燃料电池的制作方法

专利名称：燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及供给有反应气体并利用所供给的反应气体发电的燃料电池。
相关技术
通常，燃料电池交替堆叠具有电解质膜和电极催化剂层的发电部 和作为隔离壁的隔离器。已经提出了各种结构的燃料电池。
例如，已经提出了如下的燃料电池结构具有预定孔隙率的多孔 构件用作气体流动通道，并且通过该多孔构件将用于发电的反应气体供 给到发电部。该燃料电池在发电部的外围上设置有具有防止反应气体泄 漏的凸缘部(lip portion )(即密封线)的密封垫。顺便提及，多孔构件 布置在发电部的两侧上，隔离器布置在多孔构件的外侧。
此外，日本专利申请爿> 开2002-231274 (在下文称为 "JP-A-2002-231274")描述了一种燃料电池，其中密封塾和发电部通 过框架薄板整体形成以防止密封垫的位置偏差。
然而，在JP-A-2002-231274中描述的具有多孔构件和密封垫的燃 料电池中，由于结构原因，在隔离器、密封垫、和多孔构件的外围表面 之间产生空隙(间隙)。如果将反应气体供给到上述燃料电池中的多孔 构件，则反应气体从各个多孔构件的外围表面流出到流动阻力相对低的 空隙(反应气体的这种流动在下文将称为"逃逸流动")。流出到流动阻 力相对低的空隙的反应气体既没有供给到发电部，也没有用于燃料电池 的电化学反应。因此，燃料气体的利用率降低，并且发电性能也降低。

发明内容
本发明提供防止反应气体朝空隙逃逸流动的燃料电池。 本发明的第一方面涉及燃料电池，包括包括电解质膜和电极的发电部；布置在所述发电部两侧上用于收集发电部所产生的电流并作为 隔离壁的隔离器；设置在该发电部的外围部分上以抑制供给到燃料电池 的反应气体泄漏的密封垫；具有预定孔隙率的多孔构件，所述多孔构件 布置在所述发电部的至少一侧和隔离器之间，并且作为反应气体通过其 供给到发电部的流动通道。所述隔离器具有设置在与所述多孔构件的外 围对应的位置上并沿所述多孔构件的所述外围的至少一侧向所述发电 部突出的凸出部。此外，在所述隔离器的凸出部和所述多孔构件的外围 表面之间设置有嵌入构件。
根据本发明第 一方面的燃料电池，即使已经供给到所述多孔构件 的反应气体试图经过多孔构件的外围表面流向空隙，反应气体也被嵌入 构件和凸出部阻挡。因此，几乎不会出现反应气体向空隙的逃逸流动。
结果，根据本发明第一方面的燃料电池防止反应气体流向隔离器、 密封垫和多孔构件之间的空隙。也就是说，不出现反应气体向空隙的逃 逸流动。因此，供给到多孔构件的反应气体可以可靠地供给到发电部并 用于化学反应。结果，反应气体的利用率增加，并且发电性能相应提高。
当隔离器布置在发电部两侧上时，上述燃料电池可以设计为将密 封垫夹在隔离器的凸出部之间。
此外，上述燃料电池可以设计为嵌入构件的孔隙率低于多孔构件 的预定孔隙率。在该情况下，因为填充隔离器的凸出部和多孔构件的外 围表面之间的空隙的嵌入构件的孔隙率低于多孔构件的空隙率，所以反 应气体在供给到多孔构件之后流过孔隙率相对高且压力损失相对小的 多孔构件的内部。
上述燃料电池可以设计为多孔构件具有矩形形状，并且当流过多 孔构件的反应气体的主要流动方向基本平行于矩形多孔构件的两个相 反侧面时，沿该两个相反侧面设置隔离器的凸出部。
在多孔构件的外围表面中，反应气体的逃逸流动易于出现在基本 平行于反应气体流动方向延伸的外围表面。因此，将凸出部设置在与多 孔构件的该外围表面对应的位置处就足够了。
此外，上述燃料电池可以设计为将隔离器的凸出部设置在环绕多孔构件的整个外围的位置上。
根据该结构，因为将凸出部设置为环绕多孔构件的整个外围，所 以几乎可以完全防止反应气体的逃逸流动。
