專利名稱：燃料電池,燃料電池用氧化劑流場(chǎng)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于具有流場(chǎng)板的燃料電池及燃料電池用氧化劑流場(chǎng)板方面的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著環(huán)境保護(hù)問(wèn)題及人們對(duì)節(jié)約能源等的需要，燃料電池日益受到世人的關(guān)注。一般而言，燃料電池就是指利用氧化劑及燃料進(jìn)行發(fā)電的裝置。從結(jié)構(gòu)方面來(lái)看，燃料電池首先由膜·電極接合體(下面也稱MEA)組成，膜·電極接合體由具有離子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)膜以及在電解質(zhì)膜的厚度方向的一側(cè)安裝的燃料電極和在電解質(zhì)膜的厚度方向的另外一側(cè)安裝的氧化劑電極組成。另外，燃料電池具備向燃料電極供應(yīng)燃料并形成燃料流路的燃料流場(chǎng)板，以及向氧化劑電極提供氧化劑氣體形成氧化劑氣體流路的氧化劑流場(chǎng)板。一般的情況下，為了防止氣體泄露，氧化劑流場(chǎng)板及燃料流場(chǎng)板一般不采用多孔質(zhì)材料，而是采用致密材料制作。
依照前面所講述的燃料電池的原理，具有離子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)膜如果過(guò)度干燥，電解質(zhì)膜的離子傳導(dǎo)性就會(huì)下降。因此，必須設(shè)法控制電解質(zhì)膜的過(guò)度干燥。按照前面所述，傳統(tǒng)的燃料電池是在把氧化劑氣體或者燃料提供給燃料電池之前，采用擴(kuò)散器等的外部增濕裝置主動(dòng)地為氧化劑氣體或者燃料實(shí)施增濕。
另外，近年以來(lái)也開發(fā)出了采用微細(xì)孔多孔質(zhì)材料制備的氧化劑流場(chǎng)板、燃料流場(chǎng)板的固體高分子型燃料電池。這是使液相水滲透到氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔及燃料流場(chǎng)板的微細(xì)孔后，在提供給MEA的同時(shí)，利用水對(duì)氧化劑流場(chǎng)板微細(xì)孔及燃料流場(chǎng)板微細(xì)孔的滲透作用，封住微細(xì)孔，防止在微細(xì)孔處出現(xiàn)氣體泄露現(xiàn)象。
如前面所述，作為采用微細(xì)孔多孔質(zhì)材料的燃料電池，專利文獻(xiàn)1公開了下列燃料電池。即，燃料流場(chǎng)板是由多孔質(zhì)材料制成，同時(shí)，氧化劑流場(chǎng)板也是采用多孔質(zhì)材料制成，在燃料流場(chǎng)板的內(nèi)側(cè)及氧化劑流場(chǎng)板的內(nèi)側(cè)形成通水路的固體高分子型燃料電池。根據(jù)該專利文獻(xiàn)1介紹，各通水路的水通過(guò)多孔質(zhì)燃料流場(chǎng)板及氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔提供給MEA，達(dá)到了控制電解質(zhì)膜過(guò)度干燥的問(wèn)題。
另外，專利文獻(xiàn)2公開的是，采用具有很多微細(xì)孔的導(dǎo)電性多孔質(zhì)材料形成親水性的燃料流場(chǎng)板，同時(shí)，在燃料流場(chǎng)板的內(nèi)側(cè)與MEA相反的位置配置了采用疏水性導(dǎo)電性多孔質(zhì)材料形成增濕水透過(guò)體的固體高分子型燃料電池。根據(jù)該專利文獻(xiàn)2介紹，被增濕水透過(guò)體所保持的液相水經(jīng)過(guò)導(dǎo)電性多孔質(zhì)材料形成的燃料流場(chǎng)板微細(xì)孔向MEA滲透，控制了電解質(zhì)的過(guò)度干燥。在該燃料電池中，由于燃料流場(chǎng)板是采用親水性材料制成，液相水可以充分滲透到燃料流場(chǎng)板的微細(xì)孔，從而達(dá)到封住微細(xì)孔的目的。
在專利文獻(xiàn)3和4中，公開了空氣流場(chǎng)板及燃料流場(chǎng)板均為多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)的固體高分子型燃料電池。根據(jù)該文獻(xiàn)介紹，使在空氣極側(cè)生成的水沿著空氣流場(chǎng)板的厚度方向通過(guò)，提供給空氣流場(chǎng)板背面的通水路。同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)燃料通路的燃料氣壓，使該通水路的水沿著燃料流場(chǎng)板的厚度方向通過(guò)，提供給燃料通路，達(dá)到了為燃料增濕的目的。
(專利文獻(xiàn)1)特開平6-338338號(hào)(專利文獻(xiàn)2)專利號(hào)第2922132號(hào)(特開平8-250130號(hào)公報(bào))(專利文獻(xiàn)3)美國(guó)專利公報(bào)5853909(專利文獻(xiàn)4)美國(guó)專利公報(bào)5700595

發(fā)明內(nèi)容
在前面所介紹的燃料電池中，其氧化劑流場(chǎng)板并非是采用與MEA背向的背向流路及與MEA所對(duì)向的背向流路處于表和里的關(guān)系而形成的反應(yīng)流路的雙方提供氧化劑氣體方式的燃料電池。同樣，燃料流場(chǎng)板也不是采用與MEA背向的背向流路及與MEA所對(duì)向的背向流路處于表和里的關(guān)系而形成的反應(yīng)流路的雙方提供燃料氣體的方式的燃料電池。
本發(fā)明是針對(duì)前面所介紹的情況而開發(fā)的技術(shù)，本發(fā)明的課題在于，提供一種采用從流場(chǎng)板的背向流路流向與其處于表里關(guān)系的反應(yīng)流路的燃料電池及氧化劑流場(chǎng)板。
本發(fā)明涉及的燃料電池，是由具有離子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)膜、安裝在電解質(zhì)膜的厚度方向一側(cè)的氧化劑電極及電解質(zhì)膜的厚度方向另一側(cè)的燃料電極所組成的膜·電極接合體，在由面對(duì)氧化劑電極設(shè)置的向氧化劑電極提供氧化劑氣體的氧化劑流場(chǎng)板及面對(duì)燃料電極設(shè)置的向燃料電極提供燃料的燃料流場(chǎng)板組成燃料電池中，其特征是氧化劑流場(chǎng)板與燃料流場(chǎng)板中的至少一方，具有在與膜·電極接合體相背的背面形成的背向流路；以及具有在與膜·電極接合體相對(duì)的對(duì)面形成，并與背向流路相連通，且可讓背向流路中流有的氧化劑氣體或燃料流通的反應(yīng)流路。
本發(fā)明中的氧化劑流場(chǎng)板，設(shè)置在燃料電池的膜·電極接合體的氧化劑電極的對(duì)面，為氧化劑電極提供氧化劑氣體，其特征是由在與膜·電極接合體相背的背面形成的可讓氧化劑氣體流動(dòng)的背向流路；及在與膜·電極接合體相對(duì)的對(duì)面形成，并與背向流路相連通，且可讓背向流路中的氧化劑氣體流通的反應(yīng)流路所構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明項(xiàng)中的燃料電池以及氧化劑流場(chǎng)板，氧化劑流場(chǎng)板及燃料流場(chǎng)板之中的至少一方，具有在與膜·電極接合體相背的背面形成的背向流路；以及具有在與膜·電極接合體相對(duì)的對(duì)面形成，并與背向流路相連通，且可讓背向流路中流有的氧化劑氣體流通的反應(yīng)流路。
背向流路與反應(yīng)流路在流場(chǎng)板中處于表和里的關(guān)系，而且，氧化劑氣體或者燃料在流過(guò)背向流路之后，將流過(guò)處于該表里關(guān)系的反應(yīng)流路。
正如以上說(shuō)明的一樣，本發(fā)明可以提供采用了從流場(chǎng)板的背向流路流入與其處于表里關(guān)系的反應(yīng)流路這一方式的燃料電池及氧化劑流場(chǎng)板。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)對(duì)燃料電池內(nèi)部產(chǎn)生的水加以有效的利用，提供一種可以通過(guò)利用與MEA相背的背面所形成的背向流路，在燃料電池內(nèi)部對(duì)反應(yīng)前的氧化劑氣體及/或反應(yīng)前的燃料進(jìn)行增濕的燃料電池，也就是說(shuō)，實(shí)現(xiàn)了“單元內(nèi)自增濕構(gòu)造”。因此，可以減免對(duì)燃料電池所需的氧化劑氣體及/或燃料進(jìn)行增濕的增濕裝置。
特別值得一提的是，在氧化劑流場(chǎng)板實(shí)現(xiàn)多孔質(zhì)化的情況下，通過(guò)對(duì)發(fā)電反應(yīng)在氧化劑電極處產(chǎn)生的生成水加以有效利用，也就是說(shuō)，因發(fā)電反應(yīng)而在氧化劑電極處產(chǎn)生了生成水，使該水分或者濕汽透過(guò)氧化劑流場(chǎng)板的厚度方向，就可以提供一種在燃料電池內(nèi)部，對(duì)流過(guò)與MEA背向的氧化劑流場(chǎng)板背向流路的反應(yīng)前的氧化劑氣體進(jìn)行增濕的燃料電池。
另外，在燃料流場(chǎng)板實(shí)現(xiàn)多孔質(zhì)化的情況下，通過(guò)對(duì)發(fā)電反應(yīng)產(chǎn)生的生成水加以有效利用，也就是說(shuō)，因發(fā)電反應(yīng)而產(chǎn)生了生成水，使該水分或者濕汽透過(guò)燃料流場(chǎng)板的厚度方向，就可以提供一種在燃料電池內(nèi)部，對(duì)流過(guò)與MEA背向的燃料流場(chǎng)板背向流路的反應(yīng)前的燃料氣體進(jìn)行增濕的燃料電池。
在本發(fā)明中，當(dāng)提供給燃料電池的氧化劑氣體及燃料的溫度過(guò)低，氧化劑氣體及燃料通過(guò)流場(chǎng)板的背向流路時(shí)，可以取得在燃料電池的內(nèi)部對(duì)流過(guò)該背向流路的氧化劑氣體及燃料進(jìn)行預(yù)熱的效果。另外，當(dāng)提供給燃料電池的氧化劑氣體及燃料的溫度過(guò)高，氧化劑氣體及燃料通過(guò)流場(chǎng)板的背向流路時(shí)，可以取得對(duì)流過(guò)該背向流路的氧化劑氣體及燃料進(jìn)行預(yù)冷的效果。


圖1為實(shí)施例1中燃料電池概念的剖視圖。
圖2為實(shí)施例2中燃料電池概念的剖視圖。
圖3為實(shí)施例3中燃料電池概念的剖視圖。
圖4為實(shí)施例4中燃料電池概念的剖視圖。
圖5為實(shí)施例5中燃料電池概念的剖視圖。
圖6為實(shí)施例7中燃料電池概念的剖圖。
圖7為在實(shí)施例7中，從氧化劑流場(chǎng)板的上流端到下流端的微細(xì)孔直徑的變化曲線圖。
圖8為實(shí)施例9中燃料電池概念的剖視圖。
圖9為在實(shí)施例9中，從氧化劑流場(chǎng)板的上流端到下流端的微細(xì)孔直徑的變化曲線圖。
圖10為實(shí)施例10中燃料電池概念的剖視圖。
圖11為在實(shí)施例10中，從氧化劑流場(chǎng)板的上流端到下流端的微細(xì)孔直徑的變化曲線圖。
圖12為實(shí)施例11中燃料電池概念的剖視圖。
圖13(A)～圖13(C)為方式1的氧化劑流場(chǎng)板的示意圖，圖13(A)為該氧化劑流場(chǎng)板的平面圖，圖13(B)為該氧化劑流場(chǎng)板的剖視圖，圖13(C)為該氧化劑流場(chǎng)板的內(nèi)面圖。
圖14(A)～圖14(C)為方式2的氧化劑流場(chǎng)板的示意圖，圖14(A)為該氧化劑流場(chǎng)板的平面圖，圖14(B)為該氧化劑流場(chǎng)板的剖視圖，圖14(C)為該氧化劑流場(chǎng)板的內(nèi)面圖。
圖15(A)～圖15(C)為方式3的氧化劑流場(chǎng)板的示意圖，圖15(A)為該氧化劑流場(chǎng)板的平面圖，圖15(B)為該氧化劑流場(chǎng)板的剖視圖，圖15(C)為該氧化劑流場(chǎng)板的內(nèi)面圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明中，氧化劑流場(chǎng)板與燃料流場(chǎng)板之中的至少一方，具有在與膜·電極接合體相背的背面形成的背向流路；以及具有在與膜·電極接合體相對(duì)的對(duì)面形成，并與背向流路相連通，且可讓背向流路中流有的氧化劑氣體或燃料流通的反應(yīng)流路。背向指的是后背相向之意，對(duì)向指的是面與面相向之意。背向流路及反應(yīng)流路在流場(chǎng)板中處于表和里的關(guān)系，互相連通，氧化劑氣體及燃料氣體流過(guò)背向流路后，流入反應(yīng)流路，用于發(fā)電反應(yīng)。
所以，氧化劑流場(chǎng)板可以采用具有在與膜·電極接合體的背面所形成的氧化劑氣體的流路入口側(cè)相連通的背向流路，及在與面對(duì)膜·電極接合體所形成且與背向流路相連通、并能夠讓流過(guò)背向流路的氧化劑氣體所流通的反應(yīng)流路的方式。氧化劑氣體可以是空氣等含有氧氣的氣體。
另外，燃料流場(chǎng)板可以采用具有在與膜·電極接合體的背面所形成的燃料流路入口側(cè)相連通的背向流路，及在與面對(duì)膜·電極接合體所形成且與背向流路相連通、并能夠讓流過(guò)背向流路的燃料通過(guò)的反應(yīng)流路的形態(tài)。燃料可以是氫氣氣體或含有氫氣的氣體。
