專利名稱：燃料電池和燃料電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池和燃料電池組。更具體地，本發(fā)明涉及包括用作氣體通路層的金屬多孔體的燃料電池和包括該燃料電池的燃料電池組。
背景技術(shù)：
聚合物電解質(zhì)燃料電池包括膜電極組件，該膜電極組件是通過在離子可滲透的電解質(zhì)膜的每一側(cè)上將催化劑層和氣體擴(kuò)散層按照此順序?qū)盈B而形成的。膜電極組件被保持在兩個(gè)氣體通路層之間，且保持在氣體通路層之間的膜電極組件被保持在兩個(gè)隔板之間。這樣，形成單個(gè)電池。將多個(gè)電池組裝在一起形成燃料電池組。包含氫的燃料氣體被供給到陽極(負(fù)極)，并且發(fā)生由下面的式(I)表示的電化學(xué)反應(yīng)，由此在陽極處從燃料氣體生成質(zhì)子。所生成的質(zhì)子穿過電極膜到達(dá)陰極(正極)。包含氧的氧化劑氣體被供給到陰極(正極)，并且發(fā)生由下面的式(2)表示的電化學(xué)反應(yīng)，其中氧與來自陽極(負(fù)極)的質(zhì)子發(fā)生反應(yīng)，從而生成水。在一對(duì)電極的電極膜側(cè)表面發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)被用來從電極獲得電能。陽極反應(yīng):H2— 2H++2e (I)陰極反應(yīng):2H++2e>(l/2)02— H2O (2)如上所述構(gòu)造的燃料電池是可用的，其中，使用氣體擴(kuò)散性和導(dǎo)電性優(yōu)良的金屬多孔體作為氣體通路層，以便將燃料氣體或氧化劑氣體供給到電極并收集通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電力。金屬多孔體的示例包括多孔金屬網(wǎng)(expanded metal)和燒結(jié)金屬泡沫。用于生產(chǎn)金屬多孔體的常規(guī)方法包括切割和延展鈦板、不銹鋼板等。例如，在鈦板、不銹鋼板等上以錯(cuò)列方式制成切縫，通過拉伸而延展帶有切縫的薄板從而獲得網(wǎng)孔狀金屬板也即多孔金屬網(wǎng)。通過以上述方式切 割和延展金屬板而獲得的金屬多孔體被根據(jù)燃料電池的外形尺寸切割成具有給定尺寸的零件。所獲得的零件配置在膜電極組件的各側(cè)上以便形成燃料電池?？梢酝ㄟ^激光切割機(jī)或使用模具將金屬多孔體切割成零件(日本專利申請(qǐng)公開N0.2010-80201 (JP-A-2010-80201 ))。利用這種方法，施加給金屬多孔體的表面壓力或熱量會(huì)使金屬多孔體的端面也即切割端面破損，由此導(dǎo)致氣孔堵塞。如圖7所示，金屬多孔體的端面40用作用于經(jīng)氣體供給歧管部20供給的氣體的入口。因此，金屬多孔體的端面部分中的氣孔堵塞增大了氣體引入壓力損失，這可能例如減少供給到電極的氣體量、降低氣體擴(kuò)散性和降低燃料電池的發(fā)電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種燃料電池，其中，充足量的燃料氣體或氧化劑氣體與金屬多孔體的端面部分處的堵塞度無關(guān)地被供給到電極，并且還提供了一種包括該燃料電池的燃料電池組。本發(fā)明的第一方面是一種燃料電池，該燃料電池包括:膜電極組件，所述膜電極組件包括電解質(zhì)膜、配置在所述電解質(zhì)膜的一側(cè)上的陽極和配置在所述電解質(zhì)膜的另一側(cè)上的陰極；多孔通路，所述多孔通路配置在所述膜電極組件的至少一側(cè)上，并且燃料氣體經(jīng)所述多孔通路供給到所述陽極或者氧化劑氣體經(jīng)所述多孔通路供給到所述陰極；以及歧管部，所述燃料氣體或所述氧化劑氣體經(jīng)所述歧管部供給到所述多孔通路，并且所述歧管部設(shè)置成沿所述電解質(zhì)膜、所述陽極、所述陰極和所述多孔通路層疊的層疊方向貫通所述燃料電池，其中，所述多孔通路的歧管部側(cè)端部在位于所述多孔通路的面向所述層疊方向的層疊表面中的至少一者處具有氣體入口。根據(jù)第一方面，供給燃料氣體或氧化劑氣體的多孔通路在端面處和在面向膜電極組件和多孔流路層疊的方向的層疊表面中的至少一者處具有氣體入口。因此，不管多孔通路的端面部分處的堵塞度如何，燃料氣體或氧化劑氣體穿過層疊表面被可靠地引入多孔通路。此外，氣體入口不僅設(shè)置在多孔通路的層疊表面處，也即，氣體入口設(shè)置在多孔通路的端部的層疊表面處，從而膜電極組件的發(fā)電面積不會(huì)減少。因而，能夠在維持充足尺寸的發(fā)電面積的同時(shí)提高氣體引入效率。這使得能夠可靠地將燃料氣體或氧化劑氣體供給到膜電極組件并且提高燃料電池組的發(fā)電性能。根據(jù)第一方面的燃料電池還可以包括:配置在所述膜電極組件的外端面與所述歧管部之間的密封部件；和配置在所述密封部件與所述多孔通路之間的遮蔽部件，其中，所述遮蔽部件的歧管部側(cè)端部比所述密封部件的歧管部側(cè)端部相對(duì)于所述燃料電池更向外延伸。根據(jù)上述構(gòu)造的燃料電池，能夠防止與多孔通路相鄰的密封部件滲透和堵塞多孔通路的氣孔的情形一該情形可能導(dǎo)致氣體入口堵塞。因此，能夠可靠地使得燃料氣體或氧化劑氣體從氣體入口流到膜電極組件并且供給到膜電極組件。此外，在根據(jù)第一方面的燃料電池中，多孔通路的歧管部側(cè)端部可以突出到歧管部內(nèi)。此外，在燃料電池中，遮蔽部件的歧管部側(cè)端部可以比多孔通路的歧管部側(cè)端部相對(duì)于燃料電池更向外延伸。根據(jù)上述構(gòu)造的 燃料電池，穿過歧管部的燃料氣體或氧化劑氣體自然地流入多孔通路中。因此，從歧管部引入氣體的效率得以提高。此外，遮蔽部件能夠改變氣體的流動(dòng)方向。這進(jìn)一步有助于氣體引入多孔通路，并促使被引入多孔通路中的氣體進(jìn)一步向內(nèi)(燃料電池中向內(nèi))流動(dòng)。因而，能夠?qū)⒊渥懔康娜剂蠚怏w或氧化劑氣體有效地引入多孔通路中并有助于氣體流過多孔通路，由此提高燃料電池組的發(fā)電性能。根據(jù)第一方面的燃料電池還可以包括:與所述膜電極組件的歧管部側(cè)端部相鄰配置的密封部件，其中，所述陽極和陰極中與所述多孔通路接觸的一者的歧管部側(cè)端部比所述密封部件的歧管部側(cè)端部相對(duì)于所述燃料電池更向外延伸。在根據(jù)第一方面的燃料電池中，可以采用這樣一種構(gòu)造，其中，在所述膜電極組件的一側(cè)上配置有具有突出部的隔板，所述多孔通路夾置在所述隔板與所述膜電極組件之間，所述歧管部和由所述隔板的所述突出部形成的空間彼此連通，并且所述多孔通路設(shè)置成使得所述多孔通路的歧管部側(cè)邊緣位于所述隔板的所述突出部的寬度范圍內(nèi)的位置處。根據(jù)上述構(gòu)造的燃料電池，能夠在抑制歧管部內(nèi)部的氣體的壓力損失的同時(shí)將燃料氣體或氧化劑氣體引入多孔通路。本發(fā)明的第二方面是一種包括根據(jù)第一方面的燃料電池的燃料電池組。根據(jù)本發(fā)明，能夠與多孔通路的端面部分的切割狀態(tài)和氣孔率無關(guān)地將燃料氣體或氧化劑氣體可靠地供給到膜電極組件，由此提供一種發(fā)電性能得以提高的燃料電池組。


下面結(jié)合

