燃料电池隔离器的制作方法

专利名称：燃料电池隔离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于燃料电池堆的隔离器，具体而言，涉及经由隔离器将 反应气体供给到燃料电池。
背景技术：
燃料电池，例如，固体聚合物燃料电池包括互相相对的两个电极 (即，氧电极和燃料电极)和夹在两个电极之间的电解质膜。通过将含有 氢的燃料气体和含有氧的氧化气体分别供给到燃料电极和氧电极，来进行 由下面的式(1)和式(2)所表达的反应，以将物质的化学能直接转换成 电能。
在阴极(氧电极)侧:2H+ + 2e—+(l/2)02 —H20 ... (1) 在阳极(燃料电极)侧H2 —2H+ + 2e— ... (2)
作为上述燃料电池的通常结构，开发了一种堆结构(stack structure)，其中基本平坦的膜电极组件(MEA)和隔离器堆叠或层叠在 一起并沿层叠方向紧固或接合。
作为隔离器的一种，已知具有三层结构的燃料电池隔离器，所述三层 结构由阳极侧板、阴极侧板和夹在阴极侧板与阳极侧板之间的中间板构 成。例如，日本专利早期公开No. 2004-6104中揭示了这种隔离器的示 例。在此公开文献中揭示的三层结构的隔离器具有穿透三层板的反应气体 歧管、形成在中间板中的传输通道、以及槽形通孔，所述通孔形成在阳极 侧板和阴极侧板通过半刻蚀形成的反应气体流动通道的相对末端中。以此 布置，反应气体从传输通道经由槽形通孔分配到反应气体流动通道。
但是，在上述的己知隔离器结构中，形成在反应气体供给侧的气体传 输通道与形成在反应气体排出侧的气体传输通道具有相同构造和布置，而 没有对其中阳极侧板和阴极侧板中不设置反应气体通道的隔离器(此后， 称作"平坦隔离器")中采用气体传输通道的情况给予考虑。在平坦隔离 器的情况下，使用如上所述的气体传输通道会导致反应气体供应到各个电 极的效率或均匀性降低。即，平坦隔离器不设有阳极侧板和阴极侧板中的 反应气体通道，并因而不能通过反应气体通道来控制反应气体的分布。因 此，对于反应气体供给侧的结构(例如，通道布置)和反应气体排出侧的 结构，期望用于提高反应气体分布的均匀性的技术。除了反应气体的均匀 分布之外，还期望以更高的效率将作为反应产物的水排出到燃料电池堆的 外部。

发明内容
己经开发了本发明以解决上述问题和其他问题。本发明的目的是提供 一种用于燃料电池堆的平坦隔离器，该隔离器被构造成提高反应气体分布 在燃料电池的电极上的均匀性，并从而提高电池性能。
为实现以上目的和/或其他一个或多个目的的至少一部分，根据本发明 第一方面提供了一种燃料电池堆的隔离器，其包括第一电极板、第二电极 板和中间板，所述第一电极板具有面对与所述第一电极板接合的膜电极组 件的第一电极的平坦表面，所述第二电极板具有面对与所述第二电极板接 合的膜电极组件的第二电极的平坦表面，所述中间板夹在所述第一电极板 和所述第二电极板之间。根据本发明的第一方面，反应气体供给歧管和反 应气体排出歧管形成在所述隔离器中以穿透所述第一电极板、所述第二电 极板和所述中间板的厚度。所述中间板具有穿透所述中间板的厚度并形成 多个反应气体供给通道的多个反应气体供给通道开口，其每个在其一端处 与所述反应气体供给歧管连通，并在其另一端处到达与所述膜电极组件相 对应的反应区域的第一端部。所述中间板还具有穿透所述中间板的厚度并 形成多个反应气体排出通道的多个反应气体排出通道开口，其每个在其一 端处与所述反应气体排出歧管连通，并在其另一端处到达所述反应区域的 第二端部。所述第一电极板具有穿透所述第一电极板的厚度并与所述反应 气体供给通道的另一端连通的至少一个反应气体供给孔，和穿透所述第一 电极板的厚度并与所述反应气体排出通道的另一端连通的至少一个反应气
体排出孔。所述反应气体供给通道以小于预定间距的第一通道间距布置， 并且所述反应气体通道具有大于预定宽度的第二通道宽度。
在根据本发明第一方面如上所述构造的隔离器中，相邻的反应气体供 给通道之间的间距小于预定间距，因此，反应气体可以均匀地供给在第一 电极上。此外，因为每个反应气体排出通道的宽度大于预定宽度，所以防 止作为燃料电池的电化学反应的反应产物的水堵塞反应气体排出通道。因 此，使用本发明的隔离器的燃料电池堆不容易遭受所谓"浸水
(flooding)"。
在本发明第一方面的一个实施例中，所述反应气体供给通道具有第一 通道宽度，而所述反应气体排出通道以第二通道间距布置，并且上述预定 间距等于所述第二通道间距，而上述预定宽度等于所述第一通道宽度。在 此实施例中，每个具有相对小宽度的反应气体供给通道以相对小间距布 置，而每个具有相对大宽度的反应气体排出通道以相对大间距布置。此通 道构造或布置使得可以在确保隔离器的足够高的刚度的同时将反应气体均 匀地分布在所接合的电极上，并抑制"浸水"的发生。
根据本发明第二方面提供了一种燃料电池堆的隔离器，包括第一电极 板、第二电极板和中间板，所述第一电极板具有面对与所述第一电极板接 合的膜电极组件的第一电极的平坦表面，所述第二电极板具有面对与所述 第二电极板接合的膜电极组件的第二电极的平坦表面，所述中间板夹在所 述第一电极板和所述第二电极板之间。根据本发明的第二方面，反应气体 供给歧管和反应气体排出歧管形成在所述隔离器中以穿透所述第一电极 板、所述第二电极板和所述中间板的厚度。所述中间板具有穿透所述中间 板的厚度并形成多个反应气体供给通道的多个反应气体供给通道开口，其 每个在其一端处与所述反应气体供给歧管连通，并在其另一端处到达与所 述膜电极组件相对应的反应区域的第一端部。所述中间板还具有穿透所述 中间板的厚度并形成多个反应气体排出通道的多个反应气体排出通道开 口，其每个在其一端处与所述反应气体排出歧管连通，并在其另一端处到 达所述反应区域的与其所述第一端部相对的第二端部。所述第一电极板具 有穿透所述第一电极板的厚度并与所述反应气体供给通道的另一端连通的 至少一个反应气体供给孔，和穿透所述第一电极板的厚度并与所述反应气 体排出通道的另一端连通的至少一个反应气体排出孔。所述反应气体供给 通道和所述反应气体排出通道交替地布置，使得各个所述反应气体供给通 道与各个所述反应气体排出通道在所述反应气体供给通道的阵列与所述反 应气体排出通道的阵列互相相对的方向上不对准。
在根据本发明第二方面构造的隔离器中，从形成在反应区域的第一端 部中的反应气体供给孔供给的反应气体容易扩散到相邻的反应气体供给孔 之间的其间部分中，并因此以提高的均匀性将反应气体分布在第一电极 上。
