CN100474677C - 电池模块和燃料电池 - Google Patents
电池模块和燃料电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100474677C CN100474677C CNB2005800190912A CN200580019091A CN100474677C CN 100474677 C CN100474677 C CN 100474677C CN B2005800190912 A CNB2005800190912 A CN B2005800190912A CN 200580019091 A CN200580019091 A CN 200580019091A CN 100474677 C CN100474677 C CN 100474677C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery module
- hollow
- fuel cell
- electrode
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 61
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 65
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 claims description 31
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 27
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 8
- 239000008400 supply water Substances 0.000 claims description 7
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 44
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 description 22
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 21
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 16
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 14
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical class C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 7
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 6
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 6
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 5
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 5
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 5
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical group FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 2
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 239000005373 porous glass Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003935 Flemion® Polymers 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- CZPWVGJYEJSRLH-UHFFFAOYSA-N Pyrimidine Chemical compound C1=CN=CN=C1 CZPWVGJYEJSRLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000034189 Sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 150000001983 dialkylethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 229920000840 ethylene tetrafluoroethylene copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- OOYGSFOGFJDDHP-KMCOLRRFSA-N kanamycin A sulfate Chemical group OS(O)(=O)=O.O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CN)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N OOYGSFOGFJDDHP-KMCOLRRFSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005365 phosphate glass Substances 0.000 description 1
- 229920002480 polybenzimidazole Polymers 0.000 description 1
