CN101371394B

CN101371394B - 燃料电池

Info

Publication number: CN101371394B
Application number: CN2007800022259A
Authority: CN
Inventors: 八神裕一; 竹下直宏; 白川努; 壶阪健二; 吉川大雄
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2007-01-05
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-01-05
Also published as: US20090004537A1; DE112007000127B4; JP2007184212A; CA2635348C; CA2635348A1; JP4951974B2; DE112007000127T5; CN101371394A; WO2007080469A1

Abstract

通过交错地堆叠分离器和密封垫组合膜电极组件形成一种燃料电池。每个密封垫组合膜电极组件包括膜电极组件和密封垫部分。密封垫部分和分离器中的一个具有凸起部，所述凸起部形成在每个面上并沿分离器和密封垫组合膜电极组件堆叠的方向延伸。密封垫部分和分离器种的另一个具有凹陷部，所述凸起部配合在所述凹陷部中。分别在相继密封垫组合膜电极组件或相继分离器的相对表面上形成的凸起部位于不同的位置处。

Description

燃料电池

技术领域

本发明涉及一种燃料电池。

背景技术

燃料电池通常地利用氢气和氧气作为燃料产生电能。由于既环境友好又能量高效，因此燃料电池作为未来能量供给系统已被广泛地开发。一些燃料电池具有堆叠结构，其中与各自的密封垫结合的多个膜电极组件(下文中，简单地称为“密封垫组合膜电极组件”)和多个分离器交错地堆叠在彼此的顶部上。为了防止气体泄漏等，密封垫组合膜电极组件和分离器需要在堆叠时彼此适当地对准。

例如，日本专利申请公布No.2002-50368(JP-A-2002-50368)描述了一种技术，其中密封垫构件配合到分离器以使分离器和密封垫构件彼此结合。该技术可被采用以使分离器和密封垫组合膜电极组件彼此适当地对准。例如，在密封垫上形成的凸起部能配合在各自的分离器中以使密封垫组合膜电极组件和分离器彼此适当地对准。

根据日本专利申请公布No.2002-50368(JP-A-2002-50368)中描述的技术，该凸起部仅形成在每个密封垫的一个面上，并且形成在密封垫上的凸起部配合在各自的分离器中。但是利用这种结构，密封垫组合膜电极组件会被弯曲。为了最小化该不便之处，凸起部可形成在每个密封垫的两个面上，并且形成在密封垫上的凸起部能配合在各自的分离器中。但是利用这种结构，形成在与插入其间的分离器相继地布置的密封垫上的凸起部会彼此干涉。结果，会出现故障。

发明内容

本发明提供了一种燃料电池，其中密封垫组合膜电极组件和分离器彼此适当地对准而不引起形成在各个密封垫组合膜电极组件上的凸起部彼此干涉，和/或不引起形成在各个分离器上的凸起部彼此干涉，所述密封垫组合膜电极组件与插入其间的分离器相继地布置，所述分离器与插入其间的密封垫组合膜电极组件相继地布置。

本发明的一方面涉及一种燃料电池，该燃料电池包括分离器和与分离器交错地堆叠的密封垫组合膜电极组件。根据该方面，每个密封垫组合膜电极组件包括膜电极组件和密封垫部分；密封垫部分和分离器中的一个具有凸起部，该凸起部形成在每个面上并沿着分离器和密封垫组合膜电极组件堆叠的堆叠方向延伸；密封垫部分和分离器中的另一个具有凹陷部，所述凸起部配合到该凹陷部中；并且分别在相继的密封垫组合膜电极组件或相继的分离器的相对面上形成的凸起部位于不同的位置处。

在根据本发明上述方面的燃料电池中，密封垫部分和分离器中的一个可在每个面上具有相同数量的凸起部，并且分别形成在一个面和另一个面上的一对凸起部定位在相同位置处；并且形成在密封垫组合膜电极组件或分离器上的成对的凸起部可位于与形成在相继的密封垫组合膜电极组件或相继的分离器上的成对的凸起不同的位置处。

在根据本发明上述方面的燃料电池中，分离器和密封垫组合膜电极组件利用凸起部和凹陷部彼此适当地对准。因此，不再需要粘合剂等以使分离器和密封垫组合膜电极组件彼此适当地对准。结果，燃料电池在较低成本下生产。此外，由于分别在相继的密封垫组合膜电极组件或相继的分离器的相对面上形成的凸起部位于不同的位置处，因此可防止凸起部彼此干涉。

