專利名稱：燃料電池堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池堆的耐腐蝕構(gòu)造，尤其涉及在提高金屬隔板或接線板的耐腐蝕性的同時(shí)又降低成本的改進(jìn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
固體聚合物型燃料電池堆具有層疊了預(yù)定數(shù)量的單電池的堆構(gòu)造，其中，單電池通過(guò)將陽(yáng)極和陰極彼此相對(duì)地分別配置在固體聚合物電解質(zhì)膜的兩面，再用一對(duì)隔板夾持在所述陽(yáng)極和陰極而形成。當(dāng)使用不銹鋼等的金屬隔板時(shí)，由于金屬隔板在高溫下暴露在氧化性氣氛中，因此長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，金屬就會(huì)發(fā)生腐蝕或溶解。若金屬隔板被腐蝕，則溶解出的金屬離子就會(huì)擴(kuò)散到固體聚合物電解質(zhì)膜中，并在離子交換位置被捕獲，從而固體聚合物電解質(zhì)膜自身的離子導(dǎo)電性下降。此外，還會(huì)通過(guò)金屬隔板上形成的穿孔而發(fā)生反應(yīng)氣體的泄漏，以及由于密封管被侵蝕而發(fā)生冷卻水的泄漏。為了避免這些問(wèn)題，在日本專利特開(kāi)2000-21418號(hào)公報(bào)中提出了使用諸如金或銀等在氧化氣氛中不活躍的金屬層對(duì)導(dǎo)電性隔板的表面進(jìn)行表面處理的技術(shù)(電鍍處理)。
此外，固體聚合物型燃料電池堆具有層疊預(yù)定數(shù)量的單電池而成的堆構(gòu)造，并在電池堆兩端部配置了一對(duì)用于取出電能的接線板，其中，單電池通過(guò)將陽(yáng)極和陰極彼此相對(duì)地分別配置在固體聚合物電解質(zhì)膜的兩面，再用一對(duì)隔板夾持所述陽(yáng)極和陰極而形成。由于在正極側(cè)的接線板上有氧化電流流動(dòng)，所以一旦有潮濕氣體和冷卻水觸及接線板，接線板就有可能被腐蝕。為了提高接線板的耐腐蝕性，以往研究出了各種堆構(gòu)造，例如，在日本專利特開(kāi)2003-163026號(hào)公報(bào)中就提出了具有下述結(jié)構(gòu)的堆構(gòu)造，即將作為端板材料的樹(shù)脂嵌入到接線板的冷卻水通路內(nèi)側(cè)從而形成內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)，以使潮濕氣體或冷卻水不直接接觸接線板。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開(kāi)2000-21418號(hào)公報(bào)；專利文獻(xiàn)2日本專利特開(kāi)2003-163026號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，若使用金或銀等貴重金屬對(duì)構(gòu)成燃料電池堆的所有金屬隔板進(jìn)行表面處理的話，制造成本就會(huì)增大。
此外，在日本專利特開(kāi)2003-163026號(hào)公報(bào)所記載的堆構(gòu)造中，由于采用了冷卻水通路貫穿正極側(cè)和負(fù)極側(cè)這兩側(cè)的接線板的結(jié)構(gòu)，所以必需對(duì)兩側(cè)的接線板實(shí)施防腐對(duì)策，從而導(dǎo)致制造成本增大。
本發(fā)明正是鑒于上述問(wèn)題而提出的，其目的之一在于，提供一種低成本且具有高耐腐蝕性的堆構(gòu)造的燃料電池堆。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種在能夠提高金屬隔板的耐腐蝕性的同時(shí)還能夠降低成本的燃料電池堆。
本發(fā)明的再一目的在于，提供一種在能夠提高接線板的耐腐蝕性的同時(shí)還能夠降低成本的燃料電池堆。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的燃料電池堆是一種具有層疊多個(gè)單電池而成的電池堆的燃料電池堆，其具有電池堆正極側(cè)的耐腐蝕性比負(fù)極側(cè)高的堆構(gòu)造。與有還原電流流動(dòng)的負(fù)極側(cè)相比，提高位于使腐蝕容易進(jìn)行的氧化電流流動(dòng)的正極側(cè)的電池堆的耐腐蝕性，從而與對(duì)兩極實(shí)施相同的防腐對(duì)策的場(chǎng)合相比，能夠提供低成本且具有高耐腐蝕性堆構(gòu)造的燃料電池堆。
這里，優(yōu)選的是，單電池通過(guò)用陽(yáng)極和陰極夾持電解質(zhì)膜的兩面，再用一對(duì)金屬隔板夾持所述陽(yáng)極和所述陰極而成，在堆構(gòu)造中，與位于電池堆負(fù)極側(cè)的金屬隔板相比，對(duì)位于正極側(cè)的金屬隔板實(shí)施了耐腐蝕性相對(duì)高的表面處理。根據(jù)這樣的構(gòu)造，與對(duì)所有金屬隔板進(jìn)行同等程度耐腐蝕性的表面處理的場(chǎng)合相比，能夠在維持毫不遜色的耐腐蝕性的同時(shí)，降低成本。
在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，也可以在電池堆的兩端部分別配置正極的接線板和負(fù)極的接線板，在堆構(gòu)造中，與位于負(fù)極的接線板一側(cè)的金屬隔板相比，對(duì)位于正極的接線板一側(cè)的金屬隔板實(shí)施耐腐蝕性相對(duì)高的表面處理。
優(yōu)選的是，在用于冷卻電池堆的冷卻水、或者向電池堆提供的反應(yīng)氣體中所包含的水分接觸金屬隔板的部位實(shí)施耐腐蝕性的表面處理。由于水分觸及的區(qū)域易于發(fā)生腐蝕，所以重點(diǎn)對(duì)冷卻水或水分觸及的部位進(jìn)行耐腐蝕性的表面處理，由此能夠以低成本提供具有高耐腐蝕性的堆構(gòu)造的燃料電池堆。
這里，冷卻水接觸金屬隔板的部位例如是形成有冷卻水歧管的部位，反應(yīng)氣體中包含的水分接觸金屬隔板的部位例如是形成有氣體通道的部位。
優(yōu)選的是，耐腐蝕性的表面處理是諸如使用貴重金屬的電鍍處理、或鍍厚膜的電鍍處理等。
優(yōu)選的是，與位于電池堆的負(fù)極側(cè)的金屬隔板相比，對(duì)位于正極側(cè)的金屬隔板實(shí)施耐腐蝕性逐漸變高的耐腐蝕性的表面處理。
優(yōu)選的是，在有大于等于預(yù)定閾值的氧化電流流動(dòng)的金屬隔板上實(shí)施耐腐蝕性的表面處理。由于有大的氧化電流流動(dòng)的區(qū)域易于發(fā)生腐蝕，所以通過(guò)重點(diǎn)堆對(duì)該區(qū)域進(jìn)行耐腐蝕處理，能夠以低成本提供具有高耐腐蝕性的堆構(gòu)造的燃料電池堆。
在本發(fā)明的燃料電池堆中，堆構(gòu)造也可以包括貫穿電池堆內(nèi)部從而供應(yīng)或排出反應(yīng)氣體或冷卻水的流體通路，并且該流體通路只貫通被配置在電池堆的兩端上的一對(duì)接線板中的負(fù)極側(cè)的接線板，而與入口端口或出口端口連通。由于在正極側(cè)的接線板中有氧化電流流動(dòng)，所以構(gòu)成使流經(jīng)流體通路的冷卻水或反應(yīng)氣體的水分不與正極側(cè)的接線板接觸的結(jié)構(gòu)，能夠提高接線板的耐腐蝕性。此外，與有還原電流流動(dòng)的負(fù)極側(cè)的接線板相比，更加強(qiáng)化有氧化電流流動(dòng)的正極側(cè)的接線板的防腐對(duì)策，由此相比于對(duì)兩極均實(shí)施防腐對(duì)策的場(chǎng)合可降低成本。
這里，優(yōu)選的是，在一對(duì)接線板中的正極的接線板和電池堆之間插入用于阻隔水分透過(guò)的阻隔板。由于與有還原電流流動(dòng)的負(fù)極側(cè)的接線板相比，更加重點(diǎn)抑制水分與有氧化電流流動(dòng)的正極側(cè)接線板的接觸，因此能夠兼顧耐腐蝕性的提高和成本的降低。


圖1(a)和(b)是第一實(shí)施方式的燃料電池堆的說(shuō)明圖；圖2是第一實(shí)施方式的金屬隔板的說(shuō)明圖；圖3(a)和(b)是第二實(shí)施方式的燃料電池堆的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
發(fā)明的第一實(shí)施方式在本實(shí)施方式的燃料電池堆中，與位于電池堆負(fù)極側(cè)的金屬隔板相比，對(duì)位于正極側(cè)的金屬隔板進(jìn)行耐腐蝕性相對(duì)高的表面處理。氧化電流在插入電池堆的正極側(cè)端部中的數(shù)片金屬隔板的冷卻水通路中流動(dòng)，而且在正極側(cè)端部，氧化電流局部激增。由于金屬隔板的電腐蝕只在電池堆的正極側(cè)端部容易發(fā)生，所以金屬隔板的防腐對(duì)策需主要以正極側(cè)端部為重點(diǎn)來(lái)進(jìn)行。通過(guò)相比于位于電池堆負(fù)極側(cè)的金屬隔板，對(duì)位于正極側(cè)的金屬隔板進(jìn)行耐腐蝕性相對(duì)高的表面處理，與對(duì)所有的金屬隔板進(jìn)行同等程度耐腐蝕性的表面處理的場(chǎng)合相比，能夠在維持毫不遜色的耐腐蝕性的同時(shí)，還能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化。
(實(shí)施例1)圖1(a)和(b)是本實(shí)施例的燃料電池堆10的說(shuō)明圖。如圖1(a)所示，燃料電池堆10包括將預(yù)定數(shù)量的單電池20串聯(lián)層疊而成的電池堆21，其中，單電池20是用陽(yáng)極和陰極夾持電解質(zhì)膜的兩面，再用一對(duì)金屬隔板夾持所述陽(yáng)極和陰極而成的。在電池堆21的兩端部配置了一對(duì)用于取出電能的接線板31、32。接線板31、32的外側(cè)經(jīng)由絕緣板41、42被一對(duì)端板51、52夾持。在貫穿設(shè)置于電池堆21內(nèi)部的冷卻水通路(在圖中沒(méi)有示出)中位于正極側(cè)端部的部分，有氧化電流局部流動(dòng)(圖1(b))。并且，氧化電流在電池堆21的正極側(cè)端部激增。在電池堆21中，向有大于等于預(yù)定閾值的氧化電流流動(dòng)的部位PA插入實(shí)施了耐腐蝕性表面處理的金屬隔板，并在有小于閾值的氧化電流流動(dòng)的部位PB插入未實(shí)施耐腐蝕性表面處理的金屬隔板。最好從既能提高金屬隔板的耐腐蝕性又能降低成本的立場(chǎng)出發(fā)設(shè)定適當(dāng)?shù)碾娏髦祦?lái)作為閾值。由于氧化電流只在電池堆21的一部分中局部流動(dòng)，所以可將實(shí)施了耐腐蝕性表面處理的金屬隔板插入有氧化電流流動(dòng)的部位，既便該電流很小。
圖2是金屬隔板60的平面圖。實(shí)施耐腐蝕性表面處理的部位最好是有水分接觸的區(qū)域。例如，優(yōu)選在冷卻水入口歧管61、冷卻水出口歧管62以及冷卻面63等的部分實(shí)施耐腐蝕性表面處理。與金屬隔板60接觸的水分不僅包括用于冷卻單電池20的冷卻水，還包括被提供到單電池20中的反應(yīng)氣體(燃料氣體、氧化氣體)進(jìn)行電池反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的生成水、或諸如結(jié)露而產(chǎn)生的結(jié)露水等，因此，最好還在反應(yīng)氣體的入口歧管、出口歧管以及氣體通道等上實(shí)施耐腐蝕性表面處理。此外，也可以在金屬隔板60中有水分接觸的區(qū)域?qū)嵤┠透g性高的表面處理，在沒(méi)有水分接觸的區(qū)域進(jìn)行耐腐蝕性低的表面處理。耐腐蝕性高的表面處理例如包括使用金或銀等貴重金屬的電鍍處理以及鍍厚膜的電鍍處理等。耐腐蝕性低的表面處理例如包括鍍薄膜的電鍍處理等。
根據(jù)本實(shí)施例，由于只在有大于等于閾值的氧化電流流動(dòng)的部位PA插入實(shí)施了耐腐蝕性表面處理的金屬隔板60，因此與對(duì)構(gòu)成電池堆21的所有金屬隔板60進(jìn)行耐腐蝕性表面處理的場(chǎng)合相比，能夠在維持毫不遜色的耐腐蝕性的同時(shí)，減少成本。
(實(shí)施例2)在本實(shí)施例中，向有大于等于閾值的氧化電流流動(dòng)的部位PA插入實(shí)施了耐腐蝕性高的表面處理的金屬隔板60，向有小于閾值的氧化電流流動(dòng)的部位PB插入實(shí)施了耐腐蝕性低的表面處理的金屬隔板60。對(duì)插入同一部位PA(或部位PB)內(nèi)的金屬隔板60所實(shí)施的表面處理的耐腐蝕程度既可以相同，也可以使耐腐蝕程度從電池堆21的負(fù)極側(cè)向正極側(cè)逐漸變高。
