專利名稱：燃料電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料電池，特別涉及能謀求小型、輕量化且能實現(xiàn)低熱容 量化的燃料電池的改良。
背景技術：
例如，固體高分子型燃料電池，如圖7所示，用燃料極50和空氣極 54這兩個電極夾著由固體高分子膜構成的電解質膜52形成膜電極組件 (MEA， Membrane Electrode Assembly,膜電極組件)，以再用兩塊隔 板60夾持該膜電極組件而成的單元作為最小單位，通常層疊多個該單元而 成為燃料電池組(FC組，燃料電池組)，從而能得到高壓電壓。
固體高分子型燃料電池的發(fā)電方式， 一般是對燃料極(陽極側電極)
50供給燃料氣體、例如含有氫氣的氣體，另一方面對空氣極(陰極側電極) 54供給氧化劑氣體、例如主要含有氧氣(02)的氣體或空氣。含有氫氣的 氣體通過燃料氣體流路被供給到燃料極50，并在電極的催化劑的作用下分 解為電子和氫離子(H+)。電子通過外部電路從燃料極50移動到空氣極 54，產生電流。另一方面，氬離子(H+)通過電解質膜52而到達空氣極 54，與氧和通過外部電路而來的電子結合，從而生成反應水(1120)。與 氫氣(H2 )和氧氣(02 )以及電子的化合反應同時產生的熱由冷卻水回收。 另外，在具有空氣極54的陰極側生成了的水(以下稱為"生成水")從陰 極側排出。
另外，在以往的燃料電池中， 一個單元與另一個單元由具有例如100 jum的厚度的隔板60分隔，由此，對于各單元個別地供給擴M應氣體， 并且，使冷卻水通過對各單元之間進行分隔的隔板60之間而將燃料電池保
6持在適當溫度，進^l定的發(fā)電。
例如，在專利文獻l中公開了如下燃料電池為了提高冷卻效果，作 為冷卻介質^i^由一對隔板夾著例如金屬制多孔體而構成。 專利文獻1:日本特開2006—286557號/>才艮。

發(fā)明內容
以往的隔板，如上所述具有例如100jam的厚度，因此，層疊有多個 單元而成的燃料電池的厚度也增大。另一方面，近年來，期望燃料電池的 小型化、輕量化。
本發(fā)明是鑒于上述課題而做成的，提供一種謀求小型化、輕量化且能 實現(xiàn)低熱容量的燃料電池。
為了達成上述目的，本發(fā)明的燃料電池具有以下特征。 (l)一種燃料電池，由電池單元層疊而成，上述電池單元由膜電極組 件和夾持上述膜電極組件的一對金屬膜構成，上述膜電極組件在其電解質 膜的一面配置有燃料極并在另一面配置有空氣極，其中，該燃料電池具有:
多孔體燃料氣體流路，其包括被設置在上述膜電極組件與上述金屬膜 之間、允許燃料氣體通過的多孔金屬；
多孔體氧化劑氣體流路，其包括被設置在上述膜電極組件與上述金屬 膜之間、允許氧化劑氣體通過的多孑L金屬；和
多孔體冷卻介質流路，其包括被設置在一個電池單元與另 一個電池單 元之間且設置在上述金屬膜之間、允許冷卻介質通過的多孔金屬，
上述多孑L體燃料氣體流路以及上述多孔體氧化劑氣體流路的各自的外 部尺寸(outer dimension )比上述金屬膜的外部尺寸小。
由于使用厚度比通常的隔板薄的金屬膜來分隔反應氣體流路和冷卻喬 質流路，所以能夠減小單元自身的厚度并且實現(xiàn)輕量化。因此，能夠使層 疊多個單元而成的燃料電池小型化，還能l吏其輕量化。另外，通過《吏用比 以往的隔板薄的金屬膜，提高熱傳導和散熱效果。從而能夠實現(xiàn)低熱容量。 而且，通過使由多孑L金屬構成的反應氣體流路的外部尺寸比金屬膜的外部尺寸小，能夠確保用于氣密地密封反應氣體流路的密封寬度。
(2) 上述U)中記載的燃料電池，其中，進一步形成為， 一個電池 單元的多孔體氧化劑氣體流路、多孔體冷媒介質流路與另一個電池單元的 多孔體燃料氣體流路，分別隔著上述金屬膜接合為一體。
形成一個電池單元的多孔體氧化劑氣體流路、多孔體冷卻介質流路與 另一個電池單元的多孔體燃料氣體流路分別隔著金屬膜接合為一體的3層 一體型組件，由此，之后通過僅依次接合3層一體型組件和膜電極組件就 能夠容易地組裝燃料電池。
