专利名称：燃料电池堆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池堆，所述燃料电池堆具备发电电池并在重力方向上层叠 多个所述发电电池，该发电电池层叠有在电解质的两侧配设了一对电极的电解质一电极结 构体和金属隔板，且具备使反应气体在所述金属隔板的面方向上流动的反应气体流路和使 所述反应气体沿层叠方向流通的反应气体供给连通孔及反应气体排出连通孔。
背景技术：
例如，固体高分子型燃料电池具备用隔板夹持电解质膜一电极结构体(电解质一 电极结构体)(MEA)的单位电池，其中所述电解质膜一电极结构体在由高分子离子交换膜 形成的电解质膜(电解质)的两侧分别配设了阳极侧电极和阴极侧电极。通常，这种燃料电池用于车载用时，为了获得希望的发电力而使用层叠了规定数 目(例如，数十 数百)的单位电池的燃料电池堆。此时，燃料电池堆通常采用设置了使反 应气体在隔板面内沿发电面流动的反应气体流路和与所述反应气体流路连通且在所述单 位电池的层叠方向上贯通的反应气体连通孔的所谓内部分流器。在这种内部分流器型燃料电池堆中，特别在出口侧分流器(反应气体排出连通 孔)附近可能会滞留由发电反应生成的生成水。因此，为了避免由于溢流(flooding)引起 的不稳定动作，例如，周知有专利文献1中公开的固体高分子电解质型燃料电池。上述专利文献1涉及具备气体分流器一体型隔板的固体高分子电解质型燃料电 池，其中，所述气体分流器一体型隔板具有气体导入分流器孔、气体排出分流器孔及气体流 路槽部，且具备连结所述气体导入分流器孔与所述气体流路槽部的气体导入口以及连结所 述气体排出分流器孔与所述气体流路槽部的气体排出口。这种燃料电池的特征在于，通过分流器一体型隔板夹持固体高分子电解质与电极 的接合体而层叠，其中，所述分流器一体型隔板中气体导入口、气体排出口的至少一方在气 体流路槽部的至少气体分流器孔侧的宽度变宽。由此，能够降低气体流路槽部与气体分流器孔的连接部的气体的流体阻力，因此 气体的流体阻力降低，另一方面，即使气体中的一部分水分在所述气体流路槽部冷凝，也能 够容易将冷凝水从气体排出口向所述气体分流器孔排出。专利文献1 日本专利第4062797号公报在上述专利文献1中，由于气体排出口的气体分流器孔侧的宽度变宽，因此冷凝 水相连被从所述气体排出口向所述气体分流器孔排出。从而，在层叠的单位电池间引起液 界电位差(liquid junction)，特别在使用金属隔板作为隔板时，容易因电位差而在所述金 属隔板表面产生腐蚀电流。因此，存在如下问题电解质膜的功能由于因金属隔板的腐蚀而溶出的金属离子 而降低，并且，所述金属隔板因所述腐蚀而薄壁化(穿孔)，从而气体隔断功能降低。
发明内容
本发明为了解决这种问题而提出，其目的在于提供一种能够以简单的结构尽可能 地阻止单位电池间的液界电位差的产生的燃料电池堆。本发明提供一种燃料电池堆，其具备发电电池且在使多个所述发电电池的电极面 朝向水平方向的状态下沿重力方向层叠多个所述发电电池，其中，所述发电电池中层叠有 在电解质的两侧配设有一对电极的电解质一电极结构体和金属隔板，并且形成有使反应气 体在所述金属隔板的面方向上流动的反应气体流路及使所述反应气体沿层叠方向流通的 反应气体供给连通孔和反应气体排出连通孔。燃料电池堆中设置有桥部，该桥部形成至少连结反应气体排出连通孔与反应气体 流路的连结流路，并且在所述桥部形成有用于隔断结露水的相连的引导形状部。另外，优选引导形状部是设置在桥部的反应气体排出连通孔侧的端部且向宽度方 向突出而配置在连结流路内的突起部。