根據(jù)本實(shí)施例，由于根據(jù)電池堆21的位置(或者氧化電流的大小)來(lái)改變對(duì)金屬隔板60所實(shí)施的表面處理的耐腐蝕程度，所以，與對(duì)構(gòu)成電池堆21的所有金屬隔板60進(jìn)行耐腐蝕性表面處理的場(chǎng)合相比，能夠在維持毫不遜色的耐腐蝕性的同時(shí)，減少成本。
發(fā)明的第二實(shí)施方式圖1(a)和(b)是本實(shí)施方式的燃料電池堆的說(shuō)明圖。如該圖(a)所示，燃料電池堆11包括層疊多個(gè)單電池20而成的電池堆21，其中，單電池20是用一對(duì)電極夾持電解質(zhì)膜，再用一對(duì)導(dǎo)電性隔板夾持所述一對(duì)電極外側(cè)而成的。在電池堆21的內(nèi)部貫穿設(shè)有流體供應(yīng)通路71和流體排出通路72，該流體供應(yīng)通路71用于向單電池20供應(yīng)反應(yīng)氣體(燃料氣體、氧化氣體)或冷卻水，該流體排出通路72用于排出供單電池20的電池反應(yīng)使用的反應(yīng)氣體或者與單電池20進(jìn)行熱交換的冷卻水。在電池堆21的兩端部配置了一對(duì)用于取出電能的接線板31、32。接線板31、32的外側(cè)經(jīng)由絕緣板41、42而被一對(duì)端板51、52夾持。流體供應(yīng)通路71的入口端口71a和液體流出通路72的出口端口72a被形成在位于燃料電池堆10負(fù)極側(cè)的端板51上。
另外，反應(yīng)氣體供應(yīng)通路和冷卻水供應(yīng)通路、以及反應(yīng)氣體排出通路和冷卻水排出通路是彼此不同的流體通路，但是為了便于說(shuō)明，將前者統(tǒng)稱為流體供應(yīng)通路71，將后者統(tǒng)稱為流體排出通路72。此外，在沒(méi)必要區(qū)分流體供應(yīng)通路71和流體排出通路72的時(shí)候，將它們簡(jiǎn)單地統(tǒng)稱為流體通路71、72。
流體通路71、72只貫穿一對(duì)接線板31、32中的負(fù)極的接線板31而與入口端口71a及出口端口72a連通，而在正極的接線板32上未形成流體通路71、72的入口端口及出口端口。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，可以防止流經(jīng)流體通路71、72的冷卻水，或者由于電池反應(yīng)等而產(chǎn)生的反應(yīng)氣體中的水分接觸到正極的接線板32。為了更加有效地抑制水分與接線板32的接觸，最好在接線板32與電池堆21之間插入用于阻斷水分透過(guò)的阻隔板80。對(duì)于阻隔板80沒(méi)有特別的限定，只要是能夠?qū)㈦姵囟?1和接線板32電連接，并能夠阻隔水分透過(guò)的即可，例如導(dǎo)電板就很適于用作阻隔板。
如該圖(b)所示，在負(fù)極的接線板31及其附近的單電池20中有還原電流局部流動(dòng)，與此相反，在正極的接線板32及其附近的單電池20中有氧化電流局部流動(dòng)。一旦有大的氧化電流流動(dòng)的正極的接線板32接觸到水分，就會(huì)容易發(fā)生腐蝕，因此，接線板31、32的防腐對(duì)策需主要以正極側(cè)為重點(diǎn)來(lái)進(jìn)行。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，不是對(duì)燃料電池堆10的兩極(正極側(cè)、負(fù)極側(cè))分別進(jìn)行同等程度的防腐對(duì)策，而是將重點(diǎn)放在更易于腐蝕的正極側(cè)的防腐對(duì)策上，從而既能提高接線板的耐腐蝕性又能降低成本。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，與對(duì)所有的金屬隔板進(jìn)行耐腐蝕程度相同的表面處理的場(chǎng)合相比，能夠在維持毫不遜色的耐腐蝕性的同時(shí)，降低成本。