燃料电池制造技术

燃料电池具备：发电体层，其包括电解质膜、正极和负极；分隔件；和气体流路层，其具备配置于发电体层与分隔件之间的气体流路层。气体流路层具有以下结构：向分隔件侧凸的第一凸部和向发电体层侧凸的第二凸部交替地排列成的波形截面的多个波形元件进行排列，使得一个波形元件的第一凸部的顶面与相邻的波形元件的第二凸部的底面形成一体的面，且在波形元件间形成多个贯通孔。多个波形元件包括配置成与相邻的波形元件相比第一凸部及第二凸部的位置向第一方向的正侧偏离的波形元件和配置成向第一方向的负侧偏离的波形元件。沿第二凸部的位置在气体流路层的分隔件侧形成的第一反应气体流路的体积比沿第一凸部的位置在气体流路层的发电体层侧形成的第二反应气体流路的体积小。

【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，特别涉及在发电体层与分隔件之间具备气体流路层的燃料电池。
技术介绍
燃料电池例如固体高分子型燃料电池，通过分别向夹着电解质膜配置的一对电极(正极和负极)供给反应气体(燃料气体及氧化气体)来引起电化学反应，将物质所具有的化学能直接转换为电能。以往，已知有一种技术，在燃料电池中，通过在包含电解质膜和一对电极的发电体层与分隔件之间设置使用膨胀金属(金属板条)而形成的气体流路层，提高反应气体的扩散性，并提高燃料电池的发电效率。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题但是，在上述现有技术中，没有充分考虑伴随发电而生成的生成水对燃料电池的性能产生的影响，燃料电池的性能存在提高的余地。再有，这样的问题不限于具备使用膨胀金属所形成的气体流路层的固体高分子型燃料电池，在发电体层与分隔件之间具备具有反应气体流路的气体流路层的燃料电池中通常是共有的问题。本专利技术为解决上述问题而研制的，其目的是提高在发电体层与分隔件之间具备气体流路层的燃料电池的性能。用于解决问题的技术方案为了解决上述问题的至少一部分，本专利技术可作为以下的方式或应用例来实现。(应用例I)一种燃料电池，其中，具备发电体层，其包括电解质膜、配置于所述电解质膜的一侧的正极和配置于所述电解质膜的另一侧的负极；一对分隔件，其配置成在其间夹着所述发电体层；和气体流路层，其配置于所述发电体层与所述一对分隔件的至少一方之间，所述气体流路层具有以下结构向所述分隔件侧凸的第一凸部与向所述发电体层侧凸的第二凸部沿第一方向交替地排列成的波形截面的多个波形元件，沿与所述层叠方向和所述第一方向大体正交的第二方向排列，使得一个所述波形元件中的所述第一凸部的顶面的至少一部分与相邻的所述波形元件中的所述第二凸部的底面的至少一部分形成一体的面，且在所述波形元件间形成多个贯通孔，构成所述气体流路层的多个所述波形元件，包括配置成与相邻的所述波形元件相比所述第一凸部及所述第二凸部的位置向所述第一方向的正侧偏离的所述波形元件，和配置成与相邻的所述波形元件相比所述第一凸部及所述第二凸部的位置向所述第一方向的负侧偏离的所述波形元件，沿所述第二凸部的位置在所述气体流路层的所述分隔件侧形成的第一反应气体流路的体积，比沿所述第一凸部的位置在所述气体流路层的所述发电体层侧形成且通过所述贯通孔与所述第一反应气体流路连通的第二反应气体流路的体积小。在该燃料电池中，沿第二凸部的位置在气体流路层的分隔件侧形成的第一反应气体流路的体积比沿第一凸部的位置在气体流路层的发电体层侧形成的第二反应气体流路的体积小，因此从发电体层流入气体流路层的第二气体流路的生成水经贯通孔被引入第一反应气体流路内，通过第一反应气体流路而高效地排出。因此，在该燃料电池中，可促进生成水从发电体层排出，且可抑制生成水所导致的浓度过电压的增加而提高输出。此外，在该燃料电池中，在气体流路层中促进水与反应气体的分离，因此可抑制因生成水的存在所导致的气体流路层的压力损失的增加，因此可抑制单元间的反应气体的分配不均而抑制单元间的单元电压不均。此外，在该燃料电池中，构成气体流路层的多个波形元件包括配置成与相邻的波形元件相比第一凸部以及第二凸部的位置向第一方向的正侧偏离的波形元件和配置成向第一方向的负侧偏离的波形元件这两者，因此第一以及第二反应气体流路成为向 左右婉艇的形状，所以可提闻反应气体的扩散性而提闻发电效率。