[发明专利]燃料电池、装配有燃料电池的车辆和膜电极单元

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池、装配有燃料电池的车辆和膜电极单元。

相关技术的说明

循环型燃料气体供给通道用作将燃料气体供给到燃料电池堆的结构。燃料气体供给通道为循环型的原因之一是将累积在燃料气体供给通道中并且阻碍燃料气体供给的氮气排放到燃料电池堆外部。氮气在燃料气体供给通道中累积的原因是氮气从氧化剂气体通道经过电解质进入燃料气体供给通道。同时，还提出了非稳态运行模式，其中燃料气体供给通道是非循环型的，经由阀在燃料电池堆外部提供用于收集氮气的缓冲器，并且在重复以下操作的同时供给燃料气体：打开阀和在阀关闭时供给燃料气体，这伴随着压力升高(例如，日本专利申请公开2005-243476)。

然而，尚未考虑到使燃料电池稳态运行的构思，其中使燃料气体供给通道为非循环型的。

发明内容

本发明提供一种使燃料电池在燃料电池堆中稳态运行的技术，其中燃料气体供给通道为非循环型的。

根据本发明第一方面的燃料电池包括：电解质；置于所述电解质的一侧上的并且具有燃料气体在其上消耗的燃料气体消耗表面的阳极；置于所述电解质的另一侧上的并且具有氧化剂气体在其上消耗的氧化剂气体消耗表面的阴极；和燃料气体通道，所述燃料气体通道包括：用于将燃料气体分配到燃料气体供给表面上的预定区域的第一通道，用于将所分配的燃料气体供给到所述区域的第二通道，和用于将燃料气体从所述第一通道供给到所述第二通道的燃料气体供给部。所述燃料电池配置为在大多数所供给的燃料气体在所述燃料气体消耗表面上的所述区域中消耗的同时运行，并且所述燃料气体通道具有用于抑制所述第一通道和所述第二通道之间的燃料气体泄漏的燃料气体泄漏抑制部。

在本发明第一方面的燃料气体通道中，抑制了用于将燃料气体分配到所述燃料气体供给表面上预定区域的所述第一通道和用于将所述分配的燃料气体供给到所述区域的第二通道之间的燃料气体泄漏，使得可以通过在燃料气体扩散时抑制氮气从所述第二通道中渗透来促进氢气均匀分配。例如，可以将本文的“第一通道”视为该实施方案中的氢电极侧多孔通道14h；可以将“第二通道”视为该实施方案中的氢电极侧电极层22。

在上述燃料电池中，所述第一通道和所述第二通道中的至少一个由多孔构件形成，和所述燃料气体泄漏抑制部形成为所述多孔构件的外围部，所述多孔构件的外围部的孔隙率比所述多孔构件的内部的孔隙率低。

在上述燃料电池中，所述燃料气体泄漏抑制部可以是形成为一体的构件，其延伸至所述第一通道的外围部的至少一部分和所述第二通道的外围部的至少一部分。利用该结构，可以通过将所述燃料气体通道组装成一个单元来增加刚性。

在上述燃料电池中，所述燃料气体泄漏抑制部可以是设置在所述燃料气体供给部的至少一侧上的隔离物，并且提供所述第一通道和所述第二通道中的至少一个。

根据本发明第二方面的燃料电池包括：电解质；置于所述电解质的一侧上的并且具有燃料气体在其上消耗的燃料气体消耗表面的阳极；置于所述电解质的另一侧上的并且具有氧化剂气体在其上消耗的氧化剂气体消耗表面的阴极；和燃料气体通道，所述燃料气体通道包括：用于将燃料气体分配到所述燃料气体供给表面上的预定区域的第一通道，用于将所分配的燃料气体供给到所述区域的第二通道，和用于将燃料气体从所述第一通道供给到所述第二通道的燃料气体供给部。所述燃料电池配置为在大多数所供给的燃料气体在所述燃料气体消耗表面上消耗的同时运行，并且所述燃料气体供给部形成为金属板，所述金属板包括反应气体泄漏抑制部，所述反应气体泄漏抑制部用于抑制使得所述燃料气体和所述氧化剂气体混合的气体泄漏。

根据本发明第三方面的车辆包括根据上述方面中任一方面所述的燃料电池；和根据由所述燃料电池供给的电力驱动所述车辆的驱动单元。

根据本发明第四方面的用于固体聚合物电解质燃料电池的膜电极单元包括：电解质膜；置于所述电解质膜的一侧上的并且具有燃料气体在其上消耗的燃料气体消耗表面的阳极；置于所述电解质膜的另一侧上的并且具有氧化剂气体在其上消耗的氧化剂气体消耗表面的阴极；燃料气体供给板，所述燃料气体供给板沿从所述燃料气体消耗表面的面外的位置向所述燃料气体消耗表面的方向以预定开口率将燃料气体供给到所述燃料气体消耗表面上的预定区域；和设置在所述燃料气体供给板和所述阳极之间的气体扩散层。所述气体扩散层具有燃料气体渗透抑制部，所述燃料气体渗透抑制部用于抑制所述燃料气体不渗透穿过所述燃料气体供给板。