在本發(fā)明中，可以在燃料電池內(nèi)安裝能夠?yàn)榱鬟^(guò)背向流路的氧化劑氣體或者燃料進(jìn)行增濕的增濕要素。這種情況下，通過(guò)增濕要素，氧化劑流場(chǎng)板及燃料流場(chǎng)板之中的至少一方的流過(guò)背向流路的氧化劑氣體或者燃料就可以在燃料電池內(nèi)得到增濕。通過(guò)上述方式，在反應(yīng)面進(jìn)行發(fā)電反應(yīng)的氧化劑氣體或者燃料的水分也就得到了保證，進(jìn)而電解質(zhì)的過(guò)度干燥也得到了相應(yīng)的控制。因此，電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)性得到保證，達(dá)到可以確保燃料電池良好的發(fā)電性能。前面所介紹的增濕要素是在燃料電池的內(nèi)部進(jìn)行增濕的。增濕要素可以采用通過(guò)對(duì)氧化劑流場(chǎng)板中的至少一部分實(shí)現(xiàn)多孔質(zhì)化來(lái)體現(xiàn)。上面所言及的一部分可以作為氧化劑流場(chǎng)板的反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域。另外，也可以通過(guò)對(duì)將氧化劑流場(chǎng)板的整體實(shí)現(xiàn)多孔質(zhì)化來(lái)體現(xiàn)增濕要素的構(gòu)造。根據(jù)不同的情況，也可以使氧化劑流場(chǎng)板的反應(yīng)流路中的上流領(lǐng)域致密化。
另外，在本發(fā)明中，增濕要素可以采用通過(guò)對(duì)燃料流場(chǎng)板中的至少一部分實(shí)現(xiàn)多孔質(zhì)化來(lái)體現(xiàn)。上面所言及的一部分可以作為燃料流場(chǎng)板的反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域。另外，也可以通過(guò)對(duì)燃料流場(chǎng)板的整體實(shí)現(xiàn)多孔質(zhì)化來(lái)體現(xiàn)增濕要素的構(gòu)造。根據(jù)不同的情況，也可以使燃料流場(chǎng)板的反應(yīng)流路中的上流領(lǐng)域致密化。
在本發(fā)明中，通過(guò)在燃料電池內(nèi)部對(duì)發(fā)電反應(yīng)中在燃料電池內(nèi)生成的生成水加以有效的利用，也就是說(shuō)，因發(fā)電反應(yīng)而在氧化劑電極處生成的生成水，使該水分或者濕汽透過(guò)氧化劑流場(chǎng)板及/或燃料流場(chǎng)板的厚度方向，就可以在燃料電池的內(nèi)部對(duì)提供給MEA的反應(yīng)面的反應(yīng)前的氧化劑氣體及/或燃料進(jìn)行增濕。所以，也就是說(shuō)可以采用“單元內(nèi)自增濕構(gòu)造”。
在本發(fā)明中，關(guān)于氧化劑流場(chǎng)板的氣孔率，可以采用反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域與反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域相比，具備較大氣孔率的方式。這樣，可以使積存在反應(yīng)流路下流領(lǐng)域的水分透過(guò)氧化劑流場(chǎng)板的厚度方向，有利于對(duì)背向流路的氧化劑氣體進(jìn)行增濕。另外，使背向流路的氧化劑氣體的活性物質(zhì)透過(guò)氧化劑流場(chǎng)板的厚度方向，有利于對(duì)反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域進(jìn)行補(bǔ)充。反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域及上流領(lǐng)域是根據(jù)反應(yīng)流路中所處相對(duì)位置來(lái)決定的。在一般情況下，反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域是指反應(yīng)流路的流路長(zhǎng)度中的下流一側(cè)，反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域是指反應(yīng)流路的流路長(zhǎng)度中的上流一側(cè)。
在本發(fā)明中，關(guān)于燃料流場(chǎng)板的氣孔率，可以采用反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域與反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域相比，具備較大氣孔率的方式。這樣，可以使積存在反應(yīng)流路下流領(lǐng)域的水分透過(guò)燃料流場(chǎng)板的厚度方向，有利于對(duì)背向流路的燃料進(jìn)行增濕。另外，使背向流路的燃料的活性物質(zhì)透過(guò)燃料流場(chǎng)板的厚度方向，有利于對(duì)反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域進(jìn)行補(bǔ)充。
在本發(fā)明中，可以采用在氧化劑流場(chǎng)板之中安裝在與膜·電極接合體相背對(duì)的一側(cè)，用于輸入冷卻劑的冷卻劑流場(chǎng)板的方式。這種情況下，增濕要素可以通過(guò)對(duì)冷卻劑流場(chǎng)板中的至少一部分實(shí)現(xiàn)多孔質(zhì)化來(lái)體現(xiàn)，也可以通過(guò)對(duì)冷卻劑流場(chǎng)板的整體實(shí)現(xiàn)多孔質(zhì)化來(lái)體現(xiàn)增濕要素的構(gòu)造。冷卻劑可以是冷卻水或者冷卻氣體。
在本發(fā)明中，正如前面所述，氧化劑流場(chǎng)板可以擁有微細(xì)孔。微細(xì)孔的直徑可以適當(dāng)選擇，可以選用0.1～200μm、0.1～100μm，也可以選用0.1～30μm、2～15μm甚至3～4μm，也可以不局限于上述指標(biāo)。氧化劑流場(chǎng)板的氣孔率也可以適當(dāng)選擇，體積比可以為10～90％、15～60％，也可以為20～40％。不過(guò)，微細(xì)孔的直徑、氣孔率可以不僅僅局限于前面所講述的范圍。而且，正如前面所講述的那樣，燃料流場(chǎng)板可以有微細(xì)孔。微細(xì)孔的直徑可以適當(dāng)選擇，可以為0.1～200μm、0.1～100μm甚至0.1～30μm、2～15μm，也可以是3～4μm，也可以不局限于上述指標(biāo)。燃料流場(chǎng)板的氣孔率可以適當(dāng)選擇，體積比可以為10～90％、15～60％，也可以為20～40％。不過(guò)，微細(xì)孔的直徑、氣孔率可以不僅僅局限于前面所講述的范圍。
在本發(fā)明中，正如前面所述，氧化劑流場(chǎng)板及/或燃料流場(chǎng)板可以有微細(xì)孔。氧化劑流場(chǎng)板及/或燃料流場(chǎng)板可以具備親水性，也可以具備疏水性。具備親水性的情況下，在與MEA相向的對(duì)面，可采取利用毛細(xì)管現(xiàn)象，縮小氧化劑氣流下流的微細(xì)孔的直徑，同時(shí)，加大氧化劑氣流上流的微細(xì)孔的直徑的方式。這種情況下，可以斷續(xù)或者連續(xù)改變微細(xì)孔的直徑。
另外，當(dāng)氧化劑流場(chǎng)板及/或燃料流場(chǎng)板具備疏水性的情況下，在與MEA相向的對(duì)面可采取調(diào)整水蒸氣壓，并在加大氧化劑氣流下流的微細(xì)孔直徑的同時(shí)，縮小氧化劑氣流上流微細(xì)孔的直徑的方式。這種情況下，同樣可以斷續(xù)或者連續(xù)改變微細(xì)孔的直徑。
在本發(fā)明中，氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔的直徑，可設(shè)定為下列3種構(gòu)造形態(tài)中的任意一種。即從反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域到反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域，該微細(xì)孔的直徑在實(shí)質(zhì)上為均等的第1種構(gòu)造形態(tài)；反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域與反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域相比，具備較小微細(xì)孔直徑的第2種構(gòu)造形態(tài)；反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域與反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域相比，具備較大微細(xì)孔直徑的第3種構(gòu)造形態(tài)。
在本發(fā)明中，燃料流場(chǎng)板的微細(xì)孔的直徑，可設(shè)定為下列3種構(gòu)造形態(tài)中的任意一種。即從反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域到反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域，該微細(xì)孔的直徑在實(shí)質(zhì)上為均等的第1種構(gòu)造形態(tài)；反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域與反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域相比，具備較小微細(xì)孔直徑的第2種構(gòu)造形態(tài)；反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域與反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域相比，具備較大微細(xì)孔直徑的第3種構(gòu)造形態(tài)。
在本發(fā)明中，燃料電池可以不分車載用、固定用、攜帶用、家庭用、商業(yè)用等。
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行具體說(shuō)明。
(實(shí)施例1)下面，參考圖1介紹本發(fā)明的實(shí)施例1。圖1是本實(shí)施例相關(guān)的固體高分子型燃料電池的概念圖，顯示了沿電解質(zhì)膜11的厚度方向的剖面。正如圖1所示，本實(shí)施例所涉及的固體高分子型燃料電池的MEA1具有下列組件，即由質(zhì)子傳導(dǎo)性高分子材料所形成的電解質(zhì)膜11，設(shè)置在電解質(zhì)膜11的厚度方向一側(cè)進(jìn)行氧化反應(yīng)的燃料電極12，也被稱為陽(yáng)極，設(shè)置在電解質(zhì)膜11的厚度方向另一側(cè)進(jìn)行還元反應(yīng)的氧化劑電極15(也叫做空氣極)，也被稱為陰極。
另外，正如圖1所示，固體高分子型燃料電池是由以下部件組成，即位于MEA1的燃料電極12的對(duì)面，設(shè)置在外側(cè)為燃料電極12輸送氣態(tài)燃料(一般為氫氣氣體等含有氫氣的氣體)的燃料流場(chǎng)板4，位于MEA1的氧化劑電極15的對(duì)面，安置在氧化劑電極15的外側(cè)為氧化劑電極15提供氧化劑氣體(一般為空氣等含有氧氣的氣體)的氧化劑流場(chǎng)板3。
圖1所示的電池構(gòu)造為厚度方向由多層疊積形成的固體高分子型燃料電池。雖然在圖1中顯示為MEA1、燃料流場(chǎng)板4、氧化劑流場(chǎng)板3等均為縱向配置，但是圖1僅僅是概念圖，上述各項(xiàng)也可以沿水平方向配置。
在圖1中，MEA1的氧化劑電極15是與氧化劑流場(chǎng)板3所對(duì)向的，同時(shí)，具有多孔質(zhì)性及導(dǎo)電性的碳系第1氣體擴(kuò)散層16，以及與電解質(zhì)膜11所對(duì)向、以催化劑為主要成分且擁有多孔質(zhì)性及導(dǎo)電性的第1催化劑層17。MEA1的燃料電極12具有與燃料流場(chǎng)板4所對(duì)向、具有多孔質(zhì)性及導(dǎo)電性的碳系的第2氣體擴(kuò)散層13，以及與電解質(zhì)膜11所對(duì)向、以催化劑為主要成分且擁有多孔質(zhì)性及導(dǎo)電性的第2催化劑層14。圖中例示的催化劑可以為白金、鈀、釕、銠、金、銀等其中的至少1種。
氧化劑流場(chǎng)板3也可稱為氧化劑/氧化劑·流場(chǎng)板或者空氣/空氣·流場(chǎng)板。氧化劑流場(chǎng)板3為了在其厚度方向具有透過(guò)性，由互相連通并能夠構(gòu)成連通孔的多數(shù)微細(xì)孔多孔質(zhì)材料加工形成，具有多孔質(zhì)性及導(dǎo)電性，一般以碳系材料或者耐腐蝕性金屬材料為基體材料。
正如圖1所示，氧化劑流場(chǎng)板3由在與MEA1的陰極側(cè)的反應(yīng)面1c相背的背向面形成的第1背向流路31，以及在與MEA1的陰極側(cè)的反應(yīng)面1c直接相對(duì)的對(duì)向面形成的第1反應(yīng)流路32所構(gòu)成。第1背向流路31與作為氧化劑氣體入口的第1流路入口33相連通，同時(shí)與第1冷卻劑流路50相對(duì)向。第1反應(yīng)流路32與作為氧化劑氣體出口的第1流路出口34相連通。
正如圖1所示，因?yàn)榈?背向流路31的終點(diǎn)部31f與第1反應(yīng)流路32的始點(diǎn)部32s相連通，所以，流過(guò)第1背向流路31的氧化劑氣體經(jīng)過(guò)終點(diǎn)部31f、始點(diǎn)部32s后，流向第1反應(yīng)流路32。
正如圖1所示，在本實(shí)施例中設(shè)置了為流過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31的氧化劑氣體進(jìn)行增濕的第1增濕要素T1。第1增濕要素T1是由在氧化劑流場(chǎng)板3中與MEA1的反應(yīng)面1c相對(duì)向的壁部分經(jīng)過(guò)多孔質(zhì)化后形成。所以，氧化劑流場(chǎng)板3形成有具備透過(guò)性的多數(shù)微細(xì)孔。通過(guò)這些微細(xì)孔，氧化劑流場(chǎng)板3在其厚度方向(箭頭X1，X2方向)具有水分透過(guò)性及氣體透過(guò)性。氧化劑流場(chǎng)板3的微細(xì)孔及氣孔率可以適當(dāng)選擇，例如0.1μm～10μm，氣孔率可以為5％～40％。不過(guò)，微細(xì)孔的直徑及氣孔率也可以不局限于上述指標(biāo)。
燃料流場(chǎng)板4也稱為燃料/燃料·流場(chǎng)板，燃料流場(chǎng)板4是以具有導(dǎo)電性的材料(碳系材料或者耐腐蝕性金屬材料)為基體材料。燃料流場(chǎng)板4由在與MEA1的陽(yáng)極側(cè)的反應(yīng)面1d相背的背向面形成的第2背向流路41，以及在與MEA1的反應(yīng)面1c相對(duì)向的對(duì)面形成的第2反應(yīng)流路42所構(gòu)成。第2背向流路41與作為氣態(tài)燃料入口的第2流路入口43相連通，同時(shí)，與第2冷卻劑流路60相對(duì)向。第2反應(yīng)流路42具有作為氣態(tài)燃料出口的第2流路出口44。正如圖1所示，第2背向流路41的終點(diǎn)部41f因?yàn)榕c第2反應(yīng)流路42的始點(diǎn)部42s相連通，所以，流過(guò)第2背向流路41的燃料經(jīng)過(guò)終點(diǎn)部41f、始點(diǎn)部42s流向第2反應(yīng)流路42。
本實(shí)施例中設(shè)置了在燃料電池內(nèi)對(duì)流過(guò)燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41的氣態(tài)燃料進(jìn)行增濕的第2增濕要素T2。第2增濕要素T2是由在燃料流場(chǎng)板4中與背對(duì)MEA1的反應(yīng)面1c的壁部分經(jīng)過(guò)多孔質(zhì)化后形成。所以，在燃料流場(chǎng)板4形成有多數(shù)的微細(xì)孔。通過(guò)這些微細(xì)孔，燃料流場(chǎng)板4在其厚度方向(箭頭X3，X4方向)具有水分透過(guò)性及氣體透過(guò)性。燃料流場(chǎng)板4的微細(xì)孔及氣孔率可以適當(dāng)選擇，例如，微細(xì)孔的直徑可以為0.1μm～10μm，氣孔率可以為5％～40％。不過(guò)，微細(xì)孔的直徑及氣孔率也可以不局限于上述指標(biāo)。
另外，正如圖1所示，在氧化劑流場(chǎng)板3中的與MEA1的氧化劑電極15相背向的一側(cè)，設(shè)置了第1冷卻劑流場(chǎng)板5。第1冷卻劑流場(chǎng)板5具有輸送用于冷卻固體高分子型燃料電池的冷卻劑(一般為液相的水)的第1冷卻劑流路50。第1冷卻劑流路50處于與氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31相背向的位置。第1冷卻劑流場(chǎng)板5是以在厚度方向具有透過(guò)性并有很多微細(xì)孔的多孔質(zhì)材料為基體材料，與多孔質(zhì)的氧化劑流場(chǎng)板3共同構(gòu)成第1增濕要素T1。
在燃料流場(chǎng)板4中與MEA1的燃料電極12相背向的一側(cè)設(shè)置了第2冷卻劑流場(chǎng)板6，第2冷卻劑流場(chǎng)板6具有輸送用于冷卻固體高分子型燃料電池的冷卻劑(一般為水)的第2冷卻劑流路60。第2冷卻劑流路60位于與燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41相背向的位置，第2冷卻劑流場(chǎng)板6是以在其厚度方向具有透過(guò)性的很多微細(xì)孔的多孔質(zhì)材料為基體材料，與多孔質(zhì)的燃料流場(chǎng)板4共同構(gòu)成第2增濕要素T2。
在啟動(dòng)固體高分子型燃料電池的時(shí)候，由設(shè)在燃料電池外部的氧化劑氣體輸送器90(風(fēng)扇、泵、空壓機(jī)等)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，氧化劑氣體從氧化劑流場(chǎng)板3的第1流路入口33提供給氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31。該氧化劑氣體沿著氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31流動(dòng)，再沿著從第1背向流路31的終點(diǎn)部31f到達(dá)第1反應(yīng)流路32的始點(diǎn)部32s，流經(jīng)第1反應(yīng)流路32后，從氧化劑流場(chǎng)板3的第1流路出口34排出。這樣，氧化劑氣體流入氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32后，氧化劑氣體將從氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32朝著MEA1的氧化劑電極15的第1氣體擴(kuò)散層16、第1催化劑層17的流向，沿箭頭E1的方向流動(dòng)(參考圖1)，進(jìn)入?yún)⑴c到發(fā)電反應(yīng)中。
另外，氣態(tài)的燃料是通過(guò)燃料輸送器92(風(fēng)扇、泵、空壓機(jī)等)從燃料流場(chǎng)板4的第2流路入口43提供給燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41。氣態(tài)的燃料沿著燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41流動(dòng)，從第2背向流路41的終點(diǎn)部41f到第2反應(yīng)流路42的始點(diǎn)部42s，沿著燃料流場(chǎng)板4的第2反應(yīng)流路42流動(dòng)，從燃料流場(chǎng)板4的第2流路出口44排出。這樣，燃料流入燃料流場(chǎng)板4的第2反應(yīng)流路42后，燃料將從燃料流場(chǎng)板4的第2反應(yīng)流路42朝著燃料電極12的第2氣體擴(kuò)散層13、第2催化劑層14的流向沿箭頭E2的方向流動(dòng)(參考圖1)，進(jìn)入?yún)⑴c到發(fā)電反應(yīng)中。
根據(jù)發(fā)電反應(yīng)，在燃料電極12的第2催化劑層14的催化作用下，燃料中所含的氫氣將生成質(zhì)子(氫氣離子)和電子(e-)，所生成的質(zhì)子沿厚度方向透過(guò)MEA1的電解質(zhì)膜11到達(dá)氧化劑電極15。電子流入外部電路，在安裝于外部電路上的負(fù)載用電元件處完成電流做功后，到達(dá)氧化劑電極15。在氧化劑電極15處，在氧化劑電極15的第1催化劑層17的催化作用下，氧化劑電極15的氧化劑氣體(一般為空氣)與質(zhì)子及電子發(fā)生反應(yīng)生成了水。因此根據(jù)上述發(fā)電反應(yīng)，在MEA1的氧化劑電極15一處產(chǎn)生了水。
生成水積存在氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32中，而且因?yàn)樯伤c氧化劑氣體一起向下流流動(dòng)，所以生成水積存在氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域。
在本實(shí)施例中，因?yàn)檠趸瘎┝鲌?chǎng)板3已經(jīng)經(jīng)過(guò)多孔質(zhì)化，在氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32處積存的水通過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3的微細(xì)孔，利用毛細(xì)管現(xiàn)象等的作用，沿厚度方向(箭頭X1方向)滲透過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3，并可以由氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32轉(zhuǎn)移到第1背向流路31中。這樣，就可以為流過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3的內(nèi)側(cè)的第1背向流路31的氧化劑氣體進(jìn)行增濕。其結(jié)果是，當(dāng)流過(guò)第1背向流路31的氧化劑氣體到達(dá)氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32的始點(diǎn)部32s的時(shí)候，該氧化劑氣體已經(jīng)得到了適當(dāng)?shù)脑鰸瘛?br> 這樣，經(jīng)過(guò)增濕處理的氧化劑氣體從第1反應(yīng)流路32的始點(diǎn)部32s流向氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32時(shí)被發(fā)電反應(yīng)所消耗，電解質(zhì)膜11的過(guò)度干燥得到了相應(yīng)的控制，確保了燃料電池良好的發(fā)電性能。如上面所述，在本實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)在發(fā)電反應(yīng)過(guò)程中在電池內(nèi)生成的生成水加以有效的利用，就可以有效地對(duì)供應(yīng)給MEA1的陰極側(cè)的反應(yīng)面1c之前的氧化劑氣體進(jìn)行增濕，實(shí)現(xiàn)了“單元內(nèi)自增濕構(gòu)造”。
所以。在本實(shí)施例中，可以在將氧化劑氣體提供給氧化劑流場(chǎng)板3的第1流路入口33之前，減少或者不用在燃料電池的外部對(duì)氧化劑氣體進(jìn)行增濕的增濕操作。因此，也就可以減少或者無(wú)需使用在燃料電池的外部對(duì)提供給氧化劑流場(chǎng)板3的第1流路入口33之前的氧化劑氣體進(jìn)行增濕的外部增濕裝置。
需要注意的是，在發(fā)電反應(yīng)過(guò)程中所生成的水由于受到氧化劑氣流等的影響，易于集中于氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域。所以，在氧化劑氣體氣流的下流領(lǐng)域存在發(fā)生溢流現(xiàn)象的可能性。溢流現(xiàn)象指的是水堵塞了氣體流路后，限制了對(duì)MEA1進(jìn)行氣體供給的現(xiàn)象。因此，就如本實(shí)施例所示的那樣，如果在氧化劑流場(chǎng)板3中，至少對(duì)第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域采取多孔質(zhì)化措施，在氧化劑氣體氣流的下流領(lǐng)域容易過(guò)度積存的水就可以通過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3的微細(xì)孔，在毛細(xì)管現(xiàn)象等的作用下，沿厚度方向(箭頭X1方向)滲透過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3，轉(zhuǎn)移到氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31中。所以，可以對(duì)容易積存生成水的氧化劑流場(chǎng)板3的下流領(lǐng)域進(jìn)行除濕處理，來(lái)控制在氧化劑氣體流下流領(lǐng)域發(fā)生的溢流現(xiàn)象。從這個(gè)意義上來(lái)講，也可以減少氧化劑氣體氣流在下流領(lǐng)域出現(xiàn)的發(fā)電不穩(wěn)定現(xiàn)象，就可以確保燃料電池良好的發(fā)電性能。
在本實(shí)施例中，正如圖1所示，為了使第1冷卻劑流場(chǎng)板5在厚度方向上也具有透過(guò)性，所以采用了多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以讓流過(guò)第1冷卻劑流場(chǎng)板5的第1冷卻劑流路50的冷卻劑(一般為水)通過(guò)毛細(xì)管現(xiàn)象等，沿第1冷卻劑流場(chǎng)板5的厚度方向(箭頭M1方向)滲透，對(duì)與第1冷卻劑流路50所對(duì)向的氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31中的氧化劑氣體進(jìn)行增濕。
