[發明專利]隔板的粘合結構及燃料電池

有效

• 申請號: 200680044848.8
• 申請日: 2006-11-29
• 公開（公告）號: CN101317298A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 合崎次郎
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M8/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 馬江立;柴智敏

技術領域

本發明涉及一種燃料電池以及燃料電池的隔板的粘合結構。更具體地，本發明涉及設于燃料電池的單元電池中的隔板的改善了的粘合結構。

背景技術

燃料電池一般通過堆疊多個單元電池而構成。在這樣的燃料電池中，例如，在固體聚合物型燃料電池中，各單元電池包括膜電極組件(“MEA”)和一對隔板，所述膜電極組件具有電解質膜和分別設于該電解質膜的兩個表面的一對電極，所述一對隔板將所述膜電極組件夾持于所述隔板之間。許多這種單元電池堆疊在一起而構成了堆疊構造的燃料電池。使用金屬隔板作為隔板。某種燃料電池包括插置于金屬隔板和膜電極組件之間的樹脂框架。在這種燃料電池中，金屬隔板通過粘結劑與樹脂框架粘合。此外，一般通過在單元電池之間插入襯墊來提供密封(例如，參見日本專利特開JP-A-2003-77499號公報)。

在上述的燃料電池中，通常在燃料電池的工作過程中產生的內壓會對粘結劑施加作用力。因此，期望粘結劑設于襯墊之下，使得即使在這種情況下也仍然能夠有效地發揮密封作用。這確保了能夠通過襯墊的反力來平衡由內壓而引起的作用力，從而抑制了粘結劑的剝離。

然而，現有技術中的燃料電池存在以下問題：例如在燃料電池的工作過程中，粘結層由于襯墊的反力而經受彈性或塑性變形，從而導致金屬隔板變形。

也就是說，當燃料電池在例如零度以下至90℃的范圍內的溫度下工作時，由于兩者之間線性膨脹系數(熱膨脹系數)的差異，經常會發生金屬隔板和樹脂框架之間的錯位(未對準，misalignment)。因此，應當形成厚的粘結層來避免這種錯位的發生。同時，插置于各單元電池之間的襯墊所要求的高水平的密封性能，使得襯墊對其自身施加反力(例如彈性引起的斥力)。襯墊的反力使得粘結層變形，反過來通常會導致具有變薄的厚度和低彎曲強度的金屬隔板(例如不銹鋼隔板)的變形。另一個問題是，這將使得襯墊和隔板之間的密封性能變差或惡化。

發明內容

考慮到前述的和其他的問題，本發明提供了一種在抑制隔板的變形的同時，能夠確保襯墊的密封性能的燃料電池及其隔板的粘合結構。

根據本發明第一方面的燃料電池包括：堆疊在一起的第一、第二和第三部件，所述第三部件位于所述第一部件和所述第二部件之間；第一密封部件，所述第一密封部件在所述第一部件和所述第三部件之間進行密封；以及第二密封部件，所述第二密封部件在所述第二部件和所述第三部件之間進行密封。所述第一密封部件具有在所述第一、第二和第三部件堆疊的方向上與所述第二密封部件重疊的區域和不與所述第二密封部件重疊的區域。相對于在不與所述第二密封部件重疊的區域內所述第一密封部件的厚度，在與所述第二密封部件重疊的區域內所述第一密封部件的厚度更小。

根據本發明第二方面的燃料電池包括：多個單元電池，各單元電池均具有膜電極組件和隔板，所述膜電極組件和隔板用居間的第一密封部件堆疊在一起，并且所述單元電池用居間的第二密封部件相互堆疊；其中，在所述第一密封部件的至少一部分在所述單元電池堆疊的方向上與所述第二密封部件重疊的條件下，所述第一密封部件在所述隔板的平面上沿所述平面擴展，并且其中，相對于在不與所述第二密封部件重疊的區域內所述第一密封部件的厚度，在與所述第二密封部件重疊的區域內所述第一密封部件的厚度更小。

根據本發明的第一和第二方面，第一密封部件(例如，粘結層)被設計為至少在粘結層與第二密封部件(例如襯墊)重疊處較薄。這在不破壞第二密封部件的密封性的情況下抑制了第二密封部件的反力(例如，彈性引起的斥力)。抑制粘結層與第二密封部件重疊區域的反力減小了施加于隔板上的彎曲力。在常規結構中，粘結層厚度的增加是導致隔板變形的一個原因。相反地，本發明的第一和第二方面通過減小第一密封部件和第二密封部件重疊的區域內第一密封部件的厚度，抑制了第一密封部件(例如，粘結層)的變形。這抑制了施加于隔板上的力，并因此抑制了隔板的變形。第一密封部件不與第二密封部件重疊的區域可以具有增加的厚度，這意味著第一密封部件不會失去其抑制由于熱膨脹差異引起的隔板錯位的能力。

優選地，所述燃料電池的所述第一密封部件是粘結層，所述第二密封部件是襯墊。

優選地，具有較大延伸率的粘結劑被用作所述第一密封部件。具有較大延伸率的粘結劑的使用使得不僅能夠抑制由于熱膨脹差異引起的隔板錯位，還能夠在抑制粘結層在其邊界表面上剝離的同時，減小與襯墊相對應的區域內粘結層的厚度。