CN110323475B - 燃料电池 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池，包括：电解质膜；第一催化剂层和第二催化剂层，其被分别形成在电解质膜的第一表面和第二表面上；以及分隔件，其被布置成关于第一催化剂层与电解质膜相反。

Description

燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池。

背景技术

燃料电池的分隔件形成有流路沟槽，在分隔件和被形成在电解质膜上的催化剂层之间流动的反应气体流经所述流路沟槽。流经流路沟槽的反应气体的一部分被供应到催化剂层，使得发生发电反应。例如，在日本未经实审的专利申请公开No.2006-147466中，分隔件形成有波浪形沟槽作为流路沟槽。

例如，在日本未经实审的专利申请公开No.2006-147466中，波浪形沟槽以具有预定的振幅的波浪形状被形成，而催化剂层的边缘被形成为大致直线。在最靠近催化剂层的边缘的波浪形沟槽和催化剂层的边缘之间存在大的间隔。在这样的间隔中，反应气体可能不被充分地供应到催化剂层，并且燃料电池的发电性能可能退化。

发明内容

本发明的一个目的在于提供抑制发电性能退化的燃料电池。

通过这样的燃料电池来实现以上目的，该燃料电池包括：电解质膜；第一催化剂层和第二催化剂层，第一催化剂层和第二催化剂层分别被形成在电解质膜的第一表面和第二表面上；以及分隔件，该分隔件被布置成关于第一催化剂层与电解质膜相反，其中分隔件包括流路沟槽，反应气体在分隔件和第一催化剂层之间流动经过流路沟槽，该流路沟槽包括：波浪形沟槽，该波浪形沟槽在第一方向上波浪形延伸并且被布置在与第一方向正交的第二方向上；以及第一端部沟槽和第二端部沟槽，在第一端部沟槽和第二端部沟槽之间，波浪形沟槽被定位在第二方向上，第一催化剂层包括：第一边缘和第二边缘，第一边缘和第二边缘在第二方向上面向彼此，第一端部沟槽和第二端部沟槽分别与第一催化剂层的在第二方向上的第一边缘和第二边缘相邻，第一端部沟槽和第二端部沟槽分别在第一区域和第二区域内在第一方向上延伸，第一区域和第二区域在第一方向上延伸，并且第一区域和第二区域在第二方向上的每个宽度都小于波浪形沟槽的每个振幅。

第一端部沟槽和第二端部沟槽在第一区域内在第一方向上延伸，第一区域在第一方向上延伸，并且该第一区域在第二方向上的宽度小于波浪形沟槽的每个振幅。因此，与第一端部沟槽的波浪形形状的振幅和波浪形沟槽的每个振幅都相同的情况相比，能够抑制从第一端部沟槽到第一催化剂层的第一边缘在第二方向上的间隔的增大。同样的，第二端部沟槽在第二区域内在第一方向上延伸，第二区域在第一方向上延伸，并且第二区域在第二方向上的宽度小于波浪形沟槽的每个振幅。因此，与第二端部沟槽的波浪形形状的振幅和波浪形沟槽的每个振幅都相同的情况相比，能够抑制从第二端部沟槽到第一催化剂层的第二边缘在第二方向上的间隔的增大。因此，能够分别将流经第一端部沟槽和第二端部沟槽的反应气体供应到第一催化剂层的第一边缘和第二边缘，从而抑制燃料电池的发电性能的退化。

第一端部沟槽和第二端部沟槽中的至少一个端部沟槽可以在第一方向上直线延伸。

第一端部沟槽和第二端部沟槽中的至少一个端部沟槽可以在第一方向上波浪形延伸。

第一端部沟槽和第二端部沟槽中的至少一个端部沟槽可以包括直线部和弯曲部。

燃料电池可以进一步包括连通沟槽，该连通沟槽将第一端部沟槽与在波浪形沟槽中的最靠近第一端部沟槽的波浪形沟槽连通，其中连通沟槽的深度可以小于流路沟槽的每个深度。

连通沟槽的宽度可以小于流路沟槽的每个宽度。

波浪形沟槽的波长可以彼此相同。

波浪形沟槽的相位可以彼此相同。

波浪形沟槽的振幅可以彼此相同。

在波浪形沟槽中最靠近第一端部沟槽的波浪形沟槽的振幅可以小于除了在波浪形沟槽中最靠近第二端部沟槽的波浪形沟槽以外的波浪形沟槽的每个振幅。

发明的效果

根据本发明，能够提供抑制发电性能退化的燃料电池。

附图说明

图1是燃料电池的单元电池的分解透视图；

图2是单元电池被堆叠在其中的燃料电池的局部横截面视图；

图3A是在本实施例中位于分隔件的流路部的在+X方向上距中心最远的端部处的区域的放大视图；并且图3B是在本实施例中位于分隔件的流路部的在-X方向上距中心最远的端部处的区域的放大视图；

图4A和4B是示出在对比示例中的分隔件的流路部的一部分的放大视图；

图5A是示出在第一变型中的分隔件的流路部的一部分的放大视图；并且图5B是示出在第二变型中的分隔件的流路部的一部分的放大视图；

图6A是示出在第三变型中的分隔件的流路部的一部分的放大视图；并且图6B是在第三变型中的燃料电池的单元电池的与图6A的线A-A相对应的横截面视图；

图7A是示出在第四变型中的分隔件的流路部的一部分的放大视图；并且图7B是示出在第五变型中的分隔件的流路部的一部分的放大视图。

具体实施方式

图1是燃料电池1的单元电池2的分解透视图。通过堆叠单元电池2来构造燃料电池1。图1示出仅一个单元电池2并且省略其它单元电池。单元电池2在图1中所示的Z方向上与其它单元电池堆叠。单元电池2具有大致矩形形状。单元电池2的纵向方向和短方向分别对应于在图1中所示的Y方向和X方向。

燃料电池1是固体高分子型燃料电池，其使用燃料气体(例如，氢气)和氧化剂气体(例如，氧气)作为反应气体来生成电力。单元电池2包括：膜电极气体扩散层接合体(MEGA)10；支撑框架18，其支撑MEGA 10；阴极分隔件20和阳极分隔件40(在下文中，被称为分隔件)，它们将MEGA 10夹在中间。MEGA 10具有阴极气体扩散层16c和阳极气体扩散层16a(在下文中，被称为扩散层)。支撑框架18具有大致框架形状，并且它的内周侧被接合(据日文修改)到MEGA 10的周边区域。

孔c1至c3被沿着分隔件20的两个短侧中的一侧形成，并且孔c4至c6被沿着另一侧形成。同样地，孔s1至s3被沿着支撑框架18的两个短侧中的一侧形成，并且孔s4至s6被沿着另一侧形成。同样地，孔a1至a3被沿着分隔件40的两个短侧中的一侧形成，并且孔a4至a6被沿着另一侧形成。孔c1、s1和a1彼此联通，以限定阴极入口歧管。同样地，孔c2、s2和a2限定冷却剂入口歧管。孔c3、s3和a3限定阳极出口歧管。孔c4、s4和a4限定阳极入口歧管。孔c5、s5和a5限定冷却剂出口歧管。孔c6、s6和a6限定阴极出口歧管。在根据本实施例的燃料电池1中，液体冷却水被用作冷却剂。

分隔件40的面向MEGA 10的表面形成有阳极流路部40A(在下文中，被称为流路部)，该阳极流路部40A将阳极入口歧管与阳极出口歧管连通，并且燃料气体沿着该阳极流路部40A流动。分隔件20的面向MEGA 10的表面形成有阴极流路部20A(在下文中，被称为流路部)，该阴极流路部20A将阴极入口歧管与阴极出口歧管连通，并且氧化剂气体沿着该阴极流路部20A流动。分隔件40的与流路部40A相反的表面和分隔件20的与流路部20A相反的表面分别形成有冷却剂流路部40B和20B(在下文中，被称为流路部)，所述冷却剂流路部40B和20B将冷却剂入口歧管与冷却剂出口歧管连通，并且冷却剂沿着所述冷却剂流路部40B和20B流动。流路部20A和20B在分隔件20的纵向方向(Y方向)上延伸。同样的，流路部40A和40B在分隔件40的纵向方向(Y方向)上延伸。每个流路部都主要被设置在在XY平面内的分隔件的面向MEGA 10的区域中。分隔件20和40由具有气体阻隔性和导电性的材料制成，并且是通过挤压不锈钢、诸如钛或钛合金的金属所形成的薄板形构件。另外地，图1示出分隔件40的流路部40A的在-X方向上距中心最远的端部处的区域A，和位于在+X方向上距中心最远的端部处的区域B，如稍后将详细描述的。

图2是单元电池2被堆叠在其中的燃料电池1的局部横截面视图。图2示出仅一个单元电池2并且省略其它单元电池。图2示出与Y方向正交的横截面。

MEGA 10包括扩散层16a和16c以及膜电极接合体(MEA)11。MEA 11包括电解质膜12和分别形成在电解质膜12的一个表面和另一表面上的阳极催化剂层14a和阴极催化剂层14c(在下文中，被称为催化剂层)。电解质膜12是在潮湿状态中具有高的质子传导性固体高分子薄膜，诸如氟基离子交换膜。通过将包含携带铂(Pt)等的碳载体的催化剂墨和具有质子传导性的离聚物涂覆在电解质膜12上来制成催化剂层14a和14c。扩散层16a和16c由具有气体渗透性和传导性的材料制成，例如，诸如碳纤维或石墨纤维的多孔纤维基材料。扩散层16a和16c被分别接合到催化剂层14a和14c。

当在Y方向上观看时，流路部20A、20B、40A和40B中的每一个流路部都具有波浪形横截面。具体地，关于流路部20A，流路沟槽21和肋23在X方向上被交替布置，所述流路沟槽21背对扩散层16c凹陷，所述肋23向扩散层16c突出并与扩散层16c接触。沿着流路沟槽21的内侧流动的阴极气体经由扩散层16c被供应到MEA 11的催化剂层14c。此外，关于流路部20B，肋22和流路沟槽24在X方向上被交替布置，所述肋22与扩散层16c相反突出并且与在-Z方向上和分隔件20相邻的另一个单元电池(未示出)的阳极分隔件接触，所述流路沟槽24背对该阳极分隔件凹陷。冷却剂沿着流路沟槽24的内侧流动。这里，流路沟槽21和肋22被一体形成在前后表面上，并且肋23和流路沟槽24被一体形成在前后表面上。流路沟槽21和24以及肋22和23在Y方向上延伸。

同样的，关于流路部40A，流路沟槽41和肋43在X方向上被交替布置，所述流路沟槽41背对扩散层16a凹陷，所述肋43向扩散层16a突出并与扩散层16a接触。沿着流路沟槽41的内侧流动的阳极气体经由扩散层16a被供应到MEA 11的催化剂层14a。此外，关于流路部40B，肋42和流路沟槽44在X方向上被交替布置，所述肋42与扩散层16a相反突出并且与在+Z方向上和分隔件40相邻的另一个单元电池(未示出)的阴极分隔件接触，所述流路沟槽44背对该该阴极分隔件凹陷。冷却剂沿着流路沟槽44的内侧流动。这里，流路沟槽41和肋42被一体形成在前后表面上，并且肋43和流路沟槽44被一体形成在前后表面上。流路沟槽41和44以及肋42和43在Y方向上延伸。

图3A是在本实施例中位于分隔件40的流路部40A的在+X方向上距中心最远的端部处的区域B的放大视图。图3B是在本实施例中在分隔件40的流路部40A的在-X方向上距中心最远的端部处的区域A的放大视图。区域A和B对应于分隔件40的在X方向上彼此背对的端部。图3A和3B示出沟槽411、412和415以及肋431至435。沟槽411、412和415被包括在图2中所示的流路沟槽41中。肋431至435被包括在图2中所示的肋43中。沟槽411、412、415以及肋431和435被布置在X方向上。在被形成在流路40A中的流路沟槽中，沟槽411被定位成在-X方向上距中心最远，并且沟槽412被定位成在+X方向上距中心最远。肋431被定位成在-X方向上靠近沟槽411。肋432位于彼此相邻的沟槽411和415之间。肋435位于两个相邻的沟槽415之间。肋433被定位成在+X方向上靠近沟槽412。肋434位于彼此相邻的沟槽412和415之间。图3A示出催化剂层14a的、被定位成在+X方向上距中心最远的边缘14a2。图3B示出催化剂层14a的、被定位成在-X方向上距中心最远的边缘14a1。大致垂直于X方向并且大致彼此平行的边缘14a1和14a2在Y方向上大致直线延伸。边缘14a1和14a2是在X方向上彼此面对的第一边缘和第二边缘的示例。

尽管沟槽411和412每个都具有直线形状，沟槽415每个都具有波浪形形状。沟槽415是在Y方向上波浪形延伸并且被布置在与Y方向正交的X方向上的波浪形沟槽的示例。另外，在图1中，流路部40A以直线被简单地示出。沟槽411和412是第一端部沟槽和第二端部沟槽的示例，沟槽415在X方向上位于所述第一端部沟槽和第二端部沟槽之间。图3A和3B示出沟槽415的振幅A5。图3A和3B分别示出区域R2和R1。区域R2和R1在X方向上的每个宽度都小于沟槽415的振幅A5。区域R2和R1在Y方向上延伸。沟槽411和412分别在区域R1和R2内在Y方向上延伸。沟槽411和412在X方向上分别与边缘14a1和14a2相邻，并且沟槽411和412是在流路沟槽41中最靠近边缘14a1和14a2的沟槽。此外，流路沟槽41在X方向上被形成在边缘14a1和14a2之间。因此，所有流路沟槽41在Z方向上与催化剂层14a重叠。沟槽415在X方向上的间距大致相同。沟槽415具有相同的波长、相同的相位和相同的振幅。

另外，相邻沟槽415之间的肋435也具有波浪形形状。肋431的、沿着沟槽411的侧表面和肋433的、沿着沟槽412的侧表面每个都具有大致直线形状。肋431的、在-X方向上背对上述侧表面的另一侧表面的图示和肋433的、在+X方向上背对上述侧表面的另一侧表面的图示被省略。肋434的、沿着沟槽412的侧表面具有直线形状。肋434的、沿着与其相邻的沟槽415的另一侧表面具有波浪形形状。同样的，肋432的、沿着沟槽411的侧表面具有直线形状。肋432的、沿着与其相邻的沟槽415的另一侧表面具有波浪形形状。

参考图2，将描述沟槽415和肋435呈部分波浪形的主要原因中的一个原因。例如，在分隔件40的所有流路沟槽41和肋43以及分隔件20的所有流路沟槽21和肋23是直线的情况下，如果在分隔件20和40之间的相对位置在平面方向上从期望位置被移位，则在MEGA 10被夹在它们之间的状态下，分隔件20的肋23从分隔件40的肋43位置在X方向上移位。因为MEGA 10具有低的刚性，所以如果分隔件20的肋23在Y方向上的长范围(例如，4mm或更多)从分隔件40的肋43位置在X方向上移位，则MEGA 10可能被弯曲而局部受到强应力，使得MEA11的强度可能降低。相比之下，在经由MEGA 10的面向每个都具有波浪形形状的沟槽415和肋435的分隔件20的流路沟槽21和肋23每个都具有直线形状，或者在相位、振幅、波长等与沟槽412至415的波浪形形状不同的波浪形形状的情况下，即使在分隔件20和40之间的相对位置如上所述从期望位置被移位，也也能够抑制MEGA 10通过使分隔件20的肋23在Y方向上的长范围从分隔件40的肋43位置在X方向上被移位而被弯曲。这抑制MEA 11的强度的减小。在本实施例中，经由MEGA 10的面向沟槽415和肋345的分隔件20的流路沟槽21和肋23每个都具有直线形状，但是它们不限于此。

图4A和4B是示出在对比示例中的分隔件40x的流路部40X的一部分的放大视图。图4A和4B分别对应于图3A和3B。与在本实施例中的流路部40A不同，分隔件40x的流路部40X具有沟槽411x和412x，每个沟槽411x和412x都具有波浪形形状，而不是每个沟槽411x和412x都具有直线形状。沟槽411x和412x每个都具有与沟槽415大致相同的振幅、大致相同的相位和大致相同的波长。即，沟槽411x和412x的形状和尺寸与沟槽415的形状和尺寸大致相同。因此，在流路部40X中，分别与沟槽411x和412x相邻的肋431x和433x的在X方向上的宽度被部分放大。因此，在沟槽411x和边缘14a1之间存在部分S1，在该部分S1中，从沟槽411x到边缘14a1的在X方向上的间隔增大。在该部分S1中，肋431x在X方向上的宽度大于其它部分在X方向上的宽度。相应地，在肋431x和扩散层16a之间的接触面积在该部分S1中增大。因此，流经沟槽411x的阳极气体可能没有被充分地供应到部分S1，并且该阳极气体可能没有被充分地供应到边缘14a1。同样的，存在部分S2，在该部分S2中，从沟槽412x到边缘14a2的在X方向上的间隔增大。因此，流经沟槽412x的阳极气体可能没有被充分地供应到部分S2，并且阳极气体可能没有被充分地供应到边缘14a2。如上所述，在对比示例中使用分隔件40x的情况下，阳极气体可能没有被充分地供应到催化剂层14a的整个表面上，这可能使发电性能退化。

另一方面，在流路沟槽41中最靠近边缘14a1的沟槽411具有大致与在图3A中所示的本实施例中的边缘14a1平行的直线形状。因此，从沟槽411到边缘14a1的在X方向上的间隔在Y方向上大致恒定。因此能够将流经沟槽411的阳极气体在Y方向上以大致均匀方式供应到催化剂层14a的边缘14a1。同样的，在流路沟槽41中最靠近边缘14a2的沟槽412具有大致与边缘14a2平行的直线形状。因此，从沟槽412到边缘14a2的在X方向上的间隔在Y方向上大致恒定。因此能够将流经沟槽412的阳极气体在Y方向上以大致均匀方式供应到催化剂层14a的边缘14a2。以此方式，能够抑制阳极气体不被供应到催化剂层14a的一部分，并且能够抑制发电性能的退化。也能够抑制由于氢不足引起的催化剂层14a的退化而导致的发电性能的退化。

例如，在图4A和4B中所示的对比示例中，为了确保将阳极气体供应到部分S1和S2，可想象地，分别最靠近边缘14a1和14a2的沟槽411x和412x的在X方向上的宽度被部分地增大，以分别靠近部分S1和S2。在该情形中，因为这些沟槽的宽度被部分增大，所以在Z方向上的夹持力在这样的增大部分处可能没有被充分地施加在MEA 11上，使得MEA 11可能重复膨胀和收缩而降低其强度。此外，在沟槽的宽度被部分增大的部分处，阳极气体的流动速度可能减小，使得排水性可能退化并且可能留下液体水。另一方面，在本实施例中，沟槽411和412在X方向上的宽度在Y方向上大致恒定。因此，夹持力充分施加在MEA 11上，这抑制了MEA11的强度的减小并且抑制了排水性的退化。

这里，尽管燃料电池1的温度通过发电而增大，但是由于环境温度，燃料电池1的外周部分的温度倾向于相对减小。因此，分隔件40也容易在流路部40A的在X方向上彼此间隔开的两个端部处冷却，使得冷凝水倾向于被生成在单元电池2的两个端部周围。这里，每个具有直线形状的沟槽411和412分别位于在-X方向上距中心最远的端部处和在+X方向上距中心最远的端部处。这抑制了水留在每个具有直线形状的沟槽411和412中，并且流经沟槽411和412的阳极气体允许水流动到下游侧。因此，排水性被提高。

此外，例如，当本实施例中的燃料电池1被以例如Z方向是重力方向的姿势使用时，沟槽411和412允许在阳极侧上生成的水流动到下游侧。例如，当本实施例中的燃料电池1被以+X方向是重力向上方向的姿势使用时，沟槽411在重力方向上位于其它沟槽下方。因此，例如，即使当在阳极侧上生成的水进入沟槽411时，也能够通过流经沟槽411的阳极气体提高排水性。同样的，例如，当在本实施例中的燃料电池1被以-X方向是重力向上方向的姿势使用时，沟槽412在重力方向上位于其它沟槽下方。因此，例如，即使当在阳极侧上生成的水进入沟槽412时，也能够通过流经沟槽412的阳极气体提高排水性。如上所述，不管燃料电池1在使用中的姿势如何，都确保了排水性。

沟槽415具有大致相同的波长、大致相同的相位、大致相同的振幅和共同的形状。这里，一般来说，对于冲压，由模具形成的金属板的形状不是始终与模具的反转形状相同。在通过模具使金属板变形后，由于金属板的弹性，金属板的形状稍微变到它在成型之前的初始形状。这也被称为回弹。因此，在设计模具时，考虑该回弹。在沟槽形状彼此不同的情况下，可能需要为各个沟槽形状设计模具，并且设计模具可能需要花费长时间。在本实施例中，沟槽具有共同的形状。因此能够抑制设计模具所需的长时间。在形成像用于燃料电池的分隔件一样的精确形状的情况下，金属板被不同模具多次冲压，使得金属板逐渐延展，以获得最终产品形状。在最终产品形状的波浪形状彼此不同的情况下，在冲压中所使用的模具的设计是不同的，使得设计模具所需的时间可能被进一步延迟。另一方面，沟槽415在本实施例中具有共同的形状。因此能够在用于冲压的模具中形成共同的形状，并且能够抑制设计用于生产分隔件40a的模具所需的时间的延长。

如上所述，沟槽411和412在区域R1和R2内在Y方向上直线延伸，沟槽411和412在X方向上的每个宽度都小于沟槽415的每个振幅。然而，只要两端部沟槽分别在这种区域R1和R2内在Y方向上延伸，两端部沟槽每个就都可以具有任何形状。只要两端部沟槽在区域R1和R2内在Y方向上延伸，所述两端部沟槽的每个形状就都可以类似于直线形状，而不是沟槽415的形状，从而和本实施例一样促进了阳极气体到边缘14a1和14a2的供应。例如，端部沟槽可以在Y方向上波浪形延伸，或者可以具有直线部和弯曲部。下面将描述这样的变型。

接下来，将描述变型。在以下变型中，仅示出和描述与边缘14a1相邻的端部沟槽，并且省略与边缘14a2相邻的端部沟槽的描述。在变型中，相同的附图标记被赋予到与上述实施例的那些部件相同的部件，并且省略重复的解释。

图5A是示出在第一变型中的分隔件40a的流路部40Aa的一部分的放大视图。图5A对应于图3B。在流路部40Aa中，与在上述实施例中具有直线形状的沟槽411不同，沟槽411a像沟槽415一样也具有波浪形形状。沟槽411a具有与所述沟槽415的每个沟槽415大致相同的波长和大致相同的相位，但是振幅不同。具体地，沟槽411a的振幅A1a小于沟槽415的振幅A5。因此，沟槽411a也在区域R1内在Y方向上延伸，像在上述实施例中具有直线形状的沟槽411一样。换言之，与沟槽415相比，沟槽411a具有与边缘14a1的直线形状相似的形状。甚至在这样的构造中，也能够抑制从沟槽411a到边缘14a1的在X方向上的间隔的增大，并且能够将阳极气体供应到催化剂层14a的边缘14a1，从而抑制了发电性能的退化。与沟槽411a相邻的肋431a的侧表面也具有波浪形形状。

在第一变型中，虽然沟槽411a不具有直线形状，但是具有波浪形形状，并且具有与沟槽415相同的相位和相同的波长。这抑制了在彼此相邻的沟槽411a和415之间的在X方向上的间隔的增大。因此，阳极气体从这些沟槽中彼此相邻的沟槽411a和415之间被供应，从而抑制了发电性能的退化。

一般来说，如果在相邻两个沟槽之间阳极气体的压力损失的差大，则阳极气体的流量的差可能增大，使得阳极气体可能几乎不被供应到催化剂层14a的一部分。这里，在两个相邻沟槽的形状显著不同的情况下，这样的阳极气体的压力损失的差趋向于增大。另一方面，在第一变型中，沟槽411a具有波浪形形状，像与其相邻的沟槽415的形状一样。这抑制了在彼此相邻的沟槽411a和415之间的阳极气体的压力损失的差的增大。因此能够抑制阳极气体几乎不被供应到催化剂层14a的一部分，并且能够抑制发电性能的退化。

在如上所述的本实施例中，冷却剂在其中流动的流路沟槽44被形成在肋43的后侧上。同样的，在第一变型中，两个流路沟槽44被形成在肋432a和435的后侧上，肋432a和435的后侧每个都与所述两个流路沟槽44具有大致相同形状。因此能够抑制被形成在肋432a和435的后侧上的流路沟槽44之间的冷却剂的压力损失的差的增大。作为结果，能够抑制由于冷却剂的一部分几乎不流动而导致的MEA 11不能被部分冷却，并且能够抑制发电性能的退化。

图5B是示出在第二变型中的分隔件40b的流路部40Ab的一部分的放大视图。图5B对应于图3B。沟槽41Ab具有这样的形状，其中：弯曲部411b1、直线部411b2、另一个弯曲部411b1、另一个直线部411b2…在Y方向上连续。弯曲部411b1具有弯曲形状，以在-X方向上突出，即朝向边缘14a1突出，并且弯曲部411b1与和弯曲部411b1在+X方向上相邻的沟槽415的弯曲部具有大致相同的形状。另一方面，直线部411b2具有在大致与边缘14a1平行的Y方向上延伸的直线形状。因此，沟槽411b的振幅A1b小于沟槽415的振幅A5。此外，沟槽411b在上述区域R1内在Y方向上延伸。而且，直线部411b2在+X方向上与沟槽415的弯曲部的一部分相邻，并且该部分被弯曲，以便在+X方向上突出。如上所述，因为直线部411b2不背对边缘14a1弯曲，所以能够将阳极气体供应到催化剂层14a的边缘14a1，并且能够抑制发电性能的退化。因为沟槽411b部分具有直线部411b2，与沟槽415相比，沟槽411b与直线边缘14a1的形状具有相似的形状。同样的，与沟槽411b相邻的肋431b的侧表面以及与沟槽411b相邻的肋432b的侧表面的每个都包括波浪形部和直线部。

图6A是示出在第三变型中的分隔件40c的流路部40Ac的一部分的放大视图。图6A对应于图3B。在X方向上延伸的连通沟槽416将沟槽411和与沟槽411相邻的沟槽415连通。连通沟槽416被形成为跨过位于沟槽411和415之间的肋432c。连通沟槽416被设置在彼此相邻的沟槽411和415之间的在X方向上的间隔增大的部分中。当阳极气体在彼此相邻的沟槽411和415中流动时，阳极气体也流入到连通沟槽416中。因此能够将阳极气体供应到上述部分，并且能够抑制发电性能的退化。

图6B是在第三变型中的燃料电池1c的单元电池2c的对应于图6A中的线A-A的横截面视图。如在图6B中所示，连通沟槽416的深度D6小于沟槽411的深度D1，具体地，小于流路沟槽41的每个深度。因此能够抑制在冲压加工中由于连通沟槽416的形成而导致的分隔件40c基底金属的延长量的增加所导致的分隔件40c的一部分的厚度的减小。连通沟槽416的宽度W6小于沟槽411的宽度W1，具体地，小于流路沟槽41的每个宽度。这抑制了由于连通沟槽416而导致的施加在MEA 11上的夹持力的减小，这抑制了MEA 11的强度的减小。在第三变型中，因为沟槽411在区域R1内在Y方向上延伸，所以能够将阳极气体供应到催化剂层14a的边缘14a1，并且能够抑制发电性能的退化。

图7A是示出在第四变型中的分隔件40d的流路部40Ad的一部分的放大视图。图7A对应于图3B。与沟槽411相邻的沟槽415d具有像其它沟槽415一样的波浪形形状，并且具有大致相同波长和大致相同相位。然而，沟槽411d的振幅A5d小于沟槽415的振幅A5。这抑制了位于沟槽411和415d之间的肋432d的在X方向上的宽度的增大。因此能够抑制阳极气体不被部分地供应到催化剂层14a，并且能够抑制发电性能的退化。与沟槽415d相邻的肋435d的侧表面也具有波浪形形状，与和沟槽415相邻的肋435d的另一侧表面的振幅相比，与沟槽415d相邻的肋435d的侧表面具有较小的振幅。

替代与在图3A中所示的沟槽412相邻的沟槽415，可以设置沟槽415d。在该情况下，与在图7A中所示的与沟槽411相邻的沟槽415d的振幅小于除了与沟槽412相邻的沟槽415d的振幅以外的沟槽的每个振幅。

在第四变型中，当沟槽411的形状被理解为振幅为零的波浪形状时，沟槽411、沟槽415d以及与沟槽415d相邻的沟槽415的振幅按该顺序逐渐不同。这抑制了基材在从沟槽411到与沟槽415d相邻的沟槽415的区域中的延伸率的增大，从而抑制了产出率的减小。因此能够减少在冲压加工中施加在该区域上的残余应力，并且能够降低在分隔件40d中发生翘曲的可能性。

图7A示出区域R1d，其在X方向上的宽度小于沟槽415d的振幅A5d，沟槽415d的振幅A5d小于沟槽415的振幅A5。区域R1在Y方向上延伸。沟槽411在区域R1内在Y方向上延伸。在第四变型中，也能够将阳极气体供应到催化剂层14a的边缘14a1，并且能够抑制发电性能的退化。

图7B是示出在第五变型中的分隔件40a的流路部40Ae的一部分的放大视图。在第五变型中，像第一变型一样，最靠近边缘14a1的端部沟槽411a的波浪形形状具有比每个具有波浪形形状的其它沟槽415的振幅更小的振幅。与沟槽411a相邻的沟槽415e具有波浪形形状并且具有与其它沟槽415大致相同的波长和大致相同的相位。然而，沟槽415e的振幅A5e小于沟槽415的振幅A5，并且大于沟槽411a的振幅A1a。这抑制了位于沟槽411a和415e之间的肋432e的宽度在X方向上的增大。因此能够抑制阳极气体不被供应到催化剂层14a，并且能够抑制发电性能的退化。与沟槽411a相邻的肋432e的侧表面也具有波浪形形状，该波浪形形状的振幅小于与沟槽415e相邻的肋432e的另一侧表面的振幅。与沟槽415e相邻的肋435e的侧表面也具有波浪形形状，该波浪形形状的振幅小于与沟槽415相邻的肋435e的另一侧表面的振幅。

另外，在第五变型中，沟槽411a、沟槽415e以及与沟槽415e相邻的沟槽415的振幅以该顺序逐渐不同。这抑制了基材在从沟槽411a到与沟槽415e相邻的沟槽415的区域中的伸长率的增大，从而抑制了产出率的减小。因此能够减少在冲压加工中施加在该区域上的残余应力，并且能够降低在分隔件40e中发生翘曲的可能性。

图7B示出区域R1e，其在X方向上的宽度小于沟槽415e的振幅A5e，沟槽415e的振幅A5e小于沟槽415的振幅A5。区域R1e在Y方向上延伸。沟槽411a在区域R1e内在Y方向上延伸。在第五变型中，也能够将阳极气体供应到催化剂层14a的边缘14a1，并且能够抑制发电性能的退化。

优选地，虽然最靠近边缘14a1的端部沟槽被形成为在Z方向上与催化剂层14a重叠，如在上述实施例和变型中所述，但是其不限于此。例如，边缘14a1可以位于端部沟槽内，或者该端部沟槽可以位于催化剂层14a外侧。在该情形中，边缘14a1优选是相比于任何其它沟槽更靠近端部沟槽，使得流经该端部沟槽的阳极气体被供应到催化剂层14a，以有助于发电。

在上述变型中，虽然边缘14a1一侧上的端部沟槽被描述为示例，但是可以类似地构造在边缘14a2的一侧上的端部沟槽。此外，在边缘14a1的一侧上的端部沟槽的形状可以是在上述实施例和变型中的任何形状中的一种，并且在沟槽14a2的一侧上的端部沟槽的形状可以是在上述实施例和变型中的任何一种形状。

在本实施例和上述变型中的流路部可以被应用到阴极分隔件。

尽管在使用液体作为冷却剂的水冷燃料电池1中采用分隔件40至40e，但是所述分隔件40至40e不限于此，并且可以在使用空气作为冷却剂的空冷燃料电池中采用分隔件40至40e。

上述波浪形沟槽可以具有正弦波浪形形状，或者带有直线和弧的波浪形形状。

在上述实施例和修改中，虽然沟槽具有大致相同波长和大致相同相位，但是所述沟槽不限于此。另外，在该情形中，只要边缘14a1一侧上的端部沟槽具有直线形状或具有相对小的振幅的波浪形形状，以便在区域R1内在Y方向上延伸，就能够抑制从端部沟槽到边缘14a1的间隔的增大。此外，在上述实施例和变型中，沟槽被以近似相同的间距形成，但是不限于此。

尽管已经详细描述了本发明的一些实施例，但是本发明不限于特定实施例，而是可以在权利要求书中所保护的本发明的范围内变化或改变。

Claims (10)

1.一种燃料电池，包括：

电解质膜；

第一催化剂层和第二催化剂层，所述第一催化剂层和所述第二催化剂层被分别形成在所述电解质膜的第一表面和第二表面上；以及

分隔件，所述分隔件被布置成关于所述第一催化剂层与所述电解质膜相反，

其中，

所述分隔件包括流路沟槽，反应气体在所述分隔件和所述第一催化剂层之间流经所述流路沟槽，

所述流路沟槽包括：

波浪形沟槽，所述波浪形沟槽在第一方向上波浪形延伸并且被布置在与所述第一方向正交的第二方向上；以及

第一端部沟槽和第二端部沟槽，所述波浪形沟槽在所述第二方向上位于所述第一端部沟槽和所述第二端部沟槽之间，

所述第一催化剂层包括第一边缘和第二边缘，所述第一边缘和所述第二边缘在所述第二方向上彼此面对，

所述第一端部沟槽和所述第二端部沟槽在所述第二方向上分别与所述第一催化剂层的第一边缘和第二边缘相邻，

所述第一端部沟槽和所述第二端部沟槽分别在第一区域和第二区域内在所述第一方向上延伸，

所述第一区域和所述第二区域在所述第一方向上延伸，并且

所述第一区域和所述第二区域在所述第二方向上的每个宽度都小于所述波浪形沟槽的每个振幅。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述第一端部沟槽和所述第二端部沟槽中的至少一个端部沟槽在所述第一方向上直线延伸。

3.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述第一端部沟槽和所述第二端部沟槽中的至少一个端部沟槽在所述第一方向上波浪形延伸。

4.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述第一端部沟槽和所述第二端部沟槽中的至少一个端部沟槽包括直线部和弯曲部。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池，进一步包括连通沟槽，所述连通沟槽将所述第一端部沟槽与在所述波浪形沟槽中的最靠近所述第一端部沟槽的波浪形沟槽连通，

其中所述连通沟槽的深度小于所述流路沟槽的每个深度。

6.根据权利要求5所述的燃料电池，其中所述连通沟槽的宽度小于所述流路沟槽的每个宽度。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池，其中所述波浪形沟槽的波长彼此相同。

8.根据权利要求7所述的燃料电池，其中所述波浪形沟槽的相位彼此相同。

9.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池，其中所述波浪形沟槽的振幅彼此相同。

10.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池，其中在所述波浪形沟槽中的最靠近所述第一端部沟槽的波浪形沟槽的振幅小于除了在所述波浪形沟槽中的最靠近所述第二端部沟槽的波浪形沟槽以外的波浪形沟槽的每个振幅。

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