專利名稱：高分子電解質(zhì)型燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及便攜式電源、電動汽車用電源、家庭內(nèi)利用工業(yè)廢熱發(fā)電 系統(tǒng)等中使用的燃料電池，尤其涉及使用了高分子電解質(zhì)的高分子電解質(zhì) 型燃料電池。
背景技術(shù)：
使用了高分子電解質(zhì)的燃料電池通過使含有氫的燃料氣體和含有空 氣等氧的氧化劑氣體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生電力和熱量。該燃料電池 基本上包括有選擇地輸送氫離子的高分子電解質(zhì)膜及形成在高分子電解 質(zhì)膜的兩面的一對電極即正極和負(fù)極。這些電極具有以擔(dān)載了白金族金 屬催化劑的碳粉末為主成分，形成于高分子電解質(zhì)膜的表面的催化劑層、 及配置于催化劑層的外表面，同時(shí)具有通氣性和電子導(dǎo)電性的擴(kuò)散層。將 這樣一體地接合了高分子電解質(zhì)膜和電極(包括氣體擴(kuò)散層)而組合的物 體稱為電解質(zhì)膜電極接合體(以下，稱為"MEA")。
另外，在MEA的兩側(cè)配置有機(jī)械性包夾MEA而固定，并且用于將 鄰接的MEA相互電方面串聯(lián)連接的導(dǎo)電性隔板。在隔板中與MEA接觸 的部分形成用于向各自的電極供給燃料氣體或氧化劑氣體等反應(yīng)氣體，輸 送生成水或剩余氣體的氣體流路。這樣的氣體流路也可以獨(dú)立于隔板而設(shè) 置，但通常是在隔板的表面設(shè)置槽而形成為氣體流路的方式。還有，將 MEA這樣被一對隔板包夾的結(jié)構(gòu)體稱為單電池模塊。
向在隔板和MEA之間形成的氣體流路的反應(yīng)氣體的供給及來自氣體 流路的反應(yīng)氣體、生成水的排出是通過在隔板的緣部設(shè)置稱為集管孔的貫 通的孔，使氣體流路的出入口與該集管孔連通，而從該集管孔向各氣體流 路進(jìn)行分配反應(yīng)氣體而進(jìn)行。
另外，為了避免向氣體流路供給的燃料氣體或氧化劑氣體向外部泄 露，或兩種氣體相互混合，在一對隔板之間以包圍MEA中形成有電極的部分即發(fā)電區(qū)域的外周的方式配置作為密封部件的氣體密封件或襯墊。這 些氣體密封件或襯墊還進(jìn)行集管孔的周圍的密封。
由于電池在運(yùn)行中放熱，所以為了將電池維持為良好的溫度狀態(tài)，需
要用冷卻水等冷卻。通常，在每1 3個單元中設(shè)置使冷卻水流過的冷卻 部。通常的層疊電池(燃料電池堆)的結(jié)構(gòu)如下所述，B卩將這些MEA、 隔板及冷卻部交替重疊，層疊10 200單元后，經(jīng)由集電板和絕緣板，用 端板將其夾入，用緊固桿(螺釘)從兩端固定進(jìn)行固定。
在這樣的層疊電池中，采用如下擰緊方式，即將包含冷卻部的多個 單電池模塊在一個方向上層疊，在其兩端配置一對端板，用緊固桿(螺釘) 固定各自的端板之間，擰緊各自的單電池模塊。作為這樣的擰緊方式，從
機(jī)械強(qiáng)度的觀點(diǎn)來說，采用如下所述的結(jié)構(gòu)，即端板或緊固桿通常使用
不銹鋼等金屬材料，利用絕緣板使這些端板或緊固桿、和層疊電池在電方 面絕緣，不使電流通過端板向外部漏出。關(guān)于緊固桿，通常為通過在隔板 的緣部形成的貫通孔的方法、或用金屬螺釘隔著端板緊固層疊電池整體的 方式。
在采用這樣的擰緊方式的層疊電池中，重要的是用面內(nèi)(與層疊方向 正交的平面內(nèi))均勻的緊固力擰緊單電池模塊。這是因?yàn)橥ㄟ^該均勻的緊 固力，能夠防止空氣、氫、冷卻水等的泄露，另外，防止單電池模塊的破 損，進(jìn)而，由此提高發(fā)電效率，延長電池壽命。出于這樣的擰緊方式中的 緊固力的均勻化的觀點(diǎn)，例如，在專利文獻(xiàn)l中，提出了在與端板的外側(cè)
配置的x型擰緊板之間夾著彈簧，使配置于中央的彈簧的彈性力比配置于 的周圍的彈簧大，由此均勻化緊固力的方法。另外，在專利文獻(xiàn)2中，提
出了通過將向端板的加壓部設(shè)為點(diǎn)接觸，而均勻化緊固力的方法。另外，
還提出了例如專利文獻(xiàn)3 10中公開的各種方案。 專利文獻(xiàn)1:日本特開昭62—271364號公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本特開平9一259916號公報(bào) 專利文獻(xiàn)3:日本特開2007 — 113707號公報(bào) 專利文獻(xiàn)4:日本特開昭61—248368號公報(bào) 專利文獻(xiàn)5:日本特開平09—270267號公報(bào) 專利文獻(xiàn)6:美國專利第4997728號說明書
5專利文獻(xiàn)7:美國專利第6258475號說明書 專利文獻(xiàn)8:美國專利申請公開第2005/0277012號說明書 專利文獻(xiàn)9:美國專利第4973531號說明書 專利文獻(xiàn)10:美國專利申請公開第2007/0042250號說明書 然而，通常，在隔板之間配置的MEA和襯墊的剛性不同。 一般情況 下，襯墊的剛性比MEA的厚度方向上的剛性低。因此，若在端板施加用 于緊固的負(fù)荷，則由于該剛性的差異，導(dǎo)致襯墊的變形比MEA大，在 MEA及襯墊和隔板之間，相互的接觸壓力上發(fā)生不均。這樣的接觸壓力 的不均成為接觸電阻的不均，導(dǎo)致成為降低燃料電池中的發(fā)電性能的主要 原因的問題。為了抑制這樣的接觸電阻的不均引起的發(fā)電性能的降低的發(fā) 生，作為緊固力，有時(shí)采用施加必要以上的負(fù)荷的對策，在這種情況下， 存在促進(jìn)MEA或襯墊的機(jī)械強(qiáng)度的降低，而導(dǎo)致燃料電池的壽命變短的 問題。在專利文獻(xiàn)1及2的方式中，也在MEA和隔板之間發(fā)生接觸壓力 的不均，而發(fā)生相同的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而做成的，其目的在于提供在高分子電解 質(zhì)型燃料電池中，使用了減少在膜電極接合體和隔板之間發(fā)生接觸壓力的 不均的情況，且向在隔板之間配置的密封部件施加適當(dāng)?shù)木o固力的緊固結(jié) 構(gòu)的高分子電解質(zhì)型燃料電池。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明構(gòu)成如下。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，提供一種高分子電解質(zhì)型燃料電池，其 具備燃料電池堆，該燃料電池堆是層疊有單電池模塊，在所述層疊的單電 池模塊的兩端配置一對端板，并且用多個緊固部件夾緊所述一對端板而組 裝的元件，所述單電池模塊具有膜電極接合體、包夾所述膜電極接合體的 一對隔板及配置在所述膜電極接合體的周緣部和所述一對隔板之間的密
封部件，其中，所述高分子電解質(zhì)型燃料電池具備
第一彈性部件，其介于所述各自的緊固部件和所述端板之間而配置；
多個第二彈性部件，其配置在所述端板和所述燃料電池堆端部之間， 在相當(dāng)于所述各單電池模塊中的所述膜電極接合體的電極部的所述端板表面的第二彈性部件配置區(qū)域配置所述各自的第二彈性部件。
根據(jù)本發(fā)明的第二方式，提供一種在第一方式中記載的高分子電解質(zhì)
型燃料電池，其中，在相當(dāng)于所述各單電池模塊中的所述密封部件的配置
區(qū)域的所述端板表面配置所述第一彈性部件。
根據(jù)本發(fā)明的第三方式，提供在第二方式中記載的高分子電解質(zhì)型燃
料電池，其中，
在所述端板的所述燃料電池堆端部側(cè)的表面形成有凹部， 將所述凹部的內(nèi)底面作為所述第二彈性部件配置區(qū)域，在所述內(nèi)底面
和所述燃料電池堆端部之間配置所述多個第二彈性部件，
所述端板的表面中的所述凹部的周圍的緣部與所述燃料電池堆端部接觸。
根據(jù)本發(fā)明的第四方式，提供在第三方式中記載的高分子電解質(zhì)型燃 料電池，其中，
所述各自的隔板及端板具有四邊形形狀，
在所述端板中，在所述四邊形形狀的四邊中的各自的中點(diǎn)位置附近配 置所述第一彈性部件，
在所述第二彈性部件配置區(qū)域中，在比由連結(jié)四個所述第一彈性部件 的線段形成的四邊形狀的區(qū)域靠向內(nèi)側(cè)的區(qū)域配置所述各自的第二彈性 部件。
根據(jù)本發(fā)明的第五方式可知，提供在第四方式中記載的高分子電解質(zhì) 型燃料電池，其中，
在連結(jié)由連結(jié)所述四個第一彈性部件的線段形成的四邊形形狀的區(qū) 域的中心、和所述第一彈性部件的線段上，在比所述線段的中點(diǎn)更靠所述 中心側(cè)的所述第二彈性部件配置區(qū)域中的位置配置所述第二彈性部件。
根據(jù)本發(fā)明的第六方式可知，提供在第三方式中記載的高分子電解質(zhì) 型燃料電池，其中，
所述各自的隔板及端板具有四邊形形狀，
在所述端板中，在所述四邊形形狀的四角分別配置所述第一彈性部
件，
在連結(jié)由連結(jié)四個所述第一彈性部件的線段形成的四邊形形狀的區(qū)域的中心、和所述第一彈性部件的線段上，在比所述線段的中點(diǎn)更靠所述 中心側(cè)的所述第二彈性部件配置區(qū)域中的位置配置所述第二彈性部件。
根據(jù)本發(fā)明的第七方式可知，提供在第三方式中記載的高分子電解質(zhì) 型燃料電池，其中，
在所述端板中的所述第二彈性部件配置區(qū)域、和所述燃料電池堆端部 之間配置有集電板。
根據(jù)本發(fā)明的第八方式可知，提供在第三方式中記載的高分子電解質(zhì) 型燃料電池，其中，
所述密封部件是剛性在所述單電池模塊的層疊方向上低于所述膜電 極接合體的電極部的部件，
以使由所述各自的第一彈性部件的彈性產(chǎn)生的每單位面積的負(fù)荷小 于由所述各自的第二彈性部件的彈性產(chǎn)生的每單位面積的負(fù)荷的方式，配 置所述各自的第一彈性部件及第二彈性部件。
根據(jù)本發(fā)明的第九方式可知，提供在第三方式中記載的高分子電解質(zhì) 型燃料電池，其中，
所述緊固部件是以貫通所述各自的端板及隔板的方式緊固的緊固用 螺釘，所述第一彈性部件及所述第二彈性部件是彈簧部件。
根據(jù)本發(fā)明可知，在高分子電解質(zhì)型燃料電池中，具備介于各自的緊 固部件和端板之間而配置的多個第一彈性部件、和在端板和燃料電池堆端 部之間配置的多個第二彈性部件，進(jìn)而，在相當(dāng)于各單電池模塊中膜電極 接合體的電極部的端板表面的第二彈性部件配置區(qū)域配置有各自的第二 彈性部件，由此，能夠獨(dú)立于向電極部以外(例如，密封部件)施加的負(fù) 荷，而控制向電極部施加的負(fù)荷(緊固力)。
進(jìn)而，在相當(dāng)于各單電池模塊中以包圍膜電極接合體的電極部的方式 配置于膜電極接合體的周緣部和一對隔板之間的密封部件的配置區(qū)域的 端板表面的第一彈性部件配置區(qū)域配置各自第一彈性部件，由此，能夠獨(dú) 立于向電極部施加的負(fù)荷，而控制向密封部件配置區(qū)域施加的負(fù)荷。
艮P，在密封部件配置區(qū)域中，能夠?qū)⒂糜趯?shí)現(xiàn)基于密封部件的密封功 能所需的負(fù)荷以第一彈性部件的彈性力經(jīng)由緊固部件及端板向燃料電池 堆賦予，并且在電極部中，對于膜電極接合體和隔板的發(fā)電所需的適當(dāng)?shù)?br> 8接觸負(fù)荷，在能夠抑制其不均的同時(shí)，以第二彈性部件的彈性力向燃料電 池堆賦予。
從而，在高分子電解質(zhì)型燃料電池中，能夠提供使用了減少膜電極接 合體和隔板之間發(fā)生接觸壓力的不均的情況，且向在隔板之間配置的密封 部件施加適當(dāng)?shù)木o固力的緊固結(jié)構(gòu)的高分子電解質(zhì)型燃料電池。


本發(fā)明的這些方式和特征通過與關(guān)于附圖的優(yōu)選的實(shí)施方式有關(guān)的 以下的記述變得明確。在以下附圖中，
圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的燃料電池的分解立體圖。
圖2是圖1的燃料電池中的單電池模塊的局部示意剖面圖。
圖3A是表示上述實(shí)施方式的燃料電池的緊固結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。
圖3B是表示分解了圖3A的緊固結(jié)構(gòu)的狀態(tài)的局部示意剖面圖。
圖4A是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的緊固結(jié)構(gòu)的示意俯視圖。
圖4B是實(shí)施例1的緊固結(jié)構(gòu)中的接觸壓力分布的模擬結(jié)果的圖表。
圖5A是表示本發(fā)明的比較例的緊固結(jié)構(gòu)的示意俯視圖。
圖5B是比較例的緊固結(jié)構(gòu)中的接觸壓力分布的模擬結(jié)果的圖表。
圖6A是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的緊固結(jié)構(gòu)的示意俯視圖。
圖6B是實(shí)施例2的緊固結(jié)構(gòu)中的接觸壓力分布的模擬結(jié)果的圖表。
圖7A是表示本發(fā)明的實(shí)施例3的緊固結(jié)構(gòu)的示意俯視圖。
圖7B是實(shí)施例3的緊固結(jié)構(gòu)中的接觸壓力分布的模擬結(jié)果的圖表。
圖8是表示實(shí)施例1 3及比較例的緊固結(jié)構(gòu)中的隔板的撓曲量的圖表。
圖9是表示實(shí)施例1及比較例的燃料電池的電流一電壓特性的圖表。 圖IO是表示實(shí)施例1及比較例1的電壓耐久特性的圖表。
具體實(shí)施例方式
在繼續(xù)敘述本發(fā)明之前，對附圖中相同部件標(biāo)以相同的參照符號。 以下，基于附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。 (第一實(shí)施方式)將以一部分分解的狀態(tài)表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的高分子電解質(zhì)型
燃料電池(PEFC)的一例即燃料電池101的結(jié)構(gòu)的示意立體圖示出在圖1 中。如圖1所示，燃料電池101是層疊多個單電池模塊而構(gòu)成的。另外， 將圖1的燃料電池101中的單電池模塊中的周緣部的局部示意剖面圖(II
—n線剖面圖)示出在圖2中。
如圖1所示，燃料電池101如下所述地構(gòu)成，g卩將作為燃料電池中
的發(fā)電裝置的單位結(jié)構(gòu)的單電池模塊11層疊多個的狀態(tài)下，在兩端配置
一對集電板12、端板13而將其包夾，利用貫通了螺釘孔的緊固螺釘14 和螺母15 (緊固部件的一例)進(jìn)行緊固。還有，將多個單電池模塊11這 樣層疊而被緊固的物體稱為燃料電池堆10。還有，在本實(shí)施方式中，例如， 層疊60個單電池模塊(還稱為"單元")而構(gòu)成燃料電池堆IO。
其次，說明單電池模塊11的具體結(jié)構(gòu)。如圖1及圖2所示，單電池 模塊11構(gòu)成為利用在MEA1的兩端配置的一對導(dǎo)電性隔板、具體來說正 極側(cè)隔板4A及負(fù)極側(cè)隔板4B包夾MEA1 。 MEA1具備高分子電解質(zhì)膜 2、和在該高分子電解質(zhì)膜2的兩面形成的一對電極即正極電極3A及負(fù)極 電極3B。這些電極3A及3B包括在高分子電解質(zhì)膜2的表面形成的催 化劑層、和在該催化劑層的外表面配置的氣體擴(kuò)散層。另外，在正極側(cè)隔 板4A的MEA1側(cè)的表面形成有用于形成燃料氣體流路的燃料氣體流路槽 5，在負(fù)極側(cè)隔板4B的MEA1側(cè)的表面形成有用于形成氧化劑氣體流路 的氧化劑氣體流路槽6。
在MEA1中的各自的電極(電極部)3A及3B的最外側(cè)配置的氣體擴(kuò) 散層與各自的隔板4A及4B抵接，正極側(cè)隔板4A的燃料氣體流路槽5被 氣體擴(kuò)散層覆蓋而形成燃料氣體流路，并且，負(fù)極側(cè)隔板4B的氧化劑氣 體流路槽6被氣體擴(kuò)散層覆蓋而形成氧化劑氣體流路。若燃料氣體在這樣 形成的燃料氣體流路中流通，則正極電極3A的氣體擴(kuò)散層暴露于流通的 燃料氣體中，并且，若氧化劑氣體在氧化劑氣體流路中流通，則負(fù)極電極 3B的氣體擴(kuò)散層暴露于流通的氧化劑氣體中。其結(jié)果，在各自的電極3A 及3B中，發(fā)生規(guī)定的電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行單電池模塊ll中的發(fā)電。在層疊 的各自的單電池模塊11中，鄰接的單電池模塊11中的MEA1之間相互電 方面串聯(lián)連接，或電方面并聯(lián)連接，從而能夠獲取作為燃料電池101的整
10體發(fā)電的電力。
另外，在單電池模塊11中的各自的隔板4A及4B的周緣部形成有與 燃料氣體流路槽5及氧化劑氣體流路槽6個別地連通的貫通孔即燃料氣體 集管孔7A及氧化劑氣體集管孔7B。在層疊了單電池模塊11的狀態(tài)下， 這些集管孔7A、 7B層疊而結(jié)合，形成成為連通的流體的通路的燃料氣體 集管及氧化劑氣體集管。
進(jìn)而，在各自的隔板4A及4B的周緣部，與燃料氣體集管孔7A及氧 化劑氣體集管孔7B相同地形成有形成水流通的兩對集管的水集管孔7C。 同樣在層疊了單電池模塊ll的狀態(tài)下，這些水集管孔7C層疊而結(jié)合，形 成成為連通的流體的通路的水集管。
另外，如圖2所示，在MEA1的高分子電解質(zhì)膜2的周緣部未形成有 電極3A及3B，該部分形成為具有密封功能的襯墊部(密封部件的一例) 8。艮P，在MEA1的周緣部的內(nèi)側(cè)配置電極3A及3B。襯墊部8以包夾高 分子電解質(zhì)膜2的周緣部的方式由彈性體形成，如圖2所示，在單電池模 塊11中配置為被一對隔板4A及4B包夾的狀態(tài)。在這樣的狀態(tài)下，襯墊 部8進(jìn)行密封，以免向MEA1的電極3A及3B供給的燃料氣體或氧化劑 氣體向單電池模塊ll的外部泄露，進(jìn)而兩種氣體混合。進(jìn)而，在襯墊部8 上的與各自的集管孔7A 7C對應(yīng)的位置形成有孔，在被各自的隔板4A 及4B夾住的狀態(tài)下，密封集管孔的周圍。還有，在本實(shí)施方式中，將作 為MEA1的一部分一體地形成的情況作為例子說明襯墊部8。但是，本實(shí) 施方式的燃料電池堆101不僅限定于這樣的情況，代替這樣的情況，例如， 可以為襯墊8獨(dú)立于MEA1而形成的情況。另外，在本實(shí)施方式中，在 MEA1中，將形成有襯墊部8的區(qū)域作為襯墊配置區(qū)域(密封部件配置區(qū) 域的一例)Rl，將形成有電極3A及3B的區(qū)域作為電極配置區(qū)域(配置 有電極部的區(qū)域或發(fā)電區(qū)域的一例)R2。
正極側(cè)隔板4A及負(fù)極側(cè)隔板4B為平板狀，與MEA1接觸的一側(cè)面 即單電池模塊11中的內(nèi)側(cè)的面形成為具有對應(yīng)于MEA1中的電極配置區(qū) 域R2和襯墊配置區(qū)域R1的表面形狀的形狀。在圖2的示意圖中，MEA1 的表面形狀及與其接觸的隔板4A及4B的表面形狀示出為平坦，但實(shí)際 上，尤其在襯墊配置區(qū)域R1中，為了實(shí)現(xiàn)襯墊部8的功能，將MEA1的表面形成為隆起。另外，在本實(shí)施方式中，正極側(cè)隔板4A及負(fù)極側(cè)隔板 4B例如使用東海碳株式會社制琺瑯碳(夕、'，:y〉一力一求乂)(厚度3mm)。 另外，在隔板4A及4B中，各種集管孔、螺釘孔形成為在隔板4A及4B 的緣部沿其厚度方向貫通。另外，在各自的隔板4A及4B的背面形成有 水流路槽9A及9B。在隔板4A及4B中，各種集管孔、螺釘孔、燃料氣 體流路槽、氧化劑氣體流路槽、水流路槽等通過切削加工或成形加工來形 成。
另外，水流路槽9A及9B形成為連結(jié)兩對水集管孔7C之間。gp，形 成為水從供給側(cè)的集管分支為水流路槽9A及9B而供給，向排出側(cè)的集 管流通。通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，能夠利用水的傳熱能力，將單電池模塊ll 保持為適合電化學(xué)反應(yīng)的規(guī)定的溫度。還有，也可以為采用與燃料氣體及 氧化劑氣體相同地，在隔板4A及4B及MEA1的周緣部不形成水集管孔， 而將冷卻水供排路形成于隔板的外部的外部集管結(jié)構(gòu)的情況。進(jìn)而，也可 以為采用在隔板的背面不形成水流路槽，在鄰接的單電池模塊11之間插 入冷卻水循環(huán)的冷卻單元，層疊單電池模塊ll的結(jié)構(gòu)的情況。
另外，如圖2所示，在正極側(cè)隔板4A及負(fù)極側(cè)隔板4B的背面，在各
種集管孔的周圍配置有由耐熱性材質(zhì)構(gòu)成的擠壓式密封件等通常的密封 部件即密封件16。由此，防止在鄰接的單電池模塊11之間來自各種集管 孔的模塊之間的連接部的燃料氣體、氧化劑氣體、及水的漏出。
集電板12配置于燃料電池堆(單電池模塊層疊體)IO的外側(cè)，為了 能夠有效良好地將發(fā)電的電進(jìn)行集電，使用在銅板實(shí)施有鍍金的集電板。 還有，集電板12也可使用其他電傳導(dǎo)性良好的金屬材料，例如，鐵、不 銹鋼、鋁等也可。另外，表面處理可以實(shí)施鍍錫、鍍鎳等。在集電板12 的外側(cè)通常配置用于絕緣電的絕緣板，但在本實(shí)施方式中，通過使用了具 有電絕緣性的材料的端板13來起到所述作用。在此，端板13例如采用使 用聚苯硫醚制的樹脂，通過注塑成形來制作的端板。還有，在端板13具 備與端板13成一體的配管(未圖示)，該配管設(shè)置成與各種集管連通而進(jìn) 行流體的供給或排出。另外，在本實(shí)施方式中，"燃料電池堆"除了表示 燃料電池堆10自身之外，也包含在燃料電池堆10的外側(cè)配置集電板12 的結(jié)構(gòu)(即，圖1所示的結(jié)構(gòu))的情況下，是指包括各自的集電板12的燃料電池堆。從而，在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，"燃料電池堆端部"是指各自 的集電板12的端部。
其次，說明用于實(shí)現(xiàn)如下所述的緊固結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，即在本實(shí)施方式
的燃料電池101中，利用一對端板13、及緊固螺釘14及螺母15，緊固作 為單電池模塊11的層疊體的燃料電池堆10時(shí)，減少M(fèi)EA1和隔板4A及 4B之間發(fā)生接觸壓力的不均發(fā)生的情況，且向在隔板之間配置的襯墊部8 施加適當(dāng)?shù)木o固力。
如圖1所示，在端板13的外側(cè)的角部分配置有作為第一彈性部件的 一例的四個外側(cè)彈簧21。以經(jīng)由這些四個外側(cè)彈簧21的方式，利用緊固 螺釘14及螺母，緊固夾在一對端板13之間的燃料電池堆10，將壓縮外側(cè) 彈簧21而產(chǎn)生的彈性力經(jīng)由端板13向各自的單電池模塊11作為緊固負(fù) 荷施加。另外，在具有四邊形形狀的端板13的內(nèi)側(cè)表面以四邊形框狀殘 留其緣部地形成有凹部23。凹部23的內(nèi)底面23a形成為平坦?fàn)睿谠搩?nèi) 底面23a以均等的間隔配置有作為第二彈性部件的一例的25個內(nèi)側(cè)彈簧 22。各自的內(nèi)側(cè)彈簧22通過集電板12，在凹部23內(nèi)壓縮，由此將其彈性
力向各自的單電池模塊ll施加。
在此，將在一方的端板13附近示出本實(shí)施方式的燃料電池101中的 緊固結(jié)構(gòu)的示意圖示出在圖3A中，并且，將其緊固結(jié)構(gòu)的分解圖示出在 圖3B中。
如圖3A及圖3B所示，在端板13中的燃料電池堆10側(cè)的面(以下， 稱為"內(nèi)側(cè)表面")形成的凹部23以均等的間隔配置有25個內(nèi)側(cè)彈簧22。 這些內(nèi)側(cè)彈簧22配置為夾在位于堆10的端部的單電池模塊11的隔板例 如，正極側(cè)隔板4A和端板13之間配置的集電板12、和端板13的凹部23 的內(nèi)底面23a之間。該端板13的凹部23的配置(內(nèi)側(cè)彈簧配置區(qū)域)形 成為與單電池模塊ll中的電極配置區(qū)域R2大致一致。因此，實(shí)現(xiàn)如下所 述的結(jié)構(gòu)，即在緊固了端板13的狀態(tài)下，壓縮各自的內(nèi)側(cè)彈簧22而產(chǎn) 生的彈性力積極地施加于各自的單電池模塊11中的電極配置區(qū)域R2。
另外，在端板13的內(nèi)側(cè)表面中的凹部23的周圍形成的四邊形框狀的 緣部(以下，稱為"框部24")配置為與集電板12的表面直接抵接。艮P, 端板13的框部24配置為不夾著內(nèi)側(cè)彈簧22或外側(cè)彈簧21等彈性部件而與集電板12的表面直接接觸配置(即，與"燃料電池堆端部"直接接觸
而配置)。端板13的框部24的配置(外側(cè)彈簧配置區(qū)域)形成為與單電 池模塊11中的襯墊配置區(qū)域R1大致一致。進(jìn)而，在端板13中，在該框 部24的角部形成有緊固螺釘14的貫通用孔，該孔配置為與在各自的單電 池模塊ll形成的螺釘貫通用孔一致。在端板13的外側(cè)表面上，在該螺釘 貫通用孔的形成位置配置有外側(cè)彈簧21，以貫通該外側(cè)彈簧21的中央部， 進(jìn)而貫通各自的螺釘貫通用孔的方式，.配置各自的緊固螺釘14。實(shí)現(xiàn)如下 所述的結(jié)構(gòu)，在這樣的結(jié)構(gòu)中，若將緊固螺釘14螺合于螺母15而進(jìn) 行緊固，則在緊固螺釘14的頭部、和端板13的外側(cè)表面之間壓縮外側(cè)彈 簧21，由此產(chǎn)生的彈性力通過端板13的框部24，積極地施加于各自單電 池模塊11中的電極配置區(qū)域R2。
艮口，在本實(shí)施方式的燃料電池101中的緊固結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)如下所述的緊 固結(jié)構(gòu)，即通過具備向單電池模塊ll中的襯墊配置區(qū)域R1積極地施加 基于其彈性力的緊固負(fù)荷的外側(cè)彈簧21、和向電極配置區(qū)域R2積極地施 加基于其彈性力的緊固負(fù)荷的內(nèi)側(cè)彈簧22，從而，向MEA1的電極3A及 3B和隔板4A及4B之間施加有效的發(fā)電所需的接觸壓力，并且，減小由 于所述接觸力的位置而產(chǎn)生的不均，且向在正極側(cè)隔板4A及4B之間配 置的襯墊部8施加與上述接觸壓力不同的適當(dāng)?shù)木o固負(fù)荷。
另外，在端板13中，在內(nèi)側(cè)表面形成有凹部23和框部24，框部24 利用外側(cè)彈簧21，經(jīng)由集電板12緊固各自的單電池模塊11，并且，在這 樣的緊固狀態(tài)下，在端板13的凹部23內(nèi)配置的內(nèi)側(cè)彈簧22夾在其與集 電板12之間，形成為壓縮狀態(tài)，不夾著端板13，經(jīng)由集電板12向各自的 單電池模塊11施加其彈性力，通過采用如上所述的結(jié)構(gòu)，兩種彈簧21、 22能夠相互獨(dú)立地施加基于其彈性力的負(fù)荷。還有，在這樣的緊固結(jié)構(gòu)中 的施加負(fù)荷的設(shè)定是根據(jù)各自的彈簧21、 22的彈簧常數(shù)等規(guī)格、關(guān)于外 側(cè)彈簧21的基于緊固螺釘14的緊固的外側(cè)彈簧21的壓縮量、及關(guān)于內(nèi) 側(cè)彈簧22的端板13的凹部23的深度尺寸來進(jìn)行的。
在本第一實(shí)施方式的燃料電池101的緊固結(jié)構(gòu)中，例如，能夠向單電 池模塊11的襯墊配置區(qū)域R1作為每單位面積的負(fù)荷施加lkgf/cir^的負(fù) 荷，向電極配置區(qū)域R2施加4kgf/crr^的負(fù)荷(施加負(fù)荷除以電極配置區(qū)域R2整體的面積得到的值)。從而，能夠在作為單電池模塊11的外周緣 的配置有襯墊部8的剛性小的區(qū)域以比較小的負(fù)荷進(jìn)行緊固，內(nèi)側(cè)的配置 有MEA1的電極3A及3B的剛性強(qiáng)的區(qū)域以比較強(qiáng)的負(fù)荷進(jìn)行緊固。其 結(jié)果，能夠抑制各自的隔板4A及4B的變形，能夠?qū)EA1的電極配置 區(qū)域R2均等地施加負(fù)荷。另外，根據(jù)本實(shí)施方式可知，采用了利用內(nèi)側(cè) 彈簧22及外側(cè)彈簧21向電極配置區(qū)域R2及襯墊配置區(qū)域Rl施加大致均 等的負(fù)荷的結(jié)構(gòu)，因此，例如，MEA1即使在由于熱性影響而部分地膨脹 的形態(tài)變化發(fā)生的情況下，也能夠利用彈簧吸收所述變化，從而能夠應(yīng)對 形態(tài)變化。
還有，就如上所述的端板13的外側(cè)及內(nèi)側(cè)的彈簧的配置結(jié)構(gòu)來說， 在燃料電池堆10中，只要設(shè)置于一對端板13的至少一方，就能夠得到其 效果。但是，更優(yōu)選設(shè)置于一對端板13的雙方。
另外，在上述實(shí)施方式中，將各自的外側(cè)彈簧21配置于相當(dāng)于單電 池模塊11中的襯墊配置區(qū)域R1的端板13上的區(qū)域(即，外側(cè)彈簧配置 區(qū)域)的情況作為例子進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不僅限定于這樣的情況。代 替這樣的情況，例如，也可以為在端板13的外側(cè)表面上與外側(cè)彈簧配置 區(qū)域無關(guān)地確定外側(cè)彈簧21的配置的情況。但是，在采用這樣的配置結(jié) 構(gòu)的情況下，不需要端板13的框部24形成為與襯墊配置區(qū)域Rl大致一 致。
另外，在上述實(shí)施方式中，說明了作為緊固部件的一例，使用緊固螺 釘14及螺母15的情況，但代替這樣的情況，也可以為作為緊固部件，使 用金屬絲或鋼帶等的情況。 (關(guān)于實(shí)施例)
在本發(fā)明的使用了端板和兩種彈簧的緊固結(jié)構(gòu)中，根據(jù)對外側(cè)彈簧和 內(nèi)側(cè)彈簧的配置的研究，負(fù)荷分布的均勻性的效果也大不相同。在此，提 及這樣的外側(cè)彈簧和內(nèi)側(cè)彈簧的配置關(guān)系的實(shí)施例(變形例)，并且，說 明其負(fù)荷分布的模擬結(jié)果。 (通用的結(jié)構(gòu))
首先，說明在以下說明的各自的實(shí)施例中通用的單電池模塊11的具 體的形成材料及制造方法。將在乙炔黑系碳粉末(電化學(xué)株式會社制DENKABLACKFX—35)擔(dān)載了 25重量％的平均粒徑約30A的白金粒子 的物質(zhì)作為負(fù)極的催化劑。另外，將在乙酰黑系碳粉末(電化學(xué)株式會社 制DENKABLACKFX—35)擔(dān)載了 25重量％的平均粒徑約30A的白金一 釕合金(Pt: Ru=h 1 (重量比))粒子的物質(zhì)作為正極的催化劑。向這些 催化劑粉末的異丙醇分散液混合全氟碳磺酸粉末的乙醇分散液(旭玻璃株 式會社制FlemionFSS-l)，形成為漿狀。然后，將這些漿作為原料，使用 網(wǎng)板印刷法，在各自厚度25(Him的碳無紡布(東來(P)工業(yè)株式會社 制TGP—H—0卯)的一面形成了電極催化劑層。這樣形成的電極的催化 劑層所包含的白金量為0.3mg/cm2，全氟碳磺酸的量為1.2mg/cm2。
就這些電極來說，除了催化劑材料以外的結(jié)構(gòu)，負(fù)極，正極均為相同 結(jié)構(gòu)。將這些電極以印刷的催化劑層與電解質(zhì)膜側(cè)接觸的方式利用熱壓加 工接合于具有比電極大一圈的面積的質(zhì)子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)膜(美國杜 邦公司制NAFION122)的中心部的兩面。另外，在電極的外周露出的高 分子電解質(zhì)膜的周緣部被由厚度250pm的氟系橡膠(旭玻璃株式會社制 阿福樂斯(77，7)(注冊商標(biāo)))的板構(gòu)成的襯墊包夾，并利用熱壓加 工將其接合，從而進(jìn)行一體化。這樣，制成電解質(zhì)膜電極接合體(MEA)。 作為質(zhì)子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)膜，使用將全氟碳磺酸薄膜化為30pm厚度 的膜。
另外，通過利用機(jī)械加工，在厚度3mm的各向同性石墨板形成氣體 流路及集管孔，形成導(dǎo)電性隔板。將氣體流路的槽寬度設(shè)為2mm，將深度 設(shè)為lmm，將流路間的寬度設(shè)為lmm，分別形成為兩條通路的流路結(jié)構(gòu)。 冷卻水的流路除了將槽的深度設(shè)為0.5mm以外，與氣體流路相同。該電池 的額定運(yùn)行條件是燃料利用率為75%，氧利用率為40%,電流密度為 0,3A/cm2。
將如上所述的利用負(fù)極側(cè)隔板和正極側(cè)隔板包夾MEA的單電池模塊 單元)層疊50單元。在鄰接的單元之間利用兩個隔板形成冷卻水的流路。 用在表面鍍金的5mm的銅制集電板和聚苯硫醚制的端板夾著該單元層疊 體，并用緊固桿緊固兩個端板。 (實(shí)施例1)
在此，將圖1的上述實(shí)施方式的緊固結(jié)構(gòu)作為實(shí)施例1，將其端板13側(cè)彈簧22的配置關(guān)系示出在圖4A中。如圖4A所 示，在實(shí)施例l的緊固結(jié)構(gòu)中，如圖1及圖3A所示，在端板13和集電板 12之間的凹部23內(nèi)配置有25個內(nèi)側(cè)彈簧22。作為內(nèi)側(cè)彈簧22，使用彈 簧常數(shù)7kgf/mm的彈簧，通過比自由長度收縮4.8mm而產(chǎn)生840kgf的負(fù) 荷。另外，分別在端板13的外側(cè)表面中的四個角部，作為外側(cè)彈簧21， 使用彈簧常數(shù)50kgf/mm的彈簧，用四根緊固螺釘14，將其從自由長度壓 縮5mm，產(chǎn)生1000kgf的負(fù)荷，用螺母15進(jìn)行緊固。
另外，為了確認(rèn)MEA中的電極配置區(qū)域的壓力分布，使用結(jié)構(gòu)解析 軟件(ABAQUS Version6.4)，以1/4模塊進(jìn)行了模擬。還有，1/4模塊是 相當(dāng)于圖4A所示的由虛線包圍的區(qū)域Q的模塊。將該實(shí)施例1的緊固結(jié) 構(gòu)中的MEA的電極配置區(qū)域上產(chǎn)生的接觸壓力的模擬計(jì)算結(jié)果示出在圖 4B的圖表中。圖4B的圖表中示出了相當(dāng)于區(qū)域Q的1/4模塊中接觸壓力 的均勻性的程度、或不均的程度，是在圖示的等壓線的條數(shù)多的情況或間 隔狹窄的情況下表示在其壓力分布中不均大，在與其相反的情況下表示壓 力分布的均勻性高的圖表。從圖4B所示的圖表可知，從電極配置區(qū)域R2 的中心位置A朝向角部端部位置A'，接觸壓力處于上升的趨勢，但其上 升被抑制為平緩。另外，為了確認(rèn)該模擬結(jié)果，在實(shí)施例l的單電池模塊 中，在MEA和隔板之間夾入壓力復(fù)寫紙(富士膠片制)，進(jìn)行其接觸壓力 的確認(rèn)，其結(jié)果，得到了與模擬相同的結(jié)果。 (比較例)
其次，作為相對于實(shí)施例1的緊固結(jié)構(gòu)的比較例，將在端板13的外 側(cè)表面的角部配置四個外側(cè)彈簧21，未配置內(nèi)側(cè)彈簧22的結(jié)構(gòu)示出在圖 5A中。另外，將這樣的結(jié)構(gòu)中的1/4模塊的模擬結(jié)果示出在圖5B中。還 有，在該比較例中，單元層疊體使用通用的單元層疊體，經(jīng)由在表面鍍金 的5mm的銅制集電板和聚苯硫醚制絕緣板，用不銹鋼制端板夾著該單元 層疊體，用緊固螺釘緊固兩個端板。緊固負(fù)荷同樣將1000kgf的載重作為 負(fù)荷。如圖5B所示，從模擬結(jié)果可知，由于等壓線的條數(shù)多且其間隔也 狹窄，因此，確認(rèn)到接觸壓力從電極配置區(qū)域R2的中心位置A朝向角部 端部位置A'處于大幅上升的趨勢。從而，判斷出實(shí)施例1的緊固結(jié)構(gòu)與比 較例的緊固結(jié)構(gòu)相比，具有接觸壓力的最大值和最小值之差相對于平均值能夠從25%降低至10%的效果。 (實(shí)施例2)
其次，將本發(fā)明的實(shí)施例2的緊固結(jié)構(gòu)中的外側(cè)彈簧21和內(nèi)側(cè)彈簧 22的配置結(jié)構(gòu)的示意圖示出在圖6A中。
如圖6A所示，在實(shí)施例2中，不是在端板13的角部配置外側(cè)彈簧
21，而是在四邊形狀的端板13中的各邊緣部的中點(diǎn)位置附近配置四個外
側(cè)彈簧21。另外，各自的內(nèi)側(cè)彈簧22不是均等地配置于電極配置區(qū)域R2
內(nèi)，而是以使其中心位于'由連結(jié)四個外側(cè)彈簧21的線段L1構(gòu)成的四邊形
的內(nèi)側(cè)中的電極配置區(qū)域R2內(nèi)的方式而配置內(nèi)側(cè)彈簧22。進(jìn)而，在由連
結(jié)四個外側(cè)彈簧21的線段Ll構(gòu)成的四邊形的對角線L2上配置有多個內(nèi)
側(cè)彈簧22。首先，在對角線L2的中點(diǎn)PO (即，四邊形的中心)配置一
個內(nèi)側(cè)彈簧22，在連結(jié)該對角線L2的中點(diǎn)PO和外側(cè)彈簧21的配置位置
的線段(對角線L2的一部分)的比中點(diǎn)P1靠向中點(diǎn)PO側(cè)的位置P2配
置內(nèi)側(cè)彈簧22。還有，各自的外側(cè)彈簧21及內(nèi)側(cè)彈簧22的配置形成為相
對于中心位置(PO)對稱的配置結(jié)構(gòu)。另外，內(nèi)側(cè)彈簧22總計(jì)配置為13 個。
將在這樣的實(shí)施例2的配置結(jié)構(gòu)中同樣地進(jìn)行了 1/4模塊的模擬計(jì)算 的結(jié)果示出在圖6B中。從圖6B的圖表明確可判斷，改善了從電極配置區(qū) 域R2的中心位置朝向角部端部位置A，，接觸壓力上升的實(shí)施例1或比較 例中顯示的趨勢，接觸壓力的最大值和最小值之差相對于平均值減少至 5%。這樣，通過利用與外側(cè)彈簧21的配置位置的關(guān)系，將內(nèi)側(cè)彈簧22
的配置位置例如積極地配置于比中點(diǎn)Pl靠向內(nèi)側(cè)處，從而，能夠使基于 外側(cè)彈簧21的施加的負(fù)荷的影響難以顯現(xiàn)在電極配置區(qū)域R2。 (實(shí)施例3)
其次，將本發(fā)明的實(shí)施例3的緊固結(jié)構(gòu)中的外側(cè)彈簧21和內(nèi)側(cè)彈簧 22的配置結(jié)構(gòu)的示意圖示出在圖7A中。
如圖7A所示，在實(shí)施例3中，在端板13的角部配置了外側(cè)彈簧21 的形態(tài)下，對內(nèi)側(cè)彈簧22的配置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。具體來說，如圖7A所 示，不是在電極配置區(qū)域R2內(nèi)均等地配置，而是在連結(jié)四個外側(cè)彈簧21 的線段L3上配置多個內(nèi)側(cè)彈簧22，在線段L3的中點(diǎn)PO (即，電極配置
18區(qū)域R2的中心)配置一個內(nèi)側(cè)彈簧22，在連結(jié)該線段L3的中點(diǎn)PO和外 側(cè)彈簧21的配置位置的線段(線段L3的一部分)的中點(diǎn)P3更靠向中點(diǎn) PO側(cè)的位置P4配置內(nèi)側(cè)彈簧22。還有，各自的外側(cè)彈簧21及內(nèi)側(cè)彈簧 22的配置形成為相對于中心位置(PO)呈對稱的配置結(jié)構(gòu)。另外，內(nèi)側(cè) 彈簧22總計(jì)配置為13個。
將在這樣的實(shí)施例3的配置結(jié)構(gòu)中同樣地進(jìn)行了 1/4模塊的模擬計(jì)算 結(jié)果示出在圖7B中。從圖7B的圖表可明確，可判斷出改善了從電極配置 區(qū)域R2的中心位置A朝向角部端部位置A'，接觸壓力上升的實(shí)施例1或 比較例中顯示的趨勢，接觸壓力的最大值和最小值之差相對于平均值減少 至5%。這樣，通過利用與外側(cè)彈簧21的配置位置的關(guān)系，將內(nèi)側(cè)彈簧22 的配置位置例如積極地配置于比中點(diǎn)P3靠向內(nèi)側(cè)處，從而，能夠使基于 外側(cè)彈簧21的施加的負(fù)荷的影響難以顯現(xiàn)在電極配置區(qū)域R2。
將從這樣的實(shí)施例1 3及比較例中的電極配置區(qū)域R2的中心位置A 到角部端部位置A，的MEA (或隔板)的撓曲量的比較圖表示出在圖8中。
從圖8的圖表明確可判斷，在未配置內(nèi)側(cè)彈簧的比較例中，相對于中 心位置A的角部端部位置A'的撓曲量的變化與實(shí)施例1 3相比大。另外， 在實(shí)施例1中，隨著朝向角部端部位置A'，撓曲量處于上升的趨勢，但其 上升量與比較例相比是被抑制的。另外，在實(shí)施例3中，與實(shí)施例l相比 具有抑制中心位置A附近的撓曲量的效果。進(jìn)而判斷出，在實(shí)施例2中， 抑制了隨著朝向角部端部位置A'的撓曲量的上升趨勢，實(shí)現(xiàn)了撓曲量的均 勻化。
其次，將實(shí)施例1的燃料電池保持在70'C，向正極供給成為7(TC的 露點(diǎn)地加濕、加溫的燃料氣體(氫氣80。/。、二氧化碳20y。、一氧化碳10ppm)， 向負(fù)極供給成為7(TC的露點(diǎn)地加濕及加溫的空氣。對于該燃料電池，將電 流密度從作為額定的25%的低負(fù)荷的電流密度0.075A/cm2改變至作為額 定負(fù)荷的0.3A/cn^電流密度，來評價(jià)電流一電壓特性。但是，試驗(yàn)中的利 用率與額定條件下的利用率相等。將其結(jié)果示出在圖9中。還有，在圖9 中也一并記載比較例的燃料電池。
如圖9所示，在比較例的燃料電池中，根據(jù)負(fù)荷分布，接觸電阻局部 地變大，導(dǎo)致電池電壓的降低，相對于此，在實(shí)施例l的燃料電池中，維持高的電壓。因此，在比較例的燃料電池中，為了降低接觸電阻，將載重
作為負(fù)荷至該電池特性變得相等的結(jié)果，在將接觸壓力提高至1200kgf的 情況下發(fā)揮相等的電池性能。因此，對于這些電池，用作為額定負(fù)荷的 0.3A/ci^的電流密度評價(jià)了電壓耐久特性。其結(jié)果示出在圖10中。在圖 IO中還一并記載比較例的燃料電池的特性。根據(jù)圖0所示可判斷，相對 于比較例的燃料電池的5pV/h的劣化率，在實(shí)施例l的燃料電池中，能夠 維持ljLlV/h的劣化率，從而能夠進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行?？烧J(rèn)為在比較例中，在 負(fù)荷分布的不均發(fā)生的狀態(tài)下增大負(fù)荷，因此電流集中于接觸電阻低的部 位，或向MEA施加局部載重，還導(dǎo)致長期性電壓的降低。相對于此，在 實(shí)施例1中，能夠維持lpV/h的劣化率，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行，因此，認(rèn) 為能夠延長燃料電池的壽命。還有，在圖9及圖IO的說明中，在比較例 和實(shí)施例l的比較中，說明了本發(fā)明的效果，但認(rèn)為在接觸壓力的均勻性 的效果更高的實(shí)施例2及3的方式中，也能夠得到與實(shí)施例1相等或與其 以上的壽命相關(guān)的效果。
本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池有用于在便攜式電源、電動汽車用 電源、家庭內(nèi)利用工業(yè)廢熱發(fā)電系統(tǒng)等中使用的燃料電池。
還有，通過適當(dāng)組合上述各種實(shí)施方式中的任意的實(shí)施方式，能夠起 到各自具有的效果。
本發(fā)明中參照附圖的同時(shí)，關(guān)于優(yōu)選的實(shí)施方式充分地進(jìn)行了記載， 但對于該技術(shù)熟練的人來說，進(jìn)行各種變形或修改是明確的。那樣的變形 或修改應(yīng)理解為，只要不脫離基于附加的權(quán)利請求范圍的本發(fā)明的范圍， 就包括在其中。
整體上參照2007年6月6日申請的日本國專利申請No.2007—150309 號說明書附圖、及專利請求的范圍的公開內(nèi)容，將其取入了本說明書中。
權(quán)利要求
1.一種高分子電解質(zhì)型燃料電池，其具備燃料電池堆，該燃料電池堆層疊有單電池模塊，在所述層疊的單電池模塊的兩端配置一對端板，并且用多個緊固部件夾緊所述一對端板而進(jìn)行組裝，所述單電池模塊具有膜電極接合體、包夾所述膜電極接合體的一對隔板及配置在所述膜電極接合體的周緣部和所述一對隔板之間的密封部件，其中，所述高分子電解質(zhì)燃料電池具備第一彈性部件，其介于各所述緊固部件和所述端板之間而配置；多個第二彈性部件，其配置在所述端板和所述燃料電池堆端部之間，在相當(dāng)于各所述單電池模塊中的所述膜電極接合體的電極部的所述端板表面的第二彈性部件配置區(qū)域配置各所述第二彈性部件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其中， 在相當(dāng)于各所述單電池模塊中的所述密封部件的配置區(qū)域的所述端板表面配置所述第一彈性部件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其中， 在所述端板的所述燃料電池堆端部側(cè)的表面形成有凹部， 將所述凹部的內(nèi)底面作為所述第二彈性部件配置區(qū)域，在所述內(nèi)底面和所述燃料電池堆端部之間配置所述多個第二彈性部件，所述端板的表面中的所述凹部的周圍的緣部與所述燃料電池堆端部 接觸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其中， 各所述隔板及端板具有四邊形形狀，在所述端板中，在所述四邊形形狀的四邊中的各自的中點(diǎn)位置附近配 置所述第一彈性部件，在所述第二彈性部件配置區(qū)域中，在比由連結(jié)四個所述第一彈性部件 的線段形成的四邊形狀的區(qū)域靠向內(nèi)側(cè)的區(qū)域配置各所述第二彈性部件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其中，在連結(jié)由連結(jié)四個所述第一彈性部件的線段形成的四邊形形狀的區(qū) 域的中心和所述第一彈性部件的線段上，在比所述線段的中點(diǎn)更靠所述中心側(cè)的所述第二彈性部件配置區(qū)域中的位置配置所述第二彈性部件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其中， 各所述隔板及端板具有四邊形形狀，在所述端板中，在所述四邊形形狀的四角分別配置所述第一彈性部件，在連結(jié)由連結(jié)四個所述第一彈性部件的線段形成的四邊形形狀的區(qū) 域的中心和所述第一彈性部件的線段上，在比所述線段的中點(diǎn)更靠所述中 心側(cè)的所述第二彈性部件配置區(qū)域中的位置配置所述第二彈性部件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其中， 在所述端板中的所述第二彈性部件配置區(qū)域和所述燃料電池堆端部之間配置有集電板。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其中， 所述密封部件是剛性在所述單電池模塊的層疊方向上低于所述膜電極接合體的電極部的部件，以使由各所述第一彈性部件的彈性產(chǎn)生的每單位面積的負(fù)荷小于由 各所述第二彈性部件的彈性產(chǎn)生的每單位面積的負(fù)荷的方式，配置各所述 第一彈性部件及第二彈性部件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其中， 所述緊固部件是以貫通各所述端板及隔板的方式進(jìn)行緊固的緊固用螺釘，所述第一彈性部件及所述第二彈性部件是彈簧部件。
全文摘要
在具備層疊的多個單電池模塊經(jīng)由一對端板而被多個緊固部件夾緊組裝的燃料電池堆的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，具備介于緊固部件和端板之間而配置的多個第一彈性部件；在端板和燃料電池堆端部之間配置的多個第二彈性部件，在相當(dāng)于各單電池模塊中膜電極接合體的電極部的端板表面配置各自的第二彈性部件，在相當(dāng)于各單電池模塊中膜電極接合體的周緣部和一對端板之間配置的密封部件的配置區(qū)域的端板表面配置各自的第一彈性部件。
文檔編號H01M8/24GK101542815SQ20088000040
公開日2009年9月23日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者吉村光生, 山口曜子, 日下部弘樹, 松本敏宏, 長尾善輝 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社