也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，可以對(duì)氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31的氧化劑氣體，通過(guò)利用流過(guò)第1冷卻劑流場(chǎng)板5的第1冷卻劑流路50的冷卻劑，或者是在發(fā)電反應(yīng)過(guò)程中生成并積存在氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32中的生成水來(lái)進(jìn)行增濕，加強(qiáng)增濕能力。
不過(guò)，如果調(diào)整流過(guò)第1冷卻劑流路50的冷卻劑的壓力，就可以調(diào)整從第1冷卻劑流路50向氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31箭頭M1所示方向流過(guò)的水量，從而達(dá)到利用冷卻劑來(lái)調(diào)整對(duì)第1背向流路31的氧化劑氣體進(jìn)行增濕的增濕量。
然而，在流過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32的氧化劑氣體中，隨著氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32向下流前進(jìn)的同時(shí)，由于發(fā)電反應(yīng)的消耗，作為活性物質(zhì)的氧氣的濃度將隨之下降，成為發(fā)電不穩(wěn)定的主要原因。關(guān)于這一問(wèn)題，本實(shí)施例中，可以通過(guò)厚度方向具有氣體透過(guò)性的氧化劑流場(chǎng)板3，使流過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31的高氧氣濃度且新鮮的氧化劑氣體(反應(yīng)前的氧化劑氣體)沿氧化劑流場(chǎng)板3的厚度方向(箭頭X2方向)，從氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31滲透補(bǔ)充進(jìn)入第1反應(yīng)流路32。因此，能夠有效地從氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31積極地給第1反應(yīng)流路32補(bǔ)充作為活性物質(zhì)的氧氣。
在這里，由于受到壓力損失的影響，氧化劑流場(chǎng)板3的下流側(cè)的第1反應(yīng)流路32的壓力P2在一般情況之下要低于氧化劑流場(chǎng)板3的上流側(cè)的第1背向流路31的壓力P1(P2＜P1)。因此，P2與P1的壓力差，根據(jù)處于第1背向流路31與第1反應(yīng)流路32之間的氧氣濃度差形成的擴(kuò)散等，將使流過(guò)第1背向流路31的新鮮的氧化劑氣體(反應(yīng)前的氧化劑氣體)的氧氣沿氧化劑流場(chǎng)板3的厚度方向(箭頭X2方向)滲透，補(bǔ)充給第1反應(yīng)流路32。
特別是，由于受到壓力損失的影響，在一般情況下，氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32的最下流領(lǐng)域的壓力P2a要低于氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31的最上流領(lǐng)域的壓力P1a。因此，根據(jù)前面所講述的壓力差，氧氣濃度差造成的擴(kuò)散等，使流過(guò)第1背向流路31的最上流領(lǐng)域的新鮮的氧化劑氣體的氧氣沿氧化劑流場(chǎng)板3的厚度方向(箭頭X2方向)滲透，補(bǔ)充到第1反應(yīng)流路32的最下流領(lǐng)域(氧氣濃度最低的領(lǐng)域)中。
換句話說(shuō)，正如前面所介紹的那樣，在氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32所處下流領(lǐng)域，由于發(fā)電反應(yīng)造成活性物質(zhì)氧氣的濃度下降，從而有可能制約發(fā)電反應(yīng)。為了克服這一問(wèn)題，根據(jù)本實(shí)施例的氧化劑流場(chǎng)板3，第1反應(yīng)流路32中的下流領(lǐng)域(氧氣濃度低的領(lǐng)域)從氧化劑流場(chǎng)板3的剖面來(lái)看要盡量配置在與第1背向流路31的上流領(lǐng)域(氧氣濃度高的領(lǐng)域)接近的位置。其結(jié)果是，可以通過(guò)多孔質(zhì)且具有氣體透過(guò)性的氧化劑流場(chǎng)板30，使流過(guò)第1背向流路31的上流領(lǐng)域的新鮮的氧化劑氣體滲透過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3的厚度方向(箭頭X2方向)取得直接補(bǔ)充給氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域的效果，有利于抑制發(fā)電不穩(wěn)定現(xiàn)象。從這個(gè)意義上來(lái)講，確保了燃料電池良好的發(fā)電性能。
燃料一側(cè)也是如此。也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，因?yàn)槿剂狭鲌?chǎng)板4是通過(guò)具有厚度方向透過(guò)性的多孔質(zhì)化處理所形成的，燃料流場(chǎng)板4的第2反應(yīng)流路42側(cè)的水可以通過(guò)毛細(xì)管現(xiàn)象等的作用沿厚度方向(箭頭X3方向)滲透過(guò)燃料流場(chǎng)板4，從第2反應(yīng)流路42轉(zhuǎn)移到第2背向流路41。這樣就能夠?yàn)榱鬟^(guò)燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41的氣態(tài)燃料進(jìn)行增濕，緩解電解質(zhì)膜11的過(guò)度干燥。所以，就可以減少或者無(wú)需使用在氣態(tài)燃料供應(yīng)給第2流路入口43之前，在燃料電池的外部對(duì)燃料進(jìn)行增濕處理的增濕操作。因此，就可以減少或者無(wú)需使用在氣態(tài)燃料供應(yīng)給第2流路入口43之前，在燃料電池的外部對(duì)燃料進(jìn)行增濕處理的外部增濕裝置。
另外在本實(shí)施例中，第2冷卻劑流場(chǎng)板6也是通過(guò)具有厚度方向透過(guò)性的多孔質(zhì)化處理形成，流過(guò)第2冷卻劑流場(chǎng)板6的第2冷卻劑流路60的冷卻劑(一般為水)通過(guò)毛細(xì)管現(xiàn)象等的作用，可以向第2冷卻劑流場(chǎng)板6的厚度方向(箭頭M2方向)滲透，對(duì)燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41中的氣態(tài)燃料進(jìn)行增濕。也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41的燃料既可以利用流過(guò)第2冷卻劑流場(chǎng)板6的第2冷卻劑流路60的水，或者利用燃料流場(chǎng)板4的第2反應(yīng)流路42所生成的水達(dá)到進(jìn)行增濕的目的。在這里，只要調(diào)整流過(guò)第2冷卻劑流路60的冷卻劑的壓力，就可以調(diào)整流過(guò)燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41的氣態(tài)燃料的增濕量。
另外，流過(guò)燃料流場(chǎng)板4的第2反應(yīng)流路42的氣態(tài)燃料，將隨著燃料流場(chǎng)板4的第2反應(yīng)流路42向下流的前進(jìn)，由于發(fā)電反應(yīng)的消耗，使得活性物質(zhì)氫氣的濃度逐漸下降。由于受壓力損失的影響，在一般情況下，燃料流場(chǎng)板4的下流側(cè)的第2反應(yīng)流路42的壓力P4要低于燃料流場(chǎng)板4的上流側(cè)第2背向流路41的壓力P3(P4＜P3)。因此，由于第2背向流路41與第2背向流路41之間的壓力差，氫氣濃度差造成的擴(kuò)散等影響，通過(guò)利用厚度方向具有氣體透過(guò)性的燃料流場(chǎng)板4，將使得流過(guò)第2背向流路41的新鮮氣態(tài)燃料的氫氣沿燃料流場(chǎng)板4的厚度方向(箭頭X4方向)由第2背向流路41直接滲透補(bǔ)充給第2反應(yīng)流路42。由此，可有效地向燃料流場(chǎng)板4的第2反應(yīng)流路42中補(bǔ)充作為活性物質(zhì)的氫氣。
在這里，燃料流場(chǎng)板4的第2反應(yīng)流路42的下流領(lǐng)域由于發(fā)電反應(yīng)的消耗，作為活性物質(zhì)的氫氣大幅減少，有可能使燃料的下流領(lǐng)域處的發(fā)電反應(yīng)受到限制。為了克服這一問(wèn)題，根據(jù)本實(shí)施例，燃料流場(chǎng)板4的第2反應(yīng)流路42的下流領(lǐng)域(氫氣濃度低的領(lǐng)域)的安置要盡量與燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41的上流領(lǐng)域(氫氣濃度高的領(lǐng)域)接近。這種情況下，通過(guò)利用多孔質(zhì)且具有氣體透過(guò)性的燃料流場(chǎng)板4，就可以使得流過(guò)燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41的上流領(lǐng)域的新鮮的燃料沿燃料流場(chǎng)板4的厚度方向(箭頭X4方向)滲透。由此，就可以取得從燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41的上流領(lǐng)域(氫氣濃度高的領(lǐng)域)直接向燃料流場(chǎng)板4的第2反應(yīng)流路42的下流領(lǐng)域(氫氣濃度低的領(lǐng)域)補(bǔ)充活性物質(zhì)的氫氣的效果。
另外，正如圖1所示，在本實(shí)施例中采用了第1冷卻劑流路50的冷卻劑的基本流動(dòng)方向與氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32的氧化劑氣體的基本流動(dòng)方向相同或者幾乎同樣的配置構(gòu)造。其結(jié)果是，第1冷卻劑流路50的冷卻劑流的下流領(lǐng)域與氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域形成對(duì)應(yīng)位置。這樣，第1冷卻劑流路50的冷卻劑流的下流溫度由于受熱的影響，其溫度要高于冷卻劑流的上流的溫度。因此，采用前面所講述的配置構(gòu)造，氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域的溫度存在比第1反應(yīng)流路32的上流領(lǐng)域的溫度高的趨勢(shì)。因此，第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域的蒸氣量可以保持在較大的值。從而有利于控制第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域的溢流現(xiàn)象。
不過(guò)，也可以不局限于前面所講述的配置構(gòu)造，第1冷卻劑流路50的冷卻劑的基本流動(dòng)方向也可以采用與氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32的氧化劑氣體的基本流動(dòng)方向相反或者接近相反的配置構(gòu)造。
在本實(shí)施例中，提供給燃料電池的氧化劑氣體的溫度處于過(guò)低的情況下，氧化劑氣體流經(jīng)氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31時(shí)，可以在燃料電池內(nèi)部對(duì)流過(guò)第1背向流路31的氧化劑氣體進(jìn)行預(yù)熱。另外，當(dāng)提供給燃料電池的氧化劑氣體溫度處于過(guò)高的情況下，氧化劑氣體流過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31時(shí)，可以對(duì)流過(guò)第1背向流路31的氧化劑氣體進(jìn)行預(yù)冷。這樣，有利于供應(yīng)給氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32的氧化劑氣體處于適當(dāng)?shù)臏囟取?br> 同樣，當(dāng)提供給燃料電池的燃料氣體的溫度處于過(guò)低的情況下，燃料氣體流過(guò)燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41時(shí)，可以在燃料電池的內(nèi)部對(duì)流過(guò)第2背向流路41的燃料氣體進(jìn)行預(yù)熱。另外，當(dāng)提供給燃料電池的燃料氣體的溫度處于過(guò)高的情況下，燃料氣體流過(guò)燃料流場(chǎng)板4的第2背向流路41時(shí)，可以對(duì)流過(guò)第2背向流路41的燃料氣體進(jìn)行預(yù)冷。這樣，有利于提供給燃料流場(chǎng)板4的第2反應(yīng)流路42的燃料氣體處于適當(dāng)?shù)臏囟取?br> 在前面所講述的本實(shí)施例中，燃料流場(chǎng)板4、第1冷卻劑流場(chǎng)板5、第2冷卻劑流場(chǎng)板6均為多孔質(zhì)化材料所形成，也可以使用致密體來(lái)制備。而氧化劑流場(chǎng)板3則是使用多孔質(zhì)化材料來(lái)制備。
