燃料電池組的制作方法
【專利說明】燃料電池組
[0001 ] 本申請是國際申請日為2009年11月13日、國家申請號為200980146062.0、發明名稱為“燃料電池組”的發明專利申請的分案申請。
[0002]相關申請的交叉引用
[0003]本申請要求2008年11月19日提交的日本專利申請N0.2008-295450的優先權，其完整內容通過引用的方式結合于此。
技術領域
[0004]本發明涉及一種燃料電池組的結構。
【背景技術】
[0005]燃料電池已經公知，該燃料電池通過利用包括諸如氫氣的陽極氣體和諸如氧氣的陰極氣體的反應氣體的電化學反應直接地將化學能轉換為電能。
[0006]日本未審專利申請出版物N0.2006-92924公開一種包括多個單個電池的固態聚合物電解質燃料電池組。單個電池的每個包括薄膜電極組件(下文稱之為“MEA”和設置在MEA兩側上的分離器)IEA具有陽極電極和陰極電極，將電解質薄膜夾置在其間。在燃料電池組的外周中，形成絕緣樹脂部件使得疊置的單個電池能夠彼此連接并且確保與外部的絕緣。
[0007]但是，在日本未審專利申請出版物N0.2006-92924中記載的燃料電池組中，多個單個電池和樹脂部件形成為一體。因此，當MEA的電解質薄膜膨脹并且燃料電池組沿單個電池疊置的方向(下文稱之為“疊置方向”)延展時，樹脂部件不能跟隨燃料電池組的位移，或者換句話說，多個MEA之間的位移。這可導致樹脂部件破裂。如果樹脂部件破裂，MEA中產生的水蒸汽會從燃料電池組的內部泄漏到外部，可能產生液體合流，并且燃料電池組的絕緣性能可能下降。
【發明內容】
[0008]本發明提供一種絕緣性能被抑制不下降的燃料電池組。
[0009]在一項實施例中，提供一種燃料電池組，其中，每個包括薄膜電極組件的多個單個電池沿疊置方向疊置。所述電池燃料組包括多個絕緣部件，每個絕緣部件連接至所述薄膜電極組件的對應一個的外周部分。所述多個絕緣部件電絕緣。所述燃料電池組還包括設置在每個絕緣部件與相鄰絕緣部件之間的第一位移吸收部件。
[0010]在另一實施例中，提供一種燃料電池組，其中，多個單個電池沿疊置方向疊置。所述燃料電池包括多個薄膜電極組件，所述每個薄膜電極組件包括電解質薄膜和外周部件，所述外周部件用以吸收所述多個薄膜電極組件之間的位移。每個所述外周部件連接至所述多個薄膜電極組件的對應一個的外周部分。
[0011]在另一實施例中，提供一種燃料電池組，包括多個薄膜電極組件，以及位移吸收裝置，用于吸收薄膜電極組件和相鄰薄膜電極組件的每個之間的位移，并且用于將所述多個薄膜電極組件支承在其外周部分。
[0012]當薄膜電極組件的電解質薄膜膨脹時，第一位移吸收部件、外周部件或位移吸收裝置變形，使得絕緣部件能夠沿疊置方向跟隨燃料電池組的位移，由此，絕緣部件能夠被防止破裂
【附圖說明】
[0013]附圖結合于此并且構成本說明書的一部分，附圖示出本發明的優選實施例與上述總體說明書和下述詳細說明共同用于解釋本發明的特征。
[0014]圖1是第一實施例的燃料電池組的示意圖；
[0015]圖2是沿疊置方向的相鄰單個電池的局部剖面視圖；
[0016]圖3A和3B示出沿疊置方向的單個電池的厚度與沿疊置方向的絕緣部件的凸出部分的厚度之間的關系；
[0017]圖4A和4B示出燃料電池組相對于MEA中產生的水蒸汽的密封能力；
[0018]圖5A至5E示出當燃料電池組沿著疊置方向延展時絕緣部件的狀態；
[0019]圖6是沿疊置方向的第二實施例的燃料電池組的單個電池的局部剖視圖；以及
[0020]圖7是沿疊置方向的第三實施例的燃料電池組的單個電池的局部剖視圖。
【具體實施方式】
[0021]本發明的實施例參照附圖如下所述。
[0022]第一實施例
