燃料电池制造技术

本发明专利技术公开了一种能够提高管状燃料电池的热交换效率的燃料电池。具体公开了一种燃料电池（１００），其包括中空形状的电解质膜（１）、分别配置在所述电解质膜（１）的内侧和外侧的中空形状的电极（２，３）及配置在所述电解质膜（１）和所述电极（２，３）内侧的内部集电器（１０ａ）。所述内部集电器（１０ａ）具有中空形状且由非多孔部件制成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包括管状燃料电池的燃料电池，特别地涉及一种能够 提高管状燃料电池的热交换效率的燃料电池。
技术介绍
在常规的聚合物电解质燃料电池(以下称为"PEFC")中，由在包 括平板型电解质膜和分别配置在该电解质膜两侧的电极(阴极和阳极)的 膜电极组件(以下称为"MEA，，)内进行的电化学反应产生的电能经由分 别配置在MEA两侧的隔板导出到外部。由于可在低温区域内工作、能量 转换效率高、启动时间短且整体上尺寸小和重量轻，如今PEFC作为电动 车的动力源或便携式电源的应用已经受到关注。同时，PEFC的单元电池包括诸如电解质膜、至少均包括催化剂层的 阴极和阳极以及隔板之类的组成元件，且具有1.23V的理论电动势。然而， 此理论电动势低到不足以用作电动车等的动力源。因此，通常使用的是构 造成在由单元电池串联堆叠而成的多层部件的两端分别设置端板等的成组 PEFC(以下简称为"燃料电池，，)。此外，为了进一步提高燃料电池的 发电性能，优选减小各个单元电池的尺寸并增大每单位面积内的发电反应 面积(输出密度)。为了增大常规平板型燃料电池(以下也称为"平板型FC")的每单位 面积的输出密度并提高其发电性能，需要使其组成元件更薄。但是，如果 将组成元件的厚度"^殳定在预定厚度以下，则各组成元件的功能、强度等可 能会降低。因此，在结构上难以提高平板形式燃料电池的每单位面积的输 出密度。鉴于此，近来已开展对管状型的PEFC (以下也称为"管状PEFC，，) 的研究。管状PEFC的单元电池(以下也称为"管状电池")包括中空形 状的MEA(以下简称为"中空MEA，，)，该中空MEA包括中空电解质 层以及分别配置在电解质层内侧和外侧的中空电极。分别向中空MEA的 内侧和外侧供给反应气体(含氢气体和含氧气体)会引发电化学反应。由 该电化学反应产生的电能经由配置在中空MEA内侧和外侧的集电器导出 到外部。即，通过向各个单元电池都包括的中空MEA的内侧供给一种反 应气体(含氢气体或含氧气体)而向其外侧供给另 一种反应气体(含氧气 体或含氢气体)，管状PEFC易于将电能导出。此外，管状PEFC能使用 供给到相邻两个单元电池的外表面的同 一种反应气体，从而可省去在常规 平板型PEFC中还具有气体遮蔽性能的隔板。因此，管状PEFC能够有效 地减小单元电池的尺寸。目前已经公开了与管状燃料电池(以下也简称为"管状FC")如管状 PEFC相关的一些技术。例如，日本特表2004-505417号公才艮公开了一种 通过延长内部集电器和外部集电器(以下简称为"集电器")的每一个或 其中一个的长度并使集电器端部接触冷却剂而移除在管状燃料电池(微电 池)中产生的热量的技术。日本特表2004-505417号公报还公开了 一种通 过组合多个微电池并在微电池组之间配置圆管状热交换管而形成模块化电 化学电池组件的技术。利用此技术能够移除微电池组中产生的大量热量。然而，日本特表2004-505417号公报所公开的前一种技术是经由均构 造成包括线状部件的集电器来移除热量的技术。由于冷却剂和发热体之间 的长距离，热交换(冷却)效率往往不利地下降。此外，对于所述后一种 技术，为多个微电池设置一个圆管状热交换管。对于所述后一种技术，热 交换(冷却)效率往往不利地下降。因此，本专利技术的目的在于提供一种能够提高管状燃料电池的热交换效 率的燃料电池。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术采用以下手段。即，根据本专利技术的一个方面，提供了一种燃料电池，该燃料电池包括中空电解质膜；分别配置在 所述电解质膜的内侧和外侧的中空电极；以及配置在所述电解质膜和所述 电极的内侧的集电器，其中所述内部集电器是中空的并且由非多孔部件制成o根据本专利技术，"配置在所述电解质膜和所述电极的内侧的集电器"是 指中空电极配置在电解质膜内侧，而内部集电器又配置在中空电极内侧。 此外，非多孔部件是指除以多孔玻璃、多孔陶瓷、多孔金属、多孔碳、多 孔树脂等为代表的多孔部件之外的部件。非多孔部件的具体实例包括选自Cu、 Ti、 Pt、 Au等中的一种或多种材料。根据本专利技术的内部集电器的外 部形状不限于特定的形状，只要内部集电器形成为能够配置在电极和电解 质膜的内侧即可。不过，为了能够容易地提高管状燃料电池的冷却效率等， 内部集电器优选为圆形。内部集电器还优选地成形为使得配置在电解质膜 内侧的中空电极能够无间隙地配置在内部集电器外侧。根据本专利技术的上述方面，可在所述内部集电器的外周面上形成反应气 体通道。根据本专利技术，反应气体通道的构型不限于特定的构型，只要反应气体 通道构造成向配置在中空电解质膜内侧的中空电极的内周面开口 (敞开) 即可。此外，根据本专利技术的上述方面(以及变型，下同)，如果所述内部集 电器的外周面的与配置在所述电解质膜内侧的所述中空电极接触的接触部 的面积为X,而所述反应气体通道的向配置在所述电解质膜内侧的所述中 空电极开口的开口面积为Y，则X和Y可满足0.02《X/(X+Y) <0.5。此外，根据本专利技术的上述方面，冷却剂可在所述内部集电器的中空部 内流通。根据本专利技术，所述冷却剂的具体实例不仅包括水，还包括乙二醇。 另外，根据本专利技术的上述方面，可形成有多个所述反应气体通道，并 且在所述多个反应气体通道之间可设置有导热性比构成所述内部集电器的材料的导热性好的部件。根据本专利技术，"在所述多个反应气体通道之间"是指内部集电器的存 在于反应气体通道之间的厚部。更具体地说，是指内部集电器的位于中空 部和多个反应气体通道之间的厚部。 专利技术效果根据本专利技术的上述方面，由于内部集电器是中空的，所以通过使热介 质流通，能在很靠近包括中空的电解质膜和电极的管状燃料电池的位置与 各个管状燃料电池进行热交换。因此，本专利技术可提供能够提高管状燃料电 池的热交换效率的燃料电池。根据本专利技术的上述方面，在内部集电器的外周面上形成有反应气体通 道，从而能确保气体扩散到配置在电解质膜内侧的电极中。因此通过这种 构造，除上迷优点之外，还能通过提高气体的扩散性而提供能够提高发电 性能的燃料电池。此外，根据本专利技术的上述方面，设定0.02 <X/(X+Y)< 0.5的条件。这 样能提供在提高管状燃料电池的冷却效率的同时能够确保气体扩散效率的 燃料电池。另夕卜，根据本专利技术的上述方面，冷却剂在内部集电器的中空部内流通， 从而能在很靠近管状燃料电池的位置冷却各个管状燃料电池。因此通过这 种构造，可提供能够提高管状燃料电池的冷却效率的燃料电池。此外，根据本专利技术的上述方面，在内部集电器的厚部内设置有具有良 好导热性的部件，从而能够提高内部集电器的导热性。因此通过这种构造 可提供能进一 步提高管状燃料电池的热交换效率的燃料电池。附图说明图1是示出根据本专利技术第 一实施例的燃料电池的组成元件的示意图。 图2是示出根据第一实施例的内部集电器的制造步骤的示例的示意图。图3是示出根据本专利技术第二实施例的燃料电池的组成元件的示意图。图4是示出根据本专利技术第三实施例的燃料电池的组成元件的示意图。 在附图中，l表示电解质膜，2和3表示电极，5表示中空MEA， 10a、 10b和10c表示内部集电器，lla和llb表示中空部，12表示反应气体通 道，15表示热传导部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，包括：　中空电解质膜；　分别配置在所述电解质膜的内侧和外侧的中空电极；和　配置在所述电解质膜和所述电极的内侧的内部集电器，　其中，所述内部集电器是中空的，并且由非多孔部件制成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：今西雅弘，中西治通，村田成亮，田村佳久，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]