(3) 上述(1)或(2)記載的燃料電池，其中，上述膜電極組件是在 膜電極組件的周緣部一體成形有密封部件的密封件一體型膜電極組件，該 燃料電池形成為，上述密封型膜電極組件接合于包括分別隔著上述金屬膜 的一個電池單元的多孔體氧化劑氣體流路、多孔體冷卻介質流路和另 一個 電池單元的多孔體燃料氣體流路的一體型組件。
通過制成密封件一體型膜電極組件，通過例如熱壓接能依次簡便地組 裝上述3層一體型組件和膜電極組件。
(4) 上述(1) (3)中任一項記載的燃料電池，其中，上述多孔體 冷卻介質流路的多孔金屬與上述金屬膜的接觸點間隔為0.5mm以下。 '
通過設為上述接觸點間隔，能維持上述金屬膜的形狀、并確保作為隔 板的強度。
(5) 上迷(1) ~ (3)中任一項記載的燃料電池，其中，上述多孔金 屬為切孔金屬板(，只力7卜少夕/k、 lath cut metal)或多孔金屬網。
(6) 上述(1) (5)中任一項記載的燃料電池，其中，上述金屬膜 的厚度為10 |u m以上且50 M m以下。
例如，與以往的厚度為100Mm的隔板相比，金屬膜的厚度為其一半 以下，因此，能夠使單元自身變薄并且能使其輕量化。由此，能使層疊有 多個單元的燃料電池小型化，還能使其輕量化。
(7) —種燃料電池，具有形成有與燃料電池相關的流體用歧管的陽 極側外框板；多孔體燃料氣體流路，其配置在上述陽極側外框板內，包括使燃料氣體通過的多孔金屬；形成有與燃料電池相關的流體用歧管的中間 外框板；多孔體冷卻介質流路，其配置在上述中間外框板內，包括使冷卻 介質通過的多孔金屬；形成有與燃料電池相關的流體用歧管的陰極側外框 板；多孔體氧化劑氣體流路，其配置在上述陰極側外框板內，包括使氧化 劑氣體通過的多孔金屬；和金屬膜，其對上述多孔體燃料氣體流路與多孔 體冷卻介質流路之間和上述多孔體氧化劑氣體流路與多孔體冷卻介質流路 之間進行分隔，上述多孑L體燃料氣體流路和上述多孔體氧化劑氣體流路的 各自的外部尺寸比上述金屬膜的外部尺寸小，該燃料電池形成為，按多孔 體氧化劑氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜和多孔體燃料 氣體流路的順序，或者按多孔體燃料氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質 流路、金屬膜和多孔體氧化劑氣體流路的順序接合為一體。
在中間外框板的發(fā)電區(qū)域內配置有多孔體冷卻介質流路，還在陽極側 外部框架板的發(fā)電區(qū)域內配置有多孔體燃料氣體流路、在陰極側外部框架 板的發(fā)電區(qū)域內配置有多孔體氧化劑氣體流路；并且，使包括多孔金屬的 反應氣體流路的外部尺寸比金屬膜的外部尺寸小，確保用于氣密地密封反 應氣體流路的密封寬度，由此，能夠形成具有歧管且分別隔著金屬膜而蔣 多孔體氧化劑氣體流路、多孔體冷卻介質流路和多孔體燃料氣體流#合 為一體的3層一體型組件。另外，使用厚度比通常的隔板薄的金屬膜分隔 反應氣體流路和冷卻介質流路，因此，能夠使單元自身的厚度變薄并使其 輕量化。因此，能夠使層疊多個單元而成的燃料電池小型化，并使其輕量 化。另外，通過使用比以往的隔板薄的金屬膜，能夠提高熱傳導和散熱效 果，以實現(xiàn)低熱容量。
(8)上述(7)中記載的燃料電池，形成為，在分別在電解質膜的一 面配置有燃料極并在另一面配置有空氣極的膜電極組件上，按多孔體氧化 劑氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜和多孔體燃料氣體流 路的順序，或者按多孔體燃料氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、 金屬膜和多孔體氧化劑氣體流路的順序進行層疊而接合為一體。
