分隔件及燃料電池的制作方法
【專利說(shuō)明】分隔件及燃料電池
[0001 ] 本申請(qǐng)主張基于在2013年10月2日提出申請(qǐng)的申請(qǐng)編號(hào)2013-207072的日本專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并將其全部的公開(kāi)通過(guò)參照而援引于本申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及燃料電池所使用的分隔件。
【背景技術(shù)】
[0003]通常，燃料電池具有將多個(gè)單元單電池層疊而成的堆疊構(gòu)造。各單元單電池具有如下構(gòu)造:膜電極接合體與分隔件相對(duì)配置，在兩者之間形成有用于沿著膜電極接合體的表面供給反應(yīng)氣體的氣體流路。氣體流路例如形成為從設(shè)置在分隔件的外緣部的反應(yīng)氣體的供給孔經(jīng)由膜電極接合體的表面整體，朝向設(shè)置在與供給孔的外緣部相對(duì)的外緣部上的排出孔流動(dòng)。例如，在專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了一種具有氣體流路槽和將相鄰的氣體流路槽的部分彼此連通的連通槽且連通槽形成為比氣體流路槽淺的分隔件。
[0004]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:W02007/088832A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]專利文獻(xiàn)I的分隔件是抑制結(jié)露水引起的氣體流路的閉塞的發(fā)明。然而，在該構(gòu)造的情況下，可能難以滿足能夠從分隔件向膜電極接合體賦予的面壓、向多個(gè)單元單電池的氣體分配特性、氣體流路的壓損等各種要求性能。例如，關(guān)于面壓，在專利文獻(xiàn)I的構(gòu)造中，分隔件的接觸面積的降低成為主要原因，可能無(wú)法得到能夠賦予的面壓。而且，例如，關(guān)于氣體分配特性或氣體流路的壓損，即使一部分的流路具有殘留水，由于連通槽的存在而在殘留水的兩端也難以產(chǎn)生差壓，因此會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題:難以確保排水性，對(duì)應(yīng)的單元單電池的氣體流路的壓損變化，向?qū)盈B的多個(gè)單元單電池的氣體分配特性惡化。而且，在燃料電池的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，難以以極限化學(xué)計(jì)量比附近的運(yùn)轉(zhuǎn)得到期望的發(fā)電性能，有時(shí)難以滿足要求性能。需要說(shuō)明的是，化學(xué)計(jì)量比是相對(duì)于燃料電池的發(fā)電力而最低限度需要的氣體量(即用于電化學(xué)反應(yīng)的氣體量)與實(shí)際供給的氣體量之比。即，專利文獻(xiàn)I的分隔件的構(gòu)造可能會(huì)損害上述的可賦予面壓、氣體分配特性、壓損等性能。
[0009]而且，在以往的分隔件中，除了上述的氣體流路槽的構(gòu)造之外，有時(shí)也形成為在氣體流路與反應(yīng)氣體的排出孔之間設(shè)有連接流路的構(gòu)造。在這樣的分隔件中，在燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)停止?fàn)顟B(tài)下，氣體流路內(nèi)的殘留水有時(shí)向連接流路移動(dòng)而滯留，當(dāng)在冰點(diǎn)下環(huán)境下使燃料電池起動(dòng)時(shí)，可能滯留于連接流路的水凍結(jié)而連接流路閉塞。需要說(shuō)明的是，在專利文獻(xiàn)I中，對(duì)于具有上述的連接流路的構(gòu)造沒(méi)有任何記載和暗示。
[0010]這樣，希望一種不過(guò)度損害能夠向膜電極接合體賦予的面壓、氣體分配特性、壓損等各種性能，且降低水滯留于連接流路并發(fā)生凍結(jié)而將連接流路閉塞的可能性的技術(shù)。
[0011]用于解決課題的手段
[0012]本發(fā)明為了解決上述的課題的至少一部分而作出，可以作為以下的方式實(shí)現(xiàn)。
[0013](I)本發(fā)明的一方式是使用于燃料電池的分隔件。該分隔件具備:氣體流路，具有供反應(yīng)氣體流通的多個(gè)氣體流路槽;氣體排出孔，用于進(jìn)行所述反應(yīng)氣體從所述氣體流路的排出；及導(dǎo)出流路部，位于所述氣體排出孔與所述氣體流路之間，用于使從所述氣體流路排出的所述反應(yīng)氣體向所述氣體排出孔流動(dòng)。所述多個(gè)氣體流路槽具有與所述導(dǎo)出流路部連結(jié)的連結(jié)流路部;所述連結(jié)流路部具有相對(duì)于重力方向傾斜的傾斜氣體流路槽;所述連結(jié)流路部的氣體流路槽的槽寬以使基于水的表面張力而所述氣體流路槽的壁面對(duì)所述水的進(jìn)行保持力大于由于重力而向所述水施加的力的方式設(shè)定。根據(jù)該方式的分隔件，通過(guò)保持傾斜氣體流路槽部的殘留水以免向反應(yīng)氣體排出孔移動(dòng)，能夠滿足其他的要求性能并抑制導(dǎo)出流路部中的水的殘存。由此，在冰點(diǎn)下起動(dòng)時(shí)，至少能夠降低由導(dǎo)出流路部的凍結(jié)引起的閉塞的可能性。
[0014](2)在上述方式的分隔件中，可以的是，所述導(dǎo)出流路部的氣體流路槽的槽寬以使基于水的表面張力而所述氣體流路槽的壁面對(duì)所述水進(jìn)行保持的力小于所述連結(jié)流路部的氣體流路槽的壁面對(duì)所述水進(jìn)行保持的力的方式設(shè)定。根據(jù)該方式的分隔件，能夠利用毛細(xì)管現(xiàn)象而將殘留水從導(dǎo)出流路部向連結(jié)流路部引導(dǎo)，能夠降低由導(dǎo)出流路部中的殘留水的凍結(jié)引起的閉塞的可能性。
[0015]本發(fā)明也能夠以上述方式的分隔件以外的各種方式實(shí)現(xiàn)。例如，能夠以具備上述方式的分隔件的燃料電池的單元單電池、具備該單元單電池的燃料電池、具備該燃料電池的燃料電池系統(tǒng)等方式實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是表示第一實(shí)施方式的燃料電池的結(jié)構(gòu)的概略立體圖。
[0017]圖2是將單元單電池的結(jié)構(gòu)分解表示的概略立體圖。
[0018]圖3是表示陽(yáng)極側(cè)分隔件的結(jié)構(gòu)的概略俯視圖。
[0019]圖4是將燃料氣體流路的一部分放大表示的概略立體圖。
[0020]圖5是將燃料氣體流路中與燃料氣體排出孔相連的出口側(cè)區(qū)域放大表示的概略俯視圖。
[0021 ]圖6是表示作為比較例的連結(jié)流路部的概略俯視圖。
[0022]圖7是將圖6的連結(jié)流路部的一部分的從氣體流通面?zhèn)扔^察到的狀態(tài)放大表示的概略立體圖。
[0023]圖8是將作為實(shí)施方式的連結(jié)流路部中的第二連結(jié)流路部分的一部分的從氣體流通面?zhèn)扔^察到的狀態(tài)放大表示的概略立體圖。
[0024]圖9是關(guān)于第一導(dǎo)出流路部分、邊界流路槽、第三連結(jié)流路部分的一部分，將第二實(shí)施方式中的氣體流通面?zhèn)鹊臉?gòu)造放大表示的概略俯視圖及概略立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]A.第一實(shí)施方式:
[0026]圖1是表示燃料電池10的結(jié)構(gòu)的概略立體圖。燃料電池10具有將多個(gè)單元單電池100沿著水平方向即Z方向(以下，也稱為“層疊方向”)層疊并由一對(duì)端板170F、170E夾持的堆疊構(gòu)造。在前端側(cè)的端板170F與單元單電池100之間，隔著前端側(cè)的絕緣板165F而設(shè)置前端側(cè)的端子板160F。在后端側(cè)的端板170E與單元單電池100之間，同樣地隔著后端側(cè)的絕緣板165E而設(shè)有后端側(cè)的端子板160E。單元單電池100、端子板160F、160E、絕緣板165F、165E、端板170F、170E分別具有大致矩形形狀的外形的板狀構(gòu)造，以長(zhǎng)邊沿著X方向(水平方向)且短邊沿著Y方向(重力方向、鉛垂方向)的方式配置。
[0027]在前端側(cè)的端板170F、絕緣板165F、端子板160F設(shè)有燃料氣體供給孔172in及燃料氣體排出孔172out、多個(gè)氧化劑氣體供給孔174in及氧化劑氣體排出孔174out、多個(gè)冷卻水供給孔176in及冷卻水排出孔176out。上述的供給孔及排出孔與設(shè)置在各單元單電池100的對(duì)應(yīng)的位置上的各個(gè)孔(未圖示)連結(jié)，分別構(gòu)成對(duì)應(yīng)的氣體或冷卻水的供給歧管及排出歧管。另一方面，在后端側(cè)的端板170E、絕緣板165E、端子板160E未設(shè)置這些供給孔、排出孔。這是由于是如下類型的燃料電池:將反應(yīng)氣體(燃料氣體、氧化劑氣體)及冷卻水從前端側(cè)的端板170F經(jīng)由供給歧管向各個(gè)單元單電池100供給，并將來(lái)自各個(gè)單元單電池100的排出氣體及排出水從前端側(cè)的端板170經(jīng)由排出歧管向外部排出。但是，沒(méi)有限定于此，例如，也可以構(gòu)成為從前端側(cè)的端板170F供給反應(yīng)氣體及冷卻水，從后端側(cè)的端板170E將排出氣體及排出水向外部排出的類型等各種類型的燃料電池。
[0028]多個(gè)氧化劑氣體供給孔174in沿著X方向(長(zhǎng)邊方向)配置在前端側(cè)的端板170F的下端的外緣部，多個(gè)氧化劑氣體排出孔174out沿著X方向配置在上端的外緣部。燃料氣體供給孔172in配置在前端側(cè)的端板170F的右端的外緣部的Y方向(短邊方向)的上端部，燃料氣體排出孔172out配置在左端的外緣部的Y方向的下端部。多個(gè)冷卻水供給孔176in沿著Y方向配置在燃料氣體供給孔172in的下側(cè)，多個(gè)冷卻水排出孔176out沿著Y方向配置在燃料氣體排出孔172out的上側(cè)。
[0029 ]前端側(cè)的端子板160F及后端側(cè)的端子板160E是各單元單電池100的發(fā)電電力的集電板，用于將從未圖不的端子收集的電力向外部輸出。
[0030]圖2是將單元單電池100的結(jié)構(gòu)分解表示的概略立體圖。單元單電池100具備膜電極氣體擴(kuò)散層接合體(MEGA:Membrane Electrode&Gas Diffus1n Layer Assembly) 11