[发明专利]燃料电池的气体分离器

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池的气体分离器和采用这种气体分离器的燃料电池以及生产用于燃料电池的气体分离器的方法。更具体而言，本发明涉及在燃料电池组(fuel cells stack)中(包括一个叠在另一个上面的许多单元电池)放置在相邻单元电池之间的气体分离器，所述气体分离器与相邻的组件结合以限定气体燃料的流路或氧化性气体的流路，并且从氧化性气流中分离出气体燃料流。本发明还涉及使用这种气体分离器的燃料电池以及制造燃料电池的气体分离器的方法。

背景技术

燃料电池的气体分离器是燃料电池组中的一个组件，其中许多单元电池一个叠在另一个上面，并且具有足够的气体不透性以防止各自加入相邻单元电池的气体燃料的进料和氧化性气体的进料相互混合。燃料电池的气体分离器通常由碳质材料或金属材料组成。与由碳质材料组成的气体分离器相比，金属材料通常具有优异的强度并且使气体分离器变薄。气体分离器厚度的减少有利于减小整个燃料电池组的尺寸。

燃料电池的气体分离器通常具有一个预定的波纹结构，在燃料电池组中所述结构与相邻组件结合以限定气体燃料的流路和氧化性气体的流路。提出的一种方法生产具有这种波纹结构并且通过压模金属板由金属材料组成的气体分离器(例如，日本公开特许公报第7-161365)。这种方法通过简单的压模来生产燃料电池的气体分离器，因而简化并缩短了生产流程，提高了生产率并防止制造成本的增加。

当将薄金属板压模成在其两面具有预定波纹形状的气体分离器时，压模金属板导致所得气体分离器变形。在通过将所需组件一个叠在另一个上面得到的燃料电池装置中，所述变形的气体分离器可能引起随相邻组件不同气体分离器的各个接触面的压力不同。加入燃料电池的变形的气体分离器的变形使得气体分离器与相邻组件接触的区域具有较小的平面压力。在这样的区域中，气体分离器与相邻组件的接触面大大降低，从而降低了活化燃料电池中的导电性并且增大了内阻。即它破坏了燃料电池的性能。平面压力低的区域也使导热性下降，这将引起燃料电池的内部温度的变化并进一步破坏所述燃料电池的性能。在包含变形的气体分离器的燃料电池装置中，不能充分保证在所述气体分离器的周围区域中的气密性能。

因此，本发明的目的是解决上面的问题，并且防止燃料电池的气体分离器、使用这种气体分离器的燃料电池以及在制造燃料电池的气体分离器的方法中发生变形。

发明公开

至少以上一部分和其它相关目的可以通过燃料电池的第一气体分离器来实现，所述燃料电池由包括电解质层和电极层的许多组件层压而成。所述气体分离器以一个组件的形式，包括在燃料电池内并且具有在两面形成的预定波纹形状以限定通过燃料电池内部的流体的流路。各自具有在其一面上形成的预定波纹形状的两块薄板通过各自的另一面相连以形成这种第一气体分离器。

本发明的第一气体分离器通过相互粘接具有预定波纹形状的两块薄板来得到。所述两块薄板相互补偿由于形成波纹形状而引起的潜在变形，从而减小所得气体分离器的变形。与在一块板的两面均形成波纹形状的先有技术的配置(arrangement)相比，将两块薄板连在一起以分别在所得气体分离器的各个面上形成波纹形状的所述配置，在气体分离器的波纹形状的设计中具有较大的自由度。与先有技术的配置相比，本发明的配置也减小了气体分离器的总厚度。在先有技术的配置中，需要具有足够厚度的板从而在所得分离器的两面上形成波纹结构。本发明的气体分离器不需要这种厚板。使用具有轻微变形的气体分离器，使基本均匀的平面压力施加到包括在燃料电池装置内的各个单元电池上。这种配置有效地防止了由于平面压力的部分降低而导致的内阻增加，并确保所述燃料电池具有足够的性能。

在这个气体分离器中，如果存在由两块薄板界定的空间，那么所述空间需要用导电材料进行填充。

本配置提高了气体分离器的强度并减小了所得气体分离器的所需厚度。这种配置也提高了所述气体分离器总的导电性并改进了包括这些气体分离器的所得燃料电池的性能。这种配置进一步提高了气体分离器总的导热性。所述提高的导热性使内部温度在包括这些分离器的燃料电池装置的起动时快速上升，从而缩短所述燃料电池的等待时间。所述提高的导热性也改进了在燃料电池内部循环的冷却水的冷却效率，从而使燃料电池的内部温度保持在基本恒定的水平上。