[發明專利]燃料電池

無效

• 申請號: 200880132238.2
• 申請日: 2008-12-12
• 公開（公告）號: CN102239592A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 城森慎司;竹廣直樹;新井龍哉;金子桂一;谷口拓未
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/10
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 高培培;車文

技術領域

本發明涉及燃料電池，特別是涉及具有閉塞流路的入口或出口的閉塞流路的燃料電池。

背景技術

燃料電池是利用膜電極結構體(以下有時稱為“MEA”)產生電化學反應而將通過該電化學反應產生的電能取出到外部的裝置，其中，所述膜電極結構體具備電解質層(以下稱為“電解質膜”)和在電解質膜的兩面側分別配置的電極(陽極催化劑層及陰極催化劑層)。在燃料電池中，家庭用熱電聯產/系統、汽車等所使用的固體高分子型燃料電池(以下稱為“PEFC”)能夠在低溫區域運轉。該PEFC顯示高的能量轉換效率，起動時間短，且系統為小型輕量，因此作為電動汽車的動力源、便攜用電源受到關注。

PEFC的單電池具備MEA和夾持包括該MEA的層疊體的一對集電體(隔板)，在MEA中含有體現質子傳導性能的質子傳導性聚合物。在PEFC運轉時，向陽極供給含氫氣體(以下有時稱為“氫”)，向陰極供給含氧氣體(以下有時稱為“空氣”)。向陽極供給的氫在陽極催化劑層含有的催化劑的作用下分離為質子和電子，從氫產生的質子通過陽極催化劑層及電解質膜而到達陰極催化劑層。另一方面，電子通過外部電路而到達陰極催化劑層，通過經過該過程，能夠取出電能。并且，到達陰極催化劑層的質子及電子與向陰極催化劑層供給的空氣中含有的氧在陰極催化劑層中含有的催化劑的作用下發生反應，從而生成水。

通過將MEA中含有的質子傳導性聚合物保持為含水狀態，能夠降低質子傳導電阻。因此，在PEFC運轉時，需要將MEA保持為含水狀態。但是，在PEFC運轉時，生成超過單電池的排水能力的量的水時，液體的水(以下稱為“液態水”)滯留在向MEA供給的氫及空氣所流通的流路(以下有時僅稱為“流路”)等中，成為稱作溢流的狀態。溢流發生時，反應氣體的擴散受到阻礙而電化學反應的發生頻率減少，因此PEFC的發電性能降低。因此，為了提高PEFC的發電性能，需要消除溢流。

作為消除溢流的技術，迄今為止，開發出了具有閉塞流路的入口或出口的閉塞流路的PEFC。通過形成具有閉塞流路的方式，在與位于相鄰的流路之間的隔板的部位(以下稱為“凸部”)相對的層疊體的區域，也能夠使大量的反應氣體擴散。因此，通過形成為該形態，能夠提高排水性。

例如專利文獻1中，公開了關于具有閉塞流路的PEFC的技術。并且，專利文獻1中，公開了向MEA供給的氣體所流通的閉塞流路(以下有時將該閉塞流路稱為“流入流路”)的條數和通過MEA的氣體所流通的閉塞流路(以下有時將該閉塞流路稱為“流出流路”)的條數相等的方式。

專利文獻1：日本特開平11-16591號公報

發明內容

專利文獻1所公開的技術中，閉塞流路形成于集電體(隔板)，因此，在與凸部相對的層疊體的區域也能夠使大量的反應氣體擴散。因此，可認為能夠抑制液態水滯留在與凸部相對的層疊體的區域的情況。此處，例如PEFC的高輸出運轉時，單電池比外部氣體容易變為高溫，高溫的單電池主要從外緣部放出大量的熱。因此，單電池的外緣部比單電池的中央部容易暴露于低溫環境。液態水容易滯留在暴露于低溫環境的區域，因此在PEFC的高輸出運轉時，溢流容易在單電池的外緣部發生。此處一般地，在具有閉塞流路的PEFC中，流入流路和流出流路交替配置。因此，流入流路的條數和流出流路的條數相等的專利文獻1所公開的技術中，一定是一條流入流路及一條流出流路配置在閉塞流路的兩端。在一條流入流路配置于最外側的區域中，存在從該一條流入流路朝向與之相鄰的流出流路的氣體的流動。因此，液態水難以滯留在與該一條流入流路相對的層疊體的區域。相對于此，在一條流出流路配置于最外側的區域中，不存在從比該一條流出流路更靠外側的部位朝向該一條流出流路的氣體的流動。因此，液態水容易滯留在與該一條流出流路相對的層疊體的區域(容易發生溢流)。即，在專利文獻1所公開的技術中，存在特別是在單電池的外緣部容易發生溢流的問題。因此本發明的課題是，提供能夠抑制溢流的具有閉塞流路的燃料電池。

為了解決上述課題，本發明采取以下的手段。即，

本發明提供一種燃料電池，其特征在于，包括至少具有膜電極結構體的層疊體和夾持該層疊體的一對隔板，在隔板的層疊體側的面上，具備向層疊體供給的反應氣體所流通的流入流路和通過層疊體后的反應氣體所流通的流出流路，流入流路中向層疊體供給的反應氣體的下游端閉塞，并且流出流路中通過層疊體后的反應氣體的上游端閉塞，流入流路和流出流路在隔板上相互分離配置，在隔板的層疊體側的面上的、流入流路和流出流路的流路寬度方向兩端配置流入流路。