在根据本发明上述方面的燃料电池中，每个密封垫部分可具有成对的凸起部，并且每个分离器可具有凹陷部，所述凸起部配合在该凹陷部中。

在根据本发明上述方面的燃料电池中，成对的凸起部可形成在每个密封垫组合膜电极组件的两个位置处。在这种情况下，分离器的弯曲被抑制。结果，实现了分离器的高平整性。此外，分离器和密封垫组合膜电极组件彼此对准的准确度增加了。成对的凸起部可分别形成在每个密封垫组合膜电极组件的两个对角相对的角部处。在这种情况下，凸起部之间的距离较长。这有效地抑制了分离器的弯曲。此外，分离器和密封垫组合膜电极组件彼此对准的准确度进一步增加。

在根据本发明上述方面的燃料电池中，形成有成对凸起部的两个对角相对的角部的位置在相继的密封垫组合膜电极组件之间可不同。在这种情况下，可以可靠地防止凸起部彼此干涉。在分离器中可形成冷却介质通道。

在根据本发明上述方面的燃料电池中，凸起部可由与密封垫部分的材料相同的材料制成。在这种情况下，凸起部和密封垫部分在相同的生产步骤中生产。结果，根据本发明的燃料电池在较低成本下生产。或者，凸起部可由弹性低于密封垫部分的弹性的材料制成。在这种情况下，凸起部的变形被抑制。因而，分离器和密封垫组合膜电极组件彼此对准的准确度进一步增加。

在根据本发明上述方面的燃料电池中，密封垫部分和分离器二者在每个面上都可具有相同数量的凸起部；在一个面上和另一个面上各形成一个的一对凸起部位于相同的位置处；形成在密封垫部分上的成对凸起部位于与形成在分离器上的成对凸起部不同的位置处，该分离器与密封垫部分相邻；并且密封垫部分可具有凹陷部，形成在相邻的分离器上的凸起部配合在该密封垫部分的凹陷部中，并且分离器可具有凹陷部，形成在相邻的密封垫部分上的凸起部配合在该分离器的凹陷部中。

在根据本发明上述方面的燃料电池中，密封垫部分和分离器中的一个可在每个面上具有凸起部；分别形成在相对面上的凸起部位于不同的位置处；并且密封垫部分和分离器中的另一个可具有凹陷部，所述凸起部配合在该凹陷部中。

在根据本发明上述方面的燃料电池中，可使密封垫组合膜电极组件和分离器彼此适当地对准而不引起分别地形成在与插入其间的分离器相继布置的密封垫组合膜电极组件上的凸起部彼此干涉，和/或不引起分别地形成在与插入其间的密封垫组合膜电极组件相继布置的分离器上的凸起部彼此干涉。

附图说明

从下述参照附图对示例性实施例并的说明中，本发明的上述及另外的目标、特征和优点将变得清楚，其中相同的或相应的部分将用相同的附图标记表示，并且其中：

图1是示意性示出根据本发明第一实施例的燃料电池的视图；

图2A是示出根据本发明第一实施例的分离器的面向阴极板的平面图；

图2B是示出根据本发明第一实施例的分离器的面向阳极板的平面图；

图2C是示出根据本发明第一实施例的分离器的中间板的平面图；

图2D是示出根据本发明第一实施例的密封垫组合膜电极组件的平面图；

图3A是用来描述根据本发明第一实施例形成在密封垫组合膜电极组件上的凸起部和形成在分离器上的通孔之间位置关系的视图；

图3B是沿着图3A中的线IIIB-IIIB的横截面图；

图4是用来描述凸起部的另一个示例的视图；

图5是示出凸起部形成位置的另一个示例的视图；

图6是示出凸起部形成位置的另一个示例的视图；

图7A是用来描述根据本发明第二实施例形成在密封垫组合膜电极组件上的凸起部和形成在分离器上的通孔之间位置关系的视图；

图7B是沿着图7A中的线VIIB-VIIB的横截面图；

图8是用来描述根据本发明第三实施例形成在密封垫组合膜电极组件上的凸起部和形成在分离器上的通孔之间位置关系的视图；

图9A是用来描述根据本发明第四实施例形成在密封垫组合膜电极组件上的通孔和形成在分离器上的凸起部之间位置关系的视图；

图9B是沿着图9A中的线IXB-IXB的横截面图；

图10A是用来描述根据本发明第五实施例形成在密封垫组合膜电极组件和分离器上的凸起部以及形成在密封垫组合膜电极组件和分离器上的通孔之间位置关系的视图；

图10B是沿着图10A中的线X B-X B的横截面图；

图10C是沿着图10A中的线X C-X C的横截面图；

图11A是用来描述根据本发明第六实施例形成在密封垫组合膜电极组件上的凸起部和形成在分离器上的通孔之间位置关系的视图；

图11B是沿着图11A中的线XIB-XIB的横截面图；以及

图11C是沿着图11A中的线XIC-XIC的横截面图；

具体实施方式

此后，将会参照附图详细地描述本发明的示例性实施例。

图1是示意性示出根据本发明第一实施例的燃料电池100的视图。如图1所示，燃料电池100具有一结构，其中分离器10和密封垫组合膜电极组件20交错地堆叠在彼此的顶部上。每个分离器10具有其中中间板12夹在面向阴极板11和面向阳极板13之间的结构。这些形成分离器10的三个板11、12和13例如可通过热压彼此配合。

每个密封垫组合膜电极组件20都包括膜电极组件(MEA)21和密封垫部分22。膜电极组件21包括：发电部分24，其中催化剂层形成在具有质子传导性的电解质膜的各面上；气体扩散层23，其形成在发电部分24的底面上；和气体扩散层25，其形成在发电部分24的顶面上。在本发明的第一实施例中，膜电极组件21的顶部用作阳极，膜电极组件21的底部用作阴极。

图2A至2D是用来详细地描述分离器10和密封垫组合膜电极组件20的视图。图2A是示意性示出面向阴极板11的平面图。图2B是示意性示出面向阳极板13的平面图。图2C是示意性示出中间板12的平面图。图2D是示意性示出密封垫组合膜电极20的平面图。

面向阴极板11是矩形金属板。该金属板可由钛、钛合金或不锈钢制成，并附有电镀层以防止腐蚀。面向阴极板11具有例如约0.15毫米(mm)的厚度。

如图2A所示，在面向阴极板11的各角部形成有通孔31。面对膜电极组件21的面向阴极板11的一部分(下文中，该部分将被称作“发电区域X”)是平的。在面向阴极板11的外周部分中形成有燃料气体供给歧管41a、燃料气体排出歧管41b、氧化剂气体供给歧管42a、氧化剂气体排出歧管42b、冷却介质供给歧管43a和冷却介质排出歧管43b。在面向阴极板11中形成了多个氧化剂气体供给孔44a和多个氧化剂气体排出孔44b。这些歧管和孔沿面向阴极板11的厚度方向穿过面向阴极板11。

面向阳极板13是具有与面向阴极板11基本相同的形状的矩形金属板。面向阳极板13由与面向阴极板11相同的材料制成。面向阳极板13具有例如约0.15毫米的厚度。如图2B所示，通孔31形成在面向阳极板13的各角部中。面向阳极板13的发电区域X是平的。

如在面向阴极板11中，在面向阳极板13的外周部分中形成有：燃料气体供给歧管41a、燃料气体排出歧管41b、氧化剂气体供给歧管42a、氧化剂气体排出歧管42b、冷却介质供给歧管43a和冷却介质排出歧管43b。在面向阳极板13中形成了多个燃料气体供给孔45a和多个燃料气体排出孔45b。这些歧管和孔沿面向阳极板13的厚度方向穿过面向阳极板13。

中间板12是具有与面向阴极板11基本相同形状的矩形金属板。中间板12由与面向阴极板11相同的材料制成。中间板12具有例如约0.35毫米的厚度。如图2C所示，通孔31形成在中间板12的各角部中。

如在面向阴极板11中，在中间板12的外周部分中形成有：燃料气体供给歧管41a、燃料气体排出歧管41b、氧化剂气体供给歧管42a和氧化剂气体排出歧管42b。在中间板12中形成有多个燃料气体供给通道46a。多个燃料气体供给通道46a在一个端部处与燃料气体供给歧管41a相通，并且在另一个端部处与各燃料气体供给孔45a相通。相似地，在中间板12中形成有多个燃料气体排出通道46b。多个燃料气体排出通道46b在一端部与燃料气体排出歧管41b相通，并且在另一端部与各燃料气体排出孔45b相通。

此外，在中间板12中形成有多个氧化剂气体供给通道47a。多个氧化剂气体供给通道47a在一端部处与氧化剂气体供给歧管42a相通，并且在另一端部处与各氧化剂气体供给孔44a相通。相似地，在中间板12中形成有多个氧化剂气体排出通道47b。多个氧化剂气体排出通道47b在一端部处与氧化剂气体排出歧管42b相通，并且在另一端部处与各氧化剂气体排出孔44b相通。另外，在中间板12中形成有多个冷却介质通道48。多个冷却介质通道48在一端部处与冷却介质供给歧管43a相通，并且在另一端部处与冷却介质排出歧管43b相通。这些通道沿中间板12的厚度方向穿过中间板12。

如图2D所示，密封垫组合膜电极组件20通过将密封垫部分22连接至膜电极组件21的外周端部而形成。例如，密封垫部分22由诸如硅树脂橡胶、丁基橡胶或氟橡胶的树脂材料制成。密封垫部分22形成的方法为：将膜电极组件21的外周端部放置到金属模具的腔中，然后将树脂材料注入到腔中以将密封垫部分22模制到所述外周端部上。根据本方法，膜电极组件21和密封垫部分22彼此没有任何间隙地连接。因此，可以防止冷却介质、氧化剂气体和燃料气体从膜电极组件21和密封垫部分22彼此连接的部分泄漏。

凸起部32形成在每个密封垫组合膜电极组件20的密封垫部分22上。凸起部32形成在每个密封垫组合膜电极组件20的四个角部中的两个对角相对的角部处。凸起部32形成在对应于四个通孔31中的两个通孔31的位置处。凸起部32由与密封垫部分22相同的材料制成。因此，凸起部32和密封垫部分22在相同的生产步骤中生产。因此，燃料电池100在较低的成本下生产。

如在面向阴极板11中，在密封垫部分22中形成有燃料气体供给歧管41a、燃料气体排出歧管41b、氧化剂气体供给歧管42a、氧化剂气体排出歧管42b、冷却介质供给歧管43a和冷却介质排出歧管43b。密封垫部分22提供了分别接触密封垫部分22的顶面和底面的两个分离器10之间的密封。密封垫部分22也提供了膜电极组件21的外周和每个歧管的外周之间的密封。在图2D中，示出了密封垫部分22和分离器10彼此接触的部分的密封线SL被指示以使理解该图较容易。

接下来，将描述燃料电池100的运行概要。首先，包含氢的燃料气体供给到燃料气体供给歧管41a。燃料气体通过燃料气体供给通道46a和燃料气体供给孔45a供给到膜电极组件21的阳极侧气体扩散层25。包含于燃料气体中的氢在发电部分24的催化剂层中转化成质子。通过此转化产生的质子穿过发电部分24的电解质膜，然后到达阴极侧催化剂层。

同时，包含氧的氧化剂气体供给到氧化剂气体供给歧管42a。氧化剂气体通过氧化剂气体供给通道47a、氧化剂气体供给孔44a、和膜电极组件21的阴极侧气体扩散层23供给到发电部分24的阴极侧催化剂层。然后，水由氧化剂气体中的氧和已到达阴极侧催化剂层的质子产生，并且发电。产生的电力通过分离器10收集。

诸如冷却剂的冷却介质供给到冷却介质供给歧管43a。冷却介质流经冷却介质通道48，从而冷却燃料电池100。在这种情况下，燃料电池100的温度被调节到适当的值。已流过冷却介质通道48的冷却介质经冷却介质排出歧管43b排到燃料电池100外。未用于发电的燃料气体经燃料气体排出孔45b、燃料气体排出通道46b和燃料气体排出歧管41b排到燃料电池100外。同样，未用于发电的氧化剂气体经氧化剂气体排出孔44b、氧化剂气体排出通道47b和氧化剂气体排出歧管42b排到燃料电池100外。

