燃料电池和具备该燃料电池的燃料电池堆制造技术

本发明专利技术提供燃料电池和具备该燃料电池的燃料电池堆。本发明专利技术的燃料电池具备电解质层－电极组件（５）、第１隔板（６ａ）、第２隔板（６ｂ）以及１个以上的透气抑制部；第１隔板（６ａ）以及第２隔板（６ｂ）的内表面具有第１区域（２１）和第２区域（２２），在第１反应气体通道（８）以及第２反应气体通道（９）中的至少一个通道中，以从所述第１隔板的厚度方向看与第１区域（２１）相重叠的方式配置有透气抑制部，并且在第１反应气体通道（８）以及第２反应气体通道（９）中的至少一个通道中，以从所述第１隔板的厚度方向看与第２区域（２２）相重叠的方式配置有透气抑制部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池以及具备该燃料电池的燃料电池堆的构成，特别涉及高分子电解质型燃料电池的构成。
技术介绍
高分子电解质型燃料电池(以下称之为PEFC)是通过使含有氢的燃料气体与空气 等的含有氧的氧化剂气体发生电化学反应从而同时产生电和热的装置。PEFC的单电池(cell)具有由高分子电解质膜以及一对气体扩散电极(阳极以及 阴极)构成的MEA(Membrane-Electrode-Assembly 膜-电极组件)、密封垫圈以及导电性 隔板。在隔板上设置有用于使燃料气体或者氧化剂气体(以下将这些气体称之为反应气 体)在与气体扩散电极相接触的主面上流通的沟槽状的反应气体通道(燃料气体通道或者 氧化剂气体通道)。而且，由一对隔板夹住在周缘部配置有密封垫圈的MEA，从而构成了单 电池。另外，层叠多个以如此方式构成的单电池并用端板夹住被层叠的单电池的两端，通过 由联结器具联结该端板和单电池，从而形成PEFC。在像这样的PEFC的单电池中，在阳极上发生由化学式(1)所表示的反应，在阴极 上发生由化学式(2)所表示的反应。H2 — 2H++2e-(l)l/202+2H++2e — H20(2)还有，PEFC在发电过程中，在阴极上所生成的水的一部分作逆扩散而向阳极移动。然而，在使用氢作为燃料气体并使用空气作为氧化剂气体的情况下，为了将与氢 发生反应的氧提供给阴极，需要大约是氢的2. 5倍的空气，因此已知有氧化剂气体通道的 通道宽度大于燃料气体通道的通道宽度的燃料电池(例如参照专利文献1)。如果将氧化剂 气体通道的通道宽度制成大于燃料气体通道的通道宽度的话，那么在两极之间，隔板和膜 电极组件相接触的面积就会有所不同。因此，在由专利文献1所公开的燃料电池中，通过在 阳极侧隔板和阴极侧隔板的至少一个上配设用于使与膜电极组件(MEA)相接触的面积在 两极上大致相等的辅助部件，从而对从单电池两极侧所受到的面压力进行均勻化。另外，为了防止密封垫圈陷入到反应气体通道中，已知有如下燃料电池用平板将 平板安装于气体通道的端部从而形成隧道状的气体通道，并且使密封部件介于平板与被该 平板覆盖的气体通道区域之间(例如参照专利文献2)。专利文献专利文献1 日本特开2004-327162号公报专利文献2 日本特开2008-91104号公报
技术实现思路
然而，在由专利文献1所公开的燃料电池中，如果以高温低加湿(例如将反应气体 的露点减低到低于燃料电池堆内的温度)的条件运行燃料电池的话，那么在反应气体通道的上游部没有充分进行上述反应，所以不生成水，高分子电解质膜的与反应气体通道的上 游部相对的部分可能会发生干燥，恐怕膜会发生劣化。本专利技术就是为了解决如以上所述的课题而做出的，目的在于提供一种燃料电池以 及具备该燃料电池的燃料电池堆，在高温低加湿条件下运行燃料电池、特别是高分子电解 质型燃料电池那样的情况下，其能够抑制电解质层(高分子电解质膜)的劣化。此外，已知在燃料电池的运行过程中，气体扩散电极(以下称之为电极)上的面向 反应气体通道的部分的水分(液体以及气体的水)含量，低于电极上的与在相邻的反应气 体通道之间形成的肋部相接触的部分的水分含量。图22是表示在燃料电池运行过程中的 电极的水分含量的示意图。本专利技术人为了解决上述现有技术中的问题而进行了反复的悉心研究，结果发现了 以下要点。