能夠形成在上述膜電極組件的兩面一體接合有上迷3層一體型組件的5層一體型組件。
(9) 上述(7)或(8)中記載的燃料電池，其中，上述多孔體冷卻介 質流路的多孔金屬和上述金屬膜的接觸點間隔為0.5mm以下。
通過設為上述接觸點間隔，能夠維持上述金屬膜的形狀、并確保作為 隔板的強度。
(10) 上述(7) ~ (9)中任一項記載的燃料電池，其中，上述多孔 金屬為切孔金屬板或多孔金屬網。
(11) 上述(7) (10)中任一項記載的燃料電池，其中，上述金屬 膜的厚度為10 jam以上且50iam以下。
例如，與以往的厚度為lOOum的隔板相比，金屬膜的厚度為其一半 以下，因此，能夠使單元自身變薄并且使其輕量化。由此，可以使層疊有 多個單元的燃料電池小型化并使其輕量化。
(12) 上述(7) ~ (11)中任一項記栽的燃料電池，其中，上述陽極 側外框板、中間外框板和陰極側外框板由樹脂構成，上述膜電極組件為在 膜電極組件的周緣部一體成形有密封部件的密封件一體型膜電極組件，通 過對上述陽極側外框板、中間外框板、陰極側外框板與密封件一體型膜電 極組件加壓或加壓加熱，使它們按多孔體氧化劑氣體流路、金屬膜、多孔 體冷卻介質流路、金屬膜、多孔體燃料氣體流路、上述密封件一體型膜電 極組件、多孔體氧化劑氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜 和多孔體燃料氣體流路的順序，或者按多孔體燃料氣體流路、金屬膜、多 孔體冷卻介質流路、金屬膜、多孔體氧化劑氣體流路、密封件一體型膜電 極組件、多孔體燃料氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜和 多孔體氧化劑氣體流路的順序進行層疊而接合為一體。
通過制成密封件一體型膜電極組件，通過例如熱壓接，能夠簡便地組 裝上述多孔體氧化劑氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜、 多孔體燃料氣體流路和膜電極組件。
(13) 上述(12)中記載的燃料電池，其中，在上述密封件一體型膜 電極組件與陽極側外框板之間以及上述密封件一體型膜電極組件與陰極4j外框板之間配置有金屬箔。
在上述陽極側外框板、中間外框板和陰極側外框板由樹脂構成的情況 下，由樹脂構成的板的線膨脹系數(shù)和金屬膜的線膨脹系數(shù)存在差異，因此， 在燃料電池在發(fā)電過程中發(fā)熱時，有可能產生翹曲，但是，通過在由樹脂 構成的板和密封件一體型膜電極組件之間插入金屬箔，能夠緩和熱膨脹， 以抑制勉曲。
采用本發(fā)明，能夠提供小型輕量化且低熱容量的燃料電池。


圖1是說明本發(fā)明的第1實施方式中的燃料電池的單元的陰極側的結 構的一例子的俯視圖。
圖2是表示本發(fā)明的第1實施方式中的燃料電池的單元結構的一例子 的局部剖視示意圖。
圖3是表示本發(fā)明的笫2實施方式中的燃料電池的單元結構的一例子 的局部剖視示意圖。
圖4是說明本發(fā)明的第3實施方式中的燃料電池的單元的陰極側的結 構的一例子的俯視圖。
圖5是沿圖4的B—B線的剖視圖。
圖6是表示比較例的燃料電池的單元結構的一例子的局部剖示示意圖。
圖7是說明燃料電池的單元的結構和發(fā)電時的機理(mechanism)的圖。
附圖標記說明
10:中間外框板；12a:氧化劑氣體供給用歧管；12b:氧化劑氣體排 出用歧管；14a:燃料氣體供給用歧管；14b:燃料氣體排出用歧管；16a: 冷卻介質供給用歧管；16b:冷卻介質排出用歧管；18:密封部件；20:金 屬膜；22:多孔體氧化劑氣體流路；24:多孔體燃料氣體流路；26:多孔 體冷卻介質流路；28:膜電極組件；30、 30a、 30b、 30c、 40:多孔金屬；32: 陰極傷ij夕卜才匡板；34: 陽極1劉夕卜才匡板；38: 密封件一體型膜電極纟且件； 39:密封墊(gasket) ; 42:金屬箔；100、 110:燃料電池
