[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及用于便携式电源、电动汽车用电源和家庭内热电联供系统的燃料电池，特别是使用了高分子电解质膜的燃料电池。

背景技术

作为现有的燃料电池有高分子电解质型燃料电池。在这种高分子电解质型燃料电池中，夹着高分子电解质膜而形成了由催化剂反应层和气体扩散层构成的阳极和阴极，分别向阳极和阴极供给含有氢的燃料气体和空气等含有氧的氧化剂气体(以下有时将燃料气体和氧化剂气体统称为反应气体)。并且，在阳极处，由于电极反应从燃料气体中的氢原子中释放电子生成了氢离子，同时该电子通过外部回路(负载)到达阴极。另外，氢离子通过高分子电解质膜到达阴极。并且，在阴极，氢离子与电子以及氧化剂气体中的氧结合而生成水。于是，在该反应进行的时候同时产生了电力和热能。

在此，在现有的燃料电池中使用如下得到的部件：在选择性地输送氢离子的高分子电解质膜的两面形成将担载了铂等的有催化能力的金属的碳粉末作为主成分的催化剂反应层后，在该催化剂反应层的外侧形成同时具有燃料气体的通气性和电子传导性的气体扩散层。将其称为电极电解质膜接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)。

其次，在现有的燃料电池中使用如下得到的部件：如图16所示，包围MEA4的气体扩散层5和催化剂层6而配设与高分子电解质膜7的周缘部相接触的垫圈40，从而使得所供给的燃料气体和氧化剂气体不会外漏，各个气体也不会相互混合，再进一步配设用于将邻接的MEA4相互电串联连接的导电性隔板41。将由MEA4、垫圈40以及隔板41所构成的部件称为单电池。

在隔板41和MEA4的气体扩散层5相接触的部分，形成有用于向阳极和阴极供给反应气体并将生成气体和剩余气体排出的气体流道3。虽然气体流道3也可以与隔板41分别设置，但通常是在隔板41的表面形成沟槽，将由这个沟槽和气体扩散层5形成的流道沟槽作为气体流道3的方式。

此外，在现有的燃料电池中，由于上述高分子电解质膜7的机械强度较弱，如图17所示，也采用以保护膜10增强高分子电解质膜7的周缘部的方法(参照专利文献1、专利文献2)。

在如上述的燃料电池中，需要通过隔板41对MEA4均匀地加压。在MEA4没有被隔板41均匀地加压的情况下，产生MEA4被隔板41强加压的部分和弱加压的部分。

在此，在MEA4被隔板41强加压的部分，如上所述固体电解质膜7机械强度弱，因而会导致由于局部压力的集中而在固体电解质膜7上产生小孔。

另一方面，在MEA4被隔板41弱加压的部分，气体扩散层5和隔板41不能充分地接触，作为整体气体扩散层5和隔板41的接触面积减少，因而发电电压会降低。

再则，在MEA4被隔板41弱加压的部分，在隔板41和气体扩散层5之间会产生间隙。并且如图18所示，在从反应气体供给集流管(manifold)孔2a供给的反应气体到达反应气体排出集流管孔2b的过程中，容易穿过这个间隙(图18中的B所示的部分)，从而在气体流道3的一部分中就会产生反应气体的供给不足的部分(图18中的A所示的部分)。在反应气体的供给不足的部分中，电极反应的极化增大，因而电池性能降低。

此外，一般的固体高分子电解质膜7在湿润状态显示出高的离子传导性，所以向形成在隔板41上的气体流道3供给的反应气体为被加湿的状态。再则，由于加入电极反应的生成水，气体流道3之中成为容易产生凝结水的环境。为了防止该凝结水闭塞气体流道3，现有的燃料电池的气体流道3形成为了除去凝结水而以充分的压力供给反应气体的设计。但是，如上所述，在气体流道3的反应气体的供给不足的部分，除去凝结水的能力降低，电池性能变得降低。

因此，在如上所述的燃料电池中，为了使气体扩散层5被隔板41均匀地加压，通常使隔板41和气体扩散层5的接触面变为均匀，使与气体扩散层5相接触的隔板41的表面高度均匀。

专利文献1：专利文献1：日本特开平5-242897号公报

专利文献2：专利文献2：日本特开2004-47230号公报

发明内容

可是，在如上所述的现有的燃料电池中，隔板和气体扩散层没有充分均匀地接触。

本发明就是为了解决这样的问题而做出的，目的是提供隔板和气体扩散层充分均匀地接触的燃料电池。