专利名称：燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池，其通过将电解质电极组件和隔板(separator)交替层叠而形成。该电解质电极组件包括阳极、阴极和插入在该阳极和阴极之间的电解质。
背景技术：
例如，固体聚合物燃料电池采用聚合物离子交换膜作为固体聚合物电解质膜。将固体聚合物电解质膜插入在阳极和阴极之间，以形成膜电极组件。阳极和阴极中的每一个都由电极催化剂和多孔碳制成。该膜电极组件夹在隔板(双极板)之间以形成燃料电池。在使用时，通常将预定数量的燃料电池层叠在一起以形成燃料电池组。
在燃料电池中，将诸如主要包含氢的气体(以下也称为含氢气体)的燃料气体(反应气体)提供给阳极。阳极的催化剂引起燃料气体的化学反应，以将氢分子分裂为氢离子和电子。氢离子通过电解质朝向阴极移动，而电子通过外部电路流向阴极，产生直流电能。将诸如主要包含氧的气体(以下也称为含氧气体)的氧化气体(反应气体)提供给阴极。在阴极处，来自阳极的氢离子与电子和氧结合以产生水。
在燃料电池中，在面向阳极的隔板上形成燃料气体流场，用于向阳极提供燃料气体。在面向阴极的隔板上形成含氧气体流场，用于向阴极提供含氧气体。另外，在阳极侧隔板和阴极侧隔板之间设置有冷却剂流场，以使冷却剂沿着隔板的表面流动。
通常，这种类型的隔板由碳材料形成。然而，已发现由于诸如强度的因素而使得不能使用碳材料形成薄的隔板。因此，近来，试图使用由薄金属板形成的隔板(以下也称为金属隔板)来减小燃料电池的总体尺寸和重量。与碳隔板相比较，金属隔板具有更高的强度，并且可以容易地制造薄金属隔板。可以通过模压成型在金属隔板上形成所需的反应流场，以实现金属隔板厚度的减小。
例如，图18所示的燃料电池1包括膜电极组件5和夹有膜电极组件5的一对金属隔板6a、6b。膜电极组件5包括阳极2、阴极3和插入在阳极2和阴极3之间的电解质膜4。
金属隔板6a在其面向阳极2的表面上具有燃料气体流场7a，用于提供诸如含氢气体的燃料气体。金属隔板6b在其面向阴极3的表面上具有含氧气体流场7b，用于提供诸如空气的含氧气体。金属隔板6a、6b具有与阳极2和阴极3相接触的平面区域8a、8b。此外，在平面区域8a、8b的背面(与接触表面相反的平面)上形成作为冷却剂通路的冷却剂流场9a、9b。
然而，在金属隔板6a、6b中，不可避免地要基于燃料气体流场7a和含氧气体流场7b的形状来确定冷却剂流场9a、9b的形状。具体地，在试图获得长的沟槽时，假设燃料气体流场7a和含氧气体流场7b包括蛇形(serpentine)流动沟槽，大大地限制了冷却剂流场9a、9b的形状。因此，电极表面中的冷却剂的流速不均匀。
因此，在金属隔板6a、6b的冷却剂流场9a、9b的某些区域中冷却剂是停滞的，并且在金属隔板6a、6b的整个表面上冷却剂不能均匀地流动。因此，难以均匀地冷却电极表面以获得稳定的发电性能。
鉴于上述问题，例如，日本特开专利公报2002-75395公开了一种燃料电池的隔板。该隔板为金属隔板，并包括两个具有多个气体流场的波浪形金属板，以及夹在这两个金属板之间的波浪形金属中间板。该金属中间板的两个表面上具有冷却水流场。
然而，根据传统技术，该金属隔板具有三块金属板，包括具有气体流场的两块金属板和在其两个表面上具有冷却剂流场的一块中间金属板。因此，具体地，当将大量的金属隔板层叠以形成燃料电池组时，燃料电池组的组件数量较大，从而增加了生产成本，并且沿金属隔板的层叠方向的尺寸较大。因此，燃料电池组的总体尺寸较大。
发明内容
本发明主要是提供一种具有简单结构的燃料电池，其中冷却剂沿着隔板的表面均匀流动，并且可获得所需的发电性能。
根据本发明，通过沿层叠方向交替地层叠电解质电极组件和隔板来形成燃料电池。该电解质电极组件包括阳极、阴极，以及插入在阳极和阴极之间的电解质。反应气体通路和冷却剂通路沿层叠方向穿过燃料电池延伸。
