燃料气体通路部（８４０），燃料气体经由该燃料气体供给通路被供给至阳极。所述电解质膜和所述阳极中的至少一者在其厚度方向上的气体透过性在所述燃料气体供给通路延伸的方向上根据位置的不同而变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在不排出燃料气体的情况下产生电力的燃料电池。
技术介绍
近年来，通过氢和氧之间的电化学反应而产生电力的燃料电池已经引 起了人们的广泛关注。 一种典型的燃料电池具有由电解质膜、设于电解质 膜一侧的阳极和设于电解质膜另一侧的阴极构成的膜电极组件(将称为"MEA")。在阳极上设有形成燃料气体供给通路的通路部。该通路部例 如为导电性多孔部。在某些情况下，阳极和/或阴极具有气体扩散层以及催 化剂层。存在使不可避免地排出至燃料电池外部的燃料气体的量最小化的需 要。因此，已开发出在不排出燃料气体的情况下产生电力的燃料电池。作 为这种燃料电池之一，日本专利申请特开No. 2005-1卯759 (JP-A-2005-1卯759)公开了一种阳极闭塞端(阳极一端封闭，anode-dead-end)工作 型燃料电池(将称为"闭塞端工作型燃料电池")。在闭塞端工作型燃料电池中， 一般地，将空气、空气与氧气的混合气 等用作氧化气体。然而，在这种情况下，存在空气中的氮气等从阴极侧向 阳极侧泄漏的可能。在某些情况下，已泄漏至阳极的这种氮气等(将称为 "泄漏气体")滞留在燃料气体供给通路内。如果泄漏气体滞留在燃料气 体供给通路内，则燃料气体变得不能够被分散地供给至阳极(阳极面)。 在这种情况下，燃料气体不能被供给至阳极的某些部位，因此，在这些部 位不能够适当地进行发电，导致整个燃料电池的发电效率降低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种在闭塞端工作型燃料电池中防止泄漏气体滞留在燃 料气体供给通路内的技术。本专利技术的第一方面涉及一种在不排出燃料气体的情况下产生电力的燃料电池，包括电解质膜；设于所述电解质膜的一侧的阳极；以及设于所 述阳极的外侧以形成燃料气体供给通路的燃料气体通路部，燃料气体经由 所述燃料气体供给通路被供给至所述阳极。所述电解质膜和所述阳极中的 至少 一者在其厚度方向上的气体透过性在所述燃料气体供给通路延伸的方 向上才艮据位置的不同而变化。根据上述燃料电池，能够防止燃料气体供给通路内泄漏气体的滞留。 上述燃料电池可以设计成所述电解质膜的与所述燃料气体供给通路此外，上述燃料电池可以设计成相比于与所述燃料气体供给通路的 上游侧相对应的部位，在与所述燃料气体供给通路的下游侧相对应的部位， 所述电解质膜和所述阳极中的所述至少一者在所述厚度方向上的气体透过 性更高。根据该结构，泄漏气体不会滞留在燃料气体供给通路的下游区域内， 而是返回阴极侧。所以，能够防止燃料气体供给通路内泄漏气体的滞留。此外，上述燃料电池可以设计成相比于与所述燃料气体供给通路的 上游侧相对应的部位，在与所述燃料气体供给通路的下游侧相对应的部位， 所述电解质膜的厚度更小。根据该结构，泄漏气体不会滞留在燃料气体供给通路的下游区域内， 而是会经由电解质膜的高气体透过性部位返回阴极侧。因此，能够防止燃 料气体供给通路内泄漏气体的滞留。此外，上述燃料电池可以设计成所述电解质膜的与所述燃料气体供 给通路的下游侧相对应的部分由氟类树脂制成，并且所述电解质膜的与所 述燃料气体供给通路的上游侧相对应的部分由烃类树脂制成。根据该结构，泄漏气体不会滞留在燃料气体供给通路的下游区域内， 而是会经由电解质膜的高气体透过性部位返回阴极侧。因此，能够防止燃 料气体供给通路内泄漏气体的滞留。此外，上述燃料电池可以设计成相比于与所述燃料气体供给通路的 上游侧相对应的部位，在与所述燃料气体供给通路的下游侧相对应的部位， 所述阳极的孔隙率更高。根据该结构，泄漏气体不会滞留在燃料气体供给通路的下游区域内，而是会经由电解质膜的高气体透过性部位返回阴极侧。因此，能够防止所 述燃料气体供给通路内泄漏气体的滞留。此外，上述燃料电池可以设计成在所述电解质膜的阳极侧表面上形 成有多个凹部。