專利名稱：燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及對(duì)燃料電池的電池結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
燃料電池通常具有一對(duì)電極，這對(duì)電極包括陽(yáng)極和陰極，它們夾住膜電解質(zhì)。含氫的燃料氣體供應(yīng)給陽(yáng)極。含氧的氣態(tài)氧化劑供應(yīng)給陰極。在膜電解質(zhì)的表面上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電壓。
在陽(yáng)極上發(fā)生等式(1)所示的反應(yīng)。
(1)在陰極上發(fā)生等式(2)所示的反應(yīng)。
(2)氫氣或由氫存儲(chǔ)裝置提供的含氫燃料氣體用作燃料氣體。燃料氣體是從對(duì)例如天然氣、甲醇或汽油進(jìn)行重整操作所得到的富氫氣體?？諝饪捎米鳉鈶B(tài)氧化劑。
在原有技術(shù)的例子中，各包括催化劑層和氣體擴(kuò)散層的兩個(gè)氣體擴(kuò)散電極設(shè)置成陽(yáng)極和陰極，并夾住膜電解質(zhì)，形成“膜電極組件”(MEA)。設(shè)置集流體以作為在氣體擴(kuò)散電極的外側(cè)上的通道形成構(gòu)件。通過(guò)層疊各含有MEA的單電池、夾住MEA的一對(duì)集流體和用于分開相鄰單電池的隔板，由此形成燃料電池堆。通常來(lái)說(shuō)，集流體和隔板一體化為被稱作雙極板的板狀構(gòu)件。
雙極板用作導(dǎo)電構(gòu)件，用于在單電池之間形成電連接。同時(shí)用作用于分離分別供應(yīng)給陽(yáng)極和陰極的氣體的間壁并具有保持氣體流動(dòng)通道的作用。由于需要維持氣體流動(dòng)的均勻性，因此雙極板必須采用非常精確地加工操作制造。
從水管理的觀點(diǎn)出發(fā)，雙極板有時(shí)是多孔的。水管理表示生成水的再生和在燃料電池中氣體的加濕。通常利用在雙極板上/中形成的純水通道中流動(dòng)的純水潤(rùn)濕雙極板。換句話說(shuō)，水流入雙極板的多孔部分。當(dāng)潤(rùn)濕的雙極板與在氣體通道中的干氣體接觸時(shí)，如果供應(yīng)氣體的蒸汽壓沒有達(dá)到飽和蒸汽壓，那么水會(huì)從多孔部分蒸發(fā)出來(lái)。并且，由于將氣體通道內(nèi)的壓力設(shè)定成高于在純水通道內(nèi)的壓力，因此作為等式(1)和(2)的結(jié)果而生成的水被吸入多孔雙極板中。以此方式，從氣體通道中去除了過(guò)量的水，并且能夠防止阻塞氣體通道。
但是，由于為了上述水管理而采用的雙極板的低機(jī)械強(qiáng)度，因此存在著制造難度。
1999年日本專利局出版的JP特開平11-283636公開了通過(guò)層疊具有線形狹縫的板和平板而形成的雙極板。1995年日本專利局出版的JP特開平7-45294公開了包含集流體的多個(gè)薄件，這些薄件設(shè)置在用作隔板的平板上的間隔處。薄件確定氣體通道。
發(fā)明概述然而，在JP特開平11-283636所公開的原有技術(shù)中，由于管路的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此增加了氣體采取路徑的復(fù)雜性，從而增加了壓降。當(dāng)利用多孔雙極板進(jìn)行上述的水管理時(shí)，必須在所有時(shí)間保持在純水通道和氣體通道之間的固定和精確壓力差。然而，當(dāng)從管路到氣體通道的路徑具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，難以維持壓力差。
另外，雖然由JP特開平7-45294公開的原有技術(shù)中的氣體通道并不復(fù)雜，但是由于以精確的方式在平板上一個(gè)接一個(gè)地設(shè)置極窄的通道，因此也增加了制造成本。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種低成本的燃料電池，以減少供應(yīng)到燃料電池的氣體的壓力損失。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種燃料電池，該燃料電池具有陽(yáng)極、陰極和被陽(yáng)極和陰極夾住的膜電解質(zhì)，并通過(guò)在供應(yīng)至陰極的氣態(tài)氧化劑和供應(yīng)至陽(yáng)極的燃料氣體之間的電化學(xué)反應(yīng)在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。該燃料電池包括各包括平板狀多孔體的兩個(gè)隔板，這兩個(gè)隔板被設(shè)置成夾住兩個(gè)電極，這兩個(gè)隔板可透過(guò)水；設(shè)置在陽(yáng)極和一隔板之間的第一集流體，該第一集流體和所述一隔板形成允許燃料氣體流動(dòng)的第一氣體通道；設(shè)置在陰極和另一隔板之間的第二集流體，該第二集流體和該另一隔板形成允許氣態(tài)氧化劑流動(dòng)的第二氣體通道。
另外，本發(fā)明還提供一種制造燃料電池的方法，包括由多孔板形成隔板；設(shè)置集流體板，該集流體板包括集流體并具有比隔板更大的表面積；在集流體板上設(shè)置形成氣體通道的狹縫；將集流體板固定到隔板的一側(cè)以形成雙極板，使得隔板不覆蓋狹縫的端部；切掉集流體板上未被隔板覆蓋的部分；以及將陽(yáng)極、陰極、膜電解質(zhì)和雙極板層疊。制造燃料電池的方法可進(jìn)一步包括設(shè)置另一集流體板，該集流體板包括集流體并具有比隔板更大的表面積；在所述另一集流體板上設(shè)置形成純水通道的狹縫；將所述另一集流體板固定到隔板的另一側(cè)，使得隔板不覆蓋狹縫的端部；切掉所述另一集流體板不被隔板覆蓋的部分。
本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容和其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在說(shuō)明書的剩余部分列出并示于附圖中。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是在燃料電池堆中單電池的示意性分解透視圖。
圖2是表示純水通道結(jié)構(gòu)的單電池截面示意圖。
圖3A和3B是表示在具有外部管路的燃料電池的陽(yáng)極側(cè)/陰極側(cè)上的隔板和集流體板的平面圖。這些圖表示在切掉集流體構(gòu)件的連接部分之前的集流體板。
圖4A和4B是表示在具有外部管路的燃料電池的陽(yáng)極側(cè)/陰極側(cè)上的隔板和集流體板的平面圖。這些圖表示在切掉集流體構(gòu)件的連接部分之前的集流體板。
圖5A表示在形成內(nèi)部管路之前燃料電池的典型隔板和典型集流體板的平面圖。圖5B表示在形成內(nèi)部管路之前燃料電池的另一典型隔板和另一典型集流體板的平面圖。圖5C表示在形成內(nèi)部管路之后燃料電池的典型隔板和典型集流體板的平面圖。圖5D表示在形成內(nèi)部管路之后燃料電池的另一典型隔板和另一典型集流體板的平面圖。
圖6是具有外部管路的燃料電池堆的截面圖。
圖7A和7B是其截面不可透過(guò)氣體的雙極板的透視圖。
圖8A-8C是以相互接觸方式放置的集流體和隔板的透視圖。
圖9是具有外部管路的燃料電池的氣體通道的截面圖。圖9A是平行于用于燃料氣體的氣體通道的截面圖。圖9B是平行于用于氣態(tài)氧化劑通道的氣體通道的截面圖。截面圖沿圖9A中的線B-B取向。
如上所述，雖然為了表示的更清楚將圖形應(yīng)用于含燃料電池的構(gòu)件，但是圖形不表示任意數(shù)量的構(gòu)件。
優(yōu)選實(shí)施方式的描述圖1表示采用了本發(fā)明的燃料電池堆的單電池結(jié)構(gòu)。