M實施方式
以下，基于附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。 第1實施方式
本實施方式的燃料電池，由電池單元層疊而成，上述電池單元由膜電 極組件和夾持上述膜電極組件的 一對金屬膜構成，上述膜電極組件在其電 解質膜的一面配置有燃料極并在另一面配置有空氣極，其中，該燃料電池 具有多孔體燃料氣體流路，其包括被設置在上述膜電極組件與上述金屬 膜之間、允許燃料氣體通過的多孔金屬；多孔體氧化劑氣體流路，其包括 被設置在上述膜電極組件與上述金屬膜之間、允許氧化劑氣體通過的多孔 金屬；和多孑L體冷卻介質流路，其包括被設置在一個電池單元與另一個電 池單元之間且設置在上述金屬膜之間、允許冷卻介質通過的多孔金屬，上
都比上述金屬膜的外部尺寸小。
更加詳細地說明，如圖1所示，在陰極側外框板32的外周部(即非發(fā) 電區(qū)域)形成有氧化劑氣體供給用歧管12a、燃料氣體供給用歧管14a、 冷卻介質供給用歧管16a和氧化劑氣體排出用歧管12b、燃料氣體排出用 歧管14b和冷卻介質排出用歧管16b。另一方面，在陰極側外框板32的內 側的發(fā)電區(qū)域配置有包括允許氧化劑氣體通過的多孔金屬30的多孔體氧 化劑氣體流路，而且，在陰極側外框板32設置有氣體連通路，該氣體連通 路連通包括多孔金屬30的多孔體氧化劑氣體流路、氧化劑氣體供給用歧管 12a以及氧化劑氣體排出用歧管12b。另外，在陰極側外框板32沿包括多 孔金屬30的多孔體氧化劑氣體流路的外周貼附有具有預定密封寬度的密 封部件18。
另外，圖2表示沿圖1的A—A線的截面的一部分，示出了膜電極組 件以M應氣體流路、冷卻介質流路的層疊結構的一例子。因此，使用圖<formula>formula see original document page 13</formula>
1胛SI Z ，詳湖卞凡B月。
在本實施方式的燃料電池100中，在陽極側外框板34的外周部(即非 發(fā)電區(qū)域)也與圖1同樣形成有氧化劑氣體供給用歧管12a、燃料氣體 供給用歧管14a、冷卻介質供給用歧管16a和氧化劑氣體排出用歧管12b、 燃料氣體排出用歧管14b和冷卻介質排出用歧管16b;另一方面，在陽極 側外框板34的內側的發(fā)電區(qū)域配置有包括允許燃料氣體通過的多孔金屬 30a的多孑L體燃料氣體流路24，而且，在陽極側外框板34設置有氣體連通 路，該氣體連通路連通包括多孔金屬30a的多孔體燃料氣體流路24 、燃料 氣體供給用歧管14a和燃料氣體排出用歧管14b。另外，在陽極側外框板 沿包括多孔金屬30a的多孔體燃料氣體流路24的外周貼附有具有預定密封 寬度L的密封部件18。
另夕卜，在中間外框板10的外周部(即非發(fā)電區(qū)域)也與圖1同樣形成 有氧化劑氣體供給用歧管12a、燃料氣體供給用歧管14a、冷卻介質供給 用歧管16a和氧化劑氣體排出用歧管12b、燃料氣體排出用歧管14b和冷 卻介質排出用歧管16b;另一方面，在中間外框板IO的內側的發(fā)電區(qū)域配 置有包括允許冷卻介質(例如冷卻水)通過的多孔金屬30b的多孔體冷 卻介質流路26,而且，在中間外框板設置有冷卻介質連通路，該冷卻介質 連通路連通包括多孔金屬30b的多孔體冷卻介質流路26、冷卻介質供給用 歧管16a和冷卻介質排出用歧管16b。在此，包括多孔金屬30b的多孔體 冷卻介質流路26配置為嵌入于幾乎整個中間外框板10的發(fā)電區(qū)域范圍。
而且，如圖2所示，以分隔多孔體燃料氣體流路24與多孔體冷卻介質 流路26之間、多孔體氧化劑氣體流路22和多孔體冷卻介質流路26之間的 方式，分別配置有金屬膜20。
另夕卜，如圖1和圖2所示，多孔體燃料氣體流路24和多孔體氧化劑氣 體流路22的各自的外部尺寸即多孔體30a和多孔體30c的外部尺寸，比金 屬膜20的外部尺寸小。因此，能夠確保用于氣密地密封反應氣體流路的密 封寬度L。而且，通過貼附并使用上迷密封部件18,能夠按多孔體氧化劑 氣體流路22、金屬膜20、多孔體冷卻介質流路26、金屬膜20和多孔體燃
13料氣體流路24的順序將上述3層接合為一體，而形成3層一體型組件。另 外，雖然在圖2中以上述順序層疊但不限于此，也可以按多孔體燃料氣體 流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜和多孔體氧化劑氣體流路的 順序接合為一體。
在此，上述密封寬度L根據(jù)單元的大小適當選擇，例如通過將其確保 大約5mm左右，就能氣密地密封反應氣體流路，并且還能形成上述3層 一體型組件。
另外，在本實施方式中，^使用分別在電解質膜的一面配置有燃料極且 在另一面配置有空氣極的膜電極組件28的周緣部一體成形有密封部件的 密封一體型膜電極組件38。由此，例如借助來自密封墊39的按壓，能夠 通過壓接依次簡便地組裝上述3層一體型組件和膜電極組件。
另外，作為上述金屬膜20由鉭、不銹鋼、鋁等構成，還可根據(jù)需要在 表面施加導電性電鍍(覆蓋導電性電鍍層)。另外，若考慮到作為隔板的 功能所需要的形狀維持性，則金屬膜20的厚度為10 n m以上且50 |a m以 下，若考慮金屬膜的強度和燃料電池的輕量化這兩方面，則金屬膜20的厚 度優(yōu)選是25jam。
另夕卜，在本實施方式的燃料電池IOO中，多孔體冷卻介質流路26的多 孔金屬30b與金屬膜20的接觸點間隔為0.5mm以下。由此，能維持金屬 膜20的形狀并確保其作為隔板的強度。
多孔金屬30a、 30b、 30c能夠使用切孔金屬板或多孔金屬網。 在此，在本實施方式中，"切孑L金屬板"是指對平板狀的薄金屬板 通過加工出依次交錯排列的裂縫并且擠壓這些加工出的裂縫并使其彎曲， 形成了網格狀的小直徑的貫通孔的材料。另外，"多孔金屬網"是指對 平板狀的薄金屬板通過加工出依次交錯排列的裂縫并且擠壓這些加工出的 裂縫并使其彎曲。形成了網格狀的小直徑的貫通孔，然后對其進行軋制加 工而制成大致平板狀的材料。多孑L金屬網成形為大致平板狀，因此，例如
可以不需要設置用于除去在最終成形后的制品中的不必要的彎曲或凹凸等 的工序，從而能夠降低制造成本。辟《 、一t i i-矛Z炎拋刀5\
另外，使用圖3對笫2實施方式的燃料電池110的結構進行說明。另 外，對與上述第1實施方式的燃料電池100相同的結構標注相同的附圖標 記，省略其說明。
在第l實施方式中，陽極側外框板34、中間外框板10和陰極側外框 板32可以是金屬制也可以是樹脂制，但在本實施方式中，圖3所示的陽極 側外框板34、中間外框板10和陰極側外框板32由樹脂形成。由此，通過 熱擠壓來熱壓接這些板，能夠簡便地按多孔體氧化劑氣體流路22、金屬膜 20、多孔體冷卻介質流路26、金屬膜20和多孔體燃料氣體流路24的順序 將上述3層接合為一體而形成3層一體型組件。另外，與上述同樣地，也 可以按多孔體燃料氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜和多 孔體氧化劑氣體流路的順序接合為一體而形成3層一體型組件。
另外，通過由樹脂形成上述的板，與由金屬部件形成的板相比能實現(xiàn) 小型化、輕量化。另外，通過由樹脂形成歧管部分即通過由樹脂形成非發(fā) 電區(qū)域，與金屬材料相比能夠降低熱傳導率。由此，能夠在發(fā)電區(qū)域由金 屬膜20積極地散熱、并且，在非發(fā)電區(qū)域抑制散熱，加快在例如冰點以下 起動時的電極升溫速度。
作為形成陽極側外框板34、中間外框板10和陰極側外框板32的樹脂 能夠使用例如熱硬化型硅系樹脂、熱塑性樹脂。