此外，上述燃料电池还可以具有设于所述阳极和所述燃料气体通路部 之间且具有片状形状的导电片部，在所述导电片部的表面上分散地形成有 多个通孔，并且在所述电解质膜上可以形成有多个凹部，在所述电解质膜、 所述阳极和所述导电片部堆叠而形成堆叠体的方向上观察时，所述凹部不 会与所述导电片部的通孔重叠。根据该结构，滞留在通孔间的泄漏气体经由气体透过性相对较高的凹 部返回阴极。因此，能够防止泄漏气体进入燃料气体供给通路内，从而不 会在燃料气体供给通路内发生泄漏气体滞留。此外，上述燃料电池可以设计成相比于与所述燃料气体供给通路的 上游侧相对应的部位，在与所述燃料气体供给通路的下游侧相对应的部位， 所述电解质膜和所述阳极中的所述至少一者在所述厚度方向上的气体透过 性更低。该结构减少了滞留于燃料气体供给通路的下游区域内的泄漏气体量。 此外，上述燃料电池可以设计成相比于与所述燃料气体供给通路的上游侧相对应的部位，在与所述燃料气体供给通路的下游侧相对应的部位，所述电解质膜的厚度更大。此外，上述燃料电池可以设计成所述电解质膜的与所述燃料气体供给通路的下游侧相对应的部分由烃类树脂制成，并且所述电解质膜的与所 述燃料气体供给通路的上游侧相对应的部分由氟类树脂制成。此外，上述燃料电池可以设计成相比于与所述燃料气体供给通路的 上游侧相对应的部位，在与所述燃料气体供给通路的下游侧相对应的部位， 所述阳极的孔隙率更低。此外，上述燃料电池可以设计成在所述燃料气体供给通路内流动的 燃料气体的压力的最小值-皮设定为大于从阴极侧通过所述电解质膜而泄漏 至所述燃料气体通路的泄漏气体的局部压力的最大值。本专利技术的第二方面涉及一种在不排出燃料气体的情况下产生电力的燃 料电池。该燃料电池包括电解质膜；设于所述电解质膜的一侧的阳极； 设于所述电解质膜的另 一侧的阴极；以及设于所述阴极的外侧以形成氧化 气体供给通路的氧化气体通路部，氧化气体经由所述氧化气体供给通路被 供给至所述阴极。相比于与所述氧化气体供给通路的上游侧相对应的部位， 在与所述氧化气体供给通路的下游侧相对应的部位，所述阴极在其厚度方 向上的气体透过性更高。根据上述燃料电池，泄漏气体不会滞留在燃料气体供给通路的下游区 域内，而是会返回阴极侧。因此，能够防止燃料气体供给通路内泄漏气体 的滞留。注意，本专利技术的应用不限于上述燃料电池。例如，本专利技术可以作为燃 料电池制造方法而实施。附图说明由参照附图对实施例的以下说明，本专利技术的前述和其他特征和优点将 变得显而易见，其中相同的标号用于表示相同的元件，附图中 图1是示出第一实施例的燃料电池单元100的外部的图； 图2是燃料电池单元100的侧视图3是示出从图2右侧观察时各密封一体化发电组件200的结构的图； 图4是沿图3中的线IV-IV的截面图；图5是示出隔板600的阴^400的形状的图； 图6是示出隔板600的阳极板300的形状的图； 图7是示出隔板600的中间板500的形状的图； 图8是隔板600的正视图9A和图9B是示出第一实施例的燃料电池单元100中的反应气体流 的图10是图9A中的区域X的放大图11是示出第二实施例的燃料电池单元100A中的电解质膜810A的图12是各电解质膜810A的示意性截面图13是示出第三实施例的燃料电池单元100B中的电解质膜810B和 阴极820a的示意性截面图14A和图14B是燃料电池单元IOOC的示意性截面图15是从图14A和图14本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在不排出燃料气体的情况下产生电力的燃料电池，包括：　电解质膜；　设于所述电解质膜的一侧的阳极；以及　设于所述阳极的外侧以形成燃料气体供给通路的燃料气体通路部，燃料气体经由所述燃料气体供给通路被供给至所述阳极，其中　 　所述电解质膜和所述阳极中的至少一者在其厚度方向上的气体透过性在所述燃料气体供给通路延伸的方向上根据位置的不同而变化。

【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：小川朋宏，宇佐美祥，
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]