燃料电池模块和设有燃料电池模块的燃料电池制造技术

本发明专利技术公开了一种管型燃料电池模块，其包括能够提高集电效率的管型燃料电池，并公开了一种包括该燃料电池模块的燃料电池。燃料电池模块（１００）包括平行排列的多个管型燃料电池（１０Ａ、１０Ａ、…）和第一集电器（３５），其中由所述第一集电器（３５）在平面图中在与所述管型燃料电池（１０Ａ，１０Ａ，…）的轴向交叉的方向上编织所述管型燃料电池（１０Ａ、１０Ａ、…）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括管型燃料电池的燃料电池模块以及包括该燃料电池模块的燃料电池。更具体而言，本专利技术涉及包括管型燃料电池并能够提高集电效率的燃料电池模块以及包括该燃料电池模块的燃料电池。
技术介绍
在常规的固体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布置在该电解质膜两侧上的电极(阴极和阳极)的膜电极组件(以下称为“MEA”，其)中进行的电化学反应所产生的电能分别经由布置在MEA两侧的隔离器(separator)被提取至PEFC外部。该PEFC可在低温下工作，并通常在约80℃至100℃的工作温度下应用。此外，因为30％至40％的高能量转换效率、短起动时间、以及小尺寸轻重量的系统，PEFC被视为蓄电池车辆或便携电源的最佳能量源。同时，常规PEFC的单元电池包括诸如电解质膜、每个均包括催化剂层的阴极和阳极、以及隔离器等构成元件，且其理论电动势为1.23伏特。这样低的电动势不足以用作蓄电池车辆等的动力源。因此，通常，将在其中单元电池沿层叠方向串联层叠形成的层叠体的两侧上布置端板等构成的堆叠型燃料电池用作动力源。但是，优选地缩小单元电池的尺寸并增大每单位面积的发电反应区域(输出密度)，从而进一步改进PEFC(以下在某些情况下简称为“燃料电池”)的发电效率。为了增大常规平板型燃料电池(以下在某些情况下简称为“平板型FC”)每单位面积的输出密度并提高其发电效率，需要使平板型FC的上述构成元件变薄。但是，如果将平板型FC的构成元件的厚度设定为等于或小于预定厚度，则可能会降低各个构成元件的性能、强度等。因此，在结构上难以将如上所述构造的燃料电池每单位面积的输出密度提高至等于-->或高于特定密度。着眼于此，近来已经着手研究管型燃料电池(以下在某些情况下简称为“管型FC”)。管型FC的单元电池包括中空形状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布置在中空电解质层的内侧和外侧的中空电极层。通过分别向中空MEA的内侧和外侧供应反应气体(氢基气体和氧基气体)来进行电化学反应，并经由布置在中空MEA的内侧和外侧的集电器将由电化学反应产生的电能提取至外部。即，通过将反应气体中的一种(氢基气体或氧基气体)供应至包括在各个管型FC电池中的中空MEA的内侧并将另一种反应气体(氧基气体或氢基气体)供应至中空MEA的外侧，该管型FC有利于提取电能。可以看到，通过将相同的反应气体供应至管型FC中两个相邻管型FC电池的外表面，可以去除在常规平板型FC中具有气体屏蔽性能的隔离器。因此，管型FC可有效地缩小单元电池的尺寸。另一方面，为了进一步提高管型FC的发电性能，优选地提高将在各个管型FC电池中产生的电能提取至外部的效率(集电效率)。可以例如通过使集电器与多个管型FC电池接触之类的方式来实现上述对集电效率的提高。目前已经揭示了一些意在提高管型FC的集电效率的技术。例如，日本专利申请早期公开(JP-A)No.2004-288542揭示了一种与燃料电池系统相关的技术，该燃料电池系统包括电池组件和电连接到电池组件的电极连接导体构件，电池组件通过将多个管型FC电池经由电池连接导体构件互相连接而形成。根据上述技术，维持了多个电池连接导体构件与电极连接导体构件之间每个均提供集电能力的连接，由此可以提供具有稳定发电性能的燃料电池。此外，JP-A No.8-162142揭示了一种与固体PEFC相关的技术，该固体PEFC包括多个管型FC电池和挡板(baffle)。根据上述技术，可以提供具有提高的发电性能的固体PEFC。但是，JP-A No.2004-288542揭示的技术存在以下问题。因为电池组件可以经由电池连接导体构件和各个管型FC电池将连接至电极连接导体构件，所以有可能增大连接阻抗并可能劣化集电效率。此外，JP-A No.8--->162142揭示的技术存在难以提高集电效率的问题。因此，本专利技术的目的在于提供一种能够提高集电效率的包括管型燃料电池的燃料电池模块，以及一种具有该燃料电池模块的燃料电池。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术采取了以下手段。即，根据本专利技术的第一方面，提供了一种燃料电池模块，包括：平行排列的多个管型燃料电池；和第一集电器，其中由所述第一集电器在平面图中与所述管型燃料电池的轴向交叉的方向上编织所述多个管型燃料电池。这里，“平行排列”指多个管型燃料电池的轴向彼此平行，且各个管型燃料电池沿着与轴向几乎垂直的方向排列。如果多个管型燃料电池被平行排列，则可以形成层状管型燃料电池组件(以下也称为“FC电池层”)。管型燃料电池的数量并不限于特定数量，只要其为两个或更多即可，并且可以考虑燃料电池模块的输出密度、生产率等，来得到管型燃料电池的合适数量。“第一集电器”指可以在管型燃料电池的交叉方向上蓄集电荷的交叉方向集电器。此外，“在平面图中与所述管型燃料电池的轴向交叉的方向上编织”指通过在平行排列的管型燃料电池的交叉方向上分布第一集电器来由第一集电器将多个管型燃料电池一体地固定。在本专利技术的第一方面中，燃料电池模块还可以包括第二集电器，与所述多个管型燃料电池平行地布置，其中由所述第一集电器在所述平面图中与所述管型燃料电池的所述轴向交叉的所述方向上编织所述多个管型燃料电池和所述第二集电器。其中，“由所述第一集电器在所述平面图中与所述管型燃料电池的所述轴向交叉的所述方向上编织所述多个管型燃料电池和所述第二集电器”指通过在平行布置的第二集电器和管型燃料电池的交叉方向上分布第一集电器来由第一集电器将第二集电器和多个管型燃料电池一体地固定。根据本专利技术的第一方面提供的第二集电器的数量并不限于某一特定数量，而可以着眼于集电效率和生产率等来获得第二集电器的合适数量。在本专利技术的第一方面中，第二集电器的具体示例可以包括轴向集电器。-->在本专利技术的第一方面(包括修改方案，以下相同)中，可以将第二集电器布置在所述多个管型燃料电池的阵列的端部。在本专利技术的第一方面中，可以将所述第二集电器与所述多个管型燃料电池平行并交替地布置。这里，“平行并交替地布置”指其中第二集电器布置在多个管型燃料电池之间的构造。在本专利技术的第一方面中，所述第一集电器可以是可透气的。这里，“可透气”指第一集电器被构造成能够在例如穿过第一集电器的方向(例如，FC电池层的厚度方向)上使气体透过。可透气型第一集电器的示例可包括由导电多孔构件形成的第一集电器。在本专利技术的第一方面中，所述燃料电池模块还可以包括：与所述第一集电器接触的第三集电器，并且，由所述第一集电器编织的所述多个管型燃料电池和所述第二集电器与所述第三集电器可以交替地层叠。在本专利技术的第一方面中，所述第三集电器可以是栅形或网格形平板。这里，“栅形”指在与一个方向平行地形成多个通孔的形式，而“网格形”指在彼此交叉的两个方向上形成多个通孔的形式。“通孔”指形成为穿透第三集电器的厚度方向的开口。在本专利技术的第一方面中，可以形成的通孔的数量并不限于某一特定数量，而可以着眼于第三集电器的集电效率以及生产率等来得到通孔的合适数量。此外，通孔的形式并不限于某一特定形式，而可以着眼于集电效率以及生产率等形成诸如方形孔、矩形孔或椭圆形孔等合适形式的通孔。为了提高集电效率，优选地将第一集电器、第二集电器和第三集电器彼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池模块，包括：平行排列的多个管型燃料电池；和第一集电器，其中由所述第一集电器在平面图中与所述管型燃料电池的轴向交叉的方向上编织所述多个管型燃料电池。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-2-4 029667/20051.一种燃料电池模块，包括：平行排列的多个管型燃料电池；和第一集电器，其中由所述第一集电器在平面图中与所述管型燃料电池的轴向交叉的方向上编织所述多个管型燃料电池。2.根据权利要求1所述的燃料电池模块，还包括：第二集电器，其与所述多个管型燃料电池平行地布置，其中由所述第一集电器在所述平面图中与所述管型燃料电池的所述轴向交叉的所述方向上编织所述多个管型燃料电池和所述第二集电器。3.根据权利要求2所述的燃料电池模块，其中所述第二集电器布置在所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：中西治通，村田成亮，今西雅弘，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]