[發明專利]燃料電池

有效

• 申請號: 200980155939.2
• 申請日: 2009-03-31
• 公開（公告）號: CN102405547A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/02;H01M8/10
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 段迎春

技術領域

本發明涉及一種例如安裝在電動汽車上的燃料電池。

背景技術

通常，燃料電池具有由堆疊在一起的多個發電電池所形成的電池堆。參考圖7至10來描述一種現有技術的發電電池。如圖7所示，一對框架13、14彼此連接在一起，電極結構15安裝在框架13、14的接合部分。電極結構15是由固體電解質膜16、在陽極側的電極催化劑層17和在陰極側的電極催化劑層18形成。固體電解質膜16的外圍夾在框架13、14之間。在電解質膜16的上表面上鋪設陽極側電極催化劑層17，在電解質膜16的下表面上鋪設陰極側電極催化劑層18。在電極催化劑層17的上表面上鋪設陽極側氣體擴散層19，在電極催化劑層18的下表面上鋪設陰極側氣體擴散層20。進而，在氣體擴散層19的上表面上鋪設陽極側氣道形成構件21，在氣體擴散層20的下表面上鋪設陰極側氣道形成構件22。在氣道形成構件21的上表面上接合扁平的片狀隔離件23，在氣道形成構件22的下表面上接合扁平的片狀隔離件24。

固體電解質膜16是由含氟聚合物膜形成。如圖8所示，電極催化劑層17、18每個都有支撐鉑催化劑的顆粒狀的碳粒子51，和粘附在每個碳粒子51表面上的大量的鉑(Pt)催化劑粒子52。電極催化劑層17、18是通過糊劑(paste)粘結在固體電解質膜16上，形成電極催化劑層。當電是由該燃料電池產生的時候，作為催化劑的催化劑粒子52增加了發電效率。氣體擴散層19、20是由碳紙形成的。如圖9所示，氣道形成構件21(22)是由金屬板條形成，該金屬板條具有交替設置的、大量的六邊形環狀部分21a(22a)。每個環狀部分21a(22a)具有通孔21b(22b)。燃料氣體(氧化氣體)流經由環狀部分21a(22a)和通孔21b(22b)所形成的氣道。圖9是顯示氣道形成構件21、22的一部分的放大視圖。

如圖7所示，框架13、14形成燃料氣體的供氣通道M1和排放通道M2。燃料氣體供氣通道M1用于給陽極側的氣道形成構件21的氣道供應作為燃料氣體的氫氣。燃料氣體排放通道M2用于將已經經過氣道形成構件21的氣道的燃料氣體或者燃料廢氣排放到外部。另外，框架13、14還形成氧化氣體的供氣通道和排放通道。氧化氣體的供氣通道位于和圖7的紙面背側相對應的位置，用于將作為氧化氣體的空氣供應給陰極側氣道形成構件22的氣道。氧化氣體排放通道位于和圖7的紙面前側相對應的位置，用于將已經流經氣道形成構件22的氣道的氧化氣體或者氧化廢氣排放到外部。

來自于氫氣供應源(圖中未示)的氫氣沿著圖7中的箭頭所指的氣流方向P通過燃料氣體供氣通道M1供應給氣道形成構件21，來自于空氣供應源(圖中未示)的空氣供應給氣道形成構件22。相應地，通過發電電池內的電化學反應來發電。具體而言，供應給陽極側氣道形成構件21的氫氣(H₂)穿過氣體擴散層19流入電極催化劑層17。在電極催化劑層17中，如化學式(1)所示，氫氣(H₂)被分解成氫離子(H⁺)和電子(e^-)，電極催化劑層17的電勢變成零伏，或者變成標準電極電勢，這是本領域技術中已知的。

H₂→2H⁺+2e^-…(1)

通過上述反應獲得的氫離子(H⁺)從陽極側電極催化劑層17穿過固體電解質膜16到達陰極側電極催化劑層18。由氣道形成構件22供應給電極催化劑層18的空氣中的氧氣(O₂)與氫離子(H⁺)和電子(e^-)發生化學反應生成水，如化學式(2)所示。通過該化學反應，電極催化劑層18的電勢變成為大約為1.0伏，或者變成標準電極電勢，這是本領域已知的。

1/2·O₂+2H⁺+2e^-→H₂O…(2)

在燃料電池正常的發電條件下，陽極側電極催化劑層17(氣體擴散層19)的電勢比陰極側電極催化劑層18(氣體擴散層20)的電勢低，如圖10所示。這樣，與陰極側氣道形成構件22相比，陽極側氣道形成構件21因為電勢高，比較不容易受到金屬氧化物的影響。因此，如圖10所示，使用低耐腐蝕性的、諸如鐵素體系SUS之類的價格便宜的不銹鋼作為氣道形成構件21的材料。相反，電勢會變高的陰極側氣道形成構件22是由高耐腐蝕性的、諸如金之類的金屬形成，如圖10所示。專利文獻1揭示了一種與圖7的結構類似結構的燃料電池。