[發明專利]燃料電池以及制造金屬網的方法

有效

• 申請號: 201280019368.1
• 申請日: 2012-04-18
• 公開（公告）號: CN103503213A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 前田篤志;杉田一美;井田敦巳;森川真伍;橋本圭二;二見諭
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社;豐田車體株式會社
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/10;H01M8/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 賀月嬌;楊曉光

技術領域

本發明涉及燃料電池，更具體地，涉及燃料電池的氣體流路結構。本發明也涉及在燃料電池中使用的金屬網（expanded?metal）的制造方法。

背景技術

燃料電池被形成為堆疊的結構，在所述堆疊結構中多個單電池堆疊在一起，并且板狀隔板（seperator）用作位于每個電池最外層上的部件并且將堆疊中的電池彼此分隔開。隔板用于向陽極側提供燃料氣體并且向陰極側提供氧化劑，以及用于釋放在電池內產生的生成水。

聚合物電解質燃料電池中的每個電池是這樣的結構：其中，氣體擴散層、氣體流路和隔板分別設置在膜電極組件（MEA）兩側。其中氣體流路形成不同于隔板的結構的每個電池具有金屬網作為形成氣體流路的結構。

金屬網是其中六角形網孔（mesh）交錯設置的連續結構。所述網孔被設置為在氣體擴散層與隔板之間形成傾斜表面，使得氣體流路在交錯的網孔、氣體擴散層表面以及隔板表面之間交錯設置。對于所述金屬網，通過在平板部件前進時使用模具在該平板部件中每次一段（strand）地制造切口，來形成網孔。

日本專利申請公開No.2010-170984（JP2010-170984A）描述了這樣的結構：其中，為了降低電池的氣體流路中的氣壓損失，將金屬網網孔接合在一起的接合部在接合長度部分地減小并且形成段部（strand?portion）的一部分的位置處上升。此外，在金屬網制造設備中，通過在上刀片方向上改變移動控制邏輯為金屬網的每個適當位置或區域改變當在上刀片方向上連續饋送材料時的連續次數，大致形成該上升部，所述上刀片方向即為與材料的饋送方向垂直的方向。

使用其中網孔交錯設置的金屬網，氣體流路被設置在氣體擴散層表面與隔板表面之間，因此在氣體擴散層側流動的氣體與在隔板側流動的氣體之間的氣體交換是可能的。

然而，在陰極側的諸如空氣的氧化氣體的入口附近，氧氣尚未被消耗。因此，存在相對大量的氣體，因此被帶走的生成水的量大，結果氧化氣體入口附近的區域趨于變得干燥。特別地，當以非加濕狀態（non-humidified?state）供給諸如空氣的氧化氣體時有這樣的顯著趨勢：氧化氣體入口附近的區域變得干燥。因此，在高溫下，氧化氣體入口側的發電性能降低，并且發電變得集中在氣體出口側，使得發電表面中發電分布變得不均勻。

通過增加金屬網與氣體擴散層之間的接觸率或接觸面積，有可能抑制生成水從氣體擴散層蒸發。然而，盡管這將使得能夠在高溫下保持發電能力，但是輸出電壓在常溫下可能會以降低告終，這是因為氧缺乏所導致的濃度過電位（concentration?overpotential）增加。

發明內容

因此，本發明提供了一種燃料電池，該燃料電池既能夠抑制由于氣體入口處的干燥引起的輸出降低，也能夠在常溫和高溫下都確保必要輸出電壓。本發明也提供了在該燃料電池中使用的金屬網的制造方法。

本發明的第一方面涉及一種燃料電池，該燃料電池包括氣體擴散層、隔板以及氧化氣體流路，所述氧化氣體流路被設置在所述氣體擴散層與所述隔板之間并由金屬網形成。所述金屬網包括上游第一金屬網和下游第二金屬網，所述上游第一金屬網不使在所述氣體擴散層側流動的氧化氣體與在所述隔板側流動的氧化氣體連通，所述下游第二金屬網具有使在所述氣體擴散層側流動的氧化氣體與在所述隔板側流動的氧化氣體連通的開口。

本發明的第二方面涉及一種燃料電池，該燃料電池包括氣體擴散層、隔板以及氧化氣體流路，所述氧化氣體流路被設置在所述氣體擴散層與所述隔板之間并由金屬網形成。所述金屬網包括上游第一金屬網和下游第二金屬網，所述上游第一金屬網具有使在所述氣體擴散層側流動的氧化氣體與在所述隔板側流動的氧化氣體連通的第一開口，所述下游第二金屬網具有第二開口，所述第二開口大于所述第一開口且使在所述氣體擴散層側流動的氧化氣體與在所述隔板側流動的氧化氣體連通。

在所述第一和第二方面中，所述第一金屬網對所述氧化氣體流路的比率可以不小于1/3并且可以不大于1/2。

在所述第一和第二方面中，所述第一金屬網對所述氧化氣體流路的比率可以基本上為0.3。

在所述第一和第二方面中，所述燃料電池還可以包括：陰極歧管，其向所述氧化氣體流路供應氧化氣體；以及氣體擴散部件，其被設置在所述陰極歧管與所述第一金屬網之間，擴散來自所述陰極歧管的氧化氣體，并且使得所擴散的氧化氣體流入所述第一金屬網。

在所述第一和第二方面中，所述氣體擴散部件可以由與所述第二金屬網類似的金屬網形成。