燃料電池單體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料電池單體。
【背景技術(shù)】
[0002]固體高分子型燃料電池具有在離子透過(guò)性的電解質(zhì)膜的兩面依次層疊有催化劑層及氣體擴(kuò)散層而成的膜電極接合體，通過(guò)組合多個(gè)以氣體流路層和隔板來(lái)夾持該膜電極接合體而成的燃料電池單體而形成燃料電池組。在陽(yáng)極(負(fù)極)供給含有氫的燃料氣體，通過(guò)下式(I)所示的電化學(xué)反應(yīng)而從燃料氣體生成質(zhì)子。生成的質(zhì)子通過(guò)電解質(zhì)膜向陰極(正極)移動(dòng)。在另一陰極(正極)供給含有氧的氧化劑氣體，與從陽(yáng)極(負(fù)極)移動(dòng)過(guò)來(lái)的質(zhì)子發(fā)生反應(yīng)而通過(guò)下式(2)所示的電化學(xué)反應(yīng)生成水(以下，也稱作生成水)。利用在該一對(duì)電極構(gòu)造體的電解質(zhì)膜側(cè)的表面產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)而從電極獲取電能。
[0003]陽(yáng)極反應(yīng):H2—2H ++2e …(I)
[0004]陰極反應(yīng):2H++2e+(l/2)02— H2O…(2)
[0005]在上述燃料電池單體中，作為流路形成部件，存在配置多孔體的情況，該流路形成部件在膜電極接合體與隔板之間形成用于使發(fā)電用的反應(yīng)氣體沿氣體擴(kuò)散層的表面流動(dòng)的氣體流路。
[0006]并且，關(guān)于這樣的燃料電池單體，提出有各種技術(shù)。例如，在下述專利文獻(xiàn)I所記載的燃料電池單體中，向形成于燃料電池單體的歧管(貫通孔)內(nèi)伸出地配置多孔體。
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2013-187030號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]另外，通過(guò)上述電化學(xué)反應(yīng)在陰極生成水，該水通過(guò)形成于燃料電池單體的歧管而排出。在上述專利文獻(xiàn)I所記載的燃料電池單體中，由于多孔體以向該歧管內(nèi)伸出的狀態(tài)配置，因此存在通過(guò)歧管而排出的水再次被多孔體吸收的隱患。若水被向歧管內(nèi)伸出的多孔體吸收，則有可能存在排水性甚至發(fā)電性能降低的隱患。
[0009]本發(fā)明就是鑒于這樣的課題而提出的，其目的在于提供一種能夠抑制從歧管排出的水被配置于膜電極接合體與隔板之間的多孔體吸收而提高排水性的燃料電池單體。
[0010]為了解決上述課題，本發(fā)明的燃料電池單體的特征在于，該燃料電池單體具備:膜電極接合體，在電解質(zhì)膜的兩面層疊有陽(yáng)極電極和陰極電極；多孔體流路，與上述膜電極接合體的陰極側(cè)相向地配置，形成用于使氧化氣體在上述陰極電極流動(dòng)的氣體流路；及一對(duì)隔板，夾持上述膜電極接合體和上述多孔體流路，上述隔板具有陰極廢氣排出用貫通孔，該陰極廢氣排出用貫通孔貫通上述隔板的厚度方向地形成于上述膜電極接合體的外側(cè)，供從上述多孔體流路排出的陰極廢氣流通，上述多孔體流路具有伸出部位，當(dāng)在上述厚度方向上觀察時(shí)，該伸出部位從上述陰極廢氣排出用貫通孔的上述膜電極接合體側(cè)向上述陰極廢氣排出用貫通孔內(nèi)伸出，該伸出部位在上述隔板的長(zhǎng)邊方向上的長(zhǎng)度比上述陰極廢氣排出用貫通孔的上述膜電極接合體側(cè)的一邊短。
[0011]在本發(fā)明的燃料電池單體中，多孔體流路具有伸出部位，當(dāng)在隔板的厚度方向上觀察時(shí)，該伸出部位從陰極廢氣排出用貫通孔的膜電極接合體側(cè)向陰極廢氣排出用貫通孔內(nèi)伸出，該伸出部位在隔板的長(zhǎng)邊方向上的長(zhǎng)度比陰極廢氣排出用貫通孔的膜電極接合體側(cè)的一邊短。由于如此形成未從多孔體流路向陰極廢氣排出用貫通孔內(nèi)伸出的部分，因此從多孔體流路排出的水易于在未伸出的部分流動(dòng)，能夠抑制排出的水再次被多孔體流路吸收。其結(jié)果是，能夠提高燃料電池單體的排水性。
[0012]另外，在本發(fā)明的燃料電池單體中，優(yōu)選的是，上述隔板具有沿上述隔板的長(zhǎng)邊并排設(shè)置的多個(gè)陰極廢氣排出用貫通孔，向上述多個(gè)陰極廢氣排出用貫通孔中的、配置于上述隔板的長(zhǎng)邊方向上的兩端部側(cè)的陰極廢氣排出用貫通孔內(nèi)伸出的上述伸出部位在上述長(zhǎng)邊方向上的長(zhǎng)度比上述陰極廢氣排出用貫通孔的上述膜電極接合體側(cè)的一邊短。
[0013]另外，在本發(fā)明的燃料電池單體中，優(yōu)選的是，上述伸出部位在上述長(zhǎng)邊方向上的長(zhǎng)度比上述陰極廢氣排出用貫通孔的上述膜電極接合體側(cè)的一邊短Imm以上。
[0014]另外，在本發(fā)明的燃料電池單體中，優(yōu)選的是，上述伸出部位從上述陰極廢氣排出用貫通孔的上述膜電極接合體側(cè)的一邊向上述膜電極接合體的外側(cè)方向突出Imm以上。
[0015]發(fā)明效果
[0016]采用本發(fā)明，能夠提供一種能夠抑制從歧管排出的水被配置于膜電極接合體與隔板之間的多孔體吸收而能夠提高排水性的燃料電池單體。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池單體的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0018]圖2是圖1所示的圓W的放大圖。
[0019]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池單體的概略結(jié)構(gòu)的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下，參照【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明是通過(guò)以下優(yōu)選的實(shí)施方式來(lái)進(jìn)行說(shuō)明的，但是能夠在不脫離本發(fā)明的范圍的基礎(chǔ)上通過(guò)多種手法進(jìn)行變更，能夠利用除本實(shí)施方式以外的其他實(shí)施方式。因此，本發(fā)明的范圍內(nèi)的全部變更包含在權(quán)利要求中。
[0021]首先，參照?qǐng)D1?圖3說(shuō)明本實(shí)施方式的燃料電池單體I。圖1是表示燃料電池單體I的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖2是圖1所示的圓W的放大圖。圖3 (A)是圖1的A-A剖視圖，圖3(B)是圖1的B-B剖視圖。
[0022]此外，以圖1?圖3所示的燃料電池單體I為基本單位，通過(guò)層疊多個(gè)而形成燃料電池組(省略圖示)。層疊而成的燃料電池單體I以串聯(lián)的方式電連接，在燃料極(陽(yáng)極)側(cè)供給氫等燃料氣體，在氧極(陰極)側(cè)供給氧、空氣等氧化劑氣體，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行發(fā)電。
[0023]如圖1?圖3所示，燃料電池單體I具備膜電極氣體擴(kuò)散層接合體10、多孔體流路20a、20c、隔板30a、30c、密封板40及密封材料50。以下，通稱隔板30a、30c，也稱作隔板30 ο
[0024]膜電極氣體擴(kuò)散層接合體10是通過(guò)在膜電極接合體1m的兩面接合氣體擴(kuò)散層10a、10c而形成的。膜電極接合體1m是通過(guò)在電解質(zhì)膜的兩面接合電極(陽(yáng)極及陰極)而形成的。在本實(shí)施方式中，作為電解質(zhì)膜，使用了 Naf1n(注冊(cè)商標(biāo))。作為電解質(zhì)膜，也可以使用具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的其他固體高分子膜。另外，在本實(shí)施方式中，作為氣體擴(kuò)散層10a、10c，使用了碳纖維布。作為氣體擴(kuò)散層10a、10c，也可以使用碳纖維紙等具有導(dǎo)電性及氣體透過(guò)性的其他部件。此外，在本實(shí)施方式中，在膜電極氣體擴(kuò)散層接合體10，將陽(yáng)極側(cè)的氣體擴(kuò)散層1a的大小設(shè)為比陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層1c的大小大，但是能夠適當(dāng)?shù)剡x擇氣體擴(kuò)散層10a、10c的大小。如圖3所示，膜電極氣體擴(kuò)散層接合體10配置于燃料電池單體I的中央部。
[0025]多孔體流路20a層疊于膜電極氣體擴(kuò)散層接合體10的陽(yáng)極側(cè)的氣體擴(kuò)散層1a的表面。多孔體流路20a由多孔體構(gòu)成，形成用于使作為燃料氣體的氫沿陽(yáng)極側(cè)的氣體擴(kuò)散層1a的表面流動(dòng)的氣體流路。另外，多孔體流路20c層疊于膜電極氣體擴(kuò)散層接合體10的陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層1c的表面。多孔體流路20c與多孔體流路20a相同，由多孔體構(gòu)成，并形成用于使作為氧化劑氣體的空氣沿陰極側(cè)的氣體擴(kuò)散層1c的表面流動(dòng)的氣體流路。在本實(shí)施方式中，作為多孔體流路20a、20c，例如使用膨脹合金等多孔體，但是也可以使用具有導(dǎo)電性的其他多孔體。
[0026]隔板30a層疊于多孔體流路20a的表面。另外，隔板30c層疊于多孔體流路20c的表面。在本實(shí)施方式中，作為隔板30，使用了金屬板。作為隔板30，也可以使用氣體不透過(guò)且具有導(dǎo)電性的其他部件。此外，在本實(shí)施方式中，將沿隔板30的短邊的方向(在圖1及圖2中為上下方向)稱作“隔板30的短邊方向”，將沿隔板30的長(zhǎng)邊的方向(在圖1及圖2中為左右方向)稱作“隔板30的長(zhǎng)邊方向”。另外，將燃料電池單體I的層疊方向(在圖3中為上下方向)稱作“隔板30的厚度方向”。
[0027]如圖1所示，隔板30具有矩形的外形形狀。并且，在隔板30形成有沿隔板30的厚度方向貫通的多個(gè)貫通孔。即，在隔板30，沿一長(zhǎng)邊(圖示的下邊)并排設(shè)置有用于將從燃料電池單體I的外部供給的空氣向多孔體流路20c導(dǎo)入的多個(gè)空氣導(dǎo)入用貫通孔32a。
[0028]另外，在隔板30，沿另一長(zhǎng)邊(圖示的上邊)并排設(shè)置有用于將從多孔體流路20c排出的陰極廢氣向燃料電池單體I的外部排出的多個(gè)陰極廢氣排出用貫通孔32b。
[0029]另外，在隔板30，沿一短邊(圖示的左邊)形成有用于將從燃料電池單體I的外部供給的氫向多孔體流路20a導(dǎo)入的氫導(dǎo)入用貫通孔34a及用于將從燃料電池單體I的外部供給的冷卻水向冷卻水流路導(dǎo)入的多個(gè)冷卻水導(dǎo)入用貫通孔36a。
[0030]另外，在隔板30，沿另一短邊(圖示的右邊)形成有用于將從多孔體流路20a排出的陽(yáng)極廢氣向燃料電池單體I的外部排出的陽(yáng)極廢氣排出用貫通孔34b及用于將從冷卻水流路排出的冷卻水向燃料電池單體I的外部排出的多個(gè)冷卻水排出用貫通孔36b。在本實(shí)施方式中，上述各貫通孔具有矩形形狀。并且，在各貫通孔的周圍，在隔板30(隔板30c)的表面配置橡膠制的墊圈60 (參照?qǐng)D3)，從而如圖1所示地形成有密封線SL。
[0031]密封材料50形成于隔板30a與隔板30c之間的膜電極氣體擴(kuò)散層接合體10的外周部及隔板30a與隔板30c之間的各貫通孔的周圍。該密封材料50是通過(guò)使具有流動(dòng)性的液狀密封材料(例如液狀橡膠)固化而形成的。作為具有流動(dòng)性的液狀密封材料，例如，使用在熱固化前始終具有流動(dòng)性的熱固化性的密封材料、在加熱時(shí)粘度降低而出現(xiàn)流動(dòng)性的熱塑性的半固化狀態(tài)的密封材料。因此，在密封材料50與多孔體流路20c之間配置有在形成密封材料50時(shí)用于防止液狀密封材料向多孔體流路20c流入的密封板40。在本實(shí)施