[发明专利]燃料电池及有关的制造方法

说明书

本申请是2003年12月11日提出的发明名称为《燃料电池及有关 的制造方法》、申请号为200380100490.2的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池及一种有关的方法，更具体一些，涉及 一种聚合物电解液燃料电池(PEFC)与有关的方法。

背景技术

一种燃料电池，它用于允许包含氢和氧化性气体如包含氧的空气 的燃料气体彼此通过电解液电化学地反应，以从在电解液的两个表面 上形成的电极取得电能。装有这种燃料电池的用燃料电池做动力的车 辆为装有氢储存装置如高压氢罐、液化氢罐和氢吸收合金罐的那种， 以允许所产生的氢气和含有氧的空气送到燃料电池中，以用于反应， 从而取得电能，通过该电能驱动连至驱动轮上的电动机，而排放的物 质则为水，以创造一清洁的车辆。

尤其是，有固态聚合物电解液的PEFC在低温下工作，同时提供 搬运上的便易性，因此，PEFC把注意力集中在电动车辆的电力供应 上。

形成PEFC的电力产生单元的池采取一种结构的形式，其中，在 一对分离器之间夹有一电极薄膜结构体，后者由一固态聚合物电解液 薄膜和一阳极气体扩散层以及一阴极气体扩散层构成，该阴极气体扩 散层在固态聚合物电解液薄膜的两侧形成。

日本专利申请等待审查的公报NO.2001-319667涉及一气体扩散 层、一分离器和一燃料电池的池中的密封垫，并企图限制气体扩散层 与包围气体扩散层的密封垫之间的间隙，以用于由此改善气体扩散层 和密封垫的接合部分之间的密封性能。

本发明的公开内容

不过，按照由本发明人进行的研究，虽然取决于具有这种结构的 燃料电池，但是，可以通过将间隙减少至气体扩散层与位于气体扩散 层外面的密封垫之间的最小值而预期改善性能，可以设想，由于气体 扩散层本身是多孔性的，反应气体流经设置在在分离器之间形成的各 气流通道之间的气体分散层的内部，而密封垫则对电力的产生不起作 用。这就造成，一部分供至分离器的气体入口的气体浪费地流至气体 出口，对产生电力的反应不起作用，造成产生电力的效率降低。

此外，采用这样的池结构，当将气体扩散层放在分离器上时，由 于气体扩散层应当整个覆盖在分离器上形成的气流通道区，并且需要 气体扩散器本身精确地被定位，故可以认为，有许多必须将气体扩散 层设定成大于反应面积的可能性。

图8为局部剖视图，它示意地示出一燃料电池80的结构，该电池 以后还要结合比较性例子描述，并根据这种结构进行研究。还有，为 了说明方便起见，只按分解状态示出燃料电池80的一个单元池。

如图8所示，一电极薄膜结构体105包括一电解液薄膜101和两 个在电解液薄膜101的两个表面上形成的气体扩散层103、103。电极 薄膜结构体105夹在分离器109、109也就是阴极分离器109a和阳极 分离器109b之间，一密封垫107设置在电极薄膜结构体105和每个分 离器109a、109b之间。

此处设想，在每个分离器109a、109b上的气流通道113之间的距 离(最短的距离)和密封垫107的值被设定为几个毫米的大小，以提 供一非反应区，阻止气体无反应地流经反应区的外面的区域。

与此同时，由于每个气流通道的宽度值为几个毫米的大小，故这 种非反应区在一个至少大于每个气流通道的宽度的宽度内，因而不可 避免地使反应区的表面积减少这样一个范围。这就导致首先降低燃料 电池的输出功率。此外，即使提供这样一种非反应区，也难于改善经 过多孔性气体扩散层的气体的流量控制。

本发明曾经进行由本发明人进行的这种研究，尤其是有一个要提 供一种燃料电池和一有关的方法的目的，该电池有一个由气体扩散层、 密封垫和分离器做成的结构，其中，防止送入的气体浪费地流经反应 区外面的区域，以允许送入的气体全部而且有效地进行反应。

按照本发明的一个方面，燃料电池包括一电极薄膜结构体和一对 分离器，该电极薄膜结构体备有：电解液薄膜；一对气体扩散层，它 们在电解液薄膜的两个表面上形成，并分别用作电极；在一对分离器 之间夹有电极薄膜结构体，每个分离器都有气流通道，允许气体被供 至有关的一个气体扩散层，而在气流通道以外的区域内的有关的一对 气体扩散层的孔隙度则小于面对气流通道的区域的有关的一对气体扩 散层的孔隙度。