因此，在该燃料电池中，可提高在发电体层与分隔件之间具备气体流路层的燃料电池的性能。(应用例2)应用例I所述的燃料电池，其中，在所述多个波形元件中，所述第二凸部的沿所述第一方向的宽度比所述第一凸部的沿所述第一方向的宽度小。在该燃料电池中，可使沿第二凸部的位置在气体流路层的分隔件侧形成的第一反应气体流路的体积比沿第一凸部的位置在气体流路层的发电体层侧形成的第二反应气体流路的体积小。(应用例3)应用例I或应用例2所述的燃料电池，其中，在所述多个波形元件中，在所述第二凸部的与所述发电体层的表面接触的部分形成有与所述发电体层的表面平行的平坦部。 在该燃料电池中，可在确保生成水从发电体层排出的促进及气体流路层中的水与反应气体的分离的促进的同时，抑制气体流路层向发电体层表面和/或分隔件表面啮入，可抑制燃料电池的输出性能和/或耐久性的下降，并且可抑制因气体流路层的啮入而使气体流路层中的反应气体流路的体积下降所导致的燃料电池的性能下降。(应用例4)应用例3所述的燃料电池，其中，在所述多个波形元件中，所述第一凸部的与所述分隔件的表面接触的接触面积比所述第二凸部的与所述发电体层的表面接触的接触面积大。在该燃料电池中，可在确保生成水从发电体层的排出的促进及气体流路层中的水与反应气体的分离的促进的同时，抑制层间的电阻的增大，且可抑制燃料电池的性能下降。再有，本专利技术能以各种方式实现，例如，可用燃料电池、具备燃料电池的燃料电池系统、具备燃料电池系统的汽车等移动体等方式来实现。附图说明图I是概略地表示本实施例的燃料电池的结构的说明图。图2是表示气体流路层的结构的说明图。图3是表示气体流路层的结构的说明图。图4是表示气体流路层的结构的说明图。图5是表示气体流路层的结构的说明图。图6是表示气体流路层的结构的说明图。图7是示意地表示在负极侧气体流路层132的生成水的状况的说明图。图8是表示气体流路层的制造方法的说明图。图9是表示气体流路层的制造方法的说明图。图10是表示气体流路层的制造方法的说明图。 具体实施例方式接下来，基于实施例来说明本专利技术的实施方式。A.实施例A-1.燃料电池的结构图I是概略地表示本实施例的燃料电池的结构的说明图。本实施例的燃料电池100是比较小型且发电效率优良的固体高分子型燃料电池。燃料电池100具有交替地层叠多个发电体层120与多个分隔件140而成的堆积(stack)结构。此外，燃料电池100具备在发电体层120与分隔件140之间配置的正极侧气体流路层134及负极侧气体流路层132(以下，也统称为“气体流路层”)。再有，在图I中，为了便于理解地示出燃料电池100的结构，仅示出由发电体层120、气体流路层132、134与分隔件140构成的一个单元，并省略其他单元的图示。发电体层120具有电解质膜112、配置于电解质膜112—侧的正极116和配置于电解质膜112另一侧的负极114。由电解质膜112和正极116及负极114 (以下也统称为“催化剂层”)构成的层叠体也被称为MEA (Membrane Electrode Assembly (膜电极组件))。此夕卜，发电体层120还具有配置于正极116的与电解质膜112接触一侧的相反侧的正极侧扩散层124 ;和配置于负极114的与电解质膜112接触一侧的相反侧的负极侧扩散层122。电解质膜112是由氟系树脂材料或烃系树脂材料形成的离子交换膜，在湿润状态下具有良好的质子传导性。催化剂层114、116是提供促进电极反应的催化剂的层，由例如包含担载了白金的碳和电解质的材料形成。正极侧扩散层124及负极侧扩散层122(以下也统称为“扩散层”)是使用于电极反应的反应气体(氧化气体及燃料气体)向面方向(与燃料电池100的层叠方向(参照图I)大体正交的方向)扩散的层，由例如碳布或复写纸(carbonpaper)形成。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：林友和，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：