本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)及技術(shù)和工業(yè)意義，其中，類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件，并且其中:圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池組；圖2A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池從陰極側(cè)看時(shí)的平面圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池從陽極側(cè)看時(shí)的平面圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的燃料電池沿圖2A和2B中的線A-A剖開的截面圖；圖3B是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的燃料電池沿圖2A和2B中的線A2-A2剖開的截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的燃料電池的截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的燃料電池的截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的燃料電池的截面圖；圖7是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的燃料電池的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照?qǐng)D1、2A、2B、3A和3B說明本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1示出燃料電池組I。圖2A是燃料電池2 (下文中也稱為“電池2”)從陰極側(cè)看時(shí)的平面圖。圖2B是電池2從陽極側(cè)看時(shí)的平面圖。也即，圖2A示出電池2的一側(cè)，圖2B示出電池2的另一側(cè)。圖3A是沿圖2A和2B中的線A-A剖開的截面圖。圖3B是沿圖2A和2B中的線A2-A2剖開的截面圖。如圖1所示，燃料電池組I是通過層疊多個(gè)單元電池2形成的。層疊的電池2串聯(lián)地電連接。通過電池2處的發(fā)電獲得的電流在設(shè)置于在層疊的電池2的層疊方向上的兩端處的兩個(gè)集電板30處收集。所收集的電流被供給到電氣設(shè)備例如電負(fù)載和二次電池。應(yīng)注意，盡管在第一實(shí)施例中燃料電池組I是通過層疊多個(gè)燃料電池2而形成的，但是燃料電池組I可以僅包括一個(gè)燃料電池2。燃料電池組I的集電板30具有燃料氣體入口 32a、氧化劑氣體入口 34a和冷卻劑入口 36a，燃料氣體、氧化劑氣體和冷卻劑分別經(jīng)這些入口引入燃料電池組I。此外，集電板30具有燃料氣體出口 32b、氧化劑氣體出口 34b和冷卻劑出口 36b，燃料氣體、氧化劑氣體和冷卻劑分別經(jīng)這些出口從燃料電池組I排出。如圖2A所示，電池2在其外周的端部處具有燃料氣體供給歧管部18a、氧化氣體供給歧管部20a和冷卻劑供給歧管部22a。電池2在其外周的另一端部處在與上述相應(yīng)供給歧管部的位置相對(duì)的位置處還具有燃料氣體排出歧管部18b、氧化劑氣體排出歧管部20b和冷卻劑排出歧管部22b。這些供給歧管部和排出歧管部分別設(shè)置成在電池2層疊的方向(下文中稱為“層疊方向”)上貫通電池2。當(dāng)電池2層疊時(shí)，形成用于燃料氣體、氧化劑氣體和冷卻劑的通路。燃料氣體供給歧管部18a、氧化氣體供給歧管部20a和冷卻劑供給歧管部22a分別與形成在燃料電池組I的集電板30中的燃料電池入口 32a、氧化劑氣體入口 34a和冷卻劑入口 36a連通。