进而，优选引导形状部是设置在桥部的反应气体排出连通孔侧的端部且向所述反 应气体排出连通孔内突出而配置的鼓出部。更进一步，优选引导形状部是在桥部的反应气体排出连通孔侧的端面设置的凹 部。另外，优选桥部由橡胶材料或树脂材料形成，并且引导形状部与所述桥部一体成形。进而，优选在金属隔板上一体成形有密封部件，并且引导形状部通过所述密封部 件一体成形。发明效果根据本发明，在形成至少连结气体排出连通孔与反应气体流路的连结流路的桥部 上形成有引导形状部。因此，沿连结流路流通的结露水在引导形状部的作用下，连续性(相 连)被隔断。由此，能够以简单的结构尽可能地阻止单位电池间的液界电位差的产生。
图1是本发明的第一实施方式所涉及的燃料电池堆的简要立体说明图。图2是构成所述燃料电池堆的发电电池的分解立体说明图。图3是所述燃料电池堆的图2中III-III线剖视图。图4是构成所述燃料电池堆的第一金属隔板的主视说明图。图5是构成所述燃料电池堆的第二金属隔板的主视说明图。图6是在所述第一金属隔板设置的出口侧缓冲部的立体说明图。图7是所述出口侧缓冲部的变形形状的立体说明图。图8是所述出口侧缓冲部的其它变形形状的立体说明图。图9是构成本发明的第二实施方式所涉及的燃料电池堆的出口侧缓冲部的立体 说明图。图10是构成本发明的第三实施方式所涉及的燃料电池堆的出口侧缓冲部的立体 说明图。图11是构成本发明的第四实施方式所涉及的燃料电池堆的出口侧缓冲部的立体 说明图。
图12是构成本发明的第五实施方式所涉及的燃料电池堆的出口侧缓冲部的立体 说明图。图13是构成本发明的第六实施方式所涉及的燃料电池堆的出口侧缓冲部的立体 说明图。图14是构成本发明的第七实施方式所涉及的燃料电池堆的出口侧缓冲部的立体 说明图。符号说明10…燃料电池堆12…发电电池14…层叠体16a、16b...接线板18a、18b···绝缘板20a、20b …端板22…电解质膜一电极结构体24、洸…金属隔板28a…氧化剂气体供给连通孔28b…氧化剂气体排出连通孔30a…冷却介质供给连通孔30b…冷却介质排出连通孔3 …燃料气体供给连通孔32b…燃料气体排出连通孔36…氧化剂气体流路38…冷却介质流路40…燃料气体流路42、44…密封部件46a、52a...入口 侧桥部46b、52b、80、90、100、110、120、130...m 口侧桥部48a、48b、54a、54b...连结流路50a、50b、56a、56b、70、72...突起部60…固体高分子电解质膜62…阴极侧电极64···阳极侧电极82…鼓出部102…凹部
具体实施例方式如图1所示，本发明的第一实施方式所涉及的燃料电池堆10中设置有层叠体14， 该层叠体14在使多个发电电池(单位电池)12的电极面朝向水平方向的状态下沿重力方 向(箭头A方向)层叠多个发电电池12。接线板16a、绝缘板18a及端板20a朝向上方而配设在层叠体14的层叠方向(箭头A方向)的一端(上端)。接线板16b、绝缘板18b及 端板20b朝向下方而配设在层叠体14的层叠方向的另一端(下端)。在端板20a、20b上固定多个连结杆21的两端，在所述端板20a、20b之间沿层叠方 向施加紧固载荷。需要说明的是，在端板20a、20b之间，可以经由未图示的拉杆(tie rod) 沿层叠方向施加紧固载荷，或经由箱状的壳体沿层叠方向施加紧固载荷。如图2及图3所示，各发电电池12具备电解质膜一电极结构体(MEA) 22和夹持所 述电解质膜一电极结构体22的第一金属隔板M及第二金属隔板26。第一金属隔板M及第二金属隔板沈例如由钢板、不锈钢板、铝板、镀敷处理钢板 或对其金属表面实施了防腐蚀用的表面处理的纵长形状的金属板构成。第一及第二金属隔 板M、26的平面为矩形形状，且通过将金属制薄板冲压加工成波板状而成形为凹凸截面形 状。如图2所示，在发电电池12的箭头B方向(水平方向)的一端缘部设置有沿箭头 A方向相互连通的氧化剂气体供给连通孔(反应气体供给连通孔)28a、冷却介质供给连通 孔30a、燃料气体排出连通孔(反应气体排出连通孔)32b，其中，所述氧化剂气体供给连通 孔用于供给氧化剂气体、例如含氧气体，所述冷却介质供给连通孔30a用于供给冷却介 质，所述燃料气体排出连通孔32b用于排出燃料气体、例如含氢气体。在发电电池12的箭头B方向的另一端缘部设置有沿箭头A方向相互连通的燃料 气体供给连通孔(反应气体供给连通孔)32a、冷却介质排出连通孔30b、氧化剂气体排出连 通孔(反应气体排出连通孔)^b，其中，所述燃料气体供给连通孔3 用于供给燃料气体， 所述冷却介质排出连通孔30b用于排出冷却介质，所述氧化剂气体排出连通孔28b用于排 出氧化剂气体。如图4所示，在第一金属隔板M的电解质膜一电极结构体22侧的面2 上设置 有例如沿箭头B方向延伸的氧化剂气体流路36。氧化剂气体流路36与氧化剂气体供给连 通孔^a及氧化剂气体排出连通孔28b连通。在第一金属隔板M的与面2 相反的面24b 上形成有冷却介质流路38。冷却介质流路38与冷却介质供给连通孔30a及冷却介质排出 连通孔30b连通。如图5所示，在第二金属隔板沈的电解质膜一电极结构体22侧的面26a上形成 有与燃料气体供给连通孔3 和燃料气体排出连通孔32b连通且沿箭头B方向延伸的燃料 气体流路40。在第二金属隔板沈的与面26a相反的面26b上，通过与第一金属隔板M的 面24b重叠而形成与冷却介质供给连通孔30a和冷却介质排出连通孔30b连通的冷却介质 流路38 (参照图2)。 第一金属隔板M中，在金属薄板上一体注塑模塑成形有第一密封部件42。第二金 属隔板沈中，在金属薄板上一体注塑模塑成形有第二密封部件44。第一及第二密封部件42、44使用例如EPDM、NBR、氟橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、丁基 橡胶、天然橡胶、苯乙烯橡胶、氯丁橡胶、或丙烯酸橡胶等密封材料、缓冲材料或填料。如图4所示，第一密封部件42在第一金属隔板M的面2 侧使氧化剂气体供给 连通孔28a及氧化剂气体排出连通孔28b与氧化剂气体流路36连通。在第一密封部件42 上分别接近氧化剂气体供给连通孔28a和氧化剂气体排出连通孔28b而一体地成形有入口 侧桥部46a和出口侧桥部46b。
入口侧桥部46a形成连结氧化剂气体供给连通孔28a与氧化剂气体流路36的多 个连结流路48a，另一方面，出口侧桥部46b形成连结氧化剂气体排出连通孔28b与所述氧 化剂气体流路36的多个连结流路48b。在入口侧桥部46a形成有突起部50a作为用于隔断结露水的相连的引导形状部， 所述突起部50a设置在所述入口侧桥部46a的氧化剂气体供给连通孔28a侧的端部，且向 宽度方向(箭头C方向)两侧突出而配置在连结流路48a内。在出口侧桥部46b同样形成 有用于隔断结露水的相连的引导形状部。该引导形状部是设置在出口侧桥部46b的氧化剂 气体排出连通孔28b侧的端部，且向宽度方向两侧突出而配置在连结流路48b内的突起部 50b。突起部50a、50b分别与入口侧桥部46a及出口侧桥部46b —体成形，并且，所述入 口侧桥部46a及所述出口侧桥部46b与第一密封部件42 —体成形。如图6所示，突起部 50b具有与出口侧桥部46b相同的高度，俯视下呈大致T字状。此外，突起部50a与上述突 起部50a同样。如图5所示，第二密封部件44在第二金属隔板沈的面26a侧使燃料气体供给连 通孔3 及燃料气体排出连通孔32b与燃料气体流路40连通。在第二密封部件44上分别 接近燃料气体供给连通孔3 和燃料气体排出连通孔32b而一体地成形有入口侧桥部5 和出口侧桥部52b。入口侧桥部5 形成连结燃料气体供给连通孔3 与燃料气体流路40的连结流 路Ma，另一方面，出口侧桥部52b形成连结燃料气体排出连通孔32b与所述燃料气体流路 40的连结流路Mb。在入口侧桥部5 —体成形有突起部56a作为用于隔断结露水的相连 的弓I导形状部，所述突起部56a在燃料气体供给连通孔3 侧的端部向宽度方向两侧突出。 在出口侧桥部52b —体成形有突起部56b作为引导形状部，所述突起部56b在燃料气体排 出连通孔32b侧的端部向宽度方向两侧突出。突起部56a、56b与上述突起部50a、50b同样， 因此省略详细的说明。如图2及图3所示，电解质膜一电极结构体22具备例如水浸渍于全氟磺酸的薄膜 的固体高分子电解质膜(电解质)60和夹持所述固体高分子电解质膜60的阴极侧电极62 及阳极侧电极64。阴极侧电极62及与阳极侧电极64具有由碳素纸等构成的气体扩散层和将在表面 担载有白金合金的多孔质碳粒子一样地涂敷于所述气体扩散层的表面上而形成的电极催 化剂层。电极催化剂层形成于固体高分子电解质膜60的两面。如图1所示，虽然未图示，但在端板20b上设置有与氧化剂气体连通孔观^冷却介 质供给连通孔30a、燃料气体排出连通孔32b、燃料气体供给连通孔32a、冷却介质排出连通 孔30b及氧化剂气体排出连通孔28b连通的分流器部件。以下，说明这样构成的燃料电池堆10的动作。首先，如图1所示，经由端板20b的分流器部件将含氧气体等氧化剂气体向氧化剂 气体供给连通孔观&供给，并且将含氢气体等燃料气体向燃料气体供给连通孔3 供给。进 而，将纯水或乙二醇、油等冷却介质向冷却介质供给连通孔30a供给。因此，如图2所示，氧化剂气体从氧化剂气体供给连通孔28a被导入在第一金属隔 板M上设置的氧化剂气体流路36。由此，氧化剂气体沿箭头B方向在氧化剂气体流路36中移动并同时向构成电解质膜一电极结构体22的阴极侧电极62供给。另一方面，燃料气体从燃料气体供给连通孔3 被导入在第二金属隔板沈上设置 的燃料气体流路40。被导入燃料气体流路40的燃料气体沿箭头B方向移动并同时向构成 电解质膜一电极结构体22的阳极侧电极64供给。从而，在电解质膜一电极结构体22中，供给到阴极侧电极62的氧化剂气体与供给 到阳极侧电极64的燃料气体在电极催化剂层内发生电化学反应而被消耗，进行发电。接下来，供给到阴极侧电极62而被消耗的氧化剂气体被向氧化剂气体排出连通 孔28b排出。另一方面，供给到阳极侧电极64而被消耗的使用过的燃料气体被向燃料气体 排出连通孔32b排出。另外，冷却介质从冷却介质供给连通孔30a导入冷却介质流路38后， 沿箭头B方向流动。这些冷却介质在冷却电解质膜一电极结构体22后被向冷却介质排出 连通孔30b排出。其中，在氧化剂气体流路36中，从氧化剂气体供给连通孔28a输送的氧化剂气体 通过发电反应而被使用，并且生成了水。这些生成水与使用过的氧化剂气体一起被向氧化 剂气体排出连通孔28b排出。这种情况下，在第一实施方式中，如图4及图6所示，在氧化剂气体流路36与氧化 剂气体排出连通孔28b之间设置有形成多个连结流路48b的出口侧桥部46b。并且，在出口 侧桥部46b的氧化剂气体排出连通孔28b侧的端部一体成形有向宽度方向两侧突出而配置 在连结流路48b内的突起部50b。因此，伴随未反应的氧化剂气体而在各连结流路48b中移动的生成水(结露水) 被向所述连结流路48b内突出的突起部50b阻止，连续性(相连)被隔断。由此，能够以简 单的结构尽可能地阻止在发电电池12之间产生液界电位差的情况。由此，特别在第一金属隔板M及第二金属隔板26上不会产生因电位差而引起的 腐蚀电流，能够良好地阻止薄壁化所导致的隔断功能的降低。因此，能够获得长期将各发电 电池12有效且良好地用于发电反应这样的效果。另一方面，如图5所示，在第二金属隔板沈上，在燃料气体流路40与燃料气体排 出连通孔32b之间设置出口侧桥部52b，且在所述出口侧桥部52b的端部一体成形有突起部 56b。从而，在燃料气体流路40中产生的冷凝水被导入连结流路54b后，被突起部56b 阻止而良好地隔断了连续性。由此，能够获得与上述出口侧桥部46b同样的效果。需要说明的是，虽然与出口侧桥部46—体成形的突起部50b被设定为与所述出口 侧桥部46b的高度相同的高度，但并不限定于此。例如，如图7所示，可以将具有出口侧桥 部46b的高度的大致一半的高度的突起部70 —体成形于所述出口侧桥部46b。另外，如图 8所示，也可以在出口侧桥部46b的端部一体成形主视观察下呈大致梯形形状(或者三角形 状)的突起部72。在以下所示的各实施方式中也同样。图9是构成本发明的第二实施方式所涉及的燃料电池堆的出口侧桥部80的立体 说明图。需要说明的是，对与第一实施方式所涉及的燃料电池堆10相同的结构要素标注 相同的参照符号，而省略详细的说明。另外，在以下说明的第三实施方式以后的实施方式中 也同样省略详细的说明。
进而，以下，仅对在第一金属隔板M的氧化剂气体排出连通孔28b与氧化剂气体 流路36之间构成的出口侧桥部80进行说明。氧化剂气体的入口侧桥部、燃料气体的出口 侧桥部及燃料气体的入口侧桥部根据需要而构成为同样的结构，省略对这些结构的说明。出口侧桥部80形成连结流路48b，并且在氧化剂气体排出连通孔28b侧的端部一 体成形有向所述氧化剂气体排出连通孔^b内突出距离L而配置的鼓出部82。因此，在第二实施方式中，将连结流路48b的距离长条化，且鼓出部82向氧化剂气 体排出连通孔^b内突出。从而，水滴从鼓出部82的前端直接落下，因此容易且可靠地隔 断冷凝水的连续性，能够获得与上述第一实施方式同样的效果。图10是构成本发明的第三实施方式所涉及的燃料电池堆的出口侧桥部90的立体 说明图。出口侧桥部90 —体成形有向连结流路48b侧突出的突起部50b、向氧化剂气体排 出连通孔^b内突出的鼓出部82。从而，该第三实施能够获得与上述第一及第二实施方式 同样的效果。图11是构成本发明的第四实施方式所涉及的燃料电池堆的出口侧桥部100的立 体说明图。出口侧桥部100中，在氧化剂气体排出连通孔^b的端面IOOa设置凹部102作为 引导形状部。该凹部102具有通过使沿连结流路48b移动的结露水滞留而隔断这些结露水 的连续性的功能。从而，第四实施方式能够获得与上述第一 第三实施方式同样的效果。图12是构成本发明的第五实施方式所涉及的燃料电池堆的出口侧桥部110的立 体说明图。出口侧桥部110中，一体成形向氧化剂气体排出连通孔^b内突出规定距离L的 鼓出部82，并且在所述鼓出部82的前端面8 形成有凹部102。通过鼓出部82及凹部102 构成引导形状部。图13是构成本发明的第六实施方式所涉及的燃料电池堆的出口侧桥部120的立 体说明图。出口侧桥部120中，一体成形有突起部50b、在所述突起部50b的前端面形成的凹 部102，由此构成引导形状部。图14是构成本发明的第七实施方式所涉及的燃料电池堆的出口侧桥部130的立 体说明图。出口侧桥部130中，一体成形有突起部50b、鼓出部82及凹部102而构成引导形 状部。从而，在上述第六及第七实施方式中，能够获得与上述第一 第五实施方式同样的效果。需要说明的是，在上述第一 第七实施方式中，虽然构成了橡胶制桥部，但并不限 于此。例如，可以将树脂制桥部与密封部件独立构成，在该树脂制桥部一体成形引导形状 部。另外，鼓出部82在层叠的各第二金属隔板M上沿层叠方向错开位置(偏移)设置，由 此能够进一步可靠地避免冷凝水的连续性。
权利要求
1.一种燃料电池堆，其具备发电电池且在使多个所述发电电池的电极面朝向水平方向 的状态下沿重力方向层叠多个所述发电电池，其中，所述发电电池中层叠有在电解质的两 侧配设有一对电极的电解质一电极结构体和金属隔板，并且形成有使反应气体在所述金属 隔板的面方向上流动的反应气体流路及使所述反应气体沿层叠方向流通的反应气体供给 连通孔和反应气体排出连通孔，所述燃料电池堆的特征在于，设置有桥部，该桥部形成至少连结所述反应气体排出连通孔与所述反应气体流路的连 结流路，并且在所述桥部形成有用于隔断结露水的相连的引导形状部。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，所述引导形状部是设置在所述桥部的所述反应气体排出连通孔侧的端部且向宽度方 向突出而配置在所述连结流路内的突起部。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池堆，其特征在于，所述引导形状部是设置在所述桥部的所述反应气体排出连通孔侧的端部且向所述反 应气体排出连通孔内突出而配置的鼓出部。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的燃料电池堆，其特征在于，所述引导形状部是在所述桥部的所述反应气体排出连通孔侧的端面设置的凹部。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的燃料电池堆，其特征在于，所述桥部由橡胶材料或树脂材料形成，并且所述引导形状部与所述桥部一体成形。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的燃料电池堆，其特征在于，在所述金属隔板上一体成形有密封部件，并且所述引导形状部通过所述密封部件一体 成形。
全文摘要
本发明提供一种燃料电池堆，其能够以简单的结构尽可能地阻止单位电池间的液界电位差的产生。所述燃料电池堆(10)中，在使多个发电电池(12)的电极面朝向水平方向的状态下沿重力方向层叠多个发电电池(12)。在构成发电电池(12)的第一金属隔板(24)上设置有出口侧桥部(46b)，该出口侧桥部(46b)形成与氧化剂气体排出连通孔(28b)和氧化剂气体流路(36)连通的连结流路(48b)。在出口侧桥部(46b)的氧化剂气体排出连通孔(28b)侧的端部一体成形有向宽度方向突出而配置在连结流路(48b)内的突起部(50b)，来隔断结露水的相连。
文档编号H01M8/24GK102136592SQ201010603990
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年1月27日
发明者安藤敬祐, 杉田成利, 田中广行, 石田坚太郎 申请人:本田技研工业株式会社