CN110739474B - 发电单电池 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及发电单电池。发电单电池(12)的带树脂膜的MEA(28)具有电解质膜‑电极结构体(28a)以及树脂膜(46)。树脂膜(46)的第一框状片(46a)的内周端在比阴极电极(44)的外周端(44e)靠外方处隔着间隙(G)来与外周端(44e)相向。第二框状片(46b)的内周部被夹持在阳极电极(42)与阴极电极(44)之间。在与第一框状片(46a)相向的第一金属隔板(30)设置以支承第一框状片(46a)的内周部和阴极电极(44)的外周部的方式构成的凸状支承构造(89)。

Description

发电单电池
技术领域
本发明涉及具备带树脂膜的MEA的发电单电池。
背景技术
一般来说，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜形成的固体高分子电解质膜。燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA)，该电解质膜-电极结构体(MEA)在固体高分子电解质膜的一方的面配设阳极电极，在所述固体高分子电解质膜的另一方的面配设阴极电极。MEA被隔板(双极性板)夹持，由此构成发电单电池(单位燃料电池)。将发电单电池层叠规定的层数，由此例如作为车载用燃料电池堆来使用。
近年来，为了削减相对昂贵的固体高分子电解质膜的使用量并且保护薄膜状且强度低的固体高分子电解质膜，采用了在外周安装框形状的树脂膜而成的带树脂膜的MEA(例如，参照日本特开2008-130433号公报)。
发明内容
发明所要解决的问题
在具备带树脂膜的MEA的发电单电池中，燃料气体和氧化剂气体中的一方与另一方相比为高压力的情况下，该压差施加于树脂膜，树脂膜变形。在将两个框状片接合来构成树脂膜的情况下，存在如下担忧：因与树脂膜的上述变形相伴随的应力而引起树脂膜的剥离、破碎。
因而，本发明目的在于提供一种发电单电池，即在具备带树脂膜的MEA的发电单电池中，能够抑制与因树脂膜的两侧的气压差而产生的变形相伴随的应力，防止树脂膜的剥离、破碎的发电单电池。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的一方式是发电单电池，其具备带树脂膜的MEA、在所述带树脂膜的MEA的两侧配置的一对隔板，所述带树脂膜的MEA具有在电解质膜的两侧分别设置第一电极以及第二电极而形成的电解质膜-电极结构体、在所述电解质膜-电极结构体的外周部遍及整周地设置的框形状的树脂膜，所述树脂膜是将第一框状片和第二框状片重叠构成的，所述发电单电池中，所述第一框状片的内周端在比所述第一电极的外周端靠外方处隔着间隙来与所述外周端相向，所述第二框状片的内周部被夹持在所述第一电极与所述第二电极之间，在所述一对隔板中的与所述第一框状片相向的隔板设置以支承所述第一框状片的内周部和所述第一电极的外周部的方式构成的凸状支承构造。
发明的效果
根据本发明的发电单电池，即使在因树脂膜的两侧的气压差而树脂膜变形的情况下，第一框状片的内周部和第一电极的外周部也能被凸状支承构造支承。因此，能够抑制在树脂膜发生的应力，能够防止树脂膜的剥离、破碎。
根据参照附图来说明的以下实施方式的说明，能容易理解所述目的、特征以及优点。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的发电单电池的分解立体图。
图2是沿着图1及图4中的II-II线的发电单电池的剖视图。
图3是从第一金属隔板侧观察到的接合隔板的俯视图。
图4是第一金属隔板的主要部分放大俯视图。
图5是从第二金属隔板侧观察到的接合隔板的俯视图。
图6是将第二金属隔板重叠于第一金属隔板的状态的图。
图7是燃料电池系统的概要图。
图8是第二金属隔板的主要部分放大俯视图。
具体实施方式
以下，关于本发明涉及的发电单电池例举优选的实施方式，参照附图进行说明。
图1所示的构成单位燃料电池的发电单电池12具备：带树脂膜的MEA 28、在带树脂膜的MEA28的一方的面侧(箭头符号A1方向侧)配置的第一金属隔板30以及在带树脂膜的MEA 28的另一方的面侧(箭头符号A2方向侧)配置的第二金属隔板32。多个发电单电池12例如在箭头符号A方向(水平方向)或者箭头符号C方向(重力方向)层叠，并且被施加层叠方向的紧固载荷(压缩载荷)，来构成燃料电池堆10。燃料电池堆10例如作为车载用燃料电池堆被搭载于燃料电池电动汽车(未图示)。