每一个隔板至少包括层叠在一起的第一和第二金属板。第一金属板具有包括弯曲流动通路的含氧气体流场，用于沿着阴极的电极表面提供含氧气体，而第二金属板具有包括弯曲流动通路的燃料气体流场，用于沿着阳极的电极表面提供燃料气体。
在第一和第二金属板之间形成冷却剂流场，用于沿着隔板的表面提供冷却剂。至少两个缓冲器沿至少两个方向与冷却剂通路分离，并与冷却剂流场相连。在这些缓冲器中的至少一个的远离冷却剂通路的一侧设置一突起，以限制冷却剂的流动。
通常，第一和第二金属板具有含氧气体流场和燃料气体流场。含氧气体流场和燃料气体流场中的每一个都包括弯曲流动通路，例如蛇形流动通路。在第一和第二金属板之间形成冷却剂流场。因此，在冷却剂流场中的冷却剂的流动状态不均匀。
具体地，在第一和第二金属板之间存在重叠部分和交叉部分，在重叠部分中流动沟槽彼此重叠，而在交叉部分中流动沟槽彼此交叉。在重叠部分中，流动沟槽的深度较大，因此流场阻力较小。在交叉部分中，流动沟槽的深度较小，因此流场阻力较大。在冷却剂流场中，与中部的重叠部分相比较，相对的端部的重叠部分较长，并且在相对的端部冷却剂容易流动。
为了解决该问题，在缓冲器的远离冷却剂通路的一侧，即在冷却剂容易流动的位置处设置用于限制冷却剂的流动的突起。
优选地，反应气体通路包括燃料气体供应通路、含氧气体供应通路、燃料气体排放通路和含氧气体排放通路。冷却剂通路包括冷却剂供应通路和冷却剂排放通路。该缓冲器包括沿至少两个方向与冷却剂供应通路分离的至少两个入口缓冲器，该至少两个入口缓冲器与冷却剂流场相连，并且该缓冲器包括沿至少两个方向与冷却剂排放通路分离的至少两个出口缓冲器，该至少两个出口缓冲器与冷却剂流场相连。
此外，优选地，在所述第一金属板上形成有与所述冷却剂供应通路相连的第一入口缓冲器和与所述冷却剂排放通路相连的第一出口缓冲器；并且在所述第二金属板上的与所述第一入口缓冲器和所述第一出口缓冲器的位置不同的位置处，形成与所述冷却剂供应通路相连的第二入口缓冲器和与所述冷却剂排放通路相连的第二出口缓冲器。
此外，优选地，在包括所述燃料气体供应通路、所述含氧气体供应通路、所述冷却剂供应通路、所述燃料气体排放通路、所述含氧气体排放通路和所述冷却剂排放通路在内的六个通路中，三个通路穿过所述隔板的一端延伸，而其它三个通路穿过所述隔板的另一端延伸。所述冷却剂供应通路和所述冷却剂排放通路设置在所述隔板的相对端部的中间位置处。
根据本发明，将所述突起设置在冷却剂容易流动的位置处。在该位置处，限制冷却剂的流动。因此，可以在冷却剂流场实现冷却剂的均匀流动。通过该简单结构，使冷却剂沿着隔板的表面均匀流动，并且可以实现所需的发电性能。
通过下面结合附图的说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加明了，在附图中以说明性示例的方式示出了本发明的优选实施例。
图1是表示根据本发明第一实施例的燃料电池的主要组件的分解立体图；图2是表示燃料电池的冷却剂流场的立体图；图3是表示该冷却剂流场的正视图；图4是表示沿图3中的线IV-IV截取的燃料电池的剖视图；
图5是表示沿图3中的线V-V截取的燃料电池的剖视图；图6是表示沿图3中的线VI-VI截取的燃料电池的剖视图；图7是表示沿图3中的线VII-VII截取的燃料电池的剖视图；图8表示燃料电池的第一金属板的一个表面；图9表示第一金属板的另一表面；图10表示燃料电池的第二金属板的一个表面；图11表示第二金属板的另一表面；图12表示在没有设置突起的比较示例中冷却剂的流速；图13表示第一实施例中的冷却剂的流速；图14是表示根据本发明第二实施例的燃料电池的多个突起之一的剖视图；图15是表示该燃料电池的另一突起的剖视图；图16是表示根据本发明第三实施例的燃料电池的多个突起之一的剖视图；图17是表示该燃料电池的另一突起的剖视图；以及图18是表示通过将膜电极组件夹在一对金属隔板之间而形成的燃料电池的剖视图。
