[发明专利]燃料电池

说明书

技术区域

本发明涉及燃料电池。

背景技术

固体高分子型燃料电池(以下简称“燃料电池”)是将具有离子导 电性的高分子膜作为电解质来使用的。

然而，在燃料电池发电时，空气等氧化剂气体在单电池的阴极侧 导电性隔板的气体通道中流动，氢气等燃料气体在单电池的阳极侧导 电性隔板的气体通道中流动。

所谓单电池意味着制作电池的最小单位，在燃料电池中含有由高 分子电解质膜和燃料极以及空气极构成的被称为MEA的部件和导电 性隔板。这样的单电池的详细结构会在后面进行叙述。

氢气的一部分在气体通道中流动时，在阳极侧的气体扩散电极中 的扩散层上扩散，到达气体扩散电极中的催化剂反应层。然后，在该 催化剂反应层中，氢气中的氢分子的电子被夺走从而电离并且离解成 氢离子(H⁺：质子)。从氢分子释放出的电子通过外部电路移动至阴极 侧。被电离并且离解的氢离子透过高分子电解质膜从而到达阴极侧的 气体扩散电极中的催化剂反应层

而空气中的氧气的一部分在气体通道中流动时，在阴极侧的气体 扩散电极中的扩散层中扩散，到达气体扩散电极中的催化剂反应层。 然后，在该催化剂反应层中，氧分子与电子发生反应而成为氧离子， 该氧离子进而与氢离子发生反应而生成水。

总之，在高分子电解质膜以及气体扩散电极中，通过氧化剂气体 (空气：反应气体)和燃料气体(反应气体)反应而生成水时，在两 者之间发生了电子的授受，反应热使得燃料电池FC的内部温度上升。 这样，将电子从阳极侧取出至外部，作为电流在外部电路中流动，同 时通过水在导电性隔板中流动而使上述反应热通过水被运往外部。因 此，燃料电池是通过使氢气等燃料气体和空气等氧化剂气体发生电化 学反应从而同时产生电力和热的电热合并供给装置。

接着，概略地说明串联地层叠有多个上述单电池的现有的燃料电 池堆的结构案例。

在燃料电池堆的两端，以收集由燃料电池产生的电力为目的设置 有一对导电性的集电板以及一对绝缘板。然后，以夹持燃料电池堆和 集电板以及绝缘板的方式在绝缘板的两端设置一对端板。该一对端板 通过贯通绝缘板、集电板以及燃料电池堆的四个角落的联结棒而彼此 固定且向燃料电池堆施加规定的挤推压力。由此，确保了上述燃料电 池堆内的反应气体密封用的垫圈(后述)以及水密封用的垫圈(后述) 的适宜的密封性。

然而，在将挤推压力施加于燃料电池堆的情况下，为了尽可能减 少燃料电池堆的电极部(气体扩散电极的区域)面内的荷载的不均匀 性，由端板均匀地挤推燃料电池堆的电极部是重要的。

因此，通过使用将弹性部件(弹簧)介于与燃料电池堆之间的X 形的端板，并在选定联结棒、弹簧的配置以及弹性常数上下功夫，提 案了旨在抑制燃料电池堆的面内的荷载的不均匀性的现有技术(参照 专利文献1)。

专利文献1：日本专利申请公开昭62-271364号公报(图2)

发明内容

发明要解决的课题

然而，在上述专利文献1所述的燃料电池堆的联结技术中存在着 如以下的问题。

在将联结X形端板的联结棒配置于四个角落的结构的情况下，各 个联结棒之间的距离变长，X形端板的抗弯刚度会降低。因此，促进 了端板的变形，反而导致增加燃料电池堆的电极部面内的荷载的不均 匀的可能性。

特别是，由于在燃料电池堆ST的周围(环状的外周部)的适当位 置上形成有反应气体和冷却水的供给用或者排出用的多个歧管，所以 优选将弹簧配置为直接将挤推压力施加于燃料电池堆中的外周部内侧 的电极部。如果是这样的话，那么在将上述联结棒配置在四个角落的 结构的情况下，就要使弹簧和联结棒之间的距离较长，从而不能够忽 视由于弹簧的弹性反作用力而引起的终端隔板的变形。其结果，由于 燃料电池堆的电极部的荷载不均匀的增大而引起的燃料电池发电分布 不均匀性会显著化。于是认为，施加于燃料电池堆的电极部面内的最 大荷载如果超过了某一定的水准，则可能由于电极部的电流集中而导 致微短路的发生或者燃料电池的性能降低。

总之，在日本专利文献1所述的燃料电池堆的联结技术中，丝毫 没有考虑到由于弹簧的弹性反作用力引起的端板的变形的影响，所以 有必要重新认识燃料电池堆的联结结构，以便能适宜改善如此的端板 的变形。