[发明专利]燃料电池

说明书

本公开涉及一种燃料电池。本实施例是一种燃料电池，所述燃料电池包括单体电池的堆叠体，各个单体电池包括发电单元和设置在所述发电单元的两个表面上的隔膜，其中各个所述隔膜包括金属基材、由碳制成并在所述金属基材的发电单元侧上的第一表面上形成的碳层、和由氮化钛制成并在所述金属基材的与所述第一表面相反的第二表面上形成的氮化钛层。

技术领域

本公开涉及一种燃料电池。

背景技术

一种燃料电池包括多个结构，其中，固体聚合物电解质膜插入到阳极与阴极之间作为单体电池。此外，该燃料电池被构造为堆叠体，其中多个单体电池的电池经由具有形成作为气体(氢气、氧气等)流路的槽的隔膜(也称为双极板)进行堆叠。通过增加各个堆叠体的单体电池的数量，能够增加燃料电池的输出。

该燃料电池的隔膜还具有使产生的电流能够经过冷却剂流经的表面流到相邻的电池的功能，这需要高导电性，即低接触阻抗。

为了满足这样的需要，例如，日本未审专利申请公开第2016-201205号(JP 2016-201205 A)公开了一种燃料电池组，该燃料电池组中堆叠了多个单体电池，且各个单体电池包括设置在发电体的两个表面上的隔膜，其中，该隔膜经由在隔膜的一个表面侧上形成的氮化钛层和在氮化钛层上形成的导电碳层与发电体接触，并且经由在隔膜的另一表面侧上形成的氮化钛层与相邻的另一个隔膜的其他表面侧接触。

发明内容

这里，如上所述，在燃料电池中，为了提高燃料电池的发电性能，要使用的隔膜需要具有低接触阻抗，并且还要具有优异的耐久性，使得低接触阻抗可保持较长的一段时间。具体地，在燃料电池中，当使用燃料电池时，会生成包括氯离子或氟离子的低pH产物水(腐蚀性液体)，因此在燃料电池中使用的隔膜需要具有低初始接触阻抗，并且即使在燃料电池的使用环境中能尽可能地抑制接触阻抗的增加。

然而，在JP 2016-201205 A公开的隔膜中，在为了实现更低接触阻抗而增加碳材料的含量的情况下，树脂的含量会降低，膜的强度会降低，并且耐久性会降低。另一方面，在为了增加膜的强度而增加树脂的含量的情况下，碳材料的含量会降低并且接触阻抗会增加。因此，在JP 2016-201205 A中公开的技术难以在确保优异的耐久性的同时进一步降低接触阻抗。

因此，本公开旨在提供一种同时具有优异的接触阻抗和耐久性的燃料电池。

本实施例的一个方面如下。

(1)本公开的一个方面涉及一种燃料电池，其包括单体电池的堆叠体，各个单体电池包括发电单元和设置在所述发电单元的两个表面上的隔膜。各个所述隔膜包括金属基材、由碳制成并在所述金属基材的发电单元侧上的第一表面上形成的碳层、以及由氮化钛制成并在所述金属基材的与所述第一表面相反的第二表面上形成的氮化钛层。

根据本实施例，能够提供同时具有优异的接触阻抗和耐久性的燃料电池。具体地，在本实施例中，由碳制成的碳层在隔膜的发电单元侧上的第一表面上形成。由碳制成的所述碳层由于其优异的耐久性而具有高膜强度，且具有优异的导电性，因此能够降低所述隔膜的接触阻抗。此外，在根据本实施例的所述燃料电池中，由氮化钛制成的所述氮化钛层在所述隔膜的与所述第一表面相反的所述第二表面(即，在相邻隔膜侧上的表面)上形成。通过在所述隔膜的表面上形成所述氮化钛层，能够抑制所述隔膜的表面的氧化，能够抑制氧化膜的形成，以及能够抑制隔膜的接触阻抗随时间的增加。结果是，能够抑制所述燃料电池的内阻抗随时间的增加。

(2)根据(1)的所述燃料电池，其中，由钛制成的钛层可以被设置在所述金属基材与所述碳层之间。

因为所述金属基材(例如不锈钢基材)与所述钛层之间的附着性以及所述钛层与所述碳层之间的附着性都很优异，所以所述钛层能够进一步将所述碳层和所述不锈钢基材牢固地结合。结果是，能够进一步提高所述碳层的膜强度，并且该改进能够有助于所述隔膜的接触阻抗的减少。此外，通过添加所述钛层的抗腐蚀性，能够显著地提高所述隔膜的抗腐蚀性。