燃料电池堆、燃料电池堆用虚设单电池及其制造方法技术

本公开涉及燃料电池堆、燃料电池堆用虚设单电池及其制造方法。燃料电池堆(10)至少具备层叠有多个发电单电池(12)的层叠体(14)和配设于层叠体(14)的层叠方向的一端侧的第一虚设单电池(18)。发电单电池(12)具有电解质膜‑电极结构体(80)。第一虚设单电池(18)具备层叠平面尺寸彼此不同的三个导电性多孔质体(112、114、116)的虚设结构体(110)、绕着虚设结构体(110)的外周的虚设树脂框构件(111)以及虚设隔板(105、108、130)。

Virtual Single Battery for Fuel Cell Reactor and Fuel Cell Reactor and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
燃料电池堆、燃料电池堆用虚设单电池及其制造方法
本专利技术涉及具备层叠有多个发电单电池的层叠体以及配设于层叠体的层叠方向的至少一方的端部的虚设单电池的燃料电池堆、用于燃料电池堆的虚设单电池、虚设单电池的制造方法，该发电单电池具有电解质膜-电极结构体、绕着电解质膜-电极结构体的外周的树脂框构件以及隔板。
技术介绍
一般来说，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜形成的固体高分子电解质膜(以下也简称为电解质膜)。燃料电池具备在电解质膜的一方的面配设阳极电极且在另一方的面配设阴极电极而成的电解质膜-电极结构体(MEA)。隔板夹持电解质膜-电极结构体由此构成发电单电池，将多个发电单电池层叠由此构成层叠体。在该层叠体的层叠方向两端设置用于将由各发电单电池发电产生的电荷汇集而成的电力取出的端子板和用于将发电单电池保持为层叠状态的端板等来构成燃料电池堆。然而，层叠体的层叠方向的端部侧(以下也简称为端部侧)由于经由端子板等放热被促进等，因此与该层叠体的层叠方向的中央侧相比容易变为低温。当因受到外部气温等的影响而层叠体的端部侧变为低温并产生结露时，存在燃料气体以及氧化剂气体(反应气体)的扩散性下降并燃料电池堆的发电稳定性下降的担忧。因而，例如在日本专利第4727972号公报所公开的燃料电池堆中，在层叠体的层叠方向的至少一方的端部侧配设有所谓的虚设单电池。在虚设单电池中，代替电解质膜而使用金属板，因此不进行发电，也不产生生成水。因此，虚设单电池自身在端子板与层叠体之间作为隔热层发挥功能。因而，如上所述，通过配设虚设单电池，能够抑制层叠体的端部侧的温度降低。也就是说，能够抑制燃料电池堆受到外部气温的影响，能够提高发电稳定性。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供能够使发电稳定性提高的燃料电池堆。本专利技术的其它目的在于提供能够使发电稳定性提高的用于燃料电池堆的虚设单电池。本专利技术的另一目的在于提供能够使发电稳定性提高的虚设单电池的制造方法。根据本专利技术的一个实施方式，提供一种燃料电池堆，具备层叠有多个发电单电池的层叠体以及在层叠体的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池，该发电单电池具有：电解质膜-电极结构体，其在电解质膜的两侧分别配设具有由导电性多孔质体形成的气体扩散层的电极；以及树脂框构件，其绕着电解质膜-电极结构体的外周；以及隔板，其夹着电解质膜-电极结构体，其中，虚设单电池具备与电解质膜-电极结构体对应的虚设结构体、绕着虚设结构体的外周的虚设树脂框构件以及夹着虚设结构体的虚设隔板，虚设结构体是将平面尺寸互不相同的三个导电性多孔质体层叠而形成的。在该燃料电池堆中，虚设单电池的虚设结构体是将三个导电性多孔质体层叠而构成的。在这样的虚设结构体中，例如与代替电解质膜-电极结构体的电解质膜而使用金属板的比较例所涉及的虚设单电池不同，不需要准备由导电性多孔质体以及金属板等多个材质形成的构件，能够与之相当地低价获得。另外，虚设结构体由导电性多孔质体构成，电解质膜-电极结构体的气体扩散层也由导电性多孔质体构成，因此能够减少准备虚设单电池专用的结构要素的麻烦。