燃料電池的制作方法
【專利說明】燃料電池
[0001]本申請是申請日:2013年3月22日；申請號:201310093477.4 ;發明名稱:燃料電池的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及一種將電解質膜-電極結構體與金屬隔板層疊而成的燃料電池，所述電解質膜-電極結構體在電解質膜的兩側設有一對電極。
【背景技術】
[0003]例如，固體高分子型燃料電池通過一對隔板來夾持電解質膜-電極結構體(MEA)，該電解質膜-電極結構體在由高分子離子交換膜構成的電解質膜的兩側設有陽極電極和陰極電極。燃料電池通常多個層疊，并且除了安置在固定場所使用之外，還通過向燃料電池車輛裝入而被作為車載用燃料電池系統使用。
[0004]在燃料電池中，在隔板的面內設有用于使燃料氣體向陽極電極流動的燃料氣體流路(以下，也稱為反應氣體流路)和用于使氧化劑氣體向陰極電極流動的氧化劑氣體流路(以下，也稱為反應氣體流路)。而且，在每個發電電池或每多個發電電池中，在相鄰的隔板之間沿著電極面方向設有用于使冷卻介質流動的冷卻介質流路。
[0005]在這種燃料電池中，為了確保良好的離子傳導性，需要對電解質膜進行保濕。因此，采用對作為反應氣體的氧化劑氣體(例如，空氣)或燃料氣體(例如，氫氣)進行加濕而向燃料電池供給的方式。
[0006]此時，存在有加濕用的水分未被電解質膜吸收而發生液狀化并滯留于反應氣體流路的情況。另一方面，在燃料電池中，因發電反應而在陰極電極產生生成水，并且所述生成水經由電解質膜而向陽極電極進行反向擴散。因此，在重力的作用下水分發生冷凝而容易滯留在反應氣體流路的重力方向下端側，可能會導致由冷凝水弓I起的溢流(flooding)。
[0007]因此，作為以有效地排出氣體并同時高效地進行排水為目的的燃料電池，已知有例如日本專利第3123992號公報(以下，稱為現有技術I)所公開的固體高分子型燃料電池。如圖25所示，該燃料電池具備框體1，在該框體I的一方的面側嵌入有單電池2和陰極側流路基板3，并在所述框體I的另一方的面側嵌入有陽極側流路基板4。
[0008]單電池2通過在固體高分子電解質2a上配設陰極2b及陽極2c而構成。在陰極側流路基板3上形成有多個陰極側流路3a，另一方面，在陽極側流路基板4上形成有多個陽極側流路4a。
[0009]在框體I的上游部形成有:一對水導入岐管孔5a ;將所述水導入岐管孔5a與陽極側流路4a連通的槽孔5b ;—對燃料氣體導入岐管孔6a ;將所述燃料氣體導入岐管孔6a與所述陽極側流路4a連通的槽孔6b。在框體I的下游部形成有:一對燃料氣體導出岐管孔7a ;將所述燃料氣體導出岐管孔7a與陽極側流路4a連通的槽孔7b ;—對水導出岐管孔8a ;將所述水導出岐管孔8a與陽極側流路4a連通的槽孔Sb。
[0010]并且，通過陽極側流路4a后的未反應的燃料氣體從槽孔7b穿過燃料氣體導出岐管孔7a而向電池外排出，并且通過所述陽極側流路4a后的水從槽孔Sb穿過水導出岐管孔8a而向電池外排出。
[0011]然而，在上述的現有技術I中，框體I在燃料氣體流動方向上相當長。因此，當將陰極側流路3a以朝向水平的方式配置時，燃料電池整體的高度方向的尺寸增大，將所述燃料電池搭載于車輛時的搭載空間受限定。
[0012]而且，在陰極側流路3a中產生基于發電生成的生成水。該生成水可能向重力方向下方移動而滯留，從而導致氧化劑氣體的供給不足。
[0013]另外，在燃料電池中，有時使用金屬隔板作為隔板。該金屬隔板通過將金屬薄板成形為波形形狀，由此在隔板面的表背分別沿著所述波形形狀的凹部(槽部)而設置反應氣體流路和冷卻介質流路的一部分。冷卻介質流路通過將在彼此相鄰的金屬隔板上成形的槽部彼此重合而形成。
[0014]而且，為了對反應氣體流路或冷卻介質流路等進行密封，而在金屬隔板上一體成形密封構件。此時，在冷卻介質流路的最外周，相鄰的金屬隔板的槽部彼此重合，從而與密封構件之間容易產生間隙。因此，產生冷卻介質繞過冷卻介質流路而在所述冷卻介質流路的外方與密封構件之間流通的所謂捷徑(shortcut)。
[0015]因此，已知有例如日本特開號公報(以下，稱為現有技術2)公開的燃料電池。該現有技術2涉及一種燃料電池，其層疊有長方形形狀的金屬隔板和在電解質的兩側設有一對電極的電解質-電極結構體，在所述金屬隔板之間環繞電極范圍而形成有使冷卻介質沿著長邊方向流通的冷卻介質流路，在所述金屬隔板上，在長邊方向一端側隔著所述冷卻介質流路而設有一對冷卻介質供給連通孔，且在長邊方向另一端側隔著所述冷卻介質流路而設有一對冷卻介質排出連通孔。
[0016]并且，冷卻介質流路形成在具有波形形狀的多個波狀凸部之間，另一方面，設置從金屬隔板的外側與構成所述冷卻介質流路的最外周的所述波狀凸部的側部抵接，并且仿形于側部波形形狀的一部分的至少具有凸形形狀的閉塞密封部。
