专利名称：燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池，更具体地涉及具有多个单电池堆叠于彼此之 上的堆叠结构的燃料电池。
相关技术的描述
燃料电池堆具有单电池的堆，每个单电池具有电解质膜、设置于电 解质膜两侧的一对电极、和设置于电极外侧的一对隔离器(隔板)。在 这种燃料电池堆中，通过燃料气体供给歧管将燃料气体供给到每个单电 池的阳极。类似地，通过氧化剂气体供给歧管将氧化剂气体供给到每个 单电池的阴极。歧管在堆叠方向上延伸穿过燃料电池堆。每个隔离器具 有外围部，穿过该外围部形成有通孔，并且当单电池堆叠于彼此之上时 该通孔限定歧管。在这种单电池中，在成对隔离器之间往往插入密封构 件，以防止燃料气体和氧化剂气体泄露。例如，日本专利申请公开
2003-223卯3 (JP-A-2003-223903)公开了具有设置在隔离器的通孔周围 和其发电部周围的密封构件的单电池。
在这种燃料电池堆中，可以在燃料电池堆的堆叠方向上施加紧固载 荷以改善密封构件的可密封性，并且防止因燃料电池堆中电接触不良而 引起的电池功能劣化。例如，可以通过在燃料电池堆的两端提供端板并 且紧固螺接在延伸穿过端板四角的拉杆上的螺母而将紧固载荷施加在 燃料电池堆的堆叠方向上。
图7A显示了用于根据相关技术的燃料电池堆的隔离器的一个实例 的平面图，图7B显示了沿图7A的线VII-VII截取的燃料电池堆的横截 面图。
如图7A所示，隔离器41具有外围部，该外围部具有用于允许燃料 气体、氧化剂气体、和冷却介质流过其中的通孔416i等，和设置在该 通孔周围和发电部周围的密封构件S。在图7A中，用斜线阴影表示密 封构件S。例如，假定因为每个具有夹在隔离器41之间的MEA48的单
3电池堆叠期间的对准不良，所以从两侧挤压隔离器的密封构件s的密封
线在燃料电池堆中相互发生对准不良。在该情况下，当观察沿图7A的线VII-VII截取的燃料电池堆的横截面视图时，密封构件S位于MEA 48上方，如图7B所示。如上所述，由于从两侧挤压隔离器的密封构件S的密封线相互发生对准不良，所以施加如图7B中的箭头所示的压力，并且隔离器上施加有弯曲应力。因此，在金属隔离器的情况下，隔离器可能弯曲，直至隔离器的边缘相互接触，如图7B中的虚线所示，从而导致电短路。在碳隔离器的情况下，当密封构件S的密封线相互发生对准不良时，隔离器可能在密封构件施加有压力的地方产生开裂。
发明内容
本发明提供具有不因堆叠方向上的紧固载荷而变形或开裂的边缘的燃料电池隔离器。
本发明的第一方面涉及燃料电池。该燃料电池具有单电池的堆，所述单电池的每一个均具有电解质膜、设置于所述电解质膜两侧上的一对电极、和设置于所述成对的电极外侧的一对隔离器(隔板)。在该燃料电池中，沿堆叠方向施加紧固载荷以维持所述燃料电池堆的堆叠状态。该燃料电池具有形成为穿过所述隔离器外围部分的允许至少反应物气体流过所述隔离器的通孔；和设置于所述成对的隔离器之间用于在所述隔离器的所述外围部分上没有通孔的区域内支承紧固载荷的支承构件。
上述燃料电池还可以包括沿所述通孔的边缘的至少一部分形成的密封构件。该支承构件可以与所述密封构件形成为一体。
在所述燃料电池中，支承构件位于所述隔离器外围部分上没有通孔的区域内。所述燃料电池具有设置在反应气体流过其中的通孔的周围的密封构件，并且密封构件还在隔离器之间支承隔离器。当密封构件的位置在从两侧挤压隔离器时发生偏移时，弯曲应力施加到隔离器上。在根
