空气供氧的燃料电池组制造技术

本发明专利技术提供了一种空气供氧燃料电池组，其中，足量的氧供给到氧流场板来提高发电能力，此外还可减少材料成本。该电池组包括：一对端板、多个两端板之间的单元电池、一燃料分配集管、一将燃料电池组件夹在一起形成一整体的单个连接螺栓，以及分别通过Ｏ形圈或垫圈之类物件螺纹连接在连接螺栓两端以将多个单元电池夹在两端板之间的一对固定螺母。单元电池包括一聚合物电解膜片、以相互相对关系分别设置在聚合物电解膜片两侧上的一氧电极和一燃料电极、一相邻于氧电极的流场板以及一对分别与流动通道和燃料电极的外侧接触的电流收集板。端板、端垫片和电流收集板具有向外敞开的连通通道，并且与电池部分的氧流场板连通。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及如固体聚合物燃料电池组之类的一种空气供氧的燃料电池组，它们可用作各种用途的电源或发电机，如它们可用于户外的、娱乐的以及家庭的应用，也可用于商用机器等，并且此种燃料电池组形成为薄形的、并且安静、重量轻且无污染。
技术介绍
通常，燃料电池组以氢作为主要燃料，并且提取在氢与氧的化学反应中产生的能量。现有若干类燃料电池组，其中的一类是固态聚合物电解燃料电池组。这种固态聚合物电解电池组具有诸如低操作温度、高输出密度的特征。在美国专利No.5,595,834或JP-A-2002-270212(由本专利技术的申请人早先提交的专利申请)中揭示了一种传统固态聚合物电解燃料电池组的实例。在如图7所示的此类燃料电池组中，一阳极(燃料电极)13a和一阴极(氧电极)13b设置在聚合物电解膜片12的两侧上，并且与设置在这些燃料和氧电极13a和13b的两侧上的一燃料流场板和一氧流场板18以及分别设置在这些流场板14、18两侧上的分隔板34通过使它们相互连成一体而形成了单元电池10。多个单元电池10堆叠在一起。具有用于输出产生的电力的端子的这些分隔板用作电流收集板35a和35b。由吸水的套筒32形成的燃料分配集管设置成通过每个单元电池10中的一个中间孔，并且与每个单元电池的燃料电极13a连通，端板24分别设置在通过套筒32的中间或轴线的连接螺栓26的两端部上，从而将它们夹在螺栓26的两端之间，并且这些燃料电池组件通过垫圈和O形圈36由螺母40、50紧固并固定在一起形成一整体结构。此类燃料电池组适用于低功率的燃料电池组，并且因此可设计成尺寸小、重量轻的燃料电池组。在此种聚合物电解燃料电池组中，燃料通过螺母40的中间部分供给燃料电极13a，并且通过形成燃料分配集管32的吸水套管分配。在上述传统的固态聚合物电解燃料电池中，氧仅从氧流场板18的外周边引入，因此，由于流动的阻力，氧不能充分地到达中间部分，这样，发电能力受到了限制。
技术实现思路
本专利技术是针对上述问题作出的。因此，本专利技术的目的在于提供空气供氧燃料电池组，在这些燃料电池组中，电池部分和空气之间的接触面积增加能够引入更大量的氧，从而提高发电能力。本专利技术的另一个目的在于提供这样一种空气供氧燃料电池组，其中，单位容积的发电能量得到提高，由此减少了材料成本。根据实现上述目的的本专利技术的第一个方面，提供了这样一种空气供氧燃料电池组，其中，一端板、一端垫片和一电流收集板具有一连通通道，该连通通道是向外敞开的、并且与电池部分的流场板相连通。通过本专利技术的第一个方面可实现以下功能。(1)在传统燃料电池组的相邻一氧电极设置的流场板中，空气仅从其外周边引入，由此向氧电极供氧。然而，在本专利技术中，可以通过端板、端垫片和电流收集板中形成的连通通道向流场板供给空气，这样，能够增加空气和流场板之间的接触面积，因此，可以将更多的氧供给到氧电极，可以促进通过聚合物电解膜片的氧和燃料(氢)之间的反应，由此来提高发电能力。(2)仅通过在端板、端垫片和电流收集板中设置向外敞开的连通通道，而无须向这些组个添加任何特殊的零件，就可增加单位体积的发电能力，因此，可以减少材料成本。本专利技术的第二个方向在于，形成在端板、端垫片和电流收集板中的连通通道是由多个通孔形成的，这些通孔的轴线与电池部分的轴线基本平行。(3)在本专利技术的第二个方面中，连通通道孔的轴线与电池部分的轴线平行，因此，外部空气可以通过最短的路径供给到氧流场板，而流通阻力可最小，并且可以在氧电极的整个面积上均匀地供给氧，这样，可以提高发电效率。本专利技术的第三个方面在于，电池部分包括一对对称的单元电池，以及(设置在所述电池部分的每个相对端部处的)端板、端垫片以及每个单元电池的电流收集板具有与相应的流动通道板连通的连通通道。通过本专利技术的第三个方面可实现以下功能。(4)电池部分具有分别设置在中间端垫片的两侧上的两个单元电池，在每个单元电池中，从中间端垫片起，电流收集板、一燃料电极、一聚合物电解膜片、氧电极、氧流通板以及电流收集板以这样的次序设置，并且端板分别设置在电池部分的两端处，而端垫片介于每个单元电池和相应的端板之间。因此，由于设置了从每个端板通向相应的氧流场板的流动通道，空气可以分别从两端板供给到两单元电池的氧流场板，并且因此，可以向两单元电池供给足量的氧，不仅发电能力并且发电容量都可得到提高。本专利技术具有的第四个方面在于，形成在端板中的连通通道是由凹槽形成的，这些凹槽形成在面向电池部分的端板侧面中，并且它们垂直于电池部分的轴线向外敞开。(5)在本专利技术的第四个方面中，形成在端板中的连通通道由多个凹槽形成，这些凹槽以与氧流场板相对的关系形成在面向电池部分的端板侧面中，并且径向向外敞开，因此，藉助形成通过电流收集板的通孔，外部空气可以从氧流场板的外周边引入，并且可以在其广阔的面积上均匀地向氧流场板供给氧，这样，发电效率可以提高。(6)在第四个方面中，当多个具有相同配置的组件的单元电池堆叠在一起时，以置于相邻的单元电池之间的上述端板，可以从氧流场板的外周边向氧流场板供给外部空气，并且还可通过凹槽在氧流场板的广阔的面积上直接向氧流场板径向向外供给空气，因此，发电能力比传统结构的大。附图说明图1为根据本专利技术一较佳实施例的空气供氧燃料电池组的截面图。图2A和2B示出了图1的空气供氧燃料电池组的一端板，图2A为沿图2B的线2B-2B截取的截面图，而图2B为其的正视图。图3为本专利技术的空气供氧燃料电池组另一实施例的截面图。图4为本专利技术的空气供氧燃料电池组又一实施例的截面图。图5A和5B示出了图4的空气供氧燃料电池组的一端板，图5A为沿图5B的线5a-5a截取的截面图，而图5B为其正视图。图6为示出了本专利技术的空气供氧燃料电池组的输出特性的图表。图7为分解状态的一种传统的聚合物电解电池组的纵向截面图。具体实施例方式以下，将参照附图详细描述本专利技术的较佳实施例。图1为分处于分解状态的本专利技术的空气供氧燃料电池组的一较佳实施例的截面图；而图2A和2B示出了此种空气供氧燃料电池组中使用的一端板，图2a为沿图2B的线2a-2a截取的截面图，而图2B为其平面图。这种空气供氧燃料电池组被称为使用诸如氢为燃料的固体聚合物燃料电池组。这种燃料电池组包括一单元电池10，该单元电池10包括一固体聚合物电解膜片12，该膜片由全氟化碳磺酸聚合物材料制成，其厚度为0.05mm；一电极13a以及一氧电极13b，其中电极13a由片状碳材料制成，其厚度为0.5mm，内径为15mm而外径为45mm，该氧电极13b由片状碳材料制成，其厚度为0.5mm，内径为19mm，而外径为55mm，它们分别设置在聚合物电解膜片12的两侧上；一氧流场板18，该氧流场由碳材料制成，其厚度为3.5mm、内径为19mm而外径为55mm，它设置在氧电极13b的外侧上；一环形的外密封件16，它由诸如EPDM(三元乙丙橡胶)之类的合成橡胶制成，其宽度为5mm，它密封着燃料电极13a的外周边；一内密封件22，它由诸如EPDM之类的合成橡胶制成，其宽度为2mm，它密封着氧电极13b和氧流场板18的内周边；以及电流收集板34a和34b，它们均由不锈钢板制成，其厚度为0.3mm，其直径比其间插入上述组件的其它组件的直径大。在以下将要描述的本专利技术的实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气供氧燃料电池组，所述燃料电池组包括：一对端板；多个电池部分，所述电池部分以这样一种方式设置在两个端板之间，即，每个电池部分夹设在端垫片之间；一燃料分配集管，所述分配集管设置在所述部分的中间部分中，以向电池部分供给燃料；一单个连接螺栓，所述连接螺栓通过所述燃料分配集管的中间部分以及所述电池部分的中间部分，从而将所述燃料电池组件夹在一起形成一整体结构；以及一对固定螺母，这对固定螺母分别通过相应的Ｏ形圈螺纹连接在所述连接螺栓的两端部上，从而将所述多个电池部分一起夹在所述两端板之间； 其中，所述电池部分包括：一聚合物电解膜片；一氧电极和一燃料电极，它们以相互相对的关系设置在所述聚合物电解膜片的两侧上；一流场板，所述流场板相邻于所述氧电极设置；以及一对电流收集板，所述电流收集板分别相邻于所述流场板的外侧和所述燃料电极的外侧设置；以及 其中，所述端板、所述端垫片和所述电流收集板具有流通通道，这些流通通道向外敞开，并且与所述电池部分的所述流场板连通。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：成濑幸夫，大胁昇，名和昭司，井户康夫，
申请(专利权)人：大同金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]