[發明專利]高分子電解質型燃料電池

無效

• 申請號: 00812862.6
• 申請日: 2000-09-06
• 公開（公告）號: CN1373912A
• 公開（公告）日: 2002-10-09
• 發明（設計）人: 西田和史;新倉順二;行天久朗;羽藤一仁;小原英夫;神原輝壽;藤井覺
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/10
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 陳劍華

技術領域

本發明涉及用于便攜式電源、電動汽車用電源、家用發電及廢熱供暖系統等的固體高分子電解質型燃料電池，特別涉及導電性隔板的改良。

背景技術

使用固體高分子電解質的燃料電池，通過使含氫燃料氣體和空氣等含有氧的氧化劑氣體間進行電化學反應，可同時產生電力和熱量。該燃料電池基本上由選擇性地輸送氫離子的高分子電解質膜及在該高分子電解質膜的兩面形成的一對電極、即陽極和陰極所構成。前述電極通常由形成于高分子電解質膜表面的以載有鉑族金屬催化劑的碳粉為主組分的催化劑層和在該催化劑層外表面形成的兼具通氣性和導電性的擴散層構成。

為使供給電極的燃料氣體和氧化劑氣體不向外部泄漏、且兩種氣體不互相混合，在電極周圍配置了氣體密封材料和墊圈夾住高分子電解質膜。這些密封材料和墊圈預先與電極及高分子電解質膜形成一體，它們被稱為MEA(電極電解質膜接合體)。在MEA外側配置將它們機械固定的導電性隔板，同時該隔板還可使相鄰的MEA互相電氣串聯或根據不同情況進行并聯連接。在隔板與MEA接觸的部分形成了向電極面供給反應氣體、并將生成的氣體和剩余氣體運送出去的氣體通道。氣體通道也可與隔板分別設置，但一般采用在隔板表面設置溝槽形成氣體通道的方式。

為了向這些溝槽內供給燃料氣體及氧化劑氣體，需要配管夾具將分別供給燃料氣體及氧化劑氣體的配管按照所用隔板的數目進行分支，并將其分支端部直接接入隔板的溝槽內。該夾具被稱為多支管，上述由燃料氣體及氧化劑氣體的供給配管直接接入的類型被稱為外部多支管。多支管中還有結構更簡單的被稱為內部多支管。內部多支管是在形成了氣體通道的隔板上設置貫通孔，將氣體通道的出入口連通至該貫通孔，由該孔直接向氣體通道供給燃料氣體及氧化劑氣體。

由于燃料電池在工作過程中會發熱，所以為了使電池維持在良好的溫度狀態，必須要用冷卻水等進行冷卻。通常，每1～3個單電池設置可流過冷卻水的冷卻部分。冷卻部分可插入在隔板和隔板間，也可在隔板背面設置冷卻水通道形成冷卻部分，大多數情況下使用后者。這些MEA、隔板及冷卻部分交替重疊，層疊10～200個單電池，然后用端板隔著集電板及絕緣板夾住該層疊體，最后用固緊螺栓從兩端固定，就構成了常規的層疊電池。

上述高分子電解質型燃料電池的隔板必須具備較高的導電性，且對燃料氣體及氧化劑氣體的氣密性較高，還必須對氫/氧的氧化還原反應具有較高的耐腐蝕性。因此，傳統的隔板一般都由碎碳黑和膨脹石墨等碳材構成，氣體通道也是對其表面進行切削而形成，使用膨脹石墨時，則利用鑄模來成形制作。

以往對碳板進行切削的方法很難使碳板的材料成本和對其進行切削所需的成本下降。此外，使用膨脹石墨的方法的材料成本也較高，可以說這些都阻礙了它們的實用化。

近年來，正嘗試用不銹鋼等金屬板來代替以往使用的碳材。

但是，關于上述使用金屬板的方法，因為金屬板暴露在高溫且pH為2～3左右的氧化性氛圍氣中，如果長時間使用，則金屬板會出現腐蝕和溶解。金屬板一旦被腐蝕，則腐蝕部分的電阻會增加，導致電池輸出功率下降。此外，金屬板一旦溶解，則溶解的金屬離子會向高分子電解質擴散，它們在高分子電解質膜的離子交換部位被捕集，其結果是導致高分子電解質本身的離子傳導性下降。因此，如果直接使用金屬板作為隔板，并使電池長時間工作，則存在發電效率逐漸下降的問題。

本發明的目的是對用于燃料電池的隔板進行改進，提供以易于加工的金屬為原材料、即使露出的表面暴露在酸性氛圍氣中也可維持化學惰性、腐蝕和溶解受到抑制、且具有良好導電性的隔板。

發明的揭示

本發明提供了高分子電解質型燃料電池，該電池的特征是具備高分子電解質膜、夾住前述高分子電解質膜的陽極和陰極、具有向前述陽極提供燃料氣體的氣體通道的陽極側導電性隔板及具有向前述陰極提供氧化劑氣體的氣體通道的陰極側導電性隔板，前述陽極側導電性隔板和陰極側導電性隔板由金屬及隔著特定的中間層覆蓋朝向陽極或陰極的金屬表面的耐氧化性導電性薄膜組成。

對附圖的簡單說明

圖1為本發明實施例的燃料電池主要部分的模擬截面圖。

圖2為同一燃料電池的陽極側隔板的平面圖。

圖3為同一燃料電池的陰極側隔板的平面圖。

圖4為構成陽極側隔板的金屬板的平面圖。

圖5為構成陽極側隔板的絕緣片的平面圖。

圖6為本發明實施例及比較例的燃料電池的輸出功率特性圖。

圖7為本發明另一實施例中的隔板的金屬基板的表面處理工藝的截面圖。

圖8為本發明又另一實施例中的金屬基板的表面處理工藝的截面圖。