具体实施例方式
图1是表示根据本发明第一实施例的燃料电池10的主要组件的分解立体图。图2是表示燃料电池的冷却剂流场(稍后描述)42的立体图。图3是表示冷却剂流场42的正视图。
通过交替地层叠膜电极组件12和隔板13来形成燃料电池10。每一个隔板13都包括层叠在一起的第一金属板14和第二金属板16(参见图1和图4到7)。
如图1所示，在燃料电池10的沿箭头B表示的水平方向的一端，沿箭头C表示的方向垂直设置有含氧气体供应通路20a，用于提供含氧气体；冷却剂供应通路22a，用于提供冷却剂；以及燃料气体排放通路24b，用于排放诸如含氢气体的燃料气体。含氧气体供应通路20a、冷却剂供应通路22a以及燃料气体排放通路24b沿箭头A表示的层叠方向穿过燃料电池10延伸。
在燃料电池10的沿箭头B表示的水平方向的另一端，在由箭头C表示的方向设置有燃料气体供应通路24a，用于提供燃料气体；冷却剂排放通路22b，用于排放冷却剂；以及含氧气体排放通路20b，用于排放含氧气体。燃料气体供应通路24a、冷却剂排放通路22b以及含氧气体排放通路20b沿箭头A表示的方向穿过燃料电池10延伸。
膜电极组件12包括阳极28、阴极30和插入在阳极28和阴极30之间的固体聚合物电解质膜26。例如，通过使用水浸渍全氟磺酸(perfluorosulfonic acid)薄膜来形成固体聚合物电解质膜26。
将阳极28和阴极30沿箭头B表示的方向的相对端部处的中间位置切除，以提供冷却剂供应通路22a和冷却剂排放通路22b。
阳极28和阴极30中的每一个都具有诸如碳素纸(carbon paper)的气体扩散层(未示出)，以及支承在多孔碳粒子上的铂基合金电极催化剂层(未示出)。将碳粒子均匀地淀积在气体扩散层的表面上。在固体聚合物电解质膜26的两个表面上分别形成阴极30的电极催化剂层和阳极28的电极催化剂层。
如图1和8所示，第一金属板14在其面向膜电极组件12的表面14a上具有含氧气体流场32。含氧气体流场32与含氧气体供应通路20a和含氧气体排放通路20b相连。含氧气体流场32与含氧气体供应通路20a附近的入口缓冲器34a相连，并与含氧气体排放通路20b附近的出口缓冲器34b相连。入口缓冲器34a通过连接沟槽36a与含氧气体供应通路20a相连，并且出口缓冲器34b通过连接沟槽36b与含氧气体排放通路20b相连。
通过含氧气体流场32的多个含氧气体流动沟槽32a来连接入口缓冲器34a和出口缓冲器34b。含氧气体流动沟槽32a具有蛇状结构，以使得含氧气体能够沿箭头B表示的方向来回流动，以及沿箭头C表示的方向移动。含氧气体流动沟槽32a为蛇形沟槽，包括两个转向区域和沿箭头B表示的方向的三个直线区域。
第一金属板14的表面14b和第二金属板16的表面16a彼此相对。当将第一金属板14和第二金属板16层叠在一起时，在表面14b和表面16a之间形成冷却剂流场42。如图2和3中所示，冷却剂流场42例如包括冷却剂供应通路22a的沿箭头C表示的方向的相对端部附近的两个入口缓冲器44、46，并且例如包括冷却剂排放通路22b的沿箭头C表示的方向的相对端部附近的两个出口缓冲器48、50。
分别通过两个入口流动沟槽52、54来连接冷却剂供应通路22a和入口缓冲器44、46，并且分别通过两个出口流动沟槽56、58来连接冷却剂排放通路22b和出口缓冲器48、50。
冷却剂流场42包括直且长的流动沟槽60、62、64和66，其在较低位置处沿箭头B表示的方向延伸；以及直且长的流动沟槽68、70、72和74，其在较高位置处沿箭头B表示的方向延伸。此外，在直的流动沟槽66和直的流动沟槽68之间设置有直的流动沟槽76、78，其沿箭头B表示的方向延伸预定距离。
