專利名稱：燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池和燃料電池裝置，更特別地，涉及可抑制燃 料電池操作停止時的性能降低和劣化并可執(zhí)行低溫激活時的暖機的燃 料電池。
背景技術(shù)：
聚合物電解質(zhì)燃料電池(或質(zhì)子交換膜燃料電池)具有諸如壽命 較長、輸出較高、由于激活/停止導致的劣化較低、操作溫度較低和激 活/停止較為容易的優(yōu)點。
由于這些優(yōu)點，因此燃料電池可望被用于范圍廣泛的應用中，這
些應用包括用于諸如數(shù)字照相機、數(shù)字攝像機、移動電話或筆記本 個人計算機的便攜式裝置的電源；用于電動汽車的電源；和用于商務
或家用的分布式電源。
在這些應用中，上面安裝聚合物電解質(zhì)燃料電池的便攜式裝置(例 如，數(shù)字照相機)的有利之處是它可被使用比上面安裝現(xiàn)在是主流的 鋰離子電池的便攜式裝置更長的時間周期。
最近，由于便攜式裝置的功耗穩(wěn)定增加并且因此存在僅使用鋰離 子電池可導致電力短缺的擔心，因此需要迅速發(fā)展具有較高的效率的 燃料電池。出于這種原因，在燃料電池的技術(shù)領(lǐng)域中，在膜電極組件、 電池結(jié)構(gòu)和發(fā)電條件等方面正在進行各種改進。
同時，在上面安裝聚合物電解質(zhì)燃料電池的發(fā)電系統(tǒng)中，存在可 能由于根據(jù)條件重復激活和停止導致輸出降低的情況。
特別地，在發(fā)電系統(tǒng)停止時，當在燃料電池中保留諸如燃料氣體 或氧化劑氣體的發(fā)電反應引發(fā)氣體時，存在導致諸如輸出電壓降低和 構(gòu)成部件的腐蝕的劣化的擔心。
出于這種原因，迄今為止，如日本專利申請公開No. H02-33866 所公開的那樣，已提出一種用于發(fā)電系統(tǒng)的操作停止方法，在該操作 停止方法中，使用不活潑氣體以清除(purge )磷酸燃料電池系統(tǒng)中的 發(fā)電反應引發(fā)氣體。在該操作停止方法中，為了防止燃料電池在其停 止過程中的劣化，在氧化劑電極和燃料電極被短路的同時，保留在燃 料路徑中的燃料通過氮被清除，由此，溶于浸漬于電解質(zhì)層中的磷酸 中的氧被去除。
此時，為了將氧化劑電極和燃料電極帶入短路狀態(tài)中并然后帶入 開路狀態(tài)中，使用定時器。
并且，日本專利申請公開No. H10-144334^^開在燃料電池操作 停止時，在電極之間連接假電阻器以導致短路的同時，向陽極和陰極 中的每一個供給不活潑氣體(氮氣)以去除保留在電池中的氫和氧。
另一方面，為了使發(fā)電系統(tǒng)節(jié)省空間并減小尺寸，采用不使用不 活潑氣體的操作停止方法是有利的。因此，在日本專利申請公開No. 2003-115305中，提出了允許弱電流流動的外部電阻器與燃料電池的 各對隔板連接。
日本專利申請公開No. 2003-115305公開外部電阻器具有開關(guān)， 并且，當燃料電池的操作被停止時，外部電阻器的開關(guān)被閉合，并且 弱電流被允許在燃料電池的各對隔板之間流動，由此消耗剩余的氣體。
另外，燃料電池在低溫下具有極小的輸出，使得不能獲得希望的 輸出。因此，需要對燃料電池進行暖機。
日本專利申請公開No. 2003-115305 />開在利用上述的方法停止 燃料電池的操作之后，通過將開關(guān)保留在閉合狀態(tài)直到隨后的激活， 可以執(zhí)行用于隨后的激活的暖機。并且，日本專利申請公開No. 2003-109636公開了其中設置用于短路燃料電池單元的電極的短路電 路并且通過導致短路電路的短路執(zhí)行燃料電池的暖機的結(jié)構(gòu)。此時， 當溫度變得低于預定溫度時，短路電路被閉合，并且，當溫度變得不 低于預定溫度時，短路電路被打開。
但是，防止燃料電池在其操作停止時劣化以及在低溫激活時執(zhí)行暖機的常規(guī)技術(shù)存在以下的問題。
在要被安裝在便攜式裝置上的燃料電池中，用于容納燃料電池的 空間被限制，使得需要采用盡可能緊湊的控制單元。