在電池的最外部分上設(shè)置由多孔體如碳體形成的隔板1、7。隔板1、7將氣體通道12、13與下述的純水通道10、11分開。通常來(lái)說(shuō)，由于在電池中產(chǎn)生的熱量使得在氣體通道12、13的入口處氣體的飽和蒸汽壓和溫度都增加。因此，隔板1、7趨于使氣流的上游變干。由于孔的毛細(xì)作用和水的濃度梯度，使得從下游部分吸收的水移向在隔板1、7中的干上游部分。在這種情況下，通過(guò)使隔板1、7中孔的尺寸在氣流的上游部分與氣流的下游部分的不同，可以促進(jìn)水的移動(dòng)。因此，優(yōu)選孔的尺寸在隔板1、7的不同部分上變化。在隔板1、7中孔的尺寸可以是相對(duì)于氣流的上游大、相對(duì)于氣流的下游小。
在隔板1上設(shè)置集流體2。集流體2包括多個(gè)大致方形桿(square-pole)構(gòu)件2a(第一集流體構(gòu)件)，這些構(gòu)件橫向地或縱向地設(shè)置在隔板1的表面上。以相同方式，在隔板7上設(shè)置集流體6。集流體6包括多個(gè)大致方形桿(square-pole)構(gòu)件6a(第二集流體構(gòu)件)，這些構(gòu)件橫向地或縱向地設(shè)置在隔板7的表面上。通過(guò)以相等的間隔相互平行地設(shè)置多個(gè)大致方形桿構(gòu)件2a，在陽(yáng)極側(cè)上的大致方形桿構(gòu)件2a之間的空間中形成了氣體通道12。通過(guò)以相等的間隔相互平行地設(shè)置多個(gè)大致方形桿構(gòu)件6a，在陰極側(cè)上的大致方形桿構(gòu)件6a之間的空間中形成了氣體通道13。將大致方形桿構(gòu)件2a、6a設(shè)置成使得陰極側(cè)氣體通道與陽(yáng)極側(cè)氣體通道交叉。
大致方形桿構(gòu)件2a、6a優(yōu)選是不能透過(guò)水或濕氣的固體構(gòu)件，這種固體構(gòu)件由復(fù)合材料(含樹脂的碳)形成，包含較大百分比的碳和較小百分比的樹脂(塑料)。該樹脂防止在復(fù)合材料中的水移動(dòng)。
大致方形桿構(gòu)件2a、6a可由多孔材料例如多孔碳制成，盡管與固體構(gòu)件的強(qiáng)度相比它們的強(qiáng)度較低。
相應(yīng)于陽(yáng)極的氣體擴(kuò)散電極3和相應(yīng)于陰極的氣體擴(kuò)散電極5設(shè)置在集流體2、6的內(nèi)側(cè)、夾住膜電解質(zhì)4。由氣體通道12、13供應(yīng)的氣體向在氣體擴(kuò)散電極3、5中的膜電解質(zhì)4擴(kuò)散。通過(guò)由膜電解質(zhì)4作為媒介引起的離子交換，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。
將多個(gè)上述單電池層疊，從而形成燃料電池堆。
如圖2所示，通過(guò)由多孔體形成的隔板1將純水通道10與陽(yáng)極氣體通道12分離。同樣，通過(guò)由多孔體形成的隔板7將純水通道11與陰極氣體通道13分離。純水通道10、11是同樣的。在隔板1、7的外表面上形成純水通道10、11。將隔板1、7的外表面定義為與膜電解質(zhì)4相反的面(遠(yuǎn)離膜電解質(zhì)4的面)。隔板1、7的內(nèi)表面定義為接近膜電解質(zhì)4的面。
以相等間隔設(shè)置多個(gè)矩形桿狀構(gòu)件2b、6b，從而以橫向或縱向方式與隔板1、7的外表面交叉。兩個(gè)相鄰的隔板1、7和兩個(gè)矩形桿狀構(gòu)件2b限定純水通道10。兩個(gè)相鄰的隔板1、7和兩個(gè)矩形桿狀構(gòu)件6b限定純水通道11。
由于純水流入純水通道10、11，因此純水被由多孔材料制成的隔板1、7吸收。隔板1防止氣體從陽(yáng)極氣體通道12泄漏到純水通道10中。隔板7防止氣體從陰極氣體通道13泄漏到純水通道11中。當(dāng)供應(yīng)到氣體通道12的燃料氣體或供應(yīng)到氣體通道13的氣態(tài)氧化劑的增濕水平(level of the humidification)低，純水從隔板1、7的表面蒸發(fā)出來(lái)，控制供應(yīng)氣體的增濕水平。當(dāng)通過(guò)等式(1)和(2)所示的反應(yīng)產(chǎn)生過(guò)量的水時(shí)，通過(guò)將純水通道10(11)中的壓力設(shè)定成低于氣體通道12(13)中的壓力，從而使過(guò)量的水吸入隔板7中。
