[发明专利]高分子电解质燃料电池及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子电解质燃料电池及其使用方法。

背景技术

高分子电解质燃料电池是利用气体扩散电极使氢气等燃料气体与空气等氧化气体进行电化学反应，同时产生电与热。图1所示为这样的高分子电解质燃料电池的一般结构。图1为以往的高分子电解质燃料电池的局部简要剖面图。

在图1中，有选择地输送氢离子的高分子电解质膜11的两个面上，紧贴着配置以载有铂系金属催化剂的碳粉为主要成分的催化剂反应层12。再在催化剂反应层12的外侧面，紧贴着配置兼具有透气性及导电性的一对扩散层13。利用该扩散层13及催化剂反应层12构成电极14。

另外，在电极14的外侧配置导电性隔板17，前述导电性隔板17将电极14与高分子电解质膜11形成的电极电解质组件(下面称为“MEA”)15机械性固定，同时将相邻的MEA相互之间电气串联，另外在至少一个表面形成有对电极14供给反应气体并排除由于反应而产生的气体及剩余气体用的气体通道16。气体通道16也可以另外在隔板17上设置，但一般是在隔板17的表面设置沟槽作为气体通道。

另外，隔板17在一个表面具有气体通道16，而在另一个表面设置使电池温度保持一定用的冷却水循环的冷却水流通道18。通过沿该冷却水流通道18使冷却水循环，能够将由于电池反应而产生的热能以温水等形式加以利用。

在这样的层叠型电池中，一般是采用将气体供给孔、气体排出孔、冷却水供给孔及冷却水排出孔牢固保持在层叠电池内部的所谓内部总管(manifold)型。这里图2所示为内部总管型高分子电解质燃料电池中由两个单体电池构成的电池模块简要立体图。

如图2所示，将高分子电解质膜21、催化剂反应层22、扩散层23及隔板24层叠构成单体电池，在隔板24形成气体通道25。另外，形成有对电池供给气体或排气的总管26及供给和排出冷却电池用的冷却水的总管27。

另外，在上述高分子电解质燃料电池中，为了减少将单体电池叠层构成的层叠体所配备的双极板等构成部件的接触电阻，必须始终将整个层叠体夹紧。为此，比较有效的方法是，在将许多单体电池沿单一方向叠放形成的层叠体的两端配置两块端板，用固紧构件将该两块端板之间固紧。另外，最好将单体电池在面内尽可能均匀固紧，从机械强度的观点出发，通过采用不锈钢等金属材料作为端板等固紧用构件。

但是，在上述高分子电解质燃料电池中，由于将许多单体电池电气串联层叠而成，因此若在层叠体中存在由于制造问题导致性能降低的单体电池及随着电池运行而性能恶化的单体电池，即使是一个单体电池，也将导致整个燃料电池的能性下降。而且，上述那样的高分子电解质燃料电池的层叠体，由于从两端始终固紧，因此仅仅将性能降低的单体电池取出更换是很不容易的。

因此，本发明在于提供能够很容易地从层叠体取出产生异常的单体电池进行更换的高分子电解质燃料电池及其使用方法。

发明的公开

为了达到上述目的，本发明提供的高分子电解质燃料电池，由将多个单体电池隔着保持板层叠、加压及保持而组成的层叠体构成，所述单体电池由当中夹有高分子电解质膜的一对电极、以及至少一个面具有供气通道而且夹持所述电极的导电性隔板构成，其特征在于，所述保持板在所述单体电池之间形成空隙。

在所述燃料电池中，比较有效的是，所述保持板由两块截面形状为波纹状的板构成，具有相互独立的中空部分，冷却水在所述单体电池之间的所述中空部分流动。即，比较有效的是，所述保持板具有冷却水流通道的功能。

另外比较有效的是，每两个所述单体电池配置的导电性隔板具有冷却水流通道，由多个单体电池构成的每个电池模块配置所述保持板。

再有比较有效的是，具有所述单体电池的电压测量手段及电压显示装置。

另外，本发明还涉及燃料电池的使用方法。

即本发明还涉及高分子电解质燃料电池的使用方法，所述高分子电解质燃料电池具有将许多单体电池隔着保持板进行层叠、加压及保持而构成的层叠体，还具有所述单体电池的电压测量手段及电压显示装置，所述保持板在所述单体电池之间或者在多个所述单体电池构成的电池模块之间形成空隙，而所述单体电池由当中夹有高分子电解质膜的一对电极、以及至少一个面具有供气通道而且夹持所述电极的导电性隔板构成，其特征在于，测量所述单体电池或电池模块的电压，在检测出所述电压为规定值以下的单体电池或电池模块时，更换所述单体电池或电池模块。

根据该使用方法，在高分子电解质燃料电池的层叠体中，能够很容易更换产生异常的单体电池或由多个单体电池构成的电池模块。

附图简要说明