燃料电池制造技术

本发明专利技术是使膜的湿润状态均匀化从而提高输出电压的燃料电池。对膜电极接合体（10）接合阳极侧气体扩散层（12）、阴极侧气体扩散层（14），对阳极侧气体扩散层（12）接合隔板（20）。在隔板（20）上形成凹部（22）和凸部（24），分别构成气体流路和冷介质流路。使凹部（22）的截面积在下游比上游相对地小，并且使凸部（24）的截面积在下游比上游相对地大，由此改善湿润状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池
本专利技术涉及一种燃料电池，特别涉及隔板的结构。
技术介绍
固体高分子型燃料电池，将包含固体高分子膜的电解质膜用燃料极和空气极的两枚电极夹持形成膜电极接合体（MEA：MembraneElectrodeAssembly），再将该膜电极接合体用两枚隔板夹持形成单元电池（cell），以该单元电池为最小单位，将该单元电池重叠多个作为燃料电池堆得到高输出功率。固体高分子型燃料电池的发电结构众所周知，简单地说，向燃料极（阳极侧电极）供给作为燃料气体的例如含氢气体，向空气极（阴极侧电极）供给作为氧化剂气体的例如主要含有氧的气体或空气。含氢气体通过燃料气体流路向阳极侧电极供给，通过电极催化剂的作用被分解为电子和氢离子。电子通过外部电路向阴极侧电极移动。另一方面，氢离子通过电解质膜到达阴极侧电极，与氧和通过外部电路而来的电子结合，变为反应水。通过氢和氧以及电子的结合反应产生的热，通过冷却水被回收。另外，在阴极侧电极生成的水（以下称为「生成水」）从阴极侧被排出。燃料电池的阳极侧电极和阴极侧电极分别包含催化剂层，该催化剂层层叠有分别用于扩散含氢气体、氧化剂气体的气体扩散层。当通过上述的反应生成的生成水的排出在阴极侧的流路滞留的情况下，有时在阴极侧电极发生闭塞现象（「溢流现象」）。即，如果生成水的排水在阴极侧流路滞留，则阴极侧流路由于生成水而变窄，因此阴极侧流路的流路阻力增大，进而有招致发电输出功率降低的顾虑。下述的专利文献1中，以消除气体扩散性的阻碍和排水性的恶化为目的，公开了下述技术方案：在形成流通供给气体的流路的流路形成构件中，由流通的多个区间构成流路，并且各区间的流路宽度构成为位于供给气体的越下游侧的区间就越窄。在先技术文献专利文献1：日本特开2001-143725号公报
技术实现思路
然而，曾提出了下述构造：作为隔板，形成例如通过对一枚金属板进行压制加工而在表面和背面之间使凹凸形状反转了的压制隔板，向凹部供给含氢气体。向压制隔板的凸部、也就是背侧的凹部供给冷却水从而冷却膜电极接合体。即，气体流路和冷却水流路变为表里（表面和背面）一体结构。这样的压制隔板能够在表里形成气体流路和冷却水流路，因此结构被简化，但燃料电池单元电池内的湿润状态容易变得不均匀。具体地讲，高温时，在气体下游部容易变干燥。即，由于在阴极侧产生生成水，因此通过使该生成水从阴极侧向阳极侧循环，阳极气体上游侧的水分相对变高，但在阳极气体上游侧压力损失（压损）较大因此水分不移动到下游侧，在阳极气体下游侧容易变干燥（干涸）。这样的湿润状态的不均匀性，在压制隔板以外的任意隔板中也可能发生。本专利技术的目的是提供一种燃料电池，其即使在气体流路和冷却水等的冷介质流路使用表里一体的隔板的情况下，也能够改善湿润状态，由此使输出电压提高。本专利技术是一种燃料电池，其特征在于，具备：膜电极接合体；和隔板，其配置在所述膜电极接合体的一侧，在其表面和背面形成表里一体的凹凸形状，在所述膜电极接合体侧的凹部形成气体流路，在与所述膜电极接合体相反的一侧的凹部形成冷介质流路，所述隔板的形成气体流路的凹部的截面积被设定为气体下游侧相对于气体上游侧相对小，所述隔板的形成冷介质流路的凹部的截面积被设定为冷介质下游侧相对于冷介质上游侧相对大。在本专利技术的一实施方式中，所述气体流路是从气体入口到气体出口在直线上排列的笔直流路。另外，在本专利技术的另一实施方式中，所述气体流路是迂回流路。另外，在本专利技术的另一实施方式中，所述气体流路是迂回流路，所述冷介质流路是笔直流路。根据本专利技术，能够改善湿润状态从而提高输出电压。附图说明图1是实施方式中的燃料电池的构成图。图2是实施方式中的气体流路的模式说明图。图3是图2的a-a、b-b、c-c的各截面图。图4是表示实施方式和比较例的比率的表图。图5是表示实施方式和比较例的比率的表图。图6是表示实施方式和比较例的单元电池电压变化的图。图7是实施方式的隔板的平面图。具体实施方式以下，基于附图对于本专利技术的实施方式进行说明。但是，以下的实施方式为例示，本专利技术不限定于以下的实施方式。首先，对于本实施方式的基本构成和基本原理进行说明。本实施方式中的燃料电池，具备膜电极接合体和阳极侧气体扩散层、阴极侧气体扩散层，对阳极侧气体扩散层接合凹凸形成为表里一体的隔板。由于隔板被压制加工，所以适当称为压制隔板。压制隔板的阳极侧气体扩散层的凹部作为气体流路发挥功能，作为反应气体供给氢气。另外，与凹部邻接的凸部、即背面的凹部作为冷介质流路供给冷却水。向压制隔板的凹部供给氢气，但在其下游气体流速变小，因此排水性降低，低温时生成水滞留而可能发生溢流。另外，高温时相反地干燥而可能发生干涸。因此，本实施方式中，在凹凸形成为表里一体的压制隔板中，沿着气体流路使凹部的宽度和凸部的截面积（流路截面积）变化而不是一定的，对于凹部在下游侧与上游侧相比使截面积相对变小，并且对于凸部在下游侧与上游侧相比使截面积相对变大。由于使凹部的截面积在下游侧与上游侧相比相对变小，换句话说在上游截面积相对变大，因此与不是那样的情况相比气体流路的压力损失降低，因此能够使生成水从上游侧向下游侧移动而抑制生成水的滞留，改善湿润状态。再者，生成水在阴极侧产生，阳极侧的气体流路的流动方向和阴极侧的气体流路的流动方向变为相互相反的方向，当在阳极侧的气体流路的上游对应于阴极侧的气体流路的下游，在阳极侧的气体流路下游对应于阴极侧的气体流路的上游的情况下，生成水沿着阴极侧的气体流路向阴极侧的气体流路的下游运送，介由电解质膜运送到阳极侧的上游。由于产生这样的生成水的循环，因此在阳极侧的气体流路的上游侧生成水相对变多，而在本实施方式中，气体流路的上游侧的宽度设定得相对较大，压力损失被降低，因此从阴极侧循环的生成水快速地运送到下游侧，湿润状态被改善。另外，通过使凸部的截面积在下游侧与上游侧相比相对较大，阳极侧气体扩散层和凸部的接触面积或者接触率在下游侧相对变大，相应地下游侧的热传导效率增大。因此，即使在高温时也能够在下游侧高效地夺走热而冷却，高温时的下游侧的干燥、进而干涸被抑制。本实施方式中，可以说是通过共同调整隔板的凹部的截面积和凸部的截面积、即气体流路的截面积和冷却水流路的截面积，来改善膜的湿润状态的。接着，具体地说明本实施方式中的燃料电池。图1表示本实施方式中的燃料电池的截面构造。燃料电池，依次层叠隔板20、隔板30、多孔质体层34、气体扩散片14、MEA10、气体扩散片12、隔板20、隔板30而构成。气体扩散片12、隔板20、隔板30为阳极侧，气体扩散片14、多孔质体层34为阴极侧。气体扩散片14、MEA10、气体扩散片12相互接合构成MEGA。隔板20和隔板30具有矩形的外形，在外周侧设置多个贯通孔形成各种歧管（manifold）。隔板20通过对一枚金属板进行压制加工来形成，凹凸形状在表面和背面之间反转。经由通过在隔板20的外周侧设置的贯通孔而形成的歧管向凹部22a供给高压的氢气。另外，凹部22b经由通过在隔板20的外周侧设置的其他贯通孔而形成的歧管与阳极气体排气系统连接。在该流动的过程中，从气体扩散片12向MEA10的阳极侧电极催化剂层供给氢气。另外，隔板20的凸部24，与隔板30一同作为流通冷却水等冷介质的冷介质流路发挥功能。由凹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，其特征在于，具备：膜电极接合体；和隔板，其配置在所述膜电极接合体的一侧，在其表面和背面形成表里一体的凹凸形状，在所述膜电极接合体侧的凹部形成气体流路，在与所述膜电极接合体相反的一侧的凹部形成冷介质流路，所述隔板的形成气体流路的凹部的截面积被设定为气体下游侧相对于气体上游侧相对小，所述隔板的形成冷介质流路的凹部的截面积被设定为冷介质下游侧相对于冷介质上游侧相对大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池，其特征在于，具备：膜电极接合体；和隔板，其配置在所述膜电极接合体的一侧，在其表面和背面形成表里一体的凹凸形状，在所述膜电极接合体侧的凹部形成气体流路，在与所述膜电极接合体相反的一侧的凹部形成冷介质流路，所述隔板的形成气体流路的凹部的截面积被设定为气体下游侧相对于气体上游侧相对小，从与气体流动的方向垂直的方向来看时的截面图中，形成所述气体流路的凹部的底部的宽度被设定为气体下游侧相对于气体上游侧相对小，与形成所述气体流...

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