CN101395751B - 电池层叠体和设有所述电池层叠体的燃料电池 - Google Patents

电池层叠体和设有所述电池层叠体的燃料电池 Download PDF

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Abstract

一种电池层叠体，其具有特别适于抑制分隔件变形的结构，所述分隔件具有凹凸形状在各分隔件的前表面和后表面上彼此反转的结构。在相邻分隔件(20，20)之间，形成有发电区域或制冷剂流动区域，在发电区域内插入有MEAs(30)和用于夹持MEAs(30)的至少一部分的框状部件(40)，在制冷剂流动区域内未插入MEAs(30)或框状部件(40)。抑制各分隔件(20)变形的变形抑制区域(24)由设在分隔件(20)上的凸起部形成。另外，在各框状部件(40)上形成有用于抑制分隔件在变形抑制区域(24)或其附近的变形的凸起部。所述凸起部朝变形抑制区域(24)的背面侧突出，其中变形抑制区域(24)是分隔件(20)背面侧上的凹部。

Description

电池层叠体和设有所述电池层叠体的燃料电池
技术领域
本发明涉及一种电池层叠体和设有该层叠体的燃料电池。更具体地，本发明涉及对诸如构成电池层叠体的分隔件之类的结构的改进。
背景技术
通常，燃料电池(例如，聚合物电解质燃料电池)是通过使多个电池层叠而构成的，每个电池均包括夹持在分隔件之间的电解质。此外，分隔件设有歧管，用来向电池供给反应气体(燃料气体、氧化气体)或冷却用制冷剂或者从电池排出反应气体或冷却用制冷剂。
迄今为止，常常使用碳分隔件或金属分隔件作为所述分隔件。在凹凸形状彼此独立地形成在例如碳分隔件的前侧和后侧的情况下，有时在将用于多种流体的歧管与发电区域(燃料气体与氧化气反应而产生电力的区域)连接的部分上设置用于支承的肋。这些肋用作介于相邻分隔件之间的间隔部，以支承(或支撑)分隔件，从而抑制分隔件的变形(例如，见专利文献1)。
[专利文献1]特许第3608741号公报
发明内容
然而，在实际情况中，尚未充分研究出能够有效抑制这种分隔件的变形的支承结构，所述分隔件具有凹凸形状在分隔件的前表面和后表面(背面)上彼此反转的结构，如例如在压制的金属分隔件中所见的那样。
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有特别适合于抑制分隔件变形的结构的电池层叠体，以及提供一种设有该层叠体的燃料电池，如压制的金属分隔件那样，所述分隔件具有凹凸形状在分隔件的前表面和后表面上彼此反转的结构。
为实现所述目的，本发明的发明人已进行了各种研究。为了使如压制的金属分隔件那样具有凹凸形状在各个分隔件的前表面和后表面上彼此反转的结构的分隔件层叠，将相邻分隔件的凸起部布置成彼此面对，并将相邻分隔件的凹部布置成彼此面对，从而在很多情况下形成用于流体循环的空间。本发明的发明人已注意到层叠体的这种特性，并已发现能解决上述问题的技术。
基于这种发现作出本发明，并且提供这样一种电池层叠体，在所述电池层叠体中层叠有分隔件，所述分隔件均在其间夹持有膜电极组件，其中，在相邻的分隔件之间，形成有发电区域或制冷剂流动区域，在所述发电区域内插入有所述膜电极组件和夹持所述膜电极组件的至少一部分的框状部件，在所述制冷剂流动区域内未插入所述膜电极组件或所述框状部件。抑制所述分隔件的变形的变形抑制区域由设置在所述分隔件的使歧管与所述膜电极组件的所述发电区域连接的部分上的凸起部形成，所述歧管向电池供给反应气体或制冷剂或者从电池排出反应气体或制冷剂。在插入有所述框状部件的发电区域内抑制所述分隔件的变形的另一个变形抑制区域由设置在所述框状部件上的凸起部形成。
在电池层叠体中，上述发电区域和制冷剂流动区域例如交替地形成。在本发明中，在这种电池层叠体的制冷剂流动区域内，即在未插入所述膜电极组件或所述框状部件并且供冷却用制冷剂流动的区域内，设有这种朝制冷剂流动区域突出的凸起部，以形成变形抑制区域。这种变形抑制区域用作例如肋，以提高分隔件的刚性。或者，该变形抑制区域与相邻分隔件的变形抑制区域接触，使得变形抑制区域彼此支承(支撑)。结果，能有效地抑制分隔件的变形。
此外，如上所述形成在分隔件的制冷剂流动区域内的变形抑制区域由例如多个凸起部等构成，从而可执行分散冷却用制冷剂的功能。因此，制冷剂可遍布在冷却剂流动区域上以完全流过该区域。
另外，如上所述，用于抑制分隔件变形的另一变形抑制区域由设置在框状部件上的凸起部形成，其中这些凸起部用于从发电区域一侧支撑分隔件，从而抑制分隔件的变形。结果，能从发电区域和制冷剂流动区域两方抑制分隔件的变形。
另外，未插入框状部件的制冷剂流动区域优选设有框状肋，所述框状肋由在所述分隔件上设置成与所述凸起部具有相等高度的凸状部分构成，并且利用所述凸状部分在相互面对的分隔件的沟槽底面之间形成空间。框状肋可直接靠接在例如相邻分隔件的框状肋上，并且能用作在这些分隔件之间形成预定空间(例如，用于制冷剂循环的通路)的间隔部。
此外，在电池层叠体中，框状部件还优选设有分隔件变形抑制凸起部，所述分隔件变形抑制凸起部朝形成在所述分隔件上的所述变形抑制区域的凹背面突出，以抑制所述分隔件在所述变形抑制区域之内或附近的变形。结果，当例如在分隔件和框状部件之间设置粘合剂时，粘合层(由粘合剂构成的层)的厚度(突出量)能减小与用于抑制分隔件变形的凸起部一样的厚度(突出量)。如果框状部件的刚性高于粘合层的刚性，则可增大用于支承变形抑制区域背面的部分的刚性，以抑制相应部分或其附近的变形。
另外，根据本发明，提供这样一种电池层叠体，在所述电池层叠体中层叠有分隔件，所述分隔件均在其间夹持有膜电极组件，其中，在相邻的分隔件之间，形成有发电区域或制冷剂流动区域，在所述发电区域内插入有所述膜电极组件和夹持所述膜片电极组件的至少一部分的框状部件，在所述制冷剂流动区域内未插入所述膜电极组件或所述框状部件。抑制所述分隔件的变形的变形抑制区域由设置在所述分隔件的使歧管与所述膜电极组件的所述发电区域连接的部分上的凸起部形成，所述歧管向电池供给反应气体或制冷剂或者从电池排出反应气体或制冷剂。从分隔件层叠方向看，所述变形抑制区域的至少一部分与所述膜电极组件交迭。利用由于膜电极组件的回弹力或弹性力而产生的反作用力，能挤压交迭的部分，从而获得更容易地抑制在所述部分和相邻电池之间产生间隙的优点。
此外，在电池层叠体中，还优选的是，形成在夹住所述制冷剂流动区域而彼此相邻设置的所述分隔件上的所述变形抑制区域彼此接触。变形抑制区域彼此接触，从而在保持分隔件彼此紧密接触的状态时能防止分隔件变形。
此外，根据本发明的燃料电池包括上述电池层叠体。
附图说明
图1示出本发明一个实施例的分解透视图，并示出本实施例中的电池层叠体的分隔件的分解电池；
图2A示出从冷却剂通路侧观察的岐管周围的结构，作为构成电池层叠体的分隔件的结构示例；
图2B示出在图2A中由单点划线圈包围的部分的剖面结构；
图3的视图示出构成电池层叠体的分隔件的结构示例，并示出从氧化气体(AIR)通路表面侧观察的岐管周围的结构；
图4的视图示出变形抑制区域的另一形状示例；
图5的视图示出图4所示的变形抑制区域周围的剖面结构；
图6是示出构成燃料电池的电池层叠体等的透视图；
图7是示出燃料电池的结构示例的侧视图；
图8的视图示出本发明的另一实施例，并且是示出冷却剂用岐管及其周围的结构示例的局部俯视图；
图9是沿图8中的IX-IX线截取的剖视图；以及
图10是示出根据本发明又一实施例的分隔件结构的俯视图。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的适当实施例。
图1至7示出根据本发明的电池层叠体3和具有该电池层叠体的燃料电池1。各个实施例中的电池层叠体3是通过使多个分隔件20或多对在其间设有膜电极组件30的分隔件20(在图1中，构成电池的两个分隔件用附图标记20a、20b表示)层叠而制得的。在本实施例中，发电区域和制冷剂流动区域中的一个形成在电池层叠体3的相邻分隔件20之间，并且为了抑制分隔件20的变形还在其间形成有变形抑制区域。
在以下将描述的实施例中，首先将说明构成燃料电池1的电池2的示意性构造，然后将说明如上所述设置的变形抑制区域等的构造。
图1示出本实施例中的燃料电池1的电池2的示意性构造。如图所示构造的电池2被相继层叠而形成电池层叠体(堆)3。如此形成的电池层叠体(堆)3在其两端由例如支撑板(未示出)夹持，并且布置一张紧板来将相对的支撑板彼此连接。在这种状态下，沿层叠方向对其施加载荷以紧固所述堆。
由电池2在其中层叠的电池层叠体(堆)3构成的燃料电池1可用于例如燃料电池混合动力车辆(FCHV)的车载发电系统，但不限于此。燃料电池1可用于搭载在各种移动体(如船舶和飞机)和可自行机器人上的发电系统以及静止/固定类型的燃料电池系统。
电池2由电解质即例如膜电极组件30(以下称为MEA；membraneelectrode assembly)和夹持MEA30的一对分隔件20(在图1中由附图标记20a、20b示出)构成(见图1)。MEA30和相应的分隔件20a和20b形成为大致矩形板的形状。此外，MEA30形成为使其外形尺寸小于相应分隔件20a、20b的外形尺寸。
MEA30由高分子电解质膜31(以下也简称为电解质膜)和一对电极32a、32b(阳极和阴极)构成，高分子电解质膜31由聚合材料的离子交换膜构成，所述一对电极从电解质膜31的两个表面夹持该电解质膜(见图1)。它们的电解质膜31形成为稍大于相应的电极32a、32b。相应的电极32a、32b通过例如热压连接至电解质膜31，而电解质膜31的周缘部被空出。
构成MEA30的电极32a、32b由例如具有载持有催化剂如铂的表面的多孔碳材料(扩散层)制成。向阳极32a供给氢气作为燃料气体(反应气体)，而向阴极32b供给氧化气体(反应气体)如空气或氧化剂。这两种反应气体在MEA30中发生电化学反应而得到电池2的电动势。
分隔件20a、20b由气体不可透过的导电材料制成。导电材料的例子包括碳、导电硬树脂和金属如铝和不锈钢。在本实施例中，分隔件20a、20b由板状金属制成(金属分隔件)，并且在这种材料的电极32a、32b的表面上形成有具有优异耐腐蚀性的膜(例如，由镀金制成的膜)。
此外，在分隔件20a、20b的两个表面上形成有作为多个凹部的沟槽通路。在本实施例中的分隔件20a、20b由例如板状金属材料制成的情况下，所述通路可通过压力模制形成。如此形成的沟槽状通路构成氧化气体的气体通路34、氢气的气体通路35或冷却剂通路36。更具体地，在分隔件20a的电极32a侧的内表面上形成有多个氢气通路35，而在分隔件20a的后表面(外表面)上形成有多个冷却剂通路36(见图1)。类似地，在分隔件20b的电极32b侧的内表面上形成有多个氧化气体通路34，而在分隔件20b的后表面(外表面)上形成有多个冷却剂通路36(见图1)。例如，在本实施例的情况下，电池2中的气体通路34和气体通路35形成为彼此平行。另外，在本实施例中，相邻电池2、2中的分隔件20a、20b的冷却剂通路36构造成，当一个电池2的分隔件20a的外表面连接到相邻的另一个电池2的分隔件20b的外表面时形成具有诸如矩形形状或蜂窝形状的截面的通路(见图1)。
此外，如上所述，在各个分隔件20a、20b中，至少构成流体通路的凹凸形状在各分隔件的前表面和后表面上彼此反转。更具体地，在分隔件20a中，形成氢气的气体通路35的凸形状(凸肋)的背面具有形成冷却剂通路36的凹形状(凹槽)，而形成气体通路35的凹形状(凹槽)的背面具有形成冷却剂通路36的凸形状(凸肋)。另外，在分隔件20b中，形成氧化气体的气体通路34的凸形状(凸肋)的背面具有形成冷却剂通路36的凹形状(凹槽)，而形成气体通路34的凹形状(凹槽)的背面具有形成冷却剂通路36的凸形状(凸肋)。
此外，在分隔件20a、20b的纵向端部附近(根据本实施例在面向图1时在左侧示出的一端附近)，在氧化气体的入口侧形成有歧管15a，在氢气的出口侧形成有歧管16b，在冷却剂的出口侧形成有歧管17b。例如，在本实施例中，这些歧管15a、16b和17b由设置在各分隔件20a、20b中的基本上为矩形或梯形的通孔形成(见图1)。另外，分隔件20a、20b的相对端部在氧化气体的出口侧设有歧管15b，在氢气的入口侧设有歧管16a，在冷却剂的入口侧设有歧管17a。在本实施例中，这些歧管15b、16a和17a也由基本上为矩形或梯形的通孔形成(见图1)。
在上述歧管之中，在分隔件20a中用于氢气的入口侧歧管16a和出口侧歧管16b经由作为沟槽形成在分隔件20a中的入口侧连通通路61和出口侧连通通路62与氢气的气体通路35连通。类似地，在分隔件20b中用于氧化气体的入口侧歧管15a和出口侧歧管15b经由作为沟槽形成在分隔件20b中的入口侧连通通路63和出口侧连通通路64与氧化气体的气体通路34连通(见图1)。另外，在各分隔件20a、20b中用于冷却剂的入口侧歧管17a和出口侧歧管17b经由作为沟槽形成在各分隔件20a、20b中的入口侧连通通路65和出口侧连通通路66与冷却剂通路36连通。根据各分隔件20a、20b的上述构造，氧化气体、氢气和冷却剂被供应给电池2。这里，作为典型的例子，在电池2被层叠的情况下，例如，氢气从分隔件20a的入口侧歧管16a经过连通通路61流入气体通路35，并用于MEA30的发电。然后，气体经过连通通路62，并被排出到出口侧歧管16b。
第一密封件13a和第二密封件13b都由多个部件形成(例如，四个小的矩形框部件和用于形成流体通路的大的框部件)(见图1)。其中的第一密封件13a设置在MEA30和分隔件20a之间。更具体地，第一密封件设置成使得该部件的一部分介于电解质膜31的周缘部33和分隔件20a的位于气体通路35周围的部分之间。此外，第二密封件13b设置在MEA30和分隔件20b之间。更具体地，第二密封件设置成使得该部件的一部分介于电解质膜31的周缘部33和分隔件20b的位于气体通路34周围的部分之间。
另外，由多个部件(例如，四个小的矩形框部件和用于形成流体通路的大的框部件)形成的第三密封件13c设置在相邻电池2、2的分隔件20b和分隔件20a之间(见图1)。该第三密封件13c是介于分隔件20b的位于冷却剂通路36周围的部分和分隔件20a的位于冷却剂通路36周围的部分之间以在这些部分之间进行密封的部件。
应注意，可使用与相邻部件物理地紧密接触以流体密封所述部分的弹性部件(垫圈)和与相邻部件化学地连接和粘合的粘合剂等作为第一至第三密封件13a至13c。稍后将详细说明的上述框状部件是与第一至第三密封件13a至13c相比在外力作用下不易(弹性)变形的材料。在此方面，与第一至第三密封件13a至13c相比，框状部件有利地用作变形抑制区域。
接着将说明设置在电池层叠体3上的变形抑制区域等的构造(见图2A等)。
这里，在具有上述构造的电池2中，作为夹持在分隔件20a和分隔件20b之间的区域的至少一部分并且插入有MEA30和框状部件的区域是氢气与氧化气体发生化学反应而发电的区域(在本说明书中称为发电区域并在图1中用标记A1标识)。此外，夹持在相邻电池2的分隔件20和20之间的区域(例如，夹持在图1所示的分隔件20b和经由第三密封件13c与该分隔件20b相邻的分隔件(未示出)之间的区域)是未插入MEA30或框状部件并且形成有供冷却剂循环的冷却剂通路36的区域(在本说明书中称为制冷剂流动区域并在图1中用标记A2标识)。
此外，上述框状部件是与MEA30一起插入到发电区域A1中并夹持该MEA30的至少一部分的部件。例如，在本实施例中，由树脂制成并具有薄框形状的框架置于该发电区域A1中，并可用作框状部件40(见图2A、2B)。在此情况下，框状部件40设置成从前侧和后侧夹持MEA30的至少一部分，例如沿周缘部33设置的部分(见图2A、2B，其中图2A和3示意性地示出靠近MEA30的仅有的边缘形状)。
另外，该电池层叠体3设有用于抑制分隔件20变形的变形抑制区域。例如，在本实施例中，在分隔件20上设置有朝制冷剂流动区域A2突出的凸起部，其中这些凸起部形成变形抑制区域24(见图2A、2B和3B)。以这种方式形成的变形抑制区域24用作所谓的支承部，以支撑分隔件20使之不发生变形。
就是说，对于传统支承部的情况，由于分隔件本身的偏曲、粘合剂的收缩等，与电极部分相比，电池2在相应部分中的厚度可能减小。实际上，支承部不会或可能不与相邻电池2(或构成电池2的分隔件20)接触。更具体地，电池2由于诸如分隔件20在装配期间的翘曲或电极部分与包括粘合剂的另一部分之间的线性膨胀系数的差异之类的原因而收缩并变薄。结果，相邻的电池2彼此分开，支承部有时不能执行其原有功能。此外，如果在这种状态下作用有过大的气压，则电池2中的粘合剂可能剥落。
另一方面，在本实施例中，构造有不会轻易产生这种情况的部件。就是说，本实施例的变形抑制区域24由朝制冷剂流动区域A2突出的凸起部构成。此外，形成在夹住制冷剂流动区域A2而彼此相邻设置的分隔件20上的变形抑制区域24彼此接触。另外，这些变形抑制区域24形成为使得从分隔件20(或电池2)的层叠方向看，变形抑制区域24的至少一部分与MEA30交迭(见图2A、2B)。就是说，例如，在本实施例中，各变形抑制区域24形成为连续的形状，使得该区域从冷却剂歧管17附近沿冷却剂流动方向延伸到超出MEA30边缘的位置，从而变形抑制区域24的至少一部分与MEA30交迭(见图2A、2B)。在此情况下，伸长的变形抑制区域24的与MEA30交迭的部分可利用由该MEA30产生的反作用力(回弹力或弹性力)相对于相邻电池2(或该电池的分隔件20)保持紧密的接触程度。另外，变形抑制区域24是从MEA30到歧管17不间断地连续形成的凸状肋。因此，与采用在MEA30和歧管17之间彼此分离地设置多个小的凸状部分作为变形抑制区域的构造相比，可抑制偏曲，并且由MEA30产生的反作用力可适当地传递到歧管17。因此，在这些变形抑制区域24用作支承部的本实施例的电池层叠体3中，可容易地防止在电池层叠期间在变形抑制区域和相邻电池2之间产生间隙。
此外，变形抑制区域24部分地或完全地由设置在将MEA30上方的发电区域A1连接到发电区域A1的外侧(设有催化剂的区域的外侧)、即连接到用于向相应电池供给反应气体或制冷剂或者从相应电池排出反应气体或制冷剂的歧管15至17的部分上的凸起部形成(见图2A、2B等)。
应注意，如上所述，本实施例的变形抑制区域24具有使该区域沿冷却剂流动方向连续延伸的形状，但对于具体形状没有特殊的限制。可使用椭圆形凸起部，或者凸起部可具有类似于轨道形状的长圆形形状。或者，如图2A、2B所示，可使用具有两个渐缩端部的形状(水平拉长的圆形形状)。此外，图2A、2B示出布置有多个凸起部的例子，但视情况而定这些凸起部可布置成朝其端部加宽。无论如何，由变形抑制区域24构成的支承结构本身形成为伸长的形状，该伸长的形状延续至与MEA30交迭的支承部分，从而在提高分隔件20刚性的同时，可防止在电池层叠期间在分隔件和相邻电池2之间产生间隙。
此外，根据本实施例，由上述凸起部构成的变形抑制区域24在入口侧和出口侧(见图2A)布置在冷却剂歧管(在图2A等中用附图标记17简单地标识)附近。这些变形抑制区域24由多个凸起部构成，使得冷却剂能均等地分配到冷却剂通路36。此外，从将冷却剂更均等地分配并散布到分隔件20的平面上的角度看，具有相同形状和大小的凸起部优选以相等的间隔布置，如图2A所示。凸起部不仅可如上所述地平行布置，还可朝向其端部加宽。另外，如上所述，当冷却剂能均等地散布在分隔件平面中时，加在分隔件20、密封件(例如，第三密封件13c)等上的负荷减小，最终耐久性提高。
另外，如上所述，由变形抑制区域24构成的支承结构本身具有伸长的形状，并具有延续至与MEA30交迭的支承部分的形状，但这仅仅是优选构型。这并不限制这种情况，即变形抑制区域24中的每个不具有从其一端延续到另一端的形状。就是说，根据另一例子，变形抑制区域24可由多个分离的凸起部如点状的凸起部或线状的凸起部构成(见图4、5)。简言之，即使变形抑制区域24由分开的凸起部形成，分隔件20的刚性也可由于变形抑制区域24而提高。此外，变形抑制区域24的至少一部分与MEA30交迭，并用作支承部。在此结构中，可防止在电池层叠期间在变形抑制区域和相邻电池2之间产生间隙。
这里，将说明由上述电池2构成的电池层叠体3和包括电池层叠体3的燃料电池1(见图6、7)。
燃料电池1包括在其中层叠有多个电池2的电池层叠体3，并且在设于电池层叠体3两端的端部电池2的层叠方向上的外侧还布置有隔热电池4、设有输出端子5a的端子板5、绝缘件(绝缘板)6和端板7(见图6、7)。延伸成使端板7彼此连接的张紧板8沿层叠方向在电池层叠体3上施加预定的压缩力。另外，压力板9和弹簧机构9a在电池层叠体3的一个端侧设置在端板7和绝缘件6之间，从而施加在电池2上的载荷波动被吸收。
每个隔热电池4设有包括例如两个分隔件20和密封件(如，第一密封件13a、第二密封件13b)的隔热层，并执行抑制由于发电而产生的热量向大气等辐射的功能。就是说，通常，电池层叠体3的各个端部的温度由于在电池层叠体和大气之间进行的热交换而容易降低。为解决该问题，在电池层叠体3的端部上形成隔热层，以抑制热交换(热辐射)。这种隔热层具有这样的构造，其中代替膜电极组件而在与那些设置在电池2中的分隔件类似的一对分隔件20之间夹持诸如导电板的隔热件10。用在这种情况下的隔热件10具有优异的隔热特性，并且作为典型例子可使用导电性的多孔板等。
端子板5是用作集流板的部件，且该板由板状金属如铁、不锈钢、铜或铝形成。端子板5在隔热电池4一侧上的表面经受表面处理如镀覆处理，并且由于这种表面处理而确保相对于隔热电池4的接触电阻。镀覆材料的例子包括金、银、铝、镍、锌和锡。在本实施例中，例如，考虑到导电性、可加工性和廉价性而执行镀锡处理。
绝缘件6是执行使端子板5和端板7电绝缘的功能的部件。为执行这一功能，这种绝缘件由板状树脂材料如聚碳酸酯形成。
端板7以与端子板5相同的方式由任意类型的金属(铁、不锈钢、铜、铝等)形成为板状。例如，在本实施例中，该端板7用铜形成，但这仅仅是一个例子，所述板也可由另一种金属形成。
接下去，将参照图8和9说明本发明的另一实施例。
这里，多个凸起的凸起部设置在入口侧和出口侧的靠近冷却剂歧管17的位置，更具体地是指冷却剂连通通路65、66，流经冷却剂通路36的冷却剂可由这些凸起部均等地分配(见图8)。这里，如图8所示，三排凸起部以相等的间隔设置成这种状态，其中仅中间排的凸起部错排半个间距(pitch)，但这仅仅是优选构型的一个例子。布置间隔可偏心地设置，或者各个凸起部的大小可改变。
此外，在本实施例中，以这种方式形成在分隔件20上的凸起部可用作用于抑制分隔件20变形的变形抑制区域24。就是说，由凸起部类似地构成的变形抑制区域24也设置在相邻分隔件20的相对的位置处，并且分隔件20彼此叠置成这种状态，使得这些变形抑制区域24彼此接触。在此情况下，当施加堆紧载荷时，形成在分隔件20上的变形抑制区域24在相邻电池2和2(相邻分隔件20和20)之间彼此靠接，并且变形抑制区域用作用于抑制分隔件20变形的支承部。
另外，优选设有用于抑制分隔件20变形的另一种结构。将说明一个例子。在插入有上述框状部件40的发电区域A1中，框状部件40设有凸起部，这些凸起部可形成由于这些凸起部而用于抑制分隔件20变形的另一变形抑制区域43。该另一变形抑制区域43可直接与分隔件20接触，以抑制分隔件的变形，或者分隔件20的变形可在安插有粘合剂44等的状态下被抑制。另外，在分隔件20的变形在安插有粘合剂44等的状态下被抑制的情况下，粘合剂44优选与小的颗粒部件(如与粘合剂44和框状部件40相比具有高的刚性和小变形量的珠子)混合。
此外，即使在有凹部通过例如压力加工形成在变形抑制区域24的背侧的情况下，如上所述形成在框状部件40上的所述另一变形抑制区域43也是有效的。将说明一典型的例子。例如，在本实施例中，用于抑制分隔件变形的凸起部设置成朝分隔件20的设有构成变形抑制区域24的凹部的背面突出，从而形成另一变形抑制区域43。结果，抑制了分隔件20在变形抑制区域24之中或附近的变形(见图9)。在本实施例中，由粘合剂44构成的粘合层介于变形抑制区域24和另一变形抑制区域43之间。然而，如图所示，形成有另一变形抑制区域43，从而粘合层44的厚度减小另一变形抑制区域43的厚度(突出量)那么多。例如，当框状部件40的刚性比粘合剂44的刚性高时，可增大支承变形抑制区域24背面侧的部分的刚性，以进一步抑制相应部分或其附近的变形(见图9)。
另外，下面将说明形成在分隔件20上的变形抑制区域24或用于抑制分隔件20在变形抑制区域附近的变形的另一变形抑制区域43的变型。就是说，除了其中框状部件40的一部分如上所述地变形的构造外，也可设置这种构造，其中与密封材料(框状部件40)相比具有小的应变(施加有外力时的变形量)的球形的小颗粒部件如珠子至少结合在这种密封材料(框状部件40)的相应部分中，从而可增大整个构造的刚性以进一步抑制变形。
根据如上所述的电池层叠体3和设有这种电池层叠体3的燃料电池1，在形成电池层叠体3的分隔件20通过例如压力模制形成并且凹凸形状在分隔件的前表面和后表面上彼此反转的情况下，变形抑制区域24和另一变形抑制区域43可用作支承部。因此，当紧固载荷施加到具有堆结构的电池层叠体3上时，可抑制这些层叠的分隔件20变形。特别地，在多个分隔件20之中，在安插有框状部件(如树脂框)40的区域内，框状部件40设有支承部。在未安插任何框状部件40的区域内，分隔件20本身设有支承部。结果，在具有堆结构的电池层叠体3中，可有效地抑制分隔件20的变形。另外，流体如冷却剂可利用变形抑制区域24被更均等地分配。
应注意，上述实施例是本发明的一个优选的例子，但并不是限制性的，可对本发明进行多种改变，而不偏离本发明的范围。例如，在上述实施例中，主要说明了相邻分隔件20b、20c，但这不是限制性的，不必说，相应的层叠的分隔件(例如，图3中的分隔件20a、20d)可具有类似的结构。
此外，在未插入任何框状部件40的制冷剂流动区域A2内，高度与形成变形抑制区域24的凸起部或形成另一变形抑制区域43的凸起部的高度基本上相同的凸状部分设置为形成框状肋，从而优选利用所述框状肋在彼此面对的分隔件20的沟槽底面之间形成空间。这将在下面另外说明。
就是说，如上所述，分隔件20设有用于向电池2供给流体如燃料气体、氧化气体或冷却用制冷剂或者从电池2排出流体的歧管15a、15b、16a、16b、17a和17b，并且分隔件20的围绕这些歧管15a、15b、16a、16b、17a和17b的部分设有密封件13，从而流体不会从预定的通路泄漏(见图10)。为形成这些密封件13和歧管15a、15b、16a、16b、17a及17b，在密封件和歧管及设在分隔件20中的孔的边缘之间设置有沿电池层叠方向突出的框状肋21(见图10)。此外，在密封件13的外侧上(在此提及的外侧是外周侧，更具体地是与相应的歧管15a、15b、16a、16b、17a和17b相对的侧)形成有包括凸起肋的另一框状肋22(见图10)。另外，本实施例的框状肋22形成为围绕发电区域A1的设有催化剂层的外部的轮廓的框状肋(见图10)。应注意，在图10中示出分隔件20的平面结构，以阐明与密封件13的区别，这些设有框状肋21、22的部分以粗实线示出。
为使具有上述构造的分隔件20层叠，分隔件(如分隔件20b)的内周侧框状肋21可直接靠接在另一分隔件(如分隔件20c)的内周侧框状肋21上。另外，分隔件20b的外周侧框状肋22可直接靠接在另一分隔件20c的外周侧框状肋22上。在此情况下，框状肋21和22用作用于在这些分隔件之间形成预定空间的间隔部。在此情况下，框状肋21、22可起作用以利用这些框状肋在彼此面对的分隔件20(20b和20c)的沟槽底面之间形成空间。应注意，在这种情况下，当这些框状肋21、22的高度与变形抑制区域24或另一变形抑制区域43的高度相等时，叠置的分隔件20(20b、20c)的凸起部可彼此接触而用作间隔部。
工业适用性
根据本发明，对于具有凹凸形状在各分隔件的前表面和后表面上彼此反转的结构的分隔件，可实现适于抑制分隔件变形的支承结构。
因此，本发明可广泛地应用在这里要求保护的电池层叠体3或燃料电池1中。

Claims (8)

1.一种电池层叠体，所述电池层叠体是通过使电池层叠而构成的，所述电池均包括膜电极组件和板状分隔件，所述膜电极组件具有电解质膜，所述膜电极组件夹持在所述分隔件之间，并且在所述分隔件中，凹凸形状在所述分隔件的前表面和后表面上彼此反转，
其中，在构成所述电池的分隔件之间形成有发电区域，在所述发电区域内插入有所述膜电极组件和夹持该膜电极组件的至少一部分的、由树脂制成的框状部件，并且在所述电池之间形成有制冷剂流动区域，在所述制冷剂流动区域内未插入所述膜电极组件或所述框状部件，
抑制所述分隔件的变形的肋状变形抑制区域由设置在所述分隔件的使歧管与所述膜电极组件的所述发电区域连接的部分上的凸起部形成，所述歧管向电池供给反应气体或制冷剂或者从电池排出反应气体或制冷剂，
从分隔件层叠方向看，所述变形抑制区域的至少一部分与所述膜电极组件交迭，从而所述变形抑制区域的与所述膜电极组件交迭的部分利用由所述膜电极组件产生的反作用力来增大与相邻分隔件的紧密接触程度，
与形成所述变形抑制区域的所述凸起部的背面一体形成的凹部由介于所述凹部和所述框状部件之间的粘合层支承，
在插入有所述框状部件的发电区域内抑制所述变形抑制区域的变形的另一个变形抑制区域由在所述框状部件上设置成朝所述凹部突出的分隔件变形抑制凸起部形成，
设置在所述框状部件上的所述凸起部的刚性比所述粘合层的刚性高，以进一步提高支承所述分隔件的所述变形抑制区域的背面的部分的刚性，并且
形成在夹住所述制冷剂流动区域而彼此相邻设置的所述分隔件上的所述变形抑制区域彼此接触。
2.根据权利要求1所述的电池层叠体，其中，所述制冷剂流动区域设有框状肋，所述框状肋由在所述分隔件上设置成与形成所述变形抑制区域的所述凸起部具有相等高度的凸状部分构成，并且用作利用所述凸状部分在相互面对的分隔件之间形成预定空间的间隔部。
3.根据权利要求1所述的电池层叠体，其中，设置在所述框状部件上的所述凸起部与应变比所述框状部件的应变小的球形小颗粒部件结合。
4.一种电池层叠体，所述电池层叠体是通过使电池层叠而构成的，所述电池均包括膜电极组件和板状分隔件，所述膜电极组件具有电解质膜，所述膜电极组件夹持在所述分隔件之间，并且在所述分隔件中，凹凸形状在所述分隔件的前表面和后表面上彼此反转，
其中，在构成所述电池的分隔件之间形成有发电区域，在所述发电区域内插入有所述膜电极组件和夹持该膜电极组件的至少一部分的、由树脂制成的框状部件，并且在所述电池之间形成有制冷剂流动区域，在所述制冷剂流动区域内未插入所述膜电极组件或所述框状部件，
抑制所述分隔件的变形的肋状变形抑制区域由设置在所述分隔件的使歧管与所述膜电极组件的所述发电区域连接的部分上的凸起部形成，所述歧管向相应的电池供给反应气体或制冷剂或者从相应的电池排出反应气体或制冷剂，
从分隔件层叠方向看，所述变形抑制区域的至少一部分与所述膜电极组件交迭，从而所述变形抑制区域的与所述膜电极组件交迭的部分利用由所述膜电极组件产生的反作用力来增大与相邻分隔件的紧密接触程度，
与形成所述变形抑制区域的所述凸起部的背面一体形成的凹部被支承为这样的状态，在所述状态下所述凹部由介于所述凹部和所述框状部件之间的粘合层填充，并且
形成在夹住所述制冷剂流动区域而彼此相邻设置的所述分隔件上的所述变形抑制区域彼此接触。
5.根据权利要求1所述的电池层叠体，其中，所述变形抑制区域由多个凸状肋构成，所述多个凸状肋从所述膜电极组件一侧不间断地连续形成到所述歧管一侧。
6.根据权利要求4所述的电池层叠体，其中，所述变形抑制区域由多个凸状肋构成，所述多个凸状肋从所述膜电极组件一侧不间断地连续形成到所述歧管一侧。
7.一种包括根据权利要求1所述的电池层叠体的燃料电池。
8.一种包括根据权利要求4所述的电池层叠体的燃料电池。
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