類似地，燃料氣體排出歧管部18b、氧化劑氣體排出歧管部20b和冷卻劑排出歧管部22b分別與形成在燃料電池組I的集電板30中的燃料氣體出口 32b、氧化劑出口34b和冷卻劑出口 36b連通。燃料氣體經(jīng)電池2的燃料氣體供給歧管部18a供給到每個(gè)電池2，在電池2的內(nèi)部斜對(duì)地(沿對(duì)角線)流動(dòng)，并且經(jīng)電池2的燃料氣體排出歧管部18b從電池2排出。類似地，氧化劑氣體經(jīng)電池2的氧化劑氣體供給歧管部20a供給到每個(gè)電池2，在電池2的內(nèi)部斜對(duì)地流動(dòng)，并且經(jīng)電池2的氧化劑氣體排出歧管部20b從電池2排出。冷卻劑經(jīng)電池2的冷卻劑供給歧管部22a供給到每個(gè)電池2，流過此電池2與和此電池2相鄰定位的另一電池2之間的間隙，并且經(jīng)電池2的冷卻劑排出歧管部22b從此電池2排出。應(yīng)注意，在第一實(shí)施例中，燃料氣體供給歧管部18a和氧化劑氣體供給歧管部20a分別相對(duì)于燃料氣體排出歧管部18b和氧化劑氣體排出歧管部20b斜對(duì)地定位。然而，歧管部的位置和氣體的流動(dòng)方向可以根據(jù)需要變化，只要燃料氣體在隔板的一側(cè)上流動(dòng)并且氧化劑氣體在隔板的另一側(cè)上流動(dòng)即可。如圖2B所示，當(dāng)從陽極側(cè)看時(shí)，電池2在其外周的端部處具有各種歧管部。電池2在其形成從冷卻劑供給歧管部22a延伸到冷卻劑排出歧管部22b的通路的中央部處具有凹進(jìn)部，該凹進(jìn)部在背面上是突出部。假定陰極側(cè)為正面并且陽極側(cè)為背面，則凹進(jìn)部(突出部)通過凹進(jìn)部42和突出部44形成。燃料氣體沿凹進(jìn)部42流動(dòng)，冷卻劑沿突出部44流動(dòng)。此外，在位于外周的端部處的歧管部與位于中央部處的凹進(jìn)部(突出部)之間設(shè)有階梯部46。階梯部46之一與燃料氣體供給歧管部18a和凹進(jìn)部42連通，并且使得經(jīng)燃料氣體供給歧管部18a供給的燃料氣體進(jìn)一步向內(nèi)。圖3A是沿圖2A中的線A-A剖開的截面圖，并且箭頭指示氧化劑氣體如何供給到陰極。電池2包括膜電極組件6、陰極側(cè)多孔通路8、陽極側(cè)凹槽通路10、密封部件12、隔板14a和14b、以及遮蔽部件16。應(yīng)注意，圖3A、3B、4、5和6分別示出層疊的兩個(gè)電池2的左側(cè)部分。應(yīng)注意，附圖標(biāo)記僅指代上部電池2的部件。膜電極組件6由離·子可傳導(dǎo)的電解質(zhì)膜3、配置在電解質(zhì)膜3的一側(cè)上的陰極4和配置在電解質(zhì)膜3的另一側(cè)上的陽極5形成。從供給到陽極5的燃料氣體生成質(zhì)子和電子。質(zhì)子穿過電解質(zhì)膜3到達(dá)陰極4。這些質(zhì)子與供給到陰極4的氧化劑氣體發(fā)生反應(yīng)，由此生成電能和水。用于膜電極組件6的材料的示例包括下列。也即，可以使用具有作為骨架的含氟聚合物的離子交換樹脂作為用于電解質(zhì)膜3的材料。對(duì)于陽極4和陰極5，可以使用通過使碳材料(例如碳黑)支承金屬催化劑例如Pt或Au而形成的導(dǎo)電載體。多孔通路8由金屬多孔體例如多孔金屬網(wǎng)或金屬燒結(jié)體形成，并且設(shè)置在膜電極組件6的陰極側(cè)上。多孔通路8的端部伸入氧化劑氣體供給歧管部20a內(nèi)。陰極側(cè)多孔通路8與氧化劑氣體供給歧管部20a連通。通過多孔通路8，經(jīng)氧化劑氣體供給歧管部20a引入的氧化劑氣體被供給到膜電極組件6的陰極5。隔板14a由導(dǎo)電平板(其由鋁或不銹鋼之類的金屬制成)形成，并且配置在多孔通路8的位于多孔通路8的相對(duì)于膜電極組件6的相反側(cè)的表面上。