相反，在日本專利申請公開No. H02-033866和H10-144334中公開的通過使用氮清除保留在燃料路徑中的燃料的燃料電池系統(tǒng)中，另
外需要清除氣體供給單元。
因此，對于上述的常規(guī)技術(shù)，在減小燃料電池系統(tǒng)的尺寸方面出 現(xiàn)不足。
并且，在上面的日本專利申請公開No. 2003-109636中公開的在低 溫下激活燃料電池時執(zhí)行暖機的技術(shù)具有受使用環(huán)境溫度等影響的問 題。
即，在該技術(shù)中，為了打開/閉合在暖機時操作的短路電路，使用 電阻值基于元件溫度可逆地變化的可變電阻元件。因此，該技術(shù)具有 操作條件依賴于使用中的溫度的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對環(huán)境溫度幾乎不影響、節(jié)省空間并具有可自動執(zhí)行開 關(guān)的開關(guān)的燃料電池和燃料電池裝置。
即，本發(fā)明涉及可在消耗導致燃料電池操作停止時的性能降低或
下通過使用開關(guān)有效控制短路的燃料電池和燃料電池裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種燃料電池，該燃料電池具有包含
膜電極組件的發(fā)電部分，該膜電極組件包含設置成其間插入電解質(zhì)膜
的氧化劑電極和燃料電極，并且該燃料電池具有包含可根據(jù)包含在發(fā)
電部分中產(chǎn)生的水的狀態(tài)而開關(guān)的開關(guān)的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，可實現(xiàn)環(huán)境溫度幾乎不影響、節(jié)省空間并具有可自
動執(zhí)行開關(guān)的開關(guān)的燃料電池和燃料電池裝置。
特別地，通過在連接在氧化劑電極和燃料電極之間的短路電路中
設置開關(guān)，可在消耗導致燃料電池操作停止時的性能降低或劣化的發(fā) 電反應引發(fā)氣體的情況下或在低溫激活時執(zhí)行暖機的情況下有效地執(zhí)行短路控制。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的實施例1的燃料電池裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例2的燃料電池裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例3的燃料電池裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例4的燃料電池裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例5的燃料電池裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。
圖6是解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例5的短路電路的結(jié)構(gòu)的示意性結(jié) 構(gòu)圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例6的燃料電池裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。
圖8是解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例6的膜電極組件的結(jié)構(gòu)的示意性 平面圖。
具體實施例方式
將參照

本發(fā)明的實施例。
(實施例1)
圖l是用于解釋根據(jù)實施例1的燃料電池裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。 在圖1中，發(fā)電部分1包含其中設置被供給燃料的燃料電極lb和被供給氧化劑的氧化劑電極lc使得電解質(zhì)膜la被插入其間的膜電極組件。