在本发明第二方面的一个实施例中，所述反应气体供给歧管被至少一 个第一肋条划分为多个反应气体供给歧管，并且所述反应气体排出歧管被 至少一个第二肋条划分为多个反应气体排出歧管。在此实施例中，上述至 少一个第一肋条和上述至少一个第二肋条跨越所述反应区域被布置为在其 中所述反应气体供给歧管和所述反应气体排出歧管互相相对的方向上不互 相对准。在此布置中， 一个或多个第一肋条和一个或多个第二肋条的设置 带来了隔离器强度的增大。此外，隔离器包括其中形成一个或多个第一肋 条而因此不能形成一个或多个反应气体供给通道的一个或多个第一部分， 以及其中形成一个或多个第二肋条而因此不能形成一个或多个反应气体排 出通道的一个或多个第二部分。因为一个或多个第一部分与一个或多个第 > 二部分在反应气体供给歧管和反应气体排出歧管互相相对的方向上不互相 对准，所以第一和第二肋条的设置不会使其上不分布反应气体的一个或多 个区域增多。
在本发明的第一或第二方面中，上述至少一个反应气体供给孔包括多 个反应气体供给孔，并且每个所述反应气体供给通道与所述反应气体供给 ;孔中的至少一个连通。在此实施例中，所述反应气体供给孔的数量可以等 于所述反应气体供给通道的数量，并且所述反应气体供给通道可以与所述 反应气体供给孔一一对应。在此布置中，与用一个长孔或开口提供反应气 体供给孔的情况相比，可以减小穿透第一电极板的厚度的孔或开口的总面 积，从而确保了隔离器的提高的强度。因此，反应气体可以被稳定地供给
到所接合的电极。
在本发明的第一或第二方面的另一个实施例中，所述反应气体供给通 道布置在所述反应区域的所述第一端部的整个长度上，并且所述反应气体 排出通道布置在所述反应区域的所述第二端部的整个长度上。利用此布 置，反应气体从布置在第一端部的整个长度上的反应气体供给通道流动到 布置在第二端部的整个长度上的反应气体排出通道，由此反应气体可以被 供给到与膜电极组件相对应的反应区域的基本整个面积上。于是，用进一 步提高的均匀性将反应气体分布在所接合的电极上。
在本发明的第一或第二方面的另一个实施例中，所述第一电极是阴 极，所述第二电极是阳极。此外，所述反应气体供给歧管、所述反应气体 供给通道和所述至少一个反应气体供给孔分别是氧化气体供给歧管、多个 氧化气体供给通道和至少一个氧化气体供给孔，其被设置用于供给氧化气 体，并且所述反应气体排出歧管、所述反应气体排出通道和所述至少一个 反应气体排出孔分别是氧化气体排出歧管、多个氧化气体排出通道和至少 一个氧化气体排出孔，其被设置用于排出氧化气体。在此实施例中，以提 高的均匀性将相比燃料气体不容易扩散的氧化气体分布在阴极上。


通过结合附图阅读对示例性实施例的以下说明，本发明的前述和/或其 他目的、特征和优点将变得更加清楚，附图中相似标号用于表示相似元 件，其中
图1是示出通过使用本发明第一实施例的隔离器构造的燃料电池堆的 外部结构的示意图2是示出构成图1的燃料电池堆的模块的总体结构的示意图3A和图3B分别是构成第一实施例的隔离器的阴极侧板和阳极侧板 的俯视图4A和图4B分别是第一实施例的隔离器的中间板和密封一体式 MEA的俯视图5A、图5B和图5C是图示第一实施例的隔离器组件和置于隔离器
上的密封一体式MEA的俯视图和剖视图6是图示图5A中的截面B-B的剖视图； 图7是图示图5A中的截面D-D的剖视图8A和图8B分别是构成了根据本发明第二实施例构造的隔离器的阴 极侧板和阳极侧板的俯视图；并且
图9A和图9B分别是第二实施例的隔离器的中间板和密封一体式 MEA的俯视图。
具体实施例方式
此后将参考附图描述本发明的隔离器的一些示例性实施例。
A.第一实施例
燃料电池堆和隔离器的结构
参考图1至图4B，对根据本发明第一实施例构造的隔离器以及使用第 一实施例的隔离器的燃料电池堆的总体结构进行解释。图1示意性示出了 使用第一实施例的隔离器构成的燃料电池堆的外部结构。图2示意性图示 了构成图1的燃料电池堆的模块的结构。图3A和图3B分别是构成第一实 施例的隔离器的阴极侧板和阳极侧板的俯视图。图4A和图4B分别是构成 第一实施例的隔离器的中间板以及密封一体式膜电极组件(此后在合适时 称作"MEA")的俯视图。
燃料电池堆10包括固体聚合物燃料电池形式的燃料电池，它尺寸相 对较小并能够高效发电。燃料电池堆10包括多个模块20、端板30、张紧 板31、绝缘体33和端子23。具体而言，燃料电池10具有将多个模块20 互相层叠或堆叠在一起的分层结构。模块20的堆叠阵列被夹在两个端板 30之间，使得绝缘体33和端子34被至于最外侧模组20中的一个与相应 的端板30之间。张紧板31通过螺栓32接合到各个端板30，使得模块20 在特定压紧力下沿层叠方向(即，沿其中模块20堆叠的方向)互相紧 固。
用于电池反应的反应气体(燃料气体和氧化气体)、以及用于冷却燃 料电池的冷却介质被供给到燃料电池堆10。简言之，作为燃料气体的氢气
从存储高压氢气的氢气箱210经由管道250供给到燃料电池堆10的燃料电
池的阳极。也可以用醇、烃等作为待重整的原料利用重整反应来产生氢
气，来代替氢气箱210的使用。管道250中布置有关断阀220和调压阀 230，以对氢气供给进行调整。从燃料电池堆10的阳极排出的氢气经由管 道260回到管道250，并再次供应到燃料电池堆10。用于循环氢气的循环 泵240布置在管道260上。
另一方面，作为氧化气体的空气从空气泵310经由管道350供给到燃 料电池堆10的阴极。然后，从燃料电池堆10的阴极排出的空气经由管道 360排放到大气中。还将冷却介质从散热器420经由管道450供给到燃料 电池堆10。可以使用水、不冻流体(例如乙二醇)、空气或其他流体作为 冷却介质。从燃料电池堆10排出的冷却介质经由管道460传送到散热器 420并接着经由管道450再次循环到燃料电池堆10。用于循环冷却介质的 循环泵410布置在管道460上。
如图2所示，燃料电池堆10的每个模块20由隔离器25与密封一体式 MEA21的交替叠置构成。
如图2所示，每个隔离器25均包括面对密封一体式MEA21的阴极的 阴极侧板22、面对MEA 21的阳极的阳极侧板23、以及夹在阴极侧板22 与阳极侧板23之间的中间板24。这三种板22、 23和24互相叠置并通过 热压接合。
隔离器25具有面对MEA 21并与MEA 21配合的区域DA,以在隔离 器25与MEA 21组装在一起形成燃料电池时发电。将该区域DA称为隔离 器25的"反应区域"。在图3及图4A中，在阴极侧板22、阳极侧板 23、以及中间板24的大致中间部分由虚线界定的区域表示各个反应区域 DA。
阴极侧板22是大致四边形的金属制成的薄板。该金属薄板由具有高 抗腐蚀性的材料形成。例如，阴极侧板22可以通过对钛、钛合金或SUS (不锈钢)板的表面进行防腐镀层来形成。如图3A所示，阴极侧板22的 面对所接合的MEA 21的阴极的表面是平坦表面，其中形成氧化气体流动 通道。在图3A中，具有大体四边形的反应区域DA的上侧边被表示为
