專利名稱：燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池。
背景技術(shù)：
一直以來，已知有如日本特開2005-116205號公報(bào)所公開那樣的，具 有多個(gè)反應(yīng)氣體供給用的陽極氣體供給口 ， 一邊^(qū)^應(yīng)氣體滯留在陽極內(nèi)， 一邊根據(jù)需要對陽極氣體供給口的開閉狀態(tài)進(jìn)行切換的燃料電池。燃料電 池的發(fā)電是通過向陽極供給富含氫氣的反應(yīng)氣，將反應(yīng)氣中的氫氣在電化 學(xué)反應(yīng)中消費(fèi)掉來進(jìn)行的。根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，通過一邊使反應(yīng)氣體滯留 在陽極內(nèi)一邊進(jìn)行發(fā)電，可以有效利用反應(yīng)氣。
為了有效進(jìn)行發(fā)電，優(yōu)選燃料電池內(nèi)的氣體分布基本均勻，氫氣在陽 極內(nèi)均衡分布的狀態(tài)。但如果在陽極氣體供給口的位置固定的狀態(tài)下供給 反應(yīng)氣，則反應(yīng)氣的流通方向變成固定的。結(jié)果，隨著反應(yīng)氣的流動，氮 氣、水蒸氣等與發(fā)電反應(yīng)不相關(guān)的氣體(反應(yīng)不相關(guān)氣體)被帶到下游側(cè)， 結(jié)果有時(shí)在下游位置反應(yīng)不相關(guān)氣體局部濃度升高(濃縮)。
此時(shí)，燃料電池內(nèi)部的氣體分布不均勻，所以不優(yōu)選。因此，在上述 以往的燃料電池中，通過分別控制多個(gè)陽極氣體供給口的開閉狀態(tài)來適當(dāng) 選擇反應(yīng)氣體的供給位置，從而使燃料電池內(nèi)的氣體分布更接近均勻。
專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-116205號公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本特開2001-126746號7>才艮

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，人們在尋求抑制燃料電池內(nèi)氣體的濃度不均，可以使燃料 電池內(nèi)部的氣體濃度分布均勻化的技術(shù)。本申請的發(fā)明人等對該課題進(jìn)行了反復(fù)深入研究，結(jié)果想出了可抑制反應(yīng)不相關(guān)氣體的局部滯留的新方法。 本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于提供可以抑制與反
應(yīng)不相關(guān)的氣體在內(nèi)部局部滯留的燃料電池。
第l發(fā)明是用于實(shí)現(xiàn)上述目的的燃料電池，
其是一種燃料電池，具有膜電極接合體、疊層在所述膜電極接合體
上的氣體擴(kuò)散層、被設(shè)置成與所述氣體擴(kuò)散層相接觸的l條或多條氣體流
路、和使供給到所述氣體流路中的氣體流通的氣體供給路，所述氣體流路
的上游側(cè)端部與所述氣體供給路連通，該氣體流路的下游側(cè)端部實(shí)質(zhì)上是
閉塞的，其特征在于，
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與該氣體流路的上游側(cè)部分相鄰，或所述 氣體流路的下游側(cè)部分與不同于該氣體流路的另外的所述氣體流路的上游 側(cè)部分相鄰。
另外，第2發(fā)明是具有下述特征的第l發(fā)明，所述特征為所述氣體 流路的所述下游側(cè)端部與所述氣體流路的所述上游側(cè)端部相鄰，或所述氣
側(cè)端部相鄰。
另外，第3發(fā)明是具有下述特征的第1或第2發(fā)明，所述特征為所 述氣體供給路包括第1氣體供給路和第2氣體供給路，它們以沿所述膜電 極接合體的面方向夾著所述氣體擴(kuò)散層的方式設(shè)置，
所述氣體流路包括第1氣體流路和第2氣體流路，所述第1氣體流路 的上游側(cè)端部與所述第1氣體供給路連通，其下游側(cè)端部實(shí)質(zhì)上是閉塞的， 所述第2氣體流路的上游側(cè)端部與所述第2氣體供給路連通，其下游側(cè)端 部實(shí)質(zhì)上是閉塞的，
所述第1氣體流路的上游側(cè)部分和所述第2氣體流路的下游側(cè)部分相 鄰，該第1氣體流路的下游側(cè)部分和該第2氣體流路的上游側(cè)部分相鄰。
另外，笫4發(fā)明是具有下述特征的第3發(fā)明，所述特征為所述第1 氣體流路和所述第2氣體流路交替配置。
另外，第5發(fā)明是具有下述特征的第l或第2發(fā)明，所述特征為所 述氣體流路在所述上游側(cè)部分和所述下游側(cè)部分之間具有折回部，
5所述氣體流路的所述下游側(cè)部分和該氣體流路的所述上游側(cè)部分相鄰。
另外，第6發(fā)明是具有下述特征的第1~5發(fā)明，所述特征為所述氣 體流路的所述下游側(cè)端部是完全閉塞的。
另外，第7發(fā)明是具有下述特征的第1~5發(fā)明，所述特征為具有 與所述下游側(cè)端部連接的氣體排出路；和，
配置在所述氣體排出路上并可通過開閉來切換其連通狀態(tài)的放氣閥。 另外，第8發(fā)明是具有下述特征的第1~5發(fā)明，所述特征為具有 與所述下游側(cè)端部連接的氣體排出路；和， 配置在所述氣體排出路上的節(jié)流閥。
根據(jù)第1發(fā)明，通過使氮?dú)?、水蒸氣等與發(fā)電反應(yīng)不相關(guān)的氣體(下面 也稱作"反應(yīng)不相關(guān)氣體")的濃度相對較高的氣體流路的下游側(cè)部分、與 該氣體的濃度相對較低的氣體流路的上游側(cè)部分相鄰，可以促進(jìn)氣體擴(kuò)散， 使氣體擴(kuò)M內(nèi)該氣體的濃度梯度均勻化。結(jié)果可以抑制燃料電池內(nèi)部與 反應(yīng)不相關(guān)的氣體局部滯留。
根據(jù)第2發(fā)明，通過使氣體流路的下游側(cè)端部和氣體流路的上游側(cè)端 部相鄰，可以進(jìn)一步促進(jìn)氣體擴(kuò)散，使該氣體的濃度梯度均勻化。
根據(jù)第3發(fā)明，可以交替配置第1氣體流路和第2氣體流路，容易設(shè) 置大量的氣體流路的上游側(cè)部分和下游側(cè)部分相鄰的部分。
根據(jù)第4發(fā)明，由于氣體流路的上游側(cè)部分和下游側(cè)部分交替配置， 所以可以更有效地促進(jìn)與發(fā)電反應(yīng)不相關(guān)的氣體的濃度分布的均勻化。
根據(jù)第5發(fā)明，通過使1條氣體流路的上游側(cè)部分和下游側(cè)部分相鄰， 可以減少氣體分配路的數(shù)量。