即发现了 如图22所示，在电极202上的接触于在相邻的反应气体通道203之 间形成的肋部204的部分202A中所存在的水，向电极202上的面向于反应气体通道203的 部分202B侧扩散，从而使电极202的肋部204和反应气体通道203的边界附近的水分含量 高于电极202的部分202B的中央部分的水分含量。换言之，发现了如果远离电极202的接 触于肋部204的部分202A，则水分含量变少。而且，本专利技术人还发现了采用以下所述的构成 对达到上述本专利技术之目的是极为有效的，由此而以至于想到了本专利技术。S卩，本专利技术所涉及的燃料电池具备电解质层_电极组件，其具有电解质层和夹持 该电解质层的一对电极；导电性的第1隔板，其呈板状，且被配设成与所述电解质层-电极 组件相接触，并在与一个所述电极相接触的内表面上形成了沟槽状的第1反应气体通道； 导电性的第2隔板，其呈板状，且被配设成与所述电解质层_电极组件相接触，并在与另一 个所述电极相接触的内表面上形成了沟槽状的第2反应气体通道；以及抑制气体透过所述 电极的1个以上的透气抑制部；所述第1隔板以及所述第2隔板的所述内表面具有第1区 域，从所述第1隔板的厚度方向看，所述第1区域至少包含从所述第1反应气体通道的第1 反应气体的流通方向上的上游端开始与一个所述电极相接触的部分；所述第1隔板以及所 述第2隔板的所述内表面具有第2区域，从所述第1隔板的厚度方向看，所述第2区域至少 包含从所述第2反应气体通道的第2反应气体的流通方向上的上游端开始与另一个所述电 极相接触的部分；在所述第1反应气体通道以及所述第2反应气体通道中的至少一个通道 中，以从所述第1隔板的厚度方向看与所述第1区域相重叠的方式配置有所述透气抑制部， 并且，在所述第1反应气体通道以及所述第2反应气体通道的至少一个通道中，以从所述第 1隔板的厚度方向看与所述第2区域相重叠的方式配置有所述透气抑制部。如以上所述，电极上的面向第1反应气体通道的部分的水分含量低于电极上的接 触于肋部的部分的水分含量相，特别是在电极上的面向第1反应气体通道的第1区域以及 第2反应气体通道的第2区域的区域中，燃料气体和氧化剂气体的电化学反应没有被充分 进行，所以所生成的水量较少。因此，如果是在高温低加湿的条件下进行燃料电池的运行， 那么水蒸汽就会从电极向第1反应气体通道或者第2反应气体通道扩散，从而电极就容易 变得干燥。然而，在本专利技术的燃料电 池中，通过用透气抑制部来构成第1反应气体通道以及/ 或者第2反应气体通道的被形成于第1区域以及/或者第2区域的部分，从而就能够抑制 水蒸汽从电极上的面向于第1区域以及/或者第2区域的区域，向被形成于该区域上的第1反应气体通道以及/或者第2反应气体通道移动，并能够抑制电极甚至于电解质层的干燥。 因此，能够抑制电解质层(高分子电解质膜)的劣化。另外，在本专利技术所涉及的燃料电池中，所述透气抑制部也可以被形成为暗渠状。在 此，所谓“暗渠状”，是指通道是由以盖子覆盖隧道或者开口所成的沟槽形成的。另外，在本专利技术所涉及的燃料电池中，所述第1反应气体通道的所述透气抑制部 可以通过以覆盖部件覆盖所述第1反应气体通道的开口而形成，所述第2反应气体通道的 所述透气抑制部可以通过以覆盖部件覆盖所述第2反应气体通道的开口而形成。另外，在本专利技术所涉及 的燃料电池中，在所述覆盖部件的覆盖所述第1反应气体 通道或者所述第2反应气体通道的部分上可以开孔。由此，能够在抑制水蒸汽从电极上的面向第1区域以及/或者第2区域的区域向 被形成于该区域的第1反应气体通道以及/或者第2反应气体通道移动的同时，将反应气 体提供给电极上的面向第1区域以及/或者第2区域的区域。另外，在本专利技术所涉及的燃料电池中，所述覆盖部件可以由导电性材料构成。