专利名称：燃料电池以及燃料电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池，其包括电解质电极组件以及夹持该电解质电极组件的一对隔板。该电解质电极组件包括阳极、阴极、以及插设在阳极与阴极之间的电解质。另外，本发明涉及一种通过堆叠多个燃料电池而形成的燃料电池组。
背景技术：
通常，固体氧化物燃料电池(SOFC)使用离子导电固体氧化物(例如稳定氧化锆)电解质。该电解质插设在阳极与阴极之间，以形成电解质电极组件(电池单元)。该电解质电极组件插设在隔板(双极板)之间。在使用中，将预定数量的电池单元和隔板堆叠在一起，从而形成燃料电池组。
在燃料电池中，含氧气体或空气被供应到阴极。含氧气体中的氧在阴极和电解质之间的界面处被离子化，且氧离子(O2-)通过电解质朝向阳极运动。例如含氢气体或CO的燃料气体被供应到阳极。氧离子与含氢气体中的氢发生反应产生水或与CO反应产生CO2。在反应中释放的电子通过外部电路流向阴极，从而产生DC电能。
在这种燃料电池中，当垂直堆叠大量单元电池和隔板时，因为隔板和单元电池的重量施加在处于较低位置的单元电池上，所以较低位置处的单元电池可能不利地损坏。针对这一问题，希望向燃料电池的每个单元电池均匀地施加载荷。在此方面，例如公知日本专利申请特开第2002-280052号公报公开的结构。
如图17所示，根据日本专利申请特开第2002-280052号公报的公开，燃料电池1由沿垂直方向交替堆叠发电电池2和隔板3而形成。每个发电电池2都包括燃料电极层2b、氧化剂电极层2c、以及插设在燃料电极层2b与氧化剂电极层2c之间的固体电解质层2a。连接件4沿堆叠方向延伸穿过隔板3的外部区域。连接件4与隔板3绝缘。隔板3通过固定件5连接到连接件4上。每个固定件5都用于将一个隔板3或多个隔板3固定到连接件4上。
然而，根据日本专利申请特开第2002-280052号公报的公开，为了均匀地向每个发电单元2施加载荷，除了发电电池2之外还需要连接件4以及固定件5。因此，燃料电池1的水平尺寸较大，并且燃料电池1的每单位体积的发电量较低。另外，需要许多处理来生产燃料电池1(包括发电电池2的堆叠)，从而燃料电池1的生产成本较高。
发明内容
本发明的基本目的在于提供一种具有简单而紧凑结构的燃料电池，其中，优选地将载荷施加到燃料电池需要密封的部分上。
本发明的主要目的在于提供一种使得能可靠地向电解质电极组件施加所需载荷的燃料电池。
本发明的另一目的在于提供一种燃料电池，其中燃料电池的沿堆叠方向的载荷是针对每一电解质电极组件而单独确定的。
本发明的另一目的在于提供一种能实现有效发电的燃料电池组。
根据本发明，提供了一种燃料电池，包括多个在隔板的一个表面与电解质电极组件的各阳极之间形成的燃料气流场，用于向阳极提供燃料气体；多个在所述隔板的另一表面与电解质电极组件的各阴极之间形成的含氧气流场，用于向阴极提供含氧气体；以及多个从燃料气体供应单元分出的且连接到燃料气流场的燃料气体供应通道。
夹持电解质电极组件的隔板的区域被分隔成多个与电解质电极组件的数量相对应的部分，每个所述部分都形成燃料气流场、含氧气流场和燃料气体供应通道。
根据本发明，隔板夹持各电解质电极组件的部分被彼此分开。沿堆叠方向的载荷被分别施加到相邻的电解质电极组件上。因此，吸收了电解质电极组件或隔板的尺寸误差，从而在整个隔板中都不会产生变形。载荷被均匀地施加到每个电解质电极组件上。
另外，可能在电解质电极组件中出现的热变形等不会被传递到相邻的电解质电极组件。因此，在电解质电极组件之间不需要专门的尺寸偏差吸收机构。因此，电解质电极组件彼此紧密接触，并且容易地实现了燃料电池总体尺寸的减小。