隔板14a在與氧化劑氣體供給歧管部20a相對(duì)應(yīng)的位置處具有開口，由此形成用于氧化劑氣體的通路。類似地，隔板14a在與燃料氣體供給歧管部18a、冷卻劑供給歧管部22a、燃料氣體排出歧管部18b、氧化劑氣體排出歧管部20b和冷卻劑排出歧管部22b相對(duì)應(yīng)的位置處具有開口(圖3A和3B中未示出)。隔板14b設(shè)置在膜電極組件6的陽極側(cè)上。與隔板14a類似，隔板14b由諸如鋁或不銹鋼之類的金屬制成。隔板14b在其中央部處具有凹進(jìn)部(突出部)，該凹進(jìn)部(突出部)形成從冷卻劑供給歧管部22a延伸到冷卻劑排出歧管部22b的通路(見圖2B)。凹進(jìn)部(突出部)由凹進(jìn)部42和突出部44形成。燃料氣體沿凹進(jìn)部42流動(dòng)，冷卻劑沿突出部44流動(dòng)。隔板14b在位于外周的端部處的歧管部與位于中央部處的凹進(jìn)部(突出部)之間還具有階梯部46。隔板14b的在氧化劑氣體供給歧管部20a與位于中央部處的凹進(jìn)部42之間的階梯部46形成為樓梯狀。隔板14b在其氧化劑氣體供給歧管部20a側(cè)與膜電極組件6和密封部件12接觸。隔板14b在階梯部46處與膜電極組件6隔開，并且在電池2的中央部處在凹進(jìn)部42處與相鄰電池接觸。因而，在膜電極組件6與隔板14b之間形成間隙，由此形成供燃料氣體流動(dòng)的凹槽通路10。也即，經(jīng)燃料氣體供給歧管部18a (在圖3A和3B中未示出)供給的燃料氣體流過凹槽通路10并供給到陽極5。如圖3B所示，在氧化劑氣體供給歧管部20a與電池2的中央部處的突出部44之間，隔板14b的階梯部46形成為在層疊方向上朝向相鄰的電池突出。隔板14b在其氧化劑氣體供給歧管部20a側(cè)處與膜電極組件6和密封部件12接觸。隔板14b在階梯部46處與膜電極組件6隔開，并且還在電池2的中央部處在突出部44處與膜電極組件6接觸。因而，在隔板14b與相鄰電池的隔板14a之間形成空間50，冷卻劑經(jīng)該空間50流動(dòng)。也即，經(jīng)冷卻劑供給歧管部22a (圖3B中未示出)供給的冷卻劑在隔板14b與相鄰電池2之間流動(dòng)以冷卻電池2。應(yīng)注意，在第一實(shí)施例中，突出部和凹進(jìn)部形成在隔板14b的兩側(cè)上，并且一側(cè)上的突出部和凹進(jìn)部分別與另一側(cè)上的凹進(jìn)部和突出部相匹配。作為替代，隔板14b可以形成為使得其一側(cè)為平的，而其另一側(cè)具有突出部和凹進(jìn)部。遮蔽部件16和密封部件12在電池2的氧化劑氣體供給歧管部20a側(cè)處配置在多孔通路8與隔板14b之間。遮蔽部件16由諸如鋁或不銹鋼之類的金屬制成。遮蔽部件16的氧化劑氣體供給歧管部20a 側(cè)的端部比多孔通路8的端部相對(duì)于電池2更向外延伸。遮蔽部件16的另一端部比陰極4的端部相對(duì)于電池2更向內(nèi)延伸，以便被保持在陰極4與多孔通路8之間。利用上述結(jié)構(gòu)，能夠防止密封部件12滲透和堵塞多孔通路8的氣孔而減小孔隙率的情形。應(yīng)注意，遮蔽部件16的端部相對(duì)于電池2向外延伸的特征意味著遮蔽部件16的端部在遮蔽部件16的平面內(nèi)相對(duì)于電池2向外延伸。密封部件12與膜電極組件6和凹槽通路10的端面相鄰地設(shè)置在遮蔽部件16的相對(duì)于多孔通路8的相反側(cè)上，以便密封氧化劑氣體供給歧管部20a與膜電極組件6和凹槽通路10之間的間隙。因此，經(jīng)氧化劑氣體供給歧管部20a供給的氧化劑氣體經(jīng)多孔通路8供給到膜電極組件6，而不會(huì)泄露到陽極5或凹槽通路10。襯墊13配置在電池2的隔板14b與相鄰電池2的隔板14a之間。在這些隔板14b和14a之間形成的間隙形成用于冷卻劑的通路。在根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池2中，供給到氧化劑氣體供給歧管部20a的氧化劑氣體經(jīng)陰極側(cè)多孔通路8的隔板14a側(cè)的層疊表面的端部供給到陰極4，該層疊表面是面向?qū)盈B方向的表面。因此，即使多孔通路8的端面部分的孔隙率低，充足量的氧化劑氣體也能引入多孔通路8并供給到陰極4，由此能夠提高燃料電池組I的發(fā)電性能。而且，能夠防止與多孔通路8相鄰的密封部件12滲透多孔通路8導(dǎo)致堵塞的情形一這種情形可能導(dǎo)致氣體入口堵塞。因而，能夠可靠地使得燃料氣體或氧化劑氣體從氣體入口流到膜電極組件6并供給到膜電極組件6。此外，多孔通路8的層疊表面的端部用作氣體入口。因此，氣體入口與氧化劑氣體供給歧管部20a相鄰，并且不需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。因此，能夠增大氣體引入效率而不會(huì)減少發(fā)電面積(表面面積)，由此達(dá)成高發(fā)電性能。應(yīng)注意，在第一實(shí)施例中，如圖3A中箭頭所示，氧化劑氣體從陽極側(cè)朝向陰極側(cè)供給。作為替代，氧化劑氣體可以從陰極側(cè)朝向陽極側(cè)供給。當(dāng)如第一實(shí)施例中氧化劑氣體從陽極側(cè)朝向陰極側(cè)供給時(shí)，氧化劑氣體在歧管部20a內(nèi)部流動(dòng)的方向和氧化劑氣體引入多孔通路8的方向彼此相反。因此，氣體不會(huì)迅速流入多孔通路8，這使得能夠?qū)怏w均勻地供給到燃料電池組I的每個(gè)電池
2。另一方面，當(dāng)氧化劑氣體從陰極側(cè)朝向陽極側(cè)供給時(shí)，遮蔽部件16用作引導(dǎo)件，從而使氣體更有效地引入多孔通路8。接下來，結(jié)合圖4說明第二實(shí)施例。與圖3A—樣，圖4是沿圖2A和2B中線A-A剖開的截面圖。下面不再說明與圖3A中結(jié)構(gòu)相同的部分。在第二實(shí)施例中，在多孔通路8與密封部件12之間的邊界處沒有設(shè)置遮蔽部件16，并且陰極電極4的端部在氧化劑氣體供給歧管部20a的方向上延伸。在氧化劑氣體供給歧管部20a側(cè)處，陰極4的端部比密封部件12的端部相對(duì)于電池2更向外延伸。因而，陰極4覆蓋電解質(zhì)膜3和密封部件12，由此提供遮蔽效果。應(yīng)注意，陰極電極4的端部相對(duì)于電池2向外延伸的特征意味著陰極電極4的端部在陰極電極4的平面內(nèi)相對(duì)于電池2向外延伸。當(dāng)擴(kuò)散層(未示出)夾置在陰極電極4與多孔通路8之間時(shí)，除了或者代替陰極電極4，擴(kuò)散層的端部可以比密封部件12的端部相對(duì)于電池2更向外延伸。利用具有上述結(jié)構(gòu)的燃料電池，電池結(jié)構(gòu)簡化，從而能夠減少部件數(shù)量。此外，發(fā)電面積沒有由于遮蔽部件而減少。因而，能夠在確保膜電極組件中足夠尺寸的發(fā)電面積的同時(shí)將燃料氣體或氧化劑氣體有效地 供給到多孔通路。結(jié)合圖5說明第三實(shí)施例。類似圖3A，圖5是沿圖2A和2B中的線A-A剖開的截面圖。下面不再說明與圖3A中結(jié)構(gòu)相同的部分。在氧化劑氣體供給歧管部20a側(cè)，多孔通路8的端部比遮蔽部件16的端部相對(duì)于電池2更向內(nèi)配置。隔板14a在與多孔通路8的端部相對(duì)應(yīng)的位置處具有突出部，并且多孔通路8的端部配置在與隔板14a的突出部相對(duì)應(yīng)的位置處。因此，經(jīng)氧化劑氣體供給歧管部20a供給的氧化劑氣體經(jīng)多孔通路8的端部的端面和上表面引入，并被供給到膜電極組件6。隔板14b沿凹槽通路10的外周具有鍵狀彎曲部。隔板14a的突出部配合進(jìn)隔板14b的鍵狀彎曲部中。冷卻劑流過隔板14b與相鄰電池2的隔板14a之間的間隙。利用根據(jù)第三實(shí)施例的燃料電池2，供給到氧化劑氣體供給歧管部20a的氧化劑氣體經(jīng)多孔通路8的上表面(隔板14a側(cè)的表面)的一部分(該部分位于與隔板14a的突出部相對(duì)應(yīng)的位置處并且用作氣體入口)有效地供給到陰極4。因此，即使當(dāng)多孔通路8的端面部分的孔隙率低時(shí)，也能將充足量的氧化劑氣體引入多孔通路8并供給到陰極4。此外，氧化劑氣體供給歧管部20a內(nèi)的氣體通路的壓力損失減小。因此，燃料電池組I的發(fā)電性能得以提聞。接下來，結(jié)合圖6說明第四實(shí)施例。與圖3A類似，圖6是沿圖2A和2B中的線A-A剖開的截面圖。下面不再說明與圖3A中結(jié)構(gòu)相同的部分。
多孔通路8的端部比遮蔽部件16的端部相對(duì)于燃料電池2更向外配置，突出到氧化劑氣體供給歧管部20a中。應(yīng)注意，在第四實(shí)施例中，氧化劑氣體供給歧管部20a是由設(shè)置在隔板14a、14b中沿層疊方向?qū)R以便貫通燃料電池組的歧管孔形成的通孔。在燃料電池組的在層疊方向上的端部處，氧化劑氣體供給歧管部20a與形成在集電板30中的氧化劑氣體入口 34a連通。利用根據(jù)第四實(shí)施例的燃料電池2，供給到氧化劑氣體供給歧管部20a的氧化劑氣體從多孔通路8的在層疊方向上的下表面引入多孔通路。然后，氧化劑氣體沿兩個(gè)方向流動(dòng)。也即，沿一個(gè)方向流動(dòng)的氧化劑氣體穿過多孔通路8，被排進(jìn)氧化劑氣體供給歧管部20a中，并且朝向下一電池2流動(dòng)；而沿另一方向流動(dòng)的氧化劑氣體在多孔通路8的內(nèi)部流動(dòng)。此外，從多孔通路8排進(jìn)氧化劑氣體供給歧管部20a中的氧化劑氣體的一部分會(huì)被反轉(zhuǎn)以便從多孔通路8的在層疊方向上的上表面引入多孔通路8。這樣從多孔通路8的上下表面引入多孔通路8的氧化劑氣體流過多孔通路8，并供給到膜電極組件6。因而，充足量的氧化劑氣體從多孔通路8的上下層疊表面引入多孔通路8。結(jié)果，不管多孔通路8的端面部分的孔隙率如何，都能夠?qū)⒀趸瘎怏w可靠地引入多孔通路8，使得氧化劑氣體流過多孔通路8，并將氧化劑氣體供給到陰極4，由此提高燃料電池組I的發(fā)電性能。應(yīng)注意，氧化劑氣體的流動(dòng)方向和流量可以根據(jù)多孔通路8的孔尺寸和形狀而改變。應(yīng)注意，在第一至第四實(shí)施例的上述說明中，對(duì)氧化劑氣體從氧化劑氣體供給歧管部20a供給到陰極側(cè)多孔通路8的方式做了具體說明。但是，這些實(shí)施例還可以應(yīng)用于將燃料氣體從燃料氣體供給歧管部18a供給到陽極側(cè)多孔通路10的情形。另外，在這些實(shí)施例中，對(duì)氧化劑氣體從陽極側(cè)到陰極側(cè)流過氧化劑氣體供給歧管部20a的情形做了具體說明。但是，氧化劑氣體的流動(dòng)方向并不局限于此。氧化劑氣體可以從陰極側(cè)流到陽極側(cè)。已經(jīng)參照僅用于解釋說明目的給出的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明。應(yīng)理解，本說明書不是對(duì)本發(fā)明作出無遺漏的或者限制性的說明，本發(fā)明還可以適用于其它系統(tǒng)或應(yīng)用。本發(fā)明的范圍 涵蓋本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的各種變型和等同布置。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，其特征在于包括: 膜電極組件，所述膜電極組件包括電解質(zhì)膜、配置在所述電解質(zhì)膜的一側(cè)上的陽極和配置在所述電解質(zhì)膜的另一側(cè)上的陰極； 多孔通路，所述多孔通路配置在所述膜電極組件的至少一側(cè)上，并且燃料氣體經(jīng)所述多孔通路供給到所述陽極或者氧化劑氣體經(jīng)所述多孔通路供給到所述陰極；以及 歧管部，所述燃料氣體或所述氧化劑氣體經(jīng)所述歧管部供給到所述多孔通路，并且所述歧管部設(shè)置成沿所述電解質(zhì)膜、所述陽極、所述陰極和所述多孔通路層疊的層疊方向貫通所述燃料電池，其中 所述多孔通路的歧管部側(cè)端部具有位于所述多孔通路的面向所述層疊方向的層疊表面中的至少一者處的氣體入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，還包括: 配置在所述膜電極組件的外端面與所述歧管部之間的密封部件；和 配置在所述密封部件與所述多孔通路之間的遮蔽部件，其中 所述遮蔽部件的歧管部側(cè)端部比所述密封部件的歧管部側(cè)端部相對(duì)于所述燃料電池更向外延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池，其中，所述遮蔽部件的所述歧管部側(cè)端部比所述多孔通路的所述歧管部側(cè)端部相對(duì)于所述燃料電池更向外延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，還包括:` 與所述膜電極組件的歧管部側(cè)端部相鄰配置的密封部件，其中所述陽極和陰極中與所述多孔通路接觸的一者的歧管部側(cè)端部比所述密封部件的歧管部側(cè)端部相對(duì)于所述燃料電池更向外延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其中，所述多孔通路的所述歧管部側(cè)端部突出到所述歧管部內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其中， 在所述膜電極組件的一側(cè)上配置有具有突出部的隔板，所述多孔通路夾置在所述隔板與所述膜電極組件之間， 所述歧管部和由所述隔板的所述突出部形成的空間彼此連通，并且所述多孔通路設(shè)置成使得所述多孔通路的歧管部側(cè)邊緣位于所述隔板的所述突出部的寬度范圍內(nèi)的位置處。
7.一種燃料電池組，其特征在于包括根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的燃料電池。
全文摘要
一種燃料電池(2)包括膜電極組件(6)，該膜電極組件具有電解質(zhì)膜(3)、配置在電解質(zhì)膜的一側(cè)上的陽極(5)和配置在電解質(zhì)膜的另一側(cè)上的陰極(4)；多孔通路(8)，該多孔通路配置在膜電極組件(6)的至少一側(cè)上，并且燃料氣體經(jīng)該多孔通路供給到陽極(5)或者氧化劑氣體經(jīng)該多孔通路供給到陰極(4)；以及歧管部(20a)，燃料氣體或氧化劑氣體經(jīng)該歧管部供給到多孔通路(8)，并且該歧管部設(shè)置成沿電解質(zhì)膜(3)、陽極(5)、陰極(4)和多孔通路(8)層疊的層疊方向貫通燃料電池(2)，其中，多孔通路(8)的歧管部側(cè)端部具有位于多孔通路(8)的面向?qū)盈B方向的層疊表面中的至少一者處的氣體入口。
文檔編號(hào)H01M8/00GK103250290SQ201180058772
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者佐藤研二 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社