燃料电池用金属隔离件构造体、使用了该隔离件构造体的燃料电池和燃料电池堆的制作方法

本发明涉及燃料电池所使用的金属隔离件构造体，更详细而言，涉及即使适用薄型气体扩散层、或采用浅槽通道的气体流路、也能够确保密封设计的鲁棒性的燃料电池用金属隔离件构造体、使用了该隔离件构造体的燃料电池和燃料电池堆。

背景技术：

燃料电池堆是将由一对波形的隔离件夹持膜电极接合体而成的单个单元层叠多个而构成的。并且，是在两个端板间层叠多个上述单个单元、利用紧固螺栓、壳体沿着层叠方向施加紧固载荷而形成的。

在上述膜电极接合体与隔离件之间，沿着反应面形成有气体流路，在相邻的两个隔离件之间形成有冷却介质流路。并且，在上述膜电极接合体的外缘设有密封构件，防止气体等的泄漏。

在专利文献1的日本国特开2011-146247号公报公开有如下内容：若上述单个单元的电极面的面压产生偏差，则有时接触电阻降低而端子电压降低，因此，通过在金属隔离件的面设置应变仪，能够在产生性能降低、液体泄漏之前对燃料电池单元的异常进行检测。

技术实现要素：

发明要解决的问题

上述专利文献1所记载的内容能够检测燃料电池单元的异常，但无法防止异常的产生。

在车载用的燃料电池中，减薄在上述膜电极接合体表面形成的气体扩散层的厚度而使反应气体的扩散性提高，另外，使气体流路浅槽化而使反应气体的流速增加，并且使来自气体流路的水排出性提高，由此，谋求燃料电池的高性能化。

这样的燃料电池产生如下担心：随着气体扩散层的薄层化和气体流路的浅槽化而密封空间减少，鲁棒性降低，反应气体等从燃料电池泄漏。即、若上述密封构件所配设的密封空间的高度减小，上述密封构件的自由长度、换言之密封构件的压缩量变短而密封构件的压缩率的偏差变大，密封性就降低。因而，难以使燃料电池兼具高性能化和可靠性。

本发明是鉴于这样的现有技术所具有的问题而做成的，其目的在于提供一种能够使燃料电池兼具高性能化和可靠性的燃料电池用金属隔离件构造体、使用了该隔离件构造体的燃料电池和燃料电池堆。

用于解决问题的方案

本发明人等为了达成上述目的反复进行了深入研究，结果发现如下内容，从而完成本发明：通过在层叠起来的燃料电池的相邻的波形金属隔离件间插入导电性的衬垫，能够兼顾气体扩散层的薄层化以及气体流路的浅槽化与密封空间的确保，能够达成上述目的。

即、本发明的燃料电池用金属隔离件构造体的特征在于，具备：第1隔离件，其与一个膜电极接合体抵接；第2隔离件，其与另一个膜电极接合体抵接，

在上述第1隔离件与上述一个膜电极接合体之间、以及在上述第2隔离件与上述另一个膜电极接合体之间分别形成有气体流路，在上述第1隔离件与上述第2隔离件之间形成有冷却介质流路，

在上述第1隔离件以及上述第2隔离件与上述膜电极接合体的层叠方向上，在上述膜电极接合体的外缘，上述第1隔离件与上述第2隔离件直接抵接而形成密封槽，并且，在被上述两个膜电极接合体夹着的反应区域中，在上述第1隔离件与上述第2隔离件之间插入有导电构件，上述第1隔离件和上述第2隔离件分别与上述导电构件抵接。

另外，本发明的燃料电池堆的特征在于，该燃料电池堆是上述燃料电池用金属隔离件构造体和膜电极接合体交替地层叠而成的。

而且，本发明的燃料电池是利用两个金属隔离件夹持膜电极接合体而成的燃料电池，其特征在于，在上述膜电极接合体与上述两个金属隔离件之间分别形成有气体流路，在上述金属隔离件与相邻的燃料电池的金属隔离件之间形成有冷却介质流路，

在上述燃料电池的层叠方向上，在上述膜电极接合体的外缘，上述两个金属隔离件分别与相邻的燃料电池金属隔离件直接抵接而形成密封槽，并且，在夹持上述膜电极接合体的反应区域中，上述金属隔离件与相邻的燃料电池的金属隔离件之间插入有导电构件，上述金属隔离件与上述导电构件抵接。

发明的效果

根据本发明，在层叠起来的单个单元的相邻的金属隔离件之间，在反应区域中插入作为衬垫的导电构件，在密封部中不插入上述导电性衬垫，使上述相邻的波形金属板彼此抵接，因此，即使是使气体扩散层薄层化、且使气体流路浅槽化的情况下，也能够确保密封空间，能够使燃料电池兼具高性能化和可靠性。

附图说明

图1是说明燃料电池的立体图(a)和分解立体图(b)。

图2是以分解状态表示单个单元的俯视图。

图3是膜电极接合体(mea)的剖视图。

图4是说明使用了薄型气体扩散层时的密封槽深度的图。

图5是说明插入有导电构件时的密封槽深度的图。

图6是表示在导电构件形成有槽的状态的一个例子的剖视图。

图7是表示使导电构件延长到密封部后的状态的剖视图。

图8是利用角接(日文：角あて)进行了导电构件与密封部的定位后的状态的剖视图。

图9是以分解状态说明具有缺口部的燃料电池用金属隔离件构造体的主要部分俯视图。

具体实施方式

详细地说明本发明的燃料电池用金属隔离件构造体。

本发明的燃料电池用金属隔离件构造体使用于燃料电池堆，该燃料电池堆是将利用一对隔离件夹持膜电极接合体而成的单个单元层叠多个而构成的，该燃料电池用金属隔离件构造体由设于相邻的单个单元的两个膜电极接合体之间的两个隔离件构成。

首先，说明燃料电池堆。在图1中示出燃料电池堆的一个例子。图1所示的燃料电池fc具备层叠体(燃料电池堆)l，该层叠体(燃料电池堆)l是燃料电池用金属隔离件构造体与膜电极接合体交替地层叠多组而成的，由多张矩形板状的燃料电池用单个单元(以下称为“单个单元”。)c构成。

该燃料电池fc在层叠体l的层叠方向的一端部(图1b中的右侧端部)隔着集电板54a和衬垫55设有端板56a，并且在另一端部隔着集电板54b设有端板56b。另外，燃料电池fc在相对于层叠体l而言成为单个单元c的长边侧的两面(图1b中的上下表面)设有紧固板57a、57b，并且，在成为短边侧的两面设有加强板58a、58b。

并且，燃料电池fc是利用螺栓b将各紧固板57a、57b和加强板58a、58b连结于两端板56a、56b而构成的。由此，燃料电池fc成为图1的(a)所示的壳体一体型构造，对层叠体l沿着其层叠方向进行约束、加压而对各单个单元c施加预定的接触面压，良好地维持气体密封性、导电性等。

在上述的燃料电池fc中，如图2所示，单个单元c具备：膜电极接合体2，其在周围具有框架1；第1隔离件3和第2隔离件4，其夹持框架1和膜电极接合体2。

上述第1隔离件3和第2隔离件4是通过例如冲压加工形成的不锈钢等金属板，是表里反向形状的波形的板。因而，单元内表面侧的凸部和凹部的部分反着成为凹部和凸部。

上述第1隔离件3和第2隔离件4在处于反应区域的膜电极接合体2侧的单元内表面侧利用凸部与膜电极接合体2抵接，并且，由凹部形成气体流路g。在单元外表面侧，在第1隔离件与第2隔离件之间形成有冷却介质流路r。

另外，在上述膜电极接合体2的外缘，第1隔离件3和第2隔离件4分别与相邻的燃料电池的隔离件直接抵接而形成密封槽s，在该密封槽s相对而形成的密封部配设有密封构件而防止气体泄漏等。

上述膜电极接合体2是所谓的膜电极组件mea(membraneelectrodeassembly)，如图3所示，是将由固体高分子构成的电解质膜21由阳极侧和阴极侧的电极层22夹持而成的，在催化剂层23的表面设有例如厚度是100μm～250μm的薄型的气体扩散层24。

在图4中示出将单个单元c层叠后的状态的剖视图。如图4的(a)所示，在上述膜电极接合体2的气体扩散层24的厚度较厚的情况下，密封槽s的深度被确保。

不过，在采用较薄的气体扩散层24的情况下，如图4的(b)所示，密封槽s的深度就变浅，配设于该密封槽s的未图示的密封构件的自由长度变短而密封构件的压缩量产生偏差，担心产生气体泄漏等。

