CN1321475C - 燃料电池 - Google Patents

燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN1321475C
CN1321475C CNB2004100861064A CN200410086106A CN1321475C CN 1321475 C CN1321475 C CN 1321475C CN B2004100861064 A CNB2004100861064 A CN B2004100861064A CN 200410086106 A CN200410086106 A CN 200410086106A CN 1321475 C CN1321475 C CN 1321475C
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow path
gas flow
stream
side gas
dividing plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004100861064A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1612389A (zh
Inventor
吉本保则
井崎博和
滨田阳
富贺见有吾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Publication of CN1612389A publication Critical patent/CN1612389A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1321475C publication Critical patent/CN1321475C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0265—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供一种燃料电池，在燃料电池(100)中，使隔板(34)的燃料极侧气体流路(38)夹隔单电池(50)与隔板(36)的平坦面相面对。另外，使隔板(36)的空气极侧气体流路(40)夹隔单电池(50)与隔板(34)的平坦面相面对。根据本发明，可以使燃料电池的输出稳定。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及一种燃料电池。
背景技术
近年来，能量转换效率高并且不会因发电反应而产生有害物质的燃料电池受到关注。作为此种燃料电池的一种，已知有在100℃以下的低温下动作的固体高分子型燃料电池。
固体高分子型燃料电池是具有以将作为电解质膜的固体高分子膜配置在燃料极和空气极之间的膜电极接合体(以下称为MEA)作为基本构造，向燃料极供给含有氢的燃料气体，向空气极供给含有氧的氧化剂气体，利用以下的电化学反应进行发电的装置。
燃料极：H2→2H++2e-  (1)
空气极：1/2O2+2H++2e-→H2O  (2)
燃料极中，所供给的燃料中所含的氢如所述式(1)所示，被分解为氢离子和电子。其中的氢离子在固体高分子电解质膜的内部向空气极移动，电子通过外部电路向空气极移动。另一方面，空气极中，向空气极供给的氧化剂气体中所含的氧与从燃料极移动过来的氢离子及电子反应，如所述式(2)所示，生成水。像这样，由于外部电路中，电子从燃料极向空气极移动，因此就可以输出电能。
另外，在燃料极及空气极的外侧设有隔板。在燃料极侧的隔板上设有燃料气体流路，向燃料极供给燃料气体。同样，在空气极侧的隔板上也设有氧化剂气体流路，向空气极供给氧化剂气体。另外，在这些隔板之间，设有用于冷却电极的冷却水的流路。
这里，为了使燃料电池在家庭中普及，要求小型、轻量并且输出特性及稳定性高。所以，正在进行对夹隔隔板而层叠了此种燃料电池的燃料电池组的研究(专利文献1)。专利文献1中，记载有通过设法在形成于隔板上的流路的平面配置上下工夫而使燃料电池的特性提高的情况。但是，以往的燃料电池组中，从发挥稳定的输出的观点来看，仍有改良的余地。
[专利文献1]特开2001-57219号公报
发明内容
本发明是鉴于所述情况而提出的，其目的在于，提供使燃料电池的输出稳定的技术。
本发明人从稳定地发挥燃料电池的输出的观点出发进行了深入研究。结果发现如下的现象，即，由于MEA朝向形成于燃料电池的隔板的表面的流路的深度方向突出，因此与流路的延伸方向垂直的截面积的大小在流路之间就有不均。对于该现象，将参照图9～图11进行说明。
图9～图11是示意性地表示用2张隔板夹持了MEA的两面的状态的剖面图。图9中，从第一隔板62及第二隔板64的两侧向MEA60施加压力。这里，在第一隔板62中，形成了流路66的区域从压力中被解放出来。所以，形成了流路66的区域中，未对MEA60施加来自图中上方的压力，MEA60向图中上方突出，在流路66中形成MEA的侵占部68。此外，当侵占部68的大小在每个流路66中有不均时，就会在流路66的截面积上产生不均。由于侵占部68的截面积越大，则对于反应气体的供给有效的流路66的截面积就越减少，因此流路阻力增大，反应气体难以流动，从而使反应气体的稳定供给变得困难。
这里，专利文献1的以往技术的部分中，如图8所示，记载有如下构成的燃料电池，即，在设于单电池的两面的2片隔板的各自上形成等间隔的流路，流路之间被相面对配置(专利文献1、图8)。但是，本发明人的研究的结果是，当像这样2张隔板的流路的间隔相等而流路之间被相面对配置时，由于电极的突出的程度较大，因此容易产生截面积的不均。
另一方面，作为以所需的流量分别供给燃料气体及空气的方法，也考虑使2张隔板的流路的间隔不同。但是，当流路的间隔在燃料气体侧和空气侧不同时，通常的设计中，在一方的隔板上形成的流路就会如图10所示，产生与另一方的隔板的流路相面对的情况，如图9所示，产生与另一方的隔板的流路以外的区域相面对的情况，及如图11所示，产生与另一方的隔板的流路的一部分相面对的情况。所以，就容易在向覆盖流路的电极上施加的压力中产生不均，从而在电极的突出的程度上产生不均。所以，该情况下，也容易产生截面积的不均。
另外，本发明人研究的结果发现，如上所示，当在设于隔板上的流路的截面积中产生不均时，就无法向MEA的全面稳定地供给燃料气体或空气，从而妨碍燃料电池的输出的稳定化。所以，本发明人为了抑制在流路的截面积中产生不均而进行了研究，完成了本发明。
根据本发明，提供具有如下特征的燃料电池，即，具有包括电解质及配设于该电解质的两面的一对电极的膜电极接合体、夹持所述膜电极接合体的第一隔板及第二隔板，在所述第一隔板上，设有由对于与所述膜电极接合体的接触面呈凹状形成的多个凹部构成的第一流路，在所述第二隔板上，设有由对于与所述膜电极接合体的接触面呈凹状形成的多个凹部构成的第二流路，所述第一隔板的所述凹部夹隔所述膜电极接合体而与所述第二隔板的所述接触面相面对，所述第二隔板的所述凹部夹隔所述膜电极接合体而与所述第一隔板的所述接触面相面对。
本发明的燃料电池形成膜电极接合体被与之接触设置的第一隔板及第二隔板夹持的构成。此外，是第一隔板的凹部与第二隔板的接触面相面对，第二隔板的凹部与第一隔板的接触面相面对的构成。形成设于第一隔板上的凹部与设于第二隔板上的凹部不相面对的构成。所以，就可以抑制在膜电极接合体向凹部突出的程度中产生不均。这样就可以很好地抑制流路的截面积因膜电极接合体的侵占而产生不均的情况。所以，可以抑制在第一流路及第二流路中移动的流体的流量的不均。由此就可以稳定地运转燃料电池。
本发明的燃料电池中，构成所述第一流路的多个所述凹部及构成所述第二流路的多个所述凹部可以采用被朝一个方向延伸而相互平行地设置的构成。
另外，本发明的燃料电池中，所述第一隔板及所述第二隔板也可以分别具有由相互平行的多个凹部构成的直线流路。
当流路为直线时，就会因由电极的突出而产生的流路的截面积的不均而容易在流路之间在气体供给量上产生偏差。像专利文献1中记述的燃料电池那样，当在流路中存在角部时，由于在角部和直线区域中流路的截面积不同，因此由膜电极接合体侵占而造成的流路的截面积的不均的影响较小。与之相反，在朝向一个方向延伸的直线流路的情况下，由膜电极接合体突出造成的流路的截面积的不均的影响会对在流路中移动的流体的供给量产生显著的影响。
根据本发明的构成，是第一流路与另一个隔板的流路以外的平面相面对的构成。由此，在流路为直线的情况下，就可以很好地抑制流路的截面积的不均。由此就可以像膜电极接合体的全面稳定地供给流体。这样就可以稳定地发挥燃料电池的输出。
本发明的燃料电池中，构成所述第一流路的多个所述凹部及构成所述第二流路的多个所述凹部也可以分别具有近似相同的截面形状，分别以一定的间隔形成。通过这样设置，就可以向膜电极接合体的全面稳定地供给所需的量的流体。
本发明的燃料电池中，可以采用所述第一流路的间隔和所述第二流路的间隔不同的构成。通过这样设置，就可以向位于第一隔板及第二隔板各自一侧的电极分别稳定地供给所需的量的流体。由此就可以使燃料电池的输出特性进一步提高。
本发明的燃料电池中，构成所述第一流路的所述凹部的深度尺寸也可以在构成所述第一流路的所述凹部的宽度尺寸以上。通过这样设置，就可以降低第一流路的深度方向的电极的突出的比例。由此就可以很好地抑制由电极突出造成的流路的截面积的减少。这样就可以使燃料电池的输出进一步稳定化。
而且，将以上的构成要素的任意的组合或本发明的构成要素或表现，在方法、装置之间相互置换了的方案，也作为本发明的方式而有效。
如上说明所示，根据本发明，可以使燃料电池的输出稳定。
附图说明
图1是示意性地表示实施方式的燃料电池的构成的剖面图。
图2是示意性地表示构成实施方式的燃料电池的隔板及单电池的构成的分解立体图。
图3是表示实施方式的燃料电池用隔板的构成的剖面图。
图4是表示实施方式的燃料电池用隔板的构成的剖面图。
图5是表示实施方式的燃料电池用隔板的构成的剖面图。
图6是表示实施方式的燃料电池用隔板的构成的剖面图。
图7是说明实施方式的燃料电池用隔板的制造方法的图。
图8是示意性地表示以往的燃料电池的构成的剖面图。
图9是示意性地表示用2片隔板夹持MEA的两面的状态的剖面图。
图10是示意性地表示用2片隔板夹持MEA的两面的状态的剖面图。
图11是示意性地表示用2片隔板夹持MEA的两面的状态的剖面图。
其中，20-固体高分子电解质膜，22-燃料极，24-空气极，26-催化层，28-气体扩散层，30-催化层，32-气体扩散层，34-隔板，36  隔板，38-燃料极侧气体流路，40-空气极侧气体流路，50-单电池，60-MEA，62-第一隔板，64-第二隔板，66-流路，68-侵占部，100-燃料电池，107-燃料供给用第1岐管，109-燃料排出用第1岐管，111-冷却水供给用第1岐管，113-冷却水排出用第1岐管，115-燃料供给用第2岐管，117-燃料排出用第2岐管，155-空气供给用第2岐管，157-空气排出用第2岐管，167-空气供给用第1岐管，169-空气排出用第1岐管，265-模具。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。首先，对本实施方式的固体高分子型燃料电池进行说明。而且，本说明书中，将燃料气体和氧化剂气体合并而恰当地称为「反应气体」。
图1是示意性地表示本发明的实施方式的燃料电池100的剖面构造的图。燃料电池100具有平板状的单电池50，在该单电池50的两侧设有隔板34及隔板36。该例中虽然仅表示一个单电池50，但是也可以夹隔隔板34及隔板36，层叠多个单电池50而构成燃料电池100。单电池50具有固体高分子电解质膜20、燃料极22及空气极24。单电池50相当于图9的MEA60。也可以将燃料极22及空气极24称为「气体扩散电极」。燃料极22具有层叠了的催化层26及气体扩散层28，同样，空气极24也具有层叠了的催化层30及气体扩散层32。燃料极22的催化层26和空气极24的催化层30被按照夹隔固体高分子电解质膜20而相面对的方式设置。
在设于燃料极22的一侧的隔板34上在与燃料极相面对的一方的面上设有燃料极侧气体流路38，穿过该燃料极侧气体流路38向单电池50供给燃料气体。同样，在设于空气极24的一侧的隔板36上也设有空气极侧气体流路40，穿过该空气极侧气体流路40而向单电池50供给氧化剂气体。具体来说，在燃料电池100运转时，从燃料极侧气体流路38向燃料极22供给燃料气体，例如供给氢气，从空气极侧气体流路40向空气极24供给氧化剂气体，例如供给空气。这里，燃料极侧气体流路38与隔板36的未形成空气极侧气体流路40的区域相面对，空气极侧气体流路40与隔板34的未形成燃料极侧气体流路38的区域相面对。
这样，在单电池50内就产生发电反应。当穿过气体扩散层28向催化层26供给氢气体时，气体中的氢就变为质子，该质子在固体高分子电解质膜20中向空气极24侧移动。此时被放出的电子在外部电路中移动，从外部电路流入空气极24。另一方面，当穿过扩散层32向催化层30供给空气时，氧就与质子结合而变为水。其结果是，在外部电路中，电子就从燃料极22朝向空气极24流动，从而可以输出电能。而且，在隔板34的另一方的面上，设有冷却水流路。
图2是构成燃料电池100的隔板34、单电池50及隔板36的分解立体图。图1与图2的A-A’剖面图对应。
图2中，隔板36的表面形成平滑面。另外，在隔板36的背面，如图中虚线所示，形成有相互平行的多条空气极侧气体流路40。空气极侧气体流路40与空气供给用第2岐管155及空气排出用第2岐管157连通。空气供给用第2岐管155与空气供给用第1岐管167连通，空气排出用第2岐管157与空气排出用第1岐管169连通。从外部向空气供给用第1岐管167供给的空气经由空气供给用第2岐管155，在空气极侧气体流路40中移动，经由空气排出用第2岐管157从空气排出用第1岐管169向外部排出。
在隔板34的表面，形成有相互平行的多条燃料极侧气体流路38。燃料极侧气体流路38与燃料供给用第2岐管115及燃料排出用第2岐管117连通。燃料供给用第2岐管115与燃料供给用第1岐管107连通，燃料排出用第2岐管117与燃料排出用第1岐管109连通。从外部向燃料供给用第1岐管107供给的燃料经由燃料供给用第2岐管115，在燃料极侧气体流路38中移动，经由燃料排出用第2岐管117，从燃料排出用第1岐管109向外部排出。另外，虽然未图示，但是在隔板34的背面，形成有与冷却水供给用第1岐管111及冷却水排出用第1岐管113连通的冷却水流路。
如图2中示例所示，隔板34或隔板36的形状例如可以采用矩形。另外，多条燃料极侧气体流路38或空气极侧气体流路40例如也可以在隔板34或隔板36的矩形的区域内被相互平行地设置。
形成了燃料极侧气体流路38或空气极侧气体流路40的矩形的边的比可以设为，短边方向比长边方向为例如1比2～1比6左右。其理由如下。受到限制的隔板的大小之中，为了使向隔板供给的燃料气体有效地参与反应，最好减少流路数，增大在流路中流动的燃料气体的流速。另外，由于燃料气体或空气通常被加湿而向隔板供给，因此从将滞留在流路内的冷凝水吹散并排出的效果的观点考虑，最好流速较大。根据以上考虑，本发明人进行了研究，结果清楚地发现，通过采用所述的边的比例，可以实现发电效率高的燃料电池。
隔板34的燃料极侧气体流路38夹隔单电池50而与隔板36的平坦面相面对。同样，隔板36的空气极侧气体流路40夹隔单电池50而与隔板34的平坦面相面对。由此，就按照使燃料极侧气体流路38和空气极侧气体流路40不相面对的方式构成隔板34及隔板36。通过采用此种构成，就可以在燃料极侧气体流路38或空气极侧气体流路40中，很好地抑制由单电池50向流路侧突出造成的流路的截面积的偏差。所以就可以抑制氢气或空气的供给量的在流路之间的偏差。这样就可以向单电池50整体稳定地供给氢气或空气。所以就可以使燃料电池稳定地运转。
而且，以往的燃料电池中，如所述图8所示，通常采用使设于单池6的两侧的气体流路10和气体流路11相面对的配置的构成。另外，未形成基于不使气体流路10和气体流路11相面对的构成的设想的构成。
另一方面，本实施方式中，基于不使燃料极侧的气体流路和空气极侧的气体流路相面对的构成的设想，通过使形成于隔板34和隔板36中的一方的流路相互与另一方的接触面相面对的构成，形成流路之间不相面对、流路与平坦的面相面对的构成。所以，由于单电池50落入燃料极侧气体流路38或空气极侧气体流路40中的程度被均匀化，因此就可以将每条流路的压力损失均匀化。这样就可以将每条流路的反应气体的分配均匀化。所以就可以使燃料电池的输出稳定地发挥。
图3～图6是表示关于隔板34和隔板36的组合的构成例的图。这些图是表示与流路的延伸方向垂直的剖面的图。图3～图6中，为了说明燃料极侧气体流路38和空气极侧气体流路40的配置，将设于隔板34和隔板36之间的单电池50省略。
图3～图6中，A表示隔板36的流路形成区域的宽度。B表示隔板34的流路形成区域的宽度。C表示空气极侧气体流路40的宽度。D表示空气极侧气体流路40的间隔。E表示燃料极侧气体流路38的宽度。F表示燃料极侧气体流路38的间隔。G表示空气极侧气体流路40的深度。H表示燃料极侧气体流路38的深度。
A及B的值可以根据单电池50的大小及流路的条数适当选择。例如，当将单电池的反应面积设为100cm2时，可以采用40mm以上70mm以下。通过这样设置，在燃料极侧气体流路38或空气极侧气体流路40被形成矩形的区域时，就可以将矩形的短边方向的长度和长边方向的长度的比设为1比2～1比6。空气极侧气体流路40的宽度C及燃料极侧气体流路38的宽度E可以根据单电池50的大小及气体的流量适当设定。例如，可以设为0.3mm以上1mm以下。
空气极侧气体流路40的间隔D及燃料极侧气体流路38的间隔F采用使燃料极侧气体流路38及空气极侧气体流路40相互与对方的隔板的接触面相面对的值。
另外，(空气极侧气体流路40的宽度C+空气极侧气体流路40的间隔D)和(燃料极侧气体流路38的宽度E+燃料极侧气体流路38的间隔F)的比可以设为1比1～1比5左右。另外，它们的比也可以设为1比2～2比3左右。通过采用此种范围，就可以将燃料气体及空气向单电池50整体稳定地供给。
另外，可以采用燃料极侧气体流路38的深度H在燃料极侧气体流路38的宽度E以上的形状。例如，图4中，形成燃料极侧气体流路38的深度H与燃料极侧气体流路38的宽度E相等的构成。这样，就可以抑制由单电池50向燃料极侧气体流路38的深度方向的侵入造成的燃料极侧气体流路38的截面积的不均。由此就可以很好地抑制所供给的燃料气体在燃料极侧气体流路38之间产生不均。同样，可以采用空气极侧气体流路40的深度G大于空气极侧气体流路40的宽度C的构成。
另外，可以将燃料极侧气体流路38的深度H设为燃料极侧气体流路38的宽度E的2倍以下。通过这样设置，就可以使隔板34的厚度不会过度增加。由此就可以使燃料电池小型化、轻量化。另外，对于空气极侧气体流路40，也可以将空气极侧气体流路40的深度G设为空气极侧气体流路40的宽度C的2倍以下。
而且，当为燃料极侧气体流路38的深度H小于燃料极侧气体流路38的宽度E的形状时，最好将燃料极侧气体流路38的宽度E设为燃料极侧气体流路38的深度H的2倍以下。通过这样设置，就可以缩短燃料极侧气体流路38的剖面的水滴接触部的周长。由此，就可以在燃料极侧气体流路38中产生了冷凝水的水滴时，缩小水滴的起动压力。这样就可以抑制因冷凝水滞留在燃料极侧气体流路38中而对反应气体的供给造成妨碍的情况，从而可以向单电池50整体稳定地供给燃料气体。另外，对于空气极侧气体流路40，最好也将空气极侧气体流路40的宽度C设为空气极侧气体流路40的深度G的2倍以下。
隔板34及隔板36的厚度例如可以设为2mm以下。通过这样设置，就可以在将燃料极侧气体流路38及空气极侧气体流路40层叠而形成燃料电池组时，将燃料电池组整体小型化、轻量化。另外，隔板34及隔板36的厚度例如可以设为1mm以上。通过这样设置，就可以充分地确保隔板的强度。
图3～图6所示的隔板34或隔板36都形成燃料极侧气体流路38的断面形状或空气极侧气体流路40的断面形状近似相等的构成。通过像这样采用1张隔板中的多个断面形状近似相等的构成，就可以抑制在气体的供给量中产生变动的情况，从而可以向单电池50的整体稳定地供给气体。由此就可以使燃料电池稳定地运转。
图3所示的隔板34及隔板36的组合中，(空气极侧气体流路40的宽度C+空气极侧气体流路40的间隔D)和(燃料极侧气体流路38的宽度E+燃料极侧气体流路38的间隔F)的比达到1比2。另外，空气极侧气体流路40的宽度C和空气极侧气体流路40的深度G的比达到6比5。另外，燃料极侧气体流路38的宽度E和燃料极侧气体流路38的深度H的比达到5比3。另外，空气极侧气体流路40的宽度C和空气极侧气体流路40的间隔D的比为6比11，燃料极侧气体流路38的宽度E和燃料极侧气体流路38的间隔F的比达到5比29。
图4所示的隔板34及隔板36的组合中，(空气极侧气体流路40的宽度C+空气极侧气体流路40的间隔D)和(燃料极侧气体流路38的宽度E+燃料极侧气体流路38的间隔F)的比达到1比5。另外，空气极侧气体流路40的宽度C和空气极侧气体流路40的深度G的比达到1比1。另外，燃料极侧气体流路38的宽度E和燃料极侧气体流路38的深度H的比达到1比1。另外，空气极侧气体流路40的宽度C和空气极侧气体流路40的间隔D的比为3比5，燃料极侧气体流路38的宽度E和燃料极侧气体流路38的间隔F的比达到3比27。
图5所示的隔板34及隔板36的组合中，(空气极侧气体流路40的宽度C+空气极侧气体流路40的间隔D)和(燃料极侧气体流路38的宽度E+燃料极侧气体流路38的间隔F)的比达到2比3。另外，空气极侧气体流路40的宽度C和空气极侧气体流路40的深度G的比达到1比1。另外，燃料极侧气体流路38的宽度E和燃料极侧气体流路38的深度H的比达到5比3。另外，空气极侧气体流路40的宽度C和空气极侧气体流路40的间隔D的比为5比19，燃料极侧气体流路38的宽度E和燃料极侧气体流路38的间隔F的比达到5比31。
另外，图6所示的隔板34及隔板36的组合中，(空气极侧气体流路40的宽度C+空气极侧气体流路40的间隔D)和(燃料极侧气体流路38的宽度E+燃料极侧气体流路38的间隔F)的比达到1比1。由于燃料极侧气体流路38和空气极侧气体流路40被以等间距形成，因此可以使燃料极22和空气极24的扩散极化相等。另外，空气极侧气体流路40的宽度C和空气极侧气体流路40的深度G的比达到1比1。另外，燃料极侧气体流路38的宽度E和燃料极侧气体流路38的深度H的比达到5比3。另外，空气极侧气体流路40的宽度C和空气极侧气体流路40的间隔D的比为5比20，燃料极侧气体流路38的宽度E和燃料极侧气体流路38的间隔F的比达到5比20。
像这样，图3～图6中，多条燃料极侧气体流路38被以等间隔形成。另外，空气极侧气体流路40也被以等间隔形成。通过这样设置，就可以容易地实现燃料极侧气体流路38和空气极侧气体流路40不直接面对的构成。由此就可以可靠地抑制流路的截面积的大小的不均。
另外，图3～图5中，形成燃料极侧气体流路38的间隔和空气极侧气体流路40的间隔不同的构成。通过这样设置，就可以按照使燃料气体及空气的供给量分别达到合适水平的方式进行调节。当燃料极侧气体流路38与空气极侧气体流路40的间隔不同时，在以往的燃料电池中，燃料极侧气体流路38和空气极侧气体流路40夹隔单电池50而相面对的区域、燃料极侧气体流路3 8不与空气极侧气体流路40相面对的区域及燃料极侧气体流路38与空气极侧气体流路40的一部分相面对的区域就会混合存在。与之相反，图3～图5的燃料电池中，由于形成燃料极侧气体流路38不与空气极侧气体流路40相面对的构成，因此就可以可靠地抑制流路的截面积的大小的不均。而且，对于空气极侧气体流路40，同样也按照不与燃料极侧气体流路38相面对的方式构成。
下面以隔板34的情况为例对隔板34及隔板36的制造方法进行说明。对于隔板36，也可以相同地进行制作。图7是用于说明燃料电池用隔板的制造方法的图。
隔板34及隔板36可以由碳粉末和热固化性树脂粉末的混合物成形。此时，由于树脂粉末成为粘结剂，因此成形十分容易，可以获得廉价的板。碳粉末和热固化性树脂粉末的配合比例如可以设为以重量比表示1∶1～19∶1左右。
图7(A)是表示隔板34的制造工序的图。另外，图7(B)是说明其制造的情况的说明图。如图7(A)所示，首先，将石墨粉末和热固化性树脂均匀混合调整而制成特定的混合物(S100)。然后，对该混合物施加2～10MPa的范围的面压，预先冷加工成形为与最终成形形状近似的形状(S101)。然后，将该预备成形体如图7(B)所示，填充在具有特定的最终形状的模具265内(S102)。该状态下，将模具265加热升温至150～170℃，同时使压力机(未图示)动作。此时，如图7(B)所示，通过从箭头f方向施加10～100MPa优选20～50MPa范围的面压(S103)，制造与模具265的形状对应的最终形状的隔板34(S104)。
在如此制造的隔板34中，在将混合物预备成形为与最终形状近似的形状后，将该预备成形体填充在模具265中，并加热升温至1 50～170℃，同时，通过施加10～100MPa(优选20～50MPa)的高成形面压，热固化性树脂就会溶解，并且产生热固化反应，从而可以均质地成形为成形体密度较大的特定形状的隔板34。
而且，在所得的隔板34上，也可以形成用于燃料的供给及排出的燃料供给口(未图示)及燃料排出口(未图示)。另外，也可以在流路形成区域的外周设置密封构件(未图示)。这样就可以在形成燃料电池组时确保隔板之间的密接性。由此就可以防止燃料气体的漏出，从而可以从燃料极侧气体流路38可靠地将燃料气体向单电池50供给。
回到图1，构成单电池50的固体高分子电解质膜20最好在湿润状态下显示出良好的离子传导性，作为使质子在燃料极22及空气极24之间移动的离子交换膜发挥作用。固体高分子电解质膜20由含氟聚合体或非氟聚合体等固体高分子材料形成，例如可以使用磺酸型全氟碳聚合体、聚砜树脂、具有膦酸基或羧酸基的全氟碳聚合体等。作为磺酸型全氟碳聚合体的例子，可以举出Nafion(杜邦公司制：注册商标)112等。另外，作为非氟聚合体的例子，可以举出被磺化了的芳香族聚醚醚酮、聚砜等。
燃料极22的催化层26及空气极24的催化层30最好为多孔膜，由离子交换树脂和担载了催化剂的碳粒子即担载催化剂的碳粒子构成。被担载的催化剂，例如有铂、钌、铑等的1种或混合2种以上的材料。在催化层26和催化层30中既可以使用相同物质，也可以使用不同物质。另外，担载催化剂的碳粒子，例如有乙炔黑、ketjen black等。
离子交换树脂起到将担载了催化剂的碳粒子和固体高分子电解质膜20连接，在两者之间传导质子的作用。离子交换树脂也可以由与固体高分子电解质膜20相同的高分子材料形成。
燃料极22的气体扩散层28及空气极24的气体扩散层32具有将所供给的氢气或空气向催化层26及催化层30供给的作用。另外，还具有使因发电反应产生的电荷向外部电路移动的作用、将水或未反应气体向外部排出的作用。气体扩散层28及气体扩散层32最好由具有电子传导性的多孔体构成，例如由复写纸或碳布(carbon clith)等构成。
下面将举出单电池50的制作方法的一个例子。首先，使用例如浸渍法或胶体法将用于制作燃料极22及空气极24的铂等催化剂金属担载在催化剂担载用碳粒子上。将如此获得的催化剂担载用碳粒子和催化剂金属的复合体称为催化剂担载粒子。
使如此获得的催化剂担载粒子和离子交换树脂分散在溶剂中，生成催化剂料液(ink)。在成为气体扩散层的材料例如复写纸上，涂布所得的催化剂料液，通过加热、干燥，制作成燃料极22及空气极24。涂布方法例如也可以使用刷毛涂布、喷雾涂布、网板印刷、刮刀涂布、转印的技术。
然后，将固体高分子电解质膜20用燃料极22的催化层26和空气极24的催化层30夹持，进行热压而接合。这样就制成单电池50。当用具有软化点或玻璃转化的高分子材料构成固体高分子电解质膜20或催化层26及催化层30的离子交换树脂时，最好在超过软化温度或玻璃转变温度的温度下进行热压。
作为单电池50的其他的制作方法，可以举出以下的例子。既可以通过将催化剂料液直接涂布在固体高分子电解质膜20上并加热、干燥，形成催化层26及催化层30，也可以使用例如喷雾等技术作为涂布方法。也可以在该催化层26及催化层30的外侧配设气体扩散层28及气体扩散层32，通过进行热压而制成单电池50。作为单电池50的其他的制作方法，既可以通过将催化剂料液涂布在特富龙(注册商标)薄片等之上并加热、干燥，形成催化层26及催化层30，也可以使用例如喷雾涂布或网板印刷等技术作为涂布方法。然后，使形成于特富龙上的催化层26及催化层30与固体高分子电解质膜20相面对而夹持，进行热压而接合。其后剥离特富龙薄片，在催化层26及催化层30的外侧配设气体扩散层28及气体扩散层32即可。
以上基于实施方式对本发明进行了说明。这些实施方式为示例性的，对于普通技术人员来说可以理解：可以实现各种变形例，另外这样的变形例也属于本发明的范围中。
例如，以上说明中，虽然采用了燃料极22及空气极24的气体扩散层28及气体扩散层32分别与隔板34及隔板36接触的构成，但是也可以在气体扩散层28和隔板34之间或气体扩散层32和隔板36之间设置其他的层。
另外，以上说明中，虽然以向燃料极供给燃料气体的燃料电池的情况为例进行了说明，但是在直接投入甲醇等液体燃料的类型的燃料电池(DMFC)的情况下，也可以利用以上的实施方式中说明的构成。

Claims (5)

1.一种燃料电池，其特征是，
具有：包括电解质及配设于该电解质的两面的一对电极的膜电极接合体、夹持所述膜电极接合体的第一隔板及第二隔板，
在所述第一隔板上，设有由对于与所述膜电极接合体的接触面呈凹状形成的多个凹部构成的第一流路，
在所述第二隔板上，设有由对于与所述膜电极接合体的接触面呈凹状形成的多个凹部构成的第二流路，
所述第一隔板的所述凹部夹隔所述膜电极接合体而与所述第二隔板的所述接触面相面对，
所述第二隔板的所述凹部夹隔所述膜电极接合体而与所述第一隔板的所述接触面相面对。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征是，构成所述第一流路的多个所述凹部及构成所述第二流路的多个所述凹部被朝一个方向延伸而相互平行地设置。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征是，构成所述第一流路的多个所述凹部及构成所述第二流路的多个所述凹部分别具有近似相同的断面形状，分别被以一定的间隔形成。
4.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征是，所述第一流路的间隔和所述第二流路的间隔不同。
5.根据权利要求3或4所述的燃料电池，其特征是，构成所述第一流路的所述凹部的深度尺寸在构成所述第一流路的所述凹部的宽度尺寸以上。
CNB2004100861064A 2003-10-29 2004-10-19 燃料电池 Expired - Fee Related CN1321475C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003369518A JP3942578B2 (ja) 2003-10-29 2003-10-29 燃料電池
JP2003369518 2003-10-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1612389A CN1612389A (zh) 2005-05-04
CN1321475C true CN1321475C (zh) 2007-06-13

