[发明专利]气体流路结构、支承板及燃料电池

说明书

本发明提供一种能够将由生成水导致的气体流路的闭塞的产生和由气体扩散层的挫曲导致的燃料电池的压降的增加等降低到最小限度而得到稳定的发电性能的燃料电池用气体流路结构。一种燃料电池用气体流路结构，其特征在于，在同一气体流路内，气体流路具备2个以上的第1区域、和流路截面积小于该第1区域的2个以上的第2区域，且在同一气体流路内，各该第1区域与各该第2区域交替地配置，在相邻的上述气体流路间，上述气体流路的各上述第1区域和各上述第2区域交替地配置，在各上述第2区域中，上述气体流路至少具备1个流路截面积小于该第2区域的第3区域。

技术领域

本公开涉及一种气体流路结构、支承板及燃料电池。

背景技术

燃料电池是在层叠了多个单电池单元的燃料电池堆栈中，通过作为燃料气体的氢(H₂)和作为氧化剂气体的氧(O₂)的电化学反应而导出电能的发电装置。应予说明，以下，也有时将燃料气体、氧化剂气体没有特别区分地简单称为“反应气体”或者“气体”。

该燃料电池的单电池单元通常由膜电极接合体(MEA：Membrane ElectrodeAssembly)、根据需要夹持该膜电极接合体的两面的2片隔离件构成。

膜电极接合体具有如下结构：在具有质子(H⁺)传导性的固体高分子型电解质膜(以下，也简称为“电解质膜”)的两面分别依次形成有催化剂层和气体扩散层。

隔离件通常具有在与气体扩散层相接的面形成有作为反应气体的流路的槽的结构。应予说明，该隔离件也作为发出的电的集电体发挥功能。

燃料电池的燃料极(阳极)中，从流路和气体扩散层供给的氢通过催化剂层的催化作用质子化，通过电解质膜而向氧化剂极(阴极)移动。同时生成的电子通过外部电路而工作，向阴极移动。向阴极供给的氧在阴极上与质子和电子反应，生成水。

生成的水给电解质膜带来适度的湿度，多余的水透过气体扩散层，通过流路向体系外排出。

在燃料电池中为了提高发电性能，研究了提高向包含催化剂层和气体扩散层的电极的气体供给性的方案。

例如在专利文献1中公开了以下技术：通过在气体流路设置局部减少了气体流动方向的截面积的节流部，使来自气体流路的反应气体在气体扩散层中对流，发生所谓的潜入，由此提高向电极的气体供给性，提高发电性能。

另外，专利文献2中公开了如下技术：为了使同一流路内的潜入量均匀化，增大同一流路内的中央区域的流路宽度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－228482号公报

专利文献2：日本特开2012－064483号公报。

发明内容

专利文献1中，气体的潜入集中在气体流路的各节流部前后。因此，各节流部间的中央区域的潜入减少，没有发挥充分的发电性能的提高效果。在此，虽然通过增加节流部(减少各节流部间的间隔)，使气体的潜入量增加，但气体流路的截面积变小的部分增多，因此容易发生由生成水导致的气体流路的闭塞，向电极的气体供给性降低。另外，由于气体流路的截面积变小部分增多，因而燃料电池的压降增加，燃料电池的发电性能降低。

另外，专利文献2中，在减少了隔离件的肋宽度的部分与气体扩散层的接触面积变小，所以有时发生隔离件与气体扩散层的接触电阻的上升和局部面压增大所导致的气体扩散层的挫曲。由此，气体扩散层隆起，进入到隔离件的气体流路，从而气体流路的截面积变小，容易产生由生成水导致的气体流路的闭塞，向电极的气体供给性降低。另外，由于隔离件的气体流路的截面积变小，由此燃料电池的压降增加，燃料电池的发电性能降低。