[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种例如安装在电动汽车上的燃料电池。

背景技术

通常，燃料电池具有由堆叠在一起的多个发电电池所形成的电池堆。参考图7至10来描述一种现有技术的发电电池。如图7所示，一对框架13、14彼此连接在一起，电极结构15安装在框架13、14的接合部分。电极结构15是由固体电解质膜16、在阳极侧的电极催化剂层17和在阴极侧的电极催化剂层18形成。固体电解质膜16的外围夹在框架13、14之间。在电解质膜16的上表面上铺设阳极侧电极催化剂层17，在电解质膜16的下表面上铺设阴极侧电极催化剂层18。在电极催化剂层17的上表面上铺设阳极侧气体扩散层19，在电极催化剂层18的下表面上铺设阴极侧气体扩散层20。进而，在气体扩散层19的上表面上铺设阳极侧气道形成构件21，在气体扩散层20的下表面上铺设阴极侧气道形成构件22。在气道形成构件21的上表面上接合扁平的片状隔离件23，在气道形成构件22的下表面上接合扁平的片状隔离件24。

固体电解质膜16是由含氟聚合物膜形成。如图8所示，电极催化剂层17、18每个都有支撑铂催化剂的颗粒状的碳粒子51，和粘附在每个碳粒子51表面上的大量的铂(Pt)催化剂粒子52。电极催化剂层17、18是通过糊剂(paste)粘结在固体电解质膜16上，形成电极催化剂层。当电是由该燃料电池产生的时候，作为催化剂的催化剂粒子52增加了发电效率。气体扩散层19、20是由碳纸形成的。如图9所示，气道形成构件21(22)是由金属板条形成，该金属板条具有交替设置的、大量的六边形环状部分21a(22a)。每个环状部分21a(22a)具有通孔21b(22b)。燃料气体(氧化气体)流经由环状部分21a(22a)和通孔21b(22b)所形成的气道。图9是显示气道形成构件21、22的一部分的放大视图。

如图7所示，框架13、14形成燃料气体的供气通道M1和排放通道M2。燃料气体供气通道M1用于给阳极侧的气道形成构件21的气道供应作为燃料气体的氢气。燃料气体排放通道M2用于将已经经过气道形成构件21的气道的燃料气体或者燃料废气排放到外部。另外，框架13、14还形成氧化气体的供气通道和排放通道。氧化气体的供气通道位于和图7的纸面背侧相对应的位置，用于将作为氧化气体的空气供应给阴极侧气道形成构件22的气道。氧化气体排放通道位于和图7的纸面前侧相对应的位置，用于将已经流经气道形成构件22的气道的氧化气体或者氧化废气排放到外部。

来自于氢气供应源(图中未示)的氢气沿着图7中的箭头所指的气流方向P通过燃料气体供气通道M1供应给气道形成构件21，来自于空气供应源(图中未示)的空气供应给气道形成构件22。相应地，通过发电电池内的电化学反应来发电。具体而言，供应给阳极侧气道形成构件21的氢气(H₂)穿过气体扩散层19流入电极催化剂层17。在电极催化剂层17中，如化学式(1)所示，氢气(H₂)被分解成氢离子(H⁺)和电子(e^-)，电极催化剂层17的电势变成零伏，或者变成标准电极电势，这是本领域技术中已知的。

H₂→2H⁺+2e^-…(1)

通过上述反应获得的氢离子(H⁺)从阳极侧电极催化剂层17穿过固体电解质膜16到达阴极侧电极催化剂层18。由气道形成构件22供应给电极催化剂层18的空气中的氧气(O₂)与氢离子(H⁺)和电子(e^-)发生化学反应生成水，如化学式(2)所示。通过该化学反应，电极催化剂层18的电势变成为大约为1.0伏，或者变成标准电极电势，这是本领域已知的。

1/2·O₂+2H⁺+2e^-→H₂O…(2)

在燃料电池正常的发电条件下，阳极侧电极催化剂层17(气体扩散层19)的电势比阴极侧电极催化剂层18(气体扩散层20)的电势低，如图10所示。这样，与阴极侧气道形成构件22相比，阳极侧气道形成构件21因为电势高，比较不容易受到金属氧化物的影响。因此，如图10所示，使用低耐腐蚀性的、诸如铁素体系SUS之类的价格便宜的不锈钢作为气道形成构件21的材料。相反，电势会变高的阴极侧气道形成构件22是由高耐腐蚀性的、诸如金之类的金属形成，如图10所示。专利文献1揭示了一种与图7的结构类似结构的燃料电池。