[发明专利]燃料电池用隔板以及具备其的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池用隔板以及具备其的燃料电池，特别涉及燃料电池用隔板的构造。

背景技术

高分子电解质型燃料电池(以下称之为PEFC)是通过使含有氢的燃料气体和空气等的含有氧的氧化剂气体发生电化学反应从而同时产生电力和热能的装置。PEFC的单电池(cell)具有由高分子电解质膜以及一对气体扩散电极(阳极以及阴极)构成的MEA(Membrance-Electrode-Assembly：膜-电极组件体)、垫圈以及导电性的板状的隔板。而且，PEFC一般是层叠多个该单电池，以端板夹持层叠的单电池的两端，并由缔结具缔结该端板和单电池，从而形成的。

但是，高分子电解质膜通过以饱和状态包含水分，从而膜的比电阻变小，作为具有氢离子传导性的电解质而发挥功能。因此，在发电运转时，反应气体(燃料气体和氧化剂气体)被加湿而被提供给PEFC。另外，在PEFC的发电运转时，由氢的氧化而在阴极生成作为反应生成物的水。被加湿的反应气体中的水以及反应生成水有助于使高分子电解质膜的含水量为饱和状态，剩余的水与剩余的阳极气体以及阴极气体一起被排出至PEFC的外部。

恰当地实行加湿该反应气体的水蒸汽和生成水的管理会在较大程度上左右PEFC的性能。如果生成水或者冷凝水滞留于特定的场所，那么对于该区域的电极会无法提供反应气体，从而会有引起电池性能的降低(即，液泛(flooding))的问题。另外，在提供给PEFC的反应气体的加湿量(水蒸汽量)少的情况(即，在以低加湿条件进行运转的情况)下，会有气体扩散电极的最初提供有反应气体的部分附近由于高分子电解质膜的含水量发生降低而引起电池性能的下降(称之为发干(dry up))的问题。

对于这样的问题，在气体流路的形状上下功夫，从而使单电池内的剩余的水分向外部排出。或者，在同样的单电池内使水向不足的部位移动，进行解决液泛和发干的问题的配合(例如参照专利文献1以及专利文献2)。

在专利文献1所公开的燃料电池中，将从反应气体流路的上游侧沿着下游侧的细沟槽设置于隔板的与MEA相接触的肋部。由此，谋求将生成水和冷凝水除去至细沟槽内而使容易变得水过剩的下游侧的水向容易变得水不足的上游侧移动。

另外，在专利文献2所公开的燃料电池用隔板中，设置有平行于气体流路的蓄水(reservoir)沟槽。由此，谋求使下游侧的水向上游侧的局部干燥的区域移动。

专利文献1：日本专利申请公开2005-158513号公报

专利文献2：日本专利申请公开2006-236750号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，本发明人等发现了即使专利文献1所公开的燃料电池以及专利文献2所公开的燃料电池用隔板中，从改善由在低加湿条件下提供的反应气体进行发电的时候的电池性能的观点出发，仍然还有改善的余地。即，在专利文献1所公开的燃料电池和专利文献2所公开的燃料电池用隔板中，在下游区域可靠地成为饱和状态的运转条件下使燃料电池进行发电的情况下，会有经由细沟槽或者蓄水沟槽而能够使作为水存在的剩余水向上游侧移动的情况。然而，如果即使考虑了生成水和气体消耗，下游区域仍为未饱和状态，那么不会实行由这些沟槽所进行的向上游的水分移动，从而有不能够充分地提高电池性能的问题。

另外，如专利文献1所公开的燃料电池那样在1个细沟槽中，由于生成水储存而堵塞了细沟槽的情况下，因为没有使该生成水退避的地方，所以反应气体无法从细沟槽的堵塞了的部分流通至下游侧。因此，在专利文献1所公开的燃料电池中，不能够充分地将反应气体提供给与这些部分相面对的气体扩散电极，从而会有不能够充分地提高电池性能的问题。

另外，在专利文献2所公开的燃料电池用隔板中，因为蓄水沟槽未与反应气体供给歧管孔以及反应气体排出歧管孔连通，所以不能够直接将反应气体提供给蓄水沟槽。因此，不能够充分地将反应气体提供给与蓄水沟槽相面对的气体扩散电极，从而会有不能够充分地提高电池性能的问题。

本发明是有鉴于这样的问题而悉心研究的结果，以提供一种在以特别低加湿条件运转PEFC那样的情况下，能够制作出高湿度而且高气体浓度的电极区域，并能够充分地提高电池性能的燃料电池用隔板以及具备其的燃料电池为目的。

解决课题的技术手段

本发明人等为了解决上述以往技术的课题而经过反复悉心研讨，其结果，发现了以下的点。