接下来，将详细地描述凸起部32和通孔31之间的关系。图3A到3B将用于描述凸起部32和通孔31之间的位置关系。图3A是示意性示出燃料电池100的分解透视图。图3B是沿着图3A中的线III B-III B的横截面图。为了便于描述根据本发明第一实施例的燃料电池100，与分离器10交错地堆叠的密封垫组合膜电极组件20将被交替地由附图标记20a和20b指示。形成在每个密封垫组合膜电极组件20a上的凸起部32将被称为凸起部32a，并且形成在每个密封垫组合膜电极组件20b上的凸起部32将被称为凸起部32b。上述参照图2A至2D的歧管等未在图3A中示出。

如图3A中所示，通孔31形成在每个分离器10的各角部处。凸起部32a形成在每个密封垫组合膜电极组件20a的四个角部中的两个对角相对的角部的两个面上。同样，凸起部32b形成在每个密封垫组合膜电极组件20b的四个角部中的两个对角相对的角部的两个面上。密封垫组合膜电极组件20b的形成有凸起部32b的两个角部对应于密封垫组合膜电极组件20a的未形成凸起部32a的两个角部。凸起部32a和32b配合在各自的通孔31中。

通过上述结构，利用凸起部32a和通孔31使分离器10和密封垫组合膜电极组件20a彼此适当地对准。相似地，利用凸起部32b和通孔31使分离器10和密封垫组合膜电极组件20b彼此适当地对准。相应地，不再需要粘合剂以使分离器10和密封垫组合膜电极组件20彼此适当地对准。结果，燃料电池100在较低成本下生产。此外，由于凸起部32形成在每个密封垫组合膜电极组件20的对角相对的角部处，因此用于对准的凸起部32之间的距离较长。这抑制了分离器10的弯曲。结果，实现了分离器10的高平整性。另外，分离器10以及密封垫组合膜电极组件20a和20b彼此对准的精确度增加了。

同样，如图3B所示，形成在密封垫组合膜电极组件20a上的凸起部20a的位置与形成在密封垫组合膜电极组件20b上的凸起部20b的位置不同。即，当沿着密封垫组合膜电极组件20和分离器10交错地堆叠的方向(下文中称作“堆叠方向”)观察时，凸起部32a和凸起部32b不彼此重叠。在这种情况下，可以防止凸起部32a和凸起部32b彼此干涉。本发明对使用了厚分离器的燃料电池产生作用。但是，本发明对使用了薄分离器的燃料电池产生尤其强烈的作用，比如根据本发明第一实施例的燃料电池100。因此，本发明对紧凑燃料电池产生尤其强烈的作用。

在本发明的第一实施例中，凸起部32由与密封垫部分22相同的材料制成。但是，凸起部32可由其弹性比密封垫部分22低的材料制成，诸如硬橡胶。在这种情况下，抑制了凸起部32的变形。因而，分离器10和密封垫组合膜电极组件20彼此对准的准确度进一步增加。在这种情况下，凸起部32通过使例如硬橡胶部件穿过通过注射成型形成的密封垫部分22而形成。

图5示出了凸起部32a和32b形成位置的另一个示例。如图5所示，在每个密封垫组合膜电极组件20a中，凸起部32a形成在两个相对侧边部分中的每个的中心部分的两个面上。在每个密封垫组合膜电极组件20b中，凸起部32b形成在两个相对侧边部分中的每个的中心部分的两个面上。密封垫组合膜电极组件20b的形成有凸起部32b的两个侧边部分对应于密封垫组合膜电极组件20a的未形成凸起部32a的两个侧边部分。在每个分离器10中，通孔31形成在每个侧边部分中。通孔31形成在对应于凸起部32a和32b的位置处。在这种情况下，分离器10和密封垫组合膜电极组件20a及20b可彼此适当地对准，而不引起凸起部32a和凸起部32b彼此干涉。

图6是示出凸起部32a和32b形成位置的另一个示例的视图。如图6所示，在每个密封垫组合膜电极组件20a中，凸起部32a形成在一端部的两个角部的两个面上。在每个密封垫组合膜电极组件20b中，凸起部32b形成在另一端部的两个角部的两个面上。在每个分离器10中，通孔31形成在相应的四个角部中。通孔31形成在对应于凸起部32a和32b的位置处。在这种情况下，分离器10和密封垫组合膜电极组件20a及20b可彼此适当地对准，而不引起凸起部32a和凸起部32b彼此干涉。

图7A和7B是用来描述根据本发明第二实施例的燃料电池100a的视图。燃料电池100a与图1中的燃料电池100的区别在于，凸起部32仅形成在每个密封垫组合膜电极组件20的一个角部的两个面上。下面将详细地描述燃料电池100a。图7A是示意性示出燃料电池100a的分解透视图。图7B是沿着图7A中的线VIIB-VIIB的横截面图。

如图7A所示，在每个密封垫组合膜电极组件20a中，凸起部32a形成在四个角部中的一个角部的两个面上。在每个密封垫组合膜电极组件20b中，凸起部32b形成在与密封垫组合膜电极组件20a形成凸起部32a的角部对角相对的角部处的两个面上。在每个分离器10中，通孔31形成在对应于凸起部32a和32b的角部中。在这种情况下，如图7B所示，分离器10和密封垫组合膜电极组件20a及20b可彼此适当地对准，而不引起凸起部32a和凸起部32b彼此干涉。此外，由于凸起部32a和32b的数量小，因此燃料电池100a在低成本下生产。

图8是示意性示出根据本发明第三实施例的燃料电池100b的分解透视图。燃料电池100b与图1中的燃料电池100的区别在于，凸起部32形成在每个密封垫组合膜电极组件20的三个部分的两个面上。下面将详细地描述燃料电池100b。

如图8所示，在每个密封垫组合膜电极组件20a中，凸起部32a形成在一端处两个角部中每个角部的两个面上和另一端部处侧边部分的中心部分的两个面上。在每个密封垫组合膜电极组件20b中，凸起部32b形成在所述另一端部处两个角部的两个面上和所述一端处侧边部分的中心部分的两个面上。在每个分离器10中，通孔31形成在对应于凸起部32a和32b的每个角部和侧边部分的中心部分。在这种情况下，分离器10和密封垫组合膜电极组件20a及20b可彼此适当地对准，而不引起凸起部32a和凸起部32b彼此干涉。同样，由于在分离器10中形成了六个通孔，因此分离器10和密封垫组合膜电极组件20a及20b彼此对准的准确度增加了。

如本发明的以上实施例所述，只要凸起部形成在每个密封垫组合膜电极组件20的至少一个部分的两个面上，凸起部32配合在其中的通孔31形成在每个分离器10中，并且凸起部32的位置在相继的密封垫组合膜电极组件20之间不同，就能获得本发明的作用。在上述的实施例中，凸起部32配合在相应的通孔31中。或者，凸起部32可配合在相应的代替通孔31而形成的凹陷部中。

图9A是示出根据本发明的第四实施例的燃料电池100c的分解透视图。图9B是沿着图9A中的线IXB-IXB的横截面图。燃料电池100c与图1中的燃料电池100的区别在于，通孔31形成在每个密封垫组合膜电极组件20上，并且凸起部32形成在每个分离器10的两个面上。为了便于描述燃料电池100c，与密封垫组合膜电极组件20交错地堆叠的分离器10将被交替地用附图标记10a和10b指示。形成在分离器10a上的凸起部将被称作凸起部32a，并且形成在分离器10b上的凸起部将被称作凸起部32b。下面将详细地描述燃料电池100c。

如图9A所示，通孔31形成在每个密封垫组合膜电极组件20的每个角部中。凸起部32a形成在每个分离器10a的四个角部中的两个对角相对的角部的两个面上。同样，凸起部32b形成在每个分离器10a的四个角部中的两个对角相对的角部的两个面上。形成有凸起部32b的角部对应于分离器10a的不形成有凸起部32a的角部。凸起部32a和32b配合在相应的通孔31中。在这种情况下，如图9B所示，分离器10a、10b和密封垫组合膜电极组件20可彼此适当地对准，而不引起凸起部32a和凸起部32b彼此干涉。