第一金属隔板30以及第二金属隔板32分别由金属板构成。第一金属隔板30以及第二金属隔板32例如是将钢板、不锈钢板、铝板、镀处理钢板、或者在其金属表面实施了用于防腐蚀的表面处理而成的金属薄板的截面冲压成型为波形来构成的。彼此相邻的发电单电池12中的一方发电单电池12的第一金属隔板30与另一方发电单电池12的第二金属隔板32，通过对外周进行焊接、钎焊、铆接等而接合为一体，构成接合隔板33。
在发电单电池12的长边方向、即水平方向的一端缘部(箭头符号B1方向侧的缘部)，以在层叠方向(箭头符号A方向)相同连通孔相互连通的方式设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b在铅垂方向(箭头符号C方向)排列设置。氧化剂气体入口连通孔34a供给氧化剂气体、例如含氧气体。冷却介质入口连通孔36a供给冷却介质、例如水。燃料气体出口连通孔38b排出燃料气体、例如含氢气体。
在发电单电池12的长边方向另一端缘部(箭头符号B2方向的缘部)，以在层叠方向相同连通孔相互连通的方式设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b在铅垂方向排列设置。燃料气体入口连通孔38a供给燃料气体。冷却介质出口连通孔36b排出冷却介质。氧化剂气体出口连通孔34b排出氧化剂气体。氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体出口连通孔34b以及燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b的配置不限定于本实施方式，根据所要求的规格适当设定即可。
如图1所示，带树脂膜的MEA 28具备电解质膜-电极结构体28a(以下记载为“MEA28a”)以及在MEA 28a的外周部设置的框形状的树脂膜46。
如图2所示，MEA 28a具有电解质膜40、夹持电解质膜40的阳极电极42(第二电极)以及阴极电极44(第一电极)。电解质膜40例如是固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。固体高分子电解质膜例如是含有水分的全氟磺酸的薄膜。电解质膜40被阳极电极42和阴极电极44夹持。电解质膜40除了能够使用氟系电解质以外，还能够使用HC(碳化氢)系电解质。
阴极电极44具有与电解质膜40的一方的面接合的第一电极催化剂层44a、以及与第一电极催化剂层44a层叠的第一气体扩散层44b。阳极电极42具有与电解质膜40的另一方的面接合的第二电极催化剂层42a、以及与第二电极催化剂层42a层叠的第二气体扩散层42b。
第一电极催化剂层44a以及第二电极催化剂层42a形成于电解质膜40的两面。第一电极催化剂层44a例如是将表面承载了白金合金的多孔质碳粒子和离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布在第一气体扩散层44b的表面而形成的。第二电极催化剂层42a例如是将表面承载了白金合金的多孔质碳粒子和离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布在第二气体扩散层42b的表面而形成的。第一气体扩散层44b以及第二气体扩散层42b是由碳纸或者碳布等形成的。
如图1所示，在树脂膜46的箭头符号B1方向侧的缘部设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在树脂膜46的箭头符号B2方向的缘部设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。
如图2所示，树脂膜46具有两个框状片46a、46b。具体来讲，树脂膜46具有第一框状片46a、与第一框状片46a接合的第二框状片46b。第一框状片46a与第二框状片46b利用由粘接剂形成的粘接层46c来在厚度方向相互接合。第一框状片46a与第二框状片46b的外周部接合。
在图2中，第一框状片46a与第二框状片46b具有彼此相同的厚度。而且，也可以是，第一框状片46a比第二框状片46b厚。也可以是，第二框状片46b比第一框状片46a厚。
第一框状片46a和第二框状片46b是由树脂材料构成的。作为第一框状片46a和第二框状片24b的构成材料，例如可以举出PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(液晶聚合物)、PVDF(聚偏氟乙烯)、硅树脂、氟树脂、m-PPE(改性聚苯醚树脂)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或者改性聚烯烃等。