此外，上述燃料电池可以设计为通过如下方式整体形成发电部和
密封垫将发电部的外围部分插入密封垫的一部分中，并且当隔离器设 置在发电部两侧上时将其中插入有发电部的外围部分的密封垫的该部 分的两侧夹在该隔离器的凸出部之间。
才艮据该结构，因为其中插入有发电部的外围部分的密封垫的该部 分是密封垫和发电部之间的接合部，所以通过将该接合部夹在隔离器的 凸出部之间，防止了密封垫和发电部在该接合部处彼此分开。
此外，上述燃料电池可以设计为嵌入构件具有用于粘结隔离器和 多孔构件的粘附特性。此外，上述燃料电池可以设计为嵌入构件由树脂 制成。
如果该嵌入构件具有这种粘附性，则可以可靠地整体形成隔离器 和多孔构件，这防止了多孔构件颤动(rattling)并偏离其位置。
此外，上述燃料电池可以设计为用金属板形成隔离器，并且通过 压制该金属板形成隔离器的凸出部。此外，上述燃料电池可以设计为通 过金属板形成隔离器，并且通过对该金属板进行蚀刻和机械加工中的至 少一种形成隔离器的凸出部。


参照附图，从以下优选实施方案的说明中，本发明的前述和其它 目的、特征和优点将变得显而易见，附图中类似的附图标记代表类似的 要素/元件，其中
图1是显示根据本发明第一示例实施方案的燃料电池的构造的示
意图2是根据第一示例实施方案的燃料电池的一部分的堆叠方向的 横截面视图；图3是根据相关技术的燃料电池的一部分的堆叠方向的横截面视
图4是显示根据本发明第二示例实施方案的燃料电池的构造的示
意图；以及
图5是根据第二示例实施方案的燃料电池的一部分的堆叠方向的 横截面视图。
具体实施例方式
下文将参照附图详细描述本发明的示例实施方案。
图1是显示根据本发明第一示例实施方案的燃料电池10的构造的 示意图。燃料电池10是供给有氢气和空气并通过氢和氧之间的电化学 反应发电的聚合物电解质燃料电池。燃料电池10安装在车辆上，并且 用作产生车辆的驱动力的电源。
参照图l，燃料电池10主要包括具有电解质膜21的发电部20; 作为空气和氢气(在下文称为"反应气体")流动的反应气体通道的多 孔构件26、 27;和收集通过电化学反应产生的电力并且还作为隔离壁的 隔离器40。在燃料电池10中，隔离器40、多孔构件27、发电部20、 多孔构件26和隔离器40顺序堆叠。通过端板85、 86从两侧夹住堆叠 的电池，由此形成燃料电池IO。
此外，在端板85中形成例如用于供给和排M应气体的通孔。从外 部部件如氢罐和压缩机(未显示)将反应气体经通孔平稳地供给到燃料电 池IO内部。
膜电极垫组合件(在下文称为"MEGA" )25和布置为环绕MEGA25 外围的密封垫30整体形成，形成发电部20。通过将气体扩散层23a、 23b 布置在具有固体聚合物电解质膜21的膜电极组合件(在下文称为"MEA") 24两侧上来形成MEGA25。
构成MEGA25的MEA24具有形成于电解质膜21表面上的电极催 化剂层22a、 22b。电极催化剂层22a设置在MEA24的阴极侧上，电极催 化剂层22b设置在MEA 24的阳极侧上。电解质膜21可以是具有质子导 电性的薄膜，并且由在润湿和潮湿条件下具有良好电导率的固体聚合物材料构成。电解质膜21具有矩形外形，该矩形外形小于隔离器40的矩形外 形。电极催化剂层22a、 22b形成于电解质膜21的表面上，并且包含加速 电化学反应的催化剂，例如铂。
MEA 24外侧上的气体扩散层23a、 23b是由孔隙率为60 70%的碳 构成的多孔构件。例如，可以使用碳布或碳纸作为气体扩散层23a、 23b。 这种材料的气体扩散层23a、 23b连接到MEA24以形成MEGA25。气体 扩散层23a设置在ME A 24的阴极侧上，气体扩M 23b设置在阳极侧上。 气体扩散层23a、 23b沿其厚度方向扩散供给的反应气体，从而将反应气 体分别供给到电极催化剂层22a、 22b的整个表面。
环绕MEGA 25外围的密封垫30由弹性橡胶如硅橡胶、丁基橡胶、 氟橡胶的绝,脂材料构成。如图2所示，密封垫30通过注塑成型形成于 MEGA25的外围上，使得MEGA25的外围部分部分地插入密封垫30中， 由此将密封垫30连接到MEGA 25。
密封垫30基本上形成为尺寸与隔离器40相等的矩形形状。沿密封 垫30的四侧设置作为反应气体和冷却水的歧管的通孑L。因为用作歧管的通 孔与形成于隔离器40中的通孔连通，所以下文将利用对隔离器40的说明 给出用作歧管的通孔的说明。
沿密封垫30的厚度方向凸出的凸缘部30a设置在用于歧管的通孔周 围，使得用于歧管的各个通孔被各自的凸缘部30a所环绕。形状与各个凸 缘部30a相同的凸缘部30b设置在MEGA 25的暴露部分周围以环绕 MEGA25的暴露部分。每个凸缘部30a也可以作为环绕MEGA25的暴露 部分的凸缘部30b的一部分。凸缘部30a、 30b紧靠夹住密封垫30的隔离 器40。因此，凸缘部30a、 30b通过受到在燃料电池10的电池堆叠方向的 预定夹紧力而被压缩和变形。因此，如图2所示，凸缘部30a、 30b形成 密封线SL，用于防止流过各个歧管的流体(氢、空气、冷却水)泄露和防 止在多孔构件26、 27中流动的>^应气体泄露。
为了防止流体从燃料电池IO中泄露出来，第一示例实施方案的燃料 电池10采用将密封垫30夹在各个电池中的结构，而不是将树脂框等夹在 隔离器之间并通过粘接固定的结构。因此，才艮据第一示例实施方案，可以 减少必需部件(例如树脂框)的数目，由此减小燃料电池IO的体积和重量。
下面将描述各种^^应气体流过其中的多孔构件26、 27。多孔构件26、27可以是其中具有大量孔隙的多孑L金属构件，例如由不锈钢、钛和钬^ir 构成的金属网和金属泡沫。多孔构件26、 27小于MEGA25，并且基本上 具有矩形形状。此外，多孔构件26、 27形成为具有配合于密封垫30的尺 寸。
多孔构件26、 27的孔隙率为约70~80%,因此大于构成MEGA25 的气体扩散层23a、 23b的孔隙率。多孔构件26、 27作为用于将反应气体 供给到MEGA25的流动通道。
例如，多孔构件26布置在MEGA 25的阴极侧(即，MEA 24的阴 极侧)和隔离器40之间。经由隔离器40供给的空气以从"上"到"下" 的方向流过多孔构件26，如图1所示。在以该方式流动时，空气供给到 MEGA25的阴极侧。
另 一方面，多孔构件27布置在MEGA 25的阳极侧(即MEA 24的 阳极侧)和隔离器40之间。经由隔离器40供给的氢气以从"右"到"左" 的方向流过多孔构件27,如图1所示。当以该方式流动时，氢气供给到 MEGA25的阳极侧。
也就是说，因为多孔构件26、 27主要设置为使Jl应气体以预定方向 流动，如图l所示，所以多孔构件26、 27的孔隙率相对较高，4吏得抑制了 反应气体流的压力损失，因此有助于水的排放。另一方面，因为气体扩散 层23a、 23b主要i殳置为沿其厚度方向扩M应气体，所以气体扩散层23a、 23b的孔隙率相对较低。
因此，穿过多孔构件26、 27的反应气体供给到MEGA25,然后由 于气体扩散层23a、 23b的扩散效应而扩散到电极催化剂层22a、 22b,由 此扩散的反应气体开始发生电化学反应。电化学Jl应是放热反应，因此将 冷却7jc供给到燃料电池10以使燃料电池10在预定的温度范围内运行。
下面将描述用于收集由电化学反应产生的电力的隔离器40。隔离器 40可以是由相互堆叠的三个薄金属板构成的三层隔离器。更具体而言，隔 离器40由以下的构成与空气流过其中的多孔构件26接触放置的阴g 41;与氢气流过其中的多孔构件27接触放置的阳机板43;和夹在阴^L 41和阳,43之间并主要作为用于冷却水的流动通道的中间板42。