根據(jù)第6發(fā)明，在不需要用于排出氣體流路的氣體的特別結(jié)構(gòu)的簡易 結(jié)構(gòu)中，可以抑制與反應(yīng)不相關(guān)的氣體在燃料電池內(nèi)部局部滯留。
根據(jù)第7發(fā)明，可以根據(jù)需要進(jìn)行氣體流路的放氣，另外，可以抑制 與反應(yīng)不相關(guān)的氣體在燃料電池內(nèi)部局部滯留，所以可以降低放氣的頻率。
根據(jù)第8發(fā)明，在將抑制的氣體排到氣體排出路的燃料電池中，可以
6抑制與反應(yīng)不相關(guān)的氣體在燃料電池內(nèi)部局部滯留。


圖l是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式l的燃料電池的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式1的燃料電池的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是用于說明反應(yīng)不相關(guān)氣體滯留給燃料電池的發(fā)電帶來的影響的圖。
圖4是測定在出現(xiàn)反應(yīng)不相關(guān)氣體滯留的部分中的氫氣和氮?dú)夥謮鹤?化的圖。
圖5是用于說明反應(yīng)不相關(guān)氣體滯留給燃料電池的發(fā)電帶來的影響的圖。
圖6是說明用于與實(shí)施方式1進(jìn)行比較的燃料電池的結(jié)構(gòu)的圖。 圖7是用于說明與實(shí)施方式1的燃料電池具有同樣結(jié)構(gòu)的燃料電池、 和比較用的燃料電池的測定結(jié)果的圖。
圖8表示實(shí)施方式1的燃料電池、和比較用的燃料電池的測定結(jié)果的圖。
圖9是用于說明實(shí)施方式1的燃料電池的變形例的圖。 圖10是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式2的燃料電池的結(jié)構(gòu)的圖。 圖11是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式3的燃料電池的結(jié)構(gòu)的圖。 圖12是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式3的燃料電池的結(jié)構(gòu)的圖。 圖13是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式4的燃料電池的結(jié)構(gòu)的圖。
符號說明
燃料電池10、 110、 210 分隔體12、 112、 212、 312 氣體分配路14、 16、 114、 116、 214 氣體流路20、 22、 120、 122、 220、 320、 322 電解質(zhì)膜30 電極催化劑層32氣體擴(kuò)散層34 氣體排出路324 放氣閥354 燃料電池組350 氬氣罐356 節(jié)流閥45具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1 [實(shí)施方式l的結(jié)構(gòu)J
圖l是說明本發(fā)明的實(shí)施方式l的燃料電池10的結(jié)構(gòu)的圖。燃料電池 10在其中部具有通過在電解質(zhì)膜的兩面上疊層電極催化劑層而成的膜電 極接合體。并且，以夾著膜電極M體的方式依次疊層氣體擴(kuò)散層、分隔 體，形成的結(jié)構(gòu)為膜電極掩^體的一面?zhèn)染哂凶鳛殛枠O的功能，而另一 面?zhèn)染哂凶鳛殛帢O的功能。圖1對應(yīng)的是從陽極側(cè)觀察到的燃料電池10 的圖，示出了陽極側(cè)的分隔體12。
圖1表示將分隔體12從其平面方向切斷而得到的截面。結(jié)果如圖1 所示，可以目視到在分隔體12內(nèi)形成的氣體分配路14、 16和氣體流路20、 22。氣體分配路14、 16是在分隔體12的兩端部沿著分隔體12的短邊設(shè)置 的。氣體分配路14、 16分別與儲存氫氣的燃,(沒給圖示)連通。
在分隔體12中并列形成了多條氣體流路20、 22。氣體流路20、 22在 分隔體12的平面內(nèi)幾乎均等地交替設(shè)置。氣體流路20從氣體分配路14 延伸至分隔體12面內(nèi)的中途，其端頭部完全閉塞。氣體流路22與氣體流 路20同樣，從氣體分配路16延伸至分隔體12面內(nèi)的中途，端頭部完全閉 塞。
氣體流路20、 22，從方向相對的2條氣體分配路14、 16彼此對向延 伸，形成梳狀的兩氣體流路嚙合的結(jié)構(gòu)。于是具有下述結(jié)構(gòu)，即氣體流路 20的下游側(cè)端部和氣體流路22的上游側(cè)端部、以及、氣體流路20的上游側(cè)端部和氣體流路22的下游側(cè)端部鄰接。
由于氣體流路20、 22的下游側(cè)端部被閉塞，所以被供給到氣體分配路 14中的氫氣在分配到各氣體流路20中后滯留在氣體流路20內(nèi)。在氣體流 路22中也同樣，從氣體分配路16供給的氫氣在其氣體流路22內(nèi)滯留。
圖2是表示沿著圖1中的燃料電池10的A-A線的截面的局部放大圖。 圖2中示出了燃料電池10的陽極側(cè)的疊層結(jié)構(gòu)。即在圖2中分別示出了燃 料電池IO內(nèi)部的電解質(zhì)膜30、作為陽極結(jié)構(gòu)的電極催化劑層32、氣體擴(kuò) 散層34、和分隔體12。
如圖2所示，分隔體12的氣體流路20、 22以與氣體擴(kuò)散層34相接觸 的方式被設(shè)置。因此，在燃料電池10中，在氣體流路20、 22內(nèi)流通的氣 體擴(kuò)散到氣體擴(kuò)，34內(nèi)，進(jìn)而到達(dá)電極催化劑層32。
實(shí)施方式1的燃料電池10，具有陰極結(jié)構(gòu)(沒有給出圖示)。陰極與陽 極同樣，設(shè)置有電極催化劑層、氣體擴(kuò)散層、分隔體。在陰極的分隔體中 形成有用于空氣流通的氣體流路。并且具有可以從陰極的氣體流路向氣體 擴(kuò)散層、電極催化劑層供給空氣的結(jié)構(gòu)。關(guān)于具體的陰極的結(jié)構(gòu)，可以使 用已經(jīng)Z/^知的各種結(jié)構(gòu)，所以這里省略了對其詳細(xì)的說明。
[反應(yīng)不相關(guān)氣體滯留對發(fā)電的影響l
燃料電池通過陽極的氫氣和陰極的空氣中的氧氣介由電解質(zhì)膜發(fā)生電 化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行發(fā)電。對于在陽極內(nèi)一邊使氫氣滯留， 一邊進(jìn)行發(fā)電的燃 料電池而言，按照發(fā)電所消耗的氫氣，來持續(xù)供給氫氣。因此，在發(fā)電時(shí)， 從氫氣供給口持續(xù)向陽極內(nèi)部流入氫氣。