以此方式，由于由多孔體形成的隔板1、7表示獨(dú)立于形成通道的集流體2、6的單獨(dú)元件，因此可以制造不需要機(jī)械加工成本的雙極板70。尤其是，由于采用低機(jī)械強(qiáng)度的多孔體的隔板1、7的形狀是平板，因此隔板1、7能夠以比較簡(jiǎn)單的方式制造，允許元件形狀的流線型。
由于在隔板1、7的外表面上形成了純水通道10、11，因此由多孔體形成的隔板1、7恒定為潤(rùn)濕狀態(tài)，并維持不可透過(guò)氣體的狀態(tài)。與此同時(shí)，當(dāng)氣體變干時(shí)，從純水通道10、11吸入多孔體的孔中的純水蒸發(fā)到氣體中，氣體變濕。當(dāng)由燃料電池反應(yīng)(1)和(2)生成過(guò)量水時(shí)，多孔體吸收那些水。
接下來(lái)，描述制造氣體通道12、13的方法?？梢圆捎门c氣體通道12、13相同的構(gòu)造方法形成純水通道10、11。
首先，描述形成與外部管路19連接的氣體通道12、13的方法。在單電池的外側(cè)上、也就是說(shuō)在集流體、隔板、電極和膜電解質(zhì)的外側(cè)上設(shè)置用于分布?xì)怏w的外部管路19。
如圖3A所示，利用沖孔操作設(shè)置形成氣體通道12的狹縫20。在由用于集流體6中的材料制成的集流體板14上以相等間隔設(shè)置狹縫20。以相同方式，如圖3B所示，利用沖孔操作在由用在集流體6中的材料制成的集流體板15上以相等間隔設(shè)置形成氣體通道13的狹縫20。
參見圖3，集流體板14在縱向30上比隔板1更長(zhǎng)。在集流體14上形成以縱向30延伸的狹縫20，使得集流體板14的形狀呈梯狀或柵格狀。集流體板14的狹縫20在縱向30上略長(zhǎng)于隔板1。參見圖3B，集流體板15在橫向40上長(zhǎng)于隔板1。在橫向40上延伸的狹縫20形成為在集流體板15上的氣體通道。集流體板15的狹縫20略長(zhǎng)于隔板7。
在利用沖孔操作形成狹縫20以后，關(guān)閉氣體通道12、13的端部。這是由于以下事實(shí)通過(guò)在兩端設(shè)置的連接部分21連接包括集流體2的大致方形桿2a，以及通過(guò)在兩端設(shè)置的連接部分22連接包括集流體6的大致方形桿6a。當(dāng)集流體板14、15分別固定到隔板1、7時(shí)，連接部分21、22不被隔板覆蓋。在集流體2、6固定到各隔板1、7之后，沿經(jīng)過(guò)所有狹縫的上端或所有狹縫的下端的線41切掉連接部分21、22，從而打開各氣體通道12、13的兩端。通過(guò)在將集流體板14、15以此方式固定到隔板1、7的表面之后切掉連接部分21、22，可以精確、簡(jiǎn)單地形成氣體通道12、13。把在氣體通道12、13的兩端上的開口連接到沿層疊單電池的方向設(shè)置的外部管路19(參見圖6)。
圖4A表示經(jīng)過(guò)隔板1的表面延伸的氣體通道12。圖4B表示經(jīng)過(guò)隔板7的表面延伸的氣體通道13。氣體通道12、13大致以字母“U”的形狀形成。通過(guò)連接部分23連接各個(gè)大致“U”形的集流體構(gòu)件2d、6d。
大致“U”形狹縫50形成為在兩個(gè)集流體板14、15上的氣體通道。集流體板14、15在橫向40上長(zhǎng)于隔板1、7。集流體板14、15大于隔板1、7的表面。因此，當(dāng)集流體板14、15分別固定到隔板1、7時(shí)，連接部分23不被隔板覆蓋。也就是說(shuō)，集流體板固定在除連接部分23之外的隔板表面上。因此，大致“U”形集流體構(gòu)件2d、6d固定到隔板1、7的表面上。
