燃料电池的制作方法
【专利说明】燃料电池
[0001]本申请是申请日:2013年3月22日；申请号:201310093477.4 ;发明名称:燃料电池的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种将电解质膜-电极结构体与金属隔板层叠而成的燃料电池，所述电解质膜-电极结构体在电解质膜的两侧设有一对电极。
【背景技术】
[0003]例如，固体高分子型燃料电池通过一对隔板来夹持电解质膜-电极结构体(MEA)，该电解质膜-电极结构体在由高分子离子交换膜构成的电解质膜的两侧设有阳极电极和阴极电极。燃料电池通常多个层叠，并且除了安置在固定场所使用之外，还通过向燃料电池车辆装入而被作为车载用燃料电池系统使用。
[0004]在燃料电池中，在隔板的面内设有用于使燃料气体向阳极电极流动的燃料气体流路(以下，也称为反应气体流路)和用于使氧化剂气体向阴极电极流动的氧化剂气体流路(以下，也称为反应气体流路)。而且，在每个发电电池或每多个发电电池中，在相邻的隔板之间沿着电极面方向设有用于使冷却介质流动的冷却介质流路。
[0005]在这种燃料电池中，为了确保良好的离子传导性，需要对电解质膜进行保湿。因此，采用对作为反应气体的氧化剂气体(例如，空气)或燃料气体(例如，氢气)进行加湿而向燃料电池供给的方式。
[0006]此时，存在有加湿用的水分未被电解质膜吸收而发生液状化并滞留于反应气体流路的情况。另一方面，在燃料电池中，因发电反应而在阴极电极产生生成水，并且所述生成水经由电解质膜而向阳极电极进行反向扩散。因此，在重力的作用下水分发生冷凝而容易滞留在反应气体流路的重力方向下端侧，可能会导致由冷凝水弓I起的溢流(flooding)。
[0007]因此，作为以有效地排出气体并同时高效地进行排水为目的的燃料电池，已知有例如日本专利第3123992号公报(以下，称为现有技术I)所公开的固体高分子型燃料电池。如图25所示，该燃料电池具备框体1，在该框体I的一方的面侧嵌入有单电池2和阴极侧流路基板3，并在所述框体I的另一方的面侧嵌入有阳极侧流路基板4。
[0008]单电池2通过在固体高分子电解质2a上配设阴极2b及阳极2c而构成。在阴极侧流路基板3上形成有多个阴极侧流路3a，另一方面，在阳极侧流路基板4上形成有多个阳极侧流路4a。
[0009]在框体I的上游部形成有:一对水导入岐管孔5a ;将所述水导入岐管孔5a与阳极侧流路4a连通的槽孔5b ;—对燃料气体导入岐管孔6a ;将所述燃料气体导入岐管孔6a与所述阳极侧流路4a连通的槽孔6b。在框体I的下游部形成有:一对燃料气体导出岐管孔7a ;将所述燃料气体导出岐管孔7a与阳极侧流路4a连通的槽孔7b ;—对水导出岐管孔8a ;将所述水导出岐管孔8a与阳极侧流路4a连通的槽孔Sb。
[0010]并且，通过阳极侧流路4a后的未反应的燃料气体从槽孔7b穿过燃料气体导出岐管孔7a而向电池外排出，并且通过所述阳极侧流路4a后的水从槽孔Sb穿过水导出岐管孔8a而向电池外排出。
[0011]然而，在上述的现有技术I中，框体I在燃料气体流动方向上相当长。因此，当将阴极侧流路3a以朝向水平的方式配置时，燃料电池整体的高度方向的尺寸增大，将所述燃料电池搭载于车辆时的搭载空间受限定。
[0012]而且，在阴极侧流路3a中产生基于发电生成的生成水。该生成水可能向重力方向下方移动而滞留，从而导致氧化剂气体的供给不足。
[0013]另外，在燃料电池中，有时使用金属隔板作为隔板。该金属隔板通过将金属薄板成形为波形形状，由此在隔板面的表背分别沿着所述波形形状的凹部(槽部)而设置反应气体流路和冷却介质流路的一部分。冷却介质流路通过将在彼此相邻的金属隔板上成形的槽部彼此重合而形成。
[0014]而且，为了对反应气体流路或冷却介质流路等进行密封，而在金属隔板上一体成形密封构件。此时，在冷却介质流路的最外周，相邻的金属隔板的槽部彼此重合，从而与密封构件之间容易产生间隙。因此，产生冷却介质绕过冷却介质流路而在所述冷却介质流路的外方与密封构件之间流通的所谓捷径(shortcut)。
[0015]因此，已知有例如日本特开2011-171222号公报(以下，称为现有技术2)公开的燃料电池。该现有技术2涉及一种燃料电池，其层叠有长方形形状的金属隔板和在电解质的两侧设有一对电极的电解质-电极结构体，在所述金属隔板之间环绕电极范围而形成有使冷却介质沿着长边方向流通的冷却介质流路，在所述金属隔板上，在长边方向一端侧隔着所述冷却介质流路而设有一对冷却介质供给连通孔，且在长边方向另一端侧隔着所述冷却介质流路而设有一对冷却介质排出连通孔。
[0016]并且，冷却介质流路形成在具有波形形状的多个波状凸部之间，另一方面，设置从金属隔板的外侧与构成所述冷却介质流路的最外周的所述波状凸部的侧部抵接，并且仿形于侧部波形形状的一部分的至少具有凸形形状的闭塞密封部。
[0017]由此，通过简单的结构，能够使冷却介质在冷却介质流路整个区域上良好地流通，从而能够尽量阻止所述冷却介质发生捷径的情况。
【发明内容】
[0018]发明的概要
[0019]本发明用于解决这种问题，其目的在于提供一种通过简单的结构，能够容易且可靠地将容易滞留在电极面内的重力方向下方的生成水从所述电极面排出的燃料电池。
[0020]另外，本发明目的在于提供一种能够通过简单且经济的结构来尽量阻止冷却介质的捷径的燃料电池。
[0021]本发明涉及一种燃料电池，其沿着水平方向层叠有金属隔板和在电解质膜的两侧设有一对电极的电解质膜-电极结构体，并且，电极面为沿着重力方向的铅垂姿态且具有在与层叠方向正交的水平方向上长的横长形状，所述燃料电池设有使作为氧化剂气体或燃料气体的反应气体沿着所述电极面的长度方向流通的反应气体流路。
[0022]在该燃料电池中，在反应气体流路的重力方向下端设有用于将生成水从所述反应气体流路向重力方向下方排出的排水通路，并且，所述排水通路由在金属隔板的所述反应气体流路侧的面及与该面相反的面上交替形成的凹凸形状部构成。
[0023]另外，本发明涉及一种燃料电池，其层叠有金属隔板和在电解质膜的两侧设有一对电极的电解质膜-电极结构体，并且在彼此相邻的所述金属隔板之间设有将该金属隔板成形为波形而使冷却介质流通的冷却介质流路。
[0024]在该燃料电池中，在冷却介质流路的宽度方向的外周部设有迂回限制部，所述迂回限制部用于阻止冷却介质绕过所述冷却介质流路，并且，所述迂回限制部具备至少在一方的金属隔板上一体成形并与另一方的金属隔板抵接的凸部。
[0025]根据本发明，当反应气体沿着在水平方向上长的电极面流通时，因反应而生成水，并且该水容易滞留在所述电极面的重力方向下方。此时，在电极面的重力方向下方设置排水通路，从而移动到所述电极面的重力方向下方的水从所述排水通路向所述电极面的外部排出。
[0026]而且，排水通路由在金属隔板的反应气体流路侧的面及与该面相反的面上交替形成的凹凸形状部构成。因此，仅对金属隔板实施冲压加工即可，能够以简单的结构，容易且可靠地将容易滞留在电极面内的重力方向下方的生成水从所述电极面排出。因此，燃料电池能够良好地维持最佳的发电环境。
[0027]另外，根据本发明，在冷却介质流路的外周部设置的迂回限制部具备至少在一方的金属隔板上一体成形的凸部，并且所述凸部与另一方的金属隔板直接抵接。因此，在冷却介质流路的周围形成的迂回路能够通过凸部可靠地闭塞。由此，能够以简单且经济的结构，尽量阻止冷却介质的捷径。
[0028]上述的目的、特征及优点根据参照【附图说明】的以下的实施方式的说明而容易理解。
【附图说明】
[0029]图1是构成本发明的第一实施方式的燃料电池的发电单元的主要部分分解立体说明图。
[0030]图2是所述发电单元的图1中的I1-1I线剖视说明图。
[0031]图3是所述发电单元的图1中的II1-1II线剖视说明图。
[0032]图4是所述发电单元的图1中的IV-1V线剖视说明图。
[0033]图5是构成所述发电单元的第一金属隔板的主视说明图。
[0034]图6是所述第一金属隔板的图5中的V1-VI线剖视图。
[0035]图7是构成所述发电单元的第二金属隔板的一方的面的说明图。
[0036]图8是所述第二金属隔板的另一方的面的说明图。
[0037]图9是构成所述发电单元的第三金属隔板的一方的面的说明图。
[0038]图10是所述第三金属隔板的另一方的面的说明图。
[0039]图11是构成所述发电单元的第一电解质膜-电极结构体的一方的面的说明图。
[0040]图12是所述第一电解质膜-电极结构体的另一方的面的说明图。
[0041]图13是构成所述发电单元的第二电解质膜-电极结构体的一方的面的说明图。
[0042]图14是所述第二电解质膜-电极结构体的另一方的面的说明图。
[0043]图15是构成本发明的第二实施方式的燃料电池的发电单元的主要部分分解立体说明图。
[0044]图16是所述发电单元的图15中的XV1-XVI线剖视图。
[0045]图17是构成本发明的第三实施方式的燃料电池的发电单元的主要部分分解立体说明图。
[0046]图18是所述发电单元的图17中的XVII1-XVIII线剖视说明图。
[0047]图19是构成所述发电单元的第一金属隔板的一方的面的说明图。
[0048]图20是所述第一金属隔板的另一方的面的说明图。
[0049]图21是构成所述发电单元的第三金属隔板的一方的面的说明图。
[0050]图22是所述第三金属隔板的另一方的面的说明图。
[0051]图23是构成本发明的第四实施方式的燃料电池的发电单元的主要部分分解立体说明图。
[0052]图24是所述发电单元的图23中的XXIV-XX