燃料电池用分隔件、燃料电池单电池及燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池用分隔件、燃料电池单电池及燃料电池。
【背景技术】
[0002]以往，提出了具备在电解质膜的两面设置电极用的催化剂层而形成的膜电极接合体(MEA:Membrane-Electrode Assembly)和夹持该MEA的分隔件的燃料电池，且被实用化。在包括上述燃料电池的燃料电池系统中，向构成燃料电池的MEA的一方的电极(阳极电极)供给燃料气体并向另一方的电极(阴极电极)供给氧化气体而产生电化学反应，由此进行发电。目前，采用的是将具有单一的MEA的燃料电池单电池层叠多个而构成层叠体(电池组)来产生大的电力的技术。
[0003]构成燃料电池的分隔件是具有设置在与MEA相对的面上的气体流路和用于使反应气体(燃料气体或氧化气体)从外部向气体流路流通的歧管的板状的构件，具有将层叠的燃料电池单电池彼此分隔而防止由于在相邻的单电池间阳极电极与阴极电极接触而发生的短路的功能和使相邻的单电池彼此导通的功能。目前，提出了在设于分隔件的中央区域的发电部与设于分隔件的靠外周的区域的歧管之间的区域设有多个凸部的技术(例如，参照专利文献I)。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献I:日本特开2012-018883号公报
【发明内容】
[0007]在分隔件中，与发电部相比，歧管部分(尤其是形成歧管的歧管梁部)的强度低，因此在层叠单电池时，分隔件的歧管部分沿层叠方向变形，存在密封性下降的问题。关于这一点，在采用专利文献I记载的技术时，虽然存在能够加强发电部与歧管之间的区域的可能性，但是无法抑制歧管梁部的变形，密封性下降的问题依然存在。
[0008]本发明鉴于上述的情况而作出，目的在于抑制燃料电池用分隔件的歧管部分的变形而防止密封性的下降。
[0009]为了实现所述目的，本发明的燃料电池用分隔件具备:发电部，设置在以板状构成的分隔件的面的中央区域;多个歧管，设置在比发电部靠外周的区域;及加强部，以从在多个歧管之间形成的歧管梁部向在发电部与歧管之间形成的间隙区域延伸的方式设置。
[0010]当采用上述结构时，以从在多个歧管间形成的歧管梁部向在发电部与歧管之间形成的间隙区域延伸的方式设置加强部，因此能够抑制歧管部分沿层叠方向变形的情况，能够防止密封性的下降。
[0011]在本发明的燃料电池用分隔件中，可以采用以向形成冷却水流路的面突出的方式形成的突出部作为加强部。在上述情况下，可以采用具有从冷却水入口侧歧管向冷却水流路引导冷却水及/或从冷却水流路向冷却水出口侧歧管引导冷却水的平面形状的突出部。
[0012]当采用上述的结构时，能够使加强部(以向形成冷却水流路的面突出的方式形成的突出部)也作为从冷却水入口侧歧管向冷却水流路引导冷却水及/或从冷却水流路向冷却水出口侧歧管引导冷却水的冷却水引导部起作用。
[0013]本发明的燃料电池用分隔件可以为以与膜电极接合体的阳极侧相对的方式配置的冲压型分隔件，在与膜电极接合体接触的区域未设置凹部。
[0014]当采用上述的结构时，能够抑制配置在阳极侧的冲压型分隔件的歧管梁部沿层叠方向变形的情况。而且，在冲压型分隔件中，由于在与膜电极接合体接触的区域未设置凹部，因此能够提前防止与分隔件接触的膜电极接合体陷入凹部而破损的事态的发生。
[0015]本发明的燃料电池用分隔件可以为以与膜电极接合体的阴极侧相对的方式配置的平坦型分隔件。
[0016]当采用上述的结构时，能够抑制配置在阴极侧的平坦型分隔件的歧管梁部沿层叠方向变形的情况。
[0017]而且，本发明的燃料电池单电池具备所述的燃料电池用分隔件。
[0018]而且，本发明的燃料电池是层叠多个所述的燃料电池单电池而构成的燃料电池。
[0019]发明效果
[0020]根据本发明，能够抑制燃料电池用分隔件的歧管部分的变形而防止密封性的下降。