[0017]由此，通過簡單的結構，能夠使冷卻介質在冷卻介質流路整個區域上良好地流通，從而能夠盡量阻止所述冷卻介質發生捷徑的情況。

【發明內容】

[0018]發明的概要
[0019]本發明用于解決這種問題，其目的在于提供一種通過簡單的結構，能夠容易且可靠地將容易滯留在電極面內的重力方向下方的生成水從所述電極面排出的燃料電池。
[0020]另外，本發明目的在于提供一種能夠通過簡單且經濟的結構來盡量阻止冷卻介質的捷徑的燃料電池。
[0021]本發明涉及一種燃料電池，其沿著水平方向層疊有金屬隔板和在電解質膜的兩側設有一對電極的電解質膜-電極結構體，并且，電極面為沿著重力方向的鉛垂姿態且具有在與層疊方向正交的水平方向上長的橫長形狀，所述燃料電池設有使作為氧化劑氣體或燃料氣體的反應氣體沿著所述電極面的長度方向流通的反應氣體流路。
[0022]在該燃料電池中，在反應氣體流路的重力方向下端設有用于將生成水從所述反應氣體流路向重力方向下方排出的排水通路，并且，所述排水通路由在金屬隔板的所述反應氣體流路側的面及與該面相反的面上交替形成的凹凸形狀部構成。
[0023]另外，本發明涉及一種燃料電池，其層疊有金屬隔板和在電解質膜的兩側設有一對電極的電解質膜-電極結構體，并且在彼此相鄰的所述金屬隔板之間設有將該金屬隔板成形為波形而使冷卻介質流通的冷卻介質流路。
[0024]在該燃料電池中，在冷卻介質流路的寬度方向的外周部設有迂回限制部，所述迂回限制部用于阻止冷卻介質繞過所述冷卻介質流路，并且，所述迂回限制部具備至少在一方的金屬隔板上一體成形并與另一方的金屬隔板抵接的凸部。
[0025]根據本發明，當反應氣體沿著在水平方向上長的電極面流通時，因反應而生成水，并且該水容易滯留在所述電極面的重力方向下方。此時，在電極面的重力方向下方設置排水通路，從而移動到所述電極面的重力方向下方的水從所述排水通路向所述電極面的外部排出。
[0026]而且，排水通路由在金屬隔板的反應氣體流路側的面及與該面相反的面上交替形成的凹凸形狀部構成。因此，僅對金屬隔板實施沖壓加工即可，能夠以簡單的結構，容易且可靠地將容易滯留在電極面內的重力方向下方的生成水從所述電極面排出。因此，燃料電池能夠良好地維持最佳的發電環境。
[0027]另外，根據本發明，在冷卻介質流路的外周部設置的迂回限制部具備至少在一方的金屬隔板上一體成形的凸部，并且所述凸部與另一方的金屬隔板直接抵接。因此，在冷卻介質流路的周圍形成的迂回路能夠通過凸部可靠地閉塞。由此，能夠以簡單且經濟的結構，盡量阻止冷卻介質的捷徑。
[0028]上述的目的、特征及優點根據參照【附圖說明】的以下的實施方式的說明而容易理解。
【附圖說明】
[0029]圖1是構成本發明的第一實施方式的燃料電池的發電單元的主要部分分解立體說明圖。
[0030]圖2是所述發電單元的圖1中的I1-1I線剖視說明圖。
[0031]圖3是所述發電單元的圖1中的II1-1II線剖視說明圖。
[0032]圖4是所述發電單元的圖1中的IV-1V線剖視說明圖。
[0033]圖5是構成所述發電單元的第一金屬隔板的主視說明圖。
[0034]圖6是所述第一金屬隔板的圖5中的V1-VI線剖視圖。
[0035]圖7是構成所述發電單元的第二金屬隔板的一方的面的說明圖。
[0036]圖8是所述第二金屬隔板的另一方的面的說明圖。
[0037]圖9是構成所述發電單元的第三金屬隔板的一方的面的說明圖。
[0038]圖10是所述第三金屬隔板的另一方的面的說明圖。
[0039]圖11是構成所述發電單元的第一電解質膜-電極結構體的一方的面的說明圖。
[0040]圖12是所述第一電解質膜-電極結構體的另一方的面的說明圖。
[0041]圖13是構成所述發電單元的第二電解質膜-電極結構體的一方的面的說明圖。
[0042]圖14是所述第二電解質膜-電極結構體的另一方的面的說明圖。
[0043]圖15是構成本發明的第二實施方式的燃料電池的發電單元的主要部分分解立體說明圖。
[0044]圖16是所述發電單元的圖15中的XV1-XVI線剖視圖。
[0045]圖17是構成本發明的第三實施方式的燃料電池的發電單元的主要部分分解立體說明圖。
[0046]圖18是所述發電單元的圖17中的XVII1-XVIII線剖視說明圖。
[0047]圖19是構成所述發電單元的第一金屬隔板的一方的面的說明圖。
[0048]圖20是所述第一金屬隔板的另一方的面的說明圖。
[0049]圖21是構成所述發電單元的第三金屬隔板的一方的面的說明圖。
[0050]圖22是所述第三金屬隔板的另一方的面的說明圖。
[0051]圖23是構成本發明的第四實施方式的燃料電池的發電單元的主要部分分解立體說明圖。
[0052]圖24是所述發電單元的圖23中的XXIV-XX