燃料電池單元制造技術

本發明專利技術提供一種燃料電池單元。在具有在周圍具有框體的膜電極結構體和夾持膜電極結構體的兩張隔板的燃料電池單元中，當使隔板與膜電極結構體及框體這兩者相接觸時，使膜電極結構體與隔板之間的接觸表面壓力減小而接觸電阻增大。本發明專利技術的燃料電池單元（FC）包括具有框體（1）的膜電極結構體（2）和夾持膜電極結構體（2）的兩張隔板（3、3），并且在框體（1）的緣部與各隔板（3）的緣部彼此之間設有氣體密封件（Gs），具有供反應用氣體在框體（1）與各隔板（3）之間流通的擴散部（Da、Dc），在陰極側的擴散部（Dc）中，在框體（1）上設有與隔板（3）相接觸的突起（5），并且，在陽極側的擴散部（Da）中，以分離開的方式設置框體（1）與隔板（3），從而良好地維持了膜電極結構體（2）與隔板（3）之間的接觸表面壓力，防止了接觸電阻的增大。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種用作燃料電池的發電元件的燃料電池單元(單個單元電池)，特別是涉及一種通過層疊多張而構成燃料電池組(日文電池z > 'y ^)的燃料電池單元。
技術介紹
作為這種燃料電池單元，例如，具有專利文獻I所述的燃料電池單元。專利文獻I所述的燃料電池單元具有由燃料極和空氣極夾持電解質膜而成的膜電極結構體(MEA Membrane Electrode Assembly)、保持膜電極結構體的周圍的樹脂框體以及夾著膜電極結構體和樹脂框體的兩張隔板。燃料極和空氣極在各自的外側具有氣體擴散層。并且，燃料電池單元在樹脂框體與兩隔板之間分別設有反應用氣體的供給排出部和整流部，并且在樹脂框體的兩面設有與各隔板相接觸而維持氣流路高度的突起。由此，在燃料電池單元中，反應用氣體(燃料氣體和氧化劑氣體)能夠流通至膜電極結構體。隔板除了具有密封反應用氣體的氣體密封功能以外，也可以用作集電體、外部端子。上述的燃料電池單元通過層疊多張而構成燃料電池組。為了良好地維持組裝精度、氣體密封性以及導電性等，在構成該燃料電池組時處于在層疊方向上加壓了的狀態。專利文獻I :日本特開2003 - 077499號公報但是，由于如上所述的以往的燃料電池單元為各隔板與膜電極結構體及樹脂框體這兩者都接觸的結構，因此，當層疊該燃料電池單元并進行加壓時，樹脂框體的突起與各隔板之間的接觸部分也受到加壓力，因此，產生有所謂的表面壓力流失，從而存在有因無法充分地確保膜電極結構體與各隔板之間的接觸表面壓力、接觸電阻增大而導致電池性能降低這樣的問題。其原因在于，在燃料電池單元中，構成電極的氣體擴散層的厚度、接觸表面壓力導致被壓扁的壓扁的特性在制造上存在偏差。因此，在作為這樣的燃料電池單元的層疊體的燃料電池組中，在使樹脂框體的突起與兩側的隔板相接觸的情況下，難以使所有的燃料電池單元的膜電極結構體與各隔板間的接觸表面壓力適當(日文適正化)。
技術實現思路
本專利技術就是著眼于上述以往課題而完成的，其目的在于提供一種燃料電池單元，該燃料電池單元具有在周圍具有框體的膜電極結構體和夾持框體以及膜電極結構體的兩張隔板，在層疊多張該燃料電池單元而構成燃料電池組時，能夠良好地維持膜電極結構體與隔板之間的接觸表面壓力、能夠防止接觸電阻增大。本專利技術的燃料電池單元具有在周圍具有框體的膜電極結構體和夾持框體以及膜·電極結構體的兩張隔板，并且在框體的緣部與各隔板的緣部彼此之間設有氣體密封件，該燃料電池單元具有供反應用氣體在框體與各隔板之間流通的各擴散部。并且，在燃料電池單元中，在陰極側和陽極側中的任一側的擴散部中，在框體和隔板的彼此相對的相對面中的至少一面上設有與對方相接觸的突起。而且，在燃料電池單元中，在陰極側和陽極側中的另一側的擴散部中，以分離開的方式設置框體與隔板，本專利技術的燃料電池單元以上述結構作為用于解決以往課題的手段。另外，作為更優選的實施方式，燃料電池單元的特征在于，在陰極側的擴散部中，上述突起設于框體或隔板。采用本專利技術的燃料電池單元，由于框體未被完全拘束，能夠向一側的擴散部側移位，因此當通過層疊多張燃料電池單元而構成燃料電池組時，層疊方向的加壓力能夠有效地作用于膜電極結構體與隔板之間，從而能夠良好地維持膜電極結構體與隔板之間的接觸表面壓力，并且能夠防止接觸電阻增大，獲得良好的電池性能。附圖說明圖I是本專利技術的燃料電池單元的一實施方式中的、使燃料電池單元處于分解狀態而進行說明的俯視圖。 圖2是燃料電池單元的俯視圖。圖3是說明層疊圖I所示的燃料電池單元而成的燃料電池組的圖，其中，圖3的(A)是分解立體圖，圖3的(B)是組裝后的立體圖。圖4是表示燃料電池單元的一實施方式的圖，是圖2的A — A剖視圖。圖5是表示燃料電池單元的另一實施方式的圖，是圖2A — A剖視圖。圖6是表示燃料電池單元的又一實施方式的圖，是圖2A — A剖視圖。圖7是表示燃料電池單元的再一實施方式的圖，是圖2A — A剖視圖。圖8是表示燃料電池系統的一例的說明圖。圖9是表示燃料電池系統的運轉方法的一實施方式中的氣壓與負荷之間的關系的曲線圖。圖10是表示燃料電池系統另一例的說明圖。圖11是表示燃料電池系統的運轉方法的另一實施方式的曲線圖，其中，圖11的(A)是表示氣壓與時間之間的關系的曲線圖，圖11的(B)是表示氣壓與負荷之間的關系的曲線圖。圖12是說明本專利技術的燃料電池單元的又一實施方式的剖視圖。圖13是說明本專利技術的燃料電池單元的又一實施方式的剖視圖。圖14是表示燃料電池單元的又一實施方式的圖，是主要部分的剖視圖。圖15是表示燃料電池單元的又一實施方式的圖，是主要部分的剖視圖。圖16是表示燃料電池單元的又一實施方式的圖，圖16的(A)是主要部分的剖視圖，圖16的(B)是說明突起的形成的圖，是主要部分的分解狀態的剖視圖。圖17是表示燃料電池單元的又一實施方式的圖，圖17的(A)是主要部分的剖視圖，圖17的(B)是表示將彈性體設置于隔板的例子的圖，是主要部分的分解狀態的剖視圖，圖17的(C)是表示將彈性體設置于框體的例子的圖，是主要部分的分解狀態的剖視圖。圖18是表示燃料電池單元的又一實施方式的圖，圖18的(A)是主要部分的剖視圖，圖18的(B)是陽極側隔板的俯視圖。具體實施方式圖I 圖4是說明本專利技術的燃料電池單元的一實施方式的圖。圖I 圖3所示的燃料電池單元FC具有在周圍具有框體I的膜電極結構體2和夾持框體I以及膜電極結構體2的兩張隔板3、3。框體I呈大致恒定厚度的薄板狀，其除去邊緣部以外的大部分的厚度比膜電極結構體2的厚度薄。并且，在框體I與兩隔板3、3之間具有供反應用氣體流通的流通區域(后述的擴散部)。另外，為了易于制造，優選框體I為樹脂制，隔板3為金屬制。膜電極結構體2通常被稱作MEA(Membrane Electrode Assembly),如圖4中的放大圖所示，例如具有利用燃料極層(陽極)22和空氣極層(陰極)23夾持由固體高分子構成 的電解質層21的結構。另外，圖示的膜電極結構體2在燃料極層22和空氣極層23的表面分別層疊有由碳紙、多孔質體等構成的氣體擴散層24、25。并且，在膜電極結構體2中，向燃料極層22供給作為一反應用氣體的燃料氣體(氫氣)，并且向空氣極層23供給作為另一反應用氣體的氧化劑氣體(空氣)，利用電氣化學反應進行發電。另外，作為膜電極結構體2，也包括省略了氣體擴散層而由電解質層21、燃料極層22以及空氣極層23構成的膜電極結構體。框體I利用樹脂成形(例如注塑成形)與膜電極結構體2 —體化，在該實施方式中，膜電極結構體2位于中央并呈長方形狀。另外，框體I在兩端部以每一端部各排列有三個的方式排列有供給排出孔Hl H6，從各供給排出孔組至膜電極結構體2的區域為反應用氣體的流通區域。該框體I和兩隔板3、3皆為具有大致相同的縱橫尺寸的長方形狀。各隔板3都是以對不銹鋼等金屬板進行沖壓成形而成的。各隔板3的與膜電極結構體2相對應的中央部分形成為在短邊方向的剖視中呈波形狀。該波形狀沿著如圖I所示的長邊方向連續。由此，對于各隔板3，在波形狀的與膜電極結構體2相對應的中央部分，各凸部分與膜電極結構體2相接觸，并且波形狀的各凹部分為反應用氣體的流路。另外，由于圖4是隔板3的波形狀的凹部分(氣體流路)本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：池添圭吾，阿部光高，屋隆了，沼尾康弘，
申請(專利權)人：日產自動車株式會社，
類型：
國別省市：