- 229920002577 polybenzoxazole Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000012958 reprocessing Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/002—Shape, form of a fuel cell
- H01M8/004—Cylindrical, tubular or wound
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
- H01M8/0252—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form tubular
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04126—Humidifying
- H01M8/04149—Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
- H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
一种用于燃料电池的电池模块，其设有：电池模块体(18)，其包括中空电解质膜(11)的内表面和外表面上提供的一对电极(16，17)；以及集电器(21，22)，所述集电器的各自一个与所述电池模块体(18)的所述电极(16，17)的各自一个相接触，特征在于，水可渗透中空体(31)，其具有小于所述电池模块体(18)内径的外径并且设有能够供应水的中空部分(39)，布置在所述电池模块体(18)的中空部分(19)中。
Description
技术领域
本发明涉及设有具有中空电解质膜的电池模块的燃料电池。
背景技术
燃料电池通过以下将化学能直接转换成电能：向电连接的两个电极提供燃料和氧化剂，并且电化学地使燃料氧化。与热发电相反，燃料电池显示了良好的能量转换效率，因为它们不受卡诺(Carnot)循环限制。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是使用固体聚合物电解质膜作为电解质的燃料电池。这些燃料电池优点在于，它们以低温工作并且能够容易地做得很小，这使得它们作为移动电源以及用于移动物体的电源而特别有吸引力。
在典型的质子交换膜燃料电池中，当氢作为燃料供应时，在阳极处进行式(1)中显示的反应。
H2→2H++2e—：式(1)
式(1)所产生的电子穿过外电路并且在外负载处做功，在这之后它们到达阴极。式(1)所产生的质子通过电渗在水合状态下从阳极侧向阴极侧移动通过质子交换膜燃料电池。
当氧作为氧化剂供应时，在阴极处进行式(2)中显示的反应。
2H++(1/2)O2+2e—→H2O：式(2)
阴极处产生的水主要穿过气体扩散层，然后排放到燃料电池外面。这样一来，燃料电池就是只放出水的清洁发电设备。
传统上，开发的大多数的质子交换膜燃料电池具有由多个堆叠的平面的单个电池组成的燃料电池堆。这些单个电池通过以下制造：在平面固体聚合物电解质膜的一侧提供阳极催化剂层，并且在所述膜的另一侧提供阴极催化剂层，以便形成平面膜电极组件(MEA)。然后在这个膜电极组件的两侧提供气体扩散层。最后，将膜电极组件夹在平面隔离物之间。
为了改善质子交换膜燃料电池的输出密度，当前使用非常薄的质子传导聚合物膜作为固体聚合物电解质膜。这种膜的厚度通常为100μm或更薄。即使甚至更薄的电解质膜用于进一步改善输出密度，单个电池也仍然不能做得比当前显著更薄。类似地，催化剂层、气体扩散层和隔离物等等正在做得更薄，但是即使所有的部件都做得更薄，每单位体积的输出密度能够改善多少也仍然存在限制。
同样，高度腐蚀的片状碳材料通常用于隔离物。碳材料自身非常昂贵。此外，因为用于气流路径的凹槽通常在隔离物的表面中微加工，以便允许燃料气体和氧化剂气体在平面膜电极组件的整个表面之上基本上均匀地扩展，所以隔离物的成本极高，这增加了燃料电池的制造成本。
除了前述问题之外，还存在更多的问题。例如，安全地密封多个堆叠的单个电池周围的区域以便燃料气体和氧化剂气体不从气流路径泄漏，这在平面的单个电池中，在技术上是困难的。同样，平面膜电极组件的弯曲或变形可能导致发电效率降低。
近年来，已开发了这样的质子交换膜燃料电池，其中，发电基本上基于这样的电池模块，所述电池模块具有既在中空电解质膜的内表面侧又在其外表面侧提供的电极(例如JP(A)9-223507、JP(A)2002-124273、JP(A)2002-158015和JP(A)2002-260685)。
具有这种中空电池模块的燃料电池通常不需要使用对应于用在平面燃料电池中的隔离物的部件。进一步，因为通过向内侧供应与向外侧供应相比不同类型的气体来发电，所以同样没有形成气流路径的特殊需要。因此，低制造成本能够预期。此外，电池模块具有三维形状，所以关于体积的比表面积比用平面的单个电池更大，这意味着每体积发电输出密度的增加是预期的。
通常在具有如上所述的中空电池模块的燃料电池中，包括氢的燃料气体或诸如空气之类的氧化剂气体被供应到中空内部，并且诸如空气之类的氧化剂气体或包括氢的燃料气体，其将要与供应到中空内部的气体起反应，被供应到电池模块外部。许多电解质膜是质子传导的，以致于质子在水合状态下通过电渗从阳极(燃料电极)侧向阴极(氧化剂电极)侧移动通过固体聚合物电解质膜，如关于上面的式(1)描述的那样。因此，当中空内部做阳极并且通过向其供应氢来发电时，在阳极和阳极侧的电解质膜处可能缺乏水分。结果，良好的发电可能不再能够实现。
JP(A)9-223507披露了这样的燃料电池，其中，正电极和负电极形成在聚合物电解质中空纤维的部分上作为发电部分，并且在与聚合物电解质中空系统的发电部分相比不同的位置中提供加湿部分。在这种燃料电池中，空气被作为氧化剂供应给发电部分的聚合物电解质中空系统的外表面，去离子水被供应给加湿部分的聚合物电解质中空系统的外表面，并且氢被作为燃料供应给聚合物电解质中空系统的内表面。因为聚合物电解质仅允许去离子水渗透的性质，穿过聚合物电解质中空系统的内表面的氢被加湿部分湿润。将这种湿润的氢供应给发电部分防止了中空系统的内表面上的发电部分(亦即阳极)变干。然而，使用这种技术，存在没有用作电极的聚合物电解质中空系统的表面部分，这限制了电极面积。