"第一侧边Sl"，而该区域的与第一侧边Sl相对的下侧边被表示为"第
二侧边S2"。此外，将第一侧边Sl和第二侧边S2连接的左侧边(如图 3A所示)被表示为"第三侧边S3"，而与第三侧边S3相对的右侧边(如 图3A所示)被表示为"第四侧边S4"。对这些侧边的表示也可应用于阳 极侧板23 (其将在稍后描述)的反应区域DA和中间板24 (其将在稍后描 述)的反应区域DA。
阴极侧板22具有多个氧化气体供给孔225和多个氧化气体排出孔 226。氧化气体供给孔225沿着反应区域DA的与第一侧边Sl相邻处的端 部(此后将称作"氧化气体供给端部")布置在氧化气体供给端部的整个 长度上。氧化气体排出孔226沿着反应区域DA的与第二侧边S2相邻处的 端部(此后将称作"氧化气体排出端部")布置在氧化气体排出端部的整 个长度上。于是，氧化气体供给孔225和氧化气体排出孔226形成在反应 区域DA的纵向相对端部(如图3A所示)中。在此实施例中，氧化气体 供给孔225以Aki的预定间距(其将被称作"氧化气体供给间距")沿着 氧化气体供给端部布置。氧化气体供给孔225具有相同尺寸和相同形状， 且当从图3A的横向观察时每个孔225都具有预定宽度Ri (其将称作"氧 化气体供给宽度")。在另一方面，氧化气体排出孔226以大于上述氧化 气体供给间距Aki的Ako的预定间距(其将被称作"氧化气体排出间 距")沿着氧化气体排出端部布置。氧化气体排出孔226具有相同尺寸和 相同形状，且每个孔226都具有大于上述氧化气体供给宽度Ri的预定宽度 Ro (其将称作"氧化气体排出宽度")。
此外，阴极侧板22在其围绕电池反应区域DA的外周区域(此后将称 作"外周部分")中形成有燃料气体供给歧管开口 221a、燃料气体排出歧 管幵口 221b、氧化气体供给歧管开口 222a、氧化气体排出歧管开口 222b、冷却介质供给歧管开口 223a和冷却介质排出歧管开口 223b。这些 歧管开口 221a、 221b、 222a、 222b、 223a、 223b在将要描述的、组装隔离 器25时形成了各个歧管。歧管开口、氧化气体供给孔225和氧化气体排 出孔226全部都是穿透阴极侧板22的通孔或开口。换言之，歧管开口以 及氧化气体供给孔225和氧化气体排出孔226都形成为在厚度方向上穿过
阴极侧板22。阴极侧板22是除了这些通孔或开口之外不具有特别结构的
平板。因此，可以简单地通过对大致为四边形的金属薄片进行冲裁处理来
阳极侧板23是大致为四边形的金属制成的薄板，并与阴极侧板22尺 寸相同。阳极侧板23的材料可以由与阴极侧板22相同的材料形成。如图 3B所示，与阴极侧板22相似，阳极侧板23的面对接合MEA 21的阳极的 表面是平坦表面，其中没有形成燃料气体流动通道。阳极侧板23具有多 个燃料气体供给孔237和多个燃料气体排出孔238。燃料气体供给孔237 布置在与反应区域DA的第三侧边S3相邻的端部(其将被称作"燃料气 体供给端部")的上部处。燃料气体排出孔238布置在与反应区域DA的 第四侧边S4相邻的端部(其将被称作"燃料气体排出端部")的下部 处。因此，燃料气体供给孔237和燃料气体排出孔238形成在反应区域 DA的横向相对端部处(在图3B中观察)。燃料气体供给孔237以Ahi的 预定间距(其将被称作"燃料气体供给间距")沿着燃料气体供给端部布 置。燃料气体供给孔237具有相同尺寸和相同形状，且当从图3B的竖直 方向观察时每个孔237都具有预定宽度ri (其将称作"燃料气体供给宽 度")。在另一方面，燃料气体排出孔238以大于上述燃料气体供给间距 Ahi的Aho的预定间距(其将被称作"燃料气体排出间距")沿着燃料气 体排出端部布置。燃料气体排出孔238具有相同尺寸和相同形状，且每个 孔226都具有大于上述燃料气体供给宽度ri的预定宽度ro (其将称作"燃 料气体排出宽度")。
此外，阳极侧板23具有燃料气体供给歧管开口 231a、燃料气体排出 歧管开口 231b、氧化气体供给歧管开口 232a、氧化气体排出歧管开口 232b、冷却介质供给歧管开口 233a和冷却介质排出歧管开口 233b，其形 成在与阴极侧板22的相应歧管开口相同的位置处。歧管开口、燃料气体 供给孔237和燃料气体排出孔238全部都是穿透阳极侧板23的通孔或开 口。 S卩，歧管开口以及燃料气体供给孔237和燃料气体排出孔238都形成 为在厚度方向上穿过阳极侧板23。阳极侧板23是除了这些通孔或开口之 外不具有特别结构的平板。因此，可以简单地通过对大致为四边形的金属
薄片进行冲裁处理来制造阳极侧板23。
中间板24是大致为四边形的金属制成的薄板，并与阴极侧板22和阳 极侧板23尺寸相同。中间板24可以由与阴极侧板22和阳极侧板23相同 的材料制成。如图4A所示，中间板24具有燃料气体供给歧管开口 241a、 燃料气体排出歧管开口 241b、氧化气体供给歧管开口 242a和氧化气体排 出歧管开口 242b，其形成在与阴极侧板22和阳极侧板23的相应歧管开口 相同的位置处。
如图4A所示，中间板24形成有长孔或槽形式的多个氧化气体供给通 道开口 245。每个氧化气体供给通道开口 245在其一端处与氧化气体供给 歧管开口 242a连通，并在其另一端处到达反应区域DA的氧化气体供给端 部。氧化气体供给通道开口 245的数量与阴极侧板22的氧化气体供给孔 225 —致，并且氧化气体供给通道开口 245与氧化气体供给孔225 —一对 应，换言之，当三层板22、 23、 24接合在一起时氧化气体供给通道开口 245与氧化气体供给孔225 —对一地对准。氧化气体供给通道开口 245互 相平行，并以与阴极侧板22的氧化气体供给孔225布置相同的方式并排 布置在反应区域DA的氧化气体供给端部的整个长度上。类似于氧化气体 供给孔225，氧化气体供给通道开口 245以氧化气体供给间距Aki沿着氧 化气体供给端部布置。氧化气体供给通道开口 245具有相同尺寸和相同形 状。更具体而言，如图4A所示，每个氧化气体供给通道开口 245具有Ri 的通道宽度并具有Li的通道长度，其中Ri也是上述每个氧化气体供给孔 225的氧化气体供给宽度。
如图4A所示，中间板24也形成有长孔或槽形式的多个氧化气体排出 通道开口 246。每个氧化气体排出通道开口 246在其一端处与氧化气体排 出歧管开口 242b连通，并在其另一端处到达反应区域DA的氧化气体排出 端部。氧化气体排出通道开口 246的数量与阴极侧板22的氧化气体排出 孔226 —致，并且氧化气体排出通道开口 246与氧化气体排出孔226 —一 对应，换言之，当三层板22、 23、 24接合在一起时氧化气体排出通道开 口 246与氧化气体排出孔226 —对一地对准。氧化气体排出通道开口 246 互相平行，并以与阴极侧板22的氧化气体排出孔226布置相同的方式并
排布置在反应区域DA的氧化气体排出端部的整个长度上。类似于氧化气
体排出孔226，氧化气体排出通道开口 246以氧化气体排出间距Ako沿着 氧化气体排出端部布置。氧化气体排出通道开口 246具有相同尺寸和相同 形状。更具体而言，如图4A所示，每个氧化气体排出通道开口 246具有 Ro的通道宽度并具有Lo的通道长度，其中Ro也是上述每个氧化气体排 出孔226的氧化气体排出宽度。
中间板24还具有多个燃料气体供给通道开口 247和多个燃料气体排 出通道开口 248，其与上述氧化气体供给通道开口 245和氧化气体排出通 道开口 246相类似地构造。每个燃料气体供给通道开口 247在其一端处与 燃料气体供给歧管开口 241a连通，并在其另一端处到达反应区域DA的燃 料气体供给端部。每个燃料气体排出通道开口 248在其一端处与燃料气体 排出歧管开口 241b连通，并在其另一端处到达反应区域DA的燃料气体排 出端部。燃料气体供给通道开口 247与阳极侧板23的燃料气体供给孔237 一一对应，并以上述燃料气体供给间距Ahi沿着燃料气体供给端部布置。 每个燃料气体供给通道开口 247具有通道宽度ri，其也是上述每个燃料气 体供给孔237的燃料气体供给宽度。类似地，燃料气体排出通道开口 248 与阳极侧板23的燃料气体排出孔238 —一对应，并以上述燃料气体排出 间距Aho沿着燃料气体排出端部布置。每个燃料气体排出通道开口 248具 有通道宽度ro，其也是上述每个燃料气体排出孔238的燃料气体排出宽 度。
如图4A所示，中间板24还包括从中间板24的右端部延伸到左端部 的长孔形式的多个冷却介质流动通道开口 243。互相平行延伸的冷却介质 流动通道开口 243沿如图4A中观察的竖直方向布置在燃料气体供给歧管 开口 241a与燃料气体排出歧管开口 241b之间的区域中。
中间板24的全部上述歧管开口和通道开口是穿透中间板24的厚度的 通孔或开口。即，歧管开口和通道开口在其厚度方向上通过中间板24形 成。中间板24是除了这些通孔或开口之外不具有其他机械加工部分的平 板。因此，可以简单地通过对大致为四边形的金属薄片进行冲裁处理来制 造中间板24。
在所示实施例中，上述氧化气体供给端部和燃料气体供给端部对应于 在"发明内容"和所附权利要求中提及的第一端部，而氧化气体排出端部 和燃料气体排出端部对应于在"发明内容"和所附权利要求中提及的第二 端部。此外，氧化气体供给宽度Ri和燃料气体供给宽度ri对应于在"发 明内容"和所附权利要求中提及的第一通道宽度，氧化气体供给间距Aki
和燃料气体供给间距Ahi对应于在"发明内容"和所附权利要求中提及的 第一通道间距。此外，氧化气体排出宽度Ro和燃料气体排出宽度ro对应
于在"发明内容"和所附权利要求中提及的第二通道宽度，氧化气体排出
间距Ako和燃料气体排出间距Aho对应于在"发明内容"和所附权利要求 中提及的第二通道间距。
如图4B所示，密封一体式MEA 21包括MEA (膜电极组件)和连接 到MEA的外周部分的密封部分50。如图2所示，MEA具有由离子交换膜 构成的电解质膜211、由布置在电解质膜211的相对表面中的一个表面上 的催化层构成的电极(例如，阳极)(未示出)、由布置在电解质膜211 的另一个表面上的催化层构成的电极(例如，阴极)(未示出)和布置在 每个催化层(电极)的面对所接合的隔离器的表面上的扩散层212。扩散 层212具有在其内部测量的较高孔隙率(porosity)，并当反应气体(氧化 气体和燃料气体)流动通过扩散层212时提供较小的压力损失。由金属 (例如钛)制成的多孔体构成阴极侧上的扩散层212。由碳多孔体构成阳 极侧上的扩散层212。下文中会对扩散层212进行更详细说明。
密封部分50由树脂材料，例如硅橡胶、丁基橡胶或氟橡胶形成。为 形成密封部分50，模具被设定为使MEA部分的外周部分暴露于模具腔体 并将树脂材料注入该腔体进行注模。这样，使膜电极组件21和密封部分 50无间隙地接合在一起，并可以防止氧化气体和燃料气体从MEA 21和密 封部分50的接合部分处泄漏出来。类似于阴极侧板22和阳极侧板23，密 封部分50具有燃料气体供给歧管开口 501a、燃料气体排出歧管开口 501b、氧化气体供给歧管开口 502a、氧化气体排出歧管开口 502b、冷却 介质供给歧管开口 503a和冷却介质排出歧管开口 503b。如图2所示，在 构成燃料电池堆10的、MEA 21和隔离器25的组件中，密封部分50提供
了对在与MEA 21的相对表面中的一个表面接合的一个隔离器25和与该 MEA 21的另一个表面接合的另一个隔离器25之间的如密封线SL (在图 4B中)所示的密封。如图4B所示，密封部分50提供了围绕MEA的外周 (即，燃料电池的反应区域DA的外周)的密封，并还提供了围绕各个歧 管的外周的密封。为简洁起见，图4B仅示出了将密封部分50与隔离器25 互相接触处的抵靠部分连接的密封线SL。
将参考图5A至图7对隔离器25中形成的每种通道的构造进行更详细 说明。图5A至图5C是示出了第一实施例的隔离器与叠置在隔离器上的密 封一体式MEA的组件的俯视图和剖视图，图6是示出了图5A中截面B — B的剖视图。图7是示出了图5A中截面D—D的剖视图。上述图2示出了 图5A中的截面A—A。
如图5A中的阴影区域所示，隔离器25形成穿透或延伸通过隔离器25 的各种歧管。更具体而言，由分别形成通过阴极板侧22、阳极侧板23和 中间板24的燃料气体供给歧管开口 221a、燃料气体供给歧管开口 231a和 燃料气体供给歧管开口 241a形成燃料气体供给歧管。类似地，隔离器25 中分别形成有燃料气体排出歧管、氧化气体供给歧管、氧化气体排出歧 管、冷却介质供给歧管和冷却介质排出歧管。
如图5A所示，氧化气体供给歧管形成在围绕反应区域DA的外周部 中的氧化气体供给端部的整个长度上，使得氧化气体供给歧管与反应区域 DA的氧化气体供给端部相对。氧化气体排出歧管形成在围绕反应区域DA 的外周部中的氧化气体排出端部的整个长度上，使得氧化气体排出歧管与 反应区域DA的氧化气体排出端部相对。此外，燃料气体供给歧管在围绕 反应区域DA的外周部中形成在其中燃料气体供给孔237所处的燃料气体 供给端部的范围上，使得燃料气体供给歧管与反应区域DA的燃料气体供 给端部相对。类似地，燃料气体排出歧管在围绕反应区域DA的外周部中 形成在其中燃料气体排出孔238所处的燃料气体排出端部的范围上。冷却 介质供给歧管在围绕反应区域DA的外周部中形成在覆盖冷却介质流动通 道开口 243的相对端部中的一个端部的范围上。冷却介质排出歧管在围绕 反应区域DA的外周部中形成在覆盖冷却介质流动通道开口 243的另一个
端部的范围上。
将参考对隔离器25与密封一体式MEA 21的组件的横截面提供进一步 说明。如图5A、图5B和图6所示，形成在中间板24中的氧化气体供给 通道开口 245与阳极侧板23的接合中间板24的表面23a和阴极侧板22的 接合中间板24的表面22a —起形成多个氧化气体供给通道63。氧化气体 供给通道63在其一端处与氧化气体供给歧管连通，在其另一端处与形成 在阴极侧板22中的各个氧化气体供给孔225连通。
如上所述，形成在中间板24中的氧化气体供给通道开口 245具有相 同形状和相同尺寸。而且，如上所述，氧化气体供给孔225具有相同形状 和相同尺寸。因此，在工作中，氧化气体在从氧化气体供给歧管经由氧化 气体供给通道63和氧化气体供给孔225延伸到所接合的MEA 21的扩散层 212的多个路径(其将被称作"氧化气体供给路径")的每个中经历相等 的压力损失量。
如图5A和图6所示，形成在中间板24中的氧化气体排出通道开口 246与阳极侧板23的接合中间板24的表面23a和阴极侧板22的接合中间 板24的表面22a —起形成多个氧化气体排出通道64。氧化气体排出通道 64在其一端处与氧化气体排出歧管连通，在其另一端处与形成在阴极恻板 22中的各个氧化气体排出孔226连通。
在图5A中由单点划线所取的截面C-C和C'-C'在此处未示出，但是其 具有与图6的B-B截面相似的结构。更具体而言，在隔离器25的与图5A 的截面C-C相对应的部分中，以与形成氧化气体供给通道63相似的方式 形成与燃料气体供给歧管和燃料气体供给孔237连通的燃料气体供给通道 61。此外，在隔离器25的与图5A的截面C'-C'相对应的部分中，以与形 成氧化气体排出通道64相似的方式形成与燃料气体排出歧管和燃料气体 排出孔238连通的燃料气体排出通道62。如上针对氧化气体供给通道开口 245和氧化气体供给孔225所述，燃料气体在包括燃料气体供给通道开口 247和燃料气体供给孔237的每条燃料气体供给路径中经历相等的压力损
如图5A、图5C和图7所示，由冷却介质流动通道开口 243形成多个
冷却介质通道65。冷却介质通道65在其一端处与冷却介质供给歧管连
通，在其另一端处与冷却介质排出歧管连通。
由图4B中的密封线SL所示的、密封部分50与隔离器25的抵靠部分 包括围绕燃料电池的反应区域DA的外周的抵靠部分(此后称作"围绕反 应区域的密封部分")。如图5A所示，燃料气体供给歧管、燃料气体排 出歧管、氧化气体供给歧管和氧化气体排出歧管位于围绕密封部分的反应 区域外部。在另一方面，氧化气体供给孔225、氧化气体排出孔226、燃 料气体供给孔237和燃料气体排出孔238都位于反应区域DA的端部， 即，位于上述围绕反应区域的密封部分内。利用此布置，燃料气体供给通 道61、燃料气体排出通道62、氧化气体供给通道63和氧化气体排出通道 64形成为延伸穿过隔离器25内部同时绕过围绕反应区域的密封部分。此 外，冷却介质通道65与位于围绕反应区域的密封部分外侧的冷却介质供 给歧管和冷却介质排出歧管连通，并因此延伸穿过隔离器25内部同时绕 过围绕反应区域的密封部分。
图5B图示了隔离器25与密封一体式MEA 21互相接触处围绕密封部 分的反应区域的截面。在如图5B所示的围绕反应区域的密封部分的截面 中，形成氧化气体供给通道63处的中空部分(空间)与实体部分S沿在 图5A中观察的横向交替布置。于是，实体部分S形成在如5A中所示的密 封线Sll-Sll的整个长度的一部分上(即，以特定间距设置多个氧化气体 供给通道63)，以确保隔离器25的足够高的刚度。利用此构造，阴极侧 板22和阳极侧板23不容易变形，使得提高了对于反应气体的密封并提高 了通过氧化气体供给通道63供应氧化气体的稳定性。应该理解，由图5A 中的密封线S13-S13所取的截面具有与上述截面Sll-Sll类似的结构。
图5C图示了隔离器25与密封一体式MEA 21互相接触处围绕密封部 分的反应区域的截面(图5A中的截面S12-S12)。在此截面中，形成冷却 介质通道65和燃料气体排出通道62处的中空部分(空间)与实体部分S 沿在图5A中观察的竖直方向交替布置。利用此布置，实体部分S对阴极 侧板22和阳极侧板23提供了支撑，并抑制了缺乏此布置阴极侧板22和阳 极侧板23在密封压力下将产生的可能变形。应该理解，由图5A中的密封
线S14-S14所取的截面具有与上述截面S12-S12类似的结构。
燃料电池的工作
将参考图4A至图7对采用第一实施例的隔离器的燃料电池堆的工作 进行说明。
如图6中箭头所示，供给到燃料电池堆10的氧化气体经过包括氧化 气体供给歧管、氧化气体供给通道63和氧化气体供给孔225的多条路径 行进，并被供给MEA 21的阴极侧上的扩散层212。图5A中的箭头Fi表 示从各个氧化气体供给孔225 (即，从各个氧化气体供给路径)供给的氧 化气体流。从扩散层212供给的氧化气体在阴极上经历电化学反应。如图 6的箭头所示，氧化气体接着通过氧化气体排出孔226、氧化气体排出通 道64和氧化气体排出歧管排出到燃料电池堆10的外部。在图5A中，箭 头Fo表示从扩散层212排出到各个氧化气体排出孔226的氧化气体流。
如上所述，各个MEA 21的扩散层212具有高孔隙率，并且流过扩散 层212的氧化气体经历足够小的压力损失。因此，经过各个氧化气体供给 路径分布并供给到阴极的氧化气体的量取决于各个氧化气体供给路径中氧 化气体的压力损失。各个氧化气体供给路径的压力损失基本上由氧化气体 供给通道开口 245和氧化气体供给开口 225的形状和尺寸确定。因此，通 过氧化气体供给通道开口 245和氧化气体供给孔225的形状和尺寸，来对 经过各个氧化气体供给路径分布并供给到阴极的氧化气体的量进行控制。 根据这一点，需要如上所述定位实体部分S (即，以合适间距定位氧化气 体供给通道63)以确保隔离器结构在氧化气体供给通道63附近的刚度。 否则，氧化气体供给通道63将变形。如果发生变形，则在氧化气体供给 路径之间氧化气体的压力损失不同(换言之，氧化气体在氧化气体供应路 径中经历不同的压力损失)，而不能如所期望地控制流动通过供给路径的 氧化气体的量。
在所示实施例中，如参考图3所作的说明，氧化气体供给通道开口 245和氧化气体供给孔225具有相同的形状和尺寸，以使得每个氧化气体 供给路径的压力损失相等，因此使得经过各个氧化气体供给路径供给到阴 极的氧化气体的量相等。
与氧化气体类似，供给到燃料电池堆10的燃料电池经过包括燃料气
体供给歧管、燃料气体供给通道61和燃料气体供给孔237的多条路径 (前述燃料气体供给路径)行进，并供给到在MEA 21的阳极侧上的扩散 层212。供给到各个扩散层212的燃料气体扩散在燃料电池的整个反应区 域DA (未示出)，并在阳极上经历电化学反应。然后，燃料气体以与将 氧化气体排出到外部相同的方式，经过燃料气体排出孔238、燃料气体排 出通道62和燃料气体排出歧管排出到外部。
同样，在燃料气体供给路径中，燃料气体供给通道开口 247和燃料气 体供给孔237具有相同的形状和尺寸，并且因此，相等量的燃料气体经过 各个燃料气体供给路径供给到阳极。
如图7中的箭头所示，供给到燃料电池堆10的冷却介质经过冷却介 质供给歧管、冷却介质通道65、冷却介质排出歧管行进，并因此排出到外 部。当介质在冷却介质流动通道65内流动时，冷却介质主要吸收燃料电 池10的热能来冷却燃料电池。
在所示实施例的隔离器25中，氧化气体供给间距Aki被设定为小于或 窄于氧化气体排出间距Ako，使得氧化气体以提高的均匀性分布在反应区 域DA上。虽然如图5A所示，氧化气体在从氧化气体供给通道63供给的 氧化气体流Fi之间的区域中不容易流动，但是减小相邻的氧化气体供给通 道63之间的间距以减小其中氧化气体不容易流动的区域。虽然氧化气体 供给间距Aki的减小带来了氧化气体在反应区域DA上分布的均匀性的提 高，但是减小的间距Aki可以导致上述实体部分S (见图5B)的总长度的 减小并因此降低隔离器25的刚度。考虑到这种可能性，氧化气体供给宽 度Ri也被设定为小于氧化气体排出宽度Ro，使得实体部分S的总长度可 以占用密封线总长度的期望比例，从而抑制隔离器25的刚度的降低。
在燃料电池堆10中燃料电池的发电期间，作为电化学反应的结果， 在阴极处产生水。这样产生的水被混合在氧化气体中。所期望的是混合在 氧化气体中的水随着氧化气体快速地排放到燃料电池外部。但是，如果氧 化气体排出宽度Ro较小，氧化气体排出孔226或氧化气体排出通道64可 能被聚集在该孔或通道中的(作为反应产物的)水阻塞或堵塞。在所示实
施例中，氧化气体排出宽度Ro被设定为大于氧化气体供给宽度Ri，使得 以提高的效率排放作为反应产物的水。虽然所产生的水的排放效率随着氧
化气体排出宽度Ro的增大而提高，但是增大的宽度Ro可能导致上述实体 部分S (见图5B)的总长度的减小，并因此降低隔离器25的刚度。考虑 到此可能性，氧化气体排出间距Ako被设定为大于氧化气体供给间距 Aki，使得实体部分S的总长度可以占用密封线总长度的期望比例，从而 抑制隔离器25的刚度的降低。
为有效地确保隔离器25的高刚度，氧化气体供给通道63和氧化气体 排出通道64需要形成有合适的通道宽度和通道间距，使得如上所述的实 体部分S (见图5B)的总长度可以占用密封线总长度的期望比例。在所示 实施例中，氧化气体供给通道63和氧化气体排出通道64的通道宽度和通 道间距在供给侧和排出侧之间相对不同，以在确保隔离器25的足够刚度 的同时提高氧化气体供给时的均匀性和排放所产生的水的效率。
与上述氧化气体类似，期望燃料气体以足够高的均匀性分布在反应区 域DA上。此外，在阴极侧上作为电化学反应的结果所产生的水经过电解 质膜211并进入阳极侧。因此期望作为反应产物的水可以随着燃料气体迅 速地排放到燃料电池的外部。在所示实施例的隔离器25中，燃料气体排 出宽度ro和燃料气体排出间距Aho分别被设定为高于燃料气体供给宽度ri 和燃料气体供给间距Ahi，如同在氧化气体供给/排出侧的情况。利用此构 造，可以在确保隔离器25的足够刚度的同时，用提高的均匀性将燃料气 体供给到反应区域DA，并用提高的效率排放所产生的水。因此，在燃料 电池的发电期间可以抑制所谓"浸水(flooding)"。
在所示实施例中，氧化气体供给通道开口 245和氧化气体供给孔225 具有相同的形状和尺寸或大小，使得在各个氧化气体供给路径中存在相等 的氧化气体的压力损失，并且从各个氧化气体供给孔225供给基本相同量 的氧化气体。利用此构造，从氧化气体供给孔225供给的氧化气体可以均 匀地分布在反应区域DA的整个区域上。
此外，在所示实施例中，氧化气体供给通道开口 245互相平行布置在 反应区域DA的氧化气体供给端部的整个长度(其在图5A的示例中从反 应区域DA上侧的左端延伸到右端)上。利用此布置，可以用提高的均匀 性将氧化气体供给到反应区域DA。
在所示实施例中，燃料气体供给通道开口 247没有形成在反应区域 DA的燃料气体供给端部的整个长度上。关于这一点，应该注意，作为燃 料气体的氢气的扩散速度高于作为氧化气体的空气中包含的氧气的扩散速 度。更具体而言，扩散速度主要取决于扩散系数和浓度梯度，而氢气的扩 散系数比氧气大约4倍。而且，纯氢气被用作燃料气体(即，燃料气体中 氢气的浓度是约100%)，而空气(其中氧气的浓度是约20%)被用作氧 化气体。所以认为氧化气体中氧气的扩散速度低于燃料气体中氢气的扩散 速度。因此，如果燃料气体供给孔237形成在反应区域DA的燃料气体供 给端部的一部分中，也可以供给为电池反应所需的足够量的氢气。换言 之，因为氧气分子具有相对低的扩散速度，所以燃料电池的电化学反应的 速率通常由在阴极的三相界面处发生的反应(2H+ + 2e—+ (1/2) 02 — H20)来控制。因此，通过将重点特别放在氧化气体供给的效率或均匀性 上布置气体供给通道，提高了电池性能。 B.第二实施例
将参考图8A、图8B、图9A和图9B，描述根据本发明第二实施例构 造的隔离器25。图8A和图8B分别是第二实施例的隔离器的阴极侧板和 阳极侧板的俯视图。图9A和图9B分别是第二实施例的隔离器的中间板和 密封一体式MEA的俯视图。在以下说明中，将针对与第一实施例的隔离 器25不同的一些特征，详细描述第二实施例的隔离器25的结构，而此处 不再提供对第一和第二实施例的隔离器25相同的其他特征的解释。
与第一实施例的隔离器25类似，第二实施例的隔离器25通过将三层 板(阴极侧板22、阳极侧板23和中间板24)接合在一起构成。
与第一实施例的阴极侧板22类似，第二实施例的阴极侧板22形成有 氧化气体供给歧管开口 222a和氧化气体排出歧管开口 222b。但是，在第 二实施例中，如图8A所示，用两个肋条RB对阴极侧板22的其中形成氧 化气体供给歧管开口 222a的部分进行加强。利用这样设置的两条RB，第 二实施例的氧化气体供给歧管开口 222a被分为三个氧化气体供给歧管开口
222al-222a3。此外，用一个两条RB对阴极侧板22的其中形成氧化气体 排出歧管开口 222b的部分进行加强，而氧化气体排出歧管开口 222b因此 被分为两个氧化气体排出歧管开口 222bl、 222b2。划分氧化气体供给歧管 开口 222a的两个肋条RB和划分氧化气体排出歧管开口 222b的一个肋条 RB被布置为跨过反应区域DA互相相对。即，在供给侧上的两个肋条RB 和在排放侧上的一个肋条RB跨过反应区域DA布置，以致于不在其中氧 化气体供给歧管开口 222al-222a3和氧化气体排出歧管开口 222bl、 222b2 互相相对的方向上互相对准。
如在第一实施例中的情况，第二实施例的阴极侧板22具有布置在反 应区域DA的氧化气体供给端部的整个长度上的多个氧化气体供给孔 225，和布置在反应区域DA的氧化气体排出端部的整个长度上的氧化气体 排出孔226。但是，在第二实施例中，氧化气体供给宽度R和氧化气体供 给间距Ak被设定为等于氧化气体排出宽度R和氧化气体排出间距Ak。此 外，在第二实施例中，氧化气体供给孔225和氧化气体排出孔226在图8A 的横向上交替地布置在反应区域DA的纵向相对的端部(图8A)中。艮口， 氧化气体供给孔225和氧化气体排出孔226在图8A的竖直方向上不互相 对准，而是如图8A中由虚线LNi和双点划线Lno所示，在横向上互相偏 离与上述间距Ak的一半相对于的距离。虚线LNi经过氧化气体供给孔 225的中心并朝向氧化气体排出端部延伸，双点划线LNo经过氧化气体排 出孔226的中心并朝向氧化气体供给端部延伸。换言之，氧化气体排出孔 226与氧化气体供给端部的实体部分相对，所述实体部分位于氧化气体供 给孔225之间。
第二实施例的阴极侧板22的其他特征与第一实施例相同，因此在图 8A中使用的与图示第一实施例的图3A中使用的相同标号用于标示相应元 件，将不再提供其解释。
与第一实施例的阳极侧板23类似，第二实施例的阳极侧板23形成有 氧化气体供给歧管开口 232a和氧化气体排出歧管开口 232b。但是，在第 二实施例中，如图8B所示，如同上述第二实施例的阴极侧板22的情况， 氧化气体供给歧管开口 232a被两个肋条RB分为三个氧化气体供给歧管开
口 232al-232a3，氧化气体排出歧管开口 232b被一个肋条RB分为两个氧 化气体排出歧管开口 232bl、 232b2。
第二实施例的阳极侧板23的其他结构特征与第一实施例相同，因此 在图8B中使用的与图示第一实施例的图3B中使用的相同标号用于标示相 应元件，将不再提供其解释。
与第一实施例的中间板24类似，第二实施例的中间板24形成有氧化 气体供给歧管开口 242a和氧化气体排出歧管开口 242b。但是，在第二实 施例的中间板24中，如图9所示，如同上述阴极侧板22的情况，氧化气 体供给歧管开口 242a被两个肋条RB分为三个氧化气体供给歧管开口 242al-242a3，氧化气体排出歧管开口 232b被一个肋条RB分为242bl、 242b2。
类似于第一实施例中的情况，第二实施例的中间板24具有布置在反 应区域DA的氧化气体供给端部的整个长度上的多个氧化气体供给通道开 口 245，和布置在反应区域DA的氧化气体排出端部的整个长度上的氧化 气体排出通道开口 246。氧化气体供给通道开口 245和氧化气体排出通道 开口 246分别与上述阴极侧板22的氧化气体供给孔225和氧化气体排出孔 226对准并连通。即，氧化气体供给通道开口 245和氧化气体排出通道开 口 246分别以间距Ak布置，并且这些245、 246的全部都具有R的宽度。 氧化气体供给通道开口 245和氧化气体排出通道开口氧化气体排出通道开 口 246跨越DA在图9A的横向上交替布置，以在图9A的竖直方向上不互 相对准，如图9中经过氧化气体供给通道开口 245的中心的虚线LNi和经 过氧化气体排出通道开口 246的中心的双点划线LNo所示。
第二实施例的中间板24的其他结构与第一实施例相同，因此在图9A 中使用的与图示第一实施例的图4A中使用的相同标号用于标示相应元 件，将不再提供其解释。
第二实施例的密封一体式MEA 21与第一实施例的相同，因此在图9B 中使用的与图示第一实施例的图4B中使用的相同标号用于标示相应元 件，将不再提供其解释。
在所示实施例中，划分氧化气体供给歧管的肋条RB (形成在三层板
的每层板中)对应于在"发明内容"和所附权利要求中提及的(一个或多 个)第一肋条，划分氧化气体排出歧管的肋条RB (形成在三层板的每层 板中)对应于在"发明内容"和所附权利要求中提及的(一个或多个)第 二肋条。
在如上所述构造的第二实施例的隔离器25中，氧化气体供给通道63 和氧化气体排出通道64跨越反应区域DA在图9A的横向上交替部分，以 在图9A的竖直方向上不互相对准，因此，以提高的均匀性将氧化气体分 布在反应区域DA上。虽然氧化气体不容易在从氧化气体供给通道63供给 的氧化气体流之间的区域中流动，但是位于介于其间的区域中的氧化气体 排出通道64使得氧化气体在通过氧化气体排出通道64排出时流入这些区 域中。利用此布置，减小了反应区域DA的未被氧化气体流覆盖的区域； 换言之，以提高的均匀性将氧化气体分布在反应区域DA上。
与第一实施例的隔离器25类似，氧化气体供给通道63和氧化气体排 出通道64互相平行布置，并以实体部分S置于相邻的通道之间，从而确 保了隔离器25的足够高的刚度。
此外，肋条设置在氧化气体供给歧管和氧化气体排出歧管中，确保了 隔离器25的更高刚度。此外，氧化气体供给歧管中的肋条RB与氧化气体 排出歧管中的肋条RB偏离，使得供给侧上的肋条RB和排出侧上的肋条 RB在歧管互相相对的方向上不互相对准。关于这一点，应该注意，在形 成肋条RB的部分中不能形成氧化气体供给通道63和氧化气体排出通道 64，并且，如果供给侧上的肋条RB和排出侧上的肋条RB直接互相相 对，则反应区域DA将包括其中氧化气体不容易流动的区域(即，被置于 互相相对的肋条之间的区域)。在所示实施例中，在供给侧上的肋条和在 排出侧上的肋条互相偏离，以互相不对准或者互相不直接相对，从而避免 上述问题。 C.修改示例
每个所示实施例的隔离器25通过对三层板进行冲裁来简单地制造， 并因此可以由除了金属之外的其他材料制成。例如，导电膜或碳薄板可以 用于形成隔离器25。
虽然在所示实施例中构成隔离器25的三层板通过热压接合在一起， 但是这些板可以通过各种其他方法接合在一起。例如，可以采用诸如扩散 结合、钎焊和焊接之类的各种接合方法。
虽然已经参考示例性实施例及其修改示例详细描述了本发明，但是应 该理解，本发明不限于示例性实施例和修改示例的细节，而可以在不偏离 本发明原理的情况下以各种改变、修改或改善来实施。
权利要求
1.一种燃料电池堆的隔离器，包括第一电极板、第二电极板和中间板，所述第一电极板具有面对与所述第一电极板接合的膜电极组件的第一电极的平坦表面，所述第二电极板具有面对与所述第二电极板接合的膜电极组件的第二电极的平坦表面，所述中间板夹在所述第一电极板与所述第二电极板之间，其中反应气体供给歧管和反应气体排出歧管形成在所述隔离器中以穿透所述第一电极板、所述第二电极板和所述中间板的厚度；所述中间板具有穿透所述中间板的厚度并形成多个反应气体供给通道的多个反应气体供给通道开口，每个所述反应气体供给通道在其一端处与所述反应气体供给歧管连通，并在其另一端处到达与所述膜电极组件相对应的反应区域的第一端部；所述中间板还具有穿透所述中间板的厚度并形成多个反应气体排出通道的多个反应气体排出通道开口，每个所述反应气体排出通道在其一端处与所述反应气体排出歧管连通，并在其另一端处到达所述反应区域的第二端部；所述第一电极板具有穿透所述第一电极板的厚度并与所述反应气体供给通道的另一端连通的至少一个反应气体供给孔，和穿透所述第一电极板的厚度并与所述反应气体排出通道的另一端连通的至少一个反应气体排出孔；并且其中所述反应气体供给通道以小于预定间距的第一通道间距布置，并且所述反应气体排出通道具有大于预定宽度的第二通道宽度。
2. 根据权利要求1所述的隔离器，其中所述反应气体供给通道具有第 一通道宽度，并且所述反应气体排出通道以第二通道间距布置，并且其中 所述预定间距等于所述第二通道间距，所述预定宽度等于所述第一通道宽 度。
3. 根据权利要求2所述的隔离器，其中所述至少一个反应气体供给孔 包括多个反应气体供给孔，并且每个所述反应气体供给通道与所述反应气 体供给孔中的至少一个连通。
4. 根据权利要求3所述的隔离器，其中所述反应气体供给孔的数量等 于所述反应气体供给通道的数量，并且所述反应气体供给通道与所述反应 气体供给孔一一对应。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的隔离器，其中所述反应气体供给通道布置在所述反应区域的所述第一端部的整个长度上；并且其中所述反应气体排出通道布置在所述反应区域的所述第二端部的整个长 度上。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的隔离器，其中 所述第一电极包括阴极； 所述第二电极包括阳极；所述反应气体供给歧管、所述反应气体供给通道和所述至少一个反应 气体供给孔分别是氧化气体供给歧管、多个氧化气体供给通道和至少一个 氧化气体供给孔，其被设置用于供给氧化气体；并且其中所述反应气体排出歧管、所述反应气体排出通道和所述至少一个反应 气体排出孔分别是氧化气体排出歧管、多个氧化气体排出通道和至少一个 氧化气体排出孔，其被设置用于排出氧化气体。
7. —种燃料电池堆的隔离器，包括第一电极板、第二电极板和中间 板，所述第一电极板具有面对与所述第一电极板接合的膜电极组件的第一 电极的平坦表面，所述第二电极板具有面对与所述第二电极板接合的膜电 极组件的第二电极的平坦表面，所述中间板夹在所述第一电极板和所述第 二电极板之间，其中反应气体供给歧管和反应气体排出歧管形成在所述隔离器中以穿透所 述第一电极板、所述第二电极板和所述中间板的厚度；所述中间板具有穿透所述中间板的厚度并形成多个反应气体供给通道 的多个反应气体供给通道开口，每个所述反应气体供给通道在其一端处与 所述反应气体供给歧管连通，并在其另一端处到达与所述膜电极组件相对 应的反应区域的第一端部； 所述中间板还具有穿透所述中间板的厚度并形成多个反应气体排出通 道的多个反应气体排出通道开口，每个所述反应气体排出通道在其一端处 与所述反应气体排出歧管连通，并在其另一端处到达所述反应区域的与其 所述第一端部相对的第二端部；所述第一电极板具有穿透所述第一电极板的厚度并与所述反应气体供 给通道的另一端连通的至少一个反应气体供给孔，和穿透所述第一电极板 的厚度并与所述反应气体排出通道的另一端连通的至少一个反应气体排出 孔；并且其中所述反应气体供给通道和所述反应气体排出通道交替地布置，使得各 个所述反应气体供给通道与各个所述反应气体排出孔在所述反应气体供给 通道的阵列与所述反应气体排出通道的阵列彼此相对的方向上不对准。
8. 根据权利要求7所述的隔离器，其中所述至少一个反应气体供给孔 包括多个反应气体供给孔，并且每个所述反应气体供给通道与所述反应气 体供给孔中的至少一个连通。
9. 根据权利要求8所述的隔离器，其中所述反应气体供给孔的数量等 于所述反应气体供给通道的数量，并且所述反应气体供给通道与所述反应 气体供给孔一一对应。
10. 根据权利要求7至9中任一项所述的隔离器，其中 所述反应气体供给通道布置在所述反应区域的所述第一端部的整个长度上；并且其中所述反应气体排出通道布置在所述反应区域的所述第二端部的整个长 度上。
11. 根据权利要求7至10中任一项所述的隔离器，其中 所述反应气体供给歧管被至少一个第一肋条划分为多个反应气体供给歧管；所述反应气体排出歧管被至少一个第二肋条划分为多个反应气体排出歧管；并且其中所述至少一个第一肋条和所述至少一个第二肋条跨越所述反应区域被 布置为在其中所述反应气体供给歧管和所述反应气体排出歧管彼此相对的方向上不互相对准。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的隔离器，其中所述第一电极包括阴极； 所述第二电极包括阳极；所述反应气体供给歧管、所述反应气体供给通道和所述至少一个反应 气体供给孔分别是氧化气体供给歧管、多个氧化气体供给通道和至少一个 氧化气体供给孔，其被设置用于供给氧化气体；并且其中所述反应气体排出歧管、所述反应气体排出通道和所述至少一个反应 气体排出孔分别是氧化气体排出歧管、多个氧化气体排出通道和至少一个 氧化气体排出孔，其被设置用于排出氧化气体。
全文摘要
本发明公开了一种燃料电池堆的隔离器，其具有面对MEA的平坦表面，并包括阴极侧板、阳极侧板和中间板。中间板具有与阴极侧板的氧化气体供给歧管和氧化气体供给孔连通的多个氧化气体供给通道开口，以及与阳极侧板的氧化气体排出歧管和氧化气体排出孔连通的多个氧化气体排出通道开口。氧化气体排出通道开口的宽度和间距被设定为大于氧化气体供给通道开口的宽度和间距。
文档编号H01M8/04GK101116210SQ200680004347
公开日2008年1月30日 申请日期2006年1月24日 优先权日2005年2月8日
发明者乾文彦, 佐藤博道, 佐野诚治, 八神裕一, 大田佳史, 宇佐美祥, 松本信一, 梶原隆 申请人:丰田自动车株式会社