此外，图4的(a)、(b)所示的、气体流路g都是浅槽化而成的，在设为深槽的气体流路的情况下，能够确保密封槽s的深度，因此，不产生密封性降低的问题。

在本发明的燃料电池用金属隔离件构造体中，在上述第1隔离件以及上述第2隔离件与上述膜电极接合体的层叠方向上，如图5的(b)所示，在与膜电极接合体2相对的部位、即、在与被两个膜电极接合体夹着的反应区域的第1隔离件3的凸部和第2隔离件4的凹部相对而形成的气体流路g的相反侧插入有成为衬垫的导电构件6。

因而，在反应区域中，通过第1隔离件3和第2隔离件4隔着上述导电构件6抵接，即使是在使气体扩散层24薄层化、且使气体流路g浅槽化的情况下，单个单元的厚度也被确保，另外，通过上述衬垫具有导电性，第1隔离件3与第2隔离件4之间的导通也被确保。

并且，在设于上述膜电极接合体2的外缘的密封部中，通过上述第1隔离件3和第2隔离件4直接抵接，密封槽s的深度比上述气体流路g的深度深，与不具备导电性衬垫的结构(图5的(a))相比较，也显而易见地能够确保密封槽s的深度，防止密封性的降低。

作为上述导电构件6，能够确保单个单元的厚度、且第1隔离件3与第2隔离件4之间的导通能够确保即可，也可以在波形板的凸部设置凸块(突起)、线状的导电性衬垫，但优选的是出于制作容易的观点考虑，成为衬垫的导电构件6是导电板。

也可以是，如图6所示，上述导电板在流路部分形成有槽61，与接触于各隔离件的部分的厚度相比，减薄流路部分的厚度，另外，上述导电板也可以是开孔加工而成的构件、多孔体。通过导电板具有槽、是板状的多孔体等，能够使冷却介质流路r的压力损失降低。

另外，优选的是，设于上述反应区域的外缘的密封部的密封槽s在反应区域侧、即、膜电极接合体侧具有槽深度较浅的部分ss。如图7所示，通过形成槽深度较浅的部分ss，在第1隔离件3与第2隔离件4之间形成有间隙v，通过使上述导电板延伸到该间隙v，如图5的(b)所示，仅位于反应区域的端部的冷却介质流路r不会变宽。

因而，全部的冷却介质流路r的截面积相等，能进行向各冷却介质流路r的均等的分配。

优选的是，如图8所示，上述槽深度较浅的部分ss是以使第1隔离件3、第2隔离件4形成与导电构件6的厚度相同的间隙的方式弯曲而形成的。通过使各隔离件3、4的上述弯曲部31、41与上述导电板的端部62的角抵接，与流路方向正交的方向的定位变得容易。

因而，即使在上述密封部的密封槽s形成有槽深度较浅的部分ss，也能够缩小或者填埋在第1隔离件3与第2隔离件4之间产生的间隙v，即使将单个单元c层叠而进行加压、约束，各隔离件的密封部也不会挠曲。

另外，提高尺寸精度而密封空间的偏差被防止，密封性能提高。

优选的是，在上述导电构件6的与冷却介质流路方向大致正交方向的端部、即、延伸到上述密封槽s的槽深度较浅的部分ss的部位的一部分或全部具有缺口部63。在图9中示出具有缺口部63的导电板以及隔离件3、4的主要部分俯视图。

将与上述导电构件6的缺口部63的形状相应的嵌合部32、42形成于第1隔离件3和第2隔离件4的流路方向的一部分或全部，通过使上述缺口部62与隔离件的嵌合部32、42嵌合，容易进行流路方向的定位，密封性能提高。

附图标记说明

1、框架；2、膜电极接合体；21、电解质膜；22、电极层；23、催化剂层；24、气体扩散层；3、第1隔离件；31、弯曲部；32、嵌合部；4、第2隔离件；41、弯曲部；42、嵌合部；g、气体流路；s、密封槽；ss、槽深度较浅的部分；r、冷却介质流路；v、间隙；54a、集电板；54b、集电板；55、衬垫；56a、端板；56b、端板；57a、紧固板；57b、紧固板；58a、加强板；58b、加强板；6、导电构件；61、槽；62、导电板的端部；63、缺口部；fc、燃料电池；c、单个单元；l、层叠体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2011-146247号公报