【附图说明】
[0021]图1是表示本发明的实施方式的燃料电池的概略结构的侧视图。
[0022]图2是表示构成本发明的实施方式的燃料电池单电池的阳极侧分隔件的燃料气体流路侧的面的图。
[0023]图3是表示构成本发明的实施方式的燃料电池单电池的阳极侧分隔件的冷却水流路侧的面的图。
[0024]图4是图3的IV部分的放大图。
[0025]图5是构成本发明的实施方式的燃料电池单电池的阴极侧分隔件的俯视图。
[0026]图6(A)是表示以往的分隔件的歧管梁部附近区域的放大俯视图，(B)是(A)的B-B部分的剖视图。
【具体实施方式】
[0027]以下，参照各图，说明本发明的实施方式。需要说明的是，附图的上下左右等的位置关系只要没有特别说明，就基于附图所示的位置关系。而且，附图的尺寸比率没有限定为图示的比率。而且，以下的实施方式是用于说明本发明的示例，没有将本发明仅限定为该实施方式。而且，本发明只要不脱离其主旨，就能够进行各种变形。
[0028]首先，使用图1，说明本发明的实施方式的燃料电池I的结构。
[0029]本实施方式的燃料电池I具备将多个燃料电池单电池2依次层叠而构成的单电池层叠体3。单电池层叠体3的两端由一对端板4夹持，在以将这些端板4彼此连结的方式配置有由张力板5构成的限制构件的状态下被施加向层叠方向的载荷而紧固。
[0030]由这样的燃料电池单电池2等构成的燃料电池I可以利用作为例如燃料电池车辆(FCHV；FueI Cell Hybrid Vehicle)的车载发电系统，但并不局限于此，也可以用作为搭载于各种移动体(例如船舶或飞机等)或机器人等这样的能够移动自如的结构上的发电系统以及固定的燃料电池。
[0031]燃料电池单电池2由未图示的膜电极接合体(MEA)、夹持MEA的一对分隔件(后文详述的阳极侧分隔件10及阴极侧分隔件20)、配置在一对分隔件间的密封构件、配置在燃料电池单电池2之间的填料等构成。MEA及一对分隔件形成为大致矩形的板状。MEA以其外形比一对分隔件的外形小的方式形成。
[0032]MEA包括由高分子材料的离子交换膜构成的高分子电解质膜(以下，有时称为“电解质膜”)、从两面夹持电解质膜的一对电极(阳极侧扩散电极及阴极侧扩散电极)。电解质膜形成得比各电极大。各电极例如通过热压法接合于该电解质膜。构成MEA的各电极由载持有其表面附着的铂等催化剂的例如多孔的碳原料(扩散层)构成。向一方的电极(阳极)供给氢气等燃料气体，向另一方的电极(阴极)供给空气等氧化气体，通过这两种反应气体在MEA内产生电化学反应而在燃料电池单电池2中产生电动势。
[0033]密封构件在一对分隔件之间形成于MEA的周缘部，经由密封构件粘结MEA或一对分隔件等。作为密封构件，可以使用例如通过与相邻的构件的化学的结合而粘结的粘结剂等。填料对燃料电池单电池2之间进行密封，抑制氧化气体或氢气等的泄漏。作为填料的材料，可以使用通过与相邻的构件的物理性的紧贴而将流体密闭的弹性体、通过与相邻的构件的化学性的结合而进行粘结的粘结剂等。
[0034]接下来，使用图2?图5，说明构成本发明的实施方式的燃料电池单电池2的一对分隔件(阳极侧分隔件10及阴极侧分隔件20)。
[0035]阳极侧分隔件10(图2?图4)及阴极侧分隔件20(图5)由气体不透过性的导电性材料构成。作为导电性材料，例如除了碳或具有导电性的硬质树脂之外，还可列举铝或不锈钢等金属。本实施方式的分隔件10、20的基材由板状的金属形成，在该基材的各电极侧的面上形成有耐蚀性优异的膜(例如通过镀金形成的皮膜)。
[0036]阳极侧分隔件10以与MEA的阳极侧相对的方式配置。阳极侧分隔件10是在其两面上通过冲压而形成了多个槽状的流路的所谓冲压型分隔件。具体而言，在阳极侧分隔件10的与MEA相对的面(内侧的面)的中央区域1A形成有图2所示那样的燃料气体流路11，在其背面(外侧的面)的中央区域1