[发明专利]燃料电池用空冷式金属分离板及利用该分离板的燃料电池堆栈

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用金属分离板(Metal Separator)，更具体地涉及一种通过空气冷却方式，无需供应冷却水，能够适用用于支撑空气的移动通道及分离板的非连续的垫片(gasket)的空冷式金属分离板。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是指，将因燃料氧化而产生的化学能直接转化为电能的电池。针对近来，为了克服化石燃料的枯竭问题，二氧化碳等造成的温室效应以及全球变暖等问题，正在进行太阳能电池等诸多研究。

通常，燃料电池利用氢气与氧气的氧化、还原反应来将化学能转化为电能。在负极，氢气被氧化而分离成氢离子与电子，氢离子通过电解质移动到正极。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。

燃料电池的单位电池(Unit Cell)由于电压低而导致实用性降低，因此通常将数个甚至数百个单位电池层压使用。在层压单位电池时，促使在各个单位电池之间形成电连接，并起到分离出反应气体的作用的正是分离板(Separator)，而连接多个该分离板的通常被称为燃料电池堆栈(Stack)。

以往的燃料电池用分离板是通过对石墨(Graphite)根据其流路形成进行铣削加工而制成的。在这种情况下，石墨材质的分离板占整个堆栈的百分比为，费用占50％以上，重量则占80％以上。因此，石墨材质的分离板具有费用高、体积大等问题。

为了克服上述石墨材质的分离板中所存在的问题，开发出了金属材质的金属分离板，金属分离板具有容易加工、能降低制造单价等的各种优点。

普通的燃料电池用金属分离板如下。

首先，在矩形形态的金属板的中心部形成反应气体通道及冷却水通道，并形成包围这些通道的周边的垫片。通常，包括反应气体通道与冷却水通道而称为通道部。通常，反应气体通道经过冲压工序从金属板的前表面向背面突出而形成，冷却水通道则利用向金属板的背面突出的反应气体通道之间的区域形成。如此形成的通道部的结构，使得反应气体在金属板的前表面上流动，使得冷却水在金属板的背面上流动。由此，还将金属板的前表面称为反应气体流动面，将金属板的背面称为冷却水流动面。

采用这种结构的金属分离板作为水冷式(water-cooled)金属分离板结构，流入位于通道部的一侧的冷却水流入歧管的冷却水一边通过冷却水通道，一边对由于燃料电池工作时的活性损耗(activation loss)、正极的还原反应及焦耳加热(Joule Heating)等原因而产生的热进行冷却。冷却水经过上述冷却过程后，通过位于通道部的另一侧的冷却水排出歧管，向分离板外部排出。

采用这种水冷式金属分离板的情况下，为了冷却燃料电池工作时产生的热，应持续向金属分离板供应冷却水。这种情况下，需要用于供应冷却水的泵、离子去除器、热交换器等装置，由此导致燃料电池系统的制造费用增加。为了改善这些水冷式金属分离板中存在的问题，对空冷式金属分离板进行了持续的研究。

另一方面，就现有的空冷式分离板而言，通过加工石墨分离板的冷却面，来制作空气的流入/排出部。但这种情况下，存在随着分离板的体积变大，堆栈的体积也随之变大的缺点。

并且，就对金属薄板进行成型而制成的分离板而言，存在很难另行制作类似石墨的冷却流路的缺点。

因此，需要提出一种在制造工序中能够容易实现能够让作为冷却流体的空气顺畅地流入/排出的结构的方法。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的是提供一种空冷式金属分离板，该空冷式金属分离板通过非连续的垫片结构，不需要用于对当燃料电池工作时产生的热进行冷却的冷却水，能够实现分离板的空冷。

本发明的再一个目的是提供一种燃料电池堆栈，该燃料电池堆栈由上述空冷式金属分离板和膜-电极组件(Membrane Electrode Assembly，MEA)依次层压而形成，具有有效的冷却结构。

技术解决方案

为了达到上述一个目的，本发明的一个实施例的燃料电池用空冷式金属分离板，其特征在于，包括：通道部，其在金属板的中心部包括反应气体通道和空气流路，上述反应气体通道从前表面向背面突出而形成，上述空气流路形成于向背面突出的上述反应气体通道之间；第一垫片，其连续地形成于上述通道部的前表面的边部；以及第二垫片，其非连续地形成于上述通道部的背面的边部，以使上述非连续的部分成为空气的移动通路。