优选地，燃料气体供应单元沿电解质电极组件和隔板的堆叠方向延伸，并且燃料电池还包括紧固载荷施加机构，且由该紧固载荷施加机构施加到燃料气体供应单元附近位置处的载荷大于由该紧固载荷施加机构施加到电解质电极组件上的载荷。
另外，优选地，燃料电池包括用于将在电解质电极组件中的反应中所消耗的反应气体作为排气排向电解质电极组件和隔板的堆叠方向的排气通道，并且燃料气体供应通道沿隔板的与沿堆叠方向延伸的排气通道相交的表面延伸。另外，优选地，隔板包括单板件。
另外，根据本发明，在燃料电池组中，燃料电池的相邻电解质电极组件分别夹在隔板之间，并且燃料电池组包括紧固载荷施加机构，用于沿堆叠方向向燃料电池组施加紧固载荷。燃料气体供应单元形成在燃料电池的中心区域处，并且电解质电极组件设置在燃料电池的外部区域中。由紧固载荷施加机构沿堆叠方向施加到燃料电池的中心区域的载荷大于由该紧固载荷施加机构沿堆叠方向施加到燃料电池外部区域上的载荷，而且针对各电解质电极组件分别确定沿堆叠方向施加到燃料电池的外部区域上的载荷。
根据本发明，沿堆叠方向的紧固载荷分别施加到燃料气体供应单元以及夹持电解质电极组件的部分上。紧固载荷施加机构向每个电解质电极组件施加所需的载荷。因此，通过该简单而紧凑的结构，可有选择性地向需要密封的部分施加较大载荷，而向电解质电极组件施加相对小的载荷。因此，实现了所需的密封性能，而且实现了有效发电，而不会损坏电解质电极组件。
本发明的上述和其它目的、特征和优点将从以下结合附图的描述中变得更加明了，在这些附图中通过示例的方式示出了本发明的优选实施例。
图1为示意性地表示通过堆叠多个根据本发明第一实施例的燃料电池而形成的燃料电池组的立体图；图2为表示燃料电池系统的一部分的剖视图，其中燃料电池组布置在外壳中；图3为表示燃料电池的分解立体图；图4为表示燃料电池中气流的局部分解立体图；图5为表示隔板的一个表面的视图；图6为表示隔板的另一表面的视图；图7为表示形成在隔板上的第一和第二突起的立体图；图8为表示燃料电池组的剖视图；图9为示意性地表示燃料电池操作的剖视图；图10为表示固定到隔板上的通道件的视图；图11为表示沿图8中的线XI-XI剖取的燃料电池的剖视图；图12为表示根据本发明第二实施例的燃料电池的分解立体图；图13为表示通过堆叠多个燃料电池而形成的燃料电池组的剖视图；图14为示意性地表示燃料电池的操作的剖视图；图15为表示与图7中示出的第一和第二突起不同的第一和第二突起的平面图；图16为表示与图7和图15中示出的第一和第二突起不同的第一和第二突起的立体图；以及图17为表示在日本专利申请特开第2002-280052号公报中公开的燃料电池的剖视图。
具体实施例方式
图1为示意性地表示通过沿着由箭头A所示堆叠多个根据本发明第一实施例的燃料电池10而形成的燃料电池组12的立体图。图2为表示燃料电池系统16的一部分的剖视图，其中燃料电池组12布置在外壳14中。
燃料电池10为在各种应用中(包括固定应用和移动应用)使用的固体氧化物燃料电池(SOFC)。如图3和图4所示，燃料电池10包括电解质电极组件26。每个电解质电极组件26都包括阴极22、阳极24、以及插设在阴极22与阳极24之间的电解质(电解质板)20。例如，电解质20由离子导电固体氧化物(例如稳定氧化锆)制成。电解质电极组件26具有圆盘形状。电解质电极组件26至少在其外周端部上包括阻挡层，用于防止含氧气体进入。
在一对隔板28之间插设多个(例如，8个)电解质电极组件26以形成燃料电池10。电解质电极组件26与延伸穿过隔板28中心的燃料气体供应通路(燃料气体供应单元)30同心。
如图3所示，例如，每个隔板28都包括例如不锈钢的金属板或碳板。隔板28具有第一小直径端部32。燃料气体供应通路30形成在第一小直径端部32的中心处。该第一小直径端部32通过多个第一桥接件34与每个都具有相对较大直径的圆盘36成一体。第一桥接件34以相等的角度(间隔)从该第一小直径端部32径向向外延伸。圆盘36和电解质电极组件26具有大致相同的尺寸。
如图3、图5和图6所示，相邻的圆盘36通过狭缝38彼此隔开。每个圆盘36都包括分别在两侧上向相邻的圆盘36突出的延伸部40a、40b。在相邻的延伸部40a、40b之间形成有空间42。在每个空间42中都设有挡板44，用于防止含氧气体沿不同于箭头B所示流动方向的方向进入到稍后所述的含氧气流场50中。挡板44在堆叠方向上沿空间42延伸。尽管在图3、图5和图6中示出的挡板44具有V形，但挡板44可具有任何形状，只要挡板44能防止含氧气体进入即可。
每个圆盘36均在其与阳极24接触的表面36a上具有第一突起48。这些第一突起48形成燃料气流场46，用于沿阳极24的电极表面供应燃料气体(见图5)。每个圆盘36均在其与阴极22接触的表面36b上具有第二突起52。第二突起52形成含氧气流场50，用于沿阴极22的电极表面供应含氧气体(见图6)。如图7所示，第一突起48以及第二突起52沿相反方向突出。
在本发明的该实施例中，第一突起48为环形突起，而第二突起52为山形突起(第二突起52为具有平坦顶面的锥形)。第二突起(山形突起)52被第一突起(环形突起)48环绕。
第二突起52形成在与第一突起48对应的凹部53所形成的表面上。因此，第二突起52设置在凹部53中。
在本发明的该实施例中，具有完整的圆环形状的第一突起48的中轴线L1与第二突起52的中轴线L2重合。换言之，第一突起48的中心与第二突起52的中心同轴。
如图8和图9所示，设置有多个第一突起48和第二突起52，且第一突起48的高度H1小于第二突起52的高度H2(H1＜H2)。因此，含氧气流场50的容积比燃料气流场46的容积大。这些形状的第一突起48和第二突起52例如可通过挤压成形、蚀刻处理或切割处理形成。
第一突起48可为山形突出，而第二突起52可为环形突起。在该情况下，环形突起的高度优选大于山形突起的高度。
如图3至图6所示，在各圆盘36中设有燃料气体入口54。燃料气体通过燃料气体入口54流入到燃料气流场46中。该燃料气体从阳极24的中心区域供应。燃料气体入口54的位置由燃料气体的压力和含氧气体的压力确定。例如，燃料气体入口54设置在圆盘36的中心处。可替换地，燃料气体入口54可设置在沿由箭头B示出的含氧气体的流动方向偏离圆盘36中心的上游位置处。
通道件56通过在面向阴极22的表面上进行铜焊或激光焊接而固定到隔板28上。如图10所示，通道件56包括第二小直径端部58。在第二小直径端部58的中心处形成有燃料气体供应通路30。八个第二桥接件60从该第二小直径端部58径向延伸。每个第二桥接件60都固定到通向隔板28的圆盘36的第一桥接件34上，并到达燃料气体入口54。
在通道件56的第二小直径端部58上形成有多个狭缝62。这些狭缝62径向形成在第二小直径端部58的连接到隔板28的表面上。狭缝62连接到燃料气体供应通路30上。另外，狭缝62连接到形成在第二小直径端部58的外周区域中的凹部64上。该凹部64防止铜焊材料的流动，并获得了燃料气体的均匀流动。在第一桥接件34与第二桥接件60之间形成有多个燃料气体供应通道66。每个燃料气体供应通道66都通过狭缝62和凹部64连接到燃料气流场46。如图11所示，接合到各隔板28上的通道件56具有弯曲截面，从而使第二桥接件60能够沿箭头A示出的堆叠方向弹性变形。