据本发明第一方面的燃料电池中，由于所述隔离器的边缘被所述支承构件支承，所以所述隔离器较不易发生弯曲。因此，在金属隔离器的情形中，隔离器不会弯曲到使隔离器的边缘相互接触而导致电短路的程度。在碳隔离器的情形中，可以防止隔离器在密封构件发生相互对准不良的位置处产生开裂。
4密封构件可以实施为各种形式，例如密封垫、与密封垫形成为一体
的MEA、和粘合剂密封。密封构件可以形成在通孔周围，或者可以在通孔与反应气体通道连通的位置处省略密封构件。通过提供如上所述的密封构件，不干扰反应物气体的流动。
在根据本发明第一方面的燃料电池中，因为支承构件与密封构件形成为一体，所以可以减少部件数目，从而可以有助于燃料电池堆的组装。
在根据本发明第一方面的燃料电池中，所述成对的隔离器、所述密封构件和所述支承构件不形成封闭的空间。
在此处，封闭的空间不具有用于与其它空间连通的开口。例如，可以被认为是如下情形，当由形成在通孔周围的密封构件和与密封构件形成为一体的支承构件形成封闭区域(例如，矩形区域)时，当支承构件设置于成对的隔离器之间时由隔离器、支承构件和密封构件形成封闭的空间。
在根据本发明第一方面的燃料电池中，所述成对的隔离器、所述密封构件和所述支承构件不形成封闭的空间。因此，可以实现以下效果。例如，当由隔离器、支承构件和密封构件形成封闭的空间时，封闭的空间内的空气可能在燃料电池运行时因自加热而膨胀并流出密封构件和支承构件之外而到达通孔侧。因此，在通孔周围形成的密封构件的密封性能劣化，从而反应物气体流过通孔并可能泄露到外部。然而，根据本发明的燃料电池，因为未形成封闭的空间，所以不会产生使气体移动穿过形成于通孔周围的密封构件的力。因此，防止了密封性能的劣化。
所述支承构件可以是粘合剂。
所述粘合剂可以是聚硅氧烷、环氧树脂、环氧化物改性的聚硅氧烷、烯烃树脂、或烯烃改性的聚硅氧烷。
所述支承构件可以是密封垫。
所述支承构件可以具有不透气性、弹性、和耐热性。
在根据本发明第一方面的燃料电池中，因为所述支承构件包括粘合剂，所以每个单电池都形成为一个整体。因此，当堆叠多个单电池时，
5与单独地堆叠隔离器、电极、电解质膜等的情形相比，该燃料电池堆可以容易地以高精确度组装。
参照附图，从以下示例性实施方案的描述中，本发明的前述和其它特征及优点会变得明显，附图中类似的附图标记用于代表类似的要素/
元件，其中
图1是示出根据本发明第一实施方案的燃料电池堆100的一般构造的立体图2A和2B分别是第一实施方案的隔离器41a和47a的平面图，图2C是第一实施方案的单电池40a的横截面视图3是根据第一实施方案的燃料电池堆100的横截面视图4A和4B分别是根据第二实施方案的隔离器41b和47b的平面视图，图4C是第二实施方案的单电池40b的横截面视图5A和5B分别是根据第三实施方案的隔离器41c和47c的平面视图，图5C是第三实施方案的单电池40c的横截面视图6A是根据第四实施方案的与密封垫形成为一体的MEA 489的平面视图，图6B是第四实施方案的单电池40d的横截面视图；和
图7A是根据相关技术的燃料电池的隔离器41的平面图，图7B是该燃料电池的横截面视图。
具体实施例方式
按以下顺序描述用于实施本发明的最佳模式A.第一实施方案，B.第二实施方案，C.第三实施方案，D.第四实施方案，E.修改方案。
A.第一实施方案Al.燃料电池堆的构造:图1是示出根据本发明第一实施方案的燃料电池堆100的一般构造的立体图。燃料电池堆100通过在各个电极处的作为燃料气体的氢和作为氧化剂气体的空气中的氧之间的电化学反应产生电动势。如所示的，燃料电池堆100是通过将规定数目的单电池40a堆叠于彼此之上而形成的。单电池40a的数目可以基于所需的从燃料电池堆100输出的功率而任意确定。在该实施方案中，每个单电池40a都是聚合物电解质燃料电池。
在燃料电池堆100中，端板IO、绝缘板20、集流板30、多个单电池40a、集流板50、绝缘板60、和端板70以所述顺序从一端到另 一端堆叠。这些构件具有供给口、排放口、和允许作为燃料气体的氢、作为氧化剂气体的空气、和冷却剂流过燃料电池堆100的通道(未显示)。氢由氢罐(未显示)供给。空气和冷却剂由泵(未显示)加压并供给。每一个都具有冷却剂流过其中的冷却剂通道的冷却剂隔离器(未显示)插在每五个单电池40a之间。
燃料电池堆100具有拉紧板80。在燃料电池堆100中，沿堆叠结构的堆叠方向施加压力。因此，可以防止因燃料电池堆100中电接触不良引起的电池性能劣化，并且确保密封构件的密封性能。拉紧板80通过燃料电池堆100中的螺栓82固定到燃料电池堆100两端的端板10和70。因此，通过堆叠方向上的预定紧固力紧固单电池40a。
端板10和70、和拉紧板80均由诸如钢的金属制成，以确保刚性。绝缘板20和60由诸如橡胶或树脂的绝缘材料制成。集流板30和50由不可透气的导电材料诸如致密碳或铜板制成。每个集流板30和50都具有输出端子(未显示)，使得可以输出燃料电池堆IOO中产生的电功率。
下面将参照图2A 图2C描述单电池40a。图2A是示出接触阳极侧扩散层42的阳极侧隔离器41a的面的平面图。如所示的，阳极侧隔离器41a是具有一般矩形平面形状的平板。阳极侧隔离器41a具有外围部分，穿过该外围部分形成有氢供给通孔412i、氢排放通孔412o、空气供给通孔414i、空气排放通孔414o、冷却剂供给通孔416i、和冷却剂排放通孔4160，每个通孔都是具有一般矩形平面形状的通孔。阳极侧隔离器41a还具有作为具有一般正方形平面形状的凹陷的接收部418，图2C所示的膜电极组合件(在下文中还简称为"MEA") 48装配到该接收部418中。阳极侧隔离器41a还具有与氢供给通孔412i和氢排放通孔412o连通的槽状氳通道412p。
图2B是示出接触阴极侧扩"^ 46的阴极侧隔离器47a的面的平面视图。如所示的，阴极侧隔离器47a也是具有与上述阳极侧隔离器类似的一
7般正方形平面形状的平板。阴极侧隔离器47a具有外围部分，穿过该外围部分形成有氢供给通孔472i、氢排放通孔472o、空气供给通孔474i、空气排放通孔4740、冷却剂供给通孔476i、和冷却剂排放通孔476o,每个通孔都是具有一般矩形平面形状的通孔。与上述阳极侧隔离器41a中的情形一样，阴极侧隔离器47a具有一般正方形平面形状的接收部478，和与空气供给通孔474i和空气排放通孔474o连通的槽状空气通道474p。尽管在该实施方案中将不锈钢平板用于隔离器41a和47a，但是可以使用诸如钛或铝的其它金属的平板或碳的平板代替。
图2C是沿图2A的线II-II截取的单电池40a的横截面视图。阳极侧扩散层42、阳极43、电解质膜44、阴极45、和阴极侧扩散层46以该顺序堆叠，以形成MEA48。通过将MEA 48插入设置于阳极侧扩散层42侧面上的阳极侧隔离器41a和设置于阴极侧扩散层46侧面上的阴极侧隔离器47a之间，形成单电池40a。在该实施方案中，使用由氟树脂制成的聚电解质(polyelectrolyte)膜作为电解质膜44。 4吏用在碳布上
对于扩散层42和46，使用碳多孔体。当使用该扩散层42和46时，可以将气体有效地分散并供给到阳极43和阴极45的整个表面上。对于电解质膜，可以使用诸如固体氧化物的其它电解质。可由碳纤维制成的碳纸或碳毡形成电极。
单电池40a通逸拖用到阳极侧隔离器41a和阴极侧隔离器47a上的粘合剂Ba形成为一个整体。下面将参照图2A到图2C描述粘合剂Ba的线(由斜线阴影所示的区域)。对于粘合剂Ba，可以使用例如聚珪氧烷、环氧树脂、环氧化物改性的聚硅氧烷、烯烃树脂、或烯烃改性的聚硅氧烷。在阳极侧隔离器41a上，如图2A所示沿阳极侧隔离器41a的全部四个边缘连续施用粘合剂Ba。还将粘合剂Ba施用到MEA 48适合于装配到其中的接收部418的周围和通孔412i、 412o、 414i、 414o、 416i和416o的周围。在氢供给通孔412i和氢排放通孔412o周围区域中形成氢通道的区域中不施用粘合剂Ba，以不干扰氢的流入和流出。
同样，在阴极侧隔离器47a上，如图2B所示沿阴极侧隔离器47a的全部四个边缘连续施用粘合剂Ba。还将粘合剂Ba施用到MEA 48适合于适配到其中的接收部478的周围和通孔472i、 472o、 474i、 474o、 476i和476o的周围。在空气供给通孔474i和空气排放通孔474o周围区域中形成空气通道的区域中不施用粘合剂Ba，以不干扰空气的流入和流出。
阳极侧隔离器41a的下边缘和阴极侧隔离器47a的上边缘如图2A和 2B所示相互掩^。阳极侧隔离器41a的上边缘和阴极侧隔离器47a的下边 缘如图2A和2B所示相互接合。在挤压载荷施加到中间插入有MEA 48 的阳极侧隔离器41a和阴极侧隔离器47a并且粘合剂Ba固化时，形成整 体式单电池40a。然后，施用到接收部418和478周围和通孔周围的粘合 剂Ba作为防止氢、空气和冷却剂泄漏的密封构件。沿隔离器41a和47a 的全部四个边缘连续施用的粘合剂Ba作为用于支承隔离器边缘上的前述 紧固载荷的支承构件。因为在粘合剂Ba固化时施加了挤压栽荷，所以粘 合剂Ba铺展到隔离器41a和47a的边缘，如图2C所示。在该实施方案中， 粘合剂Ba可以视为密封构件和支承构件。其效果将在下文详述。
当如上所述构建的多个单电池40a堆叠于彼此之上以形成燃料电池堆 100时，氢供给通孔412i和472i形成沿堆叠方向延伸穿过燃料电池堆100 的氢供给歧管(未显示)。同样，氩排放通孔412o和472o形成氢排放歧管 (未显示)，空气供给通孔414i和474i形成空气供给歧管(未显示)，空 气排放通孔414o和474o形成空气排放歧管(未显示)，冷却剂供给通孔 416i和476i形成冷却剂供给歧管(未显示)，冷却剂排放通孔416o和476o 形成冷却剂排放歧管(未显示)。从氩罐(未显示)供给到燃料电池堆100 的氢通过氬供给歧管分配到单电池40a的氢通道412p，进而供给到阳极 43。在电极反应中未消耗的氢通过氢排放歧管从燃料电池堆IOO中排出。 类似地，通过泵(未显示)加压并供给到燃料电池堆100的来自燃料电池 堆100外侧的大气的空气通过空气供给歧管分配穿过单电池40a的空气通 道474p，进而供给到阴极45。在电M应中未消耗的空气通过空气排放 歧管从燃料电池堆100中排出。供给到燃料电池堆100的冷却剂通过冷却 剂供给歧管分配到多个冷却剂隔离器，并且流过所述冷却剂隔离器中的冷 却剂通道以冷却所述单电池。此后，冷却剂通过冷却剂排放歧管从燃料电 池堆100中排出。
A2.效果:下面参照图3描述根据该实施方案的燃料电池堆100的效 果。图3是沿图2A的线II-II截取的单电池堆100的横截面视图。在图3 中，施加到多个隔离器41a和47a中的一些隔离器的压力用箭头表示，其 它的省略。在相关技术的燃料电池堆中，当在隔离器外围部分上没有通孔 的区域中从两侧施加压力到隔离器的加载点相互发生位移时，弯曲应力施加到隔离器上，因此隔离器可能弯曲(图7B)。然而，在该实施方案的燃 料电池堆100中，沿阳极侧隔离器41a和阴极侧隔离器47a的全部四个边 连续施用粘合剂Ba。也就是说，如图3所示，隔离器41a和47a的没有通 孔的边缘部分(图3中的上部)由粘合剂Ba支承。因此，即使从两侧挤 压隔离器41a和47a的粘合剂Ba的位置因堆叠期间单电池40a发生对准 不良而相互发生位移，隔离器也不会弯曲，这是因为隔离器41a和47a的 边缘受到支承。因此，可以避免隔离器外围部分的变形。
B.第二实施方案Bl.燃料电池堆的构造:除了单电池40b中粘合剂 Bb的线之外，第二实施方案的燃料电池堆的构造与第一实施方案中的燃料 电池堆100的构勤目似，因此不再赘i^t目似的特征。下面参照图4A到图 4C描述该实施方案的单电池40b中的粘合剂Bb的线(图4A到图4C中 斜线阴影所示的区域)。
图4A是示出接触阳极侧扩M42的阳极侧隔离器41b的面的平面图。 在阳极侧隔离器41b上，沿阳极侧隔离器41b的四个边缘中形成有穿过其 中的冷却剂供给通孔416i和冷却剂排放通孔416o的两个边缘(上边缘和 下边缘)，在MEA 48适合于适配到其中的接收部418的周围，和在通孔 412i、 412o、 414i、 414o、 416i和416o的周围线性施用粘合剂Bb，如图 4A所示。在氢供给通孔412i和氢排放通孔412o周围区域中形成氲通道 412p的区域中不施用粘合剂Bb,以不干扰氢的流入和流出。
图4B是示出接触阴极侧扩散层46的阴极侧隔离器47b的面的平面图。 在阴极侧隔离器47b上，沿阴极侧隔离器47b的四个边缘中形成有穿过其 中的冷却剂排放通孔476o和冷却剂供给通孔476i的两个边缘(上边缘和 下边缘)，在MEA48适配到其中的接收部418的周围、和在通孔472i、472o、 474i、 474o、 476i、和476o的周围线性地施用粘合剂Bb,如图4B所示。 在空气供给通孔474i和空气排放通孔474o周围区域中形成空气通道474p 的区域中不施用粘合剂Bb，以不干扰空气的流入和流出。
与第 一 实施方案中的情形 一样，在将挤压栽荷施加到中间插入有MEA 48的阳极侧隔离器41b和阴极侧隔离器47b以使得阳极侧隔离器41b的下 边缘和阴极侧隔离器47b的上边^目互#且阳极侧隔离器41b的上边缘 和阴极侧隔离器47b的下边射目互接合(如图4A和4B所示)并且粘合剂 Bb固化时，形成整体式单电池40b (图4C)。然后，施用到接收部418和 478周围和通孔周围的粘合剂Bb作为防止氢、空气和冷却剂泄漏的密封构件。沿隔离器41b和47b的上边缘和下边缘线性地施用的粘合剂Bb作为 用于支承作用于隔离器边缘上的前述紧固载荷的支承构件。因为当粘合剂 Bb固化时施加了挤压载荷，所以粘合剂Bb铺展到隔离器41a和47a的每 个边缘，如图4C所示。在该实施方案中，粘合剂Bb可以视为密封构件和 支承构件。
B2.效果:在该实施方案的燃料电池堆中，沿隔离器41b和47b外围 部分上没有通孔的区域中的隔离器41b和47b的上边缘和下边缘施用粘合 剂Bb。因此，即使从两侧挤压隔离器41b和47b的粘合剂Bb的线在没有 通孔的区域内相互发生位移，隔离器也不会弯曲，这是因为隔离器41b和 47b的边缘被粘合剂Bb支承，与在第一实施方案中一样。因此，可以避 免隔离器外围部分变形。
当与第一实施方案一样施用粘合剂Bb时，例如，在隔离器41b和47b 的角处形成由粘合剂Bb的线包围的封闭区域。然后，当阳极侧隔离器41b 和阴极侧隔离器47b相互掩^以形成整体式单电池40b时，形成封闭的空 间(图2C中显示为O )。因为阳极侧隔离器41b和阴极侧隔离器47b通过 施加压力而相互掩^以形成单电池40b，所以封闭的空间内的空气可能因 为压力而破坏粘合剂Bb的线并朝通孔流动。此外，当封闭的空间中的空