另外，在本专利技术所涉及的燃料电池中，所述覆盖部件的多孔度可以小于所述电极 的气体扩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，其特征在于：具备：电解质层－电极组件，其具有电解质层和夹持该电解质层的一对电极；导电性的第１隔板，其呈板状，且被配设成与所述电解质层－电极组件相接触，并在与一个所述电极相接触的内表面上形成了沟槽状的第１反应气体通道；导电性的第２隔板，其呈板状，且被配设成与所述电解质层－电极组件相接触，并在与另一个所述电极相接触的内表面上形成了沟槽状的第２反应气体通道；以及抑制气体透过所述电极的１个以上的透气抑制部；所述第１隔板以及所述第２隔板的所述内表面具有第１区域，从所述第１隔板的厚度方向看，所述第１区域至少包含所述第１反应气体通道的从第１反应气体的流通方向上的上游端起最开始与一个所述电极相接触的部分；所述第１隔板以及所述第２隔板的所述内表面具有第２区域，从所述第１隔板的厚度方向看，所述第２区域至少包含所述第２反应气体通道的从第２反应气体的流通方向上的上游端起最开始与另一个所述电极相接触的部分；在所述第１反应气体通道以及所述第２反应气体通道中的至少一个通道中，以从所述第１隔板的厚度方向看与所述第１区域相重叠的方式配置有所述透气抑制部，并且，在所述第１反应气体通道以及所述第２反应气体通道的至少一个通道中，以从所述第１隔板的厚度方向看与所述第２区域相重叠的方式配置有所述透气抑制部。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2008-9-18 2008-238825一种燃料电池，其特征在于具备电解质层-电极组件，其具有电解质层和夹持该电解质层的一对电极；导电性的第1隔板，其呈板状，且被配设成与所述电解质层-电极组件相接触，并在与一个所述电极相接触的内表面上形成了沟槽状的第1反应气体通道；导电性的第2隔板，其呈板状，且被配设成与所述电解质层-电极组件相接触，并在与另一个所述电极相接触的内表面上形成了沟槽状的第2反应气体通道；以及抑制气体透过所述电极的1个以上的透气抑制部；所述第1隔板以及所述第2隔板的所述内表面具有第1区域，从所述第1隔板的厚度方向看，所述第1区域至少包含所述第1反应气体通道的从第1反应气体的流通方向上的上游端起最开始与一个所述电极相接触的部分；所述第1隔板以及所述第2隔板的所述内表面具有第2区域，从所述第1隔板的厚度方向看，所述第2区域至少包含所述第2反应气体通道的从第2反应气体的流通方向上的上游端起最开始与另一个所述电极相接触的部分；在所述第1反应气体通道以及所述第2反应气体通道中的至少一个通道中，以从所述第1隔板的厚度方向看与所述第1区域相重叠的方式配置有所述透气抑制部，并且，在所述第1反应气体通道以及所述第2反应气体通道的至少一个通道中，以从所述第1隔板的厚度方向看与所述第2区域相重叠的方式配置有所述透气抑制部。2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于 所述透气抑制部被形成为暗渠状。3.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于所述第1反应气体通道的所述透气抑制部是通过以覆盖部件覆盖所述第1反应气体通 道的开口而形成的，所述第2反应气体通道的所述透气抑制部是通过以覆盖部件覆盖所述第2反应气体通 道的开口而形成的。4.如权利要求3所述的燃料电池，其特征在于在所述覆盖部件的覆盖所述第1反应气体通道或者覆盖所述第2反应气体通道的部分 上，开有贯通孔。5.如权利要求3所述的燃料电池，其特征在于 所述覆盖部件由导电性的材料构成。6.如权利要求3所述的燃料电池，其特征在于所述覆盖部件的孔隙率小于所述电极的气体扩散层的孔隙率。7.如权利要求3所述的燃料电池，其特征在于 所述覆盖部件由孔隙率为0的材料所构成。8.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于所述第1反应气体通道的所述透气抑制部与所述第1隔板一体形成，并由在所述第1 隔板中挖出的隧道构成，所述第2反应气体通道的所述透气抑制部与所述第2隔板一体形成，并由在所述第2 隔板中挖出的隧道构成。9.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于在所述第1隔板的所述隧道中设置有在该第1隔板的内表面上开口的贯通孔，在所述第2隔板的所述隧道中设置有在该第2隔板的内表面上...

【专利技术属性】
技术研发人员：玄番美穗，辻庸一郎，
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]