(實(shí)施例2)圖2顯示的是本發(fā)明的實(shí)施例2。實(shí)施例2具有與實(shí)施例1基本相同的構(gòu)造，基本上可以取得同樣的作用效果。在本實(shí)施例中，氧化劑流場(chǎng)板3B也是由在與MEA1的陰極側(cè)的反應(yīng)面1c相背向的背向面形成的第1背向流路31和在與MEA1的反應(yīng)面1c相對(duì)向的對(duì)向面形成的第1反應(yīng)流路32所組成的。構(gòu)成第1增濕要素T1的氧化劑流場(chǎng)板3B因?yàn)榻?jīng)過(guò)多孔質(zhì)化材料處理而具有厚度方向透過(guò)性，所以，與實(shí)施例1同樣，發(fā)電反應(yīng)過(guò)程所生成并積存于氧化劑流場(chǎng)板3B的第1反應(yīng)流路32處的水可以通過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3B的微細(xì)孔的毛細(xì)管現(xiàn)象等的作用，沿氧化劑流場(chǎng)板3B厚度方向(箭頭X1方向)滲透，轉(zhuǎn)移到氧化劑流場(chǎng)板3B的第1背向流路31。從而，可以使流過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3B的第1背向流路31的氧化劑氣體得到增濕。其結(jié)果是，流過(guò)第1背向流路31的氧化劑氣體在到達(dá)氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32的始點(diǎn)部32s的時(shí)候，該氧化劑氣體已經(jīng)得到適當(dāng)?shù)脑鰸瘛＿@樣，在本實(shí)施例中，可以通過(guò)發(fā)電反應(yīng)所生成的生成水對(duì)氧化劑氣體進(jìn)行增濕，來(lái)實(shí)現(xiàn)“單元內(nèi)自增濕構(gòu)造”。
另外，同樣在本實(shí)施例中，如圖2所示，構(gòu)成增濕要素T2的燃料流場(chǎng)板4B也是由具有厚度方向透過(guò)性的多孔質(zhì)化材料加工形成，從而能夠利用燃料流場(chǎng)板4B的微細(xì)孔毛細(xì)管現(xiàn)象，將燃料流場(chǎng)板4B的第2反應(yīng)流路42側(cè)的水沿燃料流場(chǎng)板4B的厚度方向(箭頭X3方向)滲透到燃料流場(chǎng)板4B的第2背向流路41中。因此，可以對(duì)流過(guò)燃料流場(chǎng)板4B的第2背向流路41的氣態(tài)燃料進(jìn)行增濕。
根據(jù)本實(shí)施例，正如圖2所示，第1冷卻劑流場(chǎng)板5B及第2冷卻劑流場(chǎng)板6B不是由多孔質(zhì)材料，而是由致密體所形成。所以，流過(guò)第1冷卻劑流場(chǎng)板5B的第1冷卻劑流路50的冷卻劑(一般為水)，通過(guò)利用流過(guò)第2冷卻劑流場(chǎng)板6B的第2冷卻劑流路60的冷卻劑(一般為水)對(duì)固體高分子型燃料電池的進(jìn)行冷卻。另外，在前面所講述的本實(shí)施例中，燃料流場(chǎng)板4為由多孔質(zhì)化材料形成，同時(shí)也可以由致密體形成。而，氧化劑流場(chǎng)板3則由多孔質(zhì)化材料形成。
(實(shí)施例3)圖3顯示的是本發(fā)明的實(shí)施例3。實(shí)施例3具有與實(shí)施例1基本同樣的構(gòu)造，基本上可以取得同樣的作用效果。同樣在本實(shí)施例中，構(gòu)成第1增濕要素的氧化劑流場(chǎng)板3C具有多孔質(zhì)性，由在背對(duì)MEA1的陰極側(cè)的反應(yīng)面1c的背面形成的第1背向流路31和在面對(duì)MEA1的反應(yīng)面1c的對(duì)面形成的第1反應(yīng)流路32所組成。如圖3所示，燃料流場(chǎng)板4C由致密體形成，并由在背對(duì)MEA1的陽(yáng)極側(cè)的反應(yīng)面1d的背面形成的第2背向流路41和在面對(duì)MEA1的反應(yīng)面1d對(duì)面形成的第2反應(yīng)流路42所組成。在本實(shí)施例中，同樣也是通過(guò)利用發(fā)電反應(yīng)所生成的生成水對(duì)氧化劑氣體進(jìn)行增濕，來(lái)實(shí)現(xiàn)“單元內(nèi)自增濕構(gòu)造”。另外，燃料流場(chǎng)板4C、第1冷卻劑流場(chǎng)板5C和第2冷卻劑流場(chǎng)板6C是由致密體形成的，也可以采用多孔質(zhì)化材料來(lái)制備。
(實(shí)施例4)圖4顯示的是本發(fā)明的實(shí)施例4。實(shí)施例4具有與實(shí)施例1基本相同的構(gòu)造，基本上可以取得同樣的作用效果。同樣在本實(shí)施例中，構(gòu)成第1增濕要素T1的氧化劑流場(chǎng)板3D由在背對(duì)MEA1的反應(yīng)面1c背面形成的第1背向流路31和在面對(duì)MEA1的反應(yīng)面1c對(duì)面形成的第1反應(yīng)流路32所組成。氧化劑流場(chǎng)板3D是由具有厚度方向透過(guò)性的多孔質(zhì)化材料形成。因此，與實(shí)施例1同樣，在氧化劑流場(chǎng)板3D的第1反應(yīng)流路32處生成的水可以通過(guò)毛細(xì)管現(xiàn)象等的作用，沿氧化劑流場(chǎng)板3D的厚度方向(箭頭X1方向)滲透轉(zhuǎn)移到氧化劑流場(chǎng)板3D的第1背向流路31中。從而，可以對(duì)流過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31的反應(yīng)前的氧化劑氣體進(jìn)行增濕，緩解電解質(zhì)膜11的過(guò)度干燥。這樣，在本實(shí)施例中，可以通過(guò)利用發(fā)電反應(yīng)所生成的生成水對(duì)反應(yīng)前的氧化劑氣體進(jìn)行增濕處理來(lái)實(shí)現(xiàn)“單元內(nèi)自增濕構(gòu)造”。因此，可以減少或者無(wú)需使用在氧化劑氣體供應(yīng)給固體高分子型燃料電池的第1流路入口33之前對(duì)氧化劑氣體進(jìn)行的增濕操作。
另外，在本實(shí)施例中，構(gòu)成第2增濕要素T2的燃料流場(chǎng)板4D是由具有厚度方向透過(guò)性的多孔質(zhì)化材料加工形成，從而能夠使可以使燃料流場(chǎng)板4D的第2反應(yīng)流路42側(cè)的水沿燃料流場(chǎng)板4厚度方向(箭頭X3方向)滲透轉(zhuǎn)移到向燃料流場(chǎng)板4D的第2背向流路41中。從而，可以對(duì)流過(guò)燃料流場(chǎng)板4D的第2背向流路41的反應(yīng)前的氣態(tài)燃料進(jìn)行增濕。如圖4所示，本實(shí)施例沒(méi)有安裝第1冷卻劑流場(chǎng)板及第2冷卻劑流場(chǎng)板。另外，燃料流場(chǎng)板4D是由多孔質(zhì)化材料形成的，同時(shí)也可以采用致密體材料來(lái)制備。
(實(shí)施例5)圖5顯示的是本發(fā)明的實(shí)施例5。實(shí)施例5具有與實(shí)施例1基本相同的構(gòu)造，基本上可以取得同樣的作用效果。如圖5所示，氧化劑流場(chǎng)板3E由在與MEA1的反應(yīng)面1c相背向的背向面形成的第1背向流路31和在與MEA1的反應(yīng)面1c相背的背向面形成的第1反應(yīng)流路32所組成。氧化劑流場(chǎng)板3E不是由多孔質(zhì)材料，而是由致密體材料形成。
第1冷卻劑流場(chǎng)板5E中，第1增濕要素由具有厚度方向透過(guò)性的多孔質(zhì)材料形成，流過(guò)第1冷卻劑流場(chǎng)板5E的第1冷卻劑流路50的冷卻劑(一般為水)沿第1冷卻劑流場(chǎng)板5E的厚度方向(箭頭M1方向)滲透，從而可以對(duì)氧化劑流場(chǎng)板3E的第1背向流路31的氧化劑氣體進(jìn)行增濕。這樣，流過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3E的第1背向流路31的氧化劑氣體就可以在電池內(nèi)得到增濕。所以，在向第1流路入口33提供氧化劑氣體之前，就可以減少或者無(wú)需使用在燃料電池的外部對(duì)氧化劑氣體進(jìn)行增濕的增濕操作及外部增濕裝置。在這里，只要調(diào)整流過(guò)第1冷卻劑流路50的冷卻劑的壓力，就可以調(diào)整第1冷卻劑流路50的冷卻劑向第1冷卻劑流場(chǎng)板5E的厚度方向(箭頭M1方向)滲透的程度，從而，調(diào)整對(duì)氧化劑氣體的增濕量。
燃料流場(chǎng)板4E由背對(duì)MEA1的陽(yáng)極側(cè)的反應(yīng)面1d的背面形成的第2背向流路41和面對(duì)MEA1的反應(yīng)面1d的對(duì)面形成的第2反應(yīng)流路42所組成。燃料流場(chǎng)板4E不是由多孔質(zhì)材料，而是由致密體材料形成。
第2冷卻劑流場(chǎng)板6E中，第2增濕要素由具有厚度方向透過(guò)性的多孔質(zhì)材料形成，流過(guò)第2冷卻劑流場(chǎng)板6E的第2冷卻劑流路60的冷卻劑(一般為水)沿第2冷卻劑流場(chǎng)板6E的厚度方向(箭頭M2方向)滲透，從而可以對(duì)燃料流場(chǎng)板4E的第2背向流路41的氣態(tài)的燃料進(jìn)行增濕。這樣，流過(guò)燃料流場(chǎng)板4E的第2背向流路41的氣態(tài)燃料就可以獲得增濕。
(實(shí)施例6)實(shí)施例6的說(shuō)明可引用圖1。實(shí)施例6具有與實(shí)施例1基本相同的構(gòu)造，基本上可以取得同樣的作用效果。在本實(shí)施例中，構(gòu)成第1增濕要素的氧化劑流場(chǎng)板3F是由具有親水性的多孔質(zhì)材料為基體材料形成的。因此，積存在氧化劑流場(chǎng)板3F的第1反應(yīng)流路32的液態(tài)水可以通過(guò)毛細(xì)管現(xiàn)象等的作用，沿氧化劑流場(chǎng)板3F厚度方向(箭頭X1方向)積極滲透轉(zhuǎn)移到氧化劑流場(chǎng)板3F的第1背向流路31中。因此，流過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3F的第1背向流路31的氧化劑氣體就可以通過(guò)該液態(tài)水取得良好的增濕效果。另外，上述親水性可以通過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3F的材質(zhì)本身或者對(duì)氧化劑流場(chǎng)板3F進(jìn)行親水性處理來(lái)獲得。
另外，構(gòu)成第2增濕要素的燃料流場(chǎng)板4F是由具有親水性的多孔質(zhì)材料為基體材料形成的。因此，在燃料流場(chǎng)板4F的第2反應(yīng)流路42處生成的水分可以作為液態(tài)的水通過(guò)微細(xì)孔的毛細(xì)管現(xiàn)象等作用，沿燃料流場(chǎng)板4F厚度方向(箭頭X3方向)滲透轉(zhuǎn)移到燃料流場(chǎng)板4F的第2背向流路41中。因此，可以通過(guò)利用液態(tài)水對(duì)流過(guò)燃料流場(chǎng)板4F的第2背向流路41的氣態(tài)燃料進(jìn)行增濕。另外，上述親水性可以通過(guò)燃料流場(chǎng)板4E的材質(zhì)本身或者對(duì)其進(jìn)行親水性處理來(lái)獲得。
正如前面所講述的那樣，氧化劑流場(chǎng)板3F具有親水性的時(shí)候，氧化劑流場(chǎng)板3F的微細(xì)孔的直徑可以采取基本均一的方式。另外，當(dāng)燃料流場(chǎng)板4F具有親水性的時(shí)候，燃料流場(chǎng)板4F的微細(xì)孔的直徑也可以采取基本均一的方式。
另外，在具有親水性的氧化劑流場(chǎng)板3F之中，在面對(duì)MEA1的對(duì)面，也就是第1反應(yīng)流路32，從第1反應(yīng)流路32的上流到第1反應(yīng)流路32的下流，微細(xì)孔的直徑可以依次變小。這種情況下，微細(xì)孔的直徑可以在0.1～10μm的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。微細(xì)孔的直徑小時(shí)，可以增大毛細(xì)管壓，利用毛細(xì)管壓有利于水向氧化劑流場(chǎng)板3F的厚度方向透過(guò)。
另外，在具有親水性的氧化劑流場(chǎng)板3F之中，在面對(duì)MEA1的對(duì)面，也就是第1反應(yīng)流路32，氣孔率可以沿著向下流的方向依次增大。這樣，在第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域，有利于提高箭頭X1方向的水通過(guò)性、箭頭X2方向的氣體透過(guò)性。這種情況下，氣孔率可以在5～40％的范圍內(nèi)調(diào)整。此外，燃料流場(chǎng)板4F的微細(xì)孔的直徑和氣孔率也可以采用與氧化劑流場(chǎng)板3F同樣的方式。
(實(shí)施例7)圖6及圖7所示的實(shí)施例7具有與實(shí)施例1基本相同的構(gòu)造，基本上可以取得同樣的作用效果。在本實(shí)施例中，構(gòu)成第1增濕要素的氧化劑流場(chǎng)板3G由具有親水性的多孔質(zhì)材料形成，具有厚度方向透過(guò)性。在與MEA1相對(duì)的對(duì)向面，也就是在第1反應(yīng)流路32中，氧化劑流場(chǎng)板3G的微細(xì)孔的直徑設(shè)定為第1反應(yīng)流路32的下流的微細(xì)孔的直徑相對(duì)較小的同時(shí)，而第1反應(yīng)流路32的上流的微細(xì)孔的直徑則依次相對(duì)較大。這種情況下，如圖7的特性線S11所示，可以從第1反應(yīng)流路32的上流向第1反應(yīng)流路32的下流方向連續(xù)地減小微細(xì)孔的直徑。另外，如圖7的特性線S12、S13所示，從第1反應(yīng)流路32的上流到第1反應(yīng)流路32的下流，可以依次斷續(xù)地減小微細(xì)孔的直徑。這種情況下，氣孔率可以在5～40％的范圍內(nèi)調(diào)整。
這種情況下，微細(xì)孔的直徑越小的一側(cè)就可以獲得越大的毛細(xì)管壓，有利于水滲透到氧化劑流場(chǎng)板3G的厚度方向的內(nèi)部。因此，氧化劑流場(chǎng)板3中利用微細(xì)孔調(diào)整毛細(xì)管壓，微細(xì)孔的直徑設(shè)定為相對(duì)較小的第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域與微細(xì)孔的直徑設(shè)定為相對(duì)較大的第1反應(yīng)流路32的上流領(lǐng)域相比，仍相對(duì)較大。
另外，關(guān)于具有親水性的氧化劑流場(chǎng)板3G，在面對(duì)MEA1的對(duì)面，也就是在第1反應(yīng)流路32，如圖7的特性線S14所示，可以沿第1反應(yīng)流路32的下流方向逐漸增大氣孔率。這樣，有利于提高第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域的箭頭X1方向的水通過(guò)性、箭頭X2方向的氣體透過(guò)性。這種情況下，氣孔率可以在5～40％的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
上述實(shí)施例，有利于使氧化劑流場(chǎng)板3G的第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域所積存的生成水沿氧化劑流場(chǎng)板3G的厚度方向(箭頭X1方向)滲透后向第1背向流路31轉(zhuǎn)移。因此，可以確保在氧化劑流場(chǎng)板3G下流領(lǐng)域的除濕功能，有利于抑制在氧化劑流場(chǎng)板3G下流領(lǐng)域溢流現(xiàn)象的發(fā)生。
另外，構(gòu)成第2增濕要素的燃料流場(chǎng)板4G具有親水性。這種情況下，在面對(duì)MEA1的對(duì)面，第2反應(yīng)流路42的下流的微細(xì)孔的直徑設(shè)定為相對(duì)較小的同時(shí)，第2反應(yīng)流路42的上流的微細(xì)孔直徑設(shè)定為相對(duì)較大。這種情況下，正如圖7的特性線S11所示，從第2反應(yīng)流路42的上流到第2反應(yīng)流路42的下流，可以依次連續(xù)地減小微細(xì)孔的直徑。而且，如圖7的特性線S12、S13所示，從第2反應(yīng)流路42的上流到第2反應(yīng)流路42的下流，可以階段性地縮小微細(xì)孔的直徑。因此，燃料流場(chǎng)板4G的微細(xì)孔產(chǎn)生的毛細(xì)管壓，在微細(xì)孔的直徑設(shè)定為相對(duì)較小的第2反應(yīng)流路42的下流領(lǐng)域處相對(duì)地逐漸增大。其結(jié)果是有利于使積存在第2反應(yīng)流路42的下流領(lǐng)域的水沿燃料流場(chǎng)板4G的厚度方向(箭頭X3方向)滲透到第2背向流路41內(nèi)。
關(guān)于燃料流場(chǎng)板4G的氣孔率，在面對(duì)MEA1的對(duì)面，也就是在第2反應(yīng)流路42，如圖7的特性線S14所示，可以依次從第2反應(yīng)流路42的上流向第2反應(yīng)流路42的下流逐漸加大氣孔率。這種情況下，氣孔率可以在0.1～10μm的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
(實(shí)施例8)實(shí)施例8引用圖1。實(shí)施例8具有與實(shí)施例1基本相同的構(gòu)造，基本上可以取得同樣的作用效果。正如圖1中所示，構(gòu)成第1增濕要素的氧化劑流場(chǎng)板3H是以疏水性(撥水性)多孔質(zhì)材料為基體材料形成的，所以具有厚度方向透過(guò)性。因此，可以使積存在氧化劑流場(chǎng)板3H的第1反應(yīng)流路32的水分(水蒸氣)、經(jīng)氧化劑流場(chǎng)板3H向厚度方向(箭頭X1方向)擴(kuò)散，轉(zhuǎn)移到氧化劑流場(chǎng)板3H的第1背向流路31。因此，有利于通過(guò)水蒸氣對(duì)流過(guò)氧化劑流場(chǎng)板3H的第1背向流路31的氧化劑氣體進(jìn)行增濕。不過(guò)，疏水性可以由氧化劑流場(chǎng)板3H的本身的材質(zhì)或者通過(guò)實(shí)施疏水性處理而形成。
另外，構(gòu)成第2增濕要素的燃料流場(chǎng)板4H是以疏水性(撥水性)多孔質(zhì)材料為基體材料形成的。因此，可以使在燃料流場(chǎng)板4H的第2反應(yīng)流路42處生成的水分(水蒸氣)經(jīng)過(guò)微細(xì)孔沿燃料流場(chǎng)板4H的厚度方向(箭頭X3方向)擴(kuò)散，轉(zhuǎn)移到燃料流場(chǎng)板4H的第2背向流路41。因此，有利于使流過(guò)燃料流場(chǎng)板4H的第2背向流路41的氣態(tài)燃料通過(guò)該水蒸氣進(jìn)行增濕。不過(guò)，疏水性可以由燃料流場(chǎng)板4H的本身的材質(zhì)或者通過(guò)實(shí)施疏水性處理而形成。正如前面所講述的那樣，當(dāng)氧化劑流場(chǎng)板3H具有疏水性的時(shí)候，氧化劑流場(chǎng)板3H的微細(xì)孔可以采用基本均一的直徑。另外，當(dāng)燃料流場(chǎng)板4H具有疏水性的時(shí)候，燃料流場(chǎng)板4H的微細(xì)孔可以采用基本均一的直徑。
在前面的說(shuō)明中，對(duì)具有疏水性的氧化劑流場(chǎng)板3H、及燃料流場(chǎng)板4H的微細(xì)孔可以采用基本均一直徑的方式進(jìn)行了說(shuō)明。但是，不僅如此，對(duì)于具有疏水性的氧化劑流場(chǎng)板3H、及具有疏水性的燃料流場(chǎng)板4H，在面對(duì)MEA1的對(duì)面，也就是在朝向第1反應(yīng)流路32的下流，可以依次相對(duì)增大微細(xì)孔的直徑，另外，在朝向第1反應(yīng)流路32的下流也可以依次相對(duì)增大氣孔率。這種情況下，氣孔率可以在5～40％的范圍內(nèi)調(diào)整，氣孔率可以在0.1～10μm的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
(實(shí)施例9)圖8、圖9顯示的是本發(fā)明的實(shí)施例9。實(shí)施例9具有與實(shí)施例1基本相同的構(gòu)造，基本上可以取得同樣的作用效果。構(gòu)成第1增濕要素的氧化劑流場(chǎng)板3K，是以疏水性多孔質(zhì)材料為基體材料形成的。而且，在面對(duì)MEA1的對(duì)面，關(guān)于氧化劑流場(chǎng)板3K的微細(xì)孔直徑，第1反應(yīng)流路32的下流微細(xì)孔的直徑設(shè)定為相對(duì)較大的同時(shí)，第1反應(yīng)流路32的上流的微細(xì)孔直徑設(shè)定為相對(duì)較小。這種情況下，如圖9的特性線S21所示，可以從第1反應(yīng)流路32的上流向第1反應(yīng)流路32的下流，依次連續(xù)增大微細(xì)孔的直徑。另外，如圖9的特性線S22、S23所示，可以從第1反應(yīng)流路32的上流向第1反應(yīng)流路32的下流，依次階段性增大微細(xì)孔的直徑。另外，微細(xì)孔的直徑可以在0.1～10μm的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
另外，關(guān)于具有疏水性的氧化劑流場(chǎng)板3K，在面對(duì)MEA1的對(duì)面，如圖9的特性線S24所示，隨著朝向第1反應(yīng)流路32的下流，可以增加氣孔率。這樣，有利于提高第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域箭頭X1方向的水通過(guò)性、箭頭X2方向的氣體透過(guò)性。另外，氣孔率可以在5～40％的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
這種情況下，根據(jù)下面所示的Kelvin公式，在疏水性的情況下，當(dāng)微細(xì)孔的直徑大時(shí)，就可以降低水蒸氣壓，使其水蒸氣凝縮，易于液相水的生成。所以，有利于使液相水沿氧化劑流場(chǎng)板3K的厚度方向(箭頭X1方向)滲透到第1背向流路31。其結(jié)果是，有利于使積存在氧化劑流場(chǎng)板3K的第1反應(yīng)流路32的下流領(lǐng)域液態(tài)生成水沿氧化劑流場(chǎng)板3K的厚度方向(箭頭X1方向)滲透，轉(zhuǎn)移到第1背向流路31轉(zhuǎn)移。因此，有利于控制氧化劑流場(chǎng)板3K的下流領(lǐng)域溢流現(xiàn)象的發(fā)生。另外，第1冷卻劑流場(chǎng)板5、第2冷卻劑流場(chǎng)板6的強(qiáng)制冷卻功能也有利于上述凝縮。
另外，公式1中的Kelvin的公式，基本上顯示了微細(xì)孔的水蒸氣壓力。在這里，P代表微細(xì)孔內(nèi)的液體平衡蒸氣壓，Po代表在該溫度條件下液體的飽和蒸氣壓，σ是該液體的表面張力，M是該液體的分子摩爾質(zhì)量，θ是該液體的接觸角，ρ是該液體的密度，R是氣體常數(shù)，T為絕對(duì)溫度。一般情況下，親水性要在θ為0～90度以內(nèi)，疏水性要在θ為90度～180度以內(nèi)。
公式1…P＝Po·exp[-{(2σMcosθ)/(rρRT)}]根據(jù)Kelvin的公式，微細(xì)孔的內(nèi)壁面為疏水性的情況下，θ為90度～180度以內(nèi)，cosθ成為負(fù)值(cosθ＜0)，P則大于Po(P＞Po)。根據(jù)Kelvin的公式，微細(xì)孔的內(nèi)壁面為疏水性的情況下，微細(xì)孔的直徑r越大，則微細(xì)孔的水蒸氣壓P就隨之越小。另一方面，微細(xì)孔的直徑r越小，則微細(xì)孔的水蒸氣壓P就隨之越大。
另外，如圖8所示，構(gòu)成第2增濕要素的燃料流場(chǎng)板4K是由疏水性的多孔質(zhì)材料所形成。這種情況下，在面對(duì)MEA1的對(duì)面，對(duì)于燃料流場(chǎng)板4K的微細(xì)孔的直徑，第2反應(yīng)流路42下流的微細(xì)孔直徑設(shè)定為相對(duì)較大的同時(shí)，第2反應(yīng)流路42上流的微細(xì)孔直徑設(shè)定為相對(duì)較小。這種情況下，如圖9的特性線S21所示，可以從第2反應(yīng)流路42的上流到第2反應(yīng)流路42的下流，連續(xù)地依次增大微細(xì)孔的直徑。另外，如圖9的特性線S22、S23所示，可以從采用從第2反應(yīng)流路42的上流向第2反應(yīng)流路42的下流，階段性加大微細(xì)孔的直徑。其結(jié)果是，有利于使積存在燃料的第2反應(yīng)流路42下流領(lǐng)域的液相水沿燃料流場(chǎng)板4K的厚度方向(箭頭X3方向)滲透，轉(zhuǎn)移到第2背向流路41，從而有利于控制燃料流場(chǎng)板4K下流領(lǐng)域溢流現(xiàn)象的發(fā)生。另外，前面所介紹的實(shí)施例2～實(shí)施例4所涉及的氧化劑流場(chǎng)板3、燃料流場(chǎng)板4也可以采用具有疏水性的方式。
(實(shí)施例10)圖10及圖11顯示的是本發(fā)明的實(shí)施例10。與實(shí)施例10或圖8所示的實(shí)施例具有基本同樣的構(gòu)造，基本上可以取得同樣的作用效果。構(gòu)成第1增濕要素的氧化劑流場(chǎng)板3R是以疏水性(撥水性)多孔質(zhì)材料為基體材料所形成的，構(gòu)成第2增濕要素的燃料流場(chǎng)板4R是以疏水性(撥水性)多孔質(zhì)材料為基體材料所形成的，而且，相對(duì)于圖8所示的實(shí)施例而言，其微細(xì)孔直徑的大小關(guān)系呈相反的關(guān)系。也就是說(shuō)，如圖11的特性線S11’、S12’、S13’所示，在面對(duì)MEA1的對(duì)面，關(guān)于氧化劑流場(chǎng)板3R的微細(xì)孔的直徑，第1反應(yīng)流路32的下流的微細(xì)孔直徑設(shè)定為相對(duì)較小的同時(shí)，第1反應(yīng)流路32的上流的微細(xì)孔直徑設(shè)定為相對(duì)較大。
根據(jù)前面所講述的Kelvin的公式，微細(xì)孔越小，則可以相應(yīng)加大微細(xì)孔內(nèi)的水蒸氣壓。因此，可以利用在氧化劑流場(chǎng)板3R的第1反應(yīng)流路32處所生成的水分經(jīng)蒸氣化處理后的擴(kuò)散作用，對(duì)氧化劑流場(chǎng)板3R的第1背向流路31的氧化劑氣體進(jìn)行增濕。燃料流場(chǎng)板4R也與此相同。
(實(shí)施例11)圖12顯示的是本發(fā)明的實(shí)施例11。實(shí)施例11具有與實(shí)施例1基本相同的構(gòu)造，基本上可以取得同樣的作用效果。但是，在氧化劑流場(chǎng)板3P上，第1反應(yīng)流路32的下流采用的是多孔質(zhì)材料，而第1反應(yīng)流路32的上流采用的是非多孔質(zhì)的致密體。采用致密體時(shí)可以有利于提高該部分的強(qiáng)度、導(dǎo)電性、集電性。燃料流場(chǎng)板4P也可以采用同樣的構(gòu)造。
(制造例)前面所講述的多孔質(zhì)氧化劑流場(chǎng)板3、燃料流場(chǎng)板4可以按如下制作方法形成。也就是說(shuō)，可以使用碳系材料(天然石墨，人造石墨等)與粘接劑(熱硬化性樹脂，例如，酚樹脂)及可以消除的造孔材(纖維素系有機(jī)質(zhì)材料)混合而成的混合材料。該混合材料可以用成形模型的型腔模的型面進(jìn)行沖壓成形加工為成形體，將該成形體在燒成溫度例如，(500～600℃)進(jìn)行燒成，消除成形體的造孔材，從而形成擁有很多微細(xì)孔的氧化劑流場(chǎng)板3、燃料流場(chǎng)板4。為了使微細(xì)孔的直徑從上流領(lǐng)域到下流領(lǐng)域發(fā)生變化，可以通過(guò)改變從上流領(lǐng)域到下流領(lǐng)域的造孔材的尺寸來(lái)獲得。造孔材的尺寸大時(shí)，微細(xì)孔的直徑就相應(yīng)變大。造孔材的尺寸小時(shí)，微細(xì)孔的直徑就相應(yīng)變小。微細(xì)孔的直徑可以為1～100μm、2～30μm、2～15μm，特別是3～4μm。氣孔率可以是體積比為10～90％、15～60％，特別是20～40％。
賦予氧化劑流場(chǎng)板3疏水性的疏水性物質(zhì)可以是含有氟原子、CF2基、CF3基、CH3基、CH2基等的材料，也可以為氟、氟樹脂(PTFF、FEP、PFA、PVDF等)、氟化石墨、疏水性碳、硅烷化合物、鏈烷烴等。用于疏水處理的改性氣體可以是以氟氣或者氟氣及惰性氣體(氮等)為主要成分的氣體。親水處理可以使用將親水性物質(zhì)溶解或分散到液狀媒體(水、乙醇等)中的溶液，通過(guò)該溶液與氧化劑流場(chǎng)板3的接觸獲得。親水性物質(zhì)可以使用過(guò)氧化氫水溶液、二氧化硅粉、氧化鋁粉等，其表面含有大量的羥基及羧基等的親水性官能基，此外，也可以使用吸水性樹脂、如淀粉·丙烯酸共聚物、聚丙烯酸鈉、聚乙烯醇等。另外，離子交換樹脂、吸水性多糖類也可以作為親水性物質(zhì)使用。無(wú)論是哪一種，在其化學(xué)結(jié)構(gòu)中至少要含有羥基、羧基、醛基、氨基、磺基等親水性官能基的1種。
(氧化劑流場(chǎng)板3的形態(tài)例)從增濕的角度出發(fā)，前面所講述的實(shí)施例1所涉及的氧化劑流場(chǎng)板3，隨著反應(yīng)前的氧化劑氣體向第1背向流路31流動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在第1背向流路31的流路的整個(gè)領(lǐng)域或者接近整個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行增濕。所以，將第1背向流路31幾乎未得到增濕的上流領(lǐng)域U1(UP)濕度與進(jìn)行增濕的第1背向流路31的下流領(lǐng)域D1(DOWN)的濕度進(jìn)行比較，就可以發(fā)現(xiàn)其具有第1背向流路31下流領(lǐng)域D1的濕度高于第1背向流路31上流領(lǐng)域U1濕度的特點(diǎn)。
另外，對(duì)于氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32，氧化劑氣體經(jīng)過(guò)第1背向流路31到達(dá)第1反應(yīng)流路32上流領(lǐng)域U2時(shí)，氧化劑氣體已經(jīng)完成了增濕過(guò)程最為理想。因此，考慮到前面所講述的情況，就可以發(fā)現(xiàn)第1背向流路31下流領(lǐng)域D1和第1反應(yīng)流路32上流領(lǐng)域U2是處于氧化劑流場(chǎng)板3的表和里的關(guān)系，應(yīng)盡量使其接近。這樣，就可以提高第1反應(yīng)流路32上流領(lǐng)域U2的濕度，確保第1反應(yīng)流路32的始端的良好發(fā)電反應(yīng)。
因此，可以采用圖13～圖15所示的各方式。如圖13～圖15所示，箭頭表示氧化劑氣體的基本流動(dòng)方向，氧化劑流場(chǎng)板3具有邊3a，3b，3c，3d。氧化劑流場(chǎng)板3上第1背向流路31及第1反應(yīng)流路32處于表里的關(guān)系。100是引導(dǎo)流過(guò)第1背向流路31及第1反應(yīng)流路32的氧化劑氣體的引導(dǎo)突起。102是把新鮮的空氣導(dǎo)入氧化劑流場(chǎng)板3的第1背向流路31的歧管。106是導(dǎo)出流經(jīng)氧化劑流場(chǎng)板3的第1反應(yīng)流路32，發(fā)電中所消耗的空氣off氣體的空氣導(dǎo)出歧管。108是把新鮮的氣態(tài)的燃料導(dǎo)入第2背向流路41的燃料導(dǎo)入歧管。112是把流經(jīng)第2反應(yīng)流路42發(fā)電中所消耗的燃料off氣體導(dǎo)出的燃料導(dǎo)出歧管。500是向第1冷卻劑流路50、第2冷卻劑流路60提供冷卻劑的冷卻劑導(dǎo)入歧管，501是把第1冷卻劑流路50、第2冷卻劑流路60吐出的冷卻劑導(dǎo)出的冷卻劑導(dǎo)出歧管。
根據(jù)圖13～圖15所示的各方式，通過(guò)設(shè)定，第1背向流路31經(jīng)過(guò)增濕的下流領(lǐng)域D1與第1反應(yīng)流路32的上流領(lǐng)域U2處于氧化劑流場(chǎng)板3的表和里的關(guān)系。或者，使其接近這種關(guān)系。其結(jié)果是，在反應(yīng)前的氧化劑氣體的增濕方面，氧化劑氣體經(jīng)過(guò)第1背向流路31到達(dá)第1反應(yīng)流路32上流領(lǐng)域U2時(shí)，氧化劑氣體已經(jīng)完成增濕過(guò)程。
(其他)其他，本發(fā)明不僅限于前面所講述的實(shí)施例，可以在不遺漏要點(diǎn)的范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)變更實(shí)施?？梢詮那懊嬗涊d的內(nèi)容把握下列技術(shù)思想。
(附注1)一種設(shè)置在燃料電池的膜·電極接合體的燃料電極的對(duì)面，為上述燃料電極提供燃料的燃料電池用燃料流場(chǎng)板，其特征是由在與膜·電極接合體相背的背面形成的背向流路；及在與膜·電極接合體相對(duì)的對(duì)面形成，并與背向流路連通，且可讓背向流路中的燃料流通的反應(yīng)流路所構(gòu)成。
(附注2)根據(jù)附注1所述燃料流場(chǎng)板，其特征是在燃料流場(chǎng)板中，至少反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域形成有多孔質(zhì)化結(jié)構(gòu)。
(附注3)一種氧化劑流場(chǎng)板，其特征是氧化劑流場(chǎng)板的第1背向流路的下流領(lǐng)域，與氧化劑流場(chǎng)板的第1反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域構(gòu)成氧化劑流場(chǎng)板的表里關(guān)系。
(附注4)一種燃料流場(chǎng)板，其特征是燃料流場(chǎng)板的第2背向流路的下流領(lǐng)域，與燃料流場(chǎng)板的第2反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域構(gòu)成燃料流場(chǎng)板的表里關(guān)系。
(附注5)一種設(shè)置在膜·電極接合體的氧化劑電極的對(duì)面，為氧化劑電極提供氧化劑氣體的氧化劑流場(chǎng)板，其特征是由在與膜·電極接合體相背的背面形成的可讓氧化劑氣體流動(dòng)的背向流路；及在與膜·電極接合體相對(duì)的對(duì)面形成，并與上述背向流路連通，且可讓上述背向流路中的氧化劑氣體流通的反應(yīng)流路所構(gòu)成，對(duì)面處形成的平均微細(xì)孔徑，采用氧化劑氣體氣流的上流處與下流處不等同設(shè)定。
(附注6)一種燃料電池，包括由具有離子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)膜，及在電解質(zhì)膜的厚度方向的一側(cè)設(shè)有的氧化劑電極，及在電解質(zhì)膜的厚度方向的另一側(cè)設(shè)有的燃料電極所組成的膜·電極接合體；以及設(shè)置在氧化劑電極的對(duì)面，并向氧化劑電極提供氧化劑氣體的氧化劑流場(chǎng)板；以及設(shè)置在燃料電極的對(duì)面，并向燃料電極提供燃料的燃料流場(chǎng)板，其特征是氧化劑流場(chǎng)板及燃料流場(chǎng)板之中的至少一方包括具有在與膜·電極接合體相背的背面形成的背向流路；以及在與膜·電極接合體相對(duì)的對(duì)面形成、并與背向流路相連通，且可讓背向流路中流有的氧化劑氣體或者燃料流通的反應(yīng)流路；以及使背對(duì)流路的至少一部分與反應(yīng)流路的至少一部相連通的多孔質(zhì)部分，并且，通過(guò)多孔質(zhì)部分的微細(xì)孔，上述背向流路中流有的氧化劑氣體所含有的活性物質(zhì)，或燃料所含有的活性物質(zhì)可被補(bǔ)充進(jìn)入反應(yīng)流路。這種情況下，通過(guò)多孔質(zhì)部分的微細(xì)孔，使流過(guò)背向流路的新鮮的氧化劑氣體所含有的活性物質(zhì)或者新鮮的燃料所含有的活性物質(zhì)沿氧化劑流場(chǎng)板的厚度方向透過(guò)，并補(bǔ)充進(jìn)入反應(yīng)流路。
(附注7)根據(jù)附注6所述燃料電池，其特征是反應(yīng)流路的至少下流領(lǐng)域處形成有多孔質(zhì)部分。
(附注8)一種設(shè)置在燃料電池的膜·電極接合體的氧化劑電極的對(duì)面，為上述氧化劑電極提供氧化劑氣體的氧化劑流場(chǎng)板，其特征是由在與膜·電極接合體相背的背面形成的可讓氧化劑氣體流動(dòng)的背向流路；及在與膜·電極接合體相對(duì)的對(duì)面形成，并與背向流路連通，且可讓背向流路中的氧化劑氣體流通的反應(yīng)流路；以及背向流路的至少一部分及反應(yīng)流路的至少一部分相連通的多孔質(zhì)部分所構(gòu)成，并且，
通過(guò)多孔質(zhì)部分的微細(xì)孔，可以使流過(guò)上述背向流路的氧化劑氣體所含有的活性物質(zhì)能夠補(bǔ)充進(jìn)入反應(yīng)流路。
(附注9)一種設(shè)置在燃料電池的膜·電極接合體的氧化劑電極的對(duì)面，為上述氧化劑電極提供氧化劑氣體的燃料流場(chǎng)板，其特征是由在與膜·電極接合體相背的背面形成的可讓氧化劑氣體流動(dòng)的背向流路；及在與膜·電極接合體相對(duì)的對(duì)面形成，并與背向流路連通，且可讓背向流路中的氧化劑氣體流通的反應(yīng)流路；以及背向流路的至少一部分及反應(yīng)流路的至少一部分相連通的多孔質(zhì)部分所構(gòu)成，并且，通過(guò)多孔質(zhì)部分的微細(xì)孔，可以使流過(guò)背向流路的氧化劑氣體所含有的活性物質(zhì)能夠補(bǔ)充進(jìn)入反應(yīng)流路。
產(chǎn)業(yè)利用前景本發(fā)明的燃料電池可使用在車輛、固定、攜帶、電氣機(jī)械設(shè)備和電子設(shè)備等方面。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，包括由具有離子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)膜，及在該電解質(zhì)膜的厚度方向的一側(cè)設(shè)有的氧化劑電極，及在該電解質(zhì)膜的厚度方向的另一側(cè)設(shè)有的燃料電極所組成的膜·電極接合體；以及設(shè)置在上述氧化劑電極的對(duì)面，并向該氧化劑電極提供氧化劑氣體的氧化劑流場(chǎng)板；以及設(shè)置在上述燃料電極的對(duì)面，并向該燃料電極提供燃料的燃料流場(chǎng)板，其特征是上述氧化劑流場(chǎng)板以及上述燃料流場(chǎng)板之中的至少一方包括具有在與上述膜·電極接合體相背的背面形成的背向流路；以及具有在與上述膜·電極接合體相對(duì)的對(duì)面形成，并與上述背向流路相連通，且可讓該背向流路中流有的氧化劑氣體或燃料流通的反應(yīng)流路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征是在上述氧化劑流場(chǎng)板以及上述燃料流場(chǎng)板之中的至少一方，在燃料電池內(nèi)部設(shè)置有，對(duì)上述流過(guò)背向流路的氧化劑氣體或者燃料在燃料電池內(nèi)進(jìn)行增濕的增濕要素。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池，其特征是在上述增濕要素的構(gòu)成中，上述氧化劑流場(chǎng)板及/或者燃料流場(chǎng)板之中的至少一部分具備在其厚度方向上形成的具有透過(guò)性的多孔質(zhì)化結(jié)構(gòu)。
4.一種燃料電池，包括由具有離子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)膜，及在電解質(zhì)膜的厚度方向的一側(cè)設(shè)有的氧化劑電極，及在電解質(zhì)膜的厚度方向的另一側(cè)設(shè)有的燃料電極所組成的膜·電極接合體；以及設(shè)置在氧化劑電極的對(duì)面，并向氧化劑電極提供氧化劑氣體的氧化劑流場(chǎng)板；以及設(shè)置在燃料電極的對(duì)面，并向燃料電極提供燃料的燃料流場(chǎng)板，其特征是氧化劑流場(chǎng)板及燃料流場(chǎng)板之中的至少一方包括具有在與膜·電極接合體相背的背面形成的背向流路；以及在與膜·電極接合體相對(duì)的對(duì)面形成、并與背向流路相連通，且可讓背向流路中流有的氧化劑氣體或者燃料流通的反應(yīng)流路；以及使背對(duì)流路的至少一部分與反應(yīng)流路的至少一部相連通的多孔質(zhì)部分，并且，通過(guò)多孔質(zhì)部分的微細(xì)孔，上述背向流路中流有的氧化劑氣體所含有的活性物質(zhì)，或燃料所含有的活性物質(zhì)可被補(bǔ)充進(jìn)入反應(yīng)流路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池，其特征是上述中所言及的一部分是指上述氧化劑流場(chǎng)板以及/或燃料流場(chǎng)板的反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征是在上述氧化劑流場(chǎng)板以及/或燃料流場(chǎng)板上，背對(duì)于上述膜·電極接合體的一側(cè)，設(shè)有可使冷卻劑流動(dòng)的冷卻劑流場(chǎng)板，在上述增濕要素的構(gòu)成中，使上述冷卻劑流場(chǎng)板在其厚度方向上形成具有透過(guò)性的多孔質(zhì)化結(jié)構(gòu)，使冷卻劑流場(chǎng)板中流有的冷卻劑可向上述氧化劑流場(chǎng)板以及/或燃料流場(chǎng)板的上述背向流路內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征是上述氧化劑流場(chǎng)板的上述背向流路的下流領(lǐng)域，與上述氧化劑流場(chǎng)板的上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域構(gòu)成上述氧化劑流場(chǎng)板的表里關(guān)系。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征是上述氧化劑流場(chǎng)板以及/或燃料流場(chǎng)板具有親水性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～7項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征是上述氧化劑流場(chǎng)板以及/或燃料流場(chǎng)板具有疏水性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征是上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域的氧化劑流場(chǎng)板的氣孔率相對(duì)大于上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域的氣孔率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征是從上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域到上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域，上述氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔徑構(gòu)成在實(shí)質(zhì)上為等同設(shè)定。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～10項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征是在上述氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔徑構(gòu)成設(shè)定中，上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑相對(duì)小于上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～10項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征是上述氧化劑流場(chǎng)板具有親水性，并且在上述氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔徑構(gòu)成設(shè)定中，上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑相對(duì)小于上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求1～10項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征是上述氧化劑流場(chǎng)板具有疏水性，并且在上述氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔徑構(gòu)成設(shè)定中，上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑相對(duì)小于上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑。
15.根據(jù)權(quán)利要求1～10項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征是在上述氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔徑構(gòu)成設(shè)定中，上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑相對(duì)大于上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑。
16.根據(jù)權(quán)利要求1～10項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征是上述氧化劑流場(chǎng)板具有疏水性，并且在上述氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔徑構(gòu)成設(shè)定中，上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑相對(duì)大于上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑。
17.一種設(shè)置在燃料電池的膜·電極接合體的氧化劑電極的對(duì)面，為上述氧化劑電極提供氧化劑氣體的燃料電池用氧化劑流場(chǎng)板，其特征是由在與上述膜·電極接合體相背的背面形成的可讓氧化劑氣體流動(dòng)的背向流路；及在與上述膜·電極接合體相對(duì)的對(duì)面形成，并與上述背向流路相連通，且可讓上述背向流路中的氧化劑氣體流通的反應(yīng)流路所構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述燃料電池用氧化劑流場(chǎng)板，其特征是在上述氧化劑流場(chǎng)板中，至少上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域形成有多孔質(zhì)化結(jié)構(gòu)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或者權(quán)利要求18中的任意一項(xiàng)所述燃料電池用氧化劑流場(chǎng)板，其特征是上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域的氣孔率相對(duì)大于上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域的氣孔率。
20.根據(jù)權(quán)利要求17～19項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述燃料電池用氧化劑流場(chǎng)板，其特征是從上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域到上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域，上述氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔徑構(gòu)成在實(shí)質(zhì)上為等同設(shè)定。
21.根據(jù)權(quán)利要求17～19項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述燃料電池用氧化劑流場(chǎng)板，其特征是在上述氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔徑構(gòu)成設(shè)定中，上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑相對(duì)小于上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑。
22.根據(jù)權(quán)利要求17～19項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述燃料電池用氧化劑流場(chǎng)板，其特征是上述氧化劑流場(chǎng)板具有親水性，并且在上述氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔徑構(gòu)成設(shè)定中，上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑相對(duì)小于上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑。
23.根據(jù)權(quán)利要求17～19項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述燃料電池用氧化劑流場(chǎng)板，其特征是上述氧化劑流場(chǎng)板具有疏水性，并且在上述氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔徑構(gòu)成設(shè)定中，上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑相對(duì)小于上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑。
24.根據(jù)權(quán)利要求17～19項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述燃料電池用氧化劑流場(chǎng)板，其特征是上述氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔徑構(gòu)成設(shè)定中，上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑相對(duì)大于上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑。
25.根據(jù)權(quán)利要求17～19項(xiàng)中的任意一項(xiàng)所述燃料電池用氧化劑流場(chǎng)板，其特征是上述氧化劑流場(chǎng)板具有疏水性，并且在上述氧化劑流場(chǎng)板的微細(xì)孔徑構(gòu)成設(shè)定中，上述反應(yīng)流路的下流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑相對(duì)大于上述反應(yīng)流路的上流領(lǐng)域的微細(xì)孔徑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過(guò)對(duì)燃料電池的內(nèi)部的水加以有效的利用，可以在燃料電池內(nèi)部，對(duì)流過(guò)背對(duì)MEA的背向流路的氧化劑氣體及/或燃料進(jìn)行增濕的燃料電池及燃料電池用氧化劑流場(chǎng)板。本發(fā)明之燃料電池由MEA1和面對(duì)氧化劑電極設(shè)置的向氧化劑電極提供氧化劑氣體的氧化劑流場(chǎng)板3，以及面對(duì)燃料電極設(shè)置的向燃料電極提供燃料的燃料流場(chǎng)板4所組成。氧化劑流場(chǎng)板3及燃料流場(chǎng)板4之中的至少一方應(yīng)具有在MEA1的背面形成的背向流路31、41，及在MEA1的對(duì)面形成的并與背向流路31、41相連通的反應(yīng)流路32、42。
文檔編號(hào)H01M8/24GK1799159SQ20048000595
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月5日
發(fā)明者曾一新, 梶尾克宏 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社