Family

ID=34543824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100861064A Expired - Fee Related CN1321475C (zh) 2003-10-29 2004-10-19 燃料电池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7060383B2 (zh)
JP (1) JP3942578B2 (zh)
KR (1) KR100627749B1 (zh)
CN (1) CN1321475C (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100709223B1 (ko) * 2005-11-09 2007-04-18 삼성에스디아이 주식회사 직접 산화형 연료 전지
JP2007066831A (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Toyota Auto Body Co Ltd 燃料電池
KR100709224B1 (ko) * 2005-11-09 2007-04-18 삼성에스디아이 주식회사 직접 산화형 연료 전지
JP5233184B2 (ja) * 2007-07-03 2013-07-10 日産自動車株式会社 燃料電池用セパレータ
WO2013044923A1 (en) * 2011-09-28 2013-04-04 Vestas Wind Systems A/S Multi bandwidth voltage controllers for a wind power plant
CN105829875B (zh) * 2014-01-31 2019-04-16 株式会社日立高新技术 流动型离子选择性电极、采用该电极的电解质浓度测定装置以及生化自动分析装置
CN107768697B (zh) * 2017-09-05 2021-09-17 江苏清能新能源技术股份有限公司 一种复合双极板的燃料电池结构及燃料电池堆
JP7183328B2 (ja) * 2021-03-29 2022-12-05 本田技研工業株式会社 発電セル及び樹脂枠付き電解質膜・電極構造体

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1271467A (zh) * 1997-07-25 2000-10-25 尤卡碳科技公司 挠性的石墨复合材料
JP2002313361A (ja) * 2001-04-07 2002-10-25 Daimlerchrysler Ag 電気化学的な電池スタック

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1147566A2 (en) * 1998-12-30 2001-10-24 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell fluid flow field plate and methods of making fuel cell flow field plates
US6761990B1 (en) * 1999-01-21 2004-07-13 Asahi Glass Company, Limited Solid polymer electrolyte fuel cell
JP2001057219A (ja) 1999-08-19 2001-02-27 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池
JP4743356B2 (ja) * 2000-05-15 2011-08-10 日清紡ホールディングス株式会社 燃料電池セパレータの製造方法、燃料電池セパレータ及び固体高分子型燃料電池
US6706437B2 (en) * 2001-01-10 2004-03-16 Sgl Carbon Ag Bipolar plates for fuel cell stacks

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1271467A (zh) * 1997-07-25 2000-10-25 尤卡碳科技公司 挠性的石墨复合材料
JP2002313361A (ja) * 2001-04-07 2002-10-25 Daimlerchrysler Ag 電気化学的な電池スタック

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050040781A (ko) 2005-05-03
US7060383B2 (en) 2006-06-13
CN1612389A (zh) 2005-05-04
KR100627749B1 (ko) 2006-09-26
US20050095493A1 (en) 2005-05-05
JP3942578B2 (ja) 2007-07-11
JP2005135708A (ja) 2005-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2711018B2 (ja) 燃料電池
CN100539285C (zh) 燃料电池组
EP1096586B1 (en) Manufacture of electrodes
KR100659132B1 (ko) 연료전지용 막전극 접합체, 그 제조방법 및 이를 채용한연료전지
US6406807B1 (en) Distribution of hydration fluid in a fuel cell
US7285352B2 (en) Separator for fuel cell and fuel cell therewith
WO2002069426A9 (en) Fluid flow field plates for electrochemical devices
KR100528340B1 (ko) 액체연료 혼합장치 및 이를 적용한 직접액체연료 전지
US20070087256A1 (en) Fuel cell
JP2001196076A (ja) 燃料電池用セパレータ
US20080014491A1 (en) Fuel cell
CN1321475C (zh) 燃料电池
CN100392904C (zh) 燃料电池及燃料电池用隔板
KR100670279B1 (ko) 연료전지용 얇은 막전극 접합체 및 이를 채용한 연료전지
US7097931B2 (en) Fluid flow-fields for electrochemical devices
USH2240H1 (en) Membrane electrode assemblies
JPH1116586A (ja) 高分子電解質膜−ガス拡散電極体の製造方法
JP3495668B2 (ja) 燃料電池の製造方法
KR20030091485A (ko) 직접액체 연료 전지의 연료공급방법 및 이를 적용한직접액체연료 전지장치
JP2005142027A (ja) 高分子電解質型燃料電池
JP2001196067A (ja) 固体高分子型燃料電池
JPH0696777A (ja) 固体高分子電解質型燃料電池
JP2004103593A (ja) 燃料電池用電極及び燃料電池
JPH04218267A (ja) 固体電解質型燃料電池
KR20080078377A (ko) 혼합 주입형 연료 전지 및 이를 포함하는 혼합 주입형 연료전지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: ENEOS CELLTECH Co.,Ltd.

Assignor: Sanyo Electric Co.,Ltd.

Contract record no.: 2010990000438

Denomination of invention: High-energy regenerated hydrolead-fuel cell

Granted publication date: 20070613

License type: Exclusive License

Open date: 20050504

Record date: 20100624

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: YINENG NEW FUEL CELL TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., L

Free format text: FORMER OWNER: SANYO ELECTRIC CO., LTD.

Effective date: 20130402

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20130402

Address after: Japan Gunma

Patentee after: ENEOS CELLTECH Co.,Ltd.

Address before: Japan Osaka

Patentee before: Sanyo Electric Co.,Ltd.

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: JX NIPPON OIL + ENERGY CORPORATION

Free format text: FORMER OWNER: YINENG NEW FUEL CELL TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD.

Effective date: 20130812

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
C56 Change in the name or address of the patentee
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: ENEOS CELLTECH Co.,Ltd.

Address before: Japan Gunma

Patentee before: ENEOS CELLTECH Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20130812

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: JX NIPPON OIL & ENERGY Corp.

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: ENEOS CELLTECH Co.,Ltd.

EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract

Assignee: ENEOS CELLTECH Co.,Ltd.

Assignor: Sanyo Electric Co.,Ltd.

Contract record no.: 2010990000438

Date of cancellation: 20130926

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20161207

Address after: Kyoto Japan

Patentee after: KYOCERA Corp.

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: JX Nippon Oil & Energy Corp.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070613

Termination date: 20171019

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee