[发明专利]隔离板和燃料电池

说明书

技术领域

本发明是涉及燃料电池用隔离板和燃料电池。 

背景技术

首先，对现有技术的高分子电解质型燃料电池(以下根据需要而称为“PEFC”)的结构进行简要说明。 

PEFC是通过使含有氢的燃料气体与空气等含有氧的氧化剂气体在燃料电池中发生电化学反应，从而同时产生电与热的热电联供装置。 

该燃料电池具有被称为MEA的膜电极组件(membrane electrodeassembly)。作为该MEA结构的一例，在选择性地输送氢离子的高分子电介质膜的两面，设置有以担载铂等具有催化能力的金属的碳粉为主要成分的催化反应层(气体扩散电极)，并且在该催化反应层的外侧设置有兼具燃料气体及氧化剂气体(发电用的反应气体)的通气性及电子传导性的气体扩散层(气体扩散电极)。 

而且，在MEA的两面边缘部，设置有防止气体泄漏及气体混合用的气门(气体密封材料)，该MEA由一对阳极隔离板与阴极隔离板构成的导电性隔离板所夹持。 

将这样的MEA、气体密封材料和隔离板相重叠，在一对的导电性隔离板之间叠层大约10～200段的MEA的单位之后，这些各部件通过集电板与绝缘板而由端板所夹持，由固定螺栓从两端固定。 

另外，在这样的各隔离板上，设置有为了向燃料电池通入供给反应气体的气体导入歧管孔，以及为了将在燃料电池的发电中未被使用的残留反应气体及在电极上由电化学反应而生成的生成水等气液混合流体通过的气体排出歧管孔。 

而且，在与MEA接触的隔离板的表面，形成能够起到对MEA的气体扩散电极导入反应气体、同时搬运生成水及废气的气液混合流体的作用的多条气体流路沟槽，该气体流路沟槽在气体导入歧管孔与气 体排出歧管孔之间弯曲地连接，形成为所谓的蜿蜒型。 

另外，反应气体流过的气体流路，虽然也可以与隔离板分开而另外设置，但通常如上所述，在隔离板的表面与隔离板一体地形成由多个凹部(槽)和多个凸部(肋)所构成的凹凸图案，将该凹凸图案的凹状的槽用作该气体流路。 

通过形成这样蜿蜒型的多条气体流路沟槽，能够降低气体导入歧管孔与气体排出歧管孔之间的气体流路阻抗，是所优选的。另外，设置有蜿蜒型的气体流路沟槽的隔离板，已经在很多的文献中有报导(例如请参照专利文献1的图11及专利文献3的图4)。 

另外，隔离板的各气体流路沟槽通常成为，由在隔离板表面形成的凹凸图案的凹部以及作为MEA的多孔质膜被气体扩散电极的表面所划分的具有基本矩形截面的封闭空间。 

这样，由于形成为蜿蜒型的气体流路沟槽的流路长度，在相邻的流路沟槽之间必然存在不同的部分，所以在这样的部位，产生在相邻气体流路沟槽之间引起通过气体扩散电极的气体移动(透过)的压力差。 

而且，这样的气体流路沟槽之间的气体移动超过了一定的水准时，由于气体流路沟槽之间的气体流量的偏差，将妨碍对MEA均匀地供给反应气体。而且，由气体流路沟槽之间的气体流量的偏差而引起气体流量不足的气体流路沟槽，还会引起燃料电池的电化学反应的生成水及反应气体中的水蒸气凝结水(以下简称为“结露水”)的排出能力下降以及流路阻抗的增大，由此会进一步助长上述气体移动，最终可能会产生溢流，发生由反应气体的欠缺而引起的电压下降的现象。 

另外，上述“溢流”，是指与气体扩散电极(例如催化剂层内成为气体扩散通路的细孔)由于水滴而闭塞的现象(气体扩散电极内的溢流)不同的、由于隔离板中的水滴而引起的气体流路沟槽内的闭塞现象。 

因此，以适宜地改善多条气体流路沟槽之间反应气体的流量偏差及气体压力差为目的，对设置有蜿蜒型的气体流路沟槽的隔离板进行着各种适宜地分割蜿蜒型的气体流路沟槽等的研究。 

例如，以使多条气体流路沟槽之间的反应气体流量偏差及反应气体压力差均匀化为目的，有在气体流路沟槽的转弯部设置将气体流路沟槽划分为格子状的格子状突起图案的隔离板(参照作为现有技术例的专利文献2)。 

而且，还有由连通沟槽使多条气体流路沟槽之间连通，由此实现多条气体流路沟槽之间的反应气体的流量偏差及气体压力差正常化的隔离板(参照作为现有技术例的专利文献3)。 

专利文献1：日本特开2000-100458号公报 

专利文献2：日本特开2000-164230号公报 

专利文献3：日本特开2004-220950号公报 

发明内容