还有，在该虚设结构体中，为了在其外周缘部设置与虚设树脂框构件容易接合的台阶，将平面尺寸不同的三个导电性多孔质体层叠来构成。因此，例如，不依靠在一体成形的导电性多孔质体的外周缘部设置台阶这样的特别制造工序，就能够比较简单地获得虚设结构体。通过具备这样的虚设结构体，能够将虚设单电池设为简单且经济的结构。该虚设单电池与电解质膜-电极结构体对应地具备虚设结构体而不具备电解质膜-电极结构体，因此不进行发电，也不因发电而产生生成水。由此，虚设单电池自身能够作为隔热层来发挥功能，并能够抑制在虚设单电池产生结露、冻结。通过将这样的虚设单电池设置于层叠体的层叠方向的至少一方的端部侧，能够提高层叠体的端部侧的隔热性。因此，即使在低温环境下，也能够抑制层叠体的端部侧的温度比中央侧的温度低。还有，由于能够提高层叠体的端部侧的隔热性，因此即使在燃料电池堆在冰点以下的环境开始启动的情况下，也能够使层叠体的整体有效地升温。由此，能够抑制在层叠体的端部侧生成水等冻结而发生电压下降的情况。从上述内容来看，根据该燃料电池堆，能够利用简单且经济的结构的虚设单电池，抑制燃料电池堆受到外部气温的影响，能够提高发电稳定性。优选为，在上述的燃料电池堆中，在发电单电池以及虚设单电池各自形成使氧化剂气体沿层叠体的层叠方向流通的氧化剂气体连通孔和使燃料气体沿层叠体的层叠方向流通的燃料气体连通孔，在与电解质膜-电极结构体的一方的电极相向的隔板设置流通氧化剂气体的氧化剂气体流路，在与电解质膜-电极结构体的另一方的电极相向的隔板设置流通燃料气体的燃料气体流路，在同虚设结构体的沿层叠方向的一端侧相向的虚设隔板与虚设结构体的一端侧之间设置与氧化剂气体流路对应的第一空间，在同虚设结构体的层叠方向的另一端侧相向的虚设隔板与虚设结构体的另一端侧之间设置与燃料气体流路对应的第二空间，在氧化剂气体连通孔与第一空间之间设置能够流通氧化剂气体的连通路，在燃料气体连通孔与第二空间之间设置将燃料气体的流通阻断的阻断部。向燃料电池堆的氧化剂气体连通孔的入口侧供给已被加湿的状态下的氧化剂气体。该氧化剂气体中的水结露来生成液体的结露水，如果该结露水飞入发电单电池，存在燃料气体以及氧化剂气体(反应气体)的扩散性下降的情况。在该燃料电池堆中，经由连通路将氧化剂气体连通孔与同虚设结构体的层叠方向的一端侧面对的第一空间连通，因此氧化剂气体在第一空间流通。因此，即使在氧化剂气体包含结露水的情况下，也能够由虚设单电池捕集该结露水。其结果是，能够抑制结露水飞入发电单电池。另外，在该燃料电池堆的虚设单电池中，如上述那样设置阻断部，由此在燃料气体连通孔所流通的燃料气体在与虚设结构体的层叠方向的一端侧面对的第二空间的流通被阻断。这样因燃料气体不流通而隔热性提高的第二空间作为隔热空间来发挥功能，因此能够使由虚设单电池产生的隔热性更提高。另外，能够减少对用于发电的电化学反应无用而从燃料电池堆排出的燃料气体。因而，如上述那样设置连通路以及阻断部，由此能够实现燃料电池堆的发电稳定性的进一步提高。优选的是，在上述的燃料电池堆中，虚设树脂框构件与树脂框构件相同地构成。在该情况下，虚设单电池的虚设树脂框构件也能够设为与发电单电池的树脂框构件共通的结构，因此能够将虚设单电池设为更简单且经济的结构。优选的是，在上述的燃料电池堆中，三个导电性多孔质体由相同的材料形成。在该虚设单电池中，虚设结构体是将由相同的材料形成的导电性多孔质体层叠而构成的，因此例如，与用导电性多孔质体夹持金属板的比较例所涉及的虚设单电池等那样将不同的材料层叠的情况相比，能够使接触阻抗降低。由此，能够使燃料电池堆的内阻减少，因此能够提高发电效率。优选的是，在上述的燃料电池堆中，沿虚设结构体的周向断续地形成将虚设结构体与虚设树脂框构件接合的接合部。与将树脂框构件同电解质膜-电极结构体的外周气密地接合来抑制交叉泄漏等的发电单电池不同，在不进行发电的虚设单电池中不需要抑制交叉泄漏。因而，通过如上述那样断续地形成接合部，能够使虚设结构体与虚设树脂框构件的接合工序简单化，从而能够使燃料电池堆的制造效率提高。优选的是，在上述的燃料电池堆中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池堆(10)，具备层叠有多个发电单电池(12)的层叠体(14)以及在所述层叠体(14)的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池(18、20、24)，该发电单电池(12)具有：电解质膜‑电极结构体(80)，其在电解质膜(84)的两侧分别配设具有由导电性多孔质体形成的气体扩散层(92、96)的电极(86、88)；树脂框构件(82)，其绕着所述电解质膜‑电极结构体(80)的外周；以及隔板(32、36、38)，其夹着所述电解质膜‑电极结构体(80)，所述燃料电池堆(10)的特征在于，所述虚设单电池(18、20、24)具备与所述电解质膜‑电极结构体(80)对应的虚设结构体(110)、绕着所述虚设结构体(110)的外周的虚设树脂框构件(111)以及夹着所述虚设结构体(110)的虚设隔板(105、108、130)，所述虚设结构体(110)是将平面尺寸互不相同的三个导电性多孔质体(112、114、116)层叠而形成的。

【技术特征摘要】
2018.03.15 JP 2018-047532;2018.03.15 JP 2018-047741.一种燃料电池堆(10)，具备层叠有多个发电单电池(12)的层叠体(14)以及在所述层叠体(14)的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池(18、20、24)，该发电单电池(12)具有：电解质膜-电极结构体(80)，其在电解质膜(84)的两侧分别配设具有由导电性多孔质体形成的气体扩散层(92、96)的电极(86、88)；树脂框构件(82)，其绕着所述电解质膜-电极结构体(80)的外周；以及隔板(32、36、38)，其夹着所述电解质膜-电极结构体(80)，所述燃料电池堆(10)的特征在于，所述虚设单电池(18、20、24)具备与所述电解质膜-电极结构体(80)对应的虚设结构体(110)、绕着所述虚设结构体(110)的外周的虚设树脂框构件(111)以及夹着所述虚设结构体(110)的虚设隔板(105、108、130)，所述虚设结构体(110)是将平面尺寸互不相同的三个导电性多孔质体(112、114、116)层叠而形成的。2.根据权利要求1所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，在所述隔板(32、36、38)以及所述虚设隔板(105、108、130)各自形成使氧化剂气体沿所述层叠体(14)的层叠方向流通的氧化剂气体连通孔(40、46)和使燃料气体沿所述层叠体(14)的层叠方向流通的燃料气体连通孔(42、44)，在与所述电解质膜-电极结构体(80)的一方的所述电极(86、88)相向的所述隔板(32、36、38)，设置流通所述氧化剂气体的氧化剂气体流路(56)，在与所述电解质膜-电极结构体(80)的另一方的所述电极(86、88)相向的所述隔板(32、36、38)，设置流通所述燃料气体的燃料气体流路(66)，在同所述虚设结构体(110)的层叠方向的一端侧相向的所述虚设隔板(105、108、130)与所述虚设结构体(110)的一端侧之间，设置与所述氧化剂气体流路(56)对应的第一空间(109)，在同所述虚设结构体(110)的层叠方向的另一端侧相向的所述虚设隔板(105、108、130)与所述虚设结构体(110)的另一端侧之间，设置与所述燃料气体流路(66)对应的第二空间(126)，在所述氧化剂气体连通孔(40、46)与所述第一空间(109)之间，设置能够流通所述氧化剂气体的连通路(125)，在所述燃料气体连通孔(42、44)与所述第二空间(126)之间，设置将所述燃料气体的流通阻断的阻断部(122a、122b)。3.根据权利要求1所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，所述虚设树脂框构件(111)与所述树脂框构件(82)相同地构成。4.根据权利要求1所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，所述三个导电性多孔质体(112、114、116)由相同的材料形成。5.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，将所述虚设结构体(110)与所述虚设树脂框构件(111)接合的接合部(120)是沿所述虚设结构体(110)的周向断续地形成的。