通过沿箭头C表示的方向延伸的直的流动沟槽80、82来连接直的流动沟槽60到74。直的流动沟槽62到72、76和78通过沿箭头C表示的方向延伸的直的流动沟槽84、86而彼此相连。直的流动沟槽64、66和76以及直的流动沟槽68、70和78分别通过沿箭头C表示的方向断续延伸的直的流动沟槽88、90而彼此相连。
冷却剂流场42由第一金属板14部分地限定，并且由第二金属板16部分地限定。当将第一金属板14和第二金属板16层叠在一起时，在第一金属板14和第二金属板16之间形成冷却剂流场42。
如图9所示，冷却剂流场42的一部分形成在第一金属隔板14的表面14b上。为了易于理解，未示出由第一金属板14的表面14a上的含氧气体流场32的多个沟槽形成的第一金属板14的表面14b上的多个脊部。同样，在图10中，未示出由第二金属板16的表面16a上的燃料气体流场98的多个沟槽形成的第二金属板16的表面16b上的多个脊部。
在表面14b上设置有与冷却剂供应通路22a相连的入口缓冲器44和与冷却剂排放通路22b相连的出口缓冲器50。在表面14b上，作为直的流动沟槽60到78的一部分的沟槽60a到78a沿箭头B表示的方向延伸预定距离，而作为直的流动沟槽80到90的一部分的沟槽80a到90a沿箭头C表示的方向延伸预定距离。
将用于限制冷却剂的流动的突起92a设置在入口缓冲器44的远离冷却剂供应通路22a的一侧，即，位于冷却剂流场42的下端位置处(参见图6和9)。此外，将用于限制冷却剂的流动的突起92b设置在出口缓冲器50的远离冷却剂排放通路22b的一侧，即，位于冷却剂流场42的上端位置处。通过模压成型在第一金属板14上一体地形成突起92a、92b，并在表面14a上形成多个凹进部分(recess)。这些凹进部分用作为用于防止含氧气体进入的封闭结构。
通过喷注成型在第一金属板14的表面14a、14b上一体地形成第一密封构件94，以覆盖(夹着)第一金属板14的外缘。第一密封构件94是包括如图8所示的线密封件94a的平面密封件。围绕含氧气体供应通路20a、含氧气体排放通路20b和含氧气体流场32形成线密封件94a，以防止含氧气体的泄漏。线密封件94a包括连接沟槽36a、36b的分隔壁。
如图10所示，在第二金属板16的表面16a上形成入口缓冲器46和出口缓冲器48。在表面16a上，作为直的流动沟槽60至78的一部分的沟槽60b至78b沿箭头B表示的方向延伸预定距离，而作为直的流动沟槽80至90的一部分的沟槽80b至90b沿箭头C表示的方向延伸预定距离。
在冷却剂流场42中，在沿箭头B表示的方向延伸的直的流动沟槽60至78的一部分处，沟槽60a至78a与沟槽60b至78b彼此相对，以形成主流场。冷却剂流场42中的主流场的截面积是冷却剂流场42的其它部分的截面积的两倍(参见图2和图3)。由第一金属板14和第二金属板16的表面14b、16b上的沟槽来部分地限定直的流动沟槽80至90，部分地限定在第一金属板14的一个表面14b上，并且部分地限定在第二金属板16的一个表面16a上。
如图10所示，将用于限制冷却剂的流动的突起96a设置在入口缓冲器46的远离冷却剂供应通路22a的一侧，即，位于冷却剂流场42的上端位置处。此外，将用于限制冷却剂的流动的突起96b设置在出口缓冲器48的远离冷却剂排放通路22b的一侧，即，位于冷却剂流场42的下端位置处。如图11所示，突起96a、96b在表面16b上形成多个凹进部分。这些凹进部分用作为用于防止燃料气体进入的封闭结构。
第二金属板16在其面对膜电极组件12的表面16b上具有燃料气体流场98。燃料气体流场98与燃料气体供应通路24a附近的入口缓冲器100a相连，并与燃料气体排放通路24b附近的出口缓冲器100b相连。