短路電路2被設置為用于使發(fā)電部分l的燃料電極lb和氧化劑電 極lc短路。開關(guān)3被設置在短路電路2中。開關(guān)3根據(jù)被設置為與電 解質(zhì)膜la接觸的含水量傳感器4b的輸出信號被控制器4c控制為打開 和閉合。
發(fā)電部分l的膜電極組件具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即，在電解質(zhì)膜la 的表面上，燃料電極lb和氧化劑電極lc分別被設置為包含催化劑的 電極。
對于電解質(zhì)膜la，例如使用質(zhì)子導電聚合物材料，特別是諸如全 氟化碳離子交換膜、非全氟離子交換膜或混合離子交換膜的離子交換 膜。但是，本發(fā)明不特別限于這些材料。
通過利用絲網(wǎng)印刷向電解質(zhì)膜la的表面施加例如包含攜帶鉑細粒子的碳粉末和質(zhì)子導電聚合物材料的糊劑，形成燃料電極lb和氧化 劑電極lc。但是，本發(fā)明不特別限于上述的材料和方法。
在燃料電極lb中，通過在燃料電極lb中包含的催化劑的氧化作 用使燃料氧化以產(chǎn)生質(zhì)子。對于燃料， 一般使用諸如氫的氣體或諸如 甲醇或乙醇的液體。
在燃料電極lb中產(chǎn)生的質(zhì)子在與存在于質(zhì)子電解質(zhì)膜la中的水 分子水合的同時向氧化劑電極lc移動。因此，在電解質(zhì)膜la中存在 的水越多，質(zhì)子的移動就變得越容易，由此使得發(fā)電反應起作用。當 導致在電解質(zhì)膜la中不存在足夠的水的稱為"干燥"的狀態(tài)時，發(fā)電 反應將被禁止。
在氧化劑電極lc中，通過利用氧化劑氧化在電解質(zhì)膜la中移動 的質(zhì)子，產(chǎn)生水。并且，由一系列化學反應產(chǎn)生的能量的一部分作為 電能被提取。對于氧化劑， 一般使用大氣中的氧。由發(fā)電反應產(chǎn)生的 水一般以水蒸汽或液體的形式與氧化劑的流動一起從氧化劑電極移動 并被排出到外面。在一些情況下，水從燃料電極側(cè)通過膜電極組件被 排出。
因此，氧化劑電極lc周圍的大氣中的氧越多，那么質(zhì)子的氧化就 變得越容易，由此使得發(fā)電反應起作用。當在氧化劑電極lc中產(chǎn)生的 水沒有被充分排出時，導致氧化劑的供給被液體狀態(tài)的水中斷的稱為 "淹水"的狀態(tài)，發(fā)電反應將被禁止。
如上所述，電解質(zhì)膜la中的水的量(含水狀態(tài))是極大影響燃料 電池的發(fā)電反應的重要參數(shù)。
短路電路2包含通過導電構(gòu)件2a相互連接的氧化劑電極le和燃 料電極1b。短路電路2具有開關(guān)3，使得可用其執(zhí)行電路的打開/閉合。
只要可檢測電解質(zhì)膜la的含水狀態(tài)并可檢測開關(guān)將被打開/閉合
的含水量，那么含水量傳感器4b可以為任意類型和尺寸。并且，控制 器4c基于含水量傳感器4b的輸出信號打開/閉合開關(guān)3。
在本實施例中，含水量傳感器4b檢測電解質(zhì)膜la的含水狀態(tài)， 并且，在電解質(zhì)膜la中的水不足夠的狀態(tài)中，控制器4c執(zhí)行使得開 關(guān)3被閉合的控制。并且，當通過發(fā)電部分l的發(fā)電反應在其中產(chǎn)生 水并且確定電解質(zhì)膜la中的水已增加到足夠的量時，控制器4c執(zhí)行 使得開關(guān)3被打開的控制。 (實施例2 )
圖2是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例2的燃料電池裝置的示意性 結(jié)構(gòu)圖。
在圖2中，短路電路2被設置為用于使發(fā)電部分1的燃料電極lb 和氧化劑電極lc短路，并且，開關(guān)3被設置在短路電路2中。開關(guān)3 包含被設置為與發(fā)電部分1接觸的吸水材料4和在其中包含的導電元 件5。
由于膜電極組件與實施例1的相同，因此發(fā)電部分l的膜電極組 件的說明被省略。
在本實施例中，開關(guān)3具有打開/閉合短路電路2的功能。開關(guān)3 的一部分由包含導電元件5的吸水材料4構(gòu)成，并被構(gòu)建為根據(jù)發(fā)電 反應產(chǎn)生的水的量膨脹/收縮，由此允許開關(guān)被打開/閉合。
具體而言，當通過發(fā)電部分1的發(fā)電反應在其中產(chǎn)生水時，吸水 材料4吸水以增加其體積，使得開關(guān)3被打開。當發(fā)電被停止并且發(fā) 電部分l變干時，吸水材料4收縮以閉合開關(guān)3。
在發(fā)電停止之后發(fā)電部分l中的水的產(chǎn)生停止的情況下，吸水材 料4隨其變干逐漸收縮。結(jié)果，導電元件5相互接觸，由此構(gòu)成短路 電路2。確定在吸水材料4中包含的導電元件5的密度以在此時提供 足夠的導電率。并且，還釆用這種構(gòu)成，使得當吸水材料4吸水以增 加其體積時，導電元件5變得相互更遠離，由此電阻增加以打開開關(guān)。
對于吸水材料4，具有10~90%的吸水率的材料是優(yōu)選的。當吸水 材料的吸水率小于10%時，吸水量是不足夠的，使得難以獲得用于實現(xiàn)開關(guān)3的打開/閉合的足夠的體積變化。
相反，具有大于90%的吸水率的材料包含太多的孔隙，使得作為 開關(guān)難以保證其機械強度。
這里使用的術(shù)語吸水材料4的"吸水率"由下式定義
吸水率=( B-A )÷AX100 ( % ) 其中，已在100~110℃的溫度變干直到達到恒定的重量的吸水材料4 的重量由A表示，并且吸水材料4在其表面變干而其內(nèi)部處于水飽和 狀態(tài)時的重量由B表示。
這里，用于吸水材料4的材料的例子包含丙烯酸酯聚合物、曱基 丙烯酸聚合物、水凝膠、水膨脹橡膠和膨潤土。但本發(fā)明不限于此。
如后面的實施例4說明的那樣，只要吸水材料4可接收在發(fā)電部 分l中產(chǎn)生的水，那么吸水材料4可被設置為遠離膜電極組件。但是， 通過將吸水材料4設置為與膜電極組件接觸，當發(fā)電部分1足夠濕時 從發(fā)電部分1吸收的水可在發(fā)電部分1處于干狀態(tài)中時被供給到發(fā)電 部分l。在這種情況下，通過調(diào)整吸水材料4的類型和使用量及其與 發(fā)電部分1的接觸面積，發(fā)電部分1的膜電極組件中的含水量可被控 制，由此降低出現(xiàn)上述的由于干燥或淹水禁止發(fā)電反應的可能性。
導電元件5可由金屬或碳制成。不特別限制其形狀，但粒狀、柱 狀、盤狀和線狀形狀是優(yōu)選的。
吸水材料4中的導電元件5的含量優(yōu)選為20~99wt. %,更優(yōu)選為 50~97wt. %。
這是因為，當導電元件5的含量小于20wtVo時，不能獲得足夠的 導電率，并且，當含量大于99wt，yn時，不能獲得足夠的機械強度。
特別地，通過在電解質(zhì)膜的一部分中設置導電元件并允許導電元 件具有開關(guān)的功能，不需要在發(fā)電部分外面設置電路，使得不需要任 何另外的用于設置電路的空間，由此空間可被有效利用。
下面將說明燃料電池激活或停止時的操作。
在燃料電池停止時，在發(fā)電部分1中不產(chǎn)生任何水，吸水材料4 收縮，并且開關(guān)3被閉合以構(gòu)成短路狀態(tài)。
在這種情況下，當燃料電池被激活并且燃料被供給到發(fā)電部分1
時，導致發(fā)電，并且電流在短路電路2中流動。同時，在發(fā)電部分1 中產(chǎn)生水。
吸水材料4吸收由此產(chǎn)生的水以增加其體積，由此，開關(guān)3被打 開以解除短路。
然后，當燃料電池被停止時，不再產(chǎn)生水，使得隨著發(fā)電部分1 的變干的進展，吸水材料4也變干以減小其體積。
結(jié)果，開關(guān)3被閉合以構(gòu)成短路狀態(tài)。當發(fā)電部分l處于短路狀 態(tài)中時，保留在燃料電極側(cè)的燃料被迅速消耗，由此，燃料電池的劣 化可被抑制。
并且，在激活燃料電池的情況下，由于開關(guān)如上面說明的那樣在 激活前的停止過程中處于短路狀態(tài)中，因此暖機可被迅速執(zhí)行。
在實施例2中，不需要在實施例中l(wèi)使用的含水量傳感器和控制 器，使得可減小燃料電池的尺寸并且不需要單獨的電源，這是更優(yōu)選 的。
(實施例3)
圖3是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例3的燃料電池裝置的示意性 結(jié)構(gòu)圖。
在實施例3中，吸水材料4具有支撐構(gòu)件6，由此，由于吸水材 料4的體積變化，因此一般被閉合的開關(guān)3的打開/閉合部分被上推以 打開開關(guān)3。
(實施例4)
圖4是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例4的燃料電池裝置的示意性 結(jié)構(gòu)圖。
在實施例4中，采用這樣一種結(jié)構(gòu)，使得吸水材料4凈皮設置在氧 化劑氣體7的流動路徑上，由此，吸水材料4可吸收包含在從發(fā)電部 分l排出的氣體中的水以增加體積，由此打開開關(guān)。
(實施例5)
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例5的燃料電池裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。
圖6是解釋圖5的短路電路2的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。
順便提起，在圖5和圖6中，與圖1~4中相同的元件由類似的數(shù)字或符號表示。
在根據(jù)實施例5的燃料電池裝置中，通過使用氫氣作為燃料并使用大氣作為氧化劑執(zhí)行發(fā)電。
作為燃料的氫在被壓縮的同時被存儲在燃料罐8中。并且，氫的初始壓力在室溫下約為lMPa。
為了使燃料電池的輸出保持恒定，在本實施例中，設置壓力調(diào)節(jié)閥9。
調(diào)整壓力調(diào)節(jié)閥9，使得供給到發(fā)電部分1的氫氣的壓力為 O.lMPa。
對于實施例5的發(fā)電部分1，使用其中相互層疊多個膜電極組件11的燃料電池組10。
燃料電池組10具有如圖5所示膜電極組件11、大氣供給層12、燃料供給層19和隔板13被相互層疊的結(jié)構(gòu)。
如下面說明的那樣形成短路電路2。在行星式球磨機中混合10g 的中間相碳微球(mesocarbon microbead ) ( MCMB; 由Osaka Gas Chemical Co. Ltd.制造；粒徑約lOμm )和10g的吸水材料4的lOwt.﹪的N-甲基吡咯烷酮(NMP )溶液(AQUA CALK (商標名稱)；由 SUMITOMO SEIKA CHEMICALS CO.， LTD.制造)30分鐘以制備料漿。
然后，使用厚度為16μm的銅箔作為導電構(gòu)件2a，并且以100μm 的厚度將料漿施加到表面上以制備諸如圖6所示的板狀開關(guān)3。將板切成長度基本上等于燃料電池組10的總厚度并且寬度約為電池組的寬度的十分之一的片。
將由此切割的板附接到燃料電池組10上以與其各層接觸，并通過 保留在120℃的溫度以去除溶劑而粘附于其上，由此形成短路電路2。
下面說明根據(jù)實施例5的燃料電池激活或停止時的操作。
由于在初始狀態(tài)中僅在其中包含少量的水，因此具有如上面說明
的那樣制備的短路電路2的燃料電池組10被短路。
當向燃料供給層19供給氫以開始發(fā)電時，在膜電極組件ll中產(chǎn) 生水。
當水被粘附于燃料電池組10上的短路電路2中包含的吸水材料4 吸收時，吸水材料4膨脹。
結(jié)果，失去作為導電元件5的MCMB之間的導電性，使得短路 狀態(tài)被解除。
然后，當外部負載被斷開并且燃料供給被停止以終止發(fā)電時，由 于發(fā)電導致的水的產(chǎn)生停止，由此，吸水材料4逐漸變干。結(jié)果，吸 水材料4的體積減小，使得開關(guān)3中的MCMB重新相互接觸，由此 表現(xiàn)出導電性。
因此，在燃料電池組10中包含的每一個膜電極組件11進入短路 狀態(tài)，剩余的氫氣可被消耗。
根據(jù)本實施例，通過對于短路電路2使用包含導電元件5的吸水 材料4，短路電路2可用作可根據(jù)燃料電池組10的發(fā)電狀態(tài)自動打開 /閉合的開關(guān)3。
通過使用開關(guān)3,可構(gòu)建可在較小的空間中自動打開/閉合的短路 電路2，使得可減小燃料電池的尺寸。 (實施例6 )
在實施例6中，采用這樣一種結(jié)構(gòu)，使得在電解質(zhì)膜la中包含開 關(guān)3,在開關(guān)3中，也用作吸水材料的電解質(zhì)材料包含導電元件5。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明的實施例6的燃料電池裝置的示意性截面圖。 圖8是圖7所示的燃料電池裝置的膜電極組件11的示意性平面圖。圖 7是沿圖8的線7-7切取的截面圖。
下面說明根據(jù)實施例6的燃料電池裝置的制造過程。
首先，從厚度為125pm的Nafion (商標名稱；由DuPont制造) 膜切出片以制備電解質(zhì)膜la。然后，如圖8所示，穿過它制成各具有 5mm的直徑的通孔23。
向5g的Nafion的5wt.% IPA溶液添加lg的MCMB作為導電元件5，并將整體徹底攪拌直到MCMB均勻分散于其中，由此制備料漿。
用料漿填充在電解質(zhì)膜la中設置的通孔23，并然后使溶劑變干。
因此，在電解質(zhì)膜la中包含并形成用于打開/閉合膜電極組件11
的兩個電極之間的短路電路的開關(guān)3。
然后，通過絲網(wǎng)印刷將包含攜帶鉑細粒子的碳粉末和質(zhì)子導電聚
合物材料的糊劑施加到電解質(zhì)膜la的兩個表面上以形成氧化劑電極
lc和燃料電極lb。此時，糊劑被施加為使得開關(guān)3的兩個表面被氧化
劑電極lc和燃料電極lb的催化劑層覆蓋。
通過遵循與實施例5相同的過程，使用由此制備的發(fā)電部分l以
形成燃料電池。
下面說明根據(jù)實施例6的燃料電池激活或停止時的操作。
在初始狀態(tài)中，電解質(zhì)膜la中的水的量較小，使得其體積較小。
因此，作為導電元件5的MCMB相互接觸，使得發(fā)電部分l處于短
路狀態(tài)中。
當作為燃料的氫通過激活操作被供給到燃料電極lb中時，在氫和 存在于氧化劑電極lc中的大氣的氧之間導致發(fā)電反應，其結(jié)果是電流 流過短路的開關(guān)3。此時，在電解質(zhì)膜la中產(chǎn)生水，使得電解質(zhì)膜la 膨脹。在開關(guān)3中也以相同的方式導致膨脹，使得作為導電元件5的 MCMB變得相互遠離，由此使開關(guān)3進入打開狀態(tài)中。
并且，當外部負載被斷開并且作為燃料氣體的氫的供給被停止以 結(jié)束發(fā)電時，水的產(chǎn)生停止并且電解質(zhì)膜la逐漸變干。當開關(guān)3中的 電解質(zhì)變干時，其體積減小，使得作為導電元件5的MCMB相互接 觸，由此導致短路狀態(tài)。
在短路狀態(tài)中，電流流過開關(guān)3，使得保留在燃料電極中的氫可 被全消耗。
在實施例6中，如上所述，采用使得電解質(zhì)膜la包含開關(guān)3的結(jié) 構(gòu)。使用這種結(jié)構(gòu)，不需要在發(fā)電部分1外面設置電路。因此，不需 要另外的用于設置電路的空間，使得空間可被有效利用。
根據(jù)上述的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，用于燃料電池在其激活時的暖機和在其停止時的燃料消耗的與短路電路的連接可被自動執(zhí)行。
雖然已以使用根據(jù)電解質(zhì)膜la中的水的量打開/閉合的開關(guān)用于 消耗導致操作停止時的劣化的剩余氣體或用于執(zhí)行低溫激活時的暖機 的短路電路的結(jié)構(gòu)為例子進行了說明，但本發(fā)明不限于此。
除了上述的結(jié)構(gòu)，也可將開關(guān)用作例如在電解質(zhì)膜la中的水的量 超過預定的值時被激活并在電解質(zhì)膜la中的水的量低于預定的值時 被停止的風扇的自動控制開關(guān)。在這種情況下，開關(guān)的結(jié)構(gòu)被改變， 使得當水量較大時，開關(guān)被閉合，并且當水量較小時，開關(guān)被打開， 并且開關(guān)被插入風扇的驅(qū)動電路中。
作為替代方案，開關(guān)也可被用于包含用于信號傳送電路的開關(guān)的 各種應用，該信號傳送電路用于向外部裝置等傳送燃料電池的驅(qū)動狀 態(tài)。
并且，根據(jù)本發(fā)明的兩個或更多個燃料電池可以在被串聯(lián)或并聯(lián) 連接的同時被使用，或者，燃料電池可被用于與電源、裝置、電路等 組合的燃料電池系統(tǒng)。
此時，通過使用根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)，燃料電池組或燃料電池系統(tǒng) 的電路等可被簡化，使得可以提供更小的燃料電池系統(tǒng)。
本申請要求在2006年5月26日提交的日本專利申請No. 2006-146200的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用而引入該專利申請。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，包括包含膜電極組件的發(fā)電部分，該膜電極組件包含氧化劑電極和燃料電極，電解質(zhì)膜被插入其間；和能根據(jù)電解質(zhì)膜中的含水量而開關(guān)的開關(guān)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的燃料電池，其中，開關(guān)在開關(guān)包含預定量或 更多的水的狀態(tài)中變?yōu)榇蜷_，并在開關(guān)包含比預定量少的量的水的狀 態(tài)中變?yōu)殚]合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的燃料電池，其中，開關(guān)被設置在連接在氧化 劑電極和燃料電極之間的短路電路中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池，其中，開關(guān)包含吸水材料，該吸 水材料根據(jù)其中的含水量改變其體積。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的燃料電池，其中，吸水材料在其中包含導電 元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4的燃料電池，其中，吸水材料被設置為與膜電 極組件接觸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4的燃料電池，其中，吸水材料被設置在氧化劑 氣體流動路徑上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4的燃料電池，其中，吸水材料被插入在氧化劑 電極和燃料電極之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4的燃料電池，其中，吸水材料被包含于電解質(zhì) 膜的一部分中。
10. —種燃料電池，包括包含膜電極組件的發(fā)電部分，該膜電極組件包含氧化劑電極和燃 料電極，電解質(zhì)膜被插入其間；和能根據(jù)被設置為與電解質(zhì)膜接觸的含水量傳感器的輸出信號而開 關(guān)的開關(guān)。
全文摘要
在消耗導致燃料電池在其操作停止時的性能降低和劣化的發(fā)電反應引發(fā)氣體的情況下，以及在低溫激活時執(zhí)行暖機的情況下，為了自動執(zhí)行短路控制，提供具有包含開關(guān)的結(jié)構(gòu)的燃料電池，該開關(guān)可根據(jù)包含在發(fā)電部分中產(chǎn)生的水的狀態(tài)而開關(guān)。
文檔編號H01M8/04GK101346847SQ20078000098
公開日2009年1月14日 申請日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者中洼亨, 森田曉, 橫井昭佳, 茂木聰史 申請人:佳能株式會社