专利名称：燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池，其具备通过第一隔板及第二隔板夹持电解质-电极结构体而成的电池单元，该电解质-电极结构体在电解质的两侧配设有一对电极。
背景技术：
例如，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜构成的固体高分子电解质膜。在该燃料电池中，通过利用隔板(双向板)夹持电解质膜-电极结构体(电解质-电极结构体)(以下也称为MEA)而构成单位电池，该电解质膜-电极结构体在固体高分子电解质膜的两侧分别配设有由电极催化剂层和多孔碳构成的阳极侧电极及阴极侧电极。通常， 将该单位电池层叠规定数目而得到的燃料电池堆例如作为车载用燃料电池堆使用。通常，燃料电池构成设有沿隔板的层叠方向贯通的入口连通孔及出口连通孔的所谓内部岐管。并且，燃料气体、氧化剂气体及冷却介质从各自的入口连通孔向沿着电极面方向形成的燃料气体流路、氧化剂气体流路及冷却介质流路供给，之后，向各自的出口连通孔排出。例如图16所示，专利文献I所公开的燃料电池用隔板具备隔板I。隔板I由金属板构成，在其表背面通过压花加工或凹陷加工而形成多个突起2a、2b。在隔板I上的形成有突起2a、2b的区域的外侧分别贯通形成有用于装填气体岐管的岐管装填口 3a、3b、3c及 3d。岐管装填口 3a、3b、3c及3d例如被作为燃料气体导入岐管、氧化剂气体导入岐管、 燃料气体排出岐管及氧化剂气体排出岐管使用。专利文献I日本特开平8-222237号公报然而，由于在上述的隔板I上贯通形成有岐管装填口 3a、3b、3c及3d，因此所述隔板I的面积变得相当大。由此，特别是高价的不锈钢等原料的使用量增大，从而存在部件单价高涨的问题。
发明内容
本发明用于解决此种问题，其目的在于提供一种燃料电池，其能够使比较高价的隔板良好地小型化，能够实现成本的削减，并有效地提高电解质-电极结构体的刚性。本发明涉及一种燃料电池，其具备通过第一隔板及第二隔板夹持电解质-电极结构体而成的电池单元，该电解质-电极结构体在电解质的两侧配设有一对电极。在该燃料电池中，在电解质-电极结构体的外周一体地设有由高分子材料形成的框构件，在所述框构件上沿层叠方向贯通而形成有包括反应气体入口连通孔、反应气体出口连通孔、冷却介质入口连通孔及冷却介质出口连通孔在内的流体连通孔，另一方面，在沿着所述层叠方向相邻的所述框构件之间夹装有围绕所述流体连通孔及反应面外周而进行密封的密封构件。并且，第一隔板及第二隔板分别具备外形具有相同形状的两张板，且所述第一隔板及所述第二隔板的外周端配置在比流体连通孔靠内侧的位置，并且，框构件至少在最外周或所述流体连通孔的周围具有沿着厚度方向突出的肋部的部位。另外，在该燃料电池中，优选电池单元具备第一电解质-电极结构体、第一隔板、 第二电解质-电极结构体及第二隔板，所述第一隔板及所述第二隔板分别通过将两张板接合而构成，并且在两张所述板之间形成有使冷却介质沿着隔板面方向流通的冷却介质流路。发明效果在本发明中，由于在电解质-电极结构体的外周设置的框构件上沿着层叠方向贯通而形成有流体连通孔，因此无需在第一隔板及第二隔板上设置所述流体连通孔。因此，第一隔板及第二隔板能够设定成与发电区域对应的外形尺寸，容易实现小型轻量化，且能够削减所述第一隔板及所述第二隔板的制造成本。由此，能够高效地制造第一隔板及第二隔板，且能够经济地得到整个燃料电池。并且，框构件至少在最外周或流体连通孔的周围具有沿着厚度方向突出的肋部。 因此,能够实现电解质-电极结构体及框构件的薄壁化,并确保所述电解质-电极结构体整体的刚性。因此，能够使比较高价的隔板良好地进小型化，实现成本的削减，并能够有效地提高电解质-电极结构体的刚性。
