[发明专利]燃料电池以及制造金属网的方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池，更具体地，涉及燃料电池的气体流路结构。本发明也涉及在燃料电池中使用的金属网（expanded metal）的制造方法。

背景技术

燃料电池被形成为堆叠的结构，在所述堆叠结构中多个单电池堆叠在一起，并且板状隔板（seperator）用作位于每个电池最外层上的部件并且将堆叠中的电池彼此分隔开。隔板用于向阳极侧提供燃料气体并且向阴极侧提供氧化剂，以及用于释放在电池内产生的生成水。

聚合物电解质燃料电池中的每个电池是这样的结构：其中，气体扩散层、气体流路和隔板分别设置在膜电极组件（MEA）两侧。其中气体流路形成不同于隔板的结构的每个电池具有金属网作为形成气体流路的结构。

金属网是其中六角形网孔（mesh）交错设置的连续结构。所述网孔被设置为在气体扩散层与隔板之间形成倾斜表面，使得气体流路在交错的网孔、气体扩散层表面以及隔板表面之间交错设置。对于所述金属网，通过在平板部件前进时使用模具在该平板部件中每次一段（strand）地制造切口，来形成网孔。

日本专利申请公开No.2010-170984（JP2010-170984A）描述了这样的结构：其中，为了降低电池的气体流路中的气压损失，将金属网网孔接合在一起的接合部在接合长度部分地减小并且形成段部（strand portion）的一部分的位置处上升。此外，在金属网制造设备中，通过在上刀片方向上改变移动控制逻辑为金属网的每个适当位置或区域改变当在上刀片方向上连续馈送材料时的连续次数，大致形成该上升部，所述上刀片方向即为与材料的馈送方向垂直的方向。

使用其中网孔交错设置的金属网，气体流路被设置在气体扩散层表面与隔板表面之间，因此在气体扩散层侧流动的气体与在隔板侧流动的气体之间的气体交换是可能的。

然而，在阴极侧的诸如空气的氧化气体的入口附近，氧气尚未被消耗。因此，存在相对大量的气体，因此被带走的生成水的量大，结果氧化气体入口附近的区域趋于变得干燥。特别地，当以非加湿状态（non-humidified state）供给诸如空气的氧化气体时有这样的显著趋势：氧化气体入口附近的区域变得干燥。因此，在高温下，氧化气体入口侧的发电性能降低，并且发电变得集中在气体出口侧，使得发电表面中发电分布变得不均匀。

通过增加金属网与气体扩散层之间的接触率或接触面积，有可能抑制生成水从气体扩散层蒸发。然而，尽管这将使得能够在高温下保持发电能力，但是输出电压在常温下可能会以降低告终，这是因为氧缺乏所导致的浓度过电位（concentration overpotential）增加。

发明内容

因此，本发明提供了一种燃料电池，该燃料电池既能够抑制由于气体入口处的干燥引起的输出降低，也能够在常温和高温下都确保必要输出电压。本发明也提供了在该燃料电池中使用的金属网的制造方法。

本发明的第一方面涉及一种燃料电池，该燃料电池包括气体扩散层、隔板以及氧化气体流路，所述氧化气体流路被设置在所述气体扩散层与所述隔板之间并由金属网形成。所述金属网包括上游第一金属网和下游第二金属网，所述上游第一金属网不使在所述气体扩散层侧流动的氧化气体与在所述隔板侧流动的氧化气体连通，所述下游第二金属网具有使在所述气体扩散层侧流动的氧化气体与在所述隔板侧流动的氧化气体连通的开口。

本发明的第二方面涉及一种燃料电池，该燃料电池包括气体扩散层、隔板以及氧化气体流路，所述氧化气体流路被设置在所述气体扩散层与所述隔板之间并由金属网形成。所述金属网包括上游第一金属网和下游第二金属网，所述上游第一金属网具有使在所述气体扩散层侧流动的氧化气体与在所述隔板侧流动的氧化气体连通的第一开口，所述下游第二金属网具有第二开口，所述第二开口大于所述第一开口且使在所述气体扩散层侧流动的氧化气体与在所述隔板侧流动的氧化气体连通。

在所述第一和第二方面中，所述第一金属网对所述氧化气体流路的比率可以不小于1/3并且可以不大于1/2。

在所述第一和第二方面中，所述第一金属网对所述氧化气体流路的比率可以基本上为0.3。

在所述第一和第二方面中，所述燃料电池还可以包括：阴极歧管，其向所述氧化气体流路供应氧化气体；以及气体扩散部件，其被设置在所述阴极歧管与所述第一金属网之间，扩散来自所述阴极歧管的氧化气体，并且使得所扩散的氧化气体流入所述第一金属网。

在所述第一和第二方面中，所述气体扩散部件可以由与所述第二金属网类似的金属网形成。