树脂膜46中的第一框状片46a与第二框状片46b重叠的部分(树脂膜46的外周部)被在第一金属隔板30设置的外周侧凸起部54与在第二金属隔板32设置的后述的外周侧凸起部64夹持。
树脂膜46的内周部46n(第二框状片46b的内周部)配置在阳极电极42的外周部与阴极电极44的外周部之间。具体来说，树脂膜46的内周部46n被夹持在电解质膜40的外周部与阳极电极42的外周部之间。树脂膜46的内周部46n与电解质膜40的外周部经由接合层46c被接合。此外也可以是，树脂膜46的内周部46n被夹持在电解质膜40与阴极电极44之间。
第一框状片46a的内周端46ae在比阴极电极44的外周端44e靠外方处遍及整周地隔着间隙G来与外周端44e相向。
如图3所示，在第一金属隔板30的朝向带树脂膜的MEA 28的面30a(以下称为“表面30a”)，例如设置在箭头符号B方向延伸的氧化剂气体流路48。氧化剂气体流路48与氧化剂气体入口连通孔34a以及氧化剂气体出口连通孔34b可流通流体地连通。氧化剂气体流路48具有形成于在箭头符号B方向延伸的多条波状突起48a之间的多个波状流路槽48b。从而，在氧化剂气体流路48中，多个波状突起48a与多个波状流路槽48b在流路宽度方向(箭头符号C方向)交替地配置。
波状突起48a的宽度方向(箭头符号C方向)两侧的侧壁相对于隔板厚度方向倾斜，波状突起48a的横截面形状为梯形。此外也可以是，波状突起48a的宽度方向两侧的侧壁与隔板厚度方向平行，波状突起48a的横截面形状为矩形。波状突起48a不限定于特定的形状。也可以是，代替波状突起48a，而设置在箭头符号B方向延伸的直线状突起。以下，多个波状突起48a中的位于流路宽度方向的两端位置的波状突起称为“端部波状突起48a1”。端部波状突起48a1配置在比第一气体扩散层44b的外端靠内侧的位置。
在第一金属隔板30的表面30a，在氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路48之间设置入口缓冲部50A，该入口缓冲部50A具有多个由在箭头符号C方向排列的多个压花部50a形成的压花列。另外，在第一金属隔板30的表面30a，在氧化剂气体出口连通孔34b与氧化剂气体流路48之间设置出口缓冲部50B，该出口缓冲部50B具有多个由多个压花部50b形成的压花列。
而且，在第一金属隔板30的与氧化剂气体流路48相反侧的面30b，在入口缓冲部50A的上述压花列间设置由在箭头符号C方向排列的多个压花部67a形成的压花列，并且在出口缓冲部50B的上述压花列间设置由在箭头符号C方向排列的多个压花部67b形成的压花列(图1参照)。向制冷剂面侧突出的压花部67a、67b构成制冷剂面侧的缓冲部。
在第一金属隔板30的表面30a，通过冲压成型来朝向带树脂膜的MEA 28(图1)鼓出成形第一密封线52。虽未详细图示，但也可以是通过印刷或者涂布等将树脂件固定在第一密封线52的凸部前端面。此外，也可以没有该树脂件。
第一密封线52具有将多个连通孔(氧化剂气体入口连通孔34a等)个别地包围的多个凸起密封件53(以下称为“连通孔凸起部53”)、将氧化剂气体流路48、入口缓冲部50A以及出口缓冲部50B包围的凸起密封件54(以下称为“外周侧凸起部54”)。
多个连通孔凸起部53从第一金属隔板30的表面30a朝向带树脂膜的MEA28突出，并且分别独立地围绕在氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b的周围。以下，将多个连通孔凸起部53中的、包围氧化剂气体入口连通孔34a的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部53a”，将包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部53b”。
在第一金属隔板30设置将连通孔凸起部53a、53b的内侧(连通孔34a、34b侧)与外侧(氧化剂气体流路48侧)连通的桥部80、82。在包围氧化剂气体入口连通孔34a的连通孔凸起部53a的靠氧化剂气体流路48侧的边部设置桥部80。在包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔凸起部53b的靠氧化剂气体流路48侧的边部设置桥部82。
桥部80、82在连通孔凸起部53a、53b的内侧以及外侧分别具有多条通道(tunnel)80t、82t。通过冲压成型，从第一金属隔板30的表面30a朝向带树脂膜的MEA28侧突出成形通道80t、82t。
在氧化剂气体流路48的流路宽度方向两端部(端部波状突起48a1)与外周侧凸起部54之间设置防止氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔34a向氧化剂气体出口连通孔34b旁通的第一阻止旁通凸状部84。本实施方式中，氧化剂气体流路48的流路宽度方向为沿着长方形的第一金属隔板30的短边的方向(箭头符号C方向)。朝向带树脂膜的MEA 28(参照图2)侧突出成形第一阻止旁通凸状部84。在端部波状突起48a1的延伸方向(箭头符号B方向)隔开间隔地配置多个第一阻止旁通凸状部84。
在图4中，第一阻止旁通凸状部84的宽度方向(箭头符号B方向)两侧的侧壁84s相对于隔板厚度方向倾斜，第一阻止旁通凸状部84的横截面形状为梯形。此外也可以是，第一阻止旁通凸状部84的宽度方向两侧的侧壁84s与隔板厚度方向平行，第一阻止旁通凸状部84的横截面形状为矩形。
端部波状突起48a1具有：以相对于外周侧凸起部54而凹陷的方式弯曲的凹状弯曲部87；以及以相对于外周侧凸起部54而突出的方式弯曲的凸状弯曲部88。多个第一阻止旁通凸状部84包含：在端部波状突起48a1的凹状弯曲部87与外周侧凸起部54之间设置的第一阻止旁通凸状部84a；以及在端部波状突起48a1的凸状弯曲部88与外周侧凸起部54之间设置的第一阻止旁通凸状部84b。沿着端部波状突起48a1的延伸方向，互相隔开间隔地交替配置第一阻止旁通凸状部84a与第一阻止旁通凸状部84b。
一方第一阻止旁通凸状部84a的一端与外周侧凸起部54相连，另一端与端部波状突起48a1的凹状弯曲部87相连。另一方第一阻止旁通凸状部84b的一端与外周侧凸起部54相连，另一端与端部波状突起48a1的凸状弯曲部88相连。在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84a、84b之间设置以支承第一框状片46a的内周部和阴极电极44的外周部的方式构成的凸状支承构造89。
如图2所示，凸状支承构造89与第一框状片46a的内周部、间隙G以及阴极电极44(第一电极)的外周部相向。凸状支承构造89朝向带树脂膜的MEA 28突出。只要在反应气体间的压差P作用于树脂膜46时，凸状支承构造89与第一框状片46a的内周部以及阴极电极44的外周部接触即可。也可以是，在反应气体间的压差P没有作用于树脂膜46时(没有供给燃料气体以及氧化剂气体时)，凸状支承构造89相对于第一框状片46a的内周部以及阴极电极44的外周部中的至少一方为非接触。凸状支承构造89与构成第一金属隔板30的金属板一体成形。
如图4所示，在彼此相邻的两个第一阻止旁通凸状部84a、84b之间设置凸状支承构造89。凸状支承构造89具有朝向第一金属隔板30的外周延伸的形状。凸状支承构造89、彼此相邻的两个阻止旁通凸状部84a、84b从第一金属隔板30(底板部)突出的高度相同。凸状支承构造89具有在彼此相邻的两个阻止旁通凸状部84a、84b之间配置的多个中间凸状部89a。
图4中，在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84a、84b之间处，沿着端部波状突起48a1的延伸方向隔开间隔地配置有例如两个中间凸状部89a。中间凸状部89a具有与端部波状突起48a1的延伸方向交叉地延伸的形状。从层叠方向观察时，中间凸状部89a配置在与第一框状片46a的内周端46ae以及阴极电极44的外周端44e重叠的位置。中间凸状部89a的形状以及个数不限定于本实施方式，如果能够支承第一框状片46a和阴极电极44即可。
在第一金属隔板30，在端部波状突起48a1的凹状弯曲部87与第一阻止旁通凸状部84a之间设置支承阴极电极44(第一气体扩散层44b)的第一支承用凸状部85。通过冲压成型，朝向带树脂膜的MEA 28突出成形第一支承用凸状部85。本实施方式中，第一支承用凸状部85与第一阻止旁通凸状部84a一体地相连，并且与端部波状突起48a1的凹状弯曲部87一体地相连。
如图3所示，第一支承用凸状部85设置在与框形状的树脂膜46的内周部46n对应的位置(从层叠方向观察时，与树脂膜46的内周部46n重叠的位置)。
如图4所示，在第一支承用凸状部85的附近，设置有相对于阴极电极44而凹陷(背面形状向制冷剂面侧突出)的凹部85a。凹部85a配置在第一阻止旁通凸状部84a的延长线上。与多个第一支承用凸状部85对应地设置凹部85a。即，沿着端部波状突起48a1的延伸方向设置多个凹部85a。凹部85a的背面形状、即突出部的前端抵接于与该突出部邻接的第二金属隔板32。
如图1所示，在第二金属隔板32的朝向带树脂膜的MEA 28的面32a(以下称为“表面32a”)，例如形成在箭头符号B方向延伸的燃料气体流路58。
如图5所示，燃料气体流路58与燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b可流通流体地连通。燃料气体流路58具有形成于在箭头符号B方向延伸的多个波状突起58a之间的多个波状流路槽58b。从而，在燃料气体流路58中，多个波状突起58a与多个波状流路槽58b在流路宽度方向(箭头符号C方向)交替地配置。以下，多个波状突起58a中的位于流路宽度方向的两端位置的波状突起称为“端部波状突起58a1”。端部波状突起58a1配置在比阳极电极42的外周端42e靠内侧的位置。
在第二金属隔板32的表面32a，在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间设置入口缓冲部60A，该入口缓冲部60A具有多个由在箭头符号C方向排列的多个压花部60a形成的压花列。另外，在第二金属隔板32的表面32a，在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间设置出口缓冲部60B，该出口缓冲部60B具有多个由多个压花部60b形成的压花列。
此外，在第二金属隔板32的与燃料气体流路58相反侧的面32b，在入口缓冲部60A的所述压花列之间设置由在箭头符号C方向排列的多个压花部69a形成的压花列，并且在出口缓冲部60B的所述压花列之间设置由在箭头符号C方向排列的多个压花部69b形成的压花列。压花部69a、69b构成制冷剂面侧的缓冲部。
在第二金属隔板32的表面32a，通过冲压成型，朝向带树脂膜的MEA28鼓出成形第二密封线62。虽未详细图示，但是通过印刷或者涂布等将树脂件固定在第二密封线62的凸部前端面。此外，也可以没有该树脂件。
如图5所示，第二密封线62具有：将多个连通孔(连通孔38a等)个别地包围的多个凸起密封件63(以下称为“连通孔凸起部63”)；以及将燃料气体流路58、入口缓冲部60A和出口缓冲部60B包围的凸起密封件64(以下称为“外周侧凸起部64”)。
多个连通孔凸起部63从第二金属隔板32的表面32a突出，并且分别独立地围绕在氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b的周围。以下，将多个连通孔凸起部63中的、包围燃料气体入口连通孔38a的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部63a”，将包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部63b”。
在第二金属隔板32设置将分别包围燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部63a、63b的内侧(连通孔38a、38b侧)与外侧(燃料气体流路58侧)连通的桥部90、92。在包围燃料气体入口连通孔38a的连通孔凸起部63a的靠燃料气体流路58侧的边部设置桥部90。在包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部63b的靠燃料气体流路58侧的边部设置桥部92。
桥部90、92在连通孔凸起部63a、63b的内侧以及外侧分别具有多条通道90t、92t。通过冲压成型，从第二金属隔板32的表面32a朝向带树脂膜的MEA28侧(图2参照)突出成形通道90t、92t。
如图8所示，在燃料气体流路58的流路宽度方向两端部(端部波状突起58a1)与外周侧凸起部64之间，设置防止燃料气体从燃料气体入口连通孔38a向燃料气体出口连通孔38b旁通的第二阻止旁通凸状部94。在本实施方式中，燃料气体流路58的流路宽度方向为沿着长方形的第二金属隔板32的短边的方向(箭头符号C方向)。朝向带树脂膜的MEA28(参照图2)侧突出成形第二阻止旁通凸状部94。在端部波状突起58a1的延伸方向(箭头符号B方向)隔着间隔地配置有多个第二阻止旁通凸状部94。
沿着端部波状突起58a1的延伸方向，互相隔开间隔地交替配置一方第二阻止旁通凸状部94a与另一方第二阻止旁通凸状部94b。一方第二阻止旁通凸状部94a的一端与外周侧凸起部64相连，另一端与端部波状突起58a1分离。另一方第二阻止旁通凸状部94b的一端与外周侧凸起部64相连，另一端与端部波状突起58a1相连。在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94a、94b之间设置凸状支承构造98，该凸状支承构造98具有支承MEA 28a的外周部的中间凸状部98a。中间凸状部98a朝向带树脂膜的MEA 28突出。在图2中，中间凸状部98a与阳极电极42的第二气体扩散层42b相接。其中优选为，中间凸状部98a向第二气体扩散层42b施加挤压力。也可以是，在中间凸状部98a与第二气体扩散层42b之间形成些许间隙。
如图8所示，在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94a、94b之间，逐个间隔地配置多个中间凸状部98a。在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94a、94b之间设置的多个中间凸状部98a的排列方向与在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84a、84b之间设置的多个中间凸状部89a(图4)的排列方向不同。具体来说，本实施方式中，在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94a、94b之间处，沿着端部波状突起58a1与外周侧凸起部64分离的方向(箭头符号C方向)隔开间隔地配置多个中间凸状部98a。中间凸状部98a的形状以及个数不限定于本实施方式，如果能够支承阳极电极42即可。
在第二金属隔板32，在端部波状突起58a1的凹状弯曲部95与第二阻止旁通凸状部94a之间设置有支承阳极电极42(第二气体扩散层42b)的第二支承用凸状部100。通过冲压成型来朝向带树脂膜的MEA 28突出成形第二支承用凸状部100。
第二支承用凸状部100设置在与框形状的树脂膜46的内端46e对应的位置(从层叠方向观察时，与树脂膜46的内端46e重叠的位置)。在MEA28a的外周部与树脂膜46的内周部46n在厚度方向重叠的位置处，第二支承用凸状部100支承阳极电极42(第二气体扩散层42b)。
如图6所示，从层叠方向观察时，氧化剂气体流路48的波状突起48a与燃料气体流路58的波状突起58a形成为相同波长并且彼此反相位的波形状。沿着波状突起48a、58a的延伸方向交替地配置第一金属隔板30的第一支承用凸状部85与第二金属隔板32的第二支承用凸状部100。
在图2中，在比外周侧凸起部54靠内方(MEA28a侧)处，在第一金属隔板30与树脂膜46之间形成的流路48c与氧化剂气体流路48连通。
在比外周侧密封部64靠内方(MEA28a侧)处，在第二金属隔板32与树脂膜46之间形成的流路58，与燃料气体流路58连通。
如图1所示，在相互接合的第一金属隔板30的面30b与第二金属隔板32的面32b之间，形成与冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b可流通流体地连通的冷却介质流路66。形成有氧化剂气体流路48的第一金属隔板30的背面形状与形成有燃料气体流路58的第二金属隔板32的背面形状相互重合来形成冷却介质流路66。
在图7中，燃料电池系统11具备：上述的燃料电池堆10；氧化剂气体供给装置110，其向燃料电池堆10供给氧化剂气体；燃料气体供给装置112，其向燃料电池堆10供给燃料气体；以及冷却介质供给装置114，其向燃料电池堆10供给冷却介质。
氧化剂气体供给装置110具有：氧化剂气体供给配管117a，其经由在燃料电池堆10设置的氧化剂气体供给歧管116a来与氧化剂气体入口连通孔34a(参照图1)连通；以及氧化剂气体排出配管117b，其经由在燃料电池堆10设置的氧化剂气体排出歧管116b来与氧化剂气体出口连通孔34b(参照图1)连通。在氧化剂气体供给配管117a配设气泵124。在氧化剂气体排出配管117b配设压力调整阀120。
在氧化剂气体供给配管117a以及氧化剂气体排出配管117b配设加湿器122。作为加湿器122，如果能够将所供给的空气加湿即可，构造没有特别限定。在氧化剂气体供给配管117a，在比加湿器122靠上游侧配设气泵124。在氧化剂气体排出配管117b，在比加湿器122靠下游侧配设压力调整阀120。燃料电池系统11的控制部136例如控制气泵124的动作速度和压力调整阀120的阀开度中的至少一方，由此控制在氧化剂气体流路48流通的氧化剂气体的压力。
燃料气体供给装置112具有：燃料气体供给配管119a，其经由在燃料电池堆10设置的燃料气体供给歧管118a来与燃料气体入口连通孔38a(参照图1)连通；以及燃料气体排出配管119b，其经由在燃料电池堆10设置的燃料气体排出歧管118b来与燃料气体出口连通孔38b(参照图1)连通。
在燃料气体供给配管119a的上游配置贮存高压氢的氢罐126。在燃料气体供给配管119a，在燃料气体供给歧管118a与氢罐126之间配设密封阀128、压力调整阀130以及引射器(日文：エゼクタ)132。引射器132和燃料气体排出配管119b与氢循环路径134连接。在氢循环路径134配设用于进行氢循环的氢泵135。控制部136控制氢泵135的驱动速度，由此控制在燃料气体流路58流通的燃料气体的流量。
冷却介质供给装置114具备向燃料电池堆10循环供给冷却介质的冷却介质循环路径140。冷却介质循环路径140经由在燃料电池堆10设置的冷却介质供给歧管142a来与冷却介质入口连通孔36a(参照图1)连通，并且经由冷却介质排出歧管142b来与冷却介质出口连通孔36b(参照图1)连通。在冷却介质循环路径140配置散热器144以及冷却泵146。
对于包含这样构成的发电单电池12(燃料电池堆10)的燃料电池系统11的动作，以下进行说明。
如图7所示，氧化剂气体供给装置110中，在气泵124的驱动作用下，将空气送到氧化剂气体供给配管117a。该空气通过加湿器122被加湿之后，经由氧化剂气体供给歧管116a供给到氧化剂气体入口连通孔34a(参照图1)。加湿器122将从氧化剂气体排出歧管116b排出的水分和热添加到所供给的空气中。另一方面，燃料气体供给装置112中，在密封阀128开放的作用下，从氢罐126向燃料气体供给配管119a供给燃料气体。此时，由压力调整阀130调整燃料气体的压力，并且将燃料气体送向引射器132。该燃料气体经由燃料气体供给歧管118a供给到燃料气体入口连通孔38a(参照图1)。另外，冷却介质供给装置114中，在冷却泵146的作用下，从冷却介质循环路径140向冷却介质入口连通孔36a(参照图1)供给冷却介质。
从而，如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔34a供给含氧气体等氧化剂气体，并且向燃料气体入口连通孔38a供给含氢气体等燃料气体。还有，向冷却介质入口连通孔36a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。
因此，从氧化剂气体入口连通孔34a向第一隔板30的氧化剂气体流路48导入氧化剂气体，氧化剂气体在箭头符号B方向移动，被供给到MEA28a的阴极电极44。另一方面，从燃料气体入口连通孔38a向第二金属隔板32的燃料气体流路58导入燃料气体。燃料气体沿着燃料气体流路58在箭头符号B方向移动，被供给到MEA 28a的阳极电极42。
从而，在MEA 28a中，被供给到阴极电极44的氧化剂气体与被供给到阳极电极42的燃料气体在第二电极催化剂层42a以及第一电极催化剂层44a内因电化学反应被消耗，来进行发电。
该情况下，被供给到燃料气体流路58的反应气体(燃料气体)的压力比被供给到氧化剂气体流路48的反应气体(氧化剂气体)的压力设定得高。从而，在图2中，在流路48c与流路58c之间配置的树脂膜46，从第二框状片46b侧朝向第一框状片46a侧(即，从第二金属隔板32侧朝向第一金属隔板30侧)作用压差P。压差P例如为5kpa～300kPa，优选为10kpa～200kpa。
接着，在图1中，被供给到阴极电极44并被消耗的氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔34b在箭头符号A方向被排出。同样，被供给到阳极电极42并被消耗的燃料气体沿着燃料气体出口连通孔38b在箭头A方向被排出。
另外，被供给到冷却介质入口连通孔36a的冷却介质被导入到第一金属隔板30与第二金属隔板32之间的冷却介质流路66之后，在箭头符号B方向流通。该冷却介质将MEA28a冷却之后，从冷却介质出口连通孔36b被排出。
在该情况下，本实施方式所涉及的发电单电池12实现以下效果。
发电单电池12中，在一对隔板中的与第一框状片46a相向的隔板(第一金属隔板30)，设置以支承第一框状片46a的内周部和第一电极(阴极电极44)的外周部的方式构成的凸状支承构造89。根据该结构，即使因树脂膜46的两侧的气压差(压差P)而树脂膜46变形(以向第一金属隔板30侧凸出的方式弯曲变形)的情况下，第一框状片46a的内周部和第一电极(阴极电极44)的外周部也被凸状支承构造89支承。因此，能够抑制在树脂膜46发生的应力，能够防止树脂膜46(第一框状片46a以及第二框状片46b)的剥离、破碎。
隔板(第一金属隔板30)是由金属板构成的，凸状支承构造89与金属板一体成形。由此，能够以简单的结构来防止与因压差P产生的变形相伴随的树脂膜46的剥离、破碎。
而且，本发明也能够应用于被供给到氧化剂气体流路48的氧化剂气体的压力比被供给到燃料气体流路58的燃料气体的压力高的情况。该情况下，以与第二金属隔板32相向的方式配置第一框状片46a，在第二金属隔板32设置的中间凸状部98a作为以支承第一框状片46a的内周部和阳极电极42的外周部的方式构成的凸状支承构造发挥功能。而且，如图8所示，在从层叠方向观察时，阳极电极42的外周端42e配置在与中间凸状部98a重叠的位置。在燃料电池堆10的运转时，朝向第二金属隔板32侧对树脂膜46作用压差，树脂膜46向第二金属隔板32侧弯曲变形。此时，第二金属隔板32的上述凸状支承构造98(中间凸状部98a)抵接并支承第一框状片46a的内周部以及阳极电极42的外周部，因而能抑制在树脂膜46发生的应力，能防止树脂膜46的剥离、破碎。
本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。

Claims (10)

1.一种发电单电池，其具备带树脂膜的MEA(28)、在所述带树脂膜的MEA的两侧配置的一对隔板(30、32)，所述带树脂膜的MEA具有在电解质膜(40)的两侧分别设置第一电极以及第二电极而形成的电解质膜-电极结构体(28a)、以及在所述电解质膜-电极结构体的外周部遍及整周地设置的框形状的树脂膜(46)，所述树脂膜是将第一框状片(46a)和第二框状片(46b)重叠构成的，所述发电单电池(12)中，
所述第一框状片的内周端(46ae)在比所述第一电极的外周端(44e)靠外方处隔着间隙(G)来与所述外周端相向，
所述第二框状片的内周部被夹持在所述第一电极与所述第二电极之间，
在所述一对隔板中的与所述第一框状片相向的隔板设置凸状支承构造，在没有燃料气体以及氧化剂气体供给到所述发电单电池的状态下，所述凸状支承构造相对于所述第一框状片的内周部以及所述第一电极的外周部中的至少一方为非接触，
在被供给到所述树脂膜与一方隔板之间的反应气体的压力比被供给到所述树脂膜与另一方隔板之间的反应气体的压力高的状态下，所述凸状支承构造构成为支承所述第一框状片的内周部和所述第一电极的外周部，所述一方隔板与所述树脂膜的一方的面和所述第二电极相向，所述另一方隔板与所述树脂膜的另一方的面和所述第一电极相向。
2.根据权利要求1所述的发电单电池，其特征在于，
所述隔板由金属板构成，
所述凸状支承构造与所述金属板一体成形。
3.根据权利要求1或者2所述的发电单电池，其特征在于，
在所述一对隔板各自设置防止反应气体泄漏的凸状的凸起密封件，
所述树脂膜被所述一对隔板的所述凸起密封件夹持。
4.根据权利要求1或者2所述的发电单电池，其特征在于，
在所述隔板设置防止反应气体旁通的多个阻止旁通凸状部(84、94)，
所述凸状支承构造设置在所述多个阻止旁通凸状部中的彼此相邻的两个阻止旁通凸状部之间。
5.根据权利要求4所述的发电单电池，其特征在于，
所述凸状支承构造与所述彼此相邻的两个阻止旁通凸状部从所述隔板突出的高度相同。
6.根据权利要求4所述的发电单电池，其特征在于，
所述凸状支承构造具有在所述彼此相邻的两个阻止旁通凸状部之间配置的多个中间凸状部。
7.根据权利要求1或者2所述的发电单电池，其特征在于，
所述凸状支承构造具有朝向所述隔板的外周延伸的形状。
8.根据权利要求1所述的发电单电池，其特征在于，
在所述隔板设置防止反应气体泄漏的凸状的凸起密封件，以及防止所述反应气体旁通的多个阻止旁通凸状部(84)，
所述凸起密封件与所述多个阻止旁通凸状部互相连结。
9.根据权利要求1所述的发电单电池，其特征在于，
被供给到所述树脂膜与一方隔板之间的所述反应气体是燃料气体，所述一方隔板与所述树脂膜的一方的面和所述第二电极相向，
被供给到所述树脂膜与另一方隔板之间的所述反应气体是氧化剂气体，所述另一方隔板与所述树脂膜的另一方的面和所述第一电极相向。
10.根据权利要求1或者2所述的发电单电池，其特征在于，
所述凸状支承构造与所述第一框状片的所述内周部、所述间隙以及所述第一电极的所述外周部相向。
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