图I是本发明的第一实施方式的燃料电池的分解立体说明图。图2是所述燃料电池的图I中的II-II线剖视图。图3是构成所述燃料电池的第一电解质膜-电极结构体的阴极面的说明图。图4是所述第一电解质膜-电极结构体的阳极面的说明图。图5是构成所述燃料电池的第二电解质膜-电极结构体的阴极面的说明图。图6是所述第二电解质膜-电极结构体的阳极面的说明图。图7是构成所述燃料电池的第一隔板的阴极面的说明图。图8是所述第一隔板的阳极面的说明图。图9是构成所述燃料电池的第二隔板的阴极面的说明图。图10是所述第二隔板的阳极面的说明图。图11是所述燃料电池的图I中的XI-XI线剖视图。图12是所述燃料电池的图I中的XII-XII线剖视图。图13是所述燃料电池的图I中的XIII-XIII线剖视图。图14是所述燃料电池的图I中的XIV-XIV线剖视图。图15是本发明的第二实施方式的燃料电池的主要部分剖视说明图。图16是专利文献I的燃料电池用隔板的说明图。符号说明10、120…燃料电池12、122…电池单元14、18、124、126···电解质膜_电极结构体16、20 …隔板
22…固体高分子电解质膜24…阴极侧电极26…阳极侧电极28a、28b、128a、128b …框部28aa、28ab、28ba、28bb、128aa、128ba…厚壁部30a…氧化剂气体入口连通孔30b…氧化剂气体出口连通孔32a…冷却介质入口连通孔32b…冷却介质出口连通孔34a…燃料气体入口连通孔34b…燃料气体出口连通孔36a、54a …入口凸部36b、54b…出口凸部40a、60a、64a、66a …入口孔部40b、60b、64b、66b …出口孔部48、74…外侧密封构件50、76…内侧密封构件82a、82b、102a、102b …金属板84…氧化剂气体流路86…燃料气体流路88…冷却介质流路90a、90b、106a、106b …孔部92a、92b …孔部
具体实施例方式如图I及图2所示，本发明的第一实施方式的燃料电池10通过将多个电池单元12 沿箭头A方向(水平方向)层叠而构成。电池单元12具备第一电解质膜-电极结构体(电解质-电极结构体)(MEA) 14、 第一隔板16、第二电解质膜-电极结构体(电解质-电极结构体)(MEA) 18及第二隔板20。 通过将电池单元12层叠，第一电解质膜-电极结构体14被第二及第一隔板20、16夹持，且第二电解质膜-电极结构体18被所述第一及第二隔板16、20夹持。第一电解质膜-电极结构体14和第二电解质膜-电极结构体18分别具备例如在全氟磺酸的薄膜浸溃有水的固体高分子电解质膜(电解质)22、夹持所述固体高分子电解质膜22的阴极侧电极24及阳极侧电极26 (参照图2)。固体高分子电解质膜22设定成与阴极侧电极24及阳极侧电极26相同的表面积。 在第一电解质膜-电极结构体14中，固体高分子电解质膜22设定成与阴极侧电极24及阳极侧电极26相同的表面积。需要说明的是，固体高分子电解质膜22的外周部可以比阴极侧电极24及阳极侧电极26突出，而且，所述阴极侧电极24与所述阳极侧电极26的表面积可以不同。
在第一电解质膜-电极结构体14中，由具有绝缘性的高分子材料形成的框部(框构件)28a例如通过注塑成形而一体成形在固体高分子电解质膜22、阴极侧电极24及阳极侧电极26的外周端缘部。在第二电解质膜-电极结构体18中，同样地将由高分子材料形成的框部(框构件)28b例如通过注塑成形而一体成形在固体高分子电解质膜22、阴极侧电极24及阳极侧电极26的外周端缘部。作为高分子材料，除了通用塑料之外，还采用工程塑料、超级工程塑料等。阴极侧电极24及阳极侧电极26具有由碳素纸等构成的气体扩散层(未图示)和将在表面担载有钼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(未图示)。如图I所示，用于供给氧化剂气体例如含氧气体的氧化剂气体入口连通孔30a、用于供给冷却介质的冷却介质入口连通孔32a及用于供给燃料气体例如含氢气体的燃料气体入口连通孔34a沿着箭头B方向(水平方向)排列而设置在框部28a、28b的箭头C方向 (铅垂方向)的一端缘部(上端缘部)。用于排出燃料气体的燃料气体出口连通孔34b、用于排出冷却介质的冷却介质出口连通孔32b及用于排出氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔30b沿着箭头B方向排列而设置在框部28a、28b的箭头C方向的另一端缘部(下端缘部)。如图3所示，在框部28a上的第一电解质膜-电极结构体14的阴极面(设有阴极侧电极24的面)14a侧的上部设有位于氧化剂气体入口连通孔30a的下方附近的多个入口凸部36a及入口槽部37a。在框部28a的阴极面14a侧的上部，在冷却介质入口连通孔32a 的下方附近且与氧化剂气体入口连通孔30a接近地设有多个入口槽部38a，并且在所述冷却介质入口连通孔32a的下方附近且与燃料气体入口连通孔34a接近地贯通形成有多个入口孔部40a。在框部28a的阴极面14a侧的下部设有位于氧化剂气体出口连通孔30b的上方附近的多个出口凸部36b及出口槽部37b。在框部28a的阴极面14a侧的下部，在冷却介质出口连通孔32b的上方附近且与氧化剂气体出口连通孔30b接近地设有多个出口槽部38b，并且在所述冷却介质出口连通孔32b的上方附近且与燃料气体出口连通孔34b接近地贯通形成有多个出口孔部40b。如4所示，在框部28a上的第一电解质膜-电极结构体14的阳极面(设有阳极侧电极26的面)14b侧的上部，在冷却介质入口连通孔32a的下方附近且与燃料气体入口连通孔34a接近地设有多个入口槽部42a。在入口槽部42a的下方附近贯通形成有多个入口孔部40a。在框部28a设有位于燃料气体入口连通孔34a的下方的多个入口槽部46a。在框部28a的阳极面14b侧的下部，在冷却介质出口连通孔32b的上方附近且与燃料气体出口连通孔34b接近地设有多个出口槽部42b。在出口槽部42b的上方附近贯通形成有多个出口孔部40b。在框部28a设有位于燃料气体出口连通孔34b的上方的多个出口槽部46b。在框部28a的阳极面14b侧一体或分体地成形有外侧密封构件(外侧密封线)48 及内侧密封构件(内侧密封线)50。外侧密封构件48及内侧密封构件50使用例如EPDM、 NBR、氟橡胶、硅橡胶、硅氟橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、苯乙烯橡胶、氯丁二烯或丙烯酸橡胶等密封材料、缓冲材料或填密材料。需要说明的是，以下说明的各密封构件与上述的外侧密
6封构件48及内侧密封构件50同样地构成，省略其详细的说明。外侧密封构件48将从框部28a的外周缘部到全部流体连通孔即氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔 30b、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b的外周以及反应面(发电面)外周围绕。该外侧密封构件48围绕冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b。通过外侧密封构件48，将入口槽部42a 及入口孔部40a与冷却介质入口连通孔32a围绕成一体，并将出口槽部42b及出口孔部40b 与冷却介质出口连通孔32b围绕成一体。内侧密封构件50位于外侧密封构件48的内侧，并将阳极侧电极26与入口槽部 46a及出口槽部46b围绕成一体。内侧密封构件50沿着与第一隔板16的外形形状对应的轮廓线设置，并与所述第一隔板16的外周端缘面整周(隔板面内)相接。外侧密封构件48配置在第一隔板16的外周端外侧(隔板面外)。通过外侧密封构件48及内侧密封构件50对全部流体连通孔进行围绕密封。