燃料电池的制造方法和燃料电池的制作方法_2

文档序号:9635304阅读:来源:国知局
e以及阴极气体排出口 12f相当的贯通孔。
[0037]如图2?图5所示,在组装燃料电池1时,变形吸收构件20通过自身变形来吸收阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12的构成燃料气体和冷却水的流路的凹凸形状的制造误差。另外,变形吸收构件20通过自身变形来吸收由于膜电极接合体30吸收供给来的介质而发生膨胀所引起的层叠方向X上的位移。而且,在燃料电池单体100工作时,变形吸收构件20通过自身变形来吸收由被邻接的膜电极接合体30加热了的分隔件单元10发生热膨胀所引起的层叠方向X上的位移。因此,通过对多个层叠在一起的燃料电池单体100施加较高压力,能够使燃料电池单体100彼此紧密接触。多个层叠在一起的燃料电池单体100彼此越紧密接触,燃料电池单体100之间的电阻就越低,能够使发电效率提高。
[0038]如图4所示,变形吸收构件20由具有导电性的金属形成,并且形成为薄板状。变形吸收构件20配设在阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间,具有薄板状的基材21和从基材21的一个面21a呈格子状分别立起设置的多个立起片22。S卩、变形吸收构件20将以从相当于一片薄板的基材21冲裁出日文3字形状后成为悬臂梁的方式立起的立起片22形成为格子状。立起片22相对于基材21具有悬臂梁的结构,因此,具有能够弹性变形的弹簧功能。
[0039]如图4所示,立起片22例如形成为设置于基材21的一个面21a的立起片22的基端侧的固定端部22a的宽度与从固定端部22a沿着一个方向Y延伸出来的延伸部侧的自由端部22b的宽度相等的矩形形状。多个立起片22形成为例如在沿着与一个方向Y交叉的另一个方向Z的多个行上,自由端部22b的朝向一致。如图3所示,立起片22使从设置于基材21的一个面21a的立起片22的基端侧的固定端部22a延伸出来的延伸部侧的自由端部22b与阴极侧分隔件12抵接。
[0040]如图5所示,立起片22在固定端部22a和自由端部22b之间的区域具有朝向与阴极侧分隔件12分开的方向突出成凸状且弯曲的弯曲部22c。立起片22在面向弯曲部22c的阳极侧分隔件11的一侧设置有用于支承自阳极侧分隔件11受到的荷重的荷重支点22d。荷重支点22d伴随着立起片22的变形,朝向自由端部22b侧移动。
[0041]如图2和图3所示,膜电极接合体30使供给来的氧与氢发生化学反应而产生电力。膜电极接合体30是将阳极32和阴极33以隔着电解质膜31相面对的方式接合起来而形成的。膜电极接合体30通常被称为MEA (membrane electrode assembly)。电解质膜31例如由固体高分子材料形成,并且形成为薄板状。固体高分子材料例如使用能够传导氢离子、并且在湿润状态下具有良好的导电性的氟系树脂。阳极32是层叠电极催化剂层、防水层以及气体扩散层而构成的,并且形成为比电解质膜31稍小的薄板状。阴极33是层叠电极催化剂层、防水层以及气体扩散层而构成的,形成为与阳极32大小相同的薄板状。阳极32和阴极33的电极催化剂层包含在导电性的载体上承载有催化剂成分的电极催化剂和高分子电解质。阳极32和阴极33的气体扩散层例如是由丝编制而成的交叉形状碳纤维、碳纤维纸、或者碳纤维毡所形成,该丝由具有充分的气体扩散性和导电性的碳纤维构成。
[0042]膜电极接合体30具有框体34。框体34将层叠在一起的电解质膜31、阳极32以及阴极33的外周保持为一体。框体34例如由具有电绝缘性的树脂形成,外形形状形成为与分隔件单元10的外周部分的外形形状相同。框体34在其长度方向的一端开设有分别与阴极气体供给口 34a、冷却流体供给口 34b以及阳极气体供给口 34c相当的贯通孔。同样,框体34在其长度方向的另一端开设有分别与阳极气体排出口 34d、冷却流体排出口 34e以及阴极气体排出口 34f相当的贯通孔。
[0043]上述燃料电池单体100需要在彼此密封的状态下层叠多个。因此,利用密封构件将相邻的燃料电池单体100的外周密封起来。密封构件例如使用热固化性树脂。热固化性树脂例如从酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等中选择。
[0044]如图2所示,一对集电板211、212用于将燃料电池单体100产生的电力输出到外部。
[0045]—对集电板211、212分别配设在多个层叠在一起的燃料电池单体100的两端。除了局部形状以外,一对集电板211、212的外形形状与层厚稍厚的膜电极接合体30的外形形状相同。在一对集电板211、212中,只在集电板211的长度方向的一端开设有分别与阴极气体供给口 211a、冷却流体供给口 211b以及阳极气体供给口 211c相当的贯通孔。同样,只在集电板211的长度方向的另一端开设有分别与阳极气体排出口 211d、冷却流体排出口211e以及阴极气体排出口 211f相当的贯通孔。一对集电板211、212在其中央具有集电部211h 等。
[0046]—对集电板211、212的集电部211h等例如由不使气体透过的致密碳那样的导电性材料形成,形成为比阳极32和阴极33的外形稍小的薄板状。一对集电部211h等与设置于层叠有多层的最外层的燃料电池单体100的阳极32或者阴极33抵接。从集电部211h等的一个面突出设置有具有导电性的圆柱形状的突起部211i等。突起部211i等贯通后述的壳体300的一对端板311、312的贯通孔311 j等,并到达外部。
[0047]如图1和图2所示,壳体300以使多个层叠在一起的燃料电池单体100和一对集电板211、212彼此紧密接触的状态保持燃料电池单体100和一对集电板211、212。
[0048]壳体300包含一对端板311、312、一对连结板320、一对加强板330以及螺钉340。以下,说明壳体300所包含的各构件。一对端板311、312夹持已配设在层叠多层的燃料电池单体100的两端的一对集电板211、212并进行施力。除了局部形状以外,一对端板311、312的外形形状与层厚增加了的膜电极接合体30的外形形状相同。一对端板311、312例如由金属形成,在与一对集电板211、212抵接的部分设置有绝缘体。在一对端板311、312中,只在端板311的长度方向的一端开设有分别与阴极气体供给口 311a、冷却流体供给口 311b以及阳极气体供给口 311c相当的贯通孔。同样,只在端板311的长度方向的另一端开设有分别与阳极气体排出口 311d、冷却流体排出口 311e以及阴极气体排出口 311f相当的贯通孔。一对端板311、312开设有供上述一对集电板211、212的突起部211i等贯通的贯通孔311j 等。
[0049]—对连结板320例如由金属形成,并且形成为板状。一对连结板320以从一对端板311、312的长边方向的两侧相面对的方式保持一对端板311、312。一对加强板330例如由金属形成,形成为比一对连结板320细长的板状。一对加强板330以从一对端板311、312的短边方向的两侧相面对的方式保持一对端板311、312。利用多个螺钉340将一对连结板320和一对加强板33固定于一对端板311、312。
[0050]接着,参照图6?图9,说明燃料电池1的制造方法。
[0051]图6是表示组装燃料电池1时的变形吸收构件20的形状变化的示意图。图7是将燃料电池1的变形吸收构件20的耐荷重与比较例的变形吸收构件的耐荷重相比较而表示的图。图8是表示考虑了其他层叠构件的膨胀的情况下设定燃料电池1的变形吸收构件20的立起片22的高度的状态的图。图9是表示考虑了其他层叠构件的制造误差和工作时(发电时)的偏移量的情况下设定燃料电池1的变形吸收构件20的立起片22的高度的状态的图。
[0052]在图6中示出了组装燃料电池1时的变形吸收构件20的形状变化。
[0053]如图6的(a)所示,对于配设在阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间的变形吸收构件20而言,使立起片22的自由端部22b与阴极侧分隔件12抵接,并且使基材21与阳极侧分隔件11抵接。如图6的(b)?图6的(e)所示,从外侧方向缓缓按压分隔件单元10。具体而言,从两端按压多个交替层叠在一起的分隔件单元10和膜电极接合体30。在该过程中,立起片22经由弹性变形而发生塑性变形,其固定端部22a与基材21 —起与阳极侧分隔件11分开并接近阴极侧分隔件12。如图6的(a)?图6的(e)所示,立起片22的荷重支点22d伴随着弯曲部22c的变形而朝向自由端部22b侧移动。如图6的(f)所示,解除对分隔件单元10的按压。此时,变形吸收构件20从图6的(e)所示的状态变位至图6的(f)所示的状态。即、立起片22从固定端部22a沿着自由端部22b发生的较大弯曲有所缓和,并在恒定的范围内伸长。同时,立起片22的固定端部22a与基材21 —起从阴极侧分隔件12侧回到阳极侧分隔件11侦k
[0054]在图7中将实施方式的燃料电池1的变形吸收构件20的耐荷重与比较例的变形吸收构件的耐荷重相比较而示出。
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