[發明專利]高分子電解質燃料電池及其使用方法

無效

• 申請號: 00808056.9
• 申請日: 2000-05-22
• 公開（公告）號: CN1352813A
• 公開（公告）日: 2002-06-05
• 發明（設計）人: 酒井修;行天久郎;羽藤一仁;安本栄一;西田和史;內田誠;小原英夫;菅原靖;森田純司;松本敏宏;神原輝壽
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M8/04;H01M8/10
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 黃依文

技術領域

本發明涉及高分子電解質燃料電池及其使用方法。

背景技術

高分子電解質燃料電池是利用氣體擴散電極使氫氣等燃料氣體與空氣等氧化氣體進行電化學反應，同時產生電與熱。圖1所示為這樣的高分子電解質燃料電池的一般結構。圖1為以往的高分子電解質燃料電池的局部簡要剖面圖。

在圖1中，有選擇地輸送氫離子的高分子電解質膜11的兩個面上，緊貼著配置以載有鉑系金屬催化劑的碳粉為主要成分的催化劑反應層12。再在催化劑反應層12的外側面，緊貼著配置兼具有透氣性及導電性的一對擴散層13。利用該擴散層13及催化劑反應層12構成電極14。

另外，在電極14的外側配置導電性隔板17，前述導電性隔板17將電極14與高分子電解質膜11形成的電極電解質組件(下面稱為“MEA”)15機械性固定，同時將相鄰的MEA相互之間電氣串聯，另外在至少一個表面形成有對電極14供給反應氣體并排除由于反應而產生的氣體及剩余氣體用的氣體通道16。氣體通道16也可以另外在隔板17上設置，但一般是在隔板17的表面設置溝槽作為氣體通道。

另外，隔板17在一個表面具有氣體通道16，而在另一個表面設置使電池溫度保持一定用的冷卻水循環的冷卻水流通道18。通過沿該冷卻水流通道18使冷卻水循環，能夠將由于電池反應而產生的熱能以溫水等形式加以利用。

在這樣的層疊型電池中，一般是采用將氣體供給孔、氣體排出孔、冷卻水供給孔及冷卻水排出孔牢固保持在層疊電池內部的所謂內部總管(manifold)型。這里圖2所示為內部總管型高分子電解質燃料電池中由兩個單體電池構成的電池模塊簡要立體圖。

如圖2所示，將高分子電解質膜21、催化劑反應層22、擴散層23及隔板24層疊構成單體電池，在隔板24形成氣體通道25。另外，形成有對電池供給氣體或排氣的總管26及供給和排出冷卻電池用的冷卻水的總管27。

另外，在上述高分子電解質燃料電池中，為了減少將單體電池疊層構成的層疊體所配備的雙極板等構成部件的接觸電阻，必須始終將整個層疊體夾緊。為此，比較有效的方法是，在將許多單體電池沿單一方向疊放形成的層疊體的兩端配置兩塊端板，用固緊構件將該兩塊端板之間固緊。另外，最好將單體電池在面內盡可能均勻固緊，從機械強度的觀點出發，通過采用不銹鋼等金屬材料作為端板等固緊用構件。

但是，在上述高分子電解質燃料電池中，由于將許多單體電池電氣串聯層疊而成，因此若在層疊體中存在由于制造問題導致性能降低的單體電池及隨著電池運行而性能惡化的單體電池，即使是一個單體電池，也將導致整個燃料電池的能性下降。而且，上述那樣的高分子電解質燃料電池的層疊體，由于從兩端始終固緊，因此僅僅將性能降低的單體電池取出更換是很不容易的。

因此，本發明在于提供能夠很容易地從層疊體取出產生異常的單體電池進行更換的高分子電解質燃料電池及其使用方法。

發明的公開

為了達到上述目的，本發明提供的高分子電解質燃料電池，由將多個單體電池隔著保持板層疊、加壓及保持而組成的層疊體構成，所述單體電池由當中夾有高分子電解質膜的一對電極、以及至少一個面具有供氣通道而且夾持所述電極的導電性隔板構成，其特征在于，所述保持板在所述單體電池之間形成空隙。

在所述燃料電池中，比較有效的是，所述保持板由兩塊截面形狀為波紋狀的板構成，具有相互獨立的中空部分，冷卻水在所述單體電池之間的所述中空部分流動。即，比較有效的是，所述保持板具有冷卻水流通道的功能。

另外比較有效的是，每兩個所述單體電池配置的導電性隔板具有冷卻水流通道，由多個單體電池構成的每個電池模塊配置所述保持板。

再有比較有效的是，具有所述單體電池的電壓測量手段及電壓顯示裝置。

另外，本發明還涉及燃料電池的使用方法。

即本發明還涉及高分子電解質燃料電池的使用方法，所述高分子電解質燃料電池具有將許多單體電池隔著保持板進行層疊、加壓及保持而構成的層疊體，還具有所述單體電池的電壓測量手段及電壓顯示裝置，所述保持板在所述單體電池之間或者在多個所述單體電池構成的電池模塊之間形成空隙，而所述單體電池由當中夾有高分子電解質膜的一對電極、以及至少一個面具有供氣通道而且夾持所述電極的導電性隔板構成，其特征在于，測量所述單體電池或電池模塊的電壓，在檢測出所述電壓為規定值以下的單體電池或電池模塊時，更換所述單體電池或電池模塊。

根據該使用方法，在高分子電解質燃料電池的層疊體中，能夠很容易更換產生異常的單體電池或由多個單體電池構成的電池模塊。

附圖簡要說明