CN115064743A - 发电电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发电电池。在发电电池(10)中，在第1隔板主体(54)上以从第1隔板主体(54)突出的方式一体成型有第1阻止旁通凸状部(70)。在第2隔板主体(90)上以从第2隔板主体(90)突出的方式一体成型有第2阻止旁通凸状部(108)。在第1阻止旁通凸状部(70)的突出端面上，以位于比阴极电极(28)靠外侧的位置的方式设置有第1旁通密封部件(83)。在第2阻止旁通凸状部(108)的突出端面上，以位于比阳极电极(30)靠外侧的方式设置有第2旁通密封部件(122)。据此，能够有效抑制反应气体流入旁通流路。

Description

发电电池
技术领域
本发明涉及一种发电电池。
背景技术
发电电池具有膜电极组件(MEA)、树脂框部和2个隔板部件。MEA具有电解质膜和被配置在电解质膜的两侧的2个电极。树脂框部件以被安装于MEA的状态从MEA的外周部向外侧突出。2个隔板部件被配设在MEA的两侧。各隔板部件包括金属板状的隔板主体。隔板主体具有反应气体流路和流路密封部。反应气体流路供反应气体(氧化剂气体或者燃料气体)从隔板主体的一端向另一端沿各电极的发电区域流动。流路密封部在与树脂框部接触的状态下包围反应气体流路来防止反应气体泄露。
用于防止反应气体旁通的旁通凸状部位于隔板主体中的反应气体流路的流路宽度方向端部与流路密封部之间(旁通流路)(例如，参照日本发明专利公开公报特开2019-79736号)。
发明内容
在这种发电电池中，需要有效抑制反应气体流入旁通流路。
本发明的目的在于解决上述的技术问题。
本发明一方式是一种发电电池，该发电电池具有膜电极组件、树脂框部和2个隔板部件，其中，所述膜电极组件包括电解质膜和被配置在该电解质膜的两侧的2个电极；所述树脂框部以从所述膜电极组件的外周部向外侧突出的方式被设置于该外周部；所述2个隔板部件被配置在所述膜电极组件的两侧，所述2个隔板部件分别具有金属板状的隔板主体，所述隔板主体具有反应气体流路和流路密封部，其中，所述反应气体流路供反应气体从该隔板主体的一端向另一端沿所述电极的发电区域流动，所述流路密封部在与所述树脂框部接触的状态下包围所述反应气体流路来防止所述反应气体泄漏，所述流路密封部包括密封筋条部，该密封筋条部以从所述隔板主体突出并且通过隔板厚度方向的压缩载荷发生弹性变形的方式一体成型于所述隔板主体，在所述隔板主体上，以向所述膜电极组件突出的方式一体成型有阻止旁通凸状部，该阻止旁通凸状部用于防止所述反应气体流入所述反应气体流路的流路宽度方向端部与所述流路密封部之间，在所述阻止旁通凸状部的突出端面上，以位于比所述电极靠外侧的位置的方式设置有旁通密封部件。
根据本发明，以位于比电极靠外侧的位置的方式在阻止旁通凸状部的突出端面上设置有旁通密封部件。因此，能够通过阻止旁通凸状部和旁通密封部件有效地抑制反应气体向旁通流路(反应气体流路的流路宽度方向端部与流路密封部之间)流入。
根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的、特征和优点应易于被理解。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的发电电池的立体分解图。
图2是发电电池的图1和图4的II-II剖视图。
图3是从第1隔板部件向第2隔板部件观察的接合隔板的俯视图。
图4是第1隔板部件的主要部分放大俯视图。
图5是从第2隔板部件向第1隔板部件观察的接合隔板的俯视图。
图6是第2隔板部件的主要部分放大俯视图。
图7是在第1隔板部件上重叠有第2隔板部件的状态的图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一实施方式所涉及的发电电池10是燃料电池堆12的单体电池。燃料电池堆12具有多个发电电池10。多个发电电池10沿箭头A方向层叠。对燃料电池堆12施加多个发电电池10的层叠方向上的压缩载荷。燃料电池堆12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)。
发电电池10为横向长的长方形状。发电电池10具有带有树脂框的膜电极组件(下面称为“带有树脂框的MEA14”)和第1隔板部件16及第2隔板部件18。带有树脂框的MEA14被配置在第1隔板部件16与第2隔板部件18之间。
第1隔板部件16和第2隔板部件18分别通过使金属薄板的截面加压成型为波形而形成。该金属薄板例如是钢板、不锈钢板、铝板或者电镀处理钢板。该金属薄板也可以是表面被实施了防腐蚀用的表面处理的不锈钢板或者表面被实施了防腐蚀用的表面处理的铝板。第1隔板部件16和第2隔板部件18通过未图示的多个接合线彼此接合而形成接合隔板20。
带有树脂框的MEA14具有膜电极组件(下面称为“MEA22”)和树脂框部24(树脂膜)。树脂框部24从MEA22的外周部向外侧突出。
如图2所示，MEA22具有电解质膜26、阴极电极28和阳极电极30。阴极电极28被配置在电解质膜26的一表面26a上。阳极电极30被配置在电解质膜26的另一表面26b上。电解质膜26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26被阴极电极28和阳极电极30夹持。电解质膜26是氟类电解质膜或者HC(碳氢化合物)类电解质。
阴极电极28具有第1电极催化剂层32和第1气体扩散层34。第1电极催化剂层32与电解质膜26的一表面26a相接合。第1气体扩散层34层叠于第1电极催化剂层32。阳极电极30具有第2电极催化剂层36和第2气体扩散层38。第2电极催化剂层36与电解质膜26的另一表面26b相接合。第2气体扩散层38层叠于第2电极催化剂层36。
第1电极催化剂层32例如含有在表面担载有铂合金的多孔质碳粒子。该多孔质碳粒子与离子导电性高分子粘合剂一起被均匀地涂布在第1气体扩散层34的表面上。第2电极催化剂层36例如含有在表面担载有铂合金的多孔质碳粒子。该多孔质碳粒子与离子导电性高分子粘合剂一起被均匀地涂布在第2气体扩散层38的表面上。第1气体扩散层34和第2气体扩散层38包含碳纸或者碳布等。
树脂框部24与MEA22的外周部相接合，并且以包围该外周部的方式延伸(参照图1)。树脂框部24具有第1框状片材40和第2框状片材42。第1框状片材40的内周部与MEA22的外周部相接合。第2框状片材42与第1框状片材40相接合。第1框状片材40和第2框状片材42通过由粘结剂构成的粘结层44而在厚度方向上彼此接合。第2框状片材42与第1框状片材40的外周部相接合。第1框状片材40的厚度比第2框状片材42的厚度薄。另外，也可以不使第2框状片材42与第1框状片材40相接合，而仅由第1框状片材40来构成树脂框部24。
第1框状片材40和第2框状片材42由树脂材料构成。第1框状片材40和第2框状片材42的构成材料例如能够举出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(聚对苯二甲酸乙二酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)或者改性聚烯烃等。
树脂框部24的内周部25(第1框状片材40的内周部)被配置在阴极电极28的外周部29与阳极电极30的外周部31之间。具体而言，树脂框部24的内周部25被夹持在电解质膜26的外周部27与阳极电极30的外周部31之间。树脂框部24的内周部25和电解质膜26的外周部27通过粘结层44来接合。另外，树脂框部24的内周部25也可以被夹持在电解质膜26的外周部27与阴极电极28的外周部29之间。
阴极电极28的外周部29的外表面29a与MEA22的发电区域46的一表面46a(朝向第1隔板部件16的外表面)位于同一平面上(共同的平面上)。阳极电极30的外周部31的外表面31a位于比发电区域46的另一面46b(朝向第2隔板部件18的外表面)更靠向阴极电极28的相反侧(箭头A2方向)的位置。阳极电极30的外周部31的外表面31a位于比第1框状片材40的外表面40a(第2框状片材42的相反侧的表面)更靠阴极电极28的相反侧(箭头A2方向)的位置。
另外，树脂框部24也可以是使电解质膜26比阴极电极28和阳极电极30向外侧突出的部分。另外，树脂框部24也可以具有使电解质膜26比阴极电极28和阳极电极30向外侧突出的突出部分、和被安装在该突出部分的两表面的框形状的薄膜。
如图1所示，各发电电池10的长边方向的一端缘部具有氧化剂气体供给连通孔48a、冷却介质供给连通孔50a、燃料气体排出连通孔52b。各发电电池10的长边方向的一端缘部是各发电电池10的箭头B1方向的端缘部。氧化剂气体供给连通孔48a、冷却介质供给连通孔50a、燃料气体排出连通孔52b沿发电电池10的短边方向排列设置。各发电电池10的短边方向沿着箭头C方向。
作为一反应气体的氧化剂气体(例如，含氧气体)朝箭头A2方向向氧化剂气体供给连通孔48a流通。冷却介质(例如，纯水、乙二醇、油等)朝箭头A2方向向冷却介质供给连通孔50a流通。作为另一反应气体的燃料气体(例如，含氢气体)朝箭头A1方向向燃料气体排出连通孔52b流通。
各发电电池10的长边方向的另一端缘部具有燃料气体供给连通孔52a、冷却介质排出连通孔50b、氧化剂气体排出连通孔48b。各发电电池10的长边方向的另一端缘部是各发电电池10的箭头B2方向的端缘部。燃料气体供给连通孔52a、冷却介质排出连通孔50b、氧化剂气体排出连通孔48b沿箭头C方向排列设置。
燃料气体朝箭头A2方向向燃料气体供给连通孔52a流通。冷却介质朝箭头A1方向向冷却介质排出连通孔50b流通。氧化剂气体朝箭头A1方向向氧化剂气体排出连通孔48b流通。
上述的连通孔(氧化剂气体供给连通孔48a等)的配置、形状和大小并不限定于本实施方式，可以按照所要求的规格来适宜地设定。
如图2和图3所示，第1隔板部件16具有金属板状的第1隔板主体54。第1隔板主体54形成为长方形。第1隔板主体54的朝向带有树脂框的MEA14的表面(下面称为“表面54a”。)具有沿发电电池10的长边方向(箭头B方向)延伸的氧化剂气体流路56(反应气体流路)。氧化剂气体流路56以流体可流动的方式与氧化剂气体供给连通孔48a和氧化剂气体排出连通孔48b相连通。氧化剂气体流路56向阴极电极28供给氧化剂气体。
氧化剂气体流路56具有多个第1流路槽60。各第1流路槽60位于沿箭头B方向延伸的多个第1流路突起58之间。即，在氧化剂气体流路56中，第1流路突起58和第1流路槽60沿流路宽度方向(箭头C方向)交替配置。多个第1流路突起58和多个第1流路槽60通过加压成型而与第1隔板主体54一体成型。第1流路突起58和第1流路槽60沿箭头B方向呈波状延伸。但是，第1流路突起58和第1流路槽60也可以沿箭头B方向呈直线状延伸。
在图2中，第1流路突起58的横截面形状为梯形。即，第1流路突起58的横截面形状为随着靠向第1流路突起58的突出方向变细。另外，第1流路突起58的横截面形状可以是矩形。下面，将多个第1流路突起58中的位于流路宽度方向的两端的第1流路突起58称为“第1端部流路突起58a”。第1端部流路突起58a位于比阴极电极28的外周端面28e靠内侧的位置。
在图3中，在第1隔板主体54的表面54a上设置有第1密封部61，该第1密封部61用于防止反应气体(氧化剂气体或者燃料气体)或者作为冷却介质的流体漏出。第1密封部61被按压在第2框状片材42的外表面42a(第2框状片材42中的与第1框状片材40相反的一侧的外表面)上(参照图2)。第1密封部61从隔板厚度方向(箭头A方向)观察时呈波状延伸。但是，第1密封部61从隔板厚度方向观察时也可以呈直线状延伸。
第1密封部61具有多个第1连通孔密封部62和第1流路密封部64。多个第1连通孔密封部62分别包围多个连通孔(氧化剂气体供给连通孔48a等)。第1流路密封部64位于第1隔板主体54的外周部。
如图2所示，第1密封部61具有第1密封筋条部66和第1树脂密封部件68。第1密封筋条部66以向带有树脂框的MEA14突出的方式与第1隔板主体54一体成型。第1树脂密封部件68被安装在第1密封筋条部66的突出端面。第1密封筋条部66通过箭头A方向的压缩载荷发生弹性变形。
第1密封筋条部66的横截面形状为梯形。即，第1密封筋条部66的横截面形状随着靠向第1密封筋条部66的突出方向而变细。另外，第1密封筋条部66的横截面形状也可以是矩形。第1树脂密封部件68是通过印刷或者涂布等而固定于第1密封筋条部66的突出端面的橡胶密封件。作为构成第1树脂密封部件68的树脂材料，例如能够举出聚酯纤维、硅橡胶、EPDM(三元乙丙橡胶)、FKM(氟橡胶)等。第1树脂密封部件68也可以固定在第2框状片材42的外表面42a上。
在图2和图4中，第1隔板主体54具有多个第1阻止旁通凸状部70。多个第1阻止旁通凸状部70位于氧化剂气体流路56的流路宽度方向端部(第1端部流路突起58a)与第1流路密封部64之间。多个第1阻止旁通凸状部70防止氧化剂气体绕过氧化剂气体流路56从氧化剂气体供给连通孔48a向氧化剂气体排出连通孔48b流入。即，多个第1阻止旁通凸状部70防止氧化剂气体流入第1旁通流路72。换言之，第1阻止旁通凸状部70防止氧化剂气体绕过氧化剂气体流路56。第1旁通流路72位于第1端部流路突起58a与第1流路密封部64之间。
在本实施方式中，氧化剂气体流路56的流路宽度方向是沿第1隔板主体54的短边的方向(箭头C方向)。多个第1阻止旁通凸状部70通过加压成型而与第1隔板主体54一体成型。多个第1阻止旁通凸状部70从第1隔板主体54向带有树脂框的MEA14突出。多个第1阻止旁通凸状部70沿第1端部流路突起58a的延伸方向(箭头B方向)隔开间隔而配置。
各第1阻止旁通凸状部70的横截面形状为梯形(参照图4)。即，各第1阻止旁通凸状部70的横截面形状随着靠向该第1阻止旁通凸状部70的突出方向而变细。但是，各第1阻止旁通凸状部70的横截面形状也可以是矩形。
第1端部流路突起58a具有多个第1凹状弯曲部74和多个第1凸状弯曲部76。各第1凹状弯曲部74以向远离第1流路密封部64的方向凹进的方式弯曲。各第1凸状弯曲部76以向第1流路密封部64突出的方式弯曲。多个第1阻止旁通凸状部70包括多个第1阻止旁通凸状部70a和多个第1阻止旁通凸状部70b。多个第1阻止旁通凸状部70a位于第1端部流路突起58a的多个第1凹状弯曲部74与第1流路密封部64之间。多个第1阻止旁通凸状部70b位于第1端部流路突起58a的第1凸状弯曲部76与第1流路密封部64之间。多个第1阻止旁通凸状部70a和多个第1阻止旁通凸状部70b沿第1端部流路突起58a的延伸方向彼此隔开间隔而交替配置。
多个第1阻止旁通凸状部70a的一端连接于第1密封筋条部66的内侧侧部66a。多个第1阻止旁通凸状部70a的另一端分别连接于第1端部流路突起58a的多个第1凹状弯曲部74。多个第1阻止旁通凸状部70b的一端连接于第1密封筋条部66的内侧侧部66a。多个第1阻止旁通凸状部70b的另一端分别连接于第1端部流路突起58a的多个第1凸状弯曲部76。
各第1阻止旁通凸状部70的高度H1(从第1隔板主体54突出的突出长度)比第1流路密封部64的高度H2低(参照图2)。各第1阻止旁通凸状部70的突出端面包括第1内侧端面78和第1外侧端面80。各第1内侧端面78朝向阴极电极28的外周部29的外表面29a。各第1外侧端面80在离开第2框状片材42的外表面42a的状态下位于比阴极电极28靠外侧的位置。
各第1外侧端面80中的与第1密封筋条部66的内侧侧部66a相邻的部分具有第1凹部82。各第1凹部82向树脂框部24的相反向凹进。即，各第1凹部82的背面(制冷剂面)向树脂框部24的相反方向突出。据此，与各第1阻止旁通凸状部70不具有第1凹部82的情况相比，能够降低第1流路密封部64的内侧侧部66a的刚性。因此，能够通过压缩载荷有效地使第1密封筋条部66弹性变形，因此，能够对第1流路密封部64的密封面(第1树脂密封部件68)施加适度的密封面压力。
在各第1阻止旁通凸状部70的第1外侧端面80上安装有第1旁通密封部件83。各第1旁通密封部件83是通过印刷或者涂布等固定在第1外侧端面80上的橡胶密封件。作为构成各第1旁通密封部件83的树脂材料，能够举出与上述的第1树脂密封部件68及第2树脂密封部件106的构成材料相同的材料。即，各第1旁通密封部件83由橡胶材料构成。另外，各第1旁通密封部件83的构成材料与第1树脂密封部件68的构成材料相同。在该情况下，例如，当对第1密封筋条部66的突出端面涂布树脂材料时，还能够对第1外侧端面80涂布该树脂材料。因此，能够在各第1阻止旁通凸状部70的第1外侧端面80上有效地安装第1旁通密封部件83。
在图2中，在各第1外侧端面80整体上安装有各第1旁通密封部件83。即，在各第1凹部82的底面上也安装有各第1旁通密封部件83。各第1旁通密封部件83中的朝向树脂框部24的外表面83a接近第2框状片材42的外表面42a。在外表面83a与外表面42a之间空出有些许间隙。据此，能抑制压缩载荷作用于多个第1旁通密封部件83，因此，能够对第1流路密封部64的密封面施加适度的密封面压力。
但是，各第1旁通密封部件83的外表面83a也可以与第2框状片材42的外表面42a相接触。在该情况下，各第1旁通密封部件83由橡胶材料构成(与第1密封筋条部66相比易于发生弹性变形)，因此，能够抑制第1流路密封部64的密封面压力较大地下降。
各第1旁通密封部件83中的面向MEA22的外表面83b接触或者接近阴极电极28的外周端面28e。各第1旁通密封部件83中的MEA22相反侧的外表面83c离开第1密封筋条部66的内侧侧部66a。据此，当对多个发电电池10施加压缩载荷时，第1密封筋条部66的内侧侧部66a的弹性变形不会被多个第1旁通密封部件83妨碍。
可以不在所有的第1阻止旁通凸状部70上都安装多个第1旁通密封部件83。可以至少在多个第1阻止旁通凸状部70中的最接近氧化剂气体流路56的入口的第1阻止旁通凸状部70上设置多个第1旁通密封部件83。
在图4中，支承MEA22的外周部的多个第1中间凸状部84位于彼此相邻的第1阻止旁通凸状部70之间。各第1中间凸状部84从第1隔板主体54向带有树脂框的MEA14突出。各第1中间凸状部84沿与第1端部流路突起58a的延伸方向交叉的方向延伸。各第1中间凸状部84被配置在从层叠方向观察时与阴极电极28的外周端面28e重叠的位置。
如图1、图2和图5所示，第2隔板部件18具有金属板状的第2隔板主体90。第2隔板主体90形成为长方形。第2隔板主体90的朝向带有树脂框的MEA14的表面(下面称为“表面90a”)具有沿发电电池10的长边方向(箭头B方向)延伸的燃料气体流路92(反应气体流路)。燃料气体流路92以流体可流通的方式与燃料气体供给连通孔52a和燃料气体排出连通孔52b相连通。燃料气体流路92向阳极电极30供给燃料气体。
燃料气体流路92具有多个第2流路槽96。各第2流路槽96位于沿箭头B方向延伸的多个第2流路突起94之间。即，在燃料气体流路92中，第2流路突起94和第2流路槽96沿流路宽度方向(箭头C方向)交替配置。多个第2流路突起94和多个第2流路槽96通过加压成型而一体成型于第2隔板主体90。第2流路突起94和第2流路槽96沿箭头B方向呈波状延伸。但是，第2流路突起94和第2流路槽96也可以沿箭头B方向呈直线状延伸。
在图2中，第2流路突起94的横截面形状为梯形。即，第2流路突起94的横截面形状随着靠向第2流路突起94的突出方向而变细。另外，第2流路突起94的横截面形状也可以是矩形。下面，将多个第2流路突起94中的位于流路宽度方向的两端的第2流路突起94称为“第2端部流路突起94a”。第2端部流路突起94a位于比阳极电极30的外周端面30e靠内侧的位置。
在图5中，在第2隔板主体90的表面90a上设置有第2密封部98，该第2密封部98用于防止反应气体(氧化剂气体或者燃料气体)或作为冷却介质的流体漏出。第2密封部98被按压在第1框状片材40的外表面40a(第1框状片材40中的与第2框状片材42相反一侧的外表面)上(参照图2)。第2密封部98从隔板厚度方向(箭头A方向)观察时呈波状延伸。但是，第2密封部98从隔板厚度方向观察时也可以呈直线状延伸。
第2密封部98具有多个第2连通孔密封部100和第2流路密封部102。多个第2连通孔密封部100单独地包围多个连通孔(氧化剂气体供给连通孔48a等)。第2流路密封部102位于第2隔板主体90的外周部。第2密封部98被配置为从隔板厚度方向观察时与第1密封部61重叠(参照图2)。
如图2所示，第2密封部98具有第2密封筋条部104和第2树脂密封部件106。第2密封筋条部104以向带有树脂框的MEA14突出的方式一体成型于第2隔板主体90。第2树脂密封部件106被安装在第2密封筋条部104的突出端面上。第2密封筋条部104通过箭头A方向的压缩载荷发生弹性变形。
第2密封筋条部104的横截面形状为梯形。即，第2密封筋条部104的横截面形状随着靠向第2密封筋条部104的突出方向而变细。另外，第2密封筋条部104的横截面形状也可以是矩形。第2树脂密封部件106是通过印刷或者涂布等被固定于第2密封筋条部104的突出端面的橡胶密封件。作为构成第2树脂密封部件106的树脂材料，能够举出与上述的第1树脂密封部件68的构成材料相同的材料。第2树脂密封部件106也可以固定于第1框状片材40的外表面40a。
在图2和图6中，第2隔板主体90具有多个第2阻止旁通凸状部108。多个第2阻止旁通凸状部108位于燃料气体流路92的流路宽度方向端部(第2端部流路突起94a)与第2流路密封部102之间。多个第2阻止旁通凸状部108防止燃料气体绕过燃料气体流路92从燃料气体供给连通孔52a流向燃料气体排出连通孔52b。即，多个第2阻止旁通凸状部108防止燃料气体向第2旁通流路110流入。换言之，第2阻止旁通凸状部108防止燃料气体绕过燃料气体流路92。第2旁通流路110位于第2端部流路突起94a与第2流路密封部102之间。
在本实施方式中，燃料气体流路92的流路宽度方向是沿第2隔板主体90的短边的方向(箭头C方向)。多个第2阻止旁通凸状部108通过加压成型而一体成型于第2隔板主体90。多个第2阻止旁通凸状部108从第1隔板主体54向带有树脂框的MEA14突出。多个第2阻止旁通凸状部108沿着第2端部流路突起94a的延伸方向(箭头B方向)隔开间隔而配置。
各第2阻止旁通凸状部108的横截面形状是梯形形状(参照图6)。即，各第2阻止旁通凸状部108的横截面形状随着靠向该第2阻止旁通凸状部108的突出方向而变细。但是，各第2阻止旁通凸状部108的横截面形状也可以为矩形。
第2端部流路突起94a具有多个第2凹状弯曲部112和多个第2凸状弯曲部114。各第2凹状弯曲部112以向远离第2流路密封部102的方向凹进的方式弯曲。各第2凸状弯曲部114以向第2流路密封部102突出的方式弯曲。多个第2阻止旁通凸状部108包括多个第2阻止旁通凸状部108a和多个第2阻止旁通凸状部108b。多个第2阻止旁通凸状部108a位于第2端部流路突起94a的多个第2凹状弯曲部112与第2流路密封部102之间。多个第2阻止旁通凸状部108b位于第2端部流路突起94a的多个第2凸状弯曲部114与第2流路密封部102之间。多个第2阻止旁通凸状部108a和多个第2阻止旁通凸状部108b沿着第2端部流路突起94a的延伸方向彼此隔开间隔而交替配置。
多个第2阻止旁通凸状部108a的一端连接于第2密封筋条部104的内侧侧部104a。多个第2阻止旁通凸状部108a的另一端远离第2端部流路突起94a的多个第2凹状弯曲部11。多个第2阻止旁通凸状部108b的一端连接于第2密封筋条部104的内侧侧部104a。多个第2阻止旁通凸状部108b的另一端分别连接于第2端部流路突起94a的多个第2凸状弯曲部114。
各第2阻止旁通凸状部108的高度H3(从第2隔板主体90突出的突出长度)低于第2流路密封部102的高度H4(参照图2)。各第2阻止旁通凸状部108的突出端面包括第2内侧端面116和第2外侧端面118。各第2内侧端面116朝向阳极电极30的外周部31的外表面31a。各第2外侧端面118以离开第1框状片材40的外表面40a的状态位于比阳极电极30靠外侧的位置。
各第2外侧端面118中的与第2密封筋条部104的内侧侧部104a相邻的部分具有第2凹部120。各第2凹部120向与树脂框部24相反的方向凹进。即，各第2凹部120的背面(制冷剂面)向树脂框部24的相反方向突出。据此，与各第2阻止旁通凸状部108不具有第2凹部120的情况相比较，能够降低第2流路密封部102的侧壁的刚性。因此，能够通过压缩载荷有效地使第2密封筋条部104的内侧侧部104a弹性变形，因此，能够对第2流路密封部102的密封面(第2树脂密封部件106)施加适度的密封面压力。
在各第2阻止旁通凸状部108的第2外侧端面118上安装有第2旁通密封部件122。各第2旁通密封部件122是通过印刷或者涂布等固定于第2外侧端面118的橡胶密封件。作为构成各第2旁通密封部件122的树脂材料，能够举出与上述的第1树脂密封部件68及第2树脂密封部件106的构成材料相同的材料。即，各第2旁通密封部件122由橡胶材料构成。另外，各第2旁通密封部件122的构成材料与第2树脂密封部件106的构成材料相同。在该情况下，例如，在对第2密封筋条部104的突出端面涂布树脂材料时还能够对第2外侧端面118涂布该树脂材料。因此，能够在各第2阻止旁通凸状部108的第2外侧端面118有效地安装第2旁通密封部件122。
在图2中，在各第2外侧端面118的整体上安装有各第2旁通密封部件122。即，在各第2凹部120的底面上也安装有各第2旁通密封部件122。各第2旁通密封部件122中的朝向树脂框部24的外表面122a接近第1框状片材40的外表面40a。在外表面122a与外表面40a之间空出些许间隙。据此，能抑制压缩载荷作用于多个第2旁通密封部件122，因此，能够对第2流路密封部102的密封面施加适度的密封面压力。
但是，各第2旁通密封部件122的外表面122a也可以与第1框状片材40的外表面40a相接触。在该情况下，各第2旁通密封部件122由橡胶材料构成(与第2密封筋条部104相比易于发生弹性变形)，因此，能够抑制第2流路密封部102的密封面压力较大地下降。
各第2旁通密封部件122中的朝向MEA22的外表面122b接触或者接近阳极电极30的外周端面30e。各第2旁通密封部件122中的MEA22相反侧的外表面122c离开第2密封筋条部104的内侧侧部104a。据此，当对多个发电电池10施加压缩载荷时，第2密封筋条部104的内侧侧部104a的弹性变形不会被多个第2旁通密封部件122妨碍。
可以不在所有的第2阻止旁通凸状部108都安装多个第2旁通密封部件122。可以至少在多个第2阻止旁通凸状部108中的最接近燃料气体流路92的入口的第2阻止旁通凸状部108上设置多个第2旁通密封部件122。
在图6中，支承MEA22的外周部的多个第2中间凸状部124位于彼此相邻的第2阻止旁通凸状部108之间。各第2中间凸状部124从第2隔板主体90向带有树脂框的MEA14突出。各第2中间凸状部124被配置在从层叠方向观察时与阳极电极30的外周部31及外周端面30e重叠的位置。
如图7所示，从层叠方向观察时，氧化剂气体流路56的第1流路突起58和燃料气体流路92的第2流路突起94具有相同波长且相位彼此相反的波形。多个第2阻止旁通凸状部108从层叠方向观察时分别与多个第1阻止旁通凸状部70重叠。
如图1所示，冷却介质流路126位于彼此接合的第1隔板主体54的表面54b与第2隔板主体90的表面90b之间。冷却介质流路126以流体可流通的方式与冷却介质供给连通孔50a和冷却介质排出连通孔50b相连通。冷却介质流路126通过第1隔板主体54的背面形状和第2隔板主体90的背面形状重合而形成。
这样构成的发电电池10如以下那样进行动作。
首先，如图1所示，向氧化剂气体供给连通孔48a供给氧化剂气体。向燃料气体供给连通孔52a供给燃料气体。向冷却介质供给连通孔50a供给冷却介质。
氧化剂气体被从氧化剂气体供给连通孔48a导入第1隔板部件16的氧化剂气体流路56。然后，如图3所示，氧化剂气体沿氧化剂气体流路56向箭头B方向移动，被供给到MEA22的阴极电极28。
另一方面，如图1所示，燃料气体被从燃料气体供给连通孔52a导入第2隔板部件18的燃料气体流路92。如图5所示，燃料气体沿燃料气体流路92向箭头B方向移动，被供给到MEA22的阳极电极30。
因此，在各MEA22，在第1电极催化剂层32和第2电极催化剂层36内通过电化学反应来消耗被供给到阴极电极28的氧化剂气体和被供给到阳极电极30的燃料气体。其结果，能进行发电。
接着，如图1所示，被供给到阴极电极28且被消耗后的氧化剂气体从氧化剂气体流路56向氧化剂气体排出连通孔48b流动。氧化剂气体流过氧化剂气体排出连通孔48b之后，被沿氧化剂气体排出连通孔48b向箭头A方向排出。同样，被供给到阳极电极30且被消耗后的燃料气体从燃料气体流路92向燃料气体排出连通孔52b流动。燃料气体流过燃料气体排出连通孔52b之后，沿燃料气体排出连通孔52b被向箭头A方向排出。
另外，被供给到冷却介质供给连通孔50a的冷却介质被导入在第1隔板主体54与第2隔板主体90之间形成的冷却介质流路126。冷却介质被导入冷却介质流路126之后，向箭头B方向流通。该冷却介质将MEA22冷却之后，被从冷却介质排出连通孔50b排出。
本实施方式发挥以下效果。
在多个第1阻止旁通凸状部70的突出端面上，以位于比阴极电极28靠外侧的位置的方式安装有第1旁通密封部件83。在多个第2阻止旁通凸状部108的突出端面上，以位于比阳极电极30靠外侧的方式安装有第2旁通密封部件122。
根据这种结构，通过多个第1阻止旁通凸状部70和多个第1旁通密封部件83来有效地抑制氧化剂气体向第1旁通流路72流入。据此，能够抑制在氧化剂气体流路56中流动的氧化剂气体的流量下降。因此，即使在发电时在阴极电极28生成的液态水滞留在氧化剂气体流路56中的情况下，也能够通过氧化剂气体将氧化剂气体流路56内的液态水顺利地排出。
另外，能够通过多个第2阻止旁通凸状部108和多个第2旁通密封部件122来有效地抑制燃料气体向第2旁通流路110流入。据此，能够抑制在燃料气体流路92中流动的燃料气体的流量下降。因此，即使在发电时在阴极电极28生成的液水向阳极电极30反向扩散而滞留在燃料气体流路92的情况下，也能够通过燃料气体将燃料气体流路92内的液态水顺畅地排出。因此，能够实现发电的稳定化。
各第1阻止旁通凸状部70的突出端面包括第1内侧端面78和第1外侧端面80。第1内侧端面78朝向阴极电极28的外周部29。第1外侧端面80在与树脂框部24分离的状态下位于比阴极电极28靠外侧的位置。多个第1旁通密封部件83被分别安装于多个第1外侧端面80。
另外，在阴极电极28的外周部29的外表面29a与多个第1阻止旁通凸状部70的第1内侧端面78之间，有时由于树脂框部24和多个第1阻止旁通凸状部70的尺寸误差而产生间隙。根据这种结构，即使在产生这种间隙的情况下，也能够通过多个第1旁通密封部件83来抑制氧化剂气体经由该间隙向第1旁通流路72流入。
各第2阻止旁通凸状部108的突出端面包括第2内侧端面116和第2外侧端面118。第2内侧端面116朝向阳极电极30的外周部31。第2外侧端面118在与树脂框部24分离的状态下位于比阳极电极30靠外侧的位置。多个第2旁通密封部件122被分别安装于多个第2外侧端面118。
另外，在阳极电极30的外周部31的外表面31a与多个第2阻止旁通凸状部108的第2内侧端面116之间，有时由于树脂框部24和多个第2阻止旁通凸状部108的尺寸误差而产生间隙。根据这种结构，即使在产生这种间隙的情况下，也能够通过多个第2旁通密封部件122抑制燃料气体经由该间隙向第2旁通流路110流入。
各第1旁通密封部件83接触或者接近阴极电极28。各第2旁通密封部件122接触或者接近阳极电极30。
根据这种结构，能够通过多个第1旁通密封部件83更有效地抑制氧化剂气体向第1旁通流路72流入。另外，能够通过多个第2旁通密封部件122更有效地抑制燃料气体向第2旁通流路110流入。
各第1旁通密封部件83位于阴极电极28的外周部29与第1密封筋条部66的内侧侧部66a之间。各第2旁通密封部件122位于阳极电极30的外周部31与第2密封筋条部104的内侧侧部104a之间。
根据这种结构，能够通过多个第1旁通密封部件83更有效地抑制氧化剂气体向第1旁通流路72流入。另外，能够通过多个第2旁通密封部件122更有效地抑制燃料气体向第2旁通流路110流入。
各第1旁通密封部件83由橡胶材料构成。各第2旁通密封部件122由橡胶材料构成。
根据这种结构，能够通过多个第1旁通密封部件83有效地抑制氧化剂气体向第1旁通流路72流入。另外，能够通过多个第2旁通密封部件122更有效地抑制燃料气体向第2旁通流路110流入。
各第1旁通密封部件83接近第2框状片材42的外表面42a。各第2旁通密封部件122接近第1框状片材40的外表面40a。
根据这种结构，能够通过多个第1旁通密封部件83更有效地抑制氧化剂气体向第1旁通流路72流入。另外，能够通过多个第2旁通密封部件122更有效地抑制燃料气体向第2旁通流路110流入。
第1流路密封部64包括被安装在第1密封筋条部66的突出端面上的第1树脂密封部件68。第1旁通密封部件83的构成材料与第1树脂密封部件68的构成材料相同。第2流路密封部102包括被安装在第2密封筋条部104的突出端面上的第2树脂密封部件106。第2旁通密封部件122的构成材料与第2树脂密封部件106的构成材料相同。
根据这种结构，在将作为第1树脂密封部件68的构成材料的树脂材料安装在第1密封筋条部66的突出端面上时还将该树脂材料安装于第1外侧端面80，因此能够有效地形成第1旁通密封部件83。另外，当将作为第2树脂密封部件106的构成材料的树脂材料安装于第2密封筋条部104的突出端面时还将该树脂材料安装于第2外侧端面118，因此，能够有效地形成第2旁通密封部件122。
多个第1阻止旁通凸状部70沿氧化剂气体流路56的氧化剂气体的流通方向配置。第1旁通密封部件83被安装于多个第1阻止旁通凸状部70中的至少最接近氧化剂气体流路56的入口的第1阻止旁通凸状部70。多个第2阻止旁通凸状部108沿燃料气体流路92的燃料气体的流通方向配置。第2旁通密封部件122被安装于多个第2阻止旁通凸状部108中的至少最接近燃料气体流路92的入口的第2阻止旁通凸状部108。
根据这种结构，能够有效地抑制氧化剂气体从氧化剂气体流路56的上游侧流入第1旁通流路72。另外，能够有效地抑制燃料气体从燃料气体流路92的上游侧流入第2旁通流路110。
第1阻止旁通凸状部70以连接第1端部流路突起58a和第1密封筋条部66的内侧侧部66a的方式延伸。第1凹部82位于第1外侧端面80中的与第1密封筋条部66相邻的部分。第2阻止旁通凸状部108以连接第2端部流路突起94a和第2密封筋条部104的内侧侧部104a的方式延伸。第2凹部120位于第2外侧端面118中的与第2密封筋条部104相邻的部分。
根据这种结构，与不具有第1凹部82的情况相比较，能够降低第1密封筋条部66的内侧侧部66a的刚性，因此，能够易于通过压缩载荷使第1密封筋条部66发生弹性变形。另外，与不具有第2凹部120的情况相比较，能够降低第2密封筋条部104的内侧侧部104a的刚性，因此，能够易于通过压缩载荷使第2密封筋条部104发生弹性变形。
本实施方式并不限定于上述的结构。在发电电池10中，也可以省略多个第1旁通密封部件83或者多个第2旁通密封部件122。换言之，发电电池10也可以仅具有多个第1旁通密封部件83和多个第2旁通密封部件122中的任一方。
本发明并不限定于上述的实施方式，在没有脱离本发明的主旨的范围内可采用各种结构。
对以上实施方式总结如下。
上述实施方式公开了一种发电电池(10)，该发电电池(10)具有膜电极组件(22)、树脂框部(24)和2个隔板部件(16、18)，其中，所述膜电极组件(22)包括电解质膜(26)和被配置在该电解质膜的两侧的2个电极(28、30)；所述树脂框部(24)以从所述膜电极组件的外周部向外侧突出的方式被设置于该外周部；所述2个隔板部件(16、18)被配置在所述膜电极组件的两侧，所述2个隔板部件分别具有金属板状的隔板主体(54、90)，所述隔板主体具有反应气体流路(56、92)和流路密封部(64、102)，其中，所述反应气体流路(56、92)供反应气体从该隔板主体的一端向另一端沿所述电极的发电区域(46)流动，所述流路密封部(64、102)在与所述树脂框部接触的状态下包围所述反应气体流路来防止所述反应气体泄漏，所述流路密封部包括密封筋条部(66、104)，该密封筋条部(66、104)以从所述隔板主体突出并且通过隔板厚度方向的压缩载荷发生弹性变形的方式一体成型于所述隔板主体，在所述隔板主体上，以向所述膜电极组件突出的方式一体成型有阻止旁通凸状部(70、108)，该阻止旁通凸状部(70、108)用于防止所述反应气体流入所述反应气体流路的流路宽度方向端部(58a、94a)与所述流路密封部之间，在所述阻止旁通凸状部的突出端面上，以位于比所述电极靠外侧的位置的方式设置有旁通密封部件(83、122)。
在上述的发电电池中，可以为，所述阻止旁通凸状部的突出端面包括内侧端面(78、116)和外侧端面(80、118)，其中，所述内侧端面(78、116)朝向所述电极的外周部；所述外侧端面(80、118)在离开所述树脂框部的状态下位于比所述电极靠外侧的位置，所述旁通密封部件设置于所述外侧端面。
在上述的发电电池中，可以为，所述旁通密封部件接触或者接近所述2个电极中的1个电极。
在上述的发电电池中，可以为，所述旁通密封部件位于所述2个电极中的1个电极的所述外周部与所述密封筋条部的内侧侧部(66a、104a)之间。
在上述的发电电池中，可以为，所述旁通密封部件由橡胶材料构成。
在上述的发电电池中，可以为，所述旁通密封部件接近所述树脂框部的外表面(40a、42a)。
在上述的发电电池中，可以为，所述流路密封部包括树脂密封部件(68、106)，该树脂密封部件(68、106)设置于所述密封筋条部的突出端面，所述旁通密封部件的构成材料与所述树脂密封部件的构成材料相同。
在上述的发电电池中，可以为，所述阻止旁通凸状部沿所述反应气体流路的所述反应气体的流通方向设置有多个，所述旁通密封部件被设置于多个所述阻止旁通凸状部中的至少最接近所述反应气体流路的入口的阻止旁通凸状部上。
在上述的发电电池中，可以为，所述阻止旁通凸状部以连接所述流路宽度方向端部和所述密封筋条部的内侧侧部的方式延伸，所述突出端面中的与所述密封筋条部的所述内侧侧部相邻的部分具有凹部(82、120)。

Claims (10)

1.一种发电电池(10)，该发电电池(10)具有膜电极组件(22)、树脂框部(24)和2个隔板部件(16、18)，其中，所述膜电极组件(22)包括电解质膜(26)和被配置在该电解质膜的两侧的2个电极(28、30)；所述树脂框部(24)以从所述膜电极组件的外周部向外侧突出的方式被设置于该外周部；所述2个隔板部件(16、18)被配置在所述膜电极组件的两侧，
该发电电池的特征在于，
所述2个隔板部件分别具有金属板状的隔板主体(54、90)，
所述隔板主体具有反应气体流路(56、92)和流路密封部(64、102)，其中，
所述反应气体流路(56、92)供反应气体从该隔板主体的一端向另一端沿所述电极的发电区域(46)流动，
所述流路密封部(64、102)在与所述树脂框部接触的状态下包围所述反应气体流路来防止所述反应气体泄漏，
所述流路密封部包括密封筋条部(66、104)，该密封筋条部(66、104)以从所述隔板主体突出并且通过隔板厚度方向的压缩载荷发生弹性变形的方式一体成型于所述隔板主体，
在所述隔板主体上，以向所述膜电极组件突出的方式一体成型有阻止旁通凸状部(70、108)，该阻止旁通凸状部(70、108)用于防止所述反应气体流入所述反应气体流路的流路宽度方向端部(58a、94a)与所述流路密封部之间，
在所述阻止旁通凸状部的突出端面上，以位于比所述电极靠外侧的位置的方式设置有旁通密封部件(83、122)。
2.根据权利要求1所述的发电电池，其特征在于，
所述阻止旁通凸状部的突出端面包括内侧端面(78、116)和外侧端面(80、118)，其中，
所述内侧端面(78、116)朝向所述电极的外周部；
所述外侧端面(80、118)在离开所述树脂框部的状态下位于比所述电极靠外侧的位置，
所述旁通密封部件设置于所述外侧端面。
3.根据权利要求1所述的发电电池，其特征在于，
所述旁通密封部件接触或者接近所述2个电极中的1个电极。
4.根据权利要求1所述的发电电池，其特征在于，
所述旁通密封部件位于所述2个电极中的1个电极的所述外周部与所述密封筋条部的内侧侧部(66a、104a)之间。
5.根据权利要求1所述的发电电池，其特征在于，
所述旁通密封部件由橡胶材料构成。
6.根据权利要求1所述的发电电池，其特征在于，
所述旁通密封部件接近所述树脂框部的外表面(40a、42a)。
7.根据权利要求1所述的发电电池，其特征在于，
所述流路密封部包括树脂密封部件(68、106)，该树脂密封部件(68、106)设置于所述密封筋条部的突出端面，
所述旁通密封部件的构成材料与所述树脂密封部件的构成材料相同。
8.根据权利要求1所述的发电电池，其特征在于，
所述阻止旁通凸状部沿所述反应气体流路的所述反应气体的流通方向设置有多个，
所述旁通密封部件被设置于多个所述阻止旁通凸状部中的至少最接近所述反应气体流路的入口的阻止旁通凸状部上。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的发电电池，其特征在于，
所述阻止旁通凸状部以连接所述流路宽度方向端部和所述密封筋条部的内侧侧部的方式延伸，
所述突出端面中的与所述密封筋条部的所述内侧侧部相邻的部分具有凹部(82、120)。
10.根据权利要求9所述的发电电池，其特征在于，
所述旁通密封部件被安装在所述凹部的底面上。
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