燃料电池堆的电池构造
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种由多个单元电池层叠而成的燃料电池堆的电池构造。
【背景技术】
[0002]以往，作为燃料电池堆的电池构造，以燃料电池堆构造为名称记载于专利文献I。专利文献I所记载的燃料电池堆构造是利用一对分隔件夹住膜电极接合体(MEA)而构成电池(单元电池)。膜电极构造体在其周围具有夹着电解质膜的硬质的树脂框架，并将树脂框架的局部作为非发电区域。而且，燃料电池堆构造以如下方式构成:层叠上述电池而构成多电池模块，将该多电池模块在电池层叠方向上串联地排列多个，再利用缝隙密封垫将多电池模块之间密封。
[0003]专利文献1:日本国特开2005-190706号公报
【发明内容】
_4] 发明要解决的问题
[0005]在上述那样的燃料电池堆中，为了实现单元电池的薄型化，提出一种利用一对较薄的膜夹住膜电极接合体的周围并将该膜的局部作为框架的燃料电池堆。在使用了这样的框架的单元电池中，为了防止由雨水、结露水等外部的水引起的单元电池间的短路(液结)，将框架形成得比分隔件大一圈，在进行层叠以构成燃料电池堆时，将相邻的框架彼此沿着整周粘接起来，将该粘接部位作为密封部。
[0006]但是，在上述燃料电池堆中，理所当然，也在膜电极接合体和分隔件之间沿着整周存在密封部，因此，与上述框架彼此的密封部一起而使外周部成为双重密封构造，并且在内外的密封部之间形成闭合空间。因此，在燃料电池堆中，当在粘接剂固化前施加电池层叠方向的荷重时，存在被封闭在闭合空间的空气局部地割开呈线状涂覆的粘接剂而被放出的风险，而解决这样的问题点成为了课题。
[0007]本发明着眼于上述以往的课题而做成，目的在于提供一种于在外周部具有双重密封构造的燃料电池堆中能够防止用于形成密封部的粘接剂的破损的燃料电池堆的电池构造。
_8] 用于解决问题的方案
[0009]本发明的燃料电池堆的电池构造是一种由具有利用一对分隔件夹持着膜电极接合体的构造的单元电池层叠而成的燃料电池堆的电池构造，膜电极接合体在其周围具有比分隔件的周缘部向外侧延伸的的大小的框架。而且，燃料电池堆的电池构造形成为如下结构:在框架的位于从在电池层叠方向上相邻的框架彼此的密封部(粘接部位)到膜电极接合体和分隔件之间的密封部为止的范围内的部分上设置有与框架的表背面连通的连通孔，并将上述结构作为解决以往的课题的方法。
[0010]发明的效果
[0011]本发明的燃料电池堆的电池构造例如即使在制造时在电池层叠方向上施加荷重，也能使形成于内外的密封部之间的空间的空气从连通孔向外部流出，因此，在空气压力不会局部升高、且在外周部具有双重密封构造的燃料电池堆中，能够防止用于形成密封部的粘接剂的破损。
【附图说明】
[0012]图1是燃料电池堆的立体图⑷和立体分解图⑶。
[0013]图2是说明本发明的第I实施方式的分隔件和膜电极接合体的俯视图㈧、以及基于图A中的A-O-A线的电池模块的剖视图(B)。
[0014]图3是用于说明本发明的第2实施方式的分隔件和膜电极接合体的俯视图㈧、端板的俯视图(B)以及端板的剖视图(C)。
[0015]图4是说明本发明的第3实施方式的电池模块的剖视图。
[0016]图5是说明本发明的第4实施方式的电池模块的剖视图。
[0017]图6是说明本发明的第5实施方式的电池模块的剖视图。
[0018]图7是说明本发明的第6实施方式的电池模块的剖视图㈧和图A中的圆B部分的放大剖视图(B)。
[0019]图8是表示本发明的第7实施方式的电池模块的连通孔部分的截面和平面的说明图(A)以及表示连通孔的其他形状例的俯视图(B)。
[0020]图9是说明本发明的第8实施方式的框架的主要部件的剖视图(A)以及表示粘接前的状态的剖视图(B)。
[0021]图10是表示所涂覆的粘接剂被空气割开的状态的俯视图(A)以及表示空气使所涂覆的粘接剂变形的状态的俯视图(B)。
【具体实施方式】
[0022](第I实施方式)
