CN100370645C - 燃料电池堆 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种既能提高金属隔板耐腐蚀性又能降低成本的燃料电池堆。为了达到该目的，本发明的燃料电池堆包括层叠预定数量的单电池而成的电池堆，该单电池是用阳极和阴极夹持电解质膜的两面，再用一对金属隔板夹持所述阳极和阴极而成，与位于电池堆负极侧的金属隔板相比，对位于正极侧的金属隔板实施耐腐蚀性相对高的表面处理。由此，与对所有的金属隔板进行耐腐蚀程度相同的表面处理的场合相比，能够在维持毫不逊色的耐腐蚀性的同时，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池堆的耐腐蚀构造，尤其涉及在提高金属隔板或接线板的耐腐蚀性的同时又降低成本的改进技术。
背景技术
固体聚合物型燃料电池堆具有层叠了预定数量的单电池的堆构造，其中，单电池通过将阳极和阴极彼此相对地分别配置在固体聚合物电解质膜的两面，再用一对隔板夹持在所述阳极和阴极而形成。当使用不锈钢等的金属隔板时，由于金属隔板在高温下暴露在氧化性气氛中，因此长时间使用时，金属就会发生腐蚀或溶解。若金属隔板被腐蚀，则溶解出的金属离子就会扩散到固体聚合物电解质膜中，并在离子交换位置被捕获，从而固体聚合物电解质膜自身的离子导电性下降。此外，还会通过金属隔板上形成的穿孔而发生反应气体的泄漏，以及由于密封管被侵蚀而发生冷却水的泄漏。为了避免这些问题，在日本专利特开2000-21418号公报中提出了使用诸如金或银等在氧化气氛中不活跃的金属层对导电性隔板的表面进行表面处理的技术(电镀处理)。
此外，固体聚合物型燃料电池堆具有层叠预定数量的单电池而成的堆构造，并在电池堆两端部配置了一对用于取出电能的接线板，其中，单电池通过将阳极和阴极彼此相对地分别配置在固体聚合物电解质膜的两面，再用一对隔板夹持所述阳极和阴极而形成。由于在正极侧的接线板上有氧化电流流动，所以一旦有潮湿气体和冷却水触及接线板，接线板就有可能被腐蚀。为了提高接线板的耐腐蚀性，以往研究出了各种堆构造，例如，在日本专利特开2003-163026号公报中就提出了具有下述结构的堆构造，即：将作为端板材料的树脂嵌入到接线板的冷却水通路内侧从而形成内嵌结构，以使潮湿气体或冷却水不直接接触接线板。
专利文献1：日本专利特开2000-21418号公报；
专利文献2：日本专利特开2003-163026号公报。
发明内容
然而，若使用金或银等贵重金属对构成燃料电池堆的所有金属隔板进行表面处理的话，制造成本就会增大。
此外，在日本专利特开2003-163026号公报所记载的堆构造中，由于采用了冷却水通路贯穿正极侧和负极侧这两侧的接线板的结构，所以必需对两侧的接线板实施防腐对策，从而导致制造成本增大。
本发明正是鉴于上述问题而提出的，其目的之一在于，提供一种低成本且具有高耐腐蚀性的堆构造的燃料电池堆。
本发明的另一目的在于，提供一种在能够提高金属隔板的耐腐蚀性的同时还能够降低成本的燃料电池堆。
本发明的再一目的在于，提供一种在能够提高接线板的耐腐蚀性的同时还能够降低成本的燃料电池堆。
为了达到上述目的，本发明的燃料电池堆是一种具有层叠多个单电池而成的电池堆的燃料电池堆，其具有电池堆正极侧的耐腐蚀性比负极侧高的堆构造。与有还原电流流动的负极侧相比，提高位于使腐蚀容易进行的氧化电流流动的正极侧的电池堆的耐腐蚀性，从而与对两极实施相同的防腐对策的场合相比，能够提供低成本且具有高耐腐蚀性堆构造的燃料电池堆。
这里，优选的是，单电池通过用阳极和阴极夹持电解质膜的两面，再用一对金属隔板夹持所述阳极和所述阴极而成，在堆构造中，与位于电池堆负极侧的金属隔板相比，对位于正极侧的金属隔板实施了耐腐蚀性相对高的表面处理。根据这样的构造，与对所有金属隔板进行同等程度耐腐蚀性的表面处理的场合相比，能够在维持毫不逊色的耐腐蚀性的同时，降低成本。
在本发明的燃料电池系统中，也可以在电池堆的两端部分别配置正极的接线板和负极的接线板，在堆构造中，与位于负极的接线板一侧的金属隔板相比，对位于正极的接线板一侧的金属隔板实施耐腐蚀性相对高的表面处理。
优选的是，在用于冷却电池堆的冷却水、或者向电池堆提供的反应气体中所包含的水分接触金属隔板的部位实施耐腐蚀性的表面处理。由于水分触及的区域易于发生腐蚀，所以重点对冷却水或水分触及的部位进行耐腐蚀性的表面处理，由此能够以低成本提供具有高耐腐蚀性的堆构造的燃料电池堆。
这里，冷却水接触金属隔板的部位例如是形成有冷却水歧管的部位，反应气体中包含的水分接触金属隔板的部位例如是形成有气体通道的部位。
优选的是，耐腐蚀性的表面处理是诸如使用贵重金属的电镀处理、或镀厚膜的电镀处理等。
优选的是，与位于电池堆的负极侧的金属隔板相比，对位于正极侧的金属隔板实施耐腐蚀性逐渐变高的耐腐蚀性的表面处理。
优选的是，在有大于等于预定阈值的氧化电流流动的金属隔板上实施耐腐蚀性的表面处理。由于有大的氧化电流流动的区域易于发生腐蚀，所以通过重点堆对该区域进行耐腐蚀处理，能够以低成本提供具有高耐腐蚀性的堆构造的燃料电池堆。
在本发明的燃料电池堆中，堆构造也可以包括贯穿电池堆内部从而供应或排出反应气体或冷却水的流体通路，并且该流体通路只贯通被配置在电池堆的两端上的一对接线板中的负极侧的接线板，而与入口端口或出口端口连通。由于在正极侧的接线板中有氧化电流流动，所以构成使流经流体通路的冷却水或反应气体的水分不与正极侧的接线板接触的结构，能够提高接线板的耐腐蚀性。此外，与有还原电流流动的负极侧的接线板相比，更加强化有氧化电流流动的正极侧的接线板的防腐对策，由此相比于对两极均实施防腐对策的场合可降低成本。
这里，优选的是，在一对接线板中的正极的接线板和电池堆之间插入用于阻隔水分透过的阻隔板。由于与有还原电流流动的负极侧的接线板相比，更加重点抑制水分与有氧化电流流动的正极侧接线板的接触，因此能够兼顾耐腐蚀性的提高和成本的降低。
附图说明
图1(a)和(b)是第一实施方式的燃料电池堆的说明图；
图2是第一实施方式的金属隔板的说明图；
图3(a)和(b)是第二实施方式的燃料电池堆的说明图。
具体实施方式
发明的第一实施方式
在本实施方式的燃料电池堆中，与位于电池堆负极侧的金属隔板相比，对位于正极侧的金属隔板进行耐腐蚀性相对高的表面处理。氧化电流在插入电池堆的正极侧端部中的数片金属隔板的冷却水通路中流动，而且在正极侧端部，氧化电流局部激增。由于金属隔板的电腐蚀只在电池堆的正极侧端部容易发生，所以金属隔板的防腐对策需主要以正极侧端部为重点来进行。通过相比于位于电池堆负极侧的金属隔板，对位于正极侧的金属隔板进行耐腐蚀性相对高的表面处理，与对所有的金属隔板进行同等程度耐腐蚀性的表面处理的场合相比，能够在维持毫不逊色的耐腐蚀性的同时，还能够实现低成本化。
(实施例1)
图1(a)和(b)是本实施例的燃料电池堆10的说明图。如图1(a)所示，燃料电池堆10包括将预定数量的单电池20串联层叠而成的电池堆21，其中，单电池20是用阳极和阴极夹持电解质膜的两面，再用一对金属隔板夹持所述阳极和阴极而成的。在电池堆21的两端部配置了一对用于取出电能的接线板31、32。接线板31、32的外侧经由绝缘板41、42被一对端板51、52夹持。在贯穿设置于电池堆21内部的冷却水通路(在图中没有示出)中位于正极侧端部的部分，有氧化电流局部流动(图1(b))。并且，氧化电流在电池堆21的正极侧端部激增。在电池堆21中，向有大于等于预定阈值的氧化电流流动的部位PA插入实施了耐腐蚀性表面处理的金属隔板，并在有小于阈值的氧化电流流动的部位PB插入未实施耐腐蚀性表面处理的金属隔板。最好从既能提高金属隔板的耐腐蚀性又能降低成本的立场出发设定适当的电流值来作为阈值。由于氧化电流只在电池堆21的一部分中局部流动，所以可将实施了耐腐蚀性表面处理的金属隔板插入有氧化电流流动的部位，既便该电流很小。
图2是金属隔板60的平面图。实施耐腐蚀性表面处理的部位最好是有水分接触的区域。例如，优选在冷却水入口歧管61、冷却水出口歧管62以及冷却面63等的部分实施耐腐蚀性表面处理。与金属隔板60接触的水分不仅包括用于冷却单电池20的冷却水，还包括被提供到单电池20中的反应气体(燃料气体、氧化气体)进行电池反应时所产生的生成水、或诸如结露而产生的结露水等，因此，最好还在反应气体的入口歧管、出口歧管以及气体通道等上实施耐腐蚀性表面处理。此外，也可以在金属隔板60中有水分接触的区域实施耐腐蚀性高的表面处理，在没有水分接触的区域进行耐腐蚀性低的表面处理。耐腐蚀性高的表面处理例如包括使用金或银等贵重金属的电镀处理以及镀厚膜的电镀处理等。耐腐蚀性低的表面处理例如包括镀薄膜的电镀处理等。
根据本实施例，由于只在有大于等于阈值的氧化电流流动的部位PA插入实施了耐腐蚀性表面处理的金属隔板60，因此与对构成电池堆21的所有金属隔板60进行耐腐蚀性表面处理的场合相比，能够在维持毫不逊色的耐腐蚀性的同时，减少成本。
(实施例2)
在本实施例中，向有大于等于阈值的氧化电流流动的部位PA插入实施了耐腐蚀性高的表面处理的金属隔板60，向有小于阈值的氧化电流流动的部位PB插入实施了耐腐蚀性低的表面处理的金属隔板60。对插入同一部位PA(或部位PB)内的金属隔板60所实施的表面处理的耐腐蚀程度既可以相同，也可以使耐腐蚀程度从电池堆21的负极侧向正极侧逐渐变高。
根据本实施例，由于根据电池堆21的位置(或者氧化电流的大小)来改变对金属隔板60所实施的表面处理的耐腐蚀程度，所以，与对构成电池堆21的所有金属隔板60进行耐腐蚀性表面处理的场合相比，能够在维持毫不逊色的耐腐蚀性的同时，减少成本。
发明的第二实施方式
图1(a)和(b)是本实施方式的燃料电池堆的说明图。如该图(a)所示，燃料电池堆11包括层叠多个单电池20而成的电池堆21，其中，单电池20是用一对电极夹持电解质膜，再用一对导电性隔板夹持所述一对电极外侧而成的。在电池堆21的内部贯穿设有流体供应通路71和流体排出通路72，该流体供应通路71用于向单电池20供应反应气体(燃料气体、氧化气体)或冷却水，该流体排出通路72用于排出供单电池20的电池反应使用的反应气体或者与单电池20进行热交换的冷却水。在电池堆21的两端部配置了一对用于取出电能的接线板31、32。接线板31、32的外侧经由绝缘板41、42而被一对端板51、52夹持。流体供应通路71的入口端口71a和液体流出通路72的出口端口72a被形成在位于燃料电池堆10负极侧的端板51上。
另外，反应气体供应通路和冷却水供应通路、以及反应气体排出通路和冷却水排出通路是彼此不同的流体通路，但是为了便于说明，将前者统称为流体供应通路71，将后者统称为流体排出通路72。此外，在没必要区分流体供应通路71和流体排出通路72的时候，将它们简单地统称为流体通路71、72。
流体通路71、72只贯穿一对接线板31、32中的负极的接线板31而与入口端口71a及出口端口72a连通，而在正极的接线板32上未形成流体通路71、72的入口端口及出口端口。通过这种结构，可以防止流经流体通路71、72的冷却水，或者由于电池反应等而产生的反应气体中的水分接触到正极的接线板32。为了更加有效地抑制水分与接线板32的接触，最好在接线板32与电池堆21之间插入用于阻断水分透过的阻隔板80。对于阻隔板80没有特别的限定，只要是能够将电池堆21和接线板32电连接，并能够阻隔水分透过的即可，例如导电板就很适于用作阻隔板。
如该图(b)所示，在负极的接线板31及其附近的单电池20中有还原电流局部流动，与此相反，在正极的接线板32及其附近的单电池20中有氧化电流局部流动。一旦有大的氧化电流流动的正极的接线板32接触到水分，就会容易发生腐蚀，因此，接线板31、32的防腐对策需主要以正极侧为重点来进行。根据上述的结构，不是对燃料电池堆10的两极(正极侧、负极侧)分别进行同等程度的防腐对策，而是将重点放在更易于腐蚀的正极侧的防腐对策上，从而既能提高接线板的耐腐蚀性又能降低成本。
工业实用性
根据本发明，与对所有的金属隔板进行耐腐蚀程度相同的表面处理的场合相比，能够在维持毫不逊色的耐腐蚀性的同时，降低成本。
根据本发明，通过使流过流体通路的冷却水或反应气体的水分不与正极侧接线板接触，能够提高接线板的耐腐蚀性，还能够降低成本。
Claims (10)
1.一种燃料电池堆，包括层叠多个单电池而成的电池堆，该燃料电池堆具有所述电池堆的正极侧的耐腐蚀性比负极侧高的堆构造。
2.如权利要求1所述的燃料电池堆，其中，
所述单电池通过用阳极和阴极夹持电解质膜的两面，再用一对金属隔板夹持所述阳极和所述阴极而成，在所述堆构造中，与位于所述电池堆的负极侧的金属隔板相比，对位于正极侧的金属隔板实施了耐腐蚀性相对高的表面处理。
3.如权利要求2所述的燃料电池堆，其中，
在所述电池堆的两端部分别配置正极的接线板和负极的接线板，在所述堆构造中，与位于所述负极的接线板一侧的金属隔板相比，对位于所述正极的接线板一侧的金属隔板实施耐腐蚀性相对高的表面处理。
4.如权利要求2所述的燃料电池堆，其中，
在用于冷却所述电池堆的冷却水、或者向所述电池堆提供的反应气体中包含的水分接触所述金属隔板的部位实施所述耐腐蚀性相对高的表面处理。
5.如权利要求4所述的燃料电池堆，其中，
所述冷却水接触所述金属隔板的部位是形成有冷却水歧管的部位，所述反应气体中包含的水分接触所述金属隔板的部位是形成有气体通路的部位。
6.如权利要求2所述的燃料电池堆，其中，
所述耐腐蚀性的表面处理是使用了贵重金属的电镀处理、或者镀厚膜的电镀处理。
7.如权利要求2所述的燃料电池堆，其中，
与位于所述电池堆的负极侧的金属隔板相比，对位于正极侧的金属隔板实施耐腐蚀性沿从负极到正极的方向逐渐变高的所述耐腐蚀性相对高的表面处理。
8.如权利要求2所述的燃料电池堆，其中，
在有大于等于预定阈值的氧化电流流动的金属隔板上实施所述耐腐蚀性相对高的表面处理。
9.如权利要求1所述的燃料电池堆，其中，
所述堆构造包括贯穿所述电池堆内部来供应或排出反应气体或冷却水的流体通路，所述流体通路只贯穿被配置在所述电池堆的两端上的一对接线板中的负极侧接线板，而与入口端口或出口端口连通。
10.权利要求9所述的燃料电池堆，其中，
在所述一对接线板中的正极的接线板和所述电池堆之间插入用于阻隔水分透过的阻隔板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |