專利名稱：燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于攜帶用電源、電動(dòng)車用電源、家庭熱電聯(lián)合系統(tǒng)等的 用高分子電解質(zhì)的燃料電池。
背景技術(shù)：
燃料電池是通過使含有氫氣的燃料氣體和空氣等含有氧氣的氧化劑 氣體進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生電和熱的燃料電池。其結(jié)構(gòu)為，在選擇性 地輸送氫離子的高分子電解質(zhì)膜的兩面，形成有以承載鉑類的金屬催化劑 的碳粉末為主要成分的催化劑反應(yīng)層，在該催化劑反應(yīng)層的外面形成同 時(shí)保持燃料氣體的通氣性和電子傳導(dǎo)性的氣體擴(kuò)散層(例如碳紙或碳布 等)，將該擴(kuò)散層和催化劑反應(yīng)層(催化劑層)合在一起作為電極。而且， 通常將被導(dǎo)入氫的電極稱為陽極(氫極或燃料極)，被導(dǎo)入氧的電極稱為 陰極(氧極或空氣極)。其次，在電極的周圍夾著高分子電解質(zhì)膜而配置氣體密封材料或氣體 密封墊，以使供給的燃料氣體和氧化劑氣體不會(huì)向外滲漏、并且燃料氣體 和氧化劑氣體不會(huì)混合。該密封材料或氣體密封墊是和電極及高分子電解質(zhì)膜一體化且事先組裝的密封，將這種被一體化的結(jié)構(gòu)稱為MEA (膜電 極復(fù)合體或膜電極接合體)。在該MEA的外側(cè)，將其機(jī)械地固定，同時(shí)， 配置用于使相鄰的MEA相互串聯(lián)式電連接的導(dǎo)電性隔板。在隔板上和 MEA接觸的部分，形成有用于向電極面供給反應(yīng)氣體并運(yùn)走生成氣體和 剩余氣體的氣體流路。這樣的氣體流路可以相對(duì)于隔板另外進(jìn)行設(shè)置，但 通常的方式是在隔板的表面設(shè)置凹狀的槽部作為氣體流路。為了向該槽部供給燃料氣體，將供給燃料氣體的配管按所使用的隔板 的個(gè)數(shù)分叉，并需要使用將其分叉頭直接接入隔板的氣體流路形成用的槽 部的配管夾具。將該夾具叫做歧管，將從如上述的燃料氣體的供給配管直 接接入的形式叫做外部歧管。在該歧管中，有更簡(jiǎn)易地形成其結(jié)構(gòu)的叫做
內(nèi)部歧管的形式的歧管。所謂內(nèi)部歧管，在形成了氣體流路的隔板上設(shè)置 貫通的孔，且將氣體流路的出入口通至該孔，從該孔直接供給燃料氣體。因?yàn)槿剂想姵卦谶\(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)熱，所以，為了將電池維持與良好的溫度狀 態(tài)，需要用冷卻水等進(jìn)行冷卻。通常，'在每1 3個(gè)電池中，在隔板和隔 板之間插入使冷卻水流動(dòng)的冷卻部，但多數(shù)情況是在隔板的背面設(shè)置冷卻水流路作為冷卻部。將這些MEA和隔板及冷卻部交替重疊在一起，通常 的層疊燃料電池(即燃料電池組)的結(jié)構(gòu)是，例如層疊10 400個(gè)電池之 后，經(jīng)由集電板和絕緣板用端板將電池夾住，用緊固螺栓從兩端進(jìn)行固定 的結(jié)構(gòu)。 '在這種燃料電池、例如固體高分子型燃料電池(PEFC)中所使用的 隔板，需要導(dǎo)電性高、并且對(duì)燃料氣體保持高的氣密性、還對(duì)使氫/氧迸行 氧化還原時(shí)的反應(yīng)保持高的耐蝕性即耐氧化性。因這種理由，現(xiàn)有隔板的 制作如下在玻璃(，'，)一)碳板或樹脂含浸石墨板等的表面，用切削 加工形成有用于構(gòu)成流路的槽部，或者，將膨脹石墨粉末和粘合劑一起加 入形成有氣體流路用的槽部的沖壓模具中，將其進(jìn)行沖壓加工后再進(jìn)行加 熱處理。另外，近年來，進(jìn)行了代替現(xiàn)有燃料電池所使用的碳材料，使用不銹 鋼等金屬板的試驗(yàn)。使用金屬板的隔板，因?yàn)榻饘侔逶诟邷叵卤槐┞对谘?化性的氣體環(huán)境中，所以存在長(zhǎng)期間使用時(shí)會(huì)引起金屬板的腐蝕或熔解的 可能性。金屬板腐蝕后，腐蝕部分的電阻增大，電池的輸出降低。另外， 金屬板熔解，則熔解的金屬離子向高分子電解質(zhì)擴(kuò)散，它們被捕捉在高分 子電解質(zhì)的離子交換場(chǎng)所，其結(jié)果是，高分子電解質(zhì)自身的離子導(dǎo)電性降 低。為了避免這種劣化，通例是在金屬板的表面施加具有某種程度厚度的 金鍍敷。固體高分子型燃料電池，由于在高分子電解質(zhì)內(nèi)已電離的氫容易移 動(dòng)，因此，通常是在作為燃料氣體的含氫氣體或作為氧化劑氣體的含氧氣 體中混合水蒸氣而供給。另一方面，由于發(fā)電時(shí)的燃燒反應(yīng)產(chǎn)生水分(水 蒸氣)，所以，混合成燃料或氧化劑的水蒸氣、和由發(fā)電生成的水分(水 蒸氣)在形成在隔板上的流路形成用槽部通過。槽部的內(nèi)壁面中的隔板表 面通常被控制在一定的溫度，以使上述水蒸氣或生成的水蒸氣不會(huì)結(jié)露到
超出需要的程度，但是，由于發(fā)出的電力的消耗量或燃料供給的變化，燃 料電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量會(huì)變化，從而，時(shí)而內(nèi)部溫度變動(dòng)，時(shí)而生成水的 量變動(dòng)。例如，在溫度降低的情況等，隔板表面(槽部?jī)?nèi)壁面)有時(shí)容易結(jié)露， 完全排除這種現(xiàn)象事實(shí)上是不可能的。存在以下問題，因?yàn)楫a(chǎn)生結(jié)露時(shí)， 由于結(jié)露生成的水滴堵塞氣體流路，對(duì)其被堵塞的場(chǎng)所以后的電極或催化 劑產(chǎn)生燃料供給不足，所以電壓會(huì)慢慢地降低，另外，其水滴被排出時(shí)， 因流路堵塞被解除而恢復(fù)燃料供給，電壓上升，產(chǎn)生這樣的電壓不穩(wěn)定(溢 流(7 ， 7于、 >夕"))現(xiàn)象。另外，作為現(xiàn)有型燃料電池用隔板的材質(zhì)，大多采用在將石墨塊料加 工成的不滲透化物、耐蝕性金屬及膨脹石墨片材層疊成形體中含浸液狀樹 脂并使其固化而成的液狀樹脂含有物。但這種材質(zhì)構(gòu)成的隔板是親水性差 的材質(zhì)。為此，目前采用通過提高隔板表面(即槽部的內(nèi)壁面)的親水性， 使得在氣體流路內(nèi)生成的水滴和槽部的內(nèi)壁面的接觸角度減小，從而抑制 堵塞氣體流路這樣的水滴的成長(zhǎng)，防止流路堵塞這種方法。發(fā)明內(nèi)容但是，這種提高親水性的表面處理，存在其處理成本比較高、成為阻 礙燃料電池的生產(chǎn)成本降低的一個(gè)主要原因這一問題。另外，通過該表面 處理提高了的親水性，隨著燃料電池的使用而容易經(jīng)時(shí)劣化，在親水性的 耐久性方面存在問題。因此本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種可以回避隔板的氣體 流路中由于生成的水造成的流路的堵塞，付與其穩(wěn)定的動(dòng)作性，且可以提 高耐溢流性的燃料電池。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明如下構(gòu)成。本發(fā)明第一方面提供一種燃料電池，該燃料電池是高分子電解質(zhì)膜、 夾著所述高分子電解質(zhì)膜配置的各催化劑層和配置于所述各催化劑層外 側(cè)的氣體擴(kuò)散層的復(fù)合體，該燃料電池具有膜電極復(fù)合體和一對(duì)隔板，所 述膜電極復(fù)合體形成陽極和陰極，所述一對(duì)隔板夾著所述膜電極復(fù)合體配 置，所述一對(duì)隔板的表面形成氣體流路用槽部，該氣體流路用槽部與所述路，在所述各隔板中，所述氣體流路具有 大致平行配置的多個(gè)大致直線狀流路部和使所述直線狀流路的端部與相 鄰的所述直線狀流路的端部連通的多個(gè)彎曲流路部，以從氣體導(dǎo)入口連通 到排出口的方式形成所述氣體流路用槽部，在構(gòu)成所述各直線狀流路部的 所述氣體流路用槽部的內(nèi)壁面上，沿該直線狀流路部以實(shí)質(zhì)上連續(xù)的方式 形成槽狀的水保持用槽部，使在所述氣體流路中產(chǎn)生的水的至少一部分可 保持于該水保持用槽部的內(nèi)側(cè)。如本發(fā)明第一方面所述的燃料電池，本發(fā)明第二方面為，所述水保持 用槽部以不與所述排出口連續(xù)的方式形成在構(gòu)成所述各直線狀流路部的 所述氣體流路用槽部上。如本發(fā)明第一方面所述的燃料電池，本發(fā)明第三方面為，在所述各直 線狀流路部上，使所述水保持用槽部在所述各直線狀流路部的兩端部之間 連續(xù)形成，在所述各彎曲流路部上，使所述各水保持用槽部不連續(xù)。如本發(fā)明第一方面所述的燃料電池，本發(fā)明第四方面為，所述各水保 持用槽部形成在所述氣體流路用槽部的底部。如本發(fā)明第四方面所述的燃料電池，本發(fā)明第五方面為，所述各水保 持用槽部形成在所述底部的大致中央部分。如本發(fā)明第一方面所述的燃料電池，本發(fā)明第六方面為，所述水保持 用槽部通過使所述氣體流路用槽部?jī)?nèi)產(chǎn)生的水滴與該水保持用槽部的保 持水接觸，而使其具有所述氣體流路用槽部的內(nèi)壁面和所述水滴的接觸角 度減小的功能。如本發(fā)明第一方面所述的燃料電池，本發(fā)明第七方面為，所述水保持 用槽部的寬度尺寸為所述氣體流路用槽部的寬度尺寸的1/2 1/10。根據(jù)本發(fā)明，在構(gòu)成氣體流路中的直線狀流路部的隔板的槽部的內(nèi)壁 面上，以沿該直線狀流路部、實(shí)質(zhì)上連續(xù)的方式形成為槽狀，從而形成可 將在所述氣體流路中產(chǎn)生的水的至少一部分保持于其內(nèi)側(cè)的水保持用槽 部，通過采用這樣的構(gòu)成，在所述氣體流路內(nèi)由于氣體的凝縮等產(chǎn)生的水 滴在其成長(zhǎng)過程中和所述水保持用槽部?jī)?nèi)的保持水接觸，由此能夠抑制該 水滴成長(zhǎng)到堵塞氣體流路的大小。從而，切實(shí)地回避由于這種水滴的產(chǎn)生 及其成長(zhǎng)造成的氣體流路的堵塞，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的氣體供給，由此能夠提供可 以提高耐溢流性的燃料電池。


本發(fā)明的這些和另外的目的和特征從下面關(guān)于附圖的最佳實(shí)施方式 所關(guān)聯(lián)的記述可以明了。在該圖中，圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的燃料電池的構(gòu)成的示意圖； 圖2是表示圖1的燃料電池中的堆棧的構(gòu)成的示意分解立體圖；圖3A是構(gòu)成圖2的堆棧的單電池的B—B線向視圖；圖3B是圖3A的單電池中的A—A線剖視圖；圖4是將圖3B的單電池放大后的示意部分放大剖視圖；圖5A是用于說明疏水性的狀態(tài)的示意說明圖；圖5B是用于說明親水性的狀態(tài)的示意說明圖；圖6A是說明在所述實(shí)施方式的比較例的無小槽部的氣體流路中水滴 的成長(zhǎng)的示意說明圖，是在氣體流路中未產(chǎn)生水滴的狀態(tài)的圖；圖6B是接著圖6A的說明水滴的成長(zhǎng)的示意說明圖，是在氣體流路 中產(chǎn)生了水滴的狀態(tài)的圖；圖6C是接著圖6B的說明水滴的成長(zhǎng)的示意說明圖，是水滴較大地成 長(zhǎng)的狀態(tài)的圖；圖6D是接著圖6C的說朋水滴的成長(zhǎng)的示意說明圖，是以成長(zhǎng)的水滴堵塞了氣體流路的狀態(tài)的圖；圖6E是沿著氣體流路的流動(dòng)方向的水滴的移動(dòng)路經(jīng)表示圖6A 圖 6D的水滴的成長(zhǎng)過程的示意說明圖；圖7A是說明在有上述實(shí)施方式的小槽部的氣體流路中水滴的成長(zhǎng)的 示意說明圖，是在氣體流路中水被保持在小槽部、并且在流路中未產(chǎn)生水 滴的狀態(tài)的圖；圖7B是接著圖7A的說明水滴的成長(zhǎng)的示意說明圖，是在氣體流路 中產(chǎn)生了水滴的狀態(tài)的圖；圖7C是接著圖7B的說明水滴的成長(zhǎng)的示意說明圖，是水滴長(zhǎng)大的狀 態(tài)的圖；圖7D是接著圖7C的說明水滴的成長(zhǎng)的示意說明圖，是成長(zhǎng)了的水
滴與被保持于小槽部的水接觸成為親水性狀態(tài)、且其成長(zhǎng)被抑制的狀態(tài)的 圖；圖7E是沿著氣體流路的流動(dòng)方向的水滴的移動(dòng)路經(jīng)表示圖7A 圖 7D的水滴的成長(zhǎng)及成長(zhǎng)抑制過程的示意說明圖；圖8A是上述實(shí)施方式的隔板中的燃料氣體出口歧管近旁的部分放大 示意平面圖；圖8B是圖8A的隔板中的C一C線示意剖視圖；圖9A是表示在上述實(shí)施方式中多個(gè)小槽部實(shí)質(zhì)上連續(xù)的狀態(tài)的示意 俯視圖；圖9B是圖9A的氣體流路中的D—D線示意剖視圖； 圖10A是表示在氣體流路中多個(gè)小槽部實(shí)質(zhì)上未連續(xù)的狀態(tài)的示意 俯視圖；圖IOB是圖IOA的氣體流路中的E—E線示意剖視圖；圖IIA是本發(fā)明的第二實(shí)施例的單電池中的G—G線向視圖；圖IIB是圖IIA的單電池中的F—F線剖視圖；圖12A是本發(fā)明的第三實(shí)施例的單電池中的I一I線向視圖；圖12B是圖12A的單電池中的H—H線剖視圖；圖13A是本發(fā)明的第四實(shí)施例的單電池中的K一K線向視圖；圖13B是圖13A的單電池中的J一J線剖視圖；圖14A是上述實(shí)施方式的變形例的單電池中的部分放大示意剖視圖， 是表示在氣體流路內(nèi)形成有兩個(gè)小槽部的氣體流路的圖；圖14B是表示在圖14A的氣體流路中水滴的成長(zhǎng)被抑制的過程的示 意說明圖，是水被保持于兩個(gè)小槽部的狀態(tài)的圖；圖14C是接著圖14B表示水滴成長(zhǎng)的抑制過程的示意說明圖，是在氣 體流路內(nèi)產(chǎn)生了水滴的狀態(tài)的圖；圖14D是接著圖14C表示水滴威長(zhǎng)的抑制過程的示意說明圖，是水滴與保持于兩個(gè)小槽部?jī)?nèi)的水接觸的狀態(tài)的圖；圖14E是接著圖14D表示水滴成長(zhǎng)的抑制過程的示意說明圖，是水滴 變?yōu)橛H水性狀態(tài)的狀態(tài)圖。圖15A是上述實(shí)施方式中的單電池的部分放大示意剖視圖，是表示具
有傾斜狀態(tài)剖面的小槽部及氣體流路的圖；圖15B是表示在圖15A的氣體流路中水滴的成長(zhǎng)被抑制的過程的示 意說明圖，是水被保持于小槽部?jī)?nèi)的狀態(tài)的圖；圖15C是接著圖15B表示水滴成長(zhǎng)的抑制過程的示意說明圖，是在氣 體流路內(nèi)產(chǎn)生了水滴的狀態(tài)的圖；圖15D是接著圖15C表示水滴成長(zhǎng)的抑制過程的示意說明圖，是水滴與被保持于小槽部?jī)?nèi)的水接觸的狀態(tài)的圖；圖15E是接著圖15D表示水滴成長(zhǎng)的抑制過程的示意說明圖，是水滴變?yōu)橛H水性狀態(tài)的狀態(tài)圖；圖16A是上述實(shí)施方核算中的變形例的單電池的部分放大使用剖視 圖，是表示在其角部形成有具有曲面部的小槽部的氣體流路的圖；圖16B是表示在圖16A的氣體流路中抑制水滴的成長(zhǎng)過程的示意說 明圖，是水被保持于小槽部?jī)?nèi)的狀態(tài)的圖；圖16C是接著圖16B表示水滴成長(zhǎng)的抑制過程的示意說明圖，是氣體 流路內(nèi)產(chǎn)生了水滴的狀態(tài)的圖；'圖16D是接著圖16C表示水滴成長(zhǎng)的抑制過程的示意說明圖，是水 滴與被保持于小槽部?jī)?nèi)的水接觸的狀態(tài)的圖；圖16E是接著圖16D表示水滴成長(zhǎng)的抑制過程的示意說明圖，是水滴 變?yōu)橛H水性狀態(tài)的狀態(tài)圖；圖17A是表示上述實(shí)施方式的變形例在小槽部的方式的氣體流路的 示意剖視圖，是具有形成為曲面狀的內(nèi)壁面的小槽部的圖；圖17B是表示上述實(shí)施方式的變形例在小槽部的方式的氣體流路的 示意剖視圖，是具有V字形狀剖面的小槽部的圖；圖17C是表示上述實(shí)施方式的變形例在小槽部的方式的氣體流路的 示意剖視圖，是在氣體流路底部隆起而形成的小槽部的圖；圖17D是表示上述實(shí)施方式的變形例的小槽部的形式的氣體流路的 示意剖視圖；是兩臺(tái)階結(jié)構(gòu)的小槽部的圖。
具體實(shí)施方式
下面，在繼續(xù)本發(fā)明的記述之前，對(duì)附圖中相同的部件付與相同的參
照符號(hào)。以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。 (實(shí)施方式)表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的燃料電池的概略構(gòu)成的示意構(gòu)成圖表示 于圖1中。另外，圖2表示圖1所示的燃料電池101具有的燃料電池用堆 棧(以下稱為堆棧)的示意分解立體圖。燃料電池101例如是固體高分子型燃料電池(PEFC)，是通過使含有氫的燃料氣體和空氣等含有氧的氧化劑氣體進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，從而同時(shí)產(chǎn)生電、熱及水的燃料電池。如圖1所示，燃料電池101具有多個(gè)具有一對(duì)陽極及陰極的燃料電池單體(或單電池)串聯(lián)連接的層疊構(gòu)造的堆棧30、 從燃料氣體中提取氫的燃料處理器31、加濕含有燃料處理器31取出的氫 的燃料氣體來提高發(fā)電率的陽極加濕器32、進(jìn)行對(duì)含氧氣體(氧化劑氣體) 的加濕的陰極加濕器33、分別用于供給燃料氣體和含氧氣體的泵34、 35。 即，由燃料處理器31、陽極加濕器32及泵34構(gòu)成向堆棧30供給燃料氣 體的燃料供給裝置，另外，由陰極加濕器33和泵35構(gòu)成向堆棧30的各 單元供給氧化劑氣體的氧化劑供給裝置。另外，這種燃料供給裝置和氧化 劑供給裝置，只要具備進(jìn)行燃料和氧化劑的供給的功能即可，也可以采用 其它各種形式。另外，燃料電池101具有用于循環(huán)供給用于有效地除去發(fā)電時(shí)堆棧 30所產(chǎn)生的熱的冷卻水的泵36、用于使由該冷卻水(例如不具有導(dǎo)電性 的液體、如使用純水)除去的熱與自來水等流體進(jìn)行熱交換的熱交換器37、 貯留進(jìn)行了熱交換的自來水的貯留罐38。燃料電池101還具有使這樣的 各構(gòu)成部分相互聯(lián)系而進(jìn)行發(fā)電的運(yùn)轉(zhuǎn)控制的運(yùn)轉(zhuǎn)控制裝置40和取出由 堆棧30發(fā)出的電的電輸出部41。另外，如圖2所示，該燃料電池101具有的堆棧30的構(gòu)成為，將基 本單位構(gòu)成即單電池20層疊多個(gè)并用集電板21、絕緣板22、端板23以 規(guī)定的負(fù)荷從兩側(cè)連結(jié)。在各集電板21上設(shè)有電流取出端子部21a，發(fā)電 時(shí)從此處取出電流，即電。各絕緣板22將集電板21和端板23之間絕緣， 并且也可以設(shè)有未圖示的氣體或冷卻水的導(dǎo)入口、排出口。各端板23通 過未圖示的加壓裝置以規(guī)定的負(fù)荷將層疊有多個(gè)的單電池20和集電板 21、絕緣板22連結(jié)并保持。再者，如圖2所示，單電池20用一對(duì)隔板1和41夾住MEA (膜電 極復(fù)合體)IO而構(gòu)成。MEA10的構(gòu)成例如為在選擇性輸送氫離子的高 分子電解質(zhì)膜11的陽極面?zhèn)刃纬沙休d鉑釕合金催化劑的以碳粉末為主要 成分的催化劑層(陽極側(cè)催化劑層)12，而在陰極面?zhèn)刃纬沙休d鉬催化劑 的以碳粉末為主要成分的催化劑層(陰極側(cè)催化劑層)13，在這些催化劑 層12和13的外面配置同時(shí)具有燃料氣體(燃料流體)或氧化劑氣體(氧 化劑流體)的通氣性和電子導(dǎo)電性的氣體擴(kuò)散層14。高分子電解質(zhì)膜11 通常使用表現(xiàn)出質(zhì)子導(dǎo)電性的固體高分子材料，例如全氟磺酸膜(例如f 二水 >社制于7 <才 >膜)。隔板11和41只要是不透氣性的導(dǎo)電性材料即可，通常使用例如將含 浸樹脂碳材料切削加工成規(guī)定形狀的材料、及將碳粉末和樹脂材料的混合 物成形而成的材料。在各隔板11和41中與MEA10接觸的表面形成有凹 狀的槽部，通過使該槽部與氣體擴(kuò)散層14相接，形成用于向電極面供給 燃料氣體或氧化劑氣體，并運(yùn)出剩余氣體的氣體流路。在此，圖3B表示這種堆棧30具有的單電池20的構(gòu)造的示意剖視圖， 并且，圖3A表示圖3B中的B—B線向視圖。下面，用這些圖對(duì)形成有構(gòu) 成氣體流路的槽部的隔板的詳細(xì)構(gòu)造進(jìn)行說明。另外，圖3B是圖3A中 的A—A線截面的示意剖視圖，圖3A是只表示圖3B所示的單電池20具 備的陽極側(cè)隔板1和陰極側(cè)隔板41中的陽極側(cè)隔板1的圖。如圖3A及圖3B所示，在陽極側(cè)隔板1的表面，以在圖示左右方向多次改變方向而配置的方式、以螺旋狀形成有用于例如從入口向出口形成 燃料氣體流路2的凹狀的槽部3。該螺旋狀的槽部3由沿圖示左右方向大致直線狀且互相平行地配置的多個(gè)直線狀槽部3a、和連結(jié)相鄰的直線狀槽 部3a的端部、使流路流通并使其流動(dòng)方向在圖示左右方向折回的多個(gè)彎 曲槽部(或連結(jié)用槽部)3b構(gòu)成。g卩，燃料氣體流路2利用由平行配置的 多個(gè)直線狀槽部3a構(gòu)成的多個(gè)大致直線狀流路部2a、和由多個(gè)彎曲槽部 3b構(gòu)成的使相鄰的直線狀流路部2a的端部流通并使其流動(dòng)方向折回的方 式彎曲的彎曲流路部2b形成為從入口到出口連續(xù)的流路。另外，在陽極側(cè)隔板1上的、形成有氣體流路2的區(qū)域的外周部分上，
形成有作為用于向單電池20供給和排出燃料氣體及氧化劑氣體的貫通孔的歧管。具體地說，形成有燃料氣體入口歧管24、燃料氣體出口歧管25、 氧化劑氣體入口歧管26及氧化劑氣體出口歧管27，還形成有用于使得用 于有效地除去在各電池20中發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的熱量的冷卻水流動(dòng)的冷卻水入 口歧管28和冷卻水出口歧管29。另外，在多個(gè)單電池20層疊而成的燃料 電池101中，燃料氣體入口歧管24、燃料氣體出口歧管25、氧化劑氣體 入口歧管26、氧化劑氣體出口歧管27、冷卻水入口歧管28和冷卻水出口 歧管29，以在所有單電池20之間沿層疊方向連通的方式確定其各自的配 置。另外，在各隔板1和41、集電板21、絕緣板22、及端板23上配置有 未圖示的密封部件，以防止燃料氣體及氧化劑氣體等混合，且防止其向外 部泄漏。另外，在陽極側(cè)隔板1上，形成有由各的直線狀槽部3a和彎曲槽部 3b構(gòu)成的一連串式的槽部3，從燃料氣體入口歧管24連接到燃料氣體出 口歧管25，由此形成與兩歧管24、 25連通的一連串式的流路2。在此，圖4表示形成在隔板1的表面的槽部3的放大示意剖視圖。如 圖4所示，在槽部3的內(nèi)壁面(內(nèi)周面)的底部形成有與槽部3相比足夠 小的凹狀的槽部即小槽部(或細(xì)槽部)5。該小槽部5例如形成在底部的 大致中央，并且如圖3所示，從各直線狀槽部3a的一端向另一端連續(xù)延 伸為大致直線狀。各小槽部5只在各直線狀槽部3a中形成，不在各彎曲 槽部3b中形成。即，在氣體流路2中；在大致直線狀流路部2a上從一端 到另一端的整個(gè)區(qū)域連續(xù)形成小槽部5，在使各直線狀流路部2a的端部間 流通的各彎曲流路部2b上各小槽部5相互不連通，成為被分?jǐn)嚅_的不連 續(xù)的狀態(tài)。該小槽部5在燃料電池101中進(jìn)行發(fā)電時(shí)燃料氣體等中所包含的水分 (水蒸氣)在因隔板1的溫度變化而凝縮成水滴時(shí)可將該水(生成水)保 持于小槽部5內(nèi)。目卩，小槽部5不連續(xù)(連通)至燃料氣體出口歧管25， 在各彎曲流路部2b中為分?jǐn)嚅_的不連續(xù)的狀態(tài)，由此，進(jìn)入小槽部5內(nèi) 的水不會(huì)因燃料氣體的流動(dòng)被壓到出口側(cè)而全部被排出，而可將水保持 住。注意到這樣的小槽部5的水保持功能，則小槽部5則可以說是水保持 用槽部或水保持部的一例。在本實(shí)施方式的堆棧30中，使用具有這樣的
水保持功能的小槽部5，在將水保持在小槽部5內(nèi)的狀態(tài)下，通過使流路 2內(nèi)產(chǎn)生的水和被保持在小槽部5內(nèi)的水接觸，可以使包括小槽部5的周 圍的內(nèi)壁面形成被實(shí)施了親水性的狀態(tài)，其結(jié)果是，抑制水滴成長(zhǎng)到將氣 體流路2堵塞那樣的太小。在此，參照附圖對(duì)利用小槽部5使其周圍近旁成為親水性的狀態(tài)而抑 制氣體流路2的堵塞的原理進(jìn)行說明。在進(jìn)行該說明的時(shí)候，首先對(duì)所說 的親水性和疏水性的技術(shù)用語的意思進(jìn)行說明。如圖5所示，在構(gòu)件表面 Sl具有疏水性的情況下，附著于其表面Sl的水滴Wl保持接近球形的形狀。這時(shí)，通常將水滴wi和構(gòu)件表面s接觸的角度叫做接觸角度e ，以接觸角度9無限接近180度的程度，構(gòu)件表面Sl具有高的疏水性(即達(dá) 到超疏水性的狀態(tài))。與此相對(duì)，如圖5B所示，在構(gòu)件表面S2具有親水 性的情況下，附著于其表面S2的水滴W2保持沿構(gòu)件表面S2擴(kuò)大的形狀。 在這種情況下，例如在接觸角度e為40度以下，無限接近O度的程度， 構(gòu)件表面S2具有高的親水性(即達(dá)到超親水性的狀態(tài))。通常將接觸角度 e為40度以下的狀態(tài)叫做親水性。將在圖5A的疏水性狀態(tài)所附著的水滴 Wl的形狀和在圖5B的親水性狀態(tài)所附著的水滴地W2的形狀進(jìn)行比較時(shí) 可看出，提高疏水性狀態(tài)的水滴W1的高度以盡可能減少水滴W1向構(gòu)件 表面Sl的接觸部分，另一方面，降低親水性狀態(tài)的水滴W2的高度，以 盡可能增多水滴W2向構(gòu)件表面S2的接觸部分。如上所述，隔板1由碳材料形成，所以其槽部3的內(nèi)壁面具有疏水性。 因此，如圖6A的示意說明圖所示，認(rèn)為例如在現(xiàn)有隔板上由未形成小槽 部5的槽部503構(gòu)成氣體流路502的情況，在圖6B中氣體流路502內(nèi)產(chǎn) 生的小的水滴W3以減小其與在槽部503內(nèi)具有疏水性的內(nèi)壁面(圖示下 側(cè)壁面)的接觸面積的方式、以膨脹的狀態(tài)附著該內(nèi)壁面，并如圖6E的 氣體流路平面圖所示，隨著燃料氣體的流動(dòng)一邊被沖走、 一邊進(jìn)行凝縮， 與此同時(shí)，其水滴W3成長(zhǎng)。其結(jié)果如圖6C及圖6D所示，水滴W3成長(zhǎng) 到將氣體流路502堵塞的大小，最終變成氣體流路502被水滴W3堵塞的 狀態(tài)。與此相對(duì)，本實(shí)施方式的隔板1在槽部3內(nèi)形成有小槽部5，該小槽 部5具有將水保持于其內(nèi)部的水保持功能，由此，如圖7A所示，在水W
被保持于小槽部5內(nèi)的狀態(tài)下，如圖7B所示，在氣體流路2內(nèi)例如在離 幵小槽部5的位置產(chǎn)生水滴W4時(shí)，如圖7E所示，該水滴W4依靠氣體 的流動(dòng)一邊被沖走一邊進(jìn)行凝縮，與此同時(shí)，其水滴W4漸漸長(zhǎng)大(參照 圖7B和圖7C)。不久，水滴W4成長(zhǎng)到與被保持于小槽部5內(nèi)的水W接 觸，和水W接觸時(shí)，構(gòu)成水滴W的水沿被保持的水W的表面擴(kuò)展，其在 水W的表面及小槽部5的周圍近旁產(chǎn)生和付與了親水性的情況同樣的現(xiàn) 象。其結(jié)果是，水滴的成長(zhǎng)被抑制，其形狀也成為沿內(nèi)壁面擴(kuò)展的形狀， 從而氣體流路2被堵塞的情況被抑制。g卩，具有水保持功能的小槽部5使 其所保持的水和氣體流路2內(nèi)產(chǎn)生的水滴接觸，由此，具有對(duì)構(gòu)成氣體流 路2的槽部3的內(nèi)壁面的一部分(即，小槽部5的保持水的表面及其近旁) 付與親水性狀態(tài)的作用。另外，在圖6E和圖7E中，箭頭F表示氣體流路 中的氣體的流動(dòng)方向。在未實(shí)施這樣的親水處理的氣體流路2中，長(zhǎng)大到一定程度大小的水滴通過將其形態(tài)改變?yōu)橛H水性狀態(tài)，以使其不長(zhǎng)大到該大小程度以上的大 小，能夠防止氣體流路2被堵塞的情況。另外，這樣，其形態(tài)變?yōu)橛H水性 狀態(tài)的水(水滴)隨著燃料氣體的流動(dòng)， 一邊沿小槽部5極其周圍近旁的 內(nèi)壁面流動(dòng)， 一邊從燃料氣體出口歧管25排出。另外，這樣的小槽部不僅在陽極側(cè)隔板1上而且在陰極側(cè)隔板41上 也形成。具體地說，如圖3A、圖3B及圖4所示，在陰極側(cè)隔板41上， 形成從氧化劑氣體入口歧管26到氧化劑氣體出口歧管27的連續(xù)的氧化劑 氣體流路42，該氧化劑氣體流路42為直線狀流路部42a和彎曲流路部42b 組合而構(gòu)成。另外，構(gòu)成該氧化劑氣體流路42的槽部43由直線狀槽部43a 和彎曲槽部43b構(gòu)成，在各直線狀槽部43a的內(nèi)壁面的底部中央形成有小 槽部45。該小槽部45以從直線狀槽部43a的一端連通到另一端的方式連 續(xù)地形成，而在彎曲槽部43b中不形成小槽部45。這樣，在陰極側(cè)隔板 41上也在氧化劑氣體流路42內(nèi)形成有小槽部45，由此，包含于氧化劑氣 體中的水分通過凝縮等在氣體流路42內(nèi)產(chǎn)生的水滴，在成長(zhǎng)為將氣體流 路42堵塞的程度的大小之前，使其和保持于小槽部5內(nèi)的水接觸，由此 能夠抑制水滴的成長(zhǎng)，從而可防止流路堵塞的情況發(fā)生。這樣的小槽部5、 45理想的是形成能夠例如利用毛細(xì)管現(xiàn)象將與小槽
部5、 45的一部分接觸的水引進(jìn)來吸入其內(nèi)部并保持，進(jìn)而一次進(jìn)入的水 即使有氣體通過也不會(huì)立即蒸發(fā)，而可保持良好的大小、形狀。例如，相對(duì)于槽部3、 43的寬W為lmm、深度D為lmm，優(yōu)選形成為小槽部5、 45寬w為0.2mm、深度d為0.2mm。尤其是小槽部5、 45的寬w，理想 的是形成為槽部3、 43的寬W的1/2以下的大小，更優(yōu)選形成為寬W的 1/2至1/10的范圍內(nèi)的大小。也可以是這樣的小槽部5、 45形成在槽部3、 43的內(nèi)壁面的任何位置。但為了抑制水滴成長(zhǎng)為大于氣體流路2、 42的截 面的1/2大小，優(yōu)選如圖4所示在槽部3、 43的底部的中央附近形成小槽 部5、 45。另外，如圖8A的隔板1的燃料氣體出口歧管25近旁的槽部3的部分 放大示意平面圖、及該平面圖所示的槽部3的中心線C一C的示意剖視圖 即如圖8B所示，以一直連續(xù)到直線狀槽部3a的端部的方式形成的小槽部 5，優(yōu)選以在彎曲槽部3b不與歧管25連通的方式形成。這時(shí)因?yàn)橹辽傩?槽部5的末端不與出口歧管25連通(即為不連續(xù))，由此，可以抑制進(jìn)入 小槽部5內(nèi)的水主動(dòng)流到歧管25而排出，從而可以使小槽部5的水保持 功能變得可靠。另外，在如上所述的實(shí)施方式中，優(yōu)選以從構(gòu)成氣體流路2、 42的直 線狀槽部3a、 43a的一端連續(xù)到另一端的方式形成小槽部5、 45。所謂從 一端連續(xù)到另一端即，即使在一部分含有不連續(xù)的地方，只要構(gòu)成與實(shí)質(zhì) 上連續(xù)的狀態(tài)同樣的狀態(tài)即可。例如，如圖9A所示的直線狀槽部3a的部 分?jǐn)U大示意平面圖、和其D—D線剖視圖即圖9B所示，即使是形成有多 個(gè)分?jǐn)嚅_的小槽部5a的情況，只要相鄰的小槽部5a之間的間隔U例如 為小槽部5的寬w以下，則可抑制水滴成長(zhǎng)到比小槽部5的寬w更大。 從而，在本發(fā)明中，按照這樣的間隔L1分?jǐn)嚅_的狀態(tài)可以說是各小槽部 5a實(shí)質(zhì)上連續(xù)的狀態(tài)。與此相對(duì)，作為本實(shí)施方式的比較例，如圖IOA的部分示意平面圖及 圖10B的E—E線剖視圖所示的直線狀槽部3a所示，各小槽部5b是例如 形成比小槽部5b的寬w更大的間隔L2的小槽部，不能說各小槽部5b是 實(shí)質(zhì)上被連續(xù)的狀態(tài)，而是不連續(xù)的狀態(tài)。這是因?yàn)樵谶@種不連續(xù)狀態(tài)， 即使在相鄰的小槽部5b之間產(chǎn)生的水滴W5成長(zhǎng)為比小槽部5b的寬w更
大的狀態(tài)，也能夠充分地產(chǎn)生和保持于小槽部5b的水不接觸的狀況，從 而不能說流路堵塞被充分地抑制。另外，在上述的實(shí)施方式的堆棧30的各隔板1 (或41)上，以在各 直線狀流路部2a形成小槽部5，而在各彎曲流路部2b不形成小槽部的方 式構(gòu)成氣體流路2。這是因?yàn)椋瑥澢髀凡?b是比較短的流路部2，另外， 這種隔板2b大多將其氣體流路形成面配置于垂直方向，并且將各直線狀 流路部2a配置于與垂直方向正交的方向，所以，在彎曲流路部由于重力 等的作用液滴比較難以溜存。另外，也可以代替這種情況而在各彎曲流路 部2b形成小槽部，但必須設(shè)置不連續(xù)的部位以使所形成的小槽部與出口 歧管25不連通。在此，作為本實(shí)施方式的變形例，下面參照附圖對(duì)各種各樣的小槽部 的配置形式進(jìn)行說明。首先。如圖14A的單電池20的示意剖視圖所示，在氣體流路2內(nèi)， 例如相互平行地配置兩個(gè)小槽部5A也可以。這樣的小槽部5A例如能夠 形成氣體流路2的底部的角部分。這樣，在形成有小槽部5A的流路2中， 例如，如圖14B、圖14C、圖14D及圖14E的示意說明圖所示，在氣體流 路2內(nèi)能夠?qū)⑺甒保持于兩處，且在氣體流路2內(nèi)生成的水滴W4能夠 與在更早的階段被保持于小槽部5A的水滴W接觸，在早的階段抑制水滴 的生成。另外，在陰極側(cè)隔板41上也能夠形成兩個(gè)小槽部45A。另外，如圖15A的單電池20的使剖視圖所示，在隔板1上相對(duì)隔板 1的表面以傾斜的方式形成氣體流路2主體也可以。在這種情況下，優(yōu)選 例如，以沿鉛垂方向配置隔板l的表面、并且氣體流路2的底部側(cè)位于鉛 垂方向下方側(cè)的方式確定其傾斜方向，并且在氣體流路2內(nèi)，在成為傾斜 方向最下方的位置形成小槽部5B。根據(jù)這樣的構(gòu)成，如圖15B、圖15C、 圖15D及圖15E的示意剖視圖所示，可依靠重力的作用引導(dǎo)在流路2內(nèi)生 成的水滴W4以使其與小槽部5B挨近，從而能夠在較早的階段抑制水滴 的生成。另外，由于能夠容易地將水W溜存在氣體流路2的圖示下方的 內(nèi)壁面，所以，可以使該下方內(nèi)側(cè)面能長(zhǎng)期間為親水性狀態(tài)。另外，在陰 極側(cè)隔板41上也能夠形成這樣的小槽部45B。另外，如圖16A所示的單電池20上形成的小槽部5C所示，其入口
側(cè)角部分上還可以形成曲面部(R部)5a。通過形成這樣的曲面部5a，如 圖16A、 16B、圖16C及圖16D所示，氣體流路2內(nèi)產(chǎn)生的水容易導(dǎo)入小 槽部5C，從水的保持性和水滴的生成抑制的觀點(diǎn)看是有效的。另外，陰 極側(cè)隔板41上，也可以形成具有這樣曲面部45a的小槽部45C。再者，其另一變形例表示于圖17A、 17B、圖17C及圖17D所示的氣 體流路2的使剖視圖。也可以采用如圖17A所示，其內(nèi)底面由曲面構(gòu)成 的小槽部5D;如圖17B所示，具有大致V字狀截面的小槽部5E;如圖 17D所示，兩段結(jié)構(gòu)的小槽部5G的形式。另外，也可以是如圖17C所示， 在氣體流路2的底部由兩個(gè)凸?fàn)盥∑鸩?b包圍而形成小槽部5F的形式。 有在這種形式下，也可具備具有凹狀截面且將水保持于其內(nèi)側(cè)的功能，因 此，本發(fā)明的水保持用槽部的一例也包含這種形式的小槽部5F。另外，在各直線狀流路部2a，不僅限于沿其流路方向形成直線狀小槽 部5的情況，例如以蜿蜒的方式形成小槽部的情況也可以。在這種情況下， 也具有保持在流路2內(nèi)產(chǎn)生的水的功能，且能夠有效地實(shí)現(xiàn)抑制水滴成長(zhǎng) 的效果。但是，在以這種螺旋形狀形成小槽部的情況下，也必須以從直線 狀流路部2a的一端實(shí)質(zhì)上連續(xù)到另一端而延伸的方式形成小槽部。另外，在隔板1及41上，氣體流路2、 42及小槽部5、 45可通過成 形加工而形成。從而，在氣體流路2、 42的內(nèi)壁面，小槽部5、 45的形成 位置優(yōu)選考慮這種成形加工來確定。例如，將小槽部5、 45配置于氣體流 路2、 42的底面的情況，優(yōu)選從成形加工的加工性的觀點(diǎn)來考慮。另外， 在使小槽部5、 45在氣體流路2、 42的內(nèi)壁面的側(cè)面形成的情況下，可以 用切削加工等方法形成小槽部。根據(jù)上述實(shí)施方式，在構(gòu)成燃料電池101的堆棧30的各單電池20中， 在形成在隔板1 (隔板41也同樣)的表面的氣體流路2形成用的槽部3 的內(nèi)壁面上，形成小槽部5作為比該槽部3足夠小的槽部，且這些小槽部 5在各直線狀槽部3a以使從一端部至另一端部的區(qū)間連續(xù)的方式形成，并 且，在各彎曲槽部3b以不連續(xù)的方式形成，且和出口歧管25不連續(xù)地形 成，由此，能夠?qū)a(chǎn)生于氣體流路2內(nèi)的水保持在小槽部5內(nèi)。這樣，在 各小槽部5具有水保持功能，由此，水可成為經(jīng)過氣體流路2的各直線狀 流路部2a的整體被連續(xù)地保持于小槽部5的狀態(tài)，其后，所生成的水滴
在其成長(zhǎng)過程中和保持于小槽部5的水接觸，從而能夠抑制水滴的成長(zhǎng)。 因而，能夠抑制水滴成長(zhǎng)為將氣體流路2等堵塞的大小，通過使氣體的流 動(dòng)穩(wěn)定可以使發(fā)電狀態(tài)穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的耐溢流性。在現(xiàn)有技術(shù)中還存在以下構(gòu)成的燃料電池，S卩，使用在這種氣體流路 內(nèi)形成有連通到出口歧管的細(xì)的連通，槽的結(jié)構(gòu)的隔板，在氣體流路內(nèi)產(chǎn)生 的水通過連通槽主動(dòng)向出口歧管排出，但在這樣的結(jié)構(gòu)中，由于連通槽與 出口歧管連通，由此不能夠?qū)⒉蹆?nèi)的水常時(shí)保持，會(huì)產(chǎn)生在槽內(nèi)存在水的 狀態(tài)或不存在水的狀態(tài)。假定，將本發(fā)明的原理應(yīng)用于具有這種結(jié)構(gòu)的現(xiàn) 有隔板，雖然在存在水的狀態(tài)下，能夠使流路成為親水性的狀態(tài)而抑制水 滴的成長(zhǎng)，但是，在不存在上的狀態(tài)下，也不能成為親水性狀態(tài)，不能抑 制水滴的成長(zhǎng)。因而，在氣體流路中變?yōu)橛H水性和非親水性的狀態(tài)共存的 情況，在上述非親水性的部分存在產(chǎn)生流路堵塞的可能性。對(duì)此，上述實(shí)施方式的小槽部5以與出口歧管25不連通的方式形成， 由此實(shí)現(xiàn)水的保持功能，因此，這種親水性和非親水性的狀態(tài)大多不會(huì)共 存。另外，由于這樣的小槽部5在更容易產(chǎn)生水滴溜存的直線狀流路部2a 以連續(xù)的方式形成，因此，能夠有效地抑制所產(chǎn)生的水滴的成長(zhǎng)。從而， 在燃料電池中，通過抑制流路堵塞而使氣體的流動(dòng)穩(wěn)定，能夠提高發(fā)電的 穩(wěn)定化及耐溢流性。另外，上述實(shí)施方式的燃料電池對(duì)家庭用的燃料電池所應(yīng)用的情況尤 其有效。這種家庭用燃料電池大多以盡量減小泵等驅(qū)動(dòng)所需要的動(dòng)力的方 式進(jìn)行設(shè)計(jì)，與其它領(lǐng)域所使用的燃料電池相比，氣體流路內(nèi)氣體的供給 流速被控制在比較小(慢)(例如氣體供給流速在10m/s以下)。因此，由 于在這種家庭用的燃料電池中，產(chǎn)生于氣體流路內(nèi)的水滴以氣體流速排出 的效果比較弱，因此通過使用上述實(shí)施方式的小槽部來抑制水滴的成長(zhǎng)會(huì) 更有效。(實(shí)施例)其次，下面，對(duì)本發(fā)明的上述實(shí)施方式的燃料電池的幾個(gè)實(shí)施例進(jìn)行 說明，并說明在氣體流路內(nèi)形成小槽部帶來的效果。 (第一實(shí)施例)如上所述，第一實(shí)施例的燃料電池的堆棧是具有圖3A和圖3B所示
的形式的堆棧30。具體地說，對(duì)本第一實(shí)施例的堆棧30的結(jié)構(gòu)及其制作 方法進(jìn)行說明。首先，對(duì)MEA的制作方法進(jìn)行說明。在乙炔黑粉末中將承載有平均 粒徑約為30A的鉑粒子25重量％的粉末作為電極的催化劑。在將該催化 劑粉末分散于異丙醇中而形成的溶液中，混合將全氟碳磺酸的粉末分散于 乙醇中而形成的分散溶液，形成催化劑糊狀。另一方面，對(duì)作為電極的支承體的碳無紡布(氣體擴(kuò)散層14)進(jìn)行疏 水處理。將外尺寸14cmX14cm、厚度36um的碳無紡布(東萊公司(東 ^)制TGP—H—120)浸漬于含有氟樹脂的水性分散體(達(dá)金工業(yè)(夕" ^ * >工業(yè))納奧福隆ND1 ( *才7 a > ND1))后，通過使其干燥， 且在40(TC加熱30分鐘，賦以疏水性。通過在該碳無紡布14的一側(cè)面上 用絲網(wǎng)印刷法涂敷催化劑糊，而形成催化劑層12、 13。這時(shí)，催化劑層 12、 13的一部分被埋7v碳無紡布14中。將這樣制作而成的催化劑層12、 13和碳無紡布14合在一起而形成電極。形成后的反應(yīng)電極中所含的鉑量 調(diào)整為0.6mg/cm2，全氟碳磺酸的量調(diào)整為1.2mg/cm2。其次，以一對(duì)電極(即陽極和陰極的一對(duì)電極)中的催化劑層側(cè)的表 面與外尺寸為15cmX15cm的質(zhì)子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)膜11的表里兩面 接觸的方式通過熱壓而接合，并將其作為膜電極復(fù)合體(MEA) 10 (參照 圖2)。在此，作為質(zhì)子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)膜11，使用將全氟碳磺酸進(jìn) 行薄膜化而成為30"m的厚度的膜。其次，對(duì)作為陽極側(cè)隔板1和陰極側(cè)隔板41的導(dǎo)電性隔板的制作方 法進(jìn)行說明。首先，準(zhǔn)備平均粒徑為50 100um的人造石墨粉末，用攪 拌機(jī)將熱固化性石炭酸樹脂20重量％壓出到人造石墨粉末80重量％中并 進(jìn)行攪拌，制成混合粉末。使用已形成與供給燃料流體(燃料氣體)及氧 化劑流體(氧化劑氣體)的流體流路用的槽部(氣體流路形成用的槽部) 2、 42、和冷卻水用槽部(未圖示)、各氣體入口歧管24 29、和小槽部5、 45各自的形狀對(duì)應(yīng)的形狀的金屬模型，將該混合粉末投入加熱到18(TC的 金屬模型中，并通過熱壓進(jìn)行壓縮成形。另外，該成形方法除壓縮成形以 外也可以是射出成形及傳遞模塑法成形，另外，也可以在成形之后用切削 加工只制作小槽部5、 45。 另外，本第一實(shí)施例的隔板沿垂直方向配置其流路形成面，并且以各 直線狀流路2a沿水平方向配置的姿勢(shì)而使用。在這種使用姿勢(shì)下，優(yōu)選在沿水平方向配置的流路部形成小槽部5。原因是，水滴沿流路壁面在其 流動(dòng)方向邊流動(dòng)邊成長(zhǎng)。因此，在如圖3A所示的螺旋狀的氣體流路中， 既然是在重力方向上所以水滴容易移動(dòng)，而在垂直重力的方向水滴難易移 動(dòng)。在沒有小槽部的流路中，水滴成長(zhǎng)會(huì)將流路堵塞，如圖3所示，通過 形成小槽部5,能夠使水滴的成長(zhǎng)抑制到在接觸到小槽部5之前程度的大 小。另外，對(duì)陰極側(cè)的隔板41也以同樣的方法進(jìn)行制作。對(duì)于小槽的截面形狀，采用如圖3A、圖3B及圖4所示的形狀。艮口， 在氣體流路2、42的內(nèi)壁面的底部的大致中央部分沿流路形成有小槽部5、 45。在形成有這樣的小槽部5的陽極側(cè)隔板1和形成有小槽部45的陰極 側(cè)隔板41之間，將MEA 10、氣體^封件重合在一起形成單電池20 (參 照?qǐng)D2)。在本第一實(shí)施例中，用氣體密封材料覆蓋陽極側(cè)、陰極側(cè)的檢查 部且使其不露出表面。將該電池20分別層疊成兩個(gè)電池之后，用形成有 冷卻水流路槽部的隔板夾入該2電池式層疊電池，使該反復(fù)進(jìn)行制作成10 電池式層疊的堆棧30。這時(shí)，用連結(jié)桿將不銹鋼制的集電板21、電絕緣 材料的絕緣板22還有端部23固定在堆棧30的兩端部。這時(shí)的連結(jié)壓為 每隔板面積15kgPcm2。將這樣制作的第一實(shí)施例的10遏池式層疊的燃料電池(PEFC) 101 保持在8(TC，將已加濕到75。C露點(diǎn)的氫氣作為燃料流體(氣體)供給到 陽極側(cè)，另一方面，將己加濕到65〔露點(diǎn)的空氣作為氧化劑流體(氣體) 供給到陰極側(cè)。其結(jié)果是，在電流不向外輸出的無負(fù)荷時(shí)得到9.6V的電 池開放電壓。測(cè)定這時(shí)的堆棧30整體的內(nèi)部電阻，所測(cè)定電阻為大約 4.5mQ 。使該10電池式層疊的燃料電池101在氧氣利用率為40%、電流密度 為0.15A/ci^的條件下，使燃料利用率從50%每次提高5%而進(jìn)行試驗(yàn)。 這樣一來，最初處于700mV以上的電池電壓按照某燃料利用率急劇降低。 然后，在電池電壓低于600mV時(shí)終止試驗(yàn)。以每次5%的燃料利用率進(jìn)行五小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，將所有的電池電壓能
夠穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)的最高燃料使用率設(shè)定為限值燃料利用率(限值Uf)。接著，使該10電池式層疊的燃料電池101在燃料利用率為60%、電流密度為0.3A/cm2的條件下，使氧氣利用率從30%每次提高5%而進(jìn)行試 驗(yàn)。對(duì)于氧氣利用率，也和燃料利用率一樣，在電池電壓低于600mV時(shí) 終止試驗(yàn)。以每次5%的氧氣利用率進(jìn)行五小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，將所有的電池 電壓能夠穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)的最高氧氣利用率設(shè)定為限值氧氣利用率(限制Uo)。 可以說，該限值燃料利用率(限值Uf)和限值氧氣利用率(限值Uo)越 高的燃料電池，穩(wěn)定性越高、耐溢流性越好。即，可以說，通過抑制產(chǎn)生 于隔板的氣體流路中的水滴造成的流路堵塞，能夠制作發(fā)電的穩(wěn)定性提 高、耐溢流性良好的燃料電池。將該值作為燃料電池的電池特性評(píng)價(jià)指標(biāo)。 加工形成有本第一實(shí)施例的小槽部5、 45的隔板1、 41的10電池式 層疊燃料電池101的電池特性整體顯示出限值Uf為80X、限值Uo為60% 這樣非常高的特性。另外，作為電池特性，只要表現(xiàn)出限值Uf為70X以 上、限值Uo為50%以上的性能，就可以說是具有優(yōu)良的耐溢流性的燃料 電池(PEFC)。從該結(jié)果認(rèn)為加工形成小槽部的結(jié)構(gòu)的效果被充分地體 現(xiàn)，產(chǎn)生于氣體流路中的生成水造成的堵塞被有效地防止。 (第二實(shí)施例)接著，圖IIB表示第二實(shí)施例的燃料電池中的單電池120的示意剖視 圖，圖IIA表示圖11B中的G—G線向視圖。另外，圖11A中的F—F線 向視剖面圖為圖IIB。如圖IIA和圖IIB所示，本第二實(shí)施例的單電池 120具有和上述第一實(shí)施例的單電池20大致相同的構(gòu)造，在各直線狀流路 部2a中，只是小槽部105相對(duì)于流路方向稍稍傾斜這一點(diǎn)不同。另外， 該小槽部105的傾斜方向設(shè)定為，在氣體流路2中相對(duì)于氣體的流動(dòng)方向 朝圖示下方下降。具有這樣的傾斜方向的小槽部105、 145共同形成在陽 極側(cè)和陰極側(cè)隔板上。除這一點(diǎn)以外的構(gòu)成及制造方法和上述第一實(shí)施例 是一樣的，因此省略其說明。，對(duì)這樣構(gòu)成的本第二實(shí)施例的燃料電池，用和上述第一實(shí)施例中所實(shí) 施的方法同樣的方法進(jìn)行了電池發(fā)電評(píng)價(jià)。其結(jié)果是，顯示出和第一實(shí)施 例的燃料電池同樣的性能。進(jìn)而在將電池溫度從S0。C降低5t:成為75°。的 狀態(tài)下也同樣地進(jìn)行電池發(fā)電評(píng)價(jià)。這時(shí)，上述第一實(shí)施例的燃料電池中
是限值利用率每次降低5%的，但在本第二實(shí)施例的燃料電池中，顯示出了限值Uf為80X、限值Uo為60。/。這樣不變的性能。由該結(jié)果認(rèn)為，將 小槽部105、 145以相對(duì)于流動(dòng)方向且非逆著重力的方式設(shè)有傾斜度，能 夠進(jìn)一步提高由彎曲流路部2b中的小槽部105、 145帶來的槽排出性，在 更加過飽和的條件下也能夠得到穩(wěn)定的電池特性。 (第三實(shí)施例)接著，圖12B表示第三實(shí)施例的燃料電池中的單電池220的示意剖視 圖，圖12A表示圖12B中的I一I線向視圖。另外，圖12A中的H—H線 向視剖面圖為圖12B。如圖12A和圖12B所示，本第三實(shí)施例的單電池 220具有和上述第一實(shí)施例的單電池20大致相同的構(gòu)造，只是在各直線狀 流路部2a中所形成的小槽部205在各彎曲流路部連續(xù)通這一點(diǎn)不同。該 小槽部205相對(duì)于入口歧管24和出口歧管25為不連續(xù)通的不連續(xù)狀態(tài)。 這樣的小槽部205、 245共同形成在陽極側(cè)和陰極側(cè)隔板上。另外，由于 除這一點(diǎn)以外的構(gòu)成及制造方法和上述第一實(shí)施例是一樣的，因此省略其 說明。對(duì)這樣構(gòu)成的本第三實(shí)施例的燃料電池，用和上述第一實(shí)施例中所實(shí) 施的方法同樣的方法進(jìn)行了電池發(fā)電評(píng)價(jià)。其結(jié)果是，顯示出了限值Uf 為75%、限值Uo為55。/。這樣高的特性，但比第一實(shí)施例性能降低了 5個(gè) 百分點(diǎn)。進(jìn)而在將電池溫度從8(TC降低5。C成為75。C的狀態(tài)下也同樣地進(jìn) 行電池發(fā)電評(píng)價(jià)。這時(shí)，上述第一實(shí)施例的燃料電池中是限值利用率每降 低5%的情況，在本第三實(shí)施例的燃料電池中，顯示出了限值Uf為80%、 限值Uo為60。/。這樣不變的性能。由該結(jié)果認(rèn)為，在更加過飽和的條件下， 通過使彎曲流路部2b中的小槽部205、 245連結(jié)，也能夠得到穩(wěn)定的電池 特性。(第四實(shí)施例)接著，圖13B表示第四實(shí)施例的燃料電池中的單電池320的示意剖視 圖，圖13A表示圖13B中的K一K線向視圖。另外，圖13A中的J一J線 向視剖面圖為圖13B。如圖13A和圖13B所示，本第四實(shí)施例的單電池 320具有和上述第一實(shí)施例的單電池20大致相同的構(gòu)造，只是進(jìn)而在各氣 體流路部2a的下游部分(后半部分)形成有第二小槽部355這一點(diǎn)不同。
該第二小槽部355不僅在直線狀流路部2a中形成，而且也在彎曲流路部 2b中形成，且最終是與出口歧管25連通。另一方面，形成在各直線狀流 路部2a中的小槽部(即第一小槽部)305不在彎曲流路部2b中形成，且 也不和出口歧管25連通。這樣的小槽部305、 355、 345、 365共同形成在 陽極側(cè)和陰極側(cè)隔板上。另外，由于除這一點(diǎn)以外的構(gòu)成及制造方法和上 述第一實(shí)施例是一樣的，因此省略其說明。對(duì)這樣構(gòu)成的本第四實(shí)施例的燃料電池，用和上述第一實(shí)施例中所實(shí) 施的方法同樣的方法進(jìn)行了電池發(fā)電評(píng)價(jià)。其結(jié)果是，顯示出了限值Uf 為80%、限值Uo為60%這樣的和上述第一實(shí)施例同等的高特性。進(jìn)而也 在將電池溫度從8(TC降低5'C成為75'C的狀態(tài)下同樣地進(jìn)行電池發(fā)電評(píng) 價(jià)。這時(shí)，顯示出了限值Uf為80%、限值Uo為60%這樣不變的性能。 由該結(jié)果認(rèn)為，在本第四實(shí)施例的電池中，能夠得到在寬泛的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下 更加穩(wěn)定的電池特性。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制在各單電池中的氣體流路中結(jié)露水 (生成水)的成長(zhǎng)，能夠可靠地確保氣體流路。由此，可成為溢流的發(fā)生 被抑制的、可進(jìn)行穩(wěn)定的發(fā)電的燃料電池的構(gòu)成。另外，通過將上述各種各樣的實(shí)施方式中的任意實(shí)施方式迸行適當(dāng)?shù)?組合，能夠?qū)崿F(xiàn)各自具有的效果。以上，參照附圖對(duì)本發(fā)明的最佳的實(shí)施方式充分地進(jìn)行了記述，但作 為熟練該技術(shù)的技術(shù)人員，可以進(jìn)行種種變形及修正，這是顯而易見的。 應(yīng)理解為，這種變形和修正只要在不超出所賦予的權(quán)利要求項(xiàng)的范圍所限 定的本發(fā)明的范圍，就包含在其中。本發(fā)明包含但不限于2005年5月31日已申請(qǐng)的日本國(guó)專利申請(qǐng) 2005-140915號(hào)的說明書、附圖及專利要求的范圍的公開內(nèi)容。
權(quán)利要求
1、一種燃料電池，該燃料電池具有膜電極復(fù)合體和一對(duì)隔板，所述膜電極復(fù)合體是高分子電解質(zhì)膜、夾著所述高分子電解質(zhì)膜配置的各催化劑層和配置于所述各催化劑層外側(cè)的氣體擴(kuò)散層的復(fù)合體，該膜電極復(fù)合體形成陽極和陰極，所述一對(duì)隔板夾著所述膜電極復(fù)合體配置，所述一對(duì)隔板的表面形成氣體流路用槽部，該氣體流路用槽部與所述氣體擴(kuò)散層相接來構(gòu)成氣體流路，在所述各隔板中，所述氣體流路具有大致平行配置的多個(gè)大致直線狀流路部和使所述直線狀流路的端部與相鄰的所述直線狀流路的端部連通的多個(gè)彎曲流路部，并使所述氣體流路用槽部從氣體導(dǎo)入口連通到排出口而形成，在構(gòu)成所述各直線狀流路部的所述氣體流路用槽部的內(nèi)壁面上，以槽狀形成沿該直線狀流路部實(shí)質(zhì)上連續(xù)的水保持用槽部，使在所述氣體流路中產(chǎn)生的水的至少一部分可保持于該水保持用槽部的內(nèi)側(cè)。
2、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，所述水保持用槽部以不與 所述排出口連續(xù)的方式形成在構(gòu)成所述各直線狀流路部的所述氣體流路 用槽部上。
3、 如權(quán)利要求l所述的燃料電池，其中，在所述各直線狀流路部上， 所述水保持用槽部在所述各直線狀流路部的兩端部之間連續(xù)形成，在所述 各彎曲流路部上，所述各水保持用槽部不連續(xù)。
4、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，所述各水保持用槽部形成 在所述氣體流路用槽部的底部。 '
5、 如權(quán)利要求4所述的燃料電池，其中，所述各水保持用槽部形成 在所述底部的大致中央部分。
6、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，所述水保持用槽部通過使 所述氣體流路用槽部?jī)?nèi)產(chǎn)生的水滴與該水保持用槽部的保持水接觸，而使 所述氣體流路用槽部的內(nèi)壁面和所述水滴的接觸角度減小。
7、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，所述水保持用槽部的寬度 尺寸為所述氣體流路用槽部的寬度尺寸的1/2 1/10。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池，其通過一對(duì)隔板夾著膜電極復(fù)合體構(gòu)成，具有多個(gè)大致直線狀流路部、和使一個(gè)所述直線狀流路的端部和另一所述直線狀流路的端部連通的彎曲流路部，形成有以從氣體導(dǎo)入口連通到排出口的方式形成的氣體流路，其中，在構(gòu)成所述直線狀流路部的所述隔板的所述槽部的內(nèi)壁面，沿該流路部且以實(shí)質(zhì)上連續(xù)的方式以槽狀形成可將在所述氣體流路中產(chǎn)生的水的至少一部分保持于其內(nèi)側(cè)的水保持用槽部。通過使產(chǎn)生于氣體流路內(nèi)的水滴和水保持用槽部?jī)?nèi)的保持水接觸，抑制水滴的成長(zhǎng)、回避氣體流路的堵塞，從而，提高耐溢流性。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101151755SQ200680010189
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者吉澤奈央子, 川畑德彥, 日下部弘樹, 松本敏宏, 長(zhǎng)尾善輝 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社