[0023]尤其如图1的⑶所示，图1所示的燃料电池堆FS具有:将多个单元电池C彼此层叠而一体化的至少两个以上的电池模块M ;夹设在电池模块M彼此之间的密封板P。图示例的单元电池C和密封板P呈具有大致相同的纵横尺寸的长方形形状。另外，在图1的(B)中，虽然示出了两个电池模块M、一个密封板P，但实际上是层叠两个以上的电池模块M和一个以上的密封板P。
[0024]另外，燃料电池堆FS在电池模块M的层叠方向上的两端部分别配置有端板56A、56B，并且在成为单元电池C的长边侧的两个面(图1中的上下面)设置有连结板57A、57B，并且在成为短边侧的两个面设置有加强板58A、58B。各连结板57A、57B和加强板58A、58B通过未图示的螺栓连结于两个端板56A、56B。
[0025]这样一来，燃料电池堆FS成为如图1的(A)所示那样的壳体一体型构造，通过对各电池模块M和密封板P在层叠方向上进行约束和加压而对各个单元电池C施加规定的接触面压力，从而维持良好的气体密封性、导电性等。
[0026]如图2所示，单元电池C具有膜电极接合体I和用于夹持膜电极接合体I的一对分隔件2、2，并且在膜电极接合体I和各分隔件2、2之间形成有阳极气体和阴极气体各自的气体流路GA、GC。
[0027]膜电极接合体I通常被称作MEA(Membrane Electrode Assembly)，虽省略了详细的图示，但其具有利用阳极电极层和阴极电极层夹持着由固体高分子构成的电解质层的构造。另外，膜电极接合体I的外周部分利用一对较薄的树脂膜夹持，并将该树脂膜的局部作为框架3。作为该树脂膜的材料，例如能够举出聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)以及聚偏二氟乙烯(PVDF)等。
[0028]如图2所示，各分隔件2是具有表背翻转形状的金属制的板构件，例如是不锈钢制，能够通过冲压加工而成形为适合的形状。分隔件2将至少与膜电极接合体I对应的部分形成为截面凹凸形状。该分隔件2在长边方向连续地具有截面凹凸形状，在使波形凸部与膜电极接合体I接触的同时，在波形凹部和膜电极接合体I之间形成阳极的气体流路GA和阴极的气体流路GC。
[0029]如图1和图2所示，上述单元电池C在短边两侧分别排列有三个歧管孔Hl?H3、H4?H6。这些歧管孔Hl?H6分别形成在膜电极接合体I的框架3、各分隔件2的相同位置，在构成单元电池C时彼此连通。
[0030]图2的(A)的左侧所示的各歧管孔Hl?H3从上侧开始依次是阴极气体供给用(Hl)、冷却液排出用(H2)以及阳极气体排出用(H3)，以各歧管孔在层叠方向上彼此连通的方式形成各个歧管。另外，图2的(A)的右侧所示的各歧管孔H4?H6从上侧开始依次是阳极气体供给用(H4)、冷却液供给用(H5)以及阴极气体排出用(H6)，以各歧管孔在层叠方向上彼此连通的方式形成各个歧管。各歧管孔Hl?H6的供给和排出的位置关系也可以一部分或者全部颠倒过来。
[0031]另外，虽然省略图示，在歧管孔Hl?H6的周围配置有密封材料。这些密封材料也作为粘接剂发挥作用，将膜电极接合体(包含框架3) I和分隔件2气密地相接合。另外，配置于歧管孔Hl?H6的周围的密封材料用于维持各歧管的气密性，而且为了供给与各层间对应的流体而在对应的部位具有开口。
[0032]上述单元电池C层叠规定数量而形成电池模块M。此时，在相邻的单元电池C彼此之间形成有冷却液(例如水)的流路F，在相邻的电池模块M彼此之间也形成有冷却液的流路F。因此，上述密封板P配置在电池模块M彼此之间、即配置在冷却液的流路F内。
[0033]上述密封板P在基板50的两端部形成有与单元电池C相同的歧管孔Hl?H6。基板50是对具有导电性的一张金属板进行成形而成的，形成为俯视观察时具有与上述单元电池C大致相同的形状、相同的尺寸。由于该基板50由导电性金属板形成，能够长时间稳定地进行通电。
[0034]密封板P在各歧管孔Hl?H6的周围具有未图不的密封构件，并且在基板50的周缘部分的整周设置有外周密封构件52和内周密封构件53。这些密封构件52、53彼此隔开规定间隔地互相平行地配置。该密封板P利用外周密封