在將集流體2、6分別固定到隔板1、7的表面之后，沿經(jīng)過(guò)所有狹縫兩端的線42切掉集流體板14、15的連接部分23，從而打開氣體通道12、13的進(jìn)口和出口。此時(shí)，可在同一端形成氣體通道12、13的進(jìn)口和出口。因此可以通過(guò)切掉一端而簡(jiǎn)單地形成氣體通道12、13。
接下來(lái)參見圖5A和5B，描述形成連接到內(nèi)部管路31的氣體通道12、13的方法。內(nèi)部管路31設(shè)置在電池的雙極板70中并用于分布?xì)怏w。
如圖5A所示，多個(gè)氣體通道12、13可以階梯或彎曲形狀形成并可平行排列。氣體通道的進(jìn)口形成在圖5A的隔板1、7的頂部左端，氣體通道的出口形成在圖5A中隔板1、7的底部右端。進(jìn)口和出口連接到在層疊單電池的方向上延伸的管路的內(nèi)部。通過(guò)進(jìn)行沖孔操作而形成沖孔部分16，由此形成內(nèi)部管路31。在將集流體板14、15固定到各隔板1、7之后，形成內(nèi)部管路31。
圖5C表示在利用沖孔操作切割沖孔部分16之后的隔板1、7和集流體板14、15。雖然所示出的集流體板14、15與隔板1、7分離，各集流體14、15實(shí)際上是被固定到隔板1、7上的。
階梯型方桿2e、6e限定氣體通道12、13，并具有類似于氣體通道12、13的階梯形狀。當(dāng)將集流體板14、15固定到隔板1、7時(shí)，通過(guò)沖孔部分16固定方桿2e、6e。這樣，通過(guò)在將集流體板14、15固定到各隔板1、7之后切割沖孔部分16，可以以簡(jiǎn)單、精確的方式形成氣體通道12、13。
如圖5B所示，氣體通道12、13可以以大致字母“S”的形狀形成。氣體通道12、13是這樣的類型其中，氣體經(jīng)過(guò)了1又1/2個(gè)返回路程，完全經(jīng)過(guò)各隔板1、7的表面。那時(shí)，氣體通道12、13的進(jìn)口和出口連接到相對(duì)于電池層疊方向延伸的內(nèi)部管路31，并形成在隔板1、7的上部左端和下部右端。通過(guò)沖掉沖孔部分16形成內(nèi)部管路31。
圖5D表示在利用沖孔操作切開沖孔部分16之后的隔板1、7和集流體板14、15。雖然所示出的集流體板14、15與隔板1、7分離，但實(shí)際上集流體板14、15是固定到隔板1、7上的。S形方桿2f、6f限定氣體通道12、13，并具有類似于氣體通道12、13的形狀。
雖然多孔平板用作隔板1、7，但是無(wú)論固體板或多孔平板都可用作集流體板14、15。然而，當(dāng)采用多孔平板作為集流體板14、15時(shí)，要求該板具有足夠的強(qiáng)度，從而當(dāng)形成氣體通道12、13時(shí)支撐多孔部分。
接下來(lái)，描述防止氣體從外部管路19泄漏的方法。
如圖6所示，當(dāng)采用用于隔板1、7或用于集流體和隔板1、7的多孔體時(shí)，存在以下可能性在管路19中流動(dòng)的氣體泄漏到氣體通道12、13中。例如在圖6中，形成用于分布陽(yáng)極氣體的管路19的壁局部由形成陰極側(cè)氣體通道13的隔板7形成。為此，存在著陽(yáng)極氣體通過(guò)隔板7的孔泄漏到氣體通道13中的可能性。并且由于相同原因，存在著陰極氣體泄漏到陽(yáng)極側(cè)上的氣體通道12中的可能性。
在本發(fā)明的此實(shí)施例中，如圖7所示，面向管路19的隔板1、7部分適合于不可透過(guò)氣體。例如在圖7A中，將樹脂33注入面向集流體2、6的管路19部分和平行于隔板1、7的氣體通道12、13的端部。因此，氣體不可透過(guò)性施予面向外部管路19的雙極板70的表面。以此方式，由于多孔部分由樹脂密封，可以保證防止氣體從管路19泄漏出來(lái)。在圖7B中，通過(guò)利用不可透過(guò)氣體的固體構(gòu)件35形成隔板1、7的端部，可以保證防止氣體從管路19泄漏出來(lái)。
參見圖8，描述將集流體板14、15固定到隔板1、7的表面的方法。當(dāng)將集流體板14、15連接到由多孔體形成的隔板1、7時(shí)，采用導(dǎo)電粘合劑37，例如含銀粘合劑。
通過(guò)采用這種類型的粘合劑固定上述元件，可以維持氣體通道12、13的各橫截面積。如圖8A所示，導(dǎo)電粘合劑37可涂在集流體板14、15和隔板1、7之間的整個(gè)接觸表面上。以此方式，可以防止集流體板14、15的機(jī)能惡化。如圖8B所示，當(dāng)由多孔體形成集流體板14、15時(shí)，導(dǎo)電粘合劑37涂覆到在集流體板14、15和隔板1、7之間的一部分接觸面。以此方式，可以維持構(gòu)成集流體2、6的多孔體的功能，例如控制氣體的增濕水平的功能或吸收在氣體通道12、13中冷凝的水的功能。并且如圖8C所示，當(dāng)多孔體用于構(gòu)成集流體2、6時(shí)，通過(guò)采用由多孔材料制成的粘合劑，可以維持多孔體的特性。
以下概述制造具有外部管路19的燃料電池的方法。
在步驟S1中，隔板1、7由多孔體形成。
在步驟S2中，利用沖孔操作在具有比隔板1、7的更大表面積的集流體板15上設(shè)置形成氣體通道12、13的狹縫20。
在步驟S3中，通過(guò)導(dǎo)電粘合劑將集流體板固定到隔板1、7的一側(cè)，使得隔板1、7不覆蓋狹縫20的端部。因此，由隔板1、7和集流體板14、15形成在一側(cè)上具有氣體流動(dòng)通道的雙極板70。
在步驟S4中，切掉沒有被隔板1、7覆蓋的集流體板14、15的部分21、22、23。
在步驟S5中，通過(guò)進(jìn)行類似于步驟S2-S4的步驟，在雙極板70的另一側(cè)上形成純水通道。
在步驟S6中，層疊陽(yáng)極、陰極、膜電解質(zhì)4和雙極板70。
下面概述制造具有內(nèi)部管路31的燃料電池的方法。
在步驟S11中，由多孔體形成隔板1、7。
在步驟S12中，利用沖孔操作在具有比隔板1、7的更大表面積的集流體板15上設(shè)置形成氣體通道12、13的狹縫20。
在步驟S13中，通過(guò)導(dǎo)電粘合劑將集流體板固定到隔板1、7的一側(cè)，以形成雙極板70，使得隔板1、7覆蓋狹縫20的端部。
在步驟S14中，通過(guò)進(jìn)行沖孔操作在雙極板70中形成與氣體通道連接的內(nèi)部管路31。
在步驟S15中，通過(guò)進(jìn)行類似于步驟S2-S4的步驟，在雙極板70的另一側(cè)上形成純水通道。
在步驟S16中，層疊陽(yáng)極、陰極、膜電解質(zhì)4和雙極板70。
下面利用圖9A和9B描述在具有如上所示構(gòu)成的外部管路19的燃料電池中氣態(tài)氧化劑和燃料氣體的流動(dòng)。在具有內(nèi)部管路31的燃料電池中氣態(tài)氧化劑和燃料氣體的流動(dòng)類似于圖9A和9B中所示的流動(dòng)。
將燃料氣體和氣態(tài)氧化劑從氣體通道12、13的進(jìn)口分布到氣體通道12、13，所述氣體通道12、13沿在上游外部管路19a中氣體流動(dòng)的方向設(shè)置。燃料氣體和氣態(tài)氧化劑沿氣體通道12、13流動(dòng)，并從排放側(cè)上的出口排放到下游外部管路19b。因此和原有技術(shù)的例子相比，由于不需要復(fù)雜的路徑，內(nèi)部壓力損失低，可以減少向燃料電池提供氣體所需的壓力。
在此將日本專利申請(qǐng)P2002-110582(2002年4月12日)的全部?jī)?nèi)容引作參考。
雖然以上參照本發(fā)明的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。鑒于上述技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改和變化。參照以下權(quán)利要求限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，具有陽(yáng)極(3)、陰極(5)和被陽(yáng)極和陰極夾住的膜電解質(zhì)(4)，并通過(guò)在供應(yīng)至陰極的氣態(tài)氧化劑和供應(yīng)至陽(yáng)極的燃料氣體之間的電化學(xué)反應(yīng)在兩個(gè)電極(3、5)之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，該燃料電池包括各包括平板狀多孔體的兩個(gè)隔板(1、7)，這兩個(gè)隔板被設(shè)置成夾住兩個(gè)電極，這兩個(gè)隔板可透過(guò)水；設(shè)置在陽(yáng)極(3)和一隔板(1)之間的第一集流體(2)，該第一集流體和所述一隔板形成允許燃料氣體流動(dòng)的第一氣體通道(12)；和設(shè)置在陰極(5)和另一隔板(7)之間的第二集流體(6)，該第二集流體和該另一隔板形成允許氣態(tài)氧化劑流動(dòng)的第二氣體通道(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所限定的燃料電池，還包括連接到一氣體通道(12)的管路(19)，該管路將燃料氣體和氣態(tài)氧化劑之一分配給所述一氣體通道(12)，其中管路(19)設(shè)置在集流體(2、6)和隔板(1、7)的外側(cè)上，并且，其中通過(guò)下述方法形成用于所述一氣體通道(12)的至少一個(gè)進(jìn)口和出口，該方法包括在平板(14)的內(nèi)部上形成相應(yīng)于所述一氣體通道(12)的狹縫(20)，所述平板(14)包括用于形成所述一氣體通道(12)的集流體(2)，所述平板(14)具有比用于形成所述一氣體通道(12)的隔板(1)更大的表面積；將平板(14)固定到用于形成所述一氣體通道(12)的隔板(1)；和切掉平板(14)中設(shè)置在狹縫的端部并且沒有被用于形成所述一氣體通道(12)的隔板(1)覆蓋的部分(21)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所限定的燃料電池，還包括連接到一氣體通道(12)的管路(31)，該管路將燃料氣體和氣態(tài)氧化劑之一分配給所述一氣體通道(12)，其中管路(31)設(shè)置在集流體(2)和用于形成所述一氣體通道(12)的隔板(1)的內(nèi)側(cè)上，從而使該管路(31)在垂直于用于形成所述一氣體通道(12)的隔板(1)的方向上經(jīng)過(guò)集流體(2)和用于形成所述一氣體通道(12)的隔板(1)；并且，其中管路通過(guò)下述方法形成，該方法包括在平板(14)的內(nèi)部上形成相應(yīng)于所述一氣體通道(12)的狹縫(20)，所述平板(14)包括用于形成所述一個(gè)氣體通道(12)的集流體(2)；將平板(14)固定到用于形成所述一氣體通道(12)的隔板(1)；和切掉平板(14)中位于狹縫(20)端部的部分(16)和用于形成所述一氣體通道(12)的隔板(1)中位于狹縫(20)端部的部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所限定的燃料電池，其中在與兩個(gè)隔板之一(1)的兩個(gè)電極(4、5)相反的表面上設(shè)置純水通道(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所限定的燃料電池，其中純水通道(10)由下述方法形成，該方法包括在具有比所述兩個(gè)隔板之一(1)的表面積更大的平板(14)的內(nèi)部上形成相應(yīng)于純水通道(10)的狹縫(20)；將平板固定到與所述兩個(gè)隔板之一(1)的電極相反的表面上；和切掉平板(14)中位于狹縫(20)端部并且沒有被所述兩個(gè)隔板之一(1)覆蓋的部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所限定的燃料電池，其中利用導(dǎo)電粘合劑(37、39)固定第一集流體(2)和所述一隔板(1)，和利用導(dǎo)電粘合劑(37、39)固定第二集流體(6)和另一隔板(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所限定的燃料電池，其中管路(19、31)連接到第一和第二氣體通道(12、13)之一，該管路將燃料氣體和氣態(tài)氧化劑之一分配到所述第一和第二氣體通道(12、13)之一，該第一和第二集流體(2、6)和兩個(gè)隔板(1、7)包括不可透過(guò)氣體的表面(33、35)，該不可透過(guò)氣體的表面包括管路(19、31)的部分內(nèi)表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所限定的燃料電池，其中第一和第二集流體(2、6)由含較大百分比的碳和較小百分比的樹脂的含樹脂碳制成，使得第一和第二集流體(2、6)是導(dǎo)電的并且不可透過(guò)水。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所限定燃料電池，其中在兩個(gè)隔板(1、7)中孔的尺寸在氣體流動(dòng)的上游部分與氣體流動(dòng)的下游部分是不同的。
10.一種制造燃料電池的方法，包括由多孔板形成隔板(1)；設(shè)置集流體板(14)，該集流體板包括集流體(2)并具有比隔板(1)更大的表面積；在集流體板(14)上設(shè)置形成氣體通道(12)的狹縫(20)；將集流體板(14)固定到隔板(1)的一側(cè)以形成雙極板(70)，使得隔板(1)不覆蓋狹縫(20)的端部；切掉集流體板(14)上未被隔板(1)覆蓋的部分；以及將陽(yáng)極(3)、陰極(5)、膜電解質(zhì)(4)和雙極板(70)層疊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所限定的制造燃料電池的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置另一集流體板，該集流體板包括集流體并具有比隔板更大的表面積；在所述另一集流體板上設(shè)置形成純水通道(10)的狹縫；將所述另一集流體板固定到隔板(1)的另一側(cè)，使得隔板不覆蓋狹縫的端部；以及切掉所述另一集流體板不被隔板(1)覆蓋的部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所限定的制造燃料電池的方法，進(jìn)一步包括形成用于將氣體分配到氣體通道(12)的管路(19、31)，這樣集流體(2)的表面和隔板(1)的表面包括管路(19、31)的部分內(nèi)表面；其中管路連接到氣體通道(12)，以及將氣體不可透過(guò)性施予包括管路(19、31)的所述內(nèi)表面部分在內(nèi)的集流體(2)和隔板(1)的表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所限定的制造燃料電池的方法，其中將集流體板(14)固定到所述隔板的一側(cè)包括通過(guò)導(dǎo)電粘合劑(37、39)將集流體板粘接到所述隔板的一側(cè)。
全文摘要
一種燃料電池，具有陽(yáng)極(3)、陰極(5)和被陽(yáng)極和陰極夾住的膜電解質(zhì)(4)，兩個(gè)隔板(1、7)、第一集流體(2)和第二集流體(6)。將各具有平板狀多孔體的這兩個(gè)隔板(1、7)設(shè)置成夾住兩個(gè)電極。這兩個(gè)隔板可透過(guò)水。在陽(yáng)極和一隔板之間設(shè)置第一集流體(2)，該第一集流體形成允許燃料氣體流動(dòng)的第一氣體通道。在陰極和另一隔板之間設(shè)置第二集流體(6)，該第二集流體形成允許氣態(tài)氧化劑流動(dòng)的第二氣體通道。
文檔編號(hào)H01M8/02GK1647301SQ03808258
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月12日
發(fā)明者池添圭吾 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社