CN105609799B - 燃料电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池组，能够抑制在分隔件发生腐蚀。该燃料电池组在层叠多个具备膜电极接合体(MEA)和夹持该膜电极接合体(MEA)的分隔件(18)的单电池(9)而成的电池层叠体(10)的两端配置端子(20)而构成，其中，该燃料电池组具备防锈板(40)，防锈板(40)配置在电池层叠体(10)的高电位侧的金属分隔件(18a)与正极端子(20a)之间，在表面具有比分隔件(18a)贵重的材料。

Description

燃料电池组
技术领域
本发明涉及燃料电池组。
背景技术
固体高分子型燃料电池(PEMFC)由将膜电极接合体(MEA：Membrane-ElectrodeAssembly)和分隔件层叠而成的部件构成。MEA包括：由离子交换膜构成的电解质膜；由配置于该电解质膜的一面的催化剂层构成的电极(阳极、燃料极)；以及由配置于电解质膜的另一面的催化剂层构成的电极(阴极、空气极)。
分隔件在发电区域中具有用于向阳极供给燃料气体(氢)的燃料气体流路、用于向阴极供给氧化气体(氧，通常是空气)的氧化气体流路、以及用于流通制冷剂的制冷剂流路。分隔件在非发电区域中具有燃料气体歧管、氧化气体歧管、制冷剂歧管。
将上述MEA和分隔件重叠而构成电池模块，将电池模块层叠而形成电池层叠体，在电池层叠体的电池层叠方向两端配置端子、端板等，将两端的端板在电池层叠体的外侧紧固到沿电池层叠方向延伸的紧固部件(例如，张力板、张力螺栓等将)而构成燃料电池组。
在固体高分子型燃料电池中，在阳极侧，进行使氢成为氢离子和电子的反应，氢离子在电解质膜中向阴极侧移动，在阴极侧，进行由氧、氢离子以及电子(由相邻的MEA的阳极生成的电子经过分隔件，或者由电池层叠体一端的单电池的阳极产生的电子经过外部电路向电池层叠体另一端的单电池的阴极移动)生成水的反应。
阳极侧：H2→2H++2e-
阴极侧：2H++2e-+(1/2)O2→H2O
在分隔件是金属制的情况下，在高电位侧(+侧)的数个单电池的制冷剂歧管中发生腐蚀。可推定这是因为：在层叠的电池的制冷剂歧管中，例如，在SUS系的情况下，在+极侧，Fe离子析出，在－极侧，产生OH离子，而生成Fe(OH)2(参照图7)。另外，腐蚀的产生量由腐蚀电流表示，而推定在高电位侧产生腐蚀(参照图8)。当腐蚀进行时，电池的密封可靠性下降。另外，由于制冷剂的高导电率化，导致在电池组内有可能发生电解，因此是危险的。另外，在反应气体歧管(燃料气体歧管、氧化气体歧管)中，与在制冷剂歧管中发生腐蚀相同，也有可能以相同的机理发生腐蚀。
为了解决这样的分隔件的腐蚀的问题，已知设有牺牲部件的燃料电池组(例如，下述专利文献1)。在下述专利文献1中，公开了通过在分隔件和正极端子之间配置使用比分隔件低廉的材料的牺牲部件来抑制分隔件的腐蚀的燃料电池组。
【现有技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开2007－087766号公报
发明内容
本发明所要解决的问题
然而，上述专利文献1中记载的燃料电池组存在以下问题。即，由于对配置在分隔件和正极端子之间的牺牲部件使用比分隔件低廉的材料，因此牺牲部件的腐蚀容易推进，进而有可能在分隔件中发生腐蚀。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供能够抑制在分隔件发生腐蚀的燃料电池组。
用于解决问题的手段
为了解决上述课题，本发明涉及的燃料电池组在层叠多个单电池而成的电池层叠体的两端配置端子而构成，所述单电池具备膜电极接合体和夹持该膜电极接合体的分隔件，其中，所述燃料电池组具有防锈板，所述防锈板配置在所述电池层叠体的高电位侧的所述分隔件与所述端子之间，在表面具有比所述分隔件贵重的材料。
在本发明涉及的燃料电池组中，具备配置在电池层叠体的高电位侧的分隔件与端子之间并在表面具有比分隔件贵重的材料的防锈板。通过这样在防锈板的表面使用贵重的材料，能够抑制流经防锈板的腐蚀电流，能够抑制防锈板的腐蚀的推进。其结果，能够抑制在分隔件中发生腐蚀，能够抑制由部件的腐蚀引起的泄漏等不良情况的发生。
另外，在本发明涉及的燃料电池组中，优选，所述贵重的材料具有导电性和耐腐蚀性。
另外，在本发明涉及的燃料电池组中，优选，所述贵重的材料包含金、氧化铱、氧化钯以及氧化钌中的至少任一种材料。
另外，在本发明涉及的燃料电池组中，优选，所述防锈板的材料包含钛。
另外，在本发明涉及的燃料电池组中，优选，所述分隔件的材料包含钛。
另外，在本发明涉及的燃料电池组中，优选，所述防锈板被设置成与所述电池层叠体中的高电位侧的部位导通。
另外，在本发明涉及的燃料电池组中，优选，所述防锈板被设置成与在所述电池层叠体内流动的制冷剂接触。
另外，本发明涉及的燃料电池用防锈板适用于燃料电池组，所述燃料电池组具备层叠多个单电池而成的电池层叠体和配置在所述电池层叠体的两端的端子，所述单电池具备膜电极接合体和夹持该膜电极接合体的分隔件，所述燃料电池用防锈板配置在所述电池层叠体的高电位侧的所述分隔件与所述端子之间，其中，所述燃料电池用防锈板在表面具有比所述分隔件贵重的材料。
发明效果
根据本发明，能够提供能够抑制在分隔件发生腐蚀的燃料电池组。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式涉及的燃料电池组的立体分解图。
图2是图1所示的燃料电池组的局部剖视图。
图3是用于对腐蚀电流进行说明的图。
图4是表示腐蚀电流的减少结果的图。
图5是表示燃料电池组的概略结构的侧视图。
图6是燃料电池组的电池的俯视图。
图7是表示在分隔件为金属制的情况下在高电位侧的数个电池的制冷剂歧管发生腐蚀的原因(推定)的剖视图。
图8是表示以往的燃料电池组的、腐蚀电流―分隔件位置号的关联的图。此外，图中的a.u.是单位为“任意的值”的意思。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。本发明通过以下的优选实施方式进行说明，能够在不脱离本发明的范围的情况下，通过多种方法进行变更，并且能够利用本实施方式以外的其他实施方式。因此，本发明的范围内的所有的变更都被包含在权利要求书中。
(第一实施方式)
首先，对本发明的第一实施方式的具备燃料电池用防锈板的燃料电池组进行说明。图1是用于说明燃料电池组的立体分解图。图2是图1所示的燃料电池组的局部剖视图。
如图1所示，燃料电池组1具备电池层叠体10、端子20以及防锈板40。此外，在图1的例子中，为了便于说明，仅示出了燃料电池组1中的电池层叠体10、端子20、防锈板40，将其他的部件省略。
端子20是配置在电池层叠体10的电池层叠方向两端并由正极端子20a和负极端子20b构成的金属制部件。
电池层叠体10通过层叠多个包含图2所示的MEA(膜电极接合体)和夹持该MEA的分隔件18的电池模块19(参照图5)而成。如图5所示，在层叠电池模块19(在单个电池模块的情况下，电池9(单电池)与电池模块19相同)而成的电池层叠体的电池层叠方向两端，除配置由正极端子20a和负极端子20b构成的金属制的端子20以外，还配置绝缘体21、端板22，并将两端的端板22在电池层叠体的外侧通过螺栓/螺母25固定到沿电池层叠方向延伸的紧固部件(例如，张力板24)，而构成燃料电池组。通过设置于一端的端板的调整螺钉经由设置在层叠体的内侧的弹簧对电池层叠体施加电池层叠方向的紧固载荷。
如图2所示，MEA(膜电极接合体)包括：由离子交换膜构成的电解质膜11；由配置于该电解质膜11的一面的催化剂层构成的电极(阳极、燃料极)14；以及由配置于电解质膜11的另一面的催化剂层构成的电极(阴极、空气极)17。
分隔件18如图2所示，由金属分隔件(金属板)18a和树脂框架18b的组合构成。金属分隔件18a的材料是SUS(Fe、Cr、Ni)、Ti等。金属分隔件18a被钝化膜覆盖。金属分隔件18a与端子20电导通。此外，作为金属分隔件(金属板)18a的材料，例如，可使用钛(或包含钛的材料)。
对分隔件18进一步进行说明。在分隔件18中，在发电区域中，形成有用于向阳极14供给燃料气体(氢)的燃料气体流路(省略图示)，并形成有用于向阴极17供给氧化气体(氧，通常是空气)的氧化气体流路(省略图示)。另外，如图6所示，在分隔件18中还形成有用于流通制冷剂(通常，冷却水)的制冷剂流路26。在分隔件18中，在非发电区域中，形成有反应气体歧管(燃料气体歧管30、氧化气体歧管31)30a、制冷剂歧管29。燃料气体歧管30与燃料气体流路连通，氧化气体歧管31与氧化气体流路连通，制冷剂歧管29与制冷剂流路26连通。反应气体和制冷剂在层叠的状态下被从负极端子20b的孔供给/排出。燃料气体、氧化气体、制冷剂通过粘接剂或垫片等密封材料被相互密封。
在各电池9的阳极14侧，进行将氢变换成氢离子(质子)和电子的电离反应，氢离子在电解质膜11中向阴极17侧移动，在阴极17侧，由氧、氢离子以及电子(由相邻的MEA的阳极生成的电子经过分隔件，或者由电池层叠方向一端的电池的阳极生成的电子经过外部电路向另一端的电池的阴极移动)生成水，并按照下式进行发电。
阳极侧：H2→2H++2e-
阴极侧：2H++2e-+(1/2)O2→H2O
如图1所示，防锈板40是与电池层叠体10和正极端子20a邻接地配置于电池层叠体10与正极端子20a之间的部件。防锈板40由比金属分隔件18a导电性和耐腐蚀性更高的材料构成。在防锈板40的表面使用比金属分隔件18a基材贵重的金属材料实施表面处理。在第一实施方式中，作为用于防锈板40的表面的贵重的金属材料，使用金(Au)。此外，除了如上所述在防锈板40的表面使用金(Au)镀层实施表面处理以外，也可以防锈板40本身由比金属分隔件18a基材贵重的金属材料构成。此外，作为防锈板40的材料，可使用钛(或者包含钛的材料)。
对防锈板40进一步进行说明。防锈板40设置为与在电池层叠体10内流动的制冷剂接触。防锈板40设置为与在制冷剂流路26内流动的制冷剂和在制冷剂歧管29内流动的制冷剂中的至少一方接触。防锈板40与金属分隔件18a导通。防锈板40设置为与电池层叠体10中的至少高电位侧(+侧)的部位(正极端子20a、位于正极端子20a侧的末端的金属分隔件18a等)导通。
如上所述，在第一实施方式中，作为防锈板40的原材料，使用钛(或者包含钛的原材料)，并在防锈板40的表面使用金(Au)镀层实施表面处理。由于该防锈板40设置在正极端子20a和末端的金属分隔件18a之间，因此能够在高电位侧(+侧)抑制流经防锈板40的腐蚀电流(参照图3)。另外，由图4可知，确认了与不设置防锈板40的燃料电池组(图4的无防锈板)相比，设有防锈板40的燃料电池组1(图4的有防锈板、金镀层)能够大幅减小腐蚀电流量。通过如此配置防锈板40，能够抑制防锈板40的腐蚀的推进，进而能够抑制金属分隔件18a的腐蚀。其结果，能够抑制由部件的腐蚀引起的泄漏等不良情况的发生。
(第二、第三、第四实施方式)
接下来，对本发明的第二、第三、第四实施方式中的具备燃料电池用防锈板的燃料电池组的结构进行说明。第二、第三、第四实施方式与第一实施方式相比，在防锈板40的表面处理中所使用的材料不同，除此以外的结构和功能与第一实施方式相同。即，第二、第三、第四实施方式中燃料电池组的结构与参照图1所说明的第一实施方式中燃料电池组1的结构相同。
在第二实施方式的防锈板40的表面使用氧化铱(IrO2)材料实施表面处理。在第三实施方式的防锈板40的表面使用氧化钯材料实施表面处理。在第四实施方式的防锈板40的表面使用氧化钌材料实施表面处理。此外，作为第二、第三、第四实施方式的防锈板40的材料，与第一实施方式同样，使用钛(或者包含钛的材料)。
如此，在第二实施方式中，在防锈板40的表面使用氧化铱(IrO2)材料实施表面处理。由此，能够进一步抑制腐蚀电流量(参照图4)。其结果，能够进一步抑制防锈板40的腐蚀的推进，并且能够进一步抑制金属分隔件18a的腐蚀。对于第三、第四实施方式的设有防锈板40的燃料电池组，也能够实现与第二实施方式相同的效果。此外，作为在防锈板40的表面处理中使用的贵重材料，只要是具有能够抑制防锈板40腐蚀推进的功能的材料即可，可适当选择上述的材料以外的材料，另外，也能够包含上述的金、氧化铱、氧化钯、氧化钌等中的至少任一种材料。
以上，参照具体例对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限于这些具体例。即，对这些具体例本领域的技术人员适当施加设计变更得到的变形例只要具备本发明的特征，则也被包含在本发明的范围内。上述的各具体例所具备的各要素及其配置、材料、形状等并不限于例示的要素及其配置、材料、形状，能够适当变更。
标号说明
1：燃料电池组
9：电池(单电池)
10：电池层叠体
11：电解质膜
18：分隔件
18a：金属分隔件
18b：树脂框架
19：电池模块
20；端子
20a：正极端子
20b：负极端子
26：制冷剂流路
29：制冷剂歧管
30：燃料气体歧管
31：氧化气体歧管
40：防锈板

Claims (7)

1.一种燃料电池组，在层叠多个单电池而成的电池层叠体的两端配置端子而构成，所述单电池具备膜电极接合体和夹持该膜电极接合体的分隔件，
其中，
所述燃料电池组具有防锈板，所述防锈板配置在所述电池层叠体的高电位侧的所述分隔件与所述端子之间，在表面具有比所述分隔件贵重的材料，
所述防锈板和所述分隔件在周缘部直接接触并导通，
在所述分隔件的所述周缘部的内侧，在所述电池层叠体内流动的制冷剂流通，所述防锈板处于与流通的所述制冷剂接触的状态。
2.根据权利要求1所述的燃料电池组，其中，
所述贵重的材料具有导电性和耐腐蚀性。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池组，其中，
所述贵重的材料包含金、氧化铱、氧化钯以及氧化钌中的至少任一种材料。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池组，其中，
所述防锈板的材料包含钛。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池组，其中，
所述分隔件的材料包含钛。
6.根据权利要求1或2所述的燃料电池组，其中，
所述防锈板被设置成与所述电池层叠体中的高电位侧的部位导通。
7.一种燃料电池用防锈板，适用于燃料电池组，所述燃料电池组具备层叠多个单电池而成的电池层叠体和配置在所述电池层叠体的两端的端子，所述单电池具备膜电极接合体和夹持该膜电极接合体的分隔件，所述燃料电池用防锈板配置在所述电池层叠体的高电位侧的所述分隔件与所述端子之间，
其中，
所述燃料电池用防锈板在表面具有比所述分隔件贵重的材料，
所述防锈板和所述分隔件在周缘部直接接触并导通，
在所述分隔件的所述周缘部的内侧，在所述电池层叠体内流动的制冷剂流通，所述防锈板处于与流通的所述制冷剂接触的状态。
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