[发明专利]燃料电池用隔板和燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池用隔板和燃料电池。

背景技术

高分子电解质型燃料电池(以下，必要时称为“PEFC”)，通过使含有氢的燃料气体和空气等的含有氧的氧化剂气体在燃料电池中进行电化学反应，而同时产生电和热。

燃料电池具有称为MEA的膜电极组件(membrane electrodeassembly)。该MEA被一对导电性隔板(具体地说由阳极隔板和阴极隔板构成的隔板对)夹持着，并且在MEA的两面周缘部上配置有垫圈。

PEFC一般具有在一对导电性隔板之间叠层多段MEA单元的构成。

在阳极隔板的表面上，将燃料气体供给流路(燃料气体供给歧管孔)和燃料气体排出流路(燃料气体排出歧管孔)连起来而形成燃料气体(反应气体中供给阳极的包含还原剂的气体)流过的蜿蜒型的燃料气体流通区域。该燃料气体流通区域由以将燃料气体供给流路和燃料气体排出流路连起来的方式形成的多个燃料气体流路沟槽构成。这些多个燃料气体流路沟槽相互顺着弯曲成蜿蜒状，由此，形成上述蜿蜒型的燃料气体流通区域。

又，在阴极隔板的表面上，将氧化剂气体供给流路(氧化剂气体供给歧管孔)和氧化剂气体排出流路(氧化剂气体排出歧管孔)连起来而形成氧化剂气体(反应气体中供给阳极的包含氧化剂的气体)流通的蜿蜒型氧化剂气体流通区域。该氧化剂气体流通区域由以将氧化剂气体供给流路和氧化剂气体排出流路连起来的方式形成的多个氧化剂气体流路沟槽构成。这些多个氧化剂气体流路沟槽相互顺着弯曲成蜿蜒状，由此，形成上述蜿蜒型的氧化剂气体流通区域。

根据以上的构成，在燃料气体在燃料气体流通区域内的流路沟槽中流动期间以及在氧化剂气体在氧化剂气体流通区域内的流路沟槽中流动期间，这些反应气体(发电气体)被供给MEA，在MEA内部由于上述电化学反应而被消耗掉。

可是，为了PEFC的实用化，希望阳极隔板和阴极隔板具有用于实现可以更稳定地发电的反应气体的良好流通状态的构成，并对此进行了种种研究(参照专利文献1～专利文献4)。

例如，提出了一种隔板，在多个流路沟槽的折返部中设置合流该流路沟槽的反应气体的合流区域，希望实现提高在流路沟槽内产生的冷凝水的充分的排水性能，提高从流路沟槽到气体扩散电极的反应气体的气体扩散性能，降低流路阻力(压力损失)等(例如，参照专利文献2和专利文献4)。在该流路沟槽的合流区域中，以点分布的方式在与多个流路沟槽连通的凹陷部的底面上设置着多个突起。

又，也提出了另一种隔板，从反应气体供给通路(气体入口侧)向接近反应气体排出通路(气体出口侧)而连接流路沟槽，通过变更(减少)该沟槽数，而期望实现提高上述冷凝水的排水性能，提高气体扩散性能，有效地进行小型化(例如专利文献1和专利文献3)。

专利文献1：日本特开平11-250923号公报

专利文献2：日本特开平10-106594号公报

专利文献3：日本特开2000-294261号公报

专利文献4：日本特开2000-164230号公报

发明内容

但是，即便是以专利文献1～4中记载了的隔板为代表的现有的隔板，很难说实现了充分满足减少各流路沟槽的反应气体流速的偏差、提高在流路沟槽内发生的冷凝水的排水性能、提高反应气体从流路沟槽到气体扩散电极的气体扩散性能、降低流路沟槽的流路阻力(压力损失)、促进反应气体混合等的要求隔板的性能的最佳设计，特别是合流多个流路沟槽的反应气体的合流区域的设计还有改进的余地。

例如，在专利文献2中记载的折返部(格子状沟槽：合流区域)中，出于提高反应气体的气体混合促进作用的目的，以跨越多个流路沟槽的全部宽度(跨越两侧端的流路沟槽之间)的方式，形成格子状沟槽。但是，因为以形成与该多个流路沟槽垂直的直线状的边界(形成四角形的合流区域)的方式设置该格子状沟槽，所以反应气体可能滞留在该格子状沟槽中。这样一来，反应气体向位于格子状沟槽下游的多个流路沟槽的分配性由于这种反应气体的滞留状态而降低，结果，很可能招致这里的各流路沟槽间的反应气体流速的不均匀化。

特别是，当燃料电池低负载运转时(当反应气体流速为低速度时)，冷凝水容易集中在反应气体流动方向上下面的流路附近，上述反应气体滞留的这种不适合情况变得更加显著，由于水分过多，阻碍气体扩散，容易陷入使燃料电池性能下降的现象(液阻)中。

又，即便是专利文献4中记载的大致三角形的合流区域，尽管为了改善反应气体滞留的不适合情况而进行设计，但是也很难说是对于防止由上述流路沟槽内的冷凝水和生成水的集中引起的水滴使流路沟槽内闭塞(液阻)适当的设计，还有改进的余地。