闭的空间内的空气可能朝通孔流动，或者氢或空气可能从通孔流到该封闭 的空间内。换言之，当封闭的空间内的空气膨胀或收缩时，通过粘合剂Bb #^的部件可能分开，并且可损害粘合剂Bb作为密封构件的功能。
然而，在该实施方案的燃料电池中，沿阳极侧隔离器41b的上边缘和 下边缘施用的粘合剂Bb和在通孔412i、 412o、 414i和414o周围施用的粘 合剂Bb不相互连接。类似地，沿阴极侧隔离器47b的上边缘和下边^fe 用的粘合剂Bb和在通孔472i、 472o、 474i和474o周围施用的粘合剂Bb 不相互连接。也就是说，作为支承构件的粘合剂Bb和作为密封构件的粘 合剂Bb不形成封闭的空间。因此，当阳极侧隔离器41b和阴极侧隔离器 47b相互掩^以形成整体式单电池40b时，在单电池40b中不形成任何包 含空气的封闭的空间。因此，可以防止在通孔周围施用的粘合剂Bb被破 坏，并且不会损害粘合剂Bb作为密封构件的功能。
C.第三实施方案CI.燃料电池堆的构造:除了单电池40c中的粘合 剂Be的线之外，根据第三实施方案的燃料电池堆的构造与第一实施方案
ii的燃料电池堆100的构it^目似，因此不再赘述类似的特征。下面参照图5 描述该实施方案的单电池40c中的粘合剂Bc的线(图5中斜线阴影所示 的区域)。
图5A是示出接触阳极侧扩散层42的阳极侧隔离器41c的面的平面图。 在阳极侧隔离器41c上，在接收部418周围和在通孔412i、 412o、 414i、 414o、 416i和416o的周围施用粘合剂Bc，如图5A所示。此外，沿阳极 侧隔离器41c的上边缘和下边缘以点的形式施用粘合剂Bc。
图5B是示出接触阴极侧扩^46的阴极侧隔离器47c的面的平面图。 在阴极侧隔离器47c上，在接收部478的周围和在通孔472i、 472o、 474i、 474o、 476i和476o的周围施用粘合剂Bc，如图5B所示。此外，沿阴极 侧隔离器47c的上边缘和下边缘以点的形式施用粘合剂Bc。在氢供给通孔 412i和氲排放通孔412o周围区域中形成氢通道412p的区域中、和在空气 供给通孔474i和空气排放通孔474o周围区域中形成空气通道474p的区域 中不施用粘合剂Bc，以不干扰氢和空气的流入和流出，与在第一实施方案 中一样。
与在第一实施方案中一样，阳极侧隔离器41c的下边缘和阴极侧隔离 器47c的上边^+目互掩^，如图5A和5B所示。阳极侧隔离器41c的上边 缘和阴极侧隔离器47c的下边^目互接合，如图5A和5B所示。在将挤压 载荷施加到中间插入有MEA 48的阳极侧隔离器41c和阴极侧隔离器47c 并且粘合剂Bc固化时，形成整体式单电池40c (图5C)。然后，施用到接 收部418和478周围和通孔周围的粘合剂Bc作为防止氢、空气和冷却剂 泄漏的密封构件。沿隔离器41c和47c的上边缘和下边缘以点的形式施用 的粘合剂Bc作为用于支承作用于隔离器边缘上的前述紧固载荷的支^ 件。在该实施方案中，粘合剂Bc可以视为是上文所述的密封构件和支承 构件。
C2.效果:在该实施方案的燃料电池堆中，沿隔离器41c和47c的上 边缘和下边缘以点的形式将粘合剂Bc施用到隔离器41c和47c外围部分上 没有通孔的区域中。因此，即使从两侧挤压隔离器41c和47c的粘合剂Bc 的线在没有通孔的区域中相互发生位移，隔离器也不会弯曲，这是因为隔 离器41c和47c的边缘由粘合剂Bc支承，与在第一实施方案中一样。因此， 可以避免隔离器外围部分变形。此外，在该实施方案的燃料电池堆中，作为密封构件的粘合剂Bc和作 为用于支承施加到隔离器上的紧固载荷的支承构件的粘合剂Be不形成任 何封闭的空间。因此，当阳极侧隔离器41c和阴极侧隔离器47c相互接合 以形成整体式单电池40c时，在单电池40c中未形成任何包含空气的封闭 的空间，与在第二实施方案中一样。因此，可以防止在通孔周围施用的粘 合剂Bc被破坏，并且不损害粘合剂Bc作为密封构件的功能。
此外，在该实施方案的燃料电池堆中，因为将粘合剂Bc以点的形式施 用到除了接收部418周围和通孔周围的区域之外的阳极侧隔离器41c和阴 极侧隔离器47c上，所以可以减少粘合剂Bc的量。因此，可以降低燃料 电池堆的成本和重量。
D.第四实施方案Dl.燃料电池堆的构造:除了单电池40d的构造之 外，第四实施方案的燃料电池堆的构造与第一实施方案的燃料电池堆100 的构it^目似，因此，不再赘勤目似的特征。下面参照图6描述该实施方案 中单电池40d的构造。在图6中，在密封垫49上形成的肋R用斜线阴影 表示。
图6A是示出接触阳极侧隔离器41d的与密封垫形成为一体的MEA 489的面的平面图，图6B是沿图6A的线Vl-VI截取的单电池40d的横截 面视图。密封垫49形成于具有通常正方形平面形状的MEA 48的周围， 以包围MEA 48的电解质膜44，如图6A所示。密封垫49具有氢供给通 孔492i、氢排放通孔4920、空气供给通孔494i、空气排放通孔494o、冷 却剂供给通孔494i和冷却剂排放通孔496o ，所述通孔的每一个都是具有 通常矩形平面形状的通孔。密封垫49具有在通孔和MEA 48周围与其形 成为一体的突起的肋R。密封垫49还具有沿其上边缘和下边缘与其形成为 一体的线性肋R。在通孔周围和MEA 48周围形成的肋R用作用于防止氢、 空气和冷却剂泄漏的密封构件，沿密封垫49的上边缘和下边缘形成的肋R 作为用于支承前述紧固载荷的支承构件。其效果将在下文描述。尽管在该 实施方案中将硅橡胶用于密封垫49，但是本发明不限于此，可以使用具有 不透气性、弹性和耐热性的其它材料替代。在该实施方案中，肋R可以视 为是如上所述的密封构件和支承构件。
阳极侧隔离器41d为具有通常正方形平面形状的平板，并且具有穿过 其外围部分的与密封垫49的通孔一样的通孔,与在第一实施方案的阳极侧 隔离器41a中的情形一样。阳极侧隔离器41d还具有与氢供给通孔和氩排
13放通孔连通的槽状氢通道412p (图6B )。同样，阴极侧隔离器47d为具有 通常正方形平面形状的平板，并且具有穿过其外围部分的与密封垫49的通 孔一样的通孔，与在第一实施方案的阴极侧隔离器47a中的情形一样。阳 极侧隔离器41d还具有与空气供给通孔和空气排放通孔连通的槽状空气通 道747p (图6B)。尽管在该实施方案中碳平板用于阳极侧隔离器41d和阴 极侧隔离器47d,但是本发明不限于此，可以使用例如不锈钢、钛或铝的 金属平板替代。
单电池40d是通过将与密封垫形成为一体的MEA 489插入阳极侧隔 离器41d和阴极侧隔离器47d之间形成的，如图6B所示。当多个单电池 40d堆叠于彼此之上时，隔离器41d和47d和与密封垫形成为一体的MEA 489的通孔形成在堆叠方向上延伸穿过燃料电池堆100的歧管。然后，与 在第一实施方案中一样，通过歧管将作为燃料气体的氩、作为氧化剂气体 的空气和作为冷却^h质的冷却剂供给到燃料电池堆。
D2.效果:根据相关技术的燃料电池堆的与密封垫形成为一体的MEA 具有形成在MEA周围和通孔周围的肋。当形成燃料电池堆时，由该肋从 两侧挤压隔离器。在堆叠单电池时位于隔离器两侧上的肋的位置可能相互 发生偏移，肋可能因为燃料电池堆运行时的气体压力而变形。因此，从两 侧将压力施加到隔离器的加载点可能相互发生位移。当从两侧将压力施加 到隔离器的加载点相互发生位移时，弯曲应力施加到隔离器上。这可能导 致在碳隔离器中产生开裂。
然而，在该实施方案的燃料电池堆中，沿密封垫49的上边缘和下边缘 形成线性肋R。因此，即4吏从两侧挤压隔离器41d和47d的肋R相互发生 对准不良，隔离器也不会弯曲，这是因为隔离器的边^L作为支承构件的 肋R支承。因此，避免了在隔离器外围部分中形成开裂。
E. 4务改方案:尽管在上述第一实施方案和第二实施方案中公开了粘合 剂用作支承构件的实例，但是可以使用密封垫替代。尽管在第三实施方案 中公开了以点的形式施用粘合剂作为支承构件的实例，但是可以使用球形 或柱形构件替4戈。
尽管在上述实施方案中公开了每个隔离器具有沿其全部四个边缘连续 延伸的支承构件的实例(第一实施方案)、每个隔离器具有沿其两个相反 边缘延伸的支承构件的实例(第二实施方案)、和每个隔离器具有沿其两
14个相反边缘以点的形式提供的支承构件的实例(第三实施方案)，但是支 承构件不限于上述实例，而是可以为本发明中的其它形式。例如，可以在
隔离器的角处形成L形支承构件，或者可以沿隔离器的边缘以不连续线的 形状形成支承构件。
虽然已经参照认为是本发明示例性实施方案的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结构。相反，本发明 意图涵盖各种修改方案和等同布置。此外，虽然以各种示例性组合和构造 公开了所述发明的各种要素/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所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种具有单电池的堆的燃料电池，所述每个所述单电池具有电解质膜、设置在所述电解质膜两侧上的一对电极和设置在所述对电极外侧的一对隔离器，并且其中沿堆叠方向施加紧固载荷以维持所述堆的堆叠状态，所述燃料电池包括形成为穿过所述隔离器的外围位置的通孔，所述通孔允许至少反应物气体流过所述隔离器；和设置在所述隔离器对之间的支承构件，所述支承构件用于在所述隔离器的所述外围部分上没有通孔的区域内支承所述紧固载荷。
2. 根据权利要求l所述的燃料电池，还包括沿所述通孔的所述边缘的 至少一部分形成的密封构件，其中所述支承构件与所述密封构件整体形 成。
3. 根据权利要求2所述的燃料电池，其中所述隔离器对、所述密封构 件和所述支承构件不形成封闭的空间。
4. 根据权利要求1~3中任一项所述的燃料电池，其中所述支承构件是 粘合剂。
5. 根据权利要求4所述的燃料电池，其中所述粘合剂是聚硅氧烷、环 氧树脂、环氧化物改性的聚硅氧烷、烯烃或烯烃改性的聚硅氧烷。
6. 根据权利要求1~3中任一项所述的燃料电池，其中所述支承构件是 密封垫。
7. 根据权利要求1~6中任一项所述的燃料电池，其中所述支承构件具 有不透气性、弹性和耐热性。
全文摘要
在阳极侧隔离器(41b)上，沿其四个边缘中的上边缘和下边缘、在接收部(418)周围和通孔(412i)周围等线性施用粘合剂Bb。在阴极侧隔离器(47b)上，与在阳极侧隔离器(41b)上相同的位置处施用粘合剂Bb。粘合剂Bb作为支承隔离器边缘上的紧固载荷的支承构件。
文档编号H01M8/02GK101496207SQ200780028752
公开日2009年7月29日 申请日期2007年7月30日 优先权日2006年7月31日
发明者田中拓海, 藤田嗣广 申请人:丰田自动车株式会社