[发明专利]燃料电池中的气体扩散层

说明书

技术领域

本发明涉及具有形成气体通道的构件的燃料电池。

相关技术的说明

近年来，通过氢气和氧之间的电化学反应发电的燃料电池作为能 源已经引起了人们的注意。燃料电池具有通过堆叠多个单电池形成的结 构，所述多个单电池的每一个通过使得由电解质膜和在其上形成的电极 催化剂层构成的膜电极组合件、隔离器和布置在膜电极组合件和隔离器 之间的气体通道一体化而构成。气体通道将用于燃料电池发电的反应物 气体例如氢气或氧化气体送入膜电极组合件中。

日本专利申请公开2005-310633(JP-A-2005-310633)提出一种采 用多孔金属作为用于形成气体通道的构件的结构。该多孔金属是设置有 形状相同的规则形成的穿孔的金属板，并且被轧制成平板形状。

然而，在前述相关技术中，尽管使用具有许多穿孔的多孔金属， 但是通道是通过沿电极催化剂层的平面方向延伸的条纹状凹陷部分形 成的，使得反应物气体的流动方向主要在电极催化剂层的平面方向上， 从而反应物气体不大可能沿垂直于平面的方向(在下文称为“垂直于平 面的方向”)上流动。因此，存在不能充分提高在气体通道中的反应物 气体的扩散效率的问题。

从解决电极催化剂层侧的气体不足的观点来看，气体扩散层的改 进是重要的，并且从提高排放(排水)特性的观点看也是重要的。

发明内容

鉴于前述情形，本发明的一个目的是提供用于提高气体通道中反应 物气体的扩散效率的燃料电池。

因此，包括电解质层、设置有形成于所述电解质层上的催化剂的电 极、和布置在电极一侧并形成用于将反应物气体供给到电极平面的形成气 体通道的构件的本发明的燃料电池具有如下结构：形成气体通道的构件构 造为使得多个波纹板部的每一个的脊部和谷部在第一方向上连续相互交 替排列的多个波纹板部在与该第一方向相交并与该脊部和谷部的振幅方 向相交的第二方向上相互连接，并且使所述多个波纹板部的两个相邻波纹 板部以如下方式相互连接：两个波纹板部之一的谷部连接至所述两个波纹 板部的另一个的脊部，并且通过谷部和脊部之间的相互连接形成的连接平 面形成阶梯状网孔，并且其中每个波纹板部的平面方向相对于所述电极的 平面倾斜预定角度。

根据上述构建的燃料电池，反应物气体经由形成气体通道的构件的 多个波纹板部形成的通道供给到电极平面。具体地，由于每个波纹板部构 建为其平面方向相对于电极平面倾斜预定角度，所以反应物气体在至少包 含垂直于电极平面的方向分量的方向上沿波纹板的表面流动。此外，由于 通过两个相邻波纹板之一的谷部和另一波纹板的脊部形成的连接平面在 形成通道的构件中形成网孔(穿孔)，所以可以提高关于垂直于电极平面 方向的气体流动特性。另一方面，波纹板构建为脊部和谷部连续相互交替， 还允许反应物气体朝谷部流动，并且不会阻止电极平面内的气体流动。因 此，由于除了在电极的平面方向上之外还可以在垂直于电极相关平面的方 向上充分供给反应物气体，所以可以充分提高反应物气体的扩散效率。

形成气体通道的构件中的连接平面可以相对于反应物气体的流动方 向朝向电极倾斜。根据该结构，由于可以尤其提高反应物气体朝电极平面 供给的效率，所以可以有效地将反应物气体引入电解质层-电极组合件中。 因此，可以增加燃料电池的输出。

此外，形成气体通道的构件中的连接平面可以相对于反应物气体的 流动方向远离电极倾斜。根据该结构，由于可以增加远离电极的反应物气 体流，所以可以通过利用反应物气体流促进产物水离开电极的排放。结果， 可以防止水淹所致的电压稳定性劣化。

第二方向可以是垂直于第一方向和并垂直于脊部及谷部振幅方向的 方向。此外，第二方向上多个波纹板部的横向宽度可以彼此相等。

形成气体通道的构件的方向布置为使得连接平面的对齐方向平行于 电极平面。根据该结构，由于可以与电极平面平行地放置整个形成气体通 道的构件，所以形成气体通道的构件在电极一侧的布置变得容易。具体地， 如果在这种结构中，波纹板部具有相等的横向宽度，则连接平面的电极侧 的边缘在一个平面上，使得形成气体通道的构件和电极之间的接触面积可 以增加。因此，可以降低形成气体通道的构件和电极之间的接触电阻，由 此可以提高燃料电池的性能。