如图8和图9所示，含氧气流场50连接到含氧气体供应单元68上。通过在电解质电极组件26的外周边缘与圆盘36的外周边缘之间的空间沿箭头B示出的方向供应含氧气体。含氧气体供应单元68设置在各圆盘36的延伸部40a、40b之间。设置在相邻延伸部40a、40b之间的空间42中的挡板44防止含氧气体从含氧气体供应单元68之外的源进入。
如图3所示，夹持电解质电极组件26的隔板28的区域被多个狭缝38分隔成若干部分，每个部分都与燃料气体供应通道66一起形成燃料气流场46以及含氧气流场50。即，每个隔板28都被狭缝38分隔成若干个每个都包括圆盘36、以及第一桥接件34和第二桥接件60的部分。狭缝38的数量对应于布置在隔板28的表面上的电解质电极组件26的数量。
如图8所示，在隔板28之间设有用于密封燃料气体供应通路30的绝缘密封件69。绝缘密封件69例如由云母材料或陶瓷材料制成。排气通道67在各圆盘36内部的位置处沿堆叠方向延伸穿过燃料电池10。
如图1和图2所示，燃料电池组12包括多个堆叠在一起的燃料电池10，以及沿堆叠方向设在相对端部处的圆形端板70a、70b。燃料电池组12的燃料电池10通过紧固载荷施加机构72而被沿堆叠方向紧固在一起。
紧固载荷施加机构72包括第一紧固单元74a以及第二紧固单元74b，该第一紧固单元74a用于向燃料气体供应通路30附近的位置施加第一紧固载荷T1，而该第二紧固单元74b用于向电解质电极组件26施加第二紧固载荷T2。该第二紧固载荷T2小于第一紧固载荷T1(T1＞T2)。
端板70a与外壳14绝缘。在端板70a的中心处设有燃料气体供应端口76。在每个燃料电池10中，燃料气体供应端口76都连接到燃料气体供应通路30。端板70a具有两个螺栓插入孔78a。燃料气体供应端口76位于两个螺栓插入孔78a之间。螺栓插入孔78a设置在与燃料电池组12的排气通道67相对应的位置处。
沿与燃料气体供应端口76同心的一圆形线设置有八个圆形开口80。即，圆形开口80布置在与各个电解质电极组件26相对应的位置处。圆形开口80连接到向着燃料气体供应端口76延伸的矩形开口82。这些矩形开口82与排气通道67部分重叠。从而将排气从矩形开口82排出。
端板70b为导电件。如图2所示，连接端子84从端板70b的中心轴向突出，且端板70b具有两个螺栓插入孔78b。连接端子84定位在两个螺栓插入孔78b之间。螺栓插入孔78a与螺栓插入孔78b成一直线。两个紧固螺栓(紧固件)86插入到螺栓插入孔78a、78b中。紧固螺栓86与端板70b绝缘。紧固螺栓86的顶端拧进螺母88中，从而形成第一紧固单元74a。第一紧固单元74a施加所需的紧固载荷，用于将燃料电池10紧固在端板70a、70b之间。
连接端子84电连接到固定在外壳14上的输出端子92a上。
在端板70a的各圆形开口80中设有第二紧固单元74b。第二紧固单元74b包括作为端子板的挤压件94。该挤压件94沿堆叠方向电接触燃料电池组12的端部。弹簧96的一端接触该挤压件94，而弹簧96的另一端由外壳14的内壁支承。弹簧96的弹簧载荷小于第一紧固载荷T1。弹簧96例如由陶瓷制成，从而在发电时防止热的影响，并提供绝缘。
连接导体98连接到各挤压件94的端部。该连接导体98与紧固螺栓86的一端通过导线100电连接。紧固螺栓86的另一端(头部)定位在连接端子84附近，并通过导线102电连接到输出端子92b。输出端子92a、92b平行布置，并彼此相邻。输出端子92a、92b还彼此电绝缘，并固定到外壳14上。
外壳14具有邻近输出端子92a、92b的空气供应端口104。在另一端板70a侧设有排出端口106。在排出端口106附近设有燃料气体供应端口108。因此，热量在排气与燃料气体之间交换。如必要，侧可通过转化器(reformer)110将燃料气体供应端口108连接到燃料气体供应通路30。热交换器111设置在转化器110周围。
接下来，将在下面描述燃料电池组12的操作。
如图3所示，在组装燃料电池10时，首先在隔板28面向阴极22的表面上将其连接到通道件56。因此，在隔板28与通道件56之间形成了连接到燃料气体供应通路30的各个燃料气体供应通道66。每个燃料气体供应通道66都通过燃料气体入口54连接到燃料气流场46(见图8)。将环形绝缘密封件69围绕燃料气体供应通路30设置在各隔板28上。
这样就制成了隔板28。将所述八个电解质电极组件26插设在隔板28之间以形成燃料电池10。如图3和图4所示，电解质电极组件26插设在一个隔板28的表面36a与另一隔板28的表面36b之间。圆盘36的燃料气体入口54位于各阳极24的中心处。
沿箭头A示出的方向堆叠多个燃料电池10，并且将端板70a、70b沿着堆叠方向布置在相对端部处。如图1和图2所示，将紧固螺栓86插入到端板70a、70b的各螺栓插入孔78a、78b中。将紧固螺栓86的顶端86拧进螺母88中。从而制成燃料电池组12。通过紧固载荷施加机构72沿堆叠方向将燃料电池组12的部件紧固在一起，并且将燃料电池组12安装在外壳14中(见图2)。
然后将诸如含氢气体的燃料气体供应到外壳14的燃料气体供应端口108，且将含氧气体(以下称为空气)供应到外壳14的空气供应端口104。燃料气体流过转化器110，并被供应到燃料电池组12的燃料气体供应通路30。燃料气体沿箭头A示出的堆叠方向流动，并通过隔板28的缝隙62流入各燃料电池10中，并流入到燃料气体供应通道66中(见图8)。
沿第一桥接件34和第二桥接件60之间的一个燃料气体供应通道66流动的燃料气体通过圆盘36的燃料气体入口54而流入燃料气流场46中。燃料气体入口54定位在各电解质电极组件26中的阳极24的大致中心位置处。可替换地，燃料气体入口54可设置在沿由箭头B示出的含氧气体的流动方向从阳极24中心位置偏移的上游位置。因此，使得燃料气体从燃料入口54供应到阳极24的中心区域。燃料气体从阳极24的中心区域向阳极24的外周区域流动(见图9)。
含氧气体被供应到各燃料电池10的外周区域中的含氧气体供应单元68。含氧气体沿箭头B示出的方向流入电解质电极组件26的外周区域与圆盘36的外周区域之间的空间内，并流向含氧气流场50。如图8和图9所示，在含氧气流场50中，含氧气体从电解质电极组件26的阴极22的外周区域的一端(隔板28的外部区域)流动到的外周区域的另一端(隔板28的中心区域)。
因此，在电解质电极组件26中，燃料气体从阳极24的中心区域流向外周区域，并且含氧气体沿箭头B示出的一个方向在阴极22的电极表面上流动(见图9和图11)。此时，氧离子通过电解质朝向阳极24流动，从而通过电化学反应而发电。
燃料电池10被沿箭头A示出的堆叠方向串连在一起。如图2所示，其中一个电极通过导线90从导电端板70b的连接端子84连接到输出端子92a。另一电极通过导线102从紧固螺栓86连接到输出端子92b。因此，能从输出端子92a、92b收集到电能。
燃料气体和含氧气体在反应中消耗之后，燃料气体以及含氧气体分别向着各电解质电极组件26中的阳极24和阴极22的外周区域流动，并混合在一起。混合气体作为排气流入到延伸通过隔板28的排气通道67中，并沿堆叠方向流动。然后，排气被从排出端口106排出到壳体14的外部。
在第一实施例中，隔板28夹持电解质电极组件26以形成燃料气流场46、含氧气流场50以及燃料气体供应通道66。隔板28的区域通过狭缝38被分隔成为若干部分，每个部分都与一个电解质电极组件26相对应(见图3)。
因此，在燃料电池10中，沿堆叠方向的载荷被独立地施加到每个电解质电极组件26上。吸收了由于电解质电极组件26或隔板28的尺寸误差而引起的施加到各电解质电极组件26上的载荷(应力)变化。从而，在整个隔板28中不会出现任何变形。载荷被相等地施加到每个电解质电极组件26上。
另外，可能在电解质电极组件26中出现的热变形等不会被传递到相邻的电解质电极组件26。因此，在电解质电极组件26之间不需要专门的尺寸偏差吸收机构。因此，电解质电极组件26彼此紧密接触，而且容易地实现了燃料电池10总体尺寸的减小。
另外，在第一实施例中，第一桥接件34和第二桥接件60设置在排气通道67中。在第一桥接件34和第二桥接件60之间形成的燃料气体供应通道66沿隔板28的与沿堆叠方向延伸的排气通道67相交的表面延伸。因此，流过燃料气体供应通道66的燃料气体被废热有效地加热，从而有利地实现了热效率的提高。
另外，在第一实施例中，如图2所示，燃料电池组12的燃料电池10通过紧固载荷施加机构72而被紧固在一起。紧固载荷施加机构72向每个电解质电极组件26施加所需载荷。另外，隔板28的区域由第一桥接件34和第二桥接件60分隔成围绕燃料气体供应通路30的部分以及夹持电解质电极组件26以形成燃料气流场46和含氧气流场50的部分。沿着堆叠方向的紧固载荷被分别施加到围绕燃料气体供应通路30的部分和夹持电解质电极组件26以形成燃料气流场46和含氧气流场50的部分。
具体地，大紧固载荷(第一紧固载荷T1)被施加到围绕燃料气体供应通路30的部分，从而为燃料气体供应通路30维持所需的密封性能。相对较小的紧固载荷(第二紧固载荷T2)被施加到夹持电解质电极组件26的部分，从而使得隔板28紧密接触电解质电极组件26，以提高集电性能，而不会在电解质电极组件26中产生任何损坏等。
通过这种简单而紧凑的结构，可实现所需的密封性能，而且防止了损坏电解质电极组件26。从而，有利地进行有效的发电。
图12为表示根据本发明第二实施例的燃料电池120的分解立体图。图13为表示通过堆叠多个燃料电池120形成的燃料电池组122的剖视图。图14为示意性地表示燃料电池120的操作的剖视图。以相同的附图标记标识与根据第一实施例的燃料电池10的组成元件相同的组成元件，且省略了对其的描述。
通道件124在面向阳极24的表面上固定到燃料电池120的每个隔板28上。通道件124包括固定到隔板28的第一桥接件34上的第二桥接件126。在第一桥接件34与第二桥接件126之间形成有多个燃料气体供应通道66。各第二桥接件126的顶端截止在电解质电极组件26的阳极24的中心附近的位置处。在第二桥接件126的顶端处形成有多个燃料气体入口128。燃料气体通过燃料气体入口128流向阳极24。隔板28的圆盘36不具有第一实施例的任何燃料气体入口54。
在本发明的第二实施例中，向燃料气体供应通路30供应的燃料气体沿隔板28与通道件124之间的燃料气体供应通道66流动。然后，燃料气体通过形成在通道件124顶端的燃料气体入口128流向阳极24。
在第一和第二实施例中，如图7所示，第一突起48为完整的圆环形(环形)。可替换地，例如，如图15所示，第一突起48(凹部53)可为椭圆环形。在此情况下，假设大直径“a”和小直径“b”的交点为第一突起48的中心，如果延伸通过该中心的轴线与第二突起52的中轴线重合，则称“第一突起48与第二突起52同轴”。
在图7示出的示例中，第二突起52呈锥形，且在其顶部具有平坦表面。第二突起52沿水平方向的截面(例如顶面)为完整的圆形。然而，本发明的“山形突出”不限于这一方面。该山形突出可包括垂直截面(沿突起高度的截面)呈梯形的突起。即，山形突出可包括水平截面(例如顶面)呈椭圆形的突起。
另外，在图7中，第一突起48和第二突起52同轴，即，环形第一突起48的中轴线L1与第二突起52的中轴线L2重合。然而，第一突起48的中轴线L1和第二突起52的中轴线L2不必重合，即，第一突起48和第二突起52并不必彼此同轴。例如，如图16所示，第二突起52的中轴线L2可偏离第一突起48的中轴线L1。在这种情况下，第一突起48当然可为椭圆环形，并且第二突起52的水平截面可为椭圆形。尽管已经参考优选实施例具体示出和描述了本发明，然而应理解，在不偏离如所附权利要求所限定的本发明精神和范围的情况下，本领域内技术人员可对本发明作出改变和修改。
权利要求
1.一种燃料电池(10)，包括多个电解质电极组件(26)和夹持所述电解质电极组件(26)的隔板(28)，所述电解质电极组件(26)均包括阳极(24)、阴极(22)以及插设在所述阳极(24)与所述阴极(22)之间的电解质(20)，所述燃料电池的特征在于，在所述隔板(28)的一个表面与所述电解质电极组件(26)的各阳极(24)之间形成有多个燃料气流场(46)，用于向所述阳极(24)供应燃料气体；在所述隔板(28)的另一表面与所述电解质电极组件(26)的各阴极(22)之间形成有多个含氧气流场(50)，用于向所述阴极(22)供应含氧气体；多个燃料气体供应通道(66)从燃料气体供应单元(30)分支出，并连接到所述燃料气流场(46)；并且夹持所述电解质电极组件(26)的所述隔板(28)的区域被分隔成与所述电解质电极组件(26)的数量相对应的多个部分，每个所述部分都形成所述燃料气流场(46)、所述含氧气流场(50)和所述燃料气体供应通道(66)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池(10)，其特征在于，所述燃料气体供应单元(30)沿所述电解质电极组件(26)和所述隔板(28)的堆叠方向延伸，并且所述燃料电池(10)还包括紧固载荷施加机构(72)，且由所述紧固载荷施加机构(72)施加到所述燃料气体供应单元(30)附近位置处的载荷大于由所述紧固载荷施加机构(72)施加到所述电解质电极组件(26)上的载荷。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池(10)，其特征在于，还包括排气通道(67)，该排气通道(67)用于将在所述电解质电极组件(26)内的反应中消耗的反应气体作为排气排向所述电解质电极组件(26)和所述隔板(28)的堆叠方向；并且所述燃料气体供应通道(66)沿所述隔板(28)的与沿堆叠方向延伸的所述排气通道(67)相交的表面延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池(10)，其特征在于，所述隔板(28)包括单板件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料电池(10)，其特征在于，在所述隔板(28)的一个表面上设有第一突起(48)，并且在所述隔板(28)的另一表面上设有第二突起(52)；并且所述燃料气流场(46)形成在所述第一突起(48)与所述隔板(28)之间，而所述含氧气流场(50)形成在所述第二突起(52)与所述隔板(28)之间。
6.根据权利要求5所述的燃料电池(10)，其特征在于，所述第一和第二突起(48、52)中的一个突起为环形突起，而所述第一和第二突起(48、52)中的另一个突起为山形突起。
7.根据权利要求6所述的燃料电池(10)，其特征在于，所述山形突起布置在由所述环形突起形成的凹部(53)中。
8.根据权利要求7所述的燃料电池(10)，其特征在于，所述山形突起和所述环形突起彼此同轴。
9.根据权利要求7或8所述的燃料电池(10)，其特征在于，所述凹部(53)为完整的圆形。
10.根据权利要求7或8所述的燃料电池(10)，其特征在于，所述凹部(53)为椭圆形。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的燃料电池(10)，其特征在于，所述山形突起的垂直截面为梯形形状。
12.一种通过沿着堆叠方向堆叠多个燃料电池(10)而形成的燃料电池组(12)，所述燃料电池(10)均包括电解质电极组件(26)和夹持所述电解质电极组件(26)的一对隔板(28)，所述电解质电极组件(26)均包括阳极(24)、阴极(22)以及插设在所述阳极(24)和所述阴极(22)之间的电解质(20)，所述燃料电池组的特征在于，所述燃料电池(10)的相邻电解质电极组件(26)分别夹在所述隔板(28)之间；所述燃料电池组(12)还包括紧固载荷施加机构(72)，用于沿堆叠方向向所述燃料电池(10)施加紧固载荷；在所述燃料电池(10)的中心区域处形成有燃料气体供应单元(30)，并且所述电解质电极组件(26)设置在所述燃料电池(10)的外部区域中；并且由所述紧固载荷施加机构(72)沿堆叠方向施加到所述燃料电池(10)的中心区域的载荷大于由所述紧固载荷施加机构(72)沿堆叠方向施加到所述燃料电池(10)的外部区域上的载荷，并且针对每个所述电解质电极组件(26)分别确定沿堆叠方向施加到所述燃料电池(10)的所述外部区域上的载荷。
13.根据权利要求12所述的燃料电池组(12)，其特征在于，在所述隔板(28)的一个表面上设有第一突起(48)，而在所述隔板(28)的另一表面上设有第二突起(52)；并且所述燃料气流场(46)形成在所述第一突起(48)与所述隔板(28)之间，而所述含氧气流场(50)形成在所述第二突起(52)与所述隔板(28)之间。
14.根据权利要求13所述的燃料电池组(12)，其特征在于，所述第一和第二突起(48、52)中的一个突起为环形突起，而所述第一和第二突起(48、52)中的另一个突起为山形突起。
15.根据权利要求14所述的燃料电池组(12)，其特征在于，所述山形突起布置在由所述环形突起形成的凹部(53)中。
16.根据权利要求15所述的燃料电池组(12)，其特征在于，所述山形突起和所述环形突起彼此同轴。
17.根据权利要求15或16所述的燃料电池组(12)，其特征在于，所述凹部(53)为完整的圆形。
18.根据权利要求15或16所述的燃料电池组(12)，其特征在于，所述凹部(53)为椭圆形。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的燃料电池组(12)，其特征在于，所述山形突起的垂直截面为梯形形状。
全文摘要
一种燃料电池(10)，包括电解质电极组件(26)和夹持该电解质电极组件(26)的一对隔板(28)。每个隔板(28)都包括多个圆盘(36)。在圆盘(36)的两个表面上设有第一突起(48)和第二突起(52)。第一突起(48)接触电解质电极组件(26)的阳极(24)，而第二突起(52)接触电解质电极组件(26)的阴极(22)。隔板(28)的区域被分隔成与各电解质电极组件(26)相对应的部分。隔板(28)的各分隔部分通过夹持电解质电极组件(26)而形成燃料气流场(46)和含氧气流场(50)。
文档编号H01M8/24GK1898826SQ20048003865
公开日2007年1月17日 申请日期2004年12月24日 优先权日2003年12月26日
发明者本间弘树, 泉征彦 申请人:本田技研工业株式会社