[0023]燃料電池系統直接地將燃料的化學能轉換為電能。在燃料電池系統中，電解質薄膜夾置在陽極電極與陰極電極之間。陽極電極供給有包括氫氣的陽極氣體，陰極電極供給有包括氧氣的陰極氣體。下述電化學反應出現在陽極電極和陰極電極與電解質薄膜接觸的表面上，使得電能從電極獲得。
[0024]陽極電極反應:2H2—4H++4e—...(I)
[0025]陰極電極反應:4H++4e—+02—2H20...⑵
[0026]圖1示出燃料電池組100，該燃料電池組為用作移動車輛諸如汽車的燃料電池系統。
[0027]燃料電池組100包括多個單個電池10、一對集電器板20、一對絕緣板30、一對端板40和擰入拉桿(未示出)的螺母50。
[0028]單個電池10產生電動力，作為固態聚合物電解質薄膜燃料電池類型的單元電池。燃料電池組100包括單個電池10的疊置組。單個電池10的結構如下所述參照圖2詳細說明。
[0029]該對集電器板20的每個設置在單個電池10的疊置組的外表面上。集電器板20采用諸如緊致碳的不可滲透氣體的導電材料制成。集電器板20的每個具有在其上側上的輸出端子21。燃料電池組100通過輸出端子21輸出產生在單個電池10中的電子。
[0030]絕緣板30對其中的每個設置在集電器板20的對應一個的外表面上。絕緣板30采用絕緣橡膠制成。
[0031]端板40對其中的每個設置在絕緣板30的對應一個的外表面上。端板40采用具有剛性的金屬或樹脂材料制成。端板40其中的一個包括冷卻水入口 4IA、冷卻水出口 4IB、陽極氣體入口 42A和陽極氣體出口 42B、陰極氣體入口 43A和陰極氣體出口 43B。
[0032]螺母50設置在端板40對的外表面上的接近每個端板40的四個角部的位置。螺母50擰入延伸穿過燃料電池組100的拉桿的每個的端部中。燃料電池組100通過拉桿和螺母50而沿疊置方向固緊。為了防止單個電池10之間的短路，拉桿的表面被絕緣。
[0033]可選擇地，燃料電池組100可通過使用拉伸板而沿疊置方向固緊。
[0034]參照圖2，描述單個電池10的結構。圖2是沿疊置方向的相鄰單個電池10的局部剖視圖。單個電池10的每個包括MEA60、陽極分離器71和陰極分離器72，將MEA60夾置在其間，以及與MEA60形成為一體的絕緣部件80。
[0035]MEA60是分層疊置組，包括電解質薄膜61、設置在電解質薄膜61的一個表面上的陽極電極62和設置在電解質薄膜61的另一表面上的陰極電極63。
[0036]電解質薄膜61是采用碳氟樹脂制成的質子傳導離子交換薄膜。電極質薄膜61大于陽極電極62和陰極電極63，使得電解質薄膜61具有延伸穿過陽極電極62和陰極電極63的外邊緣的外邊緣61A。因為電解質薄膜61在潮濕狀態下能夠良好地導電，所以陽極氣體和陰極氣體在燃料電池組100中被加濕。
[0037]陽極電極62是多層的疊置組，包括采用包括鉑等的合金制成的電極催化層，由氟碳樹脂等制成的排水層以及由碳布等制成的氣體擴散層，它們按照這一順序疊置在電解質薄膜61上。
[0038]如同陽極電極62，陰極電極63是多層的疊置層，包括電極催化層、排水層和氣體擴散層，它們按照這一順序疊置在電解質薄膜61上。
[0039]陽極分離器71是諸如金屬的導電材料制成的波紋狀板。陽極分離器71大于MEA60。在陽極分離器71接觸陽極電極62的一側上，用于將陽極氣體供給至陽極電極62的陽極氣體通道71A形成在陽極分離器71和陽極電極62之間。在陽極分離器71的相對側上，冷卻氣體通道71B形成在陽極分離器71和陰極分離器72之間，用于冷卻燃料電池組100的冷卻水流動通過該冷卻水通道7IB。
[0040]陰極分離器72是采用諸如金屬的導電材料制成的波紋狀板。陰極分離器72大于MEA60。在陰極分離器72接觸陰極電極63的一側上，用于將陰極氣體供給至陰極電極63的陰極氣體通道72A形成在陰極分離器72與陽極電極63之間。在陰極分離器72的相對側上，冷卻水通道72B形成在陰極分離器72與陽極分離器71之間，用于冷卻