如图3所示，在框部28a的阴极面14a侧设有围绕入口孔部40a的环状入口密封构件52a和围绕出口孔部40b的环状出口密封构件52b。如图5所示，在框部28b上的第二电解质膜-电极结构体18的阴极面(设有阴极侧电极24的面)18a侧的上部设有位于氧化剂气体入口连通孔30a的下方附近的多个入口凸部54a及多个入口槽部56a。在框部28b的阴极面18a侧的上部，在冷却介质入口连通孔32a的下方附近且与燃料气体入口连通孔34a接近地设有多个入口槽部58a，并且在所述冷却介质入口连通孔 32a的下方附近且与氧化剂气体入口连通孔30a接近地形成有多个入口孔部60a。第二电解质膜-电极结构体18的入口孔部60a偏离而配置在与第一电解质膜-电极结构体14的入口孔部40a在层叠方向上彼此不重合的位置。在框部28b的阴极面18a侧的上部设有位于燃料气体入口连通孔34a的下方附近的多个入口槽部62a，并且在所述入口槽部62a的下端部贯通形成有多个入口孔部64a。在各入口孔部64a的下方离开规定的间隔而贯通形成有多个入口孔部66a。在框部28b的阴极面18a侧的下部，在冷却介质出口连通孔32b的上方附近且与燃料气体出口连通孔34b接近地设有多个出口槽部58b，并且在所述冷却介质出口连通孔 32b的上方附近且与氧化剂气体出口连通孔30b接近地形成有多个出口孔部60b。第二电解质膜-电极结构体18的出口孔部60b偏离而配置在与第一电解质膜-电极结构体14的出口孔部40b在层叠方向上彼此不重合的位置。在框部28b的阴极面18a侧的下部设有位于燃料气体出口连通孔34b的上方附近的多个出口槽部62b，并且在所述出口槽部62b的上端部贯通形成有多个出口孔部64b。在各出口孔部64b的上方且离开规定的间隔而贯通形成有多个出口孔部66b。如图6所示，在框部28b上的第二电解质膜-电极结构体18的阳极面(设有阳极侧电极26的面)18b侧的上部，在冷却介质入口连通孔32a的下方附近且与氧化剂气体入口连通孔30a接近地设有多个入口槽部68a。在入口槽部68a的下方附近贯通形成有多个入口孔部60a。在框部28b设有位于燃料气体入口连通孔34a的下方且将入口孔部64a、66a连通的多个入口槽部72a。在框部28b的阳极面18b侧的下部，在冷却介质出口连通孔32b的上方附近且与氧化剂气体出口连通孔30b接近地设有多个出口槽部68b。在出口槽部68b的上方附近形成有多个出口孔部60b。在燃料气体出口连通孔34b的上方设有将出口孔部64b、66b连通的多个出口槽部72b。在框部28b上的阳极面18b侧一体或分体地成形有外侧密封构件(外侧密封线)74及内侧密封构件(内侧密封线)76。外侧密封构件74将从框部28b的外周缘部到全部流体连通孔即氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b 的外周以及反应面外周围绕。外侧密封构件74围绕冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b。通过外侧密封构件74，将入口槽部68a及入口孔部60a与冷却介质入口连通孔32a围绕成一体，并将出口槽部68b及出口孔部60b 与冷却介质出口连通孔32b围绕成一体。内侧密封构件76位于外侧密封构件74的内侧，并将阳极侧电极26与入口孔部 64a、66a、入口槽部72a、出口孔部64b、66b及出口槽部72b围绕成一体。内侧密封构件76沿着与第二隔板20的外形形状对应的轮廓线设置，并与所述第二隔板20的外周端缘面整周相接。外侧密封构件74配置在第二隔板20的外周端外侧。通过外侧密封构件74及内侧密封构件76对全部流体连通孔进行围绕密封。如图5所示，在框部28b的阴极面18a侧设有围绕入口孔部60a、66a的环状入口密封构件78a、80a和围绕出口孔部60b、66b的环状出口密封构件78b、80b。第一及第二隔板16、20设定成在氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b (全部流体连通孔)的内侧配置的尺寸。如图2所示，第一隔板16具备外形具有相同形状且彼此层叠的两张金属板(例如，不锈钢板)82a、82b，所述金属板82a、82b例如通过焊接或粘接而将外周缘部一体化，且将内部密闭。在金属板82a上与阴极侧电极24对置而形成有氧化剂气体流路84，并且在金属板82b上与阳极侧电极26对置而形成有燃料气体流路86。在金属板82a、82b之间形成有冷却介质流路88。如图7所示，第一隔板16在金属板82a的面内设有氧化剂气体流路84，该氧化剂气体流路84具有沿着箭头C方向(铅垂方向)延伸的多个流路槽。在氧化剂气体流路84 的上游及下游设有入口缓冲部86a及出口缓冲部86b。在入口缓冲部86a的上方形成有位于氧化剂气体入口连通孔30a的下方的多个入口槽部88a。在出口缓冲部86b的下方形成有位于氧化剂气体出口连通孔30b的上方的多个出口槽部88b。在金属板82a的上部形成有与第二电解质膜-电极结构体18的多个入口孔部60a 连通的多个孔部90a和与所述第二电解质膜-电极结构体18的入口孔部66a连通的多个孔部92a。孔部92a也形成在金属板82b上而将第一隔板16贯通。在金属板82a的下部形成有与第二电解质膜-电极结构体18的多个出口孔部60b 连通的多个孔部90b和与所述第二电解质膜-电极结构体18的出口孔部66b连通的多个孔部92b。孔部92b也形成在金属板82b上而将第一隔板16贯通。第一隔板16设有用于避开第一电解质膜-电极结构体14的入口孔部40a的上部避让部94a和用于避开所述第一电解质膜-电极结构体14的出口孔部40b的下部避让部 94b。如图8所示，第一隔板16在金属板82b的面内设有燃料气体流路86，该燃料气体流路86具有沿着箭头C方向(铅垂方向)延伸的多个流路槽。在燃料气体流路86的上游及下游设有入口缓冲部96a及出口缓冲部96b。在入口缓冲部96a的上方形成有位于氧化剂气体入口连通孔30a的下方的多个入口槽部98a和位于冷却介质入口连通孔32a的下方的多个入口槽部100a。入口槽部IOOa是用于在第一隔板16的内部形成冷却介质通路的凹凸结构。在出口缓冲部96b的下方形成有位于氧化剂气体出口连通孔30b的上方的多个出口槽部98b和位于冷却介质出口连通孔32b的上方的多个出口槽部100b。出口槽部IOOb 是用于在第一隔板16的内部形成冷却介质通路的凹凸结构。如图2所示，第二隔板20具备外形具有相同形状且彼此层叠的两张金属板(例如，不锈钢板)102a、102b,所述金属板102a、102b例如通过焊接或粘接而将外周缘部一体化，且将内部密闭。在金属板102a上与阴极侧电极24对置而形成有氧化剂气体流路84，并且在金属板102b上与阳极侧电极26对置而形成有燃料气体流路86。在金属板102a、102b 之间形成有冷却介质流路88。如图9所示，第二隔板20在金属板102a的面内设有氧化剂气体流路84，该氧化剂气体流路84具有沿着箭头C方向(铅垂方向)延伸的多个流路槽。在氧化剂气体流路84 的上游及下游设有入口缓冲部104a及出口缓冲部104b。在金属板102a的上方形成有与第一电解质膜-电极结构体14的多个入口孔部40a连通的多个孔部106a。在金属板102a的下部形成有与第一电解质膜-电极结构体14的多个出口孔部40b连通的多个孔部106b。第二隔板20设有用于避开第二电解质膜-电极结构体18的入口孔部60a的上部避让部108a和用于避开所述第二电解质膜-电极结构体18的出口孔部60b的下部避让部 108b。如图10所示，第二隔板20在金属板102b的面内设有燃料气体流路86，该燃料气体流路86具有沿着箭头C方向(铅垂方向)延伸的多个流路槽。在燃料气体流路86的上游及下游设有入口缓冲部IlOa及出口缓冲部110b。在金属板102b的上部形成有位于冷却介质入口连通孔32a的下方的多个入口槽部112a，另一方面，在所述金属板102b的下部形成有位于冷却介质出口连通孔32b的上方的多个出口槽部112b。入口槽部112a及出口槽部112b分别是用于在第二隔板20的内部形成冷却介质通路的凹凸结构。在第一实施方式中，如图2 图4所示，框部28a在最外周的部位设有厚壁部(沿着厚度方向突出的肋部)28aa，即，围绕外周端部而设有厚壁部28aa。如图2所示，相对于框部28a的其他的部位(包括MEA抵接部位28al、密封成形部位28a2、外周端部相邻部位 28a3及连通孔内周相邻部位等多个部位,不是特定部位)，厚壁部28aa的厚度hi设定成最大的厚度尺寸。如图3、图4及图11 图14所示，框部28a在流体连通孔的周围的部位设有厚壁部(沿着厚度方向突出的肋部)28ab，即，围绕氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质出口连通孔32b 及燃料气体出口连通孔34b而设有厚壁部28ab。如图11 图14所示，相对于框部28a的除了外周端部之外的其他的部位，厚壁部28ab的厚度h2设定成最大的厚度尺寸。在第一实施方式中，如图2、图5及图6所示，框部28b在最外周的部位设有厚壁部(沿着厚度方向突出的肋部)28ba，即，围绕外周端部而设有厚壁部28ba。如图2所示， 相对于框部28b的除了外周端部之外的其他的部位，厚壁部28ba的厚度h3设定成最大的厚度尺寸。如图5、图6及图11 图14所示，框部28b在流体连通孔的周围的部位设有厚壁部(沿着厚度方向突出的肋部)28bb，即，围绕氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质出口连通孔32b 及燃料气体出口连通孔34b而设有厚壁部28bb。如图11 图14所示，相对于框部28b的除了外周端部之外的其他的部位，厚壁部28bb的厚度h4设定成最大的厚度尺寸。需要说明的是，第一及第二电解质膜-电极结构体14、18只要能够确保所希望的刚性即可，例如，可以仅设置厚壁部28aa、28ab中的至少任一方、厚壁部28ba、28bb中的至少任一方。以下，说明这样构成的燃料电池10的动作。如图I所示，向氧化剂气体入口连通孔30a供给含氧气体等氧化剂气体，并向燃料气体入口连通孔34a供给含氢气体等燃料气体。而且，向冷却介质入口连通孔32a供给纯水或乙二醇等冷却介质。在各电池单元12中，如图I及图11所示，向氧化剂气体入口连通孔30a供给的氧化剂气体被向第一电解质膜-电极结构体14的入口凸部36a之间导入,且被从第二电解质膜-电极结构体18的入口凸部54a之间向入口槽部56a导入。被导入到入口凸部36a的氧化剂气体通过入口槽部37a向所述第二隔板20的氧化剂气体流路84供给。供给到氧化剂气体流路84的氧化剂气体在向第一电解质膜-电极结构体14的阴极侧电极24供给之后，剩余的氧化剂气体从出口凸部36b之间向氧化剂气体出口连通孔30b排出。另一方面，被导入到入口槽部56a之间的氧化剂气体通过第二电解质膜-电极结构体18与第一隔板16之间的入口槽部88a而向所述第一隔板16的氧化剂气体流路84供给。供给到氧化剂气体流路84的氧化剂气体在向第二电解质膜-电极结构体18的阴极侧电极24供给之后，剩余的氧化剂气体从出口槽部88b、56b通过出口凸部54b之间向氧化剂气体出口连通孔30b排出。另外，如图I及图12所示，供给到燃料气体入口连通孔34a的燃料气体被导入第二电解质膜-电极结构体18的阴极侧的入口槽部62a。燃料气体从入口槽部62a通过入口孔部64a向阳极侧移动，一部分从入口槽部72a向第二隔板20的燃料气体流路86供给。燃料气体的剩余的部分通过入口孔部66a及第一隔板16的孔部92a被导入到所述第一隔板16与第一电解质膜-电极结构体14之间，向所述第一隔板16的燃料气体流路 86供给。在第二隔板20的燃料气体流路86流通后的使用完的燃料气体向出口槽部72b排出，然后从出口孔部64b通过出口槽部62b向燃料气体出口连通孔34b排出。另一方面，在第一隔板16的燃料气体流路86流通后的使用完的燃料气体从孔部92b通过出口孔部66b 向出口槽部72b排出，并同样地向燃料气体出口连通孔34b排出。由此，在第一电解质膜-电极结构体14及第二电解质膜-电极结构体18中，分别向阴极侧电极24供给的氧化剂气体和向阳极侧电极26供给的燃料气体在电极催化剂层内通过电化学反应而被消耗，从而进行发电。另外，如图I及图13所示，向冷却介质入口连通孔32a供给的冷却介质的一部分被导入第一电解质膜-电极结构体14的入口槽部42a，并从入口槽部58a向入口孔部40a 供给。冷却介质从入口孔部40a通过第二隔板20的孔部106a被导入所述第二隔板20的内部。冷却介质在第二隔板20内沿着入口槽部112a流通，向冷却介质流路88供给之后，从出口槽部112b通过孔部106b而被从所述第二隔板20排出。而且，该冷却介质从出口孔部40b通过出口槽部58b、42b向冷却介质出口连通孔32b排出。另一方面，如图I及图14所示，向冷却介质入口连通孔32a供给的冷却介质的另一部分被导入到第二电解质膜-电极结构体18的入口槽部68a，并从入口槽部38a向入口孔部60a供给。冷却介质从入口孔部60a通过第一隔板16的孔部90a被导入所述第一隔板16内部。冷却介质在第一隔板16内沿着入口槽部IOOa流通，向冷却介质流路88供给之后，从出口槽部IOOb通过孔部90b而被从所述第一隔板16排出。而且，该冷却介质从出口孔部60b通过出口槽部38b、68b向冷却介质出口连通孔32b排出。因此，第一电解质膜-电极结构体14及第二电解质膜-电极结构体18被在第一隔板16内的冷却介质流路88及第二隔板20内的冷却介质流路88中流通的冷却介质冷却。这种情况下，在第一实施方式中，在构成第一电解质膜-电极结构体14的框部28a 及构成第二电解质膜-电极结构体18的框部28b上，沿着层叠方向贯通形成有全部流体连通孔即氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b。因此，无需在第一隔板16及第二隔板20设置流体连通孔，而所述第一隔板16及所述第二隔板20可以设定成与发电区域对应的外形尺寸。因此，第一隔板16及第二隔板 20容易实现小型轻量化，从而能够削减所述第一隔板16及所述第二隔板20的制造成本。由此，能够得到能够高效地制造第一隔板16及第二隔板20且能够经济地获得整个燃料电池10这样的优点。此外，如图2所示，构成第一电解质膜-电极结构体14的框部28a设有厚壁部 28aa，该厚壁部28aa围绕框部28a的外周端部且在厚度方向上具有比框部28a的除了该外周端部之外的其他的部位大的厚度hi。同样，构成第二电解质膜-电极结构体18的框部 28b设有厚壁部28ba，该厚壁部28ba围绕框部28b的外周端部且在厚度方向上具有比框部 28b的除了该外周端部之外的其他的部位大的厚度h3。因此，能够实现第一及第二电解质膜-电极结构体14、18及框部28a、28b的薄壁化，并能够确保所述第一及第二电解质膜-电极结构体14、18整体的刚性。因此，能得到如下的效果能够使比较高价的第一隔板16及第二隔板20良好地小型化，实现成本的削减，并能够有效地提高第一及第二电解质膜-电极结构体14、18的刚性。另一方面，如图11 图14所示，在框部28a、28b上的流体连通孔的周围的部位设有厚壁部28&13、281*，该厚壁部28&13、281*在厚度方向上具有比框部28&、2813的除了该周围之外的其他的部位大的厚度h2、h4。由此，能得到实现第一及第二电解质膜-电极结构体 14、18的薄壁化且能够有效地提高刚性等的效果。图15是本发明的第二实施方式的燃料电池120的主要部分剖视说明图。需要说明的是，对于与第一实施方式的燃料电池10相同的构成要素标注相同的参照符号，并省略其详细的说明。燃料电池120通过将多个电池单元122层叠而构成，并且所述电池单元122具备第一电解质膜-电极结构体(电解质-电极结构体)(MEA) 124、第一隔板16、第二电解质膜-电极结构体(电解质-电极结构体)(MEA) 126及第二隔板20。第一电解质膜-电极结构体124及第二电解质膜-电极结构体126设有由具备绝缘性的高分子材料形成的框部(框构件)128a及框部(框构件)128b。框部128a、128b在固体高分子电解质膜22、阴极侧电极24及阳极侧电极26的外周端缘部连结有与它们的层叠方向的整体厚度相同的厚度为h5、h6的连结部位(其他的部位)，并且在所述连结部位的外侧设有厚壁部(沿着厚度方向突出的肋部)128aa、128ba，该厚壁部128aa、128ba具有设定成比该连结部位的厚度h5、h6大的尺寸的厚度h7、h8(h7 > h5, h8 > h6)。厚壁部128aa、128ba围绕框部128a、128b的外周端部，并围绕流体连通孔(氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b)。在框部128a的两面一体或分体地成形有外侧密封构件(外侧密封线)48a、48b及内侧密封构件(内侧密封线)50a、50b。在框部128b的两面一体或分体地成形有外侧密封构件(外侧密封线)74a、74b及内侧密封构件(内侧密封线)76a、76b。在这样构成的第二实施方式中，能够得到实现成本的削减并能够有效地提高第一及第二电解质膜-电极结构体124、126的刚性等与上述的第一实施方式同样的效果。
权利要求
1.一种燃料电池，其具备通过第一隔板及第二隔板夹持电解质-电极结构体而成的电池单元，该电解质-电极结构体在电解质的两侧配设有一对电极，所述燃料电池的特征在于，在所述电解质-电极结构体的外周一体地设有由高分子材料形成的框构件，在所述框构件上沿层叠方向贯通而形成有包括反应气体入口连通孔、反应气体出口连通孔、冷却介质入口连通孔及冷却介质出口连通孔在内的流体连通孔，另一方面，在沿所述层叠方向相邻的所述框构件之间夹装有围绕所述流体连通孔及反应面外周而进行密封的密封构件，所述第一隔板及所述第二隔板分别具备外形具有相同形状的两张板，且所述第一隔板及所述第二隔板的外周端配置在比所述流体连通孔靠内侧的位置，并且，所述框构件至少在最外周或所述流体连通孔的周围具有沿着厚度方向突出的肋部。
2.根据权利要求I所述的燃料电池，其特征在于，所述电池单元具备第一所述电解质-电极结构体、所述第一隔板、第二所述电解质-电极结构体及所述第二隔板，所述第一隔板及所述第二隔板分别通过将两张所述板接合而构成，并且在两张所述板之间形成有使冷却介质沿着隔板面方向流通的冷却介质流路。
全文摘要
本发明提供一种燃料电池，其能够使比较高价的隔板良好地小型化，实现成本的削减，并能够有效地提高电解质-电极结构体的刚性。构成燃料电池(10)的电池单元(12)具备第一电解质膜-电极结构体(14)、第一隔板(16)、第二电解质膜-电极结构体(18)及第二隔板(20)。第一及第二电解质膜-电极结构体(14、18)在外周具有框部(28a、28b)，在所述框部(28a、28b)沿着层叠方向贯通形成有流体连通孔。框部(28a、28b)设有围绕外周端部的厚壁部(28aa、28ba)，并且所述厚壁部(28aa、28ba)相对于除了所述外周端部之外的其他部位具有最大的厚度尺寸。
文档编号H01M8/02GK102593477SQ20111041844
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年1月12日
发明者小此木泰介, 杉浦诚治 申请人:本田技研工业株式会社