图10A是示意性示出根据本发明第五实施例的燃料电池100d的分解透视图。图10B是沿着图10A中的线X B-X B的横截面图。图10C是沿着图10A中的线X C-X C的横截面图。燃料电池100d与图1中的燃料电池100的区别在于，通孔31a形成在每个密封垫组合膜电极组件20中，凸起部32形成在每个密封垫组合膜电极组件20的两个面上，通孔31b形成在每个分离器10中，以及凸起部32形成在每个分离器10上。为了便于描述根据本发明第五实施例的燃料电池100d，与密封垫组合膜电极组件20交错地堆叠的分离器10将被交替地通过附图标记10a和10b指示。同样，与分离器10交错地堆叠的密封垫组合膜电极组件20将通过附图标记20a和20b指示。形成在密封垫组合膜电极组件上20a的凸起部将被称作凸起部32a，并且形成在密封垫组合膜电极组件上20b的凸起部将被称作凸起部32b。形成在分离器10a上的凸起部将被称作凸起部32c，并且形成在分离器10b上的凸起部将被称作凸起部32d。下面将详细地描述燃料电池100d。

如图10A所示，在每个密封垫组合膜电极组件20a中，凸起部32a形成在四个角部中的一个角部的两个面上。在每个密封垫组合膜电极组件20b中，凸起部32b形成在与密封垫组合膜电极组件20a形成凸起部32a的角部对角相对的角部的两个面上。在每个分离器10a中，凸起部32c形成在四个角部中的一个角部的两个面上。在每个分离器10b中，凸起部32d形成在与分离器10a的形成有凸起部32c的角部对角相对的角部的两个面上。在每个分离器10a和10b中，通孔31b形成在对应于凸起部32a和32b的角部中。在每个密封垫组合膜电极组件20a和20b中，通孔31a形成在对应于凸起部32c和32d的角部中。在这种情况下，如图10B和10C所示，分离器10a、10b和密封垫组合膜电极组件20a、20b可彼此适当地对准，而不引起凸起部32a和凸起部32b彼此干涉或者不引起凸起部32c和32d彼此干涉。

图11A是示出根据本发明第六实施例的燃料电池100e的分解透视图。图11B是沿着图11A中的线XIB-XIB的横截面图。图11C是沿着图11A中的线XIC-XIC的横截面图。燃料电池100e与图1中的燃料电池100的区别在于，通孔31形成在每个分离器10中，凸起部32a形成在每个密封垫组合膜电极组件20的一个面上，凸起部32b形成在每个密封垫组合膜电极组件20的另一个面上，并且凸起部32a的位置与凸起部32b的位置不同。为了便于描述燃料电池100e，与分离器10交替地堆叠的密封垫组合膜电极组件20将被可替代地通过附图标记20a和20b指示。形成在每个密封垫组合膜电极组件20的顶面并沿堆叠方向向上延伸的凸起部32将被称作32a。同样，形成在每个密封垫组合膜电极组件20的底面并沿堆叠方向向下延伸的凸起部32将被称作32b。在下面将详细地描述燃料电池100e。

如图11A所示，在每个密封垫组合膜电极组件20a和20b中，凸起部32a形成在顶面上。凸起部32a形成在四个角部中的对角相对的两个角部上。凸起部32b形成在每个密封垫组合膜电极组件20a和20b的底面上。凸起部32b形成在对应于未形成凸起部32a的角部的对角相对的两个角部处。在每个分离器10中，对应于凸起部32a和32b的通孔31形成在相应的四个角部中。在这种情况下，如图11B和11C所示，分离器10a和密封垫组合膜电极组件20a及20b可彼此适当地对准，而不引起凸起部32a和凸起部32b彼此干涉。

Claims

1.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括：

分离器(10)；和

与所述分离器交错地堆叠的密封垫组合膜电极组件(20；20a；20b)，其中

每个密封垫组合膜电极组件都包括膜电极组件(21)和密封垫部分(22)，其中

每个密封垫部分或每个分离器都具有凸起部(32；32a；32b)，所述凸起部相对于两个面在相同或不同位置处形成在每个面上，并且在堆叠方向延伸，所述分离器和所述密封垫组合膜电极组件在所述堆叠方向上堆叠，其中

与具有所述凸起部的密封垫部分相邻的每个分离器或与具有所述凸起部的分离器相邻的每个密封垫部分都具有凹陷部(31)，所述凸起部配合在所述凹陷部中，并且其中

分别形成在相继的密封垫组合膜电极组件或相继的分离器的相对面上的每个凸起部都相对于沿所述堆叠方向的前一个密封垫组合膜电极组件或前一个分离器中的所述凸起部定位在不同位置处。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中

每个密封垫部分或每个分离器在每个面上都具有相同数量的凸起部，并且分别形成在一个面和另一个面上的一对所述凸起部定位在相同位置处，并且其中

形成在所述相继的密封垫组合膜电极组件或所述相继的分离器上的所述成对的凸起部相对于沿所述堆叠方向的前一个密封垫组合膜电极组件或前一个分离器中的所述成对的凸起部定位在不同位置处。

3.根据权利要求2所述的燃料电池，其中

每个密封垫部分都具有所述成对的凸起部，并且每个分离器都具有所述凹陷部，所述凸起部配合在所述凹陷部中。

4.根据权利要求3所述的燃料电池，其中

所述成对的凸起部形成在每个密封垫组合电极组件上的两个位置处。

5.根据权利要求4所述的燃料电池，其中

所述成对的凸起部分别形成在每个密封垫组合膜电极组件的两个对角相对的角部处。

6.根据权利要求5所述的燃料电池，其中

形成有所述成对的凸起部的所述两个对角相对的角部的位置在相继的密封垫组合膜电极组件之间是不同的。

7.根据权利要求4所述的燃料电池，其中

所述成对的凸起部分别形成在每个密封垫组合膜电极组件的两个相对侧边部分的中心部分处。

8.根据权利要求4所述的燃料电池，其中

所述成对的凸起部分别形成在每个密封垫组合膜电极组件的一端的两个角部处。

9.根据权利要求3所述的燃料电池，其中

所述成对的凸起部形成在每个密封垫组合膜电极组件上的一个位置处。

10.根据权利要求9所述的燃料电池，其中

所述成对的凸起部形成在每个密封垫组合膜电极组件的一个角部处。

11.根据权利要求3所述的燃料电池，其中

所述成对的凸起部形成在每个密封垫组合膜电极组件上的三个位置处。

12.根据权利要求11所述的燃料电池，其中

所述成对的凸起部分别形成在每个密封垫组合膜电极组件的一端的两个角部处和每个密封垫组合膜电极组件的另一端上的侧边部分的中心部分处。

13.根据权利要求3至12中的任意一项所述的燃料电池，其中

所述凸起部由与所述密封垫部分相同的材料制成。

14.根据权利要求3至12中的任意一项所述的燃料电池，其中

所述凸起部由弹性低于所述密封垫部分的弹性的材料制成。

15.根据权利要求2所述的燃料电池，其中

每个分离器都具有所述成对的凸起部，并且每个密封垫部分都具有所述凹陷部，所述凸起部配合在所述凹陷部中。

16.根据权利要求15所述的燃料电池，其中

所述成对的凸起部形成在在每个分离器的两个位置处。

17.根据权利要求16所述的燃料电池，其中

所述成对的凸起部分别形成在每个分离器的两个对角相对的角部处。

18.根据权利要求17所述的燃料电池，其中

形成有所述成对的凸起部的所述两个对角相对的角部的位置在相继的分离器之间是不同的。

19.根据权利要求1至12和15至18中的任意一项所述的燃料电池，其中

在所述分离器中形成有冷却介质通道(48)。

20.根据权利要求1至12和15至18中的任意一项所述的燃料电池，其中

所述凹陷部是通孔。

21.根据权利要求1至12和15至18中的任意一项所述的燃料电池，其中

所述凹陷部不是通孔。

22.根据权利要求1所述的燃料电池，其中

每个密封垫部分和每个分离器在每个面上都具有相同数量的凸起部，并且分别形成在一个面和另一个面上的一对所述凸起部定位在相同位置处，形成在所述密封垫部分上的所述成对的凸起部定位在与形成在和所述密封垫部分相邻的分离器上的成对的凸起部不同的位置处，并且其中

所述密封垫部分具有凹陷部，形成在所述相邻的分离器上的凸起部配合在所述密封垫部分的凹陷部中，并且所述分离器具有凹陷部，形成在所述相邻的密封垫部分上的凸起部配合在所述分离器的凹陷部中。

23.根据权利要求1所述的燃料电池，其中

每个密封垫部分或每个分离器在每个面上都具有凸起部，并且分别形成在相对的面上的所述凸起部定位在不同位置处，并且其中

与具有所述凸起部的密封垫部分相邻的每个分离器或与具有所述凸起部的分离器相邻的每个密封垫部分都具有凹陷部，所述凸起部配合在所述凹陷部中。