6.根据权利要求1所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，所述虚设结构体(110)是将作为所述三个导电性多孔质体(112、114、116)的第一导电性多孔质体(112)、平面尺寸比该第一导电性多孔质体(112)大的第二导电性多孔质体(114)以及平面尺寸比该第二导电性多孔质体(114)大的第三导电性多孔质体(116)层叠而形成的，所述第三导电性多孔质体(116)的平面尺寸比所述气体扩散层(92、96)的平面尺寸大。7.根据权利要求6所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，所述第二导电性多孔质体(114)配置于所述虚设结构体(110)的层叠方向中央，所述虚设树脂框构件(111)具有：抵接面(82hb)，其抵接于与所述第一导电性多孔质体(112)的外周端面(112a)相比向外方延伸的所述第二导电性多孔质体(114)的外周露出部(114b)；以及接合面(82ea)，其经由接合部(120)接合于与所述第二导电性多孔质体(114)的外周端面(114a)相比向外方延伸的所述第三导电性多孔质体(116)的外周露出部(116a)，其中，所述接合部(120)是沿所述第三导电性多孔质体(116)的外周露出部(116a)的周向断续地形成的。8.根据权利要求7所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，所述接合部(120)具有浸渍部(120b)，该浸渍部(120b)是使熔融的所述虚设树脂框构件(111)的一部分浸渍于所述第三导电性多孔质体(116)的外周露出部(116a)而形成的。9.根据权利要求8所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，所述虚设树脂框构件(111)的一部分为树脂突起部(120a)，该树脂突起部(120a)是以向所述树脂框构件(82)的厚度方向突出的方式，与所述虚设树脂框构件(111)的所述接合面(82ea)相比向外周侧设置的。10.根据权利要求1所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，对所述三个导电性多孔质体(112、114、116)中的任一个实施疏水处理。11.根据权利要求10所述的燃料电池堆，其特征在于，所述虚设结构体(110)是将作为所述三个导电性多孔质体(112、114、116)的第一导电性多孔质体(112)、第二导电性多孔质体(114)以及第三导电性多孔质体(116)顺次层叠而形成的，对所述第二导电性多孔质体(114)以及所述第三导电性多孔质体(116)中的任一方实施所述疏水处理，在所述隔板(32、36、38)以及所述虚设隔板(105、108、130)各自形成使氧化剂气体沿所述层叠体(14)的层叠方向流通的氧化剂气体连通孔(40、46)和使燃料气体流通沿所述层叠体(14)的层叠方向的燃料气体连通孔(42、44)，在与所述电解质膜-电极结构体(80)的一方的所述电极(86、88)相向的所述隔板(32、36、38)，设置流通所述氧化剂气体的氧化剂气体流路(56)，在与所述电解质膜-电极结构体(80)的另一方的所述电极(86、88)相向的所述隔板(32、36、38)，设置流通所述燃料气体的燃料气体流路(66)，在所述虚设隔板(105、108、130)与所述第一导电性多孔质体(112)之间，设置与所述氧化剂气体流路(56)对应的第一空间(109)，在所述虚设隔板(105、108、130)与所述第三导电性多孔质体(116)之间，设置与所述燃料气体流路(66)对应的第二空间(126)，在所述氧化剂气体连通孔(40、46)与所述第一空间(109)之间，设置能够流通所述氧化剂气体的连通路(125)，在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：井上大辅，青木智史，田中之人，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP