[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及到一种燃料电池系统，尤其涉及到一种多个燃料电池单元(cell)平面状配置的平面堆叠型燃料电池系统。

背景技术

固体高分子型的燃料电池系统具有由阳极和阴极夹持固体高分子电解质膜的构造的电极-电解质膜结合体(Membrane and ElectrodeAssembly。以下称为MEA)。将液体燃料直接供给阳极的类型的燃料电池称为直接型燃料电池。在其发电时，首先燃料供给到阳极。供给的燃料在阳极所承载的催化剂上分解，生成质子、电子及中间生成物。生成的阳离子透过固体高分子电解质膜向阴极侧移动，生成的电子经过外部负载向阴极侧移动。并且，质子和电子在阴极与空气中的氧反应，产生反应生成物，从而发电。

例如，在作为液体燃料直接使用甲醇水溶液的直接甲醇型燃料电池(以下称为DMFC)中，下述通式(化学式1)所示的反应在阳极产生，下述通式(化学式2)所示的反应在阴极产生。

(化学式1)：CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

(化学式2)：6H⁺+6e^-+3/2O₂→3H₂O

使用液体燃料的燃料电池系统易实现小型化、轻量化，因此目前作为以携带设备为首的各种电子设备用电源的研究开发获得较大进展。其中，作为个人计算机(PC)这样的电子设备的电源使用时，存在单一的MEA输出较小，无法获得所需电压的情况。因此，将多个燃料电池单元电连接并使用(以下将燃料电池系统的发电中的最小单元称为燃料电池单元，将该燃料电池单元的集合体称为燃料电池堆)。

燃料电池堆可收容在筐体中使用。将燃料电池系统收容在筐体中时，如化学式2所示，阴极产生的水分会在筐体和燃料电池系统之间的狭小空间凝结。当凝结的水完全覆盖阴极面时，会产生降低输出的溢流(flooding)。在产生溢流的燃料电池单元中，在氧化剂气体(空气)不充分的状态下电流强制性地流动，因此会导致MEA破损。另一方面，在MEA过于干燥的情况下，失去离子传导性，发电效率会降低。因此，在燃料电池系统中，要求提供一种管理凝结的水、保持适当的湿度的技术。

作为由多个燃料电池单元构成的燃料电池系统，公知的是多个燃料电池单元在厚度方向上层积的双极型(Bipolar)，及多个燃料电池单元在平面上并列的平面堆叠型。

关于双极型情况下的凝结水的管理，有几个报告。作为防止溢流的技术，例如日本特开2004-185935号公报中记载了：在将氧化剂气体分配到燃料电池单元的供给歧管内，设置可覆盖整个气体路径的大小的隔板，在该隔板的下方设置接收在隔板上凝结的水的排水盘。

并且，日本特开平5-283094号公报中记载了一种燃料电池，其特征在于：阳极和阴极通过水分路径连接，至少与路径的水分发生极连接的部分由具有透水性的物质构成。

并且，日本特开2005-322595号公报记载了：在层积于电极上的分离器上设置的供给用气体路径和排出用气体路径非连通的情况下，形成该供给用气体路径和该排出用气体路径之间的该分离器的部件为多孔质。

并且，日本特开2000-164229号公报记载了防止阴极干燥的技术。该日本特开2000-164229号公报公开了一种固体高分子型燃料电池系统，其特征在于，具有：以固体高分子膜为电解质的固体高分子型燃料电池堆；温湿度交换单元，使已通过电池反应部的已反应气体和要通过电池反应部的未反应气体经保水性的多孔质体接触，从而进行温度及湿及交换，其中，该氧化剂气体的至少一方在与多孔质体连接设置的至少一层网状的气体供给路径内流通。

并且，日本特开2004-241367号公报公开了一种燃料电池，其具有MEA和分离器，在分离器的MEA相对面上形成反应气体路径，其中，在该分离器的至少一部分上形成多孔质部，在该多孔质部的反应气体路径背面形成冷却用气体路径。

上述各文献所述的技术涉及到双极型。与双极型相对，对于笔记本型PC这样希望能携带的设备，由于对厚度的限制，平面堆叠型较适当。