[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池，特别涉及能谋求小型、轻量化且能实现低热容量化的燃料电池的改良。

背景技术

例如，固体高分子型燃料电池，如图7所示，用燃料极50和空气极54这两个电极夹着由固体高分子膜构成的电解质膜52形成膜电极组件(MEA，Membrane Electrode Assembly，膜电极组件)，以再用两块隔板60夹持该膜电极组件而成的单元作为最小单位，通常层叠多个该单元而成为燃料电池组(FC组，燃料电池组)，从而能得到高压电压。

固体高分子型燃料电池的发电方式，一般是对燃料极(阳极侧电极)50供给燃料气体、例如含有氢气的气体，另一方面对空气极(阴极侧电极)54供给氧化剂气体、例如主要含有氧气(O₂)的气体或空气。含有氢气的气体通过燃料气体流路被供给到燃料极50，并在电极的催化剂的作用下分解为电子和氢离子(H⁺)。电子通过外部电路从燃料极50移动到空气极54，产生电流。另一方面，氢离子(H⁺)通过电解质膜52而到达空气极54，与氧和通过外部电路而来的电子结合，从而生成反应水(H₂O)。与氢气(H₂)和氧气(O₂)以及电子的化合反应同时产生的热由冷却水回收。另外，在具有空气极54的阴极侧生成了的水(以下称为“生成水”)从阴极侧排出。

另外，在以往的燃料电池中，一个单元与另一个单元由具有例如100μm的厚度的隔板60分隔，由此，对于各单元个别地供给扩散反应气体，并且，使冷却水通过对各单元之间进行分隔的隔板60之间而将燃料电池保持在适当温度，进行稳定的发电。

例如，在专利文献1中公开了如下燃料电池：为了提高冷却效果，作为冷却介质流路由一对隔板夹着例如金属制多孔体而构成。

专利文献1：日本特开2006-286557号公报。

发明内容

以往的隔板，如上所述具有例如100μm的厚度，因此，层叠有多个单元而成的燃料电池的厚度也增大。另一方面，近年来，期望燃料电池的小型化、轻量化。

本发明是鉴于上述课题而做成的，提供一种谋求小型化、轻量化且能实现低热容量的燃料电池。

为了达成上述目的，本发明的燃料电池具有以下特征。

(1)一种燃料电池，由电池单元层叠而成，上述电池单元由膜电极组件和夹持上述膜电极组件的一对金属膜构成，上述膜电极组件在其电解质膜的一面配置有燃料极并在另一面配置有空气极，其中，该燃料电池具有：

多孔体燃料气体流路，其包括被设置在上述膜电极组件与上述金属膜之间、允许燃料气体通过的多孔金属；

多孔体氧化剂气体流路，其包括被设置在上述膜电极组件与上述金属膜之间、允许氧化剂气体通过的多孔金属；和

多孔体冷却介质流路，其包括被设置在一个电池单元与另一个电池单元之间且设置在上述金属膜之间、允许冷却介质通过的多孔金属，

上述多孔体燃料气体流路以及上述多孔体氧化剂气体流路的各自的外部尺寸(outer dimension)比上述金属膜的外部尺寸小。

由于使用厚度比通常的隔板薄的金属膜来分隔反应气体流路和冷却介质流路，所以能够减小单元自身的厚度并且实现轻量化。因此，能够使层叠多个单元而成的燃料电池小型化，还能使其轻量化。另外，通过使用比以往的隔板薄的金属膜，提高热传导和散热效果。从而能够实现低热容量。而且，通过使由多孔金属构成的反应气体流路的外部尺寸比金属膜的外部尺寸小，能够确保用于气密地密封反应气体流路的密封宽度。

(2)上述(1)中记载的燃料电池，其中，进一步形成为，一个电池单元的多孔体氧化剂气体流路、多孔体冷媒介质流路与另一个电池单元的多孔体燃料气体流路，分别隔着上述金属膜接合为一体。

形成一个电池单元的多孔体氧化剂气体流路、多孔体冷却介质流路与另一个电池单元的多孔体燃料气体流路分别隔着金属膜接合为一体的3层一体型组件，由此，之后通过仅依次接合3层一体型组件和膜电极组件就能够容易地组装燃料电池。

(3)上述(1)或(2)记载的燃料电池，其中，上述膜电极组件是在膜电极组件的周缘部一体成形有密封部件的密封件一体型膜电极组件，该燃料电池形成为，上述密封型膜电极组件接合于包括分别隔着上述金属膜的一个电池单元的多孔体氧化剂气体流路、多孔体冷却介质流路和另一个电池单元的多孔体燃料气体流路的一体型组件。