[发明专利]燃料电池用金属分离板及具有其的燃料电池堆栈

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈。更详细地涉及一种利用包括反应气体通道及冷却水通道，并利用包括与垫片形成一体化的高分子歧管部的歧管-垫片组件来维持气密性的技术。

背景技术

通常，燃料电池是指利用氢气与氧气的氧化、还原反应来将化学能转化为电能的发电装置。在负极，氢气被氧化而分离成氢离子及电子，氢离子通过电解质移动至正极。此时，电子通过电路移动至正极。在正极发生由氢离子、电子及氧气进行反应而成为水的还原反应。

首先，观察现有技术的燃料电池用金属分离板，形成呈矩形形态的金属本体部，在其中心部形成反应气体通道及冷却水通道，并形成有包围其周边的垫片。

其次，在上述通道部的两侧分离板形成氧气(空气)流入歧管、冷却水流入歧管以及氢气流入歧管，并在氧气(空气)流入歧管与通道部之间形成有反应气体流入孔。

此时，垫片形成为能维持上述各歧管与反应气体流入孔周边的气密性的结构。在这里，如上所述的结构聚集的部分被称作燃料电池用金属分离板的流入部，与其相向的另一侧则被称作排出部。

因此，在与上述流入部对称的位置，形成反应气体排出孔、氧气(空气)排出歧管、冷却水排出歧管及氢气排出歧管。

在上述结构的燃料电池中，尤其就固体高分子燃料电池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell，PEMFC)而言，向高分子电解质膜(polymer electrolyte membrane)供给反应气体并进行排出的金属分离板的气体流入/排出结构将成为决定燃料电池的性能的重要因素之一。并且，反应气体流入/排出孔能够提高金属分离板的耐久性，能够作为提高燃料电池性能所需的关键要素来起作用。

就以往的燃料电池堆栈而言，在膜-电极接合体(MEA)的双面分别有燃料气体及还原气体的反应气体流动，由金属分离板连接单位电池来使燃料电池堆栈叠加，并且，分离燃料气体、还原气体和冷却水，以免相混合。而且，垫片起到密封反应气体及冷却水，以防泄漏的作用。此时，与石墨类分离板不同，就通过薄板成型的方法制成的金属分离板而言，为了确保反应气体和冷却水之间的气密性，从反应气体歧管到反应气体通道内部的反应气体流入结构不可避免变得复杂。

尤其是，现有的燃料电池都是通过冲压加工来形成金属分离板。此时，使用冲压方法形成反应气体通道及冷却水通道的情况下，将会导致反应气体通道的宽度变小；直接在金属分离板形成反应气体流入/排出孔的情况下，由于细微加工失败的可能性大，因而导致发生反应气体的流动不够顺畅的问题。并且，直接在分离板形成反应气体流入/排出孔的情况下，由于薄板的刚性减弱，因而存在只是稍微一扭也容易致使气体流入结构变形的问题。

而且，需要在金属分离板的歧管部形成用于分割成反应气体歧管和冷却水歧管的薄型分割框架，而这种分割框架与其他分离板部分相比，其相对结构薄而脆弱，因此反应气体的流入结构变形的危险很大。

发生这种变形时，反应气体和冷却水的顺畅流动将受到阻碍。因此，对周边装置，尤其对燃料电池用鼓风机或泵施加大负荷，导致系统效率降低。

为了解决如上所述的问题，本发明提出了在发生变形的部分涂敷用于防止变形的额外的垫片的技术。但借助垫片进行的支撑无法彻底排除燃料电池堆栈的载重所导致的压缩变形，并且在额外的垫片脱离而横截反应气体流入部的情况下，将会出现反应气体流入时阻力更加变大的问题。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的在于，提供一种既能使金属分离板的大小最小化也能确保冷却性能及反应气体流路的燃料电池用金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈。

同时，本发明的再一个目的在于，提供一种提供以一体方式形成了构成冷却水流入/排出歧管部及反应气体流入/排出歧管部的歧管部和确保通道部的气密性的垫片的歧管-垫片组件结构，而具有简单结构的同时易于制造的燃料电池用金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈。

同时，本发明的另一个目的在于，提供一种在歧管-垫片组件上以一体方式形成反应气体流入/排出孔，从而能够在结合燃料电池堆栈时，通过结合压来防止在金属分离板发生变形的燃料电池用金属分离板及具有该金属分离板的燃料电池堆栈。

技术解决方案