燃料電池制造技術

燃料電池（10）包括具有上游段和下游段的助燃氣流道（30），上游段形成為凹槽流道（35b），下游段中設置有多孔氣體擴散體（26）。燃料電池（10）包括具有上游段和下游段的燃氣流道（40），上游段形成為凹槽流道（45b），下游段中設置有多孔氣體擴散體（28）。冷卻介質流道（50）在燃料電池（10）各電池單元（12）的第一隔片（22）和鄰近該電池單元（12）的電池單元（12）的第二隔片（24）之間形成。冷卻介質在冷卻介質流道（50）中的流動方向與助燃氣在助燃氣流道（30）中的流動方向相同。冷卻介質流道（50）的上游段與冷卻介質流道（50）的下游段相比，更靠近膜電極組件（20）面向鄰近冷卻介質流道（50）的助燃氣流道（30）的表面。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利摘要】燃料電池（10）包括具有上游段和下游段的助燃氣流道（30），上游段形成為凹槽流道（35b），下游段中設置有多孔氣體擴散體（26）。燃料電池（10）包括具有上游段和下游段的燃氣流道（40），上游段形成為凹槽流道（45b），下游段中設置有多孔氣體擴散體（28）。冷卻介質流道（50）在燃料電池（10）各電池單元（12）的第一隔片（22）和鄰近該電池單元（12）的電池單元（12）的第二隔片（24）之間形成。冷卻介質在冷卻介質流道（50）中的流動方向與助燃氣在助燃氣流道（30）中的流動方向相同。冷卻介質流道（50）的上游段與冷卻介質流道（50）的下游段相比，更靠近膜電極組件（20）面向鄰近冷卻介質流道（50）的助燃氣流道（30）的表面。【專利說明】燃料電池
本專利技術涉及一種燃料電池。
技術介紹
在固體聚合物電解質燃料電池中，膜電極組件(membrane-electrodeassembly, MEA)和隔片是交替排列的。膜電極組件由離子交換電解質膜、設置在電解質膜的一個表面上的陽極(燃料電極)以及設置在電解質膜的另一個表面上的陰極(氧電極)組成。隔片構成了分別向陽極和陰極供給燃氣(氫)和助燃氣(氧，通常是空氣)的流道。燃料電池具有堆疊結構，其中各由膜電極組件和隔片組成的電池單元(電池)是堆疊并整合成一體的。由于固體聚合物電解質燃料電池具有易微型化、低溫運行等優勢，它是引人注意的，尤其是在作為諸如車輛之類的移動體的電源方面。人們已尋求這種類型燃料電池微型化和低成本的實際應用。在這方面，如果燃料電池可在高溫及無濕氣的情況下工作，那么可以簡化冷卻系統以及加濕系統。專利文獻I公開了一種可在高溫及無濕氣的情況下工作的燃料電池，其配置成，當最有可能變得干燥的助燃氣流道入口附近，也就是在助燃氣流道的上游段中的含水量不足時，通過提高燃氣流率或降低燃氣壓力來提高助燃氣流道入口附近的含水量，助燃氣流道入口是。專利文獻2公開了一種具有如圖12所示橫截面的燃料電池。燃料電池的各個電池單元100包括膜電極組件(MEA) 108和一對隔片110，112。膜電極組件108是這樣構成的，聚合物電解質膜102夾在陰極(氧電極)104和陽極(燃料電極)106之間。各電池單元100的隔片110、112設置成將膜電極組件108夾在其中。助燃氣流道114在隔片110和陰極104之間形成。燃氣流道116在隔片112和陽極106之間形成。陰極104通過層疊陰極催化劑層104a和氣體擴散層104b形成。陽極106通過層疊陽極催化劑層106a和氣體擴散層106b形成。各隔片110、112包括許多凹槽。把各電池單元100的隔片110的凹槽設置成面向鄰近同一個電池單元100的電池單元110的隔片112的凹槽，且通過這些相互面對面的凹槽形成了冷卻介質流道120。由于冷卻介質流道120設置在膜電極組件108的附近，燃料電池被冷卻介質流道120中流動的冷卻介質(例如，冷卻水)低熱阻有效地降溫。專利文獻3公開了一種具有如圖13所示橫截面的燃料電池。在圖13中，與圖12燃料電池的構件相一致的構件用與圖12中相同的附圖標記表示。在圖13的燃料電池中，多孔氣體擴散體130、140分別設置在燃氣流道116和助燃氣流道114中以均勻地擴散分別在燃氣流道116和助燃氣流道114中的全部氣體,從而提高了燃料電池的性能。另外，在專利文獻4公開的燃料電池中，水傳導層設置在多孔氣體擴散體中以改善在燃料電池中生成的水的排水性能。在先技術文獻專利文獻1:日本公開專利公告第2009-259758號專利文獻2:日本公開專利公告第2003-197222號專利文獻3:日本公開專利公告第2007-87768號專利文獻4:國際公告N0.W02010/113252號