WO02/09212 A1公开了一种包括多个微电池的电化学电池模块。每个微电池包括：内电极，与内电极相接触的微孔膜隔离件，在微孔膜隔离件的孔中的电解质以及外电极。所述电化学电池模块包括多个中空纤维热交换元件，用于通过其中心内腔流过含水冷却介质，通过将中空纤维热交换元件分布在所述组件中，当模块中发生电化学反应时，从组件中去除热。所述电化学电池模块还包括：所述含水冷却介质的供应源，和连接在所述含水冷却介质的供应源和所述中空纤维热交换元件之间的流路。所述中空纤维热交换元件包括水可渗透的多孔膜隔离件，从而，从含水冷却介质中得到的水从贯穿膜隔离件壁的孔中通过，进入馈送流中以湿润电化学反应环境。
考虑到前述问题，本发明因而提供了具有中空电池模块的燃料电池，其设有加湿机构以有效地防止电池模块变干。
发明内容
为了解决前述问题，根据本发明的用于燃料电池的电池模块设有电池模块体，其包括一对电极，一个提供在中空电解质膜的内表面上，而另一个则提供在所述中空电解质膜的外表面上，以及集电器(collector)，所述集电器中的各自一个与所述电池模块体的所述电极中的各自一个相接触，并且特征在于，水可渗透中空体，其具有小于所述电池模块体内径的外径，并且设有能够供应水的中空部分，布置在所述电池模块体的中空部分之内。
这样一来，因为水可渗透中空体，其具有小于电池模块体内径的外径，并且设有能够供应水的中空部分，以这种方式布置在电池模块体的中空部分之内，所以通过向水可渗透中空体供应水，该水被供应到水可渗透中空体的外部，从而使电极和电解质膜能够从电池模块的内表面侧被湿润。
同样，在根据本发明的电池模块中，水可渗透中空体能够呈管状结构，其中两端是开放的，并且其中水能够从中空部分的一端侧流向其另一端侧。进一步，水可渗透中空体还可以具有其中只有一端开放的管状。
此外，电池模块能够具有这样的结构，其中，产生水的电极提供在中空电解质膜的外表面侧。进一步，能够如此构造电池模块，以致于不产生水的电极提供在中空电解质膜的内表面侧。
同样，还能够如此构造电池模块，以致于水可渗透中空体的透水性关于流向电池模块体中空部分的反应气体的流动而从上游侧朝向下游侧降低。具有这种用于燃料电池的电池模块的燃料电池能够被充分地湿润，从而减少了当电极和电解质膜变干时发生的降低输出的可能性。
根据根据本发明的燃料电池和用于燃料电池的电池模块，供应给水可渗透中空体的水被供应到中空电解质膜的中空部分中，从而使电极和电解质膜从电池模块的内表面侧湿润。结果，电极和电解质膜在发电之后较少倾向于变干。
具有这种电池模块的燃料电池能够适当地管理电解质膜的水分，而不管外面的湿度或发电的持续时间。结果，能够进行稳定的发电。
具体地，当使用其中产生水的电极提供在电池模块的中空电解质膜的外表面侧的结构时，能够获得大的加湿效果，并且能够容易地管理水分。
附图说明
图1是根据本发明的电池模块的透视图；
图2是根据本发明的电池模块组件的透视图；以及
图3是示意性显示电池模块组件连接方式的一个例子的视图。
具体实施方式
在下文中，将在下述示范性情况下描述根据本发明的燃料电池：氟化离子交换树脂膜，其为一种质子传导膜，用作电解质膜。
首先，将参考图1到3描述根据本发明的一个示范性实施例的燃料电池。图1是电池模块的透视图，其中结构构件的部分被切掉以便于理解。图2是电池模块组件的透视图，其中5个电池模块已组装在一起。附图近侧的前板52和侧板51的部分已做得透明以便于理解。图3是示意性显示电池模块组件连接方式的一个例子的视图。
图1中显示的电池模块10是中空的，亦即为管状，同时两端开放。电池模块10包括：管状电解质膜(氟化离子交换树脂膜)11；膜电极组件18，亦即这个示范性实施例中的电池模块体，其包括电解质膜11的内表面侧提供的第一电极(在这种情况下为阳极)16和电解质膜11的外表面侧提供的第二电极(在这种情况下为阴极)17；第一集电器21，其插入到电池模块10的中空部分19中，并且与第一电极16的内表面侧的表面紧密接触地提供；第二集电器22，其与电池模块10的外表面侧紧密接触地提供；以及加湿管31，其插入到中空部分19中。
这个示范性实施例中的电池模块10特征在于它是中空的。更加具体地，这个示范性实施例中的电池模块10呈管状，但是不限于呈管状，只要它具有中空部分，并且能够通过使反应气体流入到中空部分中来向第一电极供应电化学反应所需的反应成分。
使电池模块10中空因为多种原因而有利。特别地两个大的优点在于，它排除了对隔离物的需要，并且增加了对于发电有效的电极面积。
进一步，这个示范性实施例的氟化离子交换树脂膜11也呈管状，同时两端开放。管状中空电解质膜11的外径没有特别地限制，但是优选地为0.01到10mm(包括端点)，更加优选地为0.1到1mm(包括端点)，并且甚至更加优选地为0.1到0.5mm(包括端点)。具有小于0.01mm外径的管状中空电解质膜11目前在技术上难以制造。另一方面，具有大于10mm的外径，获得的改善电池模块每单位体积发电输出的充分效果，可能由于下述事实而不能获得：关于所占体积的表面积无法取得很大。
氟化离子交换树脂膜11优选地薄，以改善质子传导性，但是如果太薄，则气体隔离功能下降，导致质子惰性氢的透过量增加。与其中用于燃料电池的平面单个电池堆叠在一起的相关燃料电池相比，使用通过将根据本发明的许多中空电池模块10组装在一起而产生的燃料电池，对发电有效的电极面积能够做得大，以致于即使当使用相当厚的膜时，也显示足够的输出。从这个观点出发，氟化离子交换树脂膜11的厚度典型地为10到100μm(包括端点)，优选地为50到60μm(包括端点)，并且更加优选地为50到55μm(包括端点)。
进一步，从前述外径和膜厚度的优选范围中，用于内径的优选范围是0.01到10mm(包括端点)，更加优选地为0.1到1mm(包括端点)，并且更加优选地为0.1到0.5mm(包括端点)。
氟化离子交换树脂膜11优选地为具有聚烯烃架构的聚合物，其中部分或全部的氢已用氟替代，并且具有支链上的质子交换基。质子交换基的一些优选例子包括磺酸基、磷酸基和磷酸盐基。特别优选的氟化离子交换树脂是具有磺酸基的全氟化碳聚合物(亦即全氟化碳磺酸聚合物)。一些全氟化碳磺酸聚合物在商业上是可得的，诸如来自美国杜邦的Nafion
和来自Asahi Glass Co.，Ltd的Flemion之类。
形成氟化离子交换树脂膜11的聚合物的加权平均分子量从耐久性的观点来看优选地至少为5000。
同样，这个示范性实施例描述了氟化离子交换树脂膜11，其为一种固体聚合物电解质膜，亦即一种质子传导膜，用作电解质膜11。然而，本发明的燃料电池具有中空电池模块10，其使每单位体积的电极面积与具有平面电池的燃料电池相比能够做得大。因此，即使使用这样的电解质膜，所述电解质膜并不具有如全氟化碳磺酸膜那么高的质子传导性，也仍然能够获得具有每单位体积高输出密度的燃料电池。因此，作为固体聚合物电解质膜，除了全氟化碳磺酸之外，能够使用用于聚合物电解质膜燃料电池的电解质膜的大多数材料。这些包括例如具有诸如磺酸基、磷酸基和磷酸盐基等等之类的质子交换基中的至少一种的材料，其具有碳氢化合物作为架构，像例如具有磺酸基的聚苯乙烯阳离子交换膜的聚烯烃之类，以及由强酸和碱性聚合物的复合物组成的固体聚合物电解质膜，其中诸如聚苯并咪唑、聚嘧啶或聚苯并唑之类的碱性聚合物已用强酸掺杂。
进一步，质子传导电解质膜并不限于如上所述的固体聚合物电解质膜。可选择地，例如，同样能够使用以磷酸水溶液浸渍的多孔电解质板、水凝胶形式的磷酸盐玻璃、其中质子传导功能团已被引入到微孔中和具有纳米细孔的多孔玻璃的表面上的有机-无机混合质子传导膜、或用无机金属纤维加强的电解质聚合物膜。
使用诸如在典型的聚合物电解质膜燃料电池中使用的那样的电极材料，能够形成分别在电解质膜(亦即氟化离子交换树脂膜)11的内表面和外表面上提供的电极16和17。通常使用这样的电极，其由催化剂层12和13以及气体扩散层14和15形成，它们从电解质膜侧按所述顺序层压在一起。
催化剂层12和13包括催化剂微粒，并且还可以包括质子传导材料以增加那些催化剂微粒的可用性。对于这种质子传导材料，能够使用这样的材料，其能够用作电解质膜的材料。作为催化剂微粒，优选地使用其中在诸如碳之类的导电材料上携带催化剂成分的催化剂微粒，例如含碳微粒或含碳纤维。因为本发明的燃料电池具有中空电池模块，所以与具有平面电池的燃料电池相比，每单位体积的电极面积能够做得大。因此，即使使用并不具有如铂那么大的催化剂作用的催化剂成分，也仍然能够获得具有每单位体积高输出密度的燃料电池。催化剂成分没有特别地限制，只要它关于阳极中氢的氧化反应和阴极中氧的还原反应具有催化剂作用。例如，可以从诸如铂、钌、铱、铑、钯、锇、钨、铅、铁、铬、钴、镍、锰、钒、钼、镓、铝或其合金之类的金属中选择催化剂成分。然而，优选地，催化剂成分是Pt或Pt与像例如Ru之类的另一种金属的合金。
对于气体扩散层14和15，能够使用其主要成分为诸如含碳微粒和/或含碳纤维之类的碳材料的导电材料，或者能够使用具有极好耐腐蚀性的诸如镍或不锈钢之类的多孔金属材料。优选地，使用其主要成分是诸如含碳微粒和/或含碳纤维之类的碳材料的导电材料。可以选择含碳微粒的尺寸和含碳纤维的厚度与长度，以便它们最优考虑各种因素，诸如当制造气体扩散层14和15时溶液中的可分散性、以及获得的气体扩散层14和15的排流(drainage)之类。为了增加诸如产生的水之类的水分的排流，气体扩散层优选地或者用例如聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟化碳烷氧基烷烃、乙烯-四氟乙烯聚合物、或其混合物浸渍，或者经历防水后处理，其中例如使用前述物质形成防水层。
分别在电解质膜11的内表面和外表面上形成的电极16和17的结构，以及电极16(亦即12和14)和17(亦即13和15)中使用的材料等等，可以相同或者不同。
集电器是导电体，用于将电极处生成的电荷引导到外电路。在这个示范性实施例中，集电器是附着到气体扩散层14和15提供的导线21和22。然而集电器21和22的形式和材料没有特别地限制。集电器21和22的示范性材料是诸如不锈钢之类的金属的薄片或盘条。作为粘附的方法，能够用碳导电粘结材料或Ag糊等等将导线21和22粘附到电极。
下一步，将描述加湿管31，其为具有能够供应水的中空部分的水可渗透中空体。
这个示范性实施例的电池模块10的中空内部19中提供的加湿管31是中空管(亦即水可渗透中空体)，如从图1中明显的那样，其由水可渗透材料制成。水通过未显示的水循环装置流过加湿管31的中空部分39。所述水穿过由水可渗透材料制成的加湿管31的壁部32，到达加湿管31的外部，并且湿润供应给该区域周围的电池模块10的中空内部19的反应气体。
水可渗透材料的例子包括多种类型的多孔体和水可渗透树脂等等。所述多种类型的多孔体包括多孔玻璃、多孔陶瓷、多孔金属、多孔碳和多孔树脂等等。同样，水可渗透树脂的例子包括诸如Nafion之类的全氟化碳磺酸聚合物和PTFE等等。关于这些水可渗透材料，PTFE、PVPF等等是优选的。PTFE或尼龙是特别优选的。
加湿管31的外径小于膜电极组件18的中空部分19的内径。加湿管31的直径小于电池模块体(在这种情况下亦即膜电极组件18)的中空部分19的内径优选地至少1mm、并且更加优选地至少1.5mm。可选择地，加湿管31的外径可以等于或小于电池模块体18的中空部分19的内径的50％，并且更加优选地等于或小于其60％。以这种方式使用具有小于膜电极组件18内径的外径的加湿管31在膜电极组件18和加湿管31之间产生了间隔，反应气体能够通过它流动。
例如通过调整加湿管31的壁部32的厚度，可以控制这个加湿管31的透水性。当使用多孔材料时，可以通过调整孔比率或平均孔直径来控制这个加湿管31的透水性。同样，当使用水可渗透树脂时，例如可以通过调整树脂中包含的亲水功能团对憎水功能团的比率来控制透水性。
进一步，加湿管31的壁部32的透水性可以在反应气体流动的方向上逐渐变化，所述反应气体流向加湿管31的外部、亦即流向膜电极组件18的中空部分19。通过使加湿管壁部32的透水性从反应气体流动的上游侧朝向下游侧逐渐变小，可以防止在上游被湿润的反应气体在下游被过度湿润。用于使加湿管壁部32的透水性逐渐变化的方法的例子包括从反应气体流动的上游侧朝向下游侧减少加湿管壁部32的平均孔直径并减少其孔比率。同样有效的是，从反应气体流动的上游侧朝向下游侧逐渐使加湿管壁部32更厚，或者逐渐使加湿管31的外径更小而不改变壁部32的厚度。
这个示范性实施例描述了其中管状加湿管31用作水可渗透中空体的例子。然而，水可渗透中空体并不限于管状。它可以是任何形状，只要是中空体，并且能够在该部分内部供应水。此外，在这个示范性实施例中，加湿管31的两端都是开放的。然而，可选择地，可以只有一端开放。在这种情况下，膜电极组件能够通过以下保持湿润：从水可渗透中空体在一端处提供的开放部分供应水，以便它穿过水可渗透中空体的壁部到达其外部并湿润该区域周围的反应气体，或者将水直接供应到附近的膜电极组件。
同样，本发明的燃料电池中使用的中空电池模块10并不限于上述示范性结构。可选择地，可以提供除了催化剂层12与13和气体扩散层14与15之外的层，以便增加电池模块10的功能。
下一步，将描述电池模块10的制造方法。然而，加湿管31被简单地插入到中空电池模块10的中空部分19中，所以其描述将被省略。
首先，制造膜电极组件18，其中在管状电解质膜11的内表面和外表面上提供一对电极。然而，其制造方法没有特别地限制。例如，制造方法可以包括这样的方法，其中，首先制备管状电解质膜，并且将包括电解质和催化剂微粒的溶液涂敷在电解质膜的内表面和外表面两者上，然后干燥以便形成催化剂层。所述两个催化剂层然后用包括含碳微粒和/或含碳纤维的溶液涂敷，其然后被干燥以便形成气体扩散层。
可选择的方法如下。亦即，通过以下产生第一电极：使用以管状形成并且其包括诸如含碳微粒和/或含碳纤维之类的碳材料的材料(亦即管状含碳材料)作为第一电极(阳极)的气体扩散层，然后用包括电解质和催化剂微粒的溶液涂敷气体扩散层的外表面，并且将其干燥以形成催化剂层。下一步，然后用包括电解质的溶液涂敷这个催化剂层的外表面，然后将其干燥以形成电解质膜层。然后在这个电解质膜层的外表面上形成第二电极(阴极)的催化剂层，并且用包括碳材料的溶液涂敷这个催化剂层的外表面，然后将其干燥以便形成气体扩散层。
用于形成管状电解质膜的方法没有特别地限制。还可以使用呈管状的商用电解质膜。同样，可以通过以下获得管状含碳材料：在溶剂中散布诸如含碳微粒和环氧和/或酚醛树脂之类的碳材料，使其形成为管状，将其加热硬化，然后焙烧。
在上述电池模块的制造方法中，当形成电解质膜、催化剂层和气体扩散层时使用的溶剂，可以根据将要散布和/或溶解的材料适当地选择。同样，形成那些层时的涂敷方法也能够从诸如喷射方法和在上刷涂(brush-on)方法之类的各种方法中适当地选择。
如上所述例如通过碳导电粘结材料或Ag糊等等将集电器21和22粘附到电极。
如上所述制造和构造的单独电池模块10以适当数目的集合布置在壳体50中，以形成电池模块组件100，如图2所示。在这个示范性实施例中，5个电池模块10固定在一个壳体50中。如下面将会更加详细地描述的那样，通过以下固定单独的电池模块10：使第二电极17的外侧由壳体的内部板54和64支撑，并且使加湿管31由侧板51和61支撑。
壳体50的外形由成对的侧板51和61、一对前板52和62、以及一对平板53和63形成，以致于总的形状是矩形固体的形状。而且在壳体50内部提供一对内部板54和64。形成壳体50的全部板都由绝缘材料制成。
侧板51和61包括加湿管支撑孔55和65，它们是以预定间隔隔开的5个位置中提供的小直径孔，以及燃料气体流动端口56和66，它们是在端部提供的大直径孔。加湿管支撑孔55和65是用于支撑电池模块10的加湿管31的孔。加湿管支撑孔55和65的直径一般相当于加湿管31的外径。此外，燃料气体流动端口56是用于通过未显示的燃料气体供应装置供应的燃料气体的供应端口，而燃料气体流动端口66则是用于要被排放的燃料气体的排放端口。
内部板54和64是尺寸与侧板51和61相同的板，并且每个都具有5个电池模块支撑孔57和67，其为支撑电池模块10的外表面侧的孔。电池模块支撑孔57和67的直径基本上与电池模块10的外径相同。内部板54和64布置得与壳体50的侧板51和61平行，并且离开侧板51和61预定距离。
用这种方式，通过图2中显示的电池模块组件100中的壳体50中的孔装配电池模块10，并且将其固定到所述孔。
进而，在壳体50的平板53和63中，在夹在成对的内部板54和64的接缝之间的区域、亦即相对中心的部分中，提供氧化剂气体流动端口58和68，其使反应气体(在这种情况下为空气)流向电池模块10的外部。
尽管未显示，单独电池模块10的集电器21和22并联连接，并且在一端处聚集成电池模块组件100的外部终端。
图3是显示以上述方式制造并进一步组装为燃料电池200的电池模块组件100的视图。实际上，当用作燃料电池200时，适当数目的电池模块组件100并联连接在一起。通过将更大数目的组装的电池模块组件100串联连接在一起，能够使燃料电池200具有高电压输出。
下一步，将描述根据这个示范性实施例的电池模块10发电期间用于加湿的机制。
如图2所示，以电池模块10固定到壳体50的方式，将氧化剂气体(在这种情况下为空气)从氧化剂气体流动端口58供应到电池模块10的外表面侧，同时将燃料气体(在这种情况下为氢气)从燃料气体流动端口56供应到电池模块10的中空部分19的一端。并且将水泵送到加湿管31的中空部分39中。
氢气从电池模块中空部分19的一端供应，沿着加湿管31的外壁流动，并且从另一端排放。由于加湿管31由水可渗透物质制成，所以流过加湿管中空部分39的水穿过其壁部32到达加湿管31的外部，亦即到达电池模块中空部分19，在那里，它或者蒸发，或者以液态按照原状从电池模块中空部分排出。
在这个示范性实施例的电池模块10中，电池模块10因而能够从中空部分19的内表面侧湿润。结果，能够湿润氢气，以致于膜电极组件18能够保持湿润。
如示范性实施例所显示的那样，通过从电池模块的内表面侧使电池模块能够用水充分湿润或者弄湿，即使没有通过电极反应产生水的电极提供在电池模块的内表面侧，本发明也使得可以防止电池模块变干。
根据本发明，水分以这种方式被供应到电池模块的中空部分之内，其为狭窄的空间。结果，湿度量或水供应量未受外部大气的影响，从而能够稳定供应特定量的湿度或水。与此形成对照，当从电池模块的外表面侧进行加湿时，将要加湿的空间较大并且开放，使得更加难以进行固定量的加湿。
在这个示范性实施例中，或者燃料气体或者氧化剂气体可以被供应到电池模块的中空内部。然而，从水分管理的观点出发，当没有产生水的电极提供在电池模块的内表面侧并且产生水的电极提供在电池模块的外表面侧时，从电池模块的内表面侧加湿电池模块有大的效果。典型的质子交换膜燃料电池中的阳极(燃料电极)是不产生水的电极。因此，当将本发明应用于这样的质子交换膜燃料电池时，优选地使电池模块的内表面侧为阳极，并且向其供应诸如氢之类的燃料气体，正如示范性实施例中的那样。将燃料气体供应到中空部分中，如在这种情况下所做的那样，对于气体中的密封更好。
同样，根据本发明的电池模块也可以是这样的中空电池模块，其具有中空电解质并且其一端封闭。在这种情况下，因为电池模块的中空内部的一端封闭，所以优选地引入到中空内部中的反应气体在管内被完全消耗。典型地，用作氧化剂气体的空气只有总容量的1/3或更少是氧，并且即使当通过电极反应消耗掉所有的氧时，非反应气体，其主要成分为氮，也仍然保留。考虑到这个，优选地使引入到中空内部的反应气体或反应液体为燃料气体，并且使诸如空气之类的氧化剂气体供应到外表面侧。
Claims (6)
1.一种用于燃料电池的电池模块(10)，包含：
电池模块体(18)，其包括一对电极(16，17)，所述电极中的一个(16)提供在中空电解质膜(11)的内表面上，而另一个电极(17)则提供在所述中空电解质膜(11)的外表面上；以及
两个集电器(21，22)，所述两个集电器中的相应一个与所述电池模块体(18)的所述电极(16，17)中的相应一个相接触，
其特征在于进一步包含
水可渗透中空体(31)，其具有小于所述电池模块体(18)内径的外径，并且设有能够供应水的中空部分(39)，其中
所述水可渗透中空体(31)布置在所述电池模块体(18)的中空部分(19)中，并且
关于在所述电池模块体(18)的所述中空部分(19)中流动的反应气体的流动，所述水可渗透中空体(31)的透水性从上游侧朝向下游侧降低。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电池模块(10)，其中，所述水可渗透中空体(31)以两端开放的方式呈管状，并且使水能够从其中空部分的一端侧流向另一端侧。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池的电池模块(10)，其中，所述水可渗透中空体(31)以只有一端开放的方式呈管状。
4.根据权利要求1到3中任何一项所述的用于燃料电池的电池模块(10)，其中，所述中空电解质膜(11)的外表面侧提供的所述电极(17)产生水。
5.根据权利要求4所述的用于燃料电池的电池模块(10)，其中，所述中空电解质膜(11)的内表面侧提供的所述电极(16)不产生水。
6.一种燃料电池，包含：
根据权利要求1到3中任何一项所述的用于燃料电池的电池模块(10)。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004174736A JP4945887B2 (ja) | 2004-06-11 | 2004-06-11 | セルモジュール及び固体高分子電解質型燃料電池 |
| JP174736/2004 | 2004-06-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101027811A CN101027811A (zh) | 2007-08-29 |
| CN100474677C true CN100474677C (zh) | 2009-04-01 |
Family
ID=34970642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2005800190912A Expired - Fee Related CN100474677C (zh) | 2004-06-11 | 2005-06-08 | 电池模块和燃料电池 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7887973B2 (zh) |
| JP (1) | JP4945887B2 (zh) |
| CN (1) | CN100474677C (zh) |
| CA (1) | CA2568763C (zh) |
| DE (1) | DE112005001340B4 (zh) |
| WO (1) | WO2005122307A1 (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4935054B2 (ja) * | 2005-11-10 | 2012-05-23 | トヨタ自動車株式会社 | チューブ型燃料電池及びその製造方法 |
| JP5100038B2 (ja) * | 2006-06-09 | 2012-12-19 | Ｎｏｋ株式会社 | 燃料電池モジュール |
| JP2008311047A (ja) * | 2007-06-14 | 2008-12-25 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| EP2182572A4 (en) * | 2007-08-02 | 2016-10-19 | Sharp Kk | FUEL CELL STACK AND FUEL CELL SYSTEM |
| DE102010010751A1 (de) * | 2010-03-09 | 2011-09-15 | Bernd Hildenbrand | Röhrenförmige Elektrode |
| US9472812B2 (en) * | 2015-02-12 | 2016-10-18 | Biosearch, Llc | Electric energy cell |
| AU2019323842A1 (en) * | 2018-08-24 | 2021-03-18 | INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY MADRAS (IIT Madras) | Tubular PEM fuel cell and cell stack thereof |
| CN112838235B (zh) * | 2020-12-31 | 2022-11-08 | 新源动力股份有限公司 | 一种氢燃料电池棒结构 |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3620844A (en) * | 1963-03-04 | 1971-11-16 | Varta Ag | System for the activation of hydrogen |
| JPH0684532A (ja) * | 1992-08-31 | 1994-03-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| US6004691A (en) * | 1995-10-30 | 1999-12-21 | Eshraghi; Ray R. | Fibrous battery cells |
| JP3731234B2 (ja) * | 1996-02-15 | 2006-01-05 | 松下電器産業株式会社 | 固体高分子型燃料電池 |
| EA002216B1 (ru) | 1998-05-16 | 2002-02-28 | Дзе Секретэри Оф Стейт Фор Дефенс | Система многосекционных топливных элементов |
| JP3536765B2 (ja) | 2000-02-16 | 2004-06-14 | 日立電線株式会社 | 燃料電池及びその製造方法 |
| CA2417682C (en) * | 2000-07-24 | 2007-06-26 | Microcell Corporation | Microcell electrochemical devices and assemblies, and method of making and using the same |
| US6403248B1 (en) * | 2000-07-24 | 2002-06-11 | Microcell Corporation | Microcell electrochemical devices assemblies with water management subsystem, and method of making and using the same |
| US6444339B1 (en) * | 2000-07-24 | 2002-09-03 | Microcell Corporation | Microcell electrochemical device assemblies with thermal management subsystem, and method of making and using the same |
| US6399232B1 (en) * | 2000-07-24 | 2002-06-04 | Microcell Corporation | Series-connected microcell electrochemical devices and assemblies, and method of making and using the same |
| US6495281B1 (en) * | 2000-07-24 | 2002-12-17 | Microcell Corporation | Microcell electrochemical devices assemblies with corrosion management subsystem, and method of making and using the same |
| US6338913B1 (en) * | 2000-07-24 | 2002-01-15 | Microcell Corporation | Double-membrane microcell electrochemical devices and assemblies, and method of making and using the same |
| US6403517B1 (en) * | 2000-07-24 | 2002-06-11 | Microcell Corporation | System and process for manufacturing microcell electrochemical devices and assemblies |
| JP2002124273A (ja) | 2000-10-18 | 2002-04-26 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 固体高分子型燃料電池とその製造方法及び固体高分子型燃料電池モジュール |
| GB2368967A (en) * | 2000-11-14 | 2002-05-15 | Secr Defence | System for the humidification of polymer electrolyte membrane fuel cells |
| JP2002158015A (ja) | 2000-11-21 | 2002-05-31 | Sony Corp | 電気化学素子、発電体及び発電装置 |
| JP3793801B2 (ja) | 2001-03-02 | 2006-07-05 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 小型燃料電池 |
| US6884539B2 (en) * | 2002-07-02 | 2005-04-26 | Microcell Corporation | Microcell electrochemical devices and assemblies with corrosion-resistant current collectors, and method of making the same |
| US7553567B2 (en) * | 2002-08-30 | 2009-06-30 | Nissan Moto Co., Ltd. | Fuel cell system |
| US7229712B2 (en) * | 2003-03-07 | 2007-06-12 | Microcell Corporation | Fuel cell structures and assemblies |
| JP2005166552A (ja) * | 2003-12-04 | 2005-06-23 | Canon Inc | 燃料電池 |
-
2004
- 2004-06-11 JP JP2004174736A patent/JP4945887B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-06-08 WO PCT/IB2005/001600 patent/WO2005122307A1/en active Application Filing
- 2005-06-08 CN CNB2005800190912A patent/CN100474677C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-06-08 US US11/597,403 patent/US7887973B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-06-08 DE DE112005001340T patent/DE112005001340B4/de not_active Expired - Fee Related
- 2005-06-08 CA CA2568763A patent/CA2568763C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4945887B2 (ja) | 2012-06-06 |
| US20070218337A1 (en) | 2007-09-20 |
| CA2568763A1 (en) | 2005-12-22 |
| DE112005001340T5 (de) | 2007-05-03 |
| DE112005001340B4 (de) | 2010-08-19 |
| US7887973B2 (en) | 2011-02-15 |
| WO2005122307A1 (en) | 2005-12-22 |
| JP2005353495A (ja) | 2005-12-22 |
| CN101027811A (zh) | 2007-08-29 |
| CA2568763C (en) | 2010-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6743541B2 (en) | Monopolar cell pack of proton exchange membrane fuel cell and direct methanol fuel cell | |
| CN100474677C (zh) | 电池模块和燃料电池 | |
| WO2005088749A1 (ja) | 膜電極接合体及び膜電極接合体の製造方法並びに固体高分子形燃料電池 | |
| KR20180103900A (ko) | 고체 산화물형 연료 전지 | |
| CN102132448A (zh) | 燃料电池和燃料电池层 | |
| CN101116208B (zh) | 燃料电池 | |
| WO2003105265A1 (ja) | 液体燃料供給型燃料電池 | |
| US20090004550A1 (en) | In situ fabricated electrochemical device | |
| US20070202389A1 (en) | Membrane electrode structure for polymer electrolyte fuel cell | |
| JP2006216407A (ja) | セルモジュール集合体及び燃料電池 | |
| CA2685798C (en) | Membraneless fuel cell and method of operating same | |
| EP2273589B1 (en) | Membrane electrode assembly and fuel cell | |
| JP4400212B2 (ja) | 燃料電池用膜・電極接合体の製造方法 | |
| JP2006216406A (ja) | セルモジュール集合体及び燃料電池 | |
| JP2006216404A (ja) | 燃料電池 | |
| JP4934965B2 (ja) | セルモジュール集合体及び燃料電池 | |
| JP4608958B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2003317741A (ja) | 燃料電池用電極構造体 | |
| JP2004507051A (ja) | 改良された燃料電池構造 | |
| JP2006216409A (ja) | セルモジュール集合体及び燃料電池 | |
| JP2007066723A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2004014314A (ja) | 燃料電池 | |
| Joubert | Design and development of a direct methanol fuel cell for telecommunications | |
| JP2006216403A (ja) | 燃料電池 | |
| Field et al. | Exploring Operating Conditions and Nafion Membranes for the Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) |
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 | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090401 Termination date: 20180608 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |