[发明专利]高分子电解质型燃料电池及用于其的燃料电池用密封部件

说明书

技术领域

本发明涉及用于便携式电源、便携设备用电源、电动汽车用电源和家庭内热电联供系统等的使用高分子电解质的燃料电池。

背景技术

高分子电解质型燃料电池是，在作为气体扩散电极的阳极以及阴极中分别使作为反应气体的氢等的燃料气体和空气等的氧化剂气体进行电化学反应，同时产生电和热的电池。在图8中表示了这样的高分子电解质型燃料电池的一般基本构成(单电池)的主要部分截面图。如图8所示，燃料电池100具备至少一个主要包括膜电极组件(MEA)110和夹持着膜电极组件110的一对板状的隔板、即阳极侧隔板120以及阴极侧隔板130的构成的单电池。

膜电极组件110具有在阳极112和阴极113之间配置有选择性地输送阳离子(氢离子)的高分子电解质膜111的构成。而且，阳极112至少包含着以贴紧于高分子电解质膜111侧的状态配置的催化剂层114和在该催化剂层114与阳极侧隔板120之间配置的气体扩散层116；阴极113至少包含着以贴紧于高分子电解质膜111侧的状态配置的催化剂层115和在该催化剂层115与阴极侧隔板130之间配置的气体扩散层117。

催化剂层114、115是以担载了电极催化剂(例如铂类金属)的导电性碳粉末为主要成份的层。另外，气体扩散层116、117是兼备透气性和导电性的层。该气体扩散层116、117通过例如在由碳形成的导电性多孔基材之上形成由导电性碳粉末和氟树脂形成的导电性拨水层而得到。

在此，如图8所示，在MEA110中，从为了防止气体泄漏而配置密封部件(垫圈)140、150的观点出发，具有高分子电解质膜111的主面的大小大于阳极112和阴极113的主面的大小并且高分子电解质膜111的全部外缘部比阳极112和阴极113的外缘部更加突出于外侧这样的构成。在本说明书中，将这些比阳极112和阴极113的外缘部更加突出于外侧的高分子电解质膜111的外缘部称作为“露出部”(图8中的P)。

阳极侧隔板120和阴极侧隔板130具有导电性，机械性地固定MEA110，同时在层叠多个MEA110的情况下将邻接的MEA110彼此之间互相电串联连接。另外，在阳极侧隔板120和阴极侧隔板130上的一个面(即阳极侧隔板120和阴极侧隔板130的分别与阳极112和阴极113相接触的一侧的主面)上形成有气体流道124、135，该气体流道124、135用于向阳极120和阴极130供给反应气体，将含有由电极反应生成的生成物和未反应的反应物的气体运往MEA110外部。

而且，在阳极侧隔板120和阴极侧隔板130的另外一面上形成有冷却流体流道127、137，其用于导入用于将电池温度调节成大致一定的冷却流体(冷却水等)。通过形成使冷却流体在燃料电池和配置在外部的换热器之间循环的构成，从而能够以温水等的形式利用由反应所产生的热能。

从能够使制造工序简单化等优点的角度出发，通常的方式是在阳极侧隔板120和阴极侧隔板130的分别与阳极112和阴极113相接触的一侧的主面上配设沟槽而形成气体流道124、135。另外，通常的方式是在阳极侧隔板120和阴极侧隔板130的外侧的主面上设置沟槽而形成冷却流体流道127、137。

另外，在使阳极侧隔板120和阴极侧隔板130介于多个MEA110之间并电串联层叠多个MEA110而得到的所谓的层叠型的燃料电池(燃料电池堆)中，设置有用于将供给燃料电池的反应气体进行分流而供给各个MEA110的集流管(manifold)(将设置于阳极侧隔板120和阴极侧隔板130上的反应气体供给用集流管孔及反应气体排出用集流管孔以连续性地层叠的状态组合而形成的集流管(未图示))。

另外，设置有用于使供给燃料电池的冷却流体分流从而供给各MEA110的集流管(将设置于阳极侧隔板120和阴极侧隔板130的冷却流体用集流管孔及冷却流体排出用集流管孔以连续性地层叠的状态组合而形成的集流管(未图示))。将如上所述在燃料电池的内部所形成的集流管称为内部集流管，这样的“内部集流管型”的燃料电池是通常的。

而且，在燃料电池100中，为了防止反应气体的气体泄漏(燃料气体向阴极112侧的泄漏，氧化剂气体向阳极113侧的泄漏，反应气体向MEA110外部的泄漏等)，在互相面对着的阳极侧隔板120及阴极侧隔板130之间，在MEA110的外缘部(阳极112及阴极113的外部的高分子电解质膜111的外缘部)，配置了具有气体密封功能的一对面对着的密封部件，即阳极侧密封部件140和阴极侧密封部件150。