技術實現思路
本專利技術要解決的問題專利文獻I和2公開的燃料電池具有高冷卻性能，因此高溫性能良好。然而，在助燃氣流道出口附近，也就是在助燃氣流道的下游段中的排水性能和氣體擴散性差，這里含水量特別高。因此，在燃料電池的負載不是非常高的范圍，也就是，在電池溫度是大約50°C至60°C的常溫范圍，存在運轉性能低的問題。在電動車輛安裝有這種類型燃料電池的情況下，在巡航速度驅動車輛的同時，燃料電池在常溫范圍產生電能。專利文獻3公開的燃料電池電壓穩定性良好，特別是在常溫范圍中。然而，由于大熱阻，在高溫環境下的冷卻性能趨向不足。因此，存在高溫性能不高的問題。當如圖12所示，助燃氣流道114和燃氣流道116由設置在隔片110、112的整個表面上的凹槽構成時，或者如圖13所示，當多孔氣體擴散體130、140設置成對應于膜電極組件108的整個表面時，能夠均勻地降低陽極(燃料電極)和陰極(氧電極)的溫度。然而，陰極位于助燃氣流道入口(上游段)附近的一部分不能被有效地降溫，因此存在高溫性能差的問題。于是，本專利技術的目的在于提供一種燃料電池，其能夠改善高溫性能，在高溫及無濕氣的情況下的工作性能以及電能產生性能，并通過特別是在含水量高的助燃氣流道的下游段中提供良好的排水性能及氣體擴散性來改善在常溫范圍的電壓穩定性。解決問題的方法為了實現前述目的，根據本專利技術的第一方面，燃料電池包括多個層疊的電池單元。各電池單元包括膜電極組件以及第一隔片和第二隔片，在膜電極組件中在固體聚合物電解質膜兩個表面的每一個表面上設置有電極，第一隔片和第二隔片設置成將膜電極組件夾在兩者之間。助燃氣流道在各電池單元的第一隔片和膜電極組件之間形成。燃氣流道在各電池單元的第二隔片和膜電極組件之間形成。助燃氣在各電池單元的助燃氣流道中的流動方向與燃氣在同一個電池單元的燃氣流道中的流動方向相反。各助燃氣流道相對于助燃氣在助燃氣流道中的流動方向包括上游段和下游段。通過在各電池單元的第一隔片面向膜電極組件的表面上設置多個第一凹槽，助燃氣流道的上游段形成為多個相互獨立的凹槽流道。第一多孔氣體擴散體設置在各助燃氣流道的下游段中。各燃氣流道相對于燃氣在燃氣流道中的流動方向包括上游段和下游段。通過在各電池單元的第二隔片面向膜電極組件的表面上設置多個第二凹槽，燃氣流道的上游段形成為多個相互獨立的凹槽流道。第二多孔氣體擴散體設置在各燃氣流道的下游段中。冷卻介質流道在各電池單元的第一隔片和鄰近該同一個電池單元的電池單元的所述第二隔片之間形成。冷卻介質在彼此鄰近的電池單元之間的冷卻介質流道中的流動方向與助燃氣在這些電池單元的助燃氣流道中的流動方向相同。各冷卻介質流道相對于冷卻介質在冷卻介質流道中的流動方向包括上游段和下游段。各冷卻介質流道的上游段與冷卻介質流道的下游段相比，更靠近膜電極組件面向鄰近冷卻介質流道的助燃氣流道的表面。根據本專利技術的第二方面，燃料電池包括多個層疊的電池單元。各電池單元包括膜電極組件以及第一隔片和第二隔片，在所述膜電極組件中在固體聚合物電解質膜兩個表面的每一個表面上設置有電極，第一隔片和第二隔片設置成將膜電極組件夾在兩者之間。助燃氣流道在各電池單元的第一隔片和膜電極組件之間形成。燃氣流道在各電池單元的第二隔片和膜電極組件之間形成。助燃氣在各電池單元的助燃氣流道中的流動方向與燃氣在同一個電池單元的燃氣流道中的流動方向相反。各助燃氣流道相對于助燃氣在助燃氣流道中的流動方向包括上游段和下游段本文檔來自技高網...

【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：橋本圭二，川尻浩右，二見諭，
申請(專利權)人：豐田車體株式會社，豐田自動車株式會社，
類型：
國別省市：