入口缓冲器100a通过多个连接沟槽102a与燃料气体供应通路24a相连，并且出口缓冲器100b通过多个连接沟槽102b与燃料气体排放通路24b相连。燃料气体流场98包括多个燃料气体流动沟槽98a，这些燃料气体流动沟槽98a具有蛇形结构，以使得燃料气体能够沿箭头B表示的方向来回流动，以及沿箭头C表示的方向移动。燃料气体流动沟槽98a为包括两个转向区域和三个直线区域的蛇形沟槽。
通过喷注成型在第二金属板16的表面16a、16b上一体地形成第二密封构件104，以覆盖(夹着)第二金属板16的外缘。第二密封构件104为平面密封件，包括如图10所示的线密封件104a和如图11所示的线密封件104b。围绕冷却剂供应通路22a、冷却剂排放通路22b和冷却剂流场42形成线密封件104a，以防止冷却剂的泄漏。围绕燃料气体供应通路24a、燃料气体排放通路24b和燃料气体流场98形成线密封件104b，以防止燃料气体的泄漏。
线密封件104a包括入口流动沟槽52、54的分隔壁和出口流动沟槽56、58的分隔壁(参见图10)。线密封件104b包括连接沟槽102a、102b的分隔壁(参见图11)。
下面将描述根据本发明第一实施例的燃料电池10的操作。
如图1所示，将含氧气体提供给含氧气体供应通路20a，将诸如含氢气体的燃料气体提供给燃料气体供应通路24a，并且将诸如纯净水、乙二醇或油的冷却剂提供给冷却剂供应通路22a。
含氧气体从含氧气体供应通路20a流入第一金属板14的含氧气体流场32中。如图8所示，含氧气体流过入口缓冲器34a，并分布到含氧气体流动沟槽32a中。含氧气体沿膜电极组件12的阴极30流过蛇形结构的含氧气体流动沟槽32a。
燃料气体从燃料气体供应通路24a流入第二金属板16的燃料气体流场98中。如图11所示，燃料气体流过入口缓冲器100a，并分布到燃料气体流动沟槽98a中。燃料气体沿膜电极组件12的阳极28流过蛇形结构的燃料气体流动沟槽98a。
因此，在膜电极组件12中，在阴极30和阳极28的催化剂层处的电化学反应中消耗了提供给阴极30的含氧气体和提供给阳极28的燃料气体，以产生电。
在阴极30处消耗了含氧气体后，该含氧气体通过出口缓冲器34b流入含氧气体排放通路20b中(参见图8)。同样，在阳极28处消耗了燃料气体后，该燃料气体通过出口缓冲器100b流入燃料气体排放通路24b中(参见图11)。
提供给冷却剂供应通路22a的冷却剂流入第一金属板14和第二金属板16之间的冷却剂流场42中。如图2至5所示，来自冷却剂供应通路22a的冷却剂沿箭头C表示的方向流过入口流动沟槽52、54，并流进入口缓冲器44、46中。
冷却剂从入口缓冲器44、46沿箭头B表示的方向水平地分布到直的流动沟槽60至78中。冷却剂还流过直的流动沟槽80至90。因此，冷却剂被提供给膜电极组件12的整个发电表面。然后，冷却剂流过出口缓冲器48、50，并通过出口流动沟槽56、58排放到冷却剂排放通路22b中。
在第一实施例中，如图2和3所示，在冷却剂流场42中，沿箭头B表示的方向延伸的直的流动沟槽60至78的主流场具有较大的截面积。主流场的沟槽沿箭头C表示的垂直方向的外部位置处较长。具体地，在直的流动沟槽60至78中，直的流动沟槽66、68最短，而流动沟槽60、74最长。在主流场的多个流动沟槽的长度之间的差异相当大。当冷却剂从入口缓冲器44流向直的流动沟槽66、68时，冷却剂流过流场阻力较大的交叉区域。此外，当冷却剂从直的流动沟槽66、68流向出口缓冲器48时，冷却剂再次流过交叉区域。因此，冷却剂的流速在直的流动沟槽66、68中较小。因此，在箭头B表示的方向上沿直的流动沟槽66至78流动的冷却剂的流速可能不均匀。流过位于上、下相对的端部位置处的直的流动沟槽60、74的冷却剂的流速可能显著增加。
因此，为了克服该问题，在第一实施例中，将用于限制冷却剂的流动的突起92a、96b分别设置在入口缓冲器44和出口缓冲器48的下侧。同样，将用于限制冷却剂的流动的突起96a、92b分别设置在入口缓冲器46和出口缓冲器50的上侧。
如图6所示，在入口缓冲器44处，设置在第一金属板14的表面14b上的突起92a与第二金属板16的表面16a接触，以限制冷却剂的流动。如图7所示，在入口缓冲器46处，第二金属板16上的突起96a与第一金属板14的表面14b接触，以限制冷却剂的流动。
同样，在出口缓冲器48、50处，第二金属板16的突起96b与第一金属板14的表面14b接触，并且第一金属板14的突起92b与第二金属板16的表面16a接触，以限制冷却剂的流动。
因此，在沿箭头C表示的方向的相对端部位置(在冷却剂流场42的上、下端部位置)处，限制了冷却剂的流动。因此，对于所有直的流动沟槽60至78可以沿箭头B表示的方向实现冷却剂的均匀流动。进行实验来检测未在入口缓冲器44、46和出口缓冲器48、50处设置突起92a、96a、96b、92b的情况下冷却剂流过冷却剂流场42的流速。图12中示出了实验结果。在图12中，在冷却剂流场42的上、下端部位置处冷却剂的流速较大。此外，在直的流动沟槽66、68中冷却剂的流速较小。
相反，在第一实施例中，如图13所示，由于将突起92a、96a、96b、92b设置在冷却剂流场42的上、下端部位置上，所以实现了沿箭头C表示的方向的冷却剂的均匀流速。因此，在第一实施例中，通过该简单的结构，在隔板的表面中均匀且可靠地提供冷却剂，并且可以实现所需的发电性能。
图14是表示根据本发明第二实施例的燃料电池10a的突起92c的剖视图。图15是表示燃料电池10a的突起96c的剖视图。使用相同的标号表示与根据第一实施例的燃料电池10相同的组成元件，并且将省略对其的描述。同样，在稍后描述的第三实施例中，使用相同的附图标记表示与根据第一实施例的燃料电池10相同的组成元件，并且将省略对其的描述。
突起92c包括形成在第一金属板14的表面14b上的突起110。突起110由橡胶材料制成，并且一体地形成在第一金属板14的表面14b上。突起110与第二金属板16的表面16a接触，以限制冷却剂的流动。同样，如图15所示，突起96c包括一体地形成在第二金属板16地表面16a上的橡胶材料的突起112。突起112与第一金属板14的表面14b接触，以限制冷却剂的流动。
在第二实施例中，使用橡胶材料在第二金属板16和第一金属板14上分别一体地形成突起112、110。在第二实施例中，可以获得与第一实施例(其中，通过模压成型来提供突起92a、96a)相同的优点。
图16是表示根据本发明第三实施例的燃料电池10b的突起92d的剖视图。图17是表示燃料电池10b的突起96d的剖视图。
突起92d包括由橡胶制成的突起114，并且被预先形成为预定的形状。将突起114接合到第一金属板14的表面14b上。突起114与第二金属板16的表面16a接触。同样，如图17所示，突起96d包括由橡胶制成的突起116，并被预先形成为预定的形状。将突起116接合到第二金属板16的表面16b上。突起116与第一金属板14的表面14b接触。因此，在第三实施例中，可以获得与第一和第二实施例相同的优点。
尽管已参照优选实施例详细示出并描述了本发明，但是应该理解，对于本领域的技术人员，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变化和修改。
权利要求
1.一种燃料电池，其通过沿层叠方向交替地层叠电解质电极组件(12)和多个隔板(13)而形成，所述电解质电极组件(12)包括阳极(28)和阴极(30)以及插入在所述阳极(28)和所述阴极(30)之间的电解质(26)，其中，反应气体通路(20a)和冷却剂通路(22a)沿所述层叠方向穿过所述燃料电池延伸；所述多个隔板(13)中的每一个都至少包括层叠在一起的第一和第二金属板(14、16)；所述第一金属板(14)具有包括弯曲流动通路的含氧气体流场(32)，用于沿所述阴极(30)的电极表面提供含氧气体，并且所述第二金属板(16)具有包括弯曲流动通路的燃料气体流场(98)，用于沿所述阳极(28)的电极表面提供燃料气体；在所述第一和第二金属板(14、16)之间形成冷却剂流场(42)，用于沿所述隔板(13)的表面提供所述冷却剂；至少两个缓冲器(44)沿至少两个方向与所述冷却剂通路(22a)分离，并与所述冷却剂流场(42)相连；并且在所述多个缓冲器(44)中的至少一个的远离所述冷却剂通路(22a)的一侧设置突起(92a)，用于限制所述冷却剂的流动。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述反应气体通路包括燃料气体供应通路(24a)、含氧气体供应通路(20a)、燃料气体排放通路(24b)和含氧气体排放通路(20b)；所述冷却剂通路包括冷却剂供应通路(22a)和冷却剂排放通路(22b)；并且所述缓冲器包括至少两个入口缓冲器(44)，这些入口缓冲器沿至少两个方向与所述冷却剂供应通路(22a)分离，并与所述冷却剂流场(42)相连，并且所述缓冲器包括至少两个出口缓冲器(48)，这些出口缓冲器沿至少两个方向与所述冷却剂排放通路(22b)分离，并与所述冷却剂流场(42)相连。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，其中，在所述第一金属板(14)上形成有与所述冷却剂供应通路(22a)相连的第一入口缓冲器(44)以及与所述冷却剂排放通路(22b)相连的第一出口缓冲器(50)；并且在所述第二金属板(16)上的与所述第一入口缓冲器(44)和所述第一出口缓冲器(50)的位置不同的位置处，形成有与所述冷却剂供应通路(22a)相连的第二入口缓冲器(46)以及与所述冷却剂排放通路(22b)相连的第二出口缓冲器(48)。
4.根据权利要求2所述的燃料电池，其中，在包括所述燃料气体供应通路(24a)、所述含氧气体供应通路(20a)、所述冷却剂供应通路(22a)、所述燃料气体排放通路(24b)、所述含氧气体排放通路(20b)和所述冷却剂排放通路(22b)在内的六个通路中，三个通路穿过所述多个隔板(13)的一端延伸，而其它三个通路穿过所述多个隔板(13)的另一端延伸；并且所述冷却剂供应通路(22a)和所述冷却剂排放通路(22b)设置在所述多个隔板(13)的相对端部的中间位置处。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述突起(92a)通过模压成型而一体地形成在所述第一金属板(14)或所述第二金属板(16)上。
6.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述突起(110)由橡胶材料制成，并且一体地形成在所述第一金属板(14)或所述第二金属板(16)上。
7.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述突起(114)由橡胶材料制成，并接合到所述第一金属板(14)或所述第二金属板(16)上。
全文摘要
一种燃料电池(10)，其通过交替地层叠膜电极组件(12)和多个隔板(13)而形成。每一个隔板(13)都包括第一和第二金属板(14、16)。在第一和第二金属板(14、16)之间形成冷却剂流场(42)。冷却剂流场(42)与入口缓冲器(44、46)和出口缓冲器(48、50)相连。在入口缓冲器(44、46)和出口缓冲器(48、50)处，在冷却剂流场(42)的上、下端部位置上设置多个突起(92a、96a和96b、92b)，用于限制冷却剂的流动。
文档编号H01M8/04GK1638177SQ20041001153
公开日2005年7月13日 申请日期2004年12月24日 优先权日2003年12月25日
发明者杉浦诚治, 后藤修平, 毛利昌弘 申请人:本田技研工业株式会社