[發(fā)明專利]燃料電池單元

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110558157.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN113745610A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 池畑雄太
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M8/1004
• 分類號(hào): H01M8/1004;H01M8/026;H01M8/0273
• 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: 李洋;王培超

一種能夠減少由電解質(zhì)膜的膨潤(rùn)和收縮而作用于電解質(zhì)膜的應(yīng)力的燃料電池單元。燃料電池單元(10)至少具備在電解質(zhì)膜(11a)的兩面接合有催化劑層(11b、11c)的MEGA(11)、和配置成夾住MEGA(11)的一對(duì)隔離件(12、12)。通過向MEGA(11)的一面?zhèn)裙┙o氫氣并向另一面?zhèn)裙┙o氧化劑氣體，從而在MEGA(11)中發(fā)電。在各隔離件(12)的MEGA(11)側(cè)形成多個(gè)凸條部(15f)，由此在凸條部(15f)之間形成有供氫氣或者氧化劑氣體流動(dòng)的氣體流路(15a、15b)。在電解質(zhì)膜(11a)的與凸條部(15f)對(duì)置的位置，沿著凸條部(15f)延伸的方向形成有多個(gè)貫通孔(21、21、…)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有在電解質(zhì)膜的兩面至少接合有催化劑層的接合體、和配置成夾住接合體的一對(duì)隔離件的燃料電池單元。

背景技術(shù)

以往，固體高分子型燃料電池具有將多個(gè)燃料電池單元層疊而成的構(gòu)造。燃料電池單元具備由離子透過性的電解質(zhì)膜、和以夾著電解質(zhì)膜的方式接合的陽極催化劑層以及陰極催化劑層構(gòu)成的膜電極接合體(例如參照專利文獻(xiàn)1)。在膜電極接合體的兩側(cè)形成有用于提供燃料氣體或氧化劑氣體并且收集由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電氣的氣體擴(kuò)散層。在膜電極接合體的兩側(cè)配置有氣體擴(kuò)散層的接合體也稱為膜電極氣體擴(kuò)散層接合體(MembraneElectrodeGas Diffusion Layer Assembly(MEGA))，并被一對(duì)隔離件夾持。

在膜電極接合體，向陽極催化劑層供給氫氣，向陰極催化劑層供給氧化劑氣體(空氣)，在陽極催化劑層將氫氧化為質(zhì)子，在陰極將氧還原為水來發(fā)電。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2017-126448號(hào)公報(bào)

然而，在專利文獻(xiàn)1所示的燃料電池單元中，通過膜電極接合體內(nèi)的水的生成和該水的移動(dòng)，電解質(zhì)膜反復(fù)進(jìn)行干燥和濕潤(rùn)。由此，電解質(zhì)膜容易在面方向(與電解質(zhì)膜的厚度方向正交的方向)上膨潤(rùn)和收縮。可以設(shè)想若電解質(zhì)膜的沒有限制面方向的變形的部分膨潤(rùn)，則該部分以膨脹的方式變形，而反復(fù)作用彎曲應(yīng)力。其結(jié)果是，電解質(zhì)膜的壽命可能降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是鑒于這樣的點(diǎn)而完成的，作為本發(fā)明，提供一種能夠減少由電解質(zhì)膜的膨潤(rùn)和收縮而作用于電解質(zhì)膜的應(yīng)力的燃料電池單元。

鑒于上述課題，本發(fā)明所涉及的燃料電池單元至少具備在電解質(zhì)膜的兩面接合有催化劑層的接合體、和配置成夾住上述接合體的一對(duì)隔離件，通過向上述接合體的一面?zhèn)裙┙o氫氣，并向另一面?zhèn)裙┙o氧化劑氣體，從而在上述接合體中發(fā)電，其特征在于，在上述各隔離件，在上述接合體側(cè)形成多個(gè)凸條部，由此在上述凸條部之間形成有供氫氣或者氧化劑氣體流動(dòng)的氣體流路，在上述電解質(zhì)膜，在與上述凸條部對(duì)置的位置，沿著上述凸條部延伸的方向形成有多個(gè)貫通孔。

根據(jù)本發(fā)明，在電解質(zhì)膜，在與上述凸條部對(duì)置的位置，沿著凸條部延伸的方向形成有多個(gè)貫通孔。因此，在燃料電池單元的發(fā)電時(shí)，即使電解質(zhì)膜在其面方向(與電解質(zhì)膜的厚度方向正交的方向)上膨潤(rùn)和收縮，也能夠通過多個(gè)貫通孔吸收其變形。其結(jié)果是，能夠減少由于電解質(zhì)膜的膨潤(rùn)和收縮而作用于電解質(zhì)膜的應(yīng)力。另外，通過在與凸條部對(duì)置的位置形成貫通孔，能夠抑制通過氣體流路的氫氣和氧化劑氣體通過貫通孔，并且能夠使朝向貫通孔的氣體在催化劑層反應(yīng)。因此，能夠抑制由于氣體通過貫通孔導(dǎo)致燃料電池單元的發(fā)電效率降低。

作為更優(yōu)選的形態(tài)，上述接合體具有以夾著上述電解質(zhì)膜的方式形成上述催化劑層的矩形狀的發(fā)電區(qū)域，上述發(fā)電區(qū)域是具有長(zhǎng)邊和短邊的區(qū)域，多個(gè)上述凸條部沿著上述發(fā)電區(qū)域的長(zhǎng)邊方向配置。

根據(jù)該形態(tài)，發(fā)電區(qū)域的長(zhǎng)邊方向與其短邊方向相比，電解質(zhì)膜容易膨潤(rùn)和收縮，但多個(gè)上述凸條部沿著發(fā)電區(qū)域的長(zhǎng)邊方向配置，因此多個(gè)貫通孔也沿著長(zhǎng)邊方向形成。由此，能夠高效地抑制由電解質(zhì)膜的膨潤(rùn)和收縮導(dǎo)致的變形。