另外，在第2實施方式中，也可使用在電解質膜的一面配置有燃料極 并在另一面配置有空氣極的膜電極組件28的周緣部一體成形有密封部件 的密封件一體型膜電極組件38。由此，例如通過來自密封墊39的擠壓進 行壓接，能夠依次簡便地組裝上述3層一體型組件和膜電極組件。在此， 如圖3所示，優(yōu)選在密封件一體型膜電極組件38與陰極側外框板32之 間配置金屬箔42之后進行接合。由樹脂構成的板的線膨脹系數(shù)和金屬膜 20的線膨脹系數(shù)存在差異，因此，在燃料電池在發(fā)電過程中發(fā)熱時，有可 能產生翹曲，但是，通過在由樹脂構成的板與密封件一體型膜電極組件38 之間插入金屬箔42,可緩和熱膨脹，以抑制翹曲。因此，雖然未圖示，但
15在密封件一體型膜電極組件38與陽極側外框板34之間也插入配置有金屬 箔42。上述金屬箔42的厚度越薄越好，例如優(yōu)選是10jam 25pm左右。 第3實施方式
另外，給出了本發(fā)明的第3實施方式的燃料電池的結構，其與上述的 第1實施方式的燃料電池，形成多孔體流路的多孔金屬形成為一部分延伸 到歧管。即，如圖4所示，在本實施方式的燃料電池的陰極側外框板32 的外周部(即非發(fā)電區(qū)域)形成有氧化劑氣體供給用歧管12a、燃料氣 體供給用歧管14a、冷卻介質供給用歧管16a和氧化劑氣體排出用歧管12b、 燃料氣體排出用歧管14b、冷卻介質排出用歧管16b。另一方面，在陰極 側外框板32的內側的發(fā)電區(qū)域配置有包括允許氧化劑氣體通過的多孔金 屬40的多孔體氧化劑氣體流路，而且，在陰極側外框板32沿包括多孔金 屬40的多孑L體氧化劑氣體流路的外周貼附有具有預定密封寬度的密封部 件18。另外，在連通包括多孔金屬40的多孔體氧化劑氣體流路和氧化劑 氣體供給用歧管12a以及氧化劑氣體排出用歧管12b的氣體連通路也填充 有多孔金屬40。
因此，如作為沿圖4的B-B線的剖視圖的圖5所示，由于使用薄膜化 了的金屬膜20而使得氧化劑氣體連通路稍微弱化，但由于填充有多孔金屬 40,所以能夠確保連通路的截面積，能夠進行穩(wěn)定的氧化劑氣體的供給以 M應水的排出。另外，雖然未圖示，但在陰極側外框板和中間外框板中 的連通路內也可與圖4、圖5同樣地填充有多孔金屬。由此，能穩(wěn)定地進 行反應氣體和冷卻介質的供給排出，其結果，能穩(wěn)定地維持燃料電池的發(fā) 電效率。
實施例
實施例1
使用圖1所示的結構，其中所用由鈦構成的金屬膜20的厚度為25 p m，由1個燃料電池組(單元總數(shù)400個、金屬膜總數(shù)800片)形成了 燃料電池。
實施例2使用圖1所示的結構，其中所用由鈦構成的金屬膜20的厚度為10 ji m，由1個燃料電池組(單元總數(shù)400個、金屬膜總數(shù)800片)形成了 燃料電池。
實施例3
使用圖1所示的結構，其中所用由鈦構成的金屬膜20的厚度為50 M m，由l個燃料電池組(單元總數(shù)400個、金屬膜總數(shù)800片)形成了 燃料電池。
比較例
使用圖6所示的結構，其中所用由鈦構成的金屬膜44的厚度為100 |i m，由l個燃料電池組(單元總數(shù)400個、金屬膜總數(shù)800片)形成了 燃料電池。
實施例1-實施例3的燃料電池與比較例的燃料電池相比分別能削減燃 料電池的容積的35%、 25%、 20%、并且能分別削減燃料電池的重量的 40%、 35%、 25%。
另外，雖然對本發(fā)明進行了詳細說明，但本發(fā)明的范圍不限于上述記 栽的內容。
另外，將在2007年6月15日提出申請的日本專利2007—158542中所 公開的說明書的發(fā)明的詳細說明、權利要求書、附圖和摘要所記載的全部 內容編入本申請。
產業(yè)應用前景
本發(fā)明的燃料電池，只要是使用燃料電池的用途，對任何用途都是有 效的，良好地適用于例如車輛搭載用的燃料電池的用途。
權利要求
1.一種燃料電池，由電池單元層疊而成，上述電池單元由膜電極組件和夾持上述膜電極組件的一對金屬膜構成，上述膜電極組件在其電解質膜的一面配置有燃料極并在另一面配置有空氣極，其中，該燃料電池具有多孔體燃料氣體流路，其包括被設置在上述膜電極組件與上述金屬膜之間、允許燃料氣體通過的多孔金屬；多孔體氧化劑氣體流路，其包括被設置在上述膜電極組件與上述金屬膜之間、允許氧化劑氣體通過的多孔金屬；和多孔體冷卻介質流路，其包括被設置在一個電池單元與另一個電池單元之間且設置在上述金屬膜之間、允許冷卻介質通過的多孔金屬，上述多孔體燃料氣體流路以及上述多孔體氧化劑氣體流路的各自的外部尺寸都比上述金屬膜的外部尺寸小。
2. 根據(jù)權利要求1所記載的燃料電池，其中， 該燃料電池進一步形成為， 一個電池單元的多孔體氧化劑氣體流路、多孔體冷卻介質流路與另 一個電池單元的多孔體燃料氣體流路分別隔著上 述金屬膜接合為一體。
3. 根據(jù)權利要求1所記栽的燃料電池，其中，上述膜電極組件是在膜電極組件的周緣部 一體成形有密封部件的密封 件一體型膜電極組件，該燃料電池形成為，上述密封件一體型膜電極組件接合于一體型組件， 該一體型組件包括分別隔著上述金屬膜的一個電池單元的多孔體氧化劑氣體流路、多孔體冷卻介質流路與另 一個電池單元的多孔體燃料氣體流路。
4. 根據(jù)權利要求2所記栽的燃料電池，其中， 上述膜電極組件是在膜電極組件的周緣部一體成形有密封部件的密封件一體型膜電極組件，該燃料電池形成為，上述密封件一體型膜電極組件接合于一體型組件， 該一體型組件包括分別隔著上述金屬膜的一個電池單元的多孔體氧化劑氣體流路、多孔體冷卻介質流路與另 一個電池單元的多孔體燃料氣體流路。
5. 根據(jù)權利要求1所記載的燃料電池，其中，上述多孔體冷卻介質流路的多孔金屬與上述金屬膜的接觸點間隔為 0.5mm以下。
6. 根據(jù)權利要求2所記栽的燃料電池，其中，上述多孔體冷卻介質流路的多孔金屬與上迷金屬膜的接觸點間隔為 0.5mm以下。
7. 根據(jù)權利要求1所記載的燃料電池，其中， 上述多孔金屬為切孔金屬板或多孔金屬網。
8. 根據(jù)權利要求1所記栽的燃料電池，其中， 上述金屬膜的厚度為10 ja m以上且50 ja m以下。
9. 一種燃料電池，具有形成有與燃料電池有關的流體用的歧管的陽 極側外框板；多孔體燃料氣體流路，其配置在上述陽極側外框板內，包括允許燃料 氣體通過的多孑L金屬；形成有與燃料電池有關的流體用的歧管的中間外框板；多孔體冷卻介質流路，其配置在上述中間外框板內，包括允許冷卻介 質通過的多孔金屬；形成有與燃料電池有關的流體用的歧管的陰極側外框板；多孔體氧化劑氣體^^，其配置在上述陰極側外框板內，包括允許氧 化劑氣體通過的多孔金屬；和金屬膜，其對上述多孔體燃料氣體流路與多孔體冷卻介質流路之間以 及上迷多孔體氧化劑氣體流路與多孔體冷卻介質流路之間進行分隔，上述多孔體燃料氣體流路以及上述多孔體氧化劑氣體流路的各自的外 部尺寸都比上述金屬膜的外部尺寸小，該燃料電池形成為，按多孔體氧化劑氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻 介質流路、金屬膜以及多孔體燃料氣體流路的順序，或者按多孔體燃料氣 體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜以及多孔體氧化劑氣體流路的順序接合為一體。
10. 根據(jù)權利要求9所記載的燃料電池，其中，該燃料電池進一步形成為，在分別在電解質膜的一面配置有燃料極并 在另一面配置有空氣極的膜電極組件上，按多孔體氧化劑氣體流路、金屬 膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜以及多孔體燃料氣體流路的順序，或者 按多孔體燃料氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜以及多孔 體氧化劑氣體流路的順序進行層疊而掩^為一體。
11. 根據(jù)權利要求9所記載的燃料電池，其中，上述多孔體冷卻介質流路的多孔金屬與上述金屬膜的接觸點間隔為 0.5mm以下。
12. 根據(jù)權利要求10所記載的燃料電池，其中，上述多孔體冷卻介質流路的多孔金屬與上述金屬膜的接觸點間隔為 0.5mm以下。
13. 根據(jù)權利要求9所記載的燃料電池，其中， 上述多孔金屬為切孔金屬板或多孔金屬網。
14. 根據(jù)權利要求9所記載的燃料電池，其中， 上述金屬膜的厚度為10pm以上且50pm以下。
15. 根據(jù)權利要求9所記載的燃料電池，其中， 上述陽極側外框板、中間外框板和陰極側外框板由樹脂形成， 上述膜電極組件是在膜電極組件的周緣部一體成形有密封部件的密封件一體型膜電極組件，該燃料電池形成為，通過對上述陽極側外框板、中間外框板、陰極側 外框板與密封件一體型膜電極組件加壓或加壓加熱，使它們按多孔體氧化 劑氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜、多孔體燃料氣體流 路、上述密封件一體型膜電極組件、多孔體氧化劑氣體流路、金屬膜、多 孔體冷卻介質流路、金屬膜以及多孔體燃料氣體流路的順序，或者按多孔 體燃料氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜、多孔體氧化劑 氣體流路、密封件一體型膜電極組件、多孔體燃料氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜以及多孔體氧化劑氣體流路的順序進行層疊而 接合為一體。
16. 根據(jù)權利要求10所記栽的燃料電池，其中， 上述陽極側外框板、中間外框板和陰極側外框板由樹脂形成， 上述膜電極組件是在膜電極組件的周緣部一體成形有密封部件的密封件一體型膜電極組件，該燃料電池形成為，通過對上述陽極側外框板、中間外框板、陰極側 外框板與密封件一體型膜電極組件加壓或加壓加熱，使它們按多孔體氧化 劑氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜、多孔體燃料氣體流 路、上述密封件一體型膜電極組件、多孔體氧化劑氣體流路、金屬膜、多 孑L體冷卻介質流路、金屬膜以及多孔體燃料氣體流路的順序，或者按多孔 體燃料氣體流路、金屬膜、多孔體冷卻介質流路、金屬膜、多孔體氧化劑 氣體流路、密封件一體型膜電極組件、多孔體燃料氣體流路、金屬膜、多 孑L體冷卻介質流路、金屬膜以及多孔體氧化劑氣體流路的順序進行層疊而 接合為一體。
17. 根據(jù)權利要求15所記載的燃料電池，其中，在上述密封件一體型膜電極組件與陽極側外框板之間以及上述密封件 一體型膜電極組件與陰極側外框板之間配置有金屬箔。
18. 根據(jù)權利要求16所記栽的燃料電池，其中，在上述密封件一體型膜電極組件與陽極側外框板之間以及上述密封件 一體型膜電極組件與陰極側外框板之間配置有金屬箔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池(100)，其中，在陽極側外框板(34)內配置包括多孔金屬(30a)的多孔體燃料氣體流路(24)，在中間外框板(10)內配置包括多孔金屬(30b)的多孔體冷卻介質流路(26)，在陰極側外框板(32)內配置包括多孔金屬(30c)的多孔體氧化劑流路(22)，用金屬膜(20)分隔多孔體燃料氣體流路(24)與多孔體冷卻介質流路(26)之間和多孔體氧化劑氣體流路(22)與多孔體冷卻介質流路(26)之間，多孔體燃料氣體流路(24)和多孔體氧化劑氣體流路(22)的外部尺寸比金屬膜(20)的外部尺寸小。
文檔編號H01M8/02GK101682052SQ20088002031
公開日2010年3月24日 申請日期2008年6月12日 優(yōu)先權日2007年6月15日
發(fā)明者中村德彥, 佐藤克己, 長野拓士 申請人:豐田自動車株式會社