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使流過(guò)流體通路的冷卻水或反應(yīng)氣體的水分不與正極側(cè)接線板接觸，能夠提高接線板的耐腐蝕性，還能夠降低成本。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池堆，包括層疊多個(gè)單電池而成的電池堆，該燃料電池堆具有所述電池堆的正極側(cè)的耐腐蝕性比負(fù)極側(cè)高的堆構(gòu)造。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其中，所述單電池通過(guò)用陽(yáng)極和陰極夾持電解質(zhì)膜的兩面，再用一對(duì)金屬隔板夾持所述陽(yáng)極和所述陰極而成，在所述堆構(gòu)造中，與位于所述電池堆的負(fù)極側(cè)的金屬隔板相比，對(duì)位于正極側(cè)的金屬隔板實(shí)施了耐腐蝕性相對(duì)高的表面處理。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池堆，其中，在所述電池堆的兩端部分別配置正極的接線板和負(fù)極的接線板，在所述堆構(gòu)造中，與位于所述負(fù)極的接線板一側(cè)的金屬隔板相比，對(duì)位于所述正極的接線板一側(cè)的金屬隔板實(shí)施耐腐蝕性相對(duì)高的表面處理。
4.如權(quán)利要求2所述的燃料電池堆，其中，在用于冷卻所述電池堆的冷卻水、或者向所述電池堆提供的反應(yīng)氣體中包含的水分接觸所述金屬隔板的部位實(shí)施所述耐腐蝕性的表面處理。
5.如權(quán)利要求4所述的燃料電池堆，其中，所述冷卻水接觸所述金屬隔板的部位是形成有冷卻水歧管的部位，所述反應(yīng)氣體中包含的水分接觸所述金屬隔板的部位是形成有氣體通路的部位。
6.如權(quán)利要求2所述的燃料電池堆，其中，所述耐腐蝕性的表面處理是使用了貴重金屬的電鍍處理、或者鍍厚膜的電鍍處理。
7.如權(quán)利要求2所述的燃料電池堆，其中，與位于所述電池堆的負(fù)極側(cè)的金屬隔板相比，對(duì)位于正極側(cè)的金屬隔板實(shí)施耐腐蝕性逐漸變高的所述耐腐蝕性的表面處理。
8.如權(quán)利要求2所述的燃料電池堆，其中，在有大于等于預(yù)定閾值的氧化電流流動(dòng)的金屬隔板上實(shí)施所述耐腐蝕性的表面處理。
9.如權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其中，所述堆構(gòu)造包括貫穿所述電池堆內(nèi)部來(lái)供應(yīng)或排出反應(yīng)氣體或冷卻水的流體通路，所述流體通路只貫穿被配置在所述電池堆的兩端上的一對(duì)接線板中的負(fù)極側(cè)接線板，而與入口端口或出口端口連通。
10.權(quán)利要求9所述的燃料電池堆，其中，在所述一對(duì)接線板中的正極的接線板和所述電池堆之間插入用于阻隔水分透過(guò)的阻隔板。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種既能提高金屬隔板耐腐蝕性又能降低成本的燃料電池堆。為了達(dá)到該目的，本發(fā)明的燃料電池堆包括層疊預(yù)定數(shù)量的單電池而成的電池堆，該單電池是用陽(yáng)極和陰極夾持電解質(zhì)膜的兩面，再用一對(duì)金屬隔板夾持所述陽(yáng)極和陰極而成，與位于電池堆負(fù)極側(cè)的金屬隔板相比，對(duì)位于正極側(cè)的金屬隔板實(shí)施耐腐蝕性相對(duì)高的表面處理。由此，與對(duì)所有的金屬隔板進(jìn)行耐腐蝕程度相同的表面處理的場(chǎng)合相比，能夠在維持毫不遜色的耐腐蝕性的同時(shí)，降低成本。
文檔編號(hào)H01M8/10GK1820388SQ20058000070
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者昆沙賀徹 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社