電解質(zhì)膜具有透氣性。因此，在發(fā)電中，陰極的空氣中的氧氣，在發(fā) 電中被消耗的同時(shí)，從陰極透過電解質(zhì)膜，而氮?dú)?、水蒸氣等與發(fā)電反應(yīng) 不相關(guān)的氣體(下面也稱作"反應(yīng)不相關(guān)氣體")向陽極移動。
該反應(yīng)不相關(guān)氣體，隨著氫氣一起流向陽極，被帶到下游側(cè)。在陽極 內(nèi)的氣體的流通方向固定時(shí)，有時(shí)在下游位置會局部出現(xiàn)反應(yīng)不相關(guān)氣體 濃度上升(濃縮)。此時(shí)，在燃料電池內(nèi)部，氫氣和反應(yīng)不相關(guān)氣體的分布 出現(xiàn)偏差，氣體分布不均勻。下面使用圖3 5來說明這樣的不均勻的氣體分布對發(fā)電產(chǎn)生的影響。
圖3是用于說明上述的反應(yīng)不相關(guān)氣體滯留對燃料電池的發(fā)電狀態(tài)的 影響的圖。圖3示出了對長方形的燃料電池試樣測定發(fā)電時(shí)的電流密度分 布的結(jié)果。另外，圖中的濃淡表示電流密度的大小，濃的部分表示電流密 度大，淡的部分表示電流密度小。
該燃料電池試樣具有下述結(jié)構(gòu)從紙面右上端向陽極供給氫氣，同時(shí) 在陽極內(nèi)一邊使氫氣滯留一邊進(jìn)行發(fā)電。因此，在圖3的燃料電池試樣中， 紙面右上端相當(dāng)于氣流的上游部分，氬氣在平面內(nèi)從紙面右上向左下流動 (圖3的箭頭)。
如上所述，氮?dú)?、水蒸氣等反?yīng)不相關(guān)氣體介由電解質(zhì)膜從陰極透向 陽極。隨著向陽極供給氫氣，該反應(yīng)不相關(guān)氣體隨氫氣一起流動。在圖3 的燃料電池試樣中，氫氣從紙面右上向左下流動，所以與氫氣一起，反應(yīng) 不相關(guān)氣體向紙面左下側(cè)流動。結(jié)果，在紙面左下側(cè)，反應(yīng)不相關(guān)氣體的 濃度，換而言之，反應(yīng)不相關(guān)氣體相對于陽極內(nèi)的氣體的總壓的分壓局部 增力口。
基于上述原因，氫氣難以到達(dá)該位置，越接近圖3的紙面左下側(cè)(下游 側(cè))，陽極內(nèi)的氫氣分布量就越少。由于氫氣量也決定發(fā)電量，所以在下游 側(cè)發(fā)電量變小。
圖4是對陽極中的出現(xiàn)反應(yīng)不相關(guān)氣體滯留的部分(即氣流的下游側(cè)端 部)測定氫氣和氮?dú)獾姆謮鹤兓膱D。氮?dú)?、水蒸氣從陰極向陽極的移動， 在兩極之間出現(xiàn)這些氣體的分壓差時(shí)，就會繼續(xù)出現(xiàn)。因而，在陽極內(nèi)存 在的氮?dú)獾牧浚须S著時(shí)間變長逐漸增加的趨勢。
移動到陽極的氮?dú)猓粴錃鈳蛳掠蝹?cè)，局部聚集。在按照發(fā)電所消 耗的氫氣而持續(xù)供給氫氣的狀態(tài)中，由于滲透到陽極的氮?dú)饪焖傧蛳掠蝹?cè) 聚集，所以在該位置的氮?dú)夥謮?lt'匱增加。
結(jié)果如圖4所示，在陽極內(nèi)的氣流的下游側(cè)端部，隨著時(shí)間變長而氮 氣壓力大幅升高，與此相應(yīng)的是，氫氣分壓降低。就這樣，在上述的燃料 電池試樣中，出現(xiàn)了反應(yīng)不相關(guān)氣體的局部滯留，在該位置集中的反應(yīng)不
10相關(guān)氣體的量(濃度)慢慢增加。
圖5示出了在圖3和圖4的測定所使用的燃料電池試樣中，隨時(shí)間推 移測定電壓的結(jié)果的圖。隨著圖4所述的反應(yīng)不相關(guān)氣體的聚集，在該氣 體聚集的位置的氫氣供給量降低，如圖3所示，發(fā)電量的不均衡變的更大。 因此，對燃料電池整體的發(fā)電產(chǎn)生影響，如圖5所示，隨著時(shí)間變長，導(dǎo) 致電壓降低。結(jié)果燃料電池難以有^iL電。
[實(shí)施方式1的特征和作用
這里，在實(shí)施方式l中，為了解決上述狀況，使氣體流路20的下游側(cè) 端部和氣體流路22的上游側(cè)端部、以及、氣體流路20的上游側(cè)端部和氣 體流路22的下游側(cè)端部相鄰。
如上所述，在燃料電池10的發(fā)電中，氫氣從氣體分配路14、 16流向 氣體流路20、 22。與此相伴的是，陽極內(nèi)的反應(yīng)不相關(guān)氣體被在氣體流路 20、 22內(nèi)流動的氫氣帶到氣體流路20、 22的下游側(cè)。因此，氣體流路20、 22的下游側(cè)反應(yīng)不相關(guān)氣體的濃度變得較高。特別是，在氣體流路中，反 應(yīng)不相關(guān)氣體的濃度在氣體流路20、 22的下游側(cè)端部變得最高。
而在氣體流路20、 22的上游側(cè)，反應(yīng)不相關(guān)氣體的濃度變得較低(即， 氫氣濃度在氣體流路內(nèi)相對變高)。特別是，在氣體流路中，反應(yīng)不相關(guān)氣 體的濃度在氣體流路20、 22的上游側(cè)端部變得最低(即，在氣體流路內(nèi)氫 氣濃度最高)。
如圖2所示，氣體流路20、 22以與氣體擴(kuò)散層34相接觸的方式被設(shè) 置。因此，氣體流路20、 22內(nèi)的氣體可向氣體擴(kuò)散層34擴(kuò)散。因此，在 氣體擴(kuò)散層34中的與氣體流路20、 22的下游側(cè)部分相接觸的部位，被供 給大量(高濃度)反應(yīng)不相關(guān)氣體。而在氣體擴(kuò)散層34中的與氣體流路20、 22的上游側(cè)部分相接觸的部位，被供給相對較多的氫氣。
由于氣體流路20、 22的上游側(cè)部分和下游側(cè)部分相鄰設(shè)置，所以在氣 體擴(kuò)散層34內(nèi)，高濃度的反應(yīng)不相關(guān)氣體存在的部位、與高濃度氫氣存在 的部位相鄰。由此在這些部位之間出現(xiàn)氣體擴(kuò)散，佳反應(yīng)不相關(guān)氣體和氫 氣的濃度梯度均衡化。具體地講，如圖2的箭頭所示的那樣，因氫氣的濃度梯度，氬氣在氣 體擴(kuò)散層34中從氫氣分壓高的與氣體流路22的上游側(cè)部分相接觸的位置 向反應(yīng)不相關(guān)氣體(在圖2中僅記載了氮?dú)夂退魵?分壓高的與氣體流路 20的下游側(cè)部分相接觸的位置擴(kuò)散。另外，雖然沒有給出圖示，但在氣體 擴(kuò)散層34內(nèi)，反應(yīng)不相關(guān)氣體也同樣擴(kuò)散使其濃度差得到緩和。
通過這樣的氣體擴(kuò)散，在氣體擴(kuò)散層34內(nèi)的氣體分布均勻化，氬氣在 燃料電池IO內(nèi)基本均勻地分布。由此，可以抑制由于反應(yīng)不相關(guān)氣體的局 部滯留而導(dǎo)致的發(fā)電電壓降低。
如上所述，根據(jù)實(shí)施方式1的燃料電池10，通過使氣體流路20、 22 的下游側(cè)部分與氣體流路20、 22的上游側(cè)部分相鄰，可以促進(jìn)氣體擴(kuò)散， 使反應(yīng)不相關(guān)氣體的濃度梯度均勻化。結(jié)果，通過簡易的結(jié)構(gòu)就可以控制 與反應(yīng)不相關(guān)的氣體在燃料電池內(nèi)部的局部滯留。
特別是，在實(shí)施方式l中，氣體流路20、 22中的反應(yīng)不相關(guān)氣體濃度 最高的下游側(cè)部分、與氣體流路20、 22中的該氣體濃度最低的上游側(cè)部分 相鄰。由此可以更有效的促進(jìn)氣體擴(kuò)散，使該氣體的濃度梯度均勻化，可 以更快速地實(shí)現(xiàn)該氣體濃度梯度的均勻化。
另外，在實(shí)施方式l中，作為氫氣供給口的氣體分配路14、 16夾著氣 體擴(kuò)散層34，方向相對地配置。并且具有下述結(jié)構(gòu)氣體流路20、 22分 別從方向相對的氣體分配路開始延伸。通過這樣，可以使一條氣體流路的 流路長度比較短。形成的氣體流路越長，就有被帶到其下游側(cè)端部的反應(yīng) 不相關(guān)氣體的總量越多的趨勢。基于這一點(diǎn)，在實(shí)施方式l中，可以縮短 氣體流路，以減少被帶到下游側(cè)端部的反應(yīng)不相關(guān)氣體的總量。
另外，通過j吏氣體分配路14、 16方向相對配置，可以使氣體流路20、 22交替配置，所以容易設(shè)置大量的氣體流路的上游側(cè)部分和下游側(cè)部分相 鄰的部位。因此，容易實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)不相關(guān)氣體的濃度分布均勻化的促進(jìn)。
另外，在實(shí)施方式l中，氣體流路20、 22幾乎均勻地交替配置。根據(jù) 這樣的結(jié)構(gòu)，由于氣體流路20、 22的上游側(cè)端部和下游側(cè)端部均勻地交替 配置，所以可以更有效促進(jìn)反應(yīng)不相關(guān)氣體濃度分布的均勻化。
12另外，實(shí)施方式1的燃料電池10，由于氣體流路20、 22的下游側(cè)端 部完全堵塞，所以不能進(jìn)行通氣。但在實(shí)施方式l中，通過使氣體流路的 下游側(cè)端部和上游側(cè)端部相鄰，可以促進(jìn)氣體擴(kuò)散，使反應(yīng)不相關(guān)氣體的 濃度梯度均勻化。因此，根據(jù)實(shí)施方式1，可以抑制反應(yīng)不相關(guān)氣體的局 部滯留，同時(shí)具有的優(yōu)點(diǎn)是不具有排氣用的結(jié)構(gòu)(例如，避免了結(jié)構(gòu)復(fù)雜化 等)。
另外，在實(shí)施方式1中，氣體流路20、 22的下游側(cè)端部和氣體流路 20、 22的上游側(cè)端部相鄰。但在本發(fā)明中并不以此為限。如果不使氣體流 路的上游側(cè)端部和下游側(cè)端部相鄰，通過使氣體流路20、 22的下游側(cè)部分 和氣體流路20、 22的上游側(cè)部分相鄰也可以促進(jìn)氣體擴(kuò)散，使氣體濃度梯 度均勻化。
即在本發(fā)明中，氣體流路的下游側(cè)部分可以改稱為"氣體流路內(nèi)的反 應(yīng)不相關(guān)氣體濃度相對較高的部分"，而氣體流路的上游側(cè)部分可以改稱 為"氣體流路內(nèi)反應(yīng)不相關(guān)氣體濃度相對較低的部分"。如果使反應(yīng)不相 關(guān)氣體濃度相對具有區(qū)別的部分相鄰，就可以出現(xiàn)上述那樣的氣體擴(kuò)散， 結(jié)果如實(shí)施方式l同樣，可以抑制反應(yīng)不相關(guān)氣體的局部滯留。
于是，在作為"反應(yīng)不相關(guān)氣體濃度最高的部分，，的氣體流路下游側(cè) 端部、與作為"該氣體濃度最低部分"的上游側(cè)端部相鄰時(shí)，可以更大幅 度地促進(jìn)氣體擴(kuò)散，更加有效抑制反應(yīng)不相關(guān)氣體的局部滯留。
例如，在圖1那樣的梳齒狀的氣體流路嚙合的結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)氣體流路 的嚙合深度比實(shí)施方式1淺的情況也可以。在這樣的情況中，可以通過簡 易結(jié)構(gòu)得到抑制與反應(yīng)不相關(guān)的氣體的局部滯留的效果。
另外，上述實(shí)施方式l所述的"氣體流路的上游側(cè)端部和氣體流路的 下游側(cè)端部相鄰的結(jié)構(gòu)，，的說明，換而言之，可以說成"各氣體流路的上 游側(cè)部分和下游側(cè)部分在氣體擴(kuò)散層的面方向彼此相鄰配置。例如，如果 是本實(shí)施方式的燃料電池多片疊層而成的燃料電池組，則有時(shí)各燃料電池 的氣體流路20、 22在疊層方向上相鄰。但在本發(fā)明中的氣體流路的"相鄰"， 并不意味著這樣的在疊層方向上的相鄰，而指的是在氣體擴(kuò)散層的平面方
13向的相鄰。
另外，實(shí)施方式l具有下述結(jié)構(gòu)，即，氣體分配路14分別對多條氣體 流路加分配氫氣，氣體分配路16分別對多條氣體流路22分配氫氣。但氣 體分配路14、 16的主要作用是向氣體流路20、 22供給氬氣，在該位置分 配氫氣的功能是在實(shí)施方式l的結(jié)構(gòu)中附帶產(chǎn)生的。因此，例如，在各氣 體分配路分別與一條氣體流路相連時(shí)，可以說發(fā)揮的不是"氣體分配路" 的功能，而僅是"氣體供給路"的功能。
另外，在上述實(shí)施方式l中，電解質(zhì)膜30、電極催化劑層32的疊層 結(jié)構(gòu)相當(dāng)于上述第l發(fā)明中的"膜電極接合體"，氣體擴(kuò)散層34相當(dāng)于上 述第l發(fā)明中的"氣體擴(kuò)散層"，氣體分配路14、 16相當(dāng)于第1發(fā)明中的 "氣體供給路"，氣體流路20、 22相當(dāng)于上述第l發(fā)明中的"氣體流路"。
另外，在上述實(shí)施方式l中，氣體分配路14、 16分別相當(dāng)于上述第3 發(fā)明中的"第1氣體分配路"、"第2氣體分配路"，氣體流路20、 22 分別相當(dāng)于上述第3發(fā)明中的"第1氣體流路"、"第2氣體流路，，。
另外，在上述實(shí)施方式l中，氣體流路20、 22的狀態(tài)是在紙面上下基 本均勻地交替排列，這相當(dāng)于上述第4發(fā)明的"上述第1氣體流路和上述 第2氣體流路基本均勻地交替配置"。
另夕卜，在上述實(shí)施方式l中，氣體流路20從氣體分配路M開始延伸， 形成到分隔體12面內(nèi)的中途，其下游側(cè)端部完全閉塞，這一點(diǎn)與上述第6 發(fā)明的"完全閉塞"對應(yīng)。
[實(shí)施方式1的燃料電池涉及的試驗(yàn)結(jié)果
下面，使用圖6 8來說明實(shí)施方式1的燃料電池10的、涉^Jl應(yīng)不相 關(guān)氣體滯留抑制效果的試驗(yàn)結(jié)果。在該試驗(yàn)中，為了同與實(shí)施方式l同樣
結(jié)構(gòu)的燃料電池進(jìn)行比較，還對其它結(jié)構(gòu)的燃料電池調(diào)查了伴隨時(shí)間經(jīng)過 的電壓變化。在測定中，相對于具有各種結(jié)構(gòu)的燃料電池試樣， 一邊在陽 極中滯留氫氣的狀態(tài)下進(jìn)行發(fā)電， 一邊分別對各燃料電池測定電壓。
圖6示出了用于同實(shí)施方式1比較而準(zhǔn)備的燃料電池的結(jié)構(gòu)。圖6是 從燃料電池50的陽極側(cè)觀察到的圖，與實(shí)施方式l同樣，示出了將陽極的分隔體沿其平面方向切斷時(shí)的截面。
分隔體52具有相當(dāng)于實(shí)施方式1的氣體分配路14、 16的氣體分配路 54、 56。并且在分隔體52的中央部分沿紙面橫向形成有氣體流路60。該 氣體流路60是通過壓模加工在分隔體52上形成的，與實(shí)施方式1的氣體 流路20、 22不同，氣體流路60與氣體分配路54、 56兩方連通。另外，在 本試驗(yàn)中準(zhǔn)備了氣體流路60的深度不同的3種燃料電池50(氣體流路60 的深度為0.2mm的試樣，為0.5mm的試樣，以及為其中間值的試樣)。
在測定燃料電池50的電壓時(shí)，從外部向氣體分配路54、 56供給氬氣。 結(jié)果氫氣向圖6的箭頭方向流動，陽極內(nèi)的反應(yīng)不相關(guān)氣體被氫氣帶到紙 面中央部分。燃料電池50不具有實(shí)施方式l所述的用于抑制反應(yīng)不相關(guān)氣 體滯留的結(jié)構(gòu)。因此，隨著發(fā)電進(jìn)行，反應(yīng)不相關(guān)氣體在燃料電池50的紙 面中央部分局部滯留。
圖7表示對具有與實(shí)施方式1的燃料電池10同樣結(jié)構(gòu)的燃料電池、和 燃料電池50(氣體流路深度為0.2mm)測定電壓隨時(shí)間變化的結(jié)果。圖7的 實(shí)線是對具有與燃料電池10同樣結(jié)構(gòu)的燃料電池的測定結(jié)果，虛線是對燃 料電池50的測定結(jié)果。與虛線相比，實(shí)線的一方發(fā)電電壓降低緩和，由此 可以判斷，通過具有燃料電池10的結(jié)構(gòu)可以抑制反應(yīng)不相關(guān)氣體的局部滯 留，緩和對發(fā)電的影響。
圖8總結(jié)了圖7所示的測定結(jié)果。另外對圖6的燃料電池50，對氣體 流路60的深度不同的3種試樣分別測定的結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)。圖8，橫軸表 示燃料電池的單位反應(yīng)面積的流路體積，縱軸表示表觀反應(yīng)面積減少10% 的時(shí)間。
這樣，對于各試樣，將燃料電池的單位反應(yīng)面積的氣體流路的體積即 反應(yīng)不相關(guān)氣體的濃度上升的容易性與基準(zhǔn)進(jìn)行比較，并將燃料電池的電 壓降低量換算成發(fā)電面積的減少，然后進(jìn)行比較。
結(jié)果如圖8所示，對于流路體積相同程度的燃料電池，實(shí)施方式1的 燃料電池的結(jié)構(gòu)表觀發(fā)電面積減少10%花費(fèi)的時(shí)間長。由此可以判斷，通 過實(shí)施方式1的燃料電池的結(jié)構(gòu)，可以促進(jìn)氣體擴(kuò)散^^應(yīng)不相關(guān)氣體的
15濃度梯度均勻化，抑制反應(yīng)不相關(guān)氣體的局部集中。 [實(shí)施方式l的變形例I (第1變形例)
在實(shí)施方式1中，將氣體流路20、 22以相隔一條流路的方式基本均等 地交替配置。但在本發(fā)明中并不以此為限。氣體流路20、 22也可以不是相 隔一條流路，而是以相隔兩條流路的方式交替配置。
具體地講，可以是圖9所示的燃料電池110那樣的結(jié)構(gòu)。燃料電池110 的分隔體112具有氣體分配路114、 116、與氣體分配路114相連通的氣體 流路120、以及與氣體分配路116相連通的氣體流路122。于是具有下述結(jié) 構(gòu)，即2條氣體流路120與同樣的2條氣體流路122基本均勻地交替配置。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，由于氣體流路120的下游側(cè)部分和氣體流路122的 上游側(cè)部分相鄰，所以與實(shí)施方式l同樣，可以抑制反應(yīng)不相關(guān)氣體的局 部滯留。另外，在圖9所示的燃料電池的情況中，也可以說成"由多條氣 體流路組成的氣體流路組基本均勻地交替配置，，。
另外，但也可以是與實(shí)施方式l的燃料電池10和圖9的燃料電池110 均不同的，盡管是氣體流路20、 22交替配置，但其配置不均勻的結(jié)構(gòu)。具 體地講，例如在設(shè)置2條氣體流路20后，設(shè)置1條氣體流路22，再設(shè)置2 條氣體流路20、 l條氣體流路22，氣體流路20、 22的根數(shù)比例不均等也 可以。
另外，也可以是與上述的任一結(jié)構(gòu)不同的、盡管氣體流路20、 22交替 配置，但其配置不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。具體地講，例如，在設(shè)置3條氣體流路20 后，設(shè)置1條氣體流路22，再設(shè)置2條氣體流路20， 3條氣體流路22，這 樣的氣體流路20、 22的比例不規(guī)則的結(jié)構(gòu)也可以。這樣的氣體流路的配置 不均等的情況中，通過交替配置氣體流路，可以使一方的氣體流路和另一 方的氣體流路的上游側(cè)部分和下游側(cè)部分互相相鄰，更加有效地促進(jìn)與發(fā) 電反應(yīng)不相關(guān)的氣體的濃度分布均勻化。
另外，在上述實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)中，采取了氣體流路的形狀為在紙面 上左右對稱的結(jié)構(gòu)。但本發(fā)明并不以此為限。氣體流路的形狀不必一定具有對稱性，只要?dú)怏w流路的上游側(cè)部分和下游側(cè)部分相鄰配置即可。
實(shí)施方式實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)、特征和作用j
圖10是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式2的燃料電池210的結(jié)構(gòu)的圖，是 相當(dāng)于實(shí)施方式1的圖1的圖。圖10相當(dāng)于從陽極側(cè)觀察到的燃料電池 210的圖，示出了陽極的分隔體212。實(shí)施方式2與實(shí)施方式1同樣，具有 電解質(zhì)膜、電極催化劑層、氣體擴(kuò)散層。
實(shí)施方式1具有下述結(jié)構(gòu)，即2條氣體分配路即氣體分配路14、 16 分別設(shè)置在分隔體12的一側(cè)端部和另一側(cè)端部上。與此相對的是，實(shí)施方 式2，如圖10所示，采取了在分隔體212上僅具有1條氣體分配路的結(jié)構(gòu)。
在實(shí)施方式2的燃料電池210中，相對于1條氣體分配路214連通有 3條氣體流路220。氣體流路220從氣體分配路214開始沿一個(gè)方向延伸， 在中途折回。并且，氣體流路220從該折回部分開始進(jìn)一步延伸，其下游 側(cè)端部在氣體分配路214附近即上游側(cè)端部的附近位置形成。
于是具有下述結(jié)構(gòu)，即，從氣體分配路214流入的氣體通過折回部， 向閉塞的下游側(cè)端部流動，氫氣滯留在氣體流路220內(nèi)。這樣的結(jié)構(gòu)，由 于氣體流路220的下游側(cè)部分與上游側(cè)部分相鄰，所以與實(shí)施方式1同樣， 可以抑制反應(yīng)不相關(guān)氣體的局部滯留。
另外，根據(jù)實(shí)施方式2,可以使一條氣體流路的上游側(cè)部分與下游側(cè) 部分相鄰。因此，與實(shí)施方式1那樣的設(shè)置有2條方向相對的氣體分配路、 且氣體流路交替配置的情況相比，可以減少氣體分配路的數(shù)量。結(jié)果可以 例如有效靈活利用分隔體212的空間。另外，分隔體212不需設(shè)置大量貫 通孔，可以避免其強(qiáng)度降低那樣的缺點(diǎn)。
另外，氣體流路的折回部，不限于圖10所示的U字形狀，可以制成 W字形狀或其它各種形狀。另外，上述實(shí)施方式2，氣體流路220具有的 折回部相當(dāng)于上述第5發(fā)明的"折回部"。
實(shí)施方式3
[實(shí)施方式3的燃料電池的結(jié)構(gòu)圖11是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式3的燃料電池310的圖。對于燃料 電池310在實(shí)施方式1的燃料電池10的圖2所示的位置(圖1的A-A線的 位置)進(jìn)行同樣的切斷，圖ll表示該截面的局部放大圖。雖然燃料電池MO 具有與燃料電池10幾乎同樣的結(jié)構(gòu)，但安裝在氣體擴(kuò)散層34上的分隔體 312的結(jié)構(gòu)與燃料電池10的分隔體12結(jié)構(gòu)不同。
分隔體312的氣體流路320、 322具有與實(shí)施方式1的氣體流路20、 22同樣的結(jié)構(gòu)。具體地講，氣體流路320、 322與圖l所示的氣體流路20、 22同樣，采取了在312面內(nèi)梳齒狀互相交替延伸的結(jié)構(gòu)。并且其結(jié)構(gòu)是 氣體流路320的下游側(cè)端部和氣體流路322的上游側(cè)端部、以及氣體流路 320的上游側(cè)端部和氣體流路322的下游側(cè)端部相鄰(參照圖1)。
圖11所示的部分相當(dāng)于實(shí)施方式1的燃料電池10的圖2所示的部分。 即，與圖2所示的氣體流路20的下游部分和氣體流路22的上游部分相鄰 的部分同樣，圖11表示氣體流路320的下游部分與氣體流路322的上游部 分相鄰的部分。
分隔體312與實(shí)施方式1的分隔體12不同，內(nèi)部具有氣體排出路324。 氣體排出路324以與各氣體流路320的下游側(cè)端部局部連通的方式構(gòu)成。 并且是與氣體流路322不連通的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，氣體流路320內(nèi)的氣 體流向下游側(cè)后，從下游側(cè)部分經(jīng)氣體排出路324流出。
另外，雖然沒給出圖示，但在分隔體312中設(shè)置有與氣體流路322的 下游側(cè)部分局部連通的第2氣體排出路。第2氣體排出路以與氣體排出路 324互不干涉的方式在分隔體312內(nèi)形成。并且，與氣體排出路324同樣， 氣體從氣體流路322內(nèi)的下游側(cè)部分經(jīng)該第2氣體排出路流出。
圖12示出了含有實(shí)施方式3的燃料電池的燃料電池系統(tǒng)。圖11示出 了疊層有多個(gè)實(shí)施方式3的燃料電池而成的燃料電池組350。在燃料電池 組350內(nèi)各燃料電池310的氣體排出路(包含氣體排出路324和沒給圖示的 第2氣體排出路)變成一個(gè)，與電池組的外部管道3"連接。
管道352與放氣閥354連通。通過打開放氣閥354，管道352與更下 游側(cè)的沒有給出圖示的氣體排出體系連通。通過關(guān)閉放氣閥354，使氣體
18在該位置被阻擋，成為氣體在燃料電池310內(nèi)滯留的狀態(tài)。
燃料電池組350與氫氣罐356連通。氫氣罐356通過介由沒有給出圖
示的氫氣供給閥，與燃料電池組350內(nèi)的各燃料電池310的氣體分配路(沒
給圖示)連通。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，氫氣罐356的氫氣被適宜地供給到燃料電
池310的氣體分配路中，并流入氣體流路320、 322中。 [實(shí)施方式3的特征和作用
實(shí)施方式3的燃料電池在進(jìn)行發(fā)電時(shí)，在放氣閥354關(guān)閉的狀態(tài)下從 氬氣罐356供給氫氣。由此，與實(shí)施方式l同樣，在燃料電池310的氣體 流路320、 322內(nèi)滯留有氫氣的狀態(tài)下進(jìn)行發(fā)電。燃料電池310與實(shí)施方式 1的燃料電池10同樣，具有氣體流路320的上游側(cè)端部和氣體流路322的 下游側(cè)端部相鄰的結(jié)構(gòu)。因此，燃料電池310可以抑制反應(yīng)不相關(guān)氣體的 局部滯留。
然后，在實(shí)施方式3中，如果通過繼續(xù)發(fā)電而使燃料電池310內(nèi)的反 應(yīng)不相關(guān)氣體的濃度達(dá)到規(guī)定量，則打開放氣閥354。由此氣體流路320 內(nèi)的氣體通過氣體排出路324，被排出到氣體排出體系。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)， 通過適宜地打開放氣閥354，可以根據(jù)需要進(jìn)行氣體流路320、 322的放氣。
如上所述，根據(jù)實(shí)施方式3,可以根據(jù)需要進(jìn)行氣體流路的放氣。由 于可以抑制燃料電池310內(nèi)部的與反應(yīng)不相關(guān)的氣體局部滯留，所以可以 降4氐放氣的頻率。
另外，在實(shí)施方式3中已對疊層有多個(gè)燃料電池310的燃料電池組350 進(jìn)行了說明。但本發(fā)明并不以此為限。例如，對于1片燃料電池310而言， 可以具有氣體排出路324與放氣閥354連通的結(jié)構(gòu)。只要是氣體排出路與 放氣閥連通，可適當(dāng)進(jìn)行放氣的類型的燃料電池，就可以使用本發(fā)明的思 想。另外，也可以使用放氣閥354以外的結(jié)構(gòu)，采取氣體排出路"4與外 部連通、阻斷，適宜地進(jìn)行放氣的結(jié)構(gòu)。
另外，在上述實(shí)施方式3中，氣體排出路324相當(dāng)于上述第7發(fā)明的 "氣體排出路"，放氣閥354相當(dāng)于上述第7發(fā)明的"放氣閥"，氣體流 路320、 322相當(dāng)于上述第7發(fā)明的"氣體流路"。實(shí)施方式4 [實(shí)施方式4的結(jié)構(gòu)
圖13是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式4的圖。實(shí)施方式4具有與實(shí)施方 式3幾乎同樣的結(jié)構(gòu)，但其氣體排出路324和氣體排出體系通過介由節(jié)流 閥454連通，而不是介由放氣閥354連通，在這一點(diǎn)上與實(shí)施方式3不同。 此外，對于實(shí)施方式3相同的結(jié)構(gòu)使用了相同的標(biāo)記，并省略了對其說明。
[實(shí)施方式4的特征和作用
實(shí)施方式4的燃料電池在進(jìn)行發(fā)電時(shí)，與實(shí)施方式3同樣，適宜地從 氫氣罐356供給氫氣。另外，調(diào)節(jié)節(jié)流閥454的打開度，以該位置的氣體 流通量被控制的狀態(tài)將氣體排出到?jīng)]有給出圖示的氣體排出體系(這樣的 排氣也稱作"少量排氣，，)。在進(jìn)行少量排氣時(shí)，能夠繼續(xù)將反應(yīng)不相關(guān)氣 體排出到氣體排出體系中，從而控制燃料電池310內(nèi)部的反應(yīng)不相關(guān)氣體
的增力口。
但是，在反應(yīng)不相關(guān)氣體從陰極到陽極的移動量大的情況中，陽極內(nèi) 的反應(yīng)不相關(guān)氣體濃度有可能慢慢上升。此時(shí)，反應(yīng)不相關(guān)氣體可能會殘 留在氣體流路內(nèi)，在氣體流路的下游側(cè)出現(xiàn)反應(yīng)不相關(guān)氣體的局部滯留。
與此相對的是，實(shí)施方式4，燃料電池組350內(nèi)的燃料電池310以可 抑制反應(yīng)不相關(guān)氣體局部滯留的方式構(gòu)成。因此，即使氣體流路內(nèi)的反應(yīng) 不相關(guān)氣體增加，也可以抑制該氣體在燃料電池內(nèi)的局部滯留。即，根據(jù) 實(shí)施方式4可以彌補(bǔ)僅少量排氣的結(jié)構(gòu)的不足之處。
如上所述，利用實(shí)施方式4的結(jié)構(gòu)，可以抑制少量排氣導(dǎo)致陽極內(nèi)的 反應(yīng)不相關(guān)氣體量增加，同時(shí)促進(jìn)氣體擴(kuò)散，使反應(yīng)不相關(guān)氣體的濃度梯 度均勻化。結(jié)果可以抑制燃料電池310內(nèi)的反應(yīng)不相關(guān)氣體濃度(量)上升， 可以抑制內(nèi)部反應(yīng)不相關(guān)氣體局部滯留。
另外，在實(shí)施方式4中，使用節(jié)流閥454實(shí)現(xiàn)少量排氣。但本發(fā)明并 不以此為限。也可以使用節(jié)流閥454以外的各種氣體流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn) 少量排氣。另外，不調(diào)節(jié)氣體流量，僅通過使氣體流出口的口徑為適當(dāng)?shù)?規(guī)定尺寸，也可以實(shí)現(xiàn)少量排氣。
20另外，在上述實(shí)施方式4中，沒給圖示的氣體排出路相當(dāng)于上述第8 發(fā)明的"氣體排出路"，節(jié)流閥454相當(dāng)于上述第8發(fā)明的"節(jié)流閥"。
另外，如上所述，本發(fā)明可以在氣體流路的下游側(cè)端部實(shí)質(zhì)上是閉塞 狀態(tài)的燃料電池中使用。這里，"實(shí)質(zhì)上閉塞"的結(jié)構(gòu)并不僅指完全不會 出現(xiàn)氣體流通的狀態(tài)。具體地講，"實(shí)質(zhì)上閉塞的結(jié)構(gòu)"可以說成"使反 應(yīng)不相關(guān)氣體的濃度(分壓)在氣體流路的下游側(cè)相對較高的結(jié)構(gòu)"。
因此，本發(fā)明中的"實(shí)質(zhì)上閉塞的結(jié)構(gòu)"包括實(shí)施方式1 4所示的結(jié) 構(gòu)。另外，有時(shí)將實(shí)施方式1~4中所述的氣體流路處于下游側(cè)端部閉塞狀 態(tài)的燃料電池稱作死端(deadend)型燃料電池、或非循環(huán)型燃料電池。
另外，在上述實(shí)施方式1 4和其變形例中，對具有多條氣體流路的燃 料電池進(jìn)行了說明。但本發(fā)明并不以此為限。對于僅具有一條氣體流路的 燃料電池而言，通過采取該氣體流路的上游側(cè)部分和下游側(cè)部分相鄰的結(jié) 構(gòu)，與實(shí)施方式l同樣，也可以促進(jìn)氣體擴(kuò)散層34內(nèi)的氣體擴(kuò)散，使氣體 濃度梯度均勻化。結(jié)果可以抑制反應(yīng)不相關(guān)氣體局部滯留。
2005-116205號公才艮所涉及的纟支術(shù)比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)具有下述優(yōu)點(diǎn)。如上述曰本 特開2005-116205號公報(bào)所涉及的燃料電池那樣，具有多個(gè)氣體供給口和 分別與各氣體供給口連接的多個(gè)閥，并通過各閥的開閉狀態(tài)的切換來使燃 料電池內(nèi)部氣體均勻化的方法可能會使裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
與此相對的是，上述實(shí)施方式所涉及的燃料電池，通過研究在分隔體 中形成的氣體流路的結(jié)構(gòu)，通過采取較簡單的結(jié)構(gòu)就可以抑制反應(yīng)不相關(guān) 氣體的局部滯留。另外，才艮據(jù)上述的實(shí)施方式，可以有效抑制燃料電池內(nèi) 的平面方向的氣體濃度偏差。
另外，將以下述(i) (iii)的至少一種方式發(fā)電的燃料電池看作死端型燃 料電池。
(i) 在不從陽極(陽極側(cè)的氣體流路)排氣的情況下持續(xù)進(jìn)行發(fā)電的燃料 電池。
(ii) 在陽極內(nèi)的雜質(zhì)氣體(在上述實(shí)施方式中，是通過介由電解質(zhì)膜從陰極透過來的反應(yīng)不相關(guān)氣體)的分壓與陰極的雜質(zhì)氣體幾乎均衡的狀態(tài)(或 基^目同的狀態(tài))下持續(xù)進(jìn)行發(fā)電的燃料電池。換而言之，是在將陽極的雜 質(zhì)氣體的分壓升高到陰極的雜質(zhì)氣體的分壓的狀態(tài)下發(fā)電的燃料電池。
如實(shí)施方式1所述，電解質(zhì)膜具有透氣性。如果陰極和陽極之間具有 氣體分壓差，則氣體通過介由電解質(zhì)膜進(jìn)行移動使該分壓差縮小。結(jié)果， 陽極和陰極中的雜質(zhì)氣體分壓馬上變成幾乎均等的狀態(tài)。(ii)的方式是在這 樣的狀態(tài)下進(jìn)行發(fā)電的燃料電池。
(iii)將供給到陽極中的燃料(在上述實(shí)施方式中，如前所述，是包括氬 氣的反應(yīng)氣體)在發(fā)電反應(yīng)中幾乎全部消費(fèi)掉的燃料電池。
這里，"幾乎全部"優(yōu)選指除了通過介由密封結(jié)構(gòu)、電解質(zhì)膜而泄露 到陽極外的部分燃料以外的，供給的全部燃料。
另夕卜，對于不是在通常狀況下而是僅限于在特定狀況下(例如，僅為小 負(fù)荷時(shí)等)進(jìn)行死端型工作(死端工作)的燃料電池，也可以采用本發(fā)明所涉 及的燃料電池的結(jié)構(gòu)。即，作為本發(fā)明的對象的燃料電池，并不限于一定 在全部發(fā)電情況下進(jìn)行死端工作的燃料電池。在至少部分的發(fā)電情況下(例 如，僅為小負(fù)荷等時(shí))進(jìn)行死端工作的燃料電池中可以使用本發(fā)明的思想。
另外，在本發(fā)明的燃料電池中，可以使陰極側(cè)的氣體流路具有與陽極 側(cè)的氣體流路相同的結(jié)構(gòu)，但從例如減小壓力損失等觀點(diǎn)來看，也可以使 陰極側(cè)的氣體流路的結(jié)構(gòu)與陽極側(cè)的氣體流路的結(jié)構(gòu)不同。
例如，從減小壓力損失等觀點(diǎn)來看，優(yōu)選陰極側(cè)的氣體流路是與陰極 氣體(在上述實(shí)施方式中，如前所述是空氣)的供給口和排出口兩者連通的 流路。即，在使用本發(fā)明的燃料電池構(gòu)成燃料電池組時(shí)，優(yōu)選使各燃料電通。
該陰極側(cè)的氣體流路，優(yōu)選制成例如溝流路、凹(dimple)流路、孔 體流路(使用多孔質(zhì)體作為氣體流通用的材料的結(jié)構(gòu))。通過采用陰極側(cè)的 氣體流路比陽極側(cè)的氣體流路壓力損失小的結(jié)構(gòu)，或采用使壓力損失相同 的流路結(jié)構(gòu)，可以使陰極側(cè)氣體流路中的氣體供給、排出順利進(jìn)行。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池，具有膜電極接合體、疊層在所述膜電極接合體上的氣體擴(kuò)散層、被設(shè)置成與所述氣體擴(kuò)散層相接觸的1條或多條氣體流路、和使供給到所述氣體流路中的氣體流通的氣體供給路，所述氣體流路的上游側(cè)端部與所述氣體供給路連通，該氣體流路的下游側(cè)端部實(shí)質(zhì)上是閉塞的，其特征在于，所述氣體流路的下游側(cè)部分與該氣體流路的上游側(cè)部分相鄰，或所述氣體流路的下游側(cè)部分與不同于該氣體流路的另外的所述氣體流路的上游側(cè)部分相鄰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于，所述氣體流路的所 述下游側(cè)端部與所述氣體流路的所述上游側(cè)端部相鄰，或所述氣體流路的鄰。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池，其特征在于，所迷氣體供給 路包括第1氣體供給路和第2氣體供給路，它們以沿所述膜電極接合體的 面方向夾著所述氣體擴(kuò)散層的方式設(shè)置，所述氣體流路包括第1氣體流路和第2氣體流路，所述第1氣體流路 的上游側(cè)端部與所述第1氣體供給路連通，其下游側(cè)端部實(shí)質(zhì)上是閉塞的， 所述第2氣體流路的上游側(cè)端部與所述第2氣體供給路連通，其下游側(cè)端部實(shí)質(zhì)上是閉塞的，所述第1氣體流路的上游側(cè)部分和所述第2氣體流路的下游側(cè)部分相 鄰，該第1氣體流路的下游側(cè)部分和該第2氣體流路的上游側(cè)部分相鄰。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池，其特征在于，所述第l氣體流路 和所述第2氣體流路交替配置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池，其特征在于，所述氣體流路 在所述上游側(cè)部分和所述下游側(cè)部分之間具有折回部，所述氣體流路的所述下游側(cè)部分和該氣體流路的所述上游側(cè)部分相鄰。
6. 才艮據(jù)權(quán)利要求1 5的任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于，所述氣 體流路的所述下游側(cè)端部是完全閉塞的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 5的任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于，具有 與所述下游側(cè)端部連接的氣體排出路；和，配置在所述氣體排出路上并可通過開閉來切換其連通狀態(tài)的放氣閥。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 5的任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于，具有 與所述下游側(cè)端部連接的氣體排出路；和， 配置在所述氣體排出路上的節(jié)流閥。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供可以抑制反應(yīng)不相關(guān)的氣體在內(nèi)部局部滯留的燃料電池。在電解質(zhì)膜和電極催化劑層疊層而成的膜電極接合體上疊層氣體擴(kuò)散層。以與氣體擴(kuò)散層相接觸的方式設(shè)置具有氣體流路的分隔體。分隔體中設(shè)置有用于使供給到膜電極接合體的氣體流通的氣體分配路。氣體流路的上游側(cè)端部與氣體分配路連通，氣體流路的下游側(cè)端部實(shí)質(zhì)上是閉塞的。氣體流路的下游側(cè)部分與氣體流路的上游側(cè)部分相鄰。
文檔編號H01M8/02GK101523648SQ20078003713
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月19日
發(fā)明者加藤育康, 堀尾公秀, 小川朋宏, 角川優(yōu) 申請人:豐田自動車株式會社;株式會社日本自動車部品綜合研究所