[发明专利]管状燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及管状燃料电池，更具体而言涉及具有改进的发电性能的管状燃料电池。

背景技术

为了将管状燃料电池(在适当的地方称为“管状PEFC”)每单位面积的功率密度提高到一定水平，对管状燃料电池已经进行了持续地研究。通常，管状PEFC的单体电池(下文适当的地方称为“管状电池”)包括薄膜电极组件(下文称为“MEA”)，其具有形成为中空形状的电解质薄膜及设置在电解质薄膜内外侧上的催化剂层。在单体电池中，发生电反应，例如，当向MEA的内侧供给氢气(简称为“氢”)，并向MEA的外侧供给氧气(简称为“氧”)时，通过电反应产生的电力分别由设置在MEA的内外侧上的集电器收集，然后输出到外界。注意，设置在MEA内侧上的集电器称为“内集电器”，并且设置在MEA外侧上的集电器称为“外集电器”。即，在管状PEFC中，通过向MEA的内侧供给一种反应气体(例如，氢)，并向MEA的外侧供给另一种反应气体(例如，氧)来进行发电。因此，在管状PEFC中，两个或更多个相邻的单体电池的外表面暴露在供给到公共空间的反应气体中，因而与平板式PEFC的情形不同，无需在单体电池之间设置还用作气体防护件的分离器。这样，管状PEFC在尺寸上可制得紧凑。

作为关于管状燃料电池的技术的一个实例，PCT申请No.2004-505417的公开的日文译文描述了一种燃料电池，其中微电池的所有组件都构造在单个纤维总成内。根据该文献内的相关描述，该结构能够进行高功率密度地发电，并允许使电化学电池块(即，管状电池)的尺寸最小。

如上所述，在管状PEFC中，使用氢和空气发电。为了防止这些气体彼此混合，在各管状电池的端部处设置密封部分。例如，在如PCT申请No.2004-505417的公开的日本译文中所描述的管状PEFC中，参考图3，在内集电器5四周设置包括内催化剂层92、电解质薄膜91和外催化剂层92b的MEA 96，并且外集电器(未示出)设置成与外催化剂层92b接触，在MEA 96的端部处分别设置密封部分971、972。但是，在该管状PEFC中，向外催化剂层92b的表面和各端部的端面供给一种反应气体(图3中为氢)，并向外催化剂层92b的中部的表面供给其它反应气体(图3中为氧)。因此，当向外催化剂层92b的不同部分供给氢和氧时，在外催化剂层92b的一些部分处发电，并且这会降低管状PEFC的发电性能，这是个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有改进了发电性能的管状燃料电池。

本发明的第一方面涉及一种管状燃料电池，包括内集电器、薄膜电极组件(MEA)和密封部分，所述密封部分分别设置在所述MEA的轴向端部处，所述MEA包括设置在所述内集电器上的内催化剂层、设置在所述内催化剂层上的电解质薄膜和设置在所述电解质薄膜上的外催化剂层。在该管状燃料电池中，所述外催化剂层的轴向长度比所述电解质薄膜的轴向长度和所述内催化剂层的轴向长度短。当所述内催化剂层的轴向端面分别标记为轴向端面A1、A2时，所述电解质薄膜的与所述轴向端面A1对应的轴向端面标记为轴向端面B1，所述电解质薄膜的与所述轴向端面A2对应的轴向端面标记为轴向端面B2，所述外催化剂层的与所述轴向端面A1、B1对应的轴向端面标记为轴向端面C1，并且所述外催化剂层的与所述轴向端面A2、B2对应的轴向端面标记为轴向端面C2，所述轴向端面C1离所述管状燃料电池的轴向中央比所述轴向端面A1、B1离所述管状燃料电池的所述轴向中央近，所述轴向端面C2离所述管状燃料电池的所述轴向中央比所述轴向端面A2、B2离所述管状燃料电池的所述轴向中央近，并且所述密封部分中的一个密封部分设置在所述轴向端面A1、B1所处的位置与所述轴向端面C1所处的位置之间，并且所述密封部分中的另一个密封部分设置在所述轴向端面A2、B2所处的位置与所述轴向端面C2所处的位置之间。