[發(fā)明專利]氣體流路結(jié)構(gòu)、支承板及燃料電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110339859.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN113497242A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 大津亙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M8/026
• 分類號(hào): H01M8/026;H01M8/0265;H01M8/1004
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 金世煜;李書慧

本發(fā)明提供一種能夠?qū)⒂缮伤畬?dǎo)致的氣體流路的閉塞的產(chǎn)生和由氣體擴(kuò)散層的挫曲導(dǎo)致的燃料電池的壓降的增加等降低到最小限度而得到穩(wěn)定的發(fā)電性能的燃料電池用氣體流路結(jié)構(gòu)。一種燃料電池用氣體流路結(jié)構(gòu)，其特征在于，在同一氣體流路內(nèi)，氣體流路具備2個(gè)以上的第1區(qū)域、和流路截面積小于該第1區(qū)域的2個(gè)以上的第2區(qū)域，且在同一氣體流路內(nèi)，各該第1區(qū)域與各該第2區(qū)域交替地配置，在相鄰的上述氣體流路間，上述氣體流路的各上述第1區(qū)域和各上述第2區(qū)域交替地配置，在各上述第2區(qū)域中，上述氣體流路至少具備1個(gè)流路截面積小于該第2區(qū)域的第3區(qū)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種氣體流路結(jié)構(gòu)、支承板及燃料電池。

背景技術(shù)

燃料電池是在層疊了多個(gè)單電池單元的燃料電池堆棧中，通過作為燃料氣體的氫(H₂)和作為氧化劑氣體的氧(O₂)的電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)出電能的發(fā)電裝置。應(yīng)予說明，以下，也有時(shí)將燃料氣體、氧化劑氣體沒有特別區(qū)分地簡單稱為“反應(yīng)氣體”或者“氣體”。

該燃料電池的單電池單元通常由膜電極接合體(MEA：Membrane ElectrodeAssembly)、根據(jù)需要夾持該膜電極接合體的兩面的2片隔離件構(gòu)成。

膜電極接合體具有如下結(jié)構(gòu)：在具有質(zhì)子(H⁺)傳導(dǎo)性的固體高分子型電解質(zhì)膜(以下，也簡稱為“電解質(zhì)膜”)的兩面分別依次形成有催化劑層和氣體擴(kuò)散層。

隔離件通常具有在與氣體擴(kuò)散層相接的面形成有作為反應(yīng)氣體的流路的槽的結(jié)構(gòu)。應(yīng)予說明，該隔離件也作為發(fā)出的電的集電體發(fā)揮功能。

燃料電池的燃料極(陽極)中，從流路和氣體擴(kuò)散層供給的氫通過催化劑層的催化作用質(zhì)子化，通過電解質(zhì)膜而向氧化劑極(陰極)移動(dòng)。同時(shí)生成的電子通過外部電路而工作，向陰極移動(dòng)。向陰極供給的氧在陰極上與質(zhì)子和電子反應(yīng)，生成水。

生成的水給電解質(zhì)膜帶來適度的濕度，多余的水透過氣體擴(kuò)散層，通過流路向體系外排出。

在燃料電池中為了提高發(fā)電性能，研究了提高向包含催化劑層和氣體擴(kuò)散層的電極的氣體供給性的方案。

例如在專利文獻(xiàn)1中公開了以下技術(shù)：通過在氣體流路設(shè)置局部減少了氣體流動(dòng)方向的截面積的節(jié)流部，使來自氣體流路的反應(yīng)氣體在氣體擴(kuò)散層中對(duì)流，發(fā)生所謂的潛入，由此提高向電極的氣體供給性，提高發(fā)電性能。

另外，專利文獻(xiàn)2中公開了如下技術(shù)：為了使同一流路內(nèi)的潛入量均勻化，增大同一流路內(nèi)的中央?yún)^(qū)域的流路寬度。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2017－228482號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2012－064483號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容

專利文獻(xiàn)1中，氣體的潛入集中在氣體流路的各節(jié)流部前后。因此，各節(jié)流部間的中央?yún)^(qū)域的潛入減少，沒有發(fā)揮充分的發(fā)電性能的提高效果。在此，雖然通過增加節(jié)流部(減少各節(jié)流部間的間隔)，使氣體的潛入量增加，但氣體流路的截面積變小的部分增多，因此容易發(fā)生由生成水導(dǎo)致的氣體流路的閉塞，向電極的氣體供給性降低。另外，由于氣體流路的截面積變小部分增多，因而燃料電池的壓降增加，燃料電池的發(fā)電性能降低。

另外，專利文獻(xiàn)2中，在減少了隔離件的肋寬度的部分與氣體擴(kuò)散層的接觸面積變小，所以有時(shí)發(fā)生隔離件與氣體擴(kuò)散層的接觸電阻的上升和局部面壓增大所導(dǎo)致的氣體擴(kuò)散層的挫曲。由此，氣體擴(kuò)散層隆起，進(jìn)入到隔離件的氣體流路，從而氣體流路的截面積變小，容易產(chǎn)生由生成水導(dǎo)致的氣體流路的閉塞，向電極的氣體供給性降低。另外，由于隔離件的氣體流路的截面積變小，由此燃料電池的壓降增加，燃料電池的發(fā)電性能降低。