燃料电池制造技术

一种燃料电池单元电池，具备MEA（10）、阳极侧气体扩散层（12）、阴极侧气体扩散层（14）、阳极侧气体流路（16）、阴极侧气体流路（18）和隔板（20）、（22）。阳极侧气体流路（16）和阴极侧气体流路（18）是相对流路，并且构成气体流路的多孔拉制金属网等的金属多孔体与气体扩散层的接触面积或接触率，被设定得从气体流路的上游朝向下游变小。通过接触面积或接触率的不同，在阳极侧气体流路（16）和阴极侧气体流路（18）之间产生生成水的移动。

【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、特别是气体流路的构成。
技术介绍
固体高分子型燃料电池，将由燃料电极和空气电极这两枚电极夹持由固体高分子膜构成的电解质膜的膜电极组件(膜电极接合体；MEA Membrane Electrode Assembly)进一步用两枚隔板夹持，以由此构成的单元电池为最小单位，重叠多个该单元电池作为燃料电池组得到了高输出功率。固体高分子型燃料电池的发电的结构是众所周知的，简单地说明，向燃料电极(阳极侧电极)供给作为燃料气体的例如氢气，向空气电极(阴极侧电极)供给作为氧化剂气体的例如空气。氢气通过燃料气体流路供给到阳极侧电极，通过电极的催化剂的作用被分解为电子和氢离子。电子通过外部电路移动到阴极侧电极。另一方面，氢离子通过电解质膜 到达阴极电极，与氧和通过外部电路而来的电子结合，变为反应水。通过氢与氧和电子的结合反应而产生的热被冷却水回收。在阴极电极侧生成的水(以下称为「生成水」)从阴极侧被排出。上述的燃料电池的阳极电极和阴极电极，分别包含催化剂层，在该催化剂层上层叠有分别用于扩散燃料气体、氧化剂气体的气体扩散层。然而，在通过上述的反应而产生的生成水的排出在阴极侧滞留的情况下，有时阴极电极产生闭塞现象(溢流！flooding)。因此，由包含碳纤维的层和抗水层(拨水层)构成气体扩散层，利用抗水层促进生成水的排水。也有时将膜电极组件(MEA)和气体扩散层成为一体的构成称为膜电极气体扩散层接合体(MEGA)。专利文献I曾公开了下述构成该构成是由发电部和隔板构成燃料电池单元电池，在隔板的表面形成气体流路，向燃料电极和氧电极供给反应气体的构成，其中，在隔板的背面形成液体通路，通过在液体通路中流动的温度调整水来夺取发电部的热。并且设为下述构成将流体通路的沟槽宽度设定得越往气体流路的下游侧越窄、越往上游侧越宽，越往气体下游侧越少、越往上游侧越多地夺取发电部的热，相对地提高气体下游侧的温度从而抑制发电部的溢流，相对地降低气体上游侧的温度从而抑制发电部的干涸(低湿度状态)。现有技术文献专利文献I :日本特开2008-140640号公报
技术实现思路
如果发生干涸，则电解质膜的质子传导性降低，发电效率降低，因此需要抑制气体上游侧的干涸。但是，在气体流路的上游侧相对地加宽液体通路的沟槽宽度的情况下，由于隔板表面的气体流路和隔板背面的沟槽存在表里的关系，因此用于排出生成水的流路反而变窄从而有排水性降低之虞。因此，在燃料电池中，希望获得在确保排水性抑制溢流的同时，能够切实地防止气体上游侧的干涸的结构。本专利技术是一种燃料电池，其特征在于，具备与阳极侧气体扩散层接触，向上述阳极侧气体扩散层供给燃料气体的阳极侧气体流路；和与阴极侧气体扩散层接触，向上述阴极侧气体扩散层供给氧化剂气体的阴极侧气体流路，上述阳极侧气体流路和上述阴极侧气体流路，是气体的流动方向相互反向的相对流路(对向流路)，构成上述阳极侧气体流路的金属构件与上述阳极侧气体扩散层的接触面积或接触率，被设定得从上述阳极侧气体流路的上游朝向下游变小，构成上述阴极侧气体流路的金属构件与上述阴极侧气体扩散层的接触面积或接触率，被设定得从上述阴极侧气体流路的上游朝向下游变小，在上述阴极侧气体流路的下游，构成上述阴极侧气体流路的 金属构件的接触面积或接触率，被设定得比构成上述阳极侧气体流路的金属构件的接触面积或接触率相对地小，在上述阴极侧气体流路的上游，构成上述阳极侧气体流路的金属构件的接触面积或接触率，被设定得比构成上述阴极侧气体流路的金属构件的接触面积或接触率相对地小。在本专利技术的一个实施方式中，至少构成上述阴极侧气体流路的金属构件是金属多孔体。另外，在本专利技术的另一实施方式中，构成上述阴极侧气体流路的金属构件和构成上述阳极侧气体流路的金属构件是金属多孔体。另外，在本专利技术的另一实施方式中，构成上述阴极侧气体流路的金属构件是金属多孔体，构成上述阳极侧气体流路的金属构件是加强筋。另外，在本专利技术的另一实施方式中，上述金属多孔体是多孔拉制金属网(多孔金属板、金属板网；expanded metal)。另外，在本专利技术的另一实施方式中，构成上述阴极侧气体流路的金属多孔体的接触面积或接触率，在上述阴极侧气体流路的上游、中游、下游这3个部分的每一个部分中为一定，并且下游被设定得比中游小，且中游被设定得比上游小。另外，在本专利技术的另一实施方式中，在阴极侧生成的水在上述阴极侧气体流路的下游从上述阴极侧气体流路向上述阳极侧气体流路移动，并且，在上述阳极侧气体流路的下游从上述阳极侧气体流路向上述阴极侧气体流路移动，在没有来自外部的加湿的无加湿状态下运行。根据本专利技术，在燃料电池中，可在确保排水性抑制溢流的同时抑制干涸。其结果，燃料电池的发电效率提高。附图说明图I是第I实施方式的燃料电池单元电池的截面构成图。图2是表示在第I实施方式中的阳极侧气体流路和阴极侧气体流路的接触面积的变化的图。图3是多孔拉制金属网的外观立体图。图4是表示在第I实施方式中的生成水的循环的说明图。图5是在第I实施方式中的多孔拉制金属网的流路说明图。图6是表示单元电池面内方向(平面方向；in-plane direction)的水分量分布的曲线图。图7是表示温度和单元电池电压的关系的曲线图。图8是表示在第2实施方式中的阳极侧气体流路和阴极侧气体流路的接触面积的变化的曲线图。图9是第3实施方式的燃料电池单元电池的截面构成图。 图10是表示在第3实施方式中的生成水的循环的说明图。具体实施例方式以下，基于附图对本专利技术的实施方式进行说明。再者，以下的实施方式是单纯的例示，本专利技术不限定于以下的实施方式。I.基本原理首先，对于本实施方式的基本原理进行说明。在燃料电池中，与发电相伴产生热和生成水，在阴极侧产生了的生成水在阴极侧气体流路内被空气等的氧化剂气体推压出，从气体流路的上游侧向下游侧流动。因此，在气体上游侧容易变得干涸，在气体下游侧容易变得溢流。为了防止在气体上游侧的干涸，也考虑在将氧化剂气体利用加湿器等从外部加湿后向燃料电池单元电池供给，但由于额外需要加湿器，因此导致成本增加。因此，优选不进行加湿而可以抑制干涸，并且可以抑制溢流。因此，在本实施方式中，将阳极侧气体流路和阴极侧气体流路设定为流动的方向相互反向的相对流路，设定为隔着MEA，阳极侧气体流路的上游侧和阴极侧气体流路的下游侧相对，并且阳极侧气体流路的下游侧和阴极侧气体流路的上游侧相对。另外，在阳极侧气体流路的上游侧和阴极侧气体流路的下游侧隔着MEA而相对的区域，使阴极侧气体流路的下游侧的温度比阳极侧气体流路的上游侧的温度相对地高。另夕卜，在阳极侧气体流路的下游侧和阴极侧气体流路的上游侧隔着MEA而相对的区域，使阳极侧气体流路的下游侧的温度比阴极侧气体流路的上游侧的温度相对地高。在阴极侧气体流路中，生成水被空气等的氧化剂气体推压出而向下游侧流动，但由于阴极侧气体流路的下游侧的温度比阳极侧气体流路的上游侧的温度高，因此流动到阴极侧气体流路的下游侧的生成水，经由MEA向温度相对低的阴极侧气体流路的上游侧移动。并且，移动到阳极侧气体流路的上游侧的生成水，在阳极侧气体流路中被氢气等的燃料气体推压出而向阳极侧气体流路的下游侧流动。阳极侧气体流路的下游侧的温度比阴极侧气体流路的上游侧高，因此流动本文档来自技高网...

【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：石川裕司，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：