[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，特别涉及隔板的结构。

背景技术

固体高分子型燃料电池，将包含固体高分子膜的电解质膜用燃料极和空气极的两枚电极夹持形成膜电极接合体（MEA：Membrane Electrode Assembly），再将该膜电极接合体用两枚隔板夹持形成单元电池（cell），以该单元电池为最小单位，将该单元电池重叠多个作为燃料电池堆得到高输出功率。

固体高分子型燃料电池的发电结构众所周知，简单地说，向燃料极（阳极侧电极）供给作为燃料气体的例如含氢气体，向空气极（阴极侧电极）供给作为氧化剂气体的例如主要含有氧的气体或空气。含氢气体通过燃料气体流路向阳极侧电极供给，通过电极催化剂的作用被分解为电子和氢离子。电子通过外部电路向阴极侧电极移动。另一方面，氢离子通过电解质膜到达阴极侧电极，与氧和通过外部电路而来的电子结合，变为反应水。通过氢和氧以及电子的结合反应产生的热，通过冷却水被回收。另外，在阴极侧电极生成的水（以下称为「生成水」）从阴极侧被排出。

燃料电池的阳极侧电极和阴极侧电极分别包含催化剂层，该催化剂层层叠有分别用于扩散含氢气体、氧化剂气体的气体扩散层。当通过上述的反应生成的生成水的排出在阴极侧的流路滞留的情况下，有时在阴极侧电极发生闭塞现象（「溢流现象」）。即，如果生成水的排水在阴极侧流路滞留，则阴极侧流路由于生成水而变窄，因此阴极侧流路的流路阻力增大，进而有招致发电输出功率降低的顾虑。

下述的专利文献1中，以消除气体扩散性的阻碍和排水性的恶化为目的，公开了下述技术方案：在形成流通供给气体的流路的流路形成构件中，由流通的多个区间构成流路，并且各区间的流路宽度构成为位于供给气体的越下游侧的区间就越窄。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2001-143725号公报

发明内容

然而，曾提出了下述构造：作为隔板，形成例如通过对一枚金属板进行压制加工而在表面和背面之间使凹凸形状反转了的压制隔板，向凹部供给含氢气体。向压制隔板的凸部、也就是背侧的凹部供给冷却水从而冷却膜电极接合体。即，气体流路和冷却水流路变为表里（表面和背面）一体结构。这样的压制隔板能够在表里形成气体流路和冷却水流路，因此结构被简化，但燃料电池单元电池内的湿润状态容易变得不均匀。具体地讲，高温时，在气体下游部容易变干燥。即，由于在阴极侧产生生成水，因此通过使该生成水从阴极侧向阳极侧循环，阳极气体上游侧的水分相对变高，但在阳极气体上游侧压力损失（压损）较大因此水分不移动到下游侧，在阳极气体下游侧容易变干燥（干涸）。这样的湿润状态的不均匀性，在压制隔板以外的任意隔板中也可能发生。

本发明的目的是提供一种燃料电池，其即使在气体流路和冷却水等的冷介质流路使用表里一体的隔板的情况下，也能够改善湿润状态，由此使输出电压提高。

本发明是一种燃料电池，其特征在于，具备：膜电极接合体；和隔板，其配置在所述膜电极接合体的一侧，在其表面和背面形成表里一体的凹凸形状，在所述膜电极接合体侧的凹部形成气体流路，在与所述膜电极接合体相反的一侧的凹部形成冷介质流路，所述隔板的形成气体流路的凹部的截面积被设定为气体下游侧相对于气体上游侧相对小，所述隔板的形成冷介质流路的凹部的截面积被设定为冷介质下游侧相对于冷介质上游侧相对大。

在本发明的一实施方式中，所述气体流路是从气体入口到气体出口在直线上排列的笔直流路。

另外，在本发明的另一实施方式中，所述气体流路是迂回流路。

另外，在本发明的另一实施方式中，所述气体流路是迂回流路，所述冷介质流路是笔直流路。

根据本发明，能够改善湿润状态从而提高输出电压。

附图说明

图1是实施方式中的燃料电池的构成图。

图2是实施方式中的气体流路的模式说明图。

图3是图2的a-a、b-b、c-c的各截面图。

图4是表示实施方式和比较例的比率的表图。

图5是表示实施方式和比较例的比率的表图。

图6是表示实施方式和比较例的单元电池电压变化的图。

图7是实施方式的隔板的平面图。

具体实施方式

以下，基于附图对于本发明的实施方式进行说明。但是，以下的实施方式为例示，本发明不限定于以下的实施方式。

首先，对于本实施方式的基本构成和基本原理进行说明。