三个金属板41、 42、 43由例如导电金属如不锈钢、钛和钬合金构成。
在三个金属板41、 42、 43中，设置形成各个歧管的一部分的通孔。
9具体地，用于供给空气的通孔形成于基本矩形的隔离器40的上部长侧中， 如图1所示，用于排放空气的通孔形成于隔离器40的下部长侧中，如图1 所示。此外，用于供给氢气的通孔形成于的隔离器40的右短侧的上部中(如 图l所示)，用于排放氢气的通孔形成于隔离器40的左短侧的下部中(如 图1所示)。同样，用于供给冷却水的通孔形成于隔离器40的左短侧的上 部中(如图l所示)，用于排放冷却水的通孔形成于隔离器40的右短侧的 下部中(如图l所示)。
除了歧管通孔之夕卜，作为供给到多孔构件26的空气的入口和从多孔 构件26排放的空气的出口的多个孔45、 46形成于阴M41中。同样，除 了歧管通孔之外，作为供给到多孔构件27的氢气的入口和从多孔构件27 排放的氢气的出口的多个孔(未图示)形成于阳私&43中。
在中间板42中形成的歧管通孔中，空气流过其中的歧管通孔形成为 与阴机板41中的孔45、 46连通，氢气流过其中的歧管通孔形成为与阳极 板43中的孔连通。
此外，沿中间板42中基本矩形外形的长侧方向形成凹槽，并且凹槽 的两端分别与冷却水流过其中的歧管通孔连通。
因此，通过堆叠和连接如上构建的三个板，在隔离器40中形成不同 流体流过的流动通道。
在第一示例实施方案中，在阴机板41和阳私敗43处形成肋41a、 43a，该肋41a、 43a朝多孔构件26、 27的接触表面突出，并且像条带一样 沿多孔构件26、 27的外围延伸，以环绕多孔构件26、 27。阳机板43的肋 43a在图1中被遮挡。
可以通过例如压制构成阴私fel 41和阳fe敗43的薄金属板形成肋 41a、 43a。
图2显示根据第一示例实施方案的燃料电池10的一部分的堆叠方向 的横截面。具体而言，图2显示沿图1中线X-X，的横截面。参照图2，在 通过堆叠隔离器40和密封垫30形成的歧管中流动的空气的一部分进入隔 离器40 (即隔离器40中的中间板42)内，然后经由孔45到达多孔构件 26。在电化学反应中用过的气体和在电化学反应中未使用的空气流过多孔 构件26，并且在经由孔46i^歧管后流入隔离器40内部。尽管此处未描 述关于氢气流动的解释，但是氢气以与空气相同的方式流动。图3显示根据相关技术的燃料电池10的一部分的堆叠方向的横截 面。如上所述，在相关技术中，在隔离器40、密封垫30和多孔构件26的 外围表面之间形成空隙A，而在隔离器40、密封垫30和多孔构件27的外 围表面之间形成空隙B,如图3所示。经由隔离器40供给到多孔构件26、 27的反应气体易于流向几乎没有压力损失的空隙A、 B，而不是流到具有 预定孔隙率的多孔构件26、 27内部。因此，反应气体从多孔构件26、 27 的外围表面分别流入空隙A、 B。也就是说，发生反应气体流向空隙A、 B 的逃逸流动。
另一方面，才艮据如上所述的第一示例实施方案，因为在阴 41和 阳私&43的表面上朝向多孔构件26、 27的接触面形成肋41a、 43a，所以 可以防止j^应气体流入空隙A、 B中。
下文将描述第一示例实施方案中肋41a、 43a周围的结构。在第一示 例实施方案中，例如，在将多孔构件26、 27和隔离器40堆叠在发电部20 的两侧上之前，将多孔构件26放在由阴M41的肋41a所环绕的平坦区 域中，如图2所示。然后，用蜡材料28填充肋41a和多孔构件26之间的 空隙，使得通过蜡材料28将肋41a和多孔构件26相互粘合。同样地，将 多孔构件27放在由阳札fe143的肋43a所环绕的平坦区域中。然后，用蜡 材料29填充肋43a和多孔构件27之间的空隙，使得通过蜡材料29将肋 43a和多孔构件27相互粘^来。然后，当多孔构件26、 27和隔离器40 堆叠在发电部20的两侧上时，阴机板41的肋41a和阳机板43的肋43a 布置为相互面对。也就是说，发电部20、多孔构件26、 27和隔离器40堆 叠为使得将发电部20中的密封垫30部分夹在肋41a和肋43a之间。
因此，在如图2所示的第一示例实施方案中，隔离器40的肋41a、 43a和蜡材料28、 29占据如图3所示的相关技术中所产生的空隙A、 B的 空间。因此，可以分别通过肋41a、 43a和蜡材料28、 29填充大部分空隙 A、 B。
在第一示例实施方案中，MEGA 25可净皮视为发电部，肋41a、 43a 可被视为突出部，而蜡材料28、 29可被分别视为本发明中的嵌入构件。
蜡材料28、 29的孔隙率和肋41a、 43a的孔隙率分别低于多孔构件 26、 27的孔隙率。因此，如上所述，从用于空气的隔离器40的孔45和用 于氢气的隔离器40的孔(未图示)供给的反应气体流入孔隙率相对高且压力损失相对小的多孔构件26、 27内部。也就3j兌，即使供给到多孔构件 26、 27的反应气体试图经由多孔构件26、 27的外围表面流向空隙A、 B， 反应气体也首先被蜡材料28、 29阻挡，然后被肋41a、 43a阻挡。因此， 反应气体几乎不可能流出到空隙A、 B中。也就是说，几乎不出现及^应气 体的逃逸流动。具体地，因为密封垫30部分夹在肋41a、 43a之间，4吏得 密封垫30在肋41a、 43a的尖端之间被压缩，所以几乎可以完全防止反应 气体流出到空隙A、 B。
如上所述，才艮据第一示例实施方案中的燃料电池IO，可以防止出现 流出，即反应气体朝由隔离器40、密封垫30和多孔构件26、 27所环绕的 空隙A、 B的逃逸流动。因此，可以将供给到多孔构件26、 27的反应气体 可靠地供给到MEGA25,并且用于电化学反应。结果，>^应气体的利用 率可以增加，发电性能也可以提高。
根据第一示例实施方案的燃料电池10，分别用蜡材料28、 29填充 肋41a、 43a和多孔构件26、 27之间的空隙，并且还通过蜡材料28、 29 将肋41a、 43a和多孔构件26、 27相互粘接起来。因此，即使多孔构件26、 27存在尺寸误差，多孔构件26、 27也不会颤动或偏离其位置。
根据第一示例实施方案的燃料电池IO，阴私敗41和阳机板43上的 肋41a、 43a分别形成为环绕多孔构件26、 27的外围。因此，当多孔构件 26、 27分别安放在阴极板41和阳私t!43上时，可以通过肋41a、 43a将 多孔构件26、 27容易地放置在其位置中。
根据第一示例实施方案的燃料电池10,将发电部20的密封垫30部 分夹在阴私tl41和阳私&43上的肋41a、 43a之间。然而，如图2所示， 夹在肋41a、 43a之间的发电部20的部分是MEGA 25的外围部分插入密 封垫30的部分。也就是说，肋41a、 43a夹住密封垫30和MEGA25之间 的粘接部分。另一方面，因为密封垫30和MEGA25是整体形成的，所以 当出现使用环境和使用IHt所致的劣化时，密封垫30和MEGA25之间的 粘接部分可以相互分开，其可能导致反应气体即氢气和空气的交叉泄露。 然而，根据第一示例实施方案的燃料电池IO，因为密封垫30和MEGA25 之间的粘接部分夹在肋41a、 43a之间，所以密封垫30和MEGA 25不在 粘接部分处相互分开，因此可以避免反应气体的交叉泄露。
此外，根据第一示例实施方案中的燃料电池IO，如上所述，肋41a、43a通过例如压制形成于阴极板41和阳机敗43之上。因此，每个肋41a、 43a呈现为类似图2所示的沟槽。因此，即使如图2所示当由化学反应在 阴极侧产生的水35在与空气一起经由孔46^隔离器40内部之后停留在 肋41a、43a处,作为Jl应气体的空气也穿过水35的侧面并沿沟槽形肋41a、 43a流动。因而，空气流不#_水35阻挡。
此外，根据第一示例实施方案，可以在考虑各个多孔构件26、 27的 厚度和待夹在肋41a和43a之间的密封垫30的部分的厚度的情况下，设定 阴抝&41的肋41a的高度和阳抝&43的肋43a的高度。例如，可以将肋 41a、43a的高度设定为当肋41a、 43a堆叠时能够将密封垫30压缩在肋41a、 43a的尖端之间并且降低多孔构件26和隔离器40之间的接触电阻及多孔 构件27和隔离器40之间的接触电阻的值。
图4是显示根据本发明第二示例实施方案的燃料电池10，的一部分的 构造的示意图。第二示例实施方案的燃料电池IO，具有与第一示例实施方 案的燃料电池10基^目同的结构。因此，将用相同的附图标记表示与第一 示例实施方案的燃料电池10相同的构件和要素/元件，并且将省略其描述。
参照图4，与第一示例实施方案的燃料电池10—样，第二示例实施 方案的燃料电池10，包括发电部20，、多孔构件26、 27和隔离器40。在 燃料电池10，中，隔离器40、多孔构件27、发电部20'、多孔构件26和隔 离器40依次堆叠，或按相反的顺序堆叠。端板85、 86从两侧夹住堆叠的 电池，由此形成燃料电池10，。
第二示例实施方案的燃料电池IO，和第一示例实施方案的燃料电池 10的结构差异在于发电部20，的密封垫30，的结构。具体而言，虽然在第一 示例实施方案中在密封垫30中形成环绕各个歧管通孔的凸缘部分30a和环 绕MEGA 25的暴露部分的凸缘部分30b，但是在第二示例实施方案中， 省去凸缘部分30b,代之以将隔离器40的肋41a、43a形成为起环绕MEGA 25的暴露部分的凸缘部分30b的作用(即，起防止流过多孔构件26、 27 的反应气体泄露的作用)。
图5显示根据第二示例实施方案中燃料电池10，的一部分的堆叠方向 的横截面。也就是说，图5是沿图4中的线Y-Y，截取的横截面，即其中不 存在歧管通孔的区域的横截面。
下文将4、搭述第二示例实施方案中的肋41a、 43a周围的结构。在第
13二示例实施方案中，多孔构件26、 27和隔离器40以与第一示例实施方案 中相同的方式堆叠在发电部20，上。也就是说，多孔构件26、 27放置在阴 ;^Ul41和阳私仗43上由肋41a、 43a所环绕的平坦区域中。然后，用蜡材 料28、 29填充肋41a、 43a和多孔构件26、 27之间的空隙，使得通过蜡材 料28、 29粘接肋41a、 43a和多孔构件26、 27。然后，阴极板41的肋41a 和阳极板43的肋43a布置为相互面对。发电部20，的密封垫30部分夹在 肋41a和肋43a之间。
结果，如图5所示，隔离器40的肋41a、 43a和蜡材料28、 29占据 图3中所示的相关技术中产生空隙A、 B的空间。因此，分别通过肋41a、 43a和蜡材料28、 29填充空隙A、 B的大部分。
因此，当经过各个隔离器40中用于空气的孔45和用于氢气的孔(未 图示)将反应气体供给到多孔构件26、 27时，所供给的反应气体流过孔隙 率高于蜡材料28、 29和压力损失小于蜡材料28、 29的多孔构件26、 27 内部。也就是说，即使供给到多孔构件26、 27的反应气体试图经由多孔构 件26、 27的外围表面流向空隙A、 B，反应气体也首先被蜡材料28、 29 阻挡，然后被肋41a、 43a阻挡。因此，几乎不出现反应气体朝空隙A、 B 的逃逸流动。
此外，密封垫30，部分夹在肋41a和肋43a之间，并且4皮肋41a、 43a 的尖端压缩。因此，可以完全防止^JI气体朝空隙A、 B的外流。因此， 肋41a、 43b代替环绕MEGA 25的暴露部分的密封垫30，的凸缘部分30b 用于防止流过多孔构件26、 27的反应气体泄露。
如上所述，根据第二示例实施方案的燃料电池10，，可以防止出现反 应气体朝向隔离器40、密封垫30，和多孔构件26、 27所环绕的空隙A、 B 逃逸流动。因此，可以将已供给到多孔构件26、 27的反应气体可靠地供给 到MEGA25，并且可以用于电化学反应。结果，反应气体的利用率增加， 发电性能也提高。
才艮据第二示例实施方案的燃料电池10，，因为隔离器40的肋41a、 43a起密封垫的凸缘部30b的作用，所以可以省略密封垫的凸缘部分30b。 因此，可以简化密封垫30，的结构。
此外，根据第二示例实施方案的燃料电池10，，还可以获得在第一示 例实施方案中所述的其它优点。应当理解，本发明不限于前述示例实施方案，而是在本发明构思范 围内可以以各种其它形式和结构实现。
在如图1所示的第一示例实施方案中，空气从上侧向下侧流过多孔
构件26，氢气从右侧向左侧流过多孔构件27。也就^:i兌，空气和氢气沿相 互垂直的方向流动。因此，阴机&41的肋41a和阳机板43的肋43a形成 为分别环绕多孔构件26、 27。然而，本发明不限于这种结构。例如，在空 气和氢气平行流动的结构中，都U本矩形的多孔构件26、 27的每一个的 两侧基本平行于空气和氢气的流动延伸。在该情况下，可以仅在沿多孔构 件26、 27的每一个的所述两侧的部分处形成肋41a、 43a。换言之，可以 除去沿多孔构件26、 27的每一个的另外两侧(基本垂直于空气和氢气流动 的侧)形成的肋41a、 43a的部分。
也就是说，在多孔构件26、 27的外围表面中，反应气体的前述逃逸 流动易于出现在基本平行于反应气体流动方向延伸的多孔构件26、27的每 一个的外围表面处。因此，在与多孔构件26、 27的这些外围表面对应的位 置处提供肋41a、 43a就足够了。
在第一和第二示例实施方案中，通过压制形成阴私t141、 43的薄金 属板形成肋41a、 43a。然而，本发明不限于此。例如，可以通过蚀刻或机 械加工除去金属板的不必要部分，形成肋41a、 43a。作为替代方案，可以 通过将各自具有凸出横截面的条带形部件连接到金属板来形成肋41a、 43a。
在第一和第二示例实施方案中，隔离器40是通过将三个金属板相互 堆叠形成的三层隔离器，并且反应气体从孔经由歧管和隔离器40内部(中 间板42的区域)供给到多孔构件26、 27。此外，废气从多孔构件26、 27 经由其它孔和隔离器40内部供排放到歧管中。然而，本发明不限于这种构 造。
例如，隔离器40可以是两层隔离器或单层隔离器，而不是三层隔离 器。在每个隔离器40为单层隔离器的情况下，用除压制之外的方法形成肋 41a、 43a。
此外，对于反应气体的通道，可以将反应气体从歧管经过隔离器和 密封垫之间、然后经过多孔构件的外围表面供给到多孔构件内部，废气可 以从多孔构件内部经过多孔构件的外围表面、然后经过隔离器和密封垫之
15间排出到歧管。在该情况下，优选地，不将肋41a、 43a形成在阴私板41 的将反应气体从歧管供给到多孔构件的流动通道在其中延伸的部分处和 阳极板43的将废气从多孔构件排放到歧管的流动通道在其中延伸的部分 处。在该情况下，可以不形成肋41a、 43a,或在对应于>11应气体从歧管流 到多孔构件或从多孔构件流向歧管的通道的部分处形成限制高度的肋 41a、 43a。
在第一示例实施方案和第二示例实施方案中，用蜡材料28、 29填充 肋41a、 43a和多孔构件26、 27之间的空隙，并且通过蜡材料28、 29粘接 肋41a、 43a和多孔构件26、 27。然而，可以使用粘合剂树月旨代替蜡材料。 例如，可以使用诸如环氧树脂、酚树脂、聚苯乙烯和尿素树脂的热固性树 脂代替蜡材料。此外，可以使用诸如PET (^J"苯二曱酸乙二醇酯)、PS (聚苯乙烯)、PEEK (聚醚醚酮)和PES (聚醚砜)代替蜡材料。
虽然已经参照本发明的示例实施方案描述了本发明，但是应当理解， 本发明不限于所述的实施方案或构造。相反，本发明意图覆盖各种修改方 案和等同布置。此外，虽然以不同的组合和构型示出了示例实施方案的不
同要素/元件，但是包括更多、更少或仅单个要素/元件的其它组合和构造 也在本发明的构思和范围内。
权利要求
1. 一种燃料电池，其特征在于包括包括电解质膜和电极的发电部；布置在所述发电部的两侧上用于收集由所述发电部所产生的电流并作为隔离壁的隔离器；设置在所述发电部的外围部分上用于抑制供给到所述燃料电池的反应气体的泄漏的密封垫；具有预定孔隙率的多孔构件，所述多孔构件布置在所述发电部的至少一侧和所述隔离器之间，并且作为所述反应气体通过其供给到所述发电部的流动通道，其中所述隔离器具有设置在与所述多孔构件的外围相对应的位置上并沿所述多孔构件的所述外围的至少一侧向所述发电部突出的凸出部，和设置在所述隔离器的所述凸出部和所述多孔构件的外围表面之间的嵌入构件。
2. 根据权利要求l所述的燃料电池，其中当所述隔离器布置在所述发 电部的两侧上时，所述密封垫夹在所述隔离器的所述凸出部之间。
3. 根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中所述嵌入构件的孔隙率 小于所述多孔构件的所述预定孔隙率。
4. 根据权利要求1到3任一项所述的燃料电池，其中所述多孔构件具 有矩形形状，和当流过所述多孔构件的所述反应气体的主要流动方向基本平行于所 述矩形多孔构件的相反两侧时，所述隔离器的所述凸出部沿所述相反两 侧设置。
5. 根据权利要求l到3任一项所述的燃料电池，其中所述隔离器的所 述凸出部设置在围绕所述多孔构件的整个外围的位置上。
6. 根据权利要求1到5任一项所述的燃料电池，其中通过将所述发电 部的所述外围部分插入到所述密封垫的一部分中整体形成所述发电部 和所述密封垫，和当所述隔离器布置在所述发电部的两侧上时，插入有所述发电部的 外围部分的所述密封垫的所述部分的两侧夹在所述隔离器的所述凸出部之间。
7. 根据权利要求l到6任一项所述的燃料电池，其中所述嵌入构件具 有用于粘接所述隔离器和所述多孔构件的粘附性能。
8. 根据权利要求l到7任一项所述的燃料电池，其中所述隔离器由金 属板形成，所述隔离器的所述凸出部通过压制所述金属板形成。
9. 根据权利要求l到7任一项所述的燃料电池，其中所述隔离器由金 属板形成，所述隔离器的所述凸出部通过对所述金属板进行蚀刻和机械 加工中的至少一种形成。
全文摘要
在燃料电池(10)的阴极板(41)和阳极板(43)上形成肋(41a、43a)。肋(41a、43a)朝向多孔构件(26、27)的接触面突出，并且沿多孔构件(26、27)的外围设置以环绕多孔构件(26、27)的外围。当隔离器(40)和多孔构件(26、27)堆叠在发电部(20)的两侧上时，阴极板(41)的肋(41a)和阳极板(43)的肋(43a)布置为相互面对。发电部(20)、多孔构件(26、27)和隔离器(40)相堆叠，使得发电部(20)上的密封垫(30)部分夹在肋(41a、43a)之间。多孔构件(26、27)的周边通过由例如蜡材料制成的嵌入构件(28、29)密封。
文档编号H01M8/02GK101449411SQ200780017863
公开日2009年6月3日 申请日期2007年6月6日 优先权日2006年6月19日
发明者二见谕, 佐藤博道, 堀田裕, 梶原隆 申请人:丰田自动车株式会社