燃料电池组的制作方法
【专利说明】燃料电池组
[0001 ] 本申请是国际申请日为2009年11月13日、国家申请号为200980146062.0、发明名称为“燃料电池组”的发明专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求2008年11月19日提交的日本专利申请N0.2008-295450的优先权，其完整内容通过引用的方式结合于此。
技术领域
[0004]本发明涉及一种燃料电池组的结构。
【背景技术】
[0005]燃料电池已经公知，该燃料电池通过利用包括诸如氢气的阳极气体和诸如氧气的阴极气体的反应气体的电化学反应直接地将化学能转换为电能。
[0006]日本未审专利申请出版物N0.2006-92924公开一种包括多个单个电池的固态聚合物电解质燃料电池组。单个电池的每个包括薄膜电极组件(下文称之为“MEA”和设置在MEA两侧上的分离器)IEA具有阳极电极和阴极电极，将电解质薄膜夹置在其间。在燃料电池组的外周中，形成绝缘树脂部件使得叠置的单个电池能够彼此连接并且确保与外部的绝缘。
[0007]但是，在日本未审专利申请出版物N0.2006-92924中记载的燃料电池组中，多个单个电池和树脂部件形成为一体。因此，当MEA的电解质薄膜膨胀并且燃料电池组沿单个电池叠置的方向(下文称之为“叠置方向”)延展时，树脂部件不能跟随燃料电池组的位移，或者换句话说，多个MEA之间的位移。这可导致树脂部件破裂。如果树脂部件破裂，MEA中产生的水蒸汽会从燃料电池组的内部泄漏到外部，可能产生液体合流，并且燃料电池组的绝缘性能可能下降。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种绝缘性能被抑制不下降的燃料电池组。
[0009]在一项实施例中，提供一种燃料电池组，其中，每个包括薄膜电极组件的多个单个电池沿叠置方向叠置。所述电池燃料组包括多个绝缘部件，每个绝缘部件连接至所述薄膜电极组件的对应一个的外周部分。所述多个绝缘部件电绝缘。所述燃料电池组还包括设置在每个绝缘部件与相邻绝缘部件之间的第一位移吸收部件。
[0010]在另一实施例中，提供一种燃料电池组，其中，多个单个电池沿叠置方向叠置。所述燃料电池包括多个薄膜电极组件，所述每个薄膜电极组件包括电解质薄膜和外周部件，所述外周部件用以吸收所述多个薄膜电极组件之间的位移。每个所述外周部件连接至所述多个薄膜电极组件的对应一个的外周部分。
[0011]在另一实施例中，提供一种燃料电池组，包括多个薄膜电极组件，以及位移吸收装置，用于吸收薄膜电极组件和相邻薄膜电极组件的每个之间的位移，并且用于将所述多个薄膜电极组件支承在其外周部分。
[0012]当薄膜电极组件的电解质薄膜膨胀时，第一位移吸收部件、外周部件或位移吸收装置变形，使得绝缘部件能够沿叠置方向跟随燃料电池组的位移，由此，绝缘部件能够被防止破裂
【附图说明】
[0013]附图结合于此并且构成本说明书的一部分，附图示出本发明的优选实施例与上述总体说明书和下述详细说明共同用于解释本发明的特征。
[0014]图1是第一实施例的燃料电池组的示意图；
[0015]图2是沿叠置方向的相邻单个电池的局部剖面视图；
[0016]图3A和3B示出沿叠置方向的单个电池的厚度与沿叠置方向的绝缘部件的凸出部分的厚度之间的关系；
[0017]图4A和4B示出燃料电池组相对于MEA中产生的水蒸汽的密封能力；
[0018]图5A至5E示出当燃料电池组沿着叠置方向延展时绝缘部件的状态；
[0019]图6是沿叠置方向的第二实施例的燃料电池组的单个电池的局部剖视图；以及
[0020]图7是沿叠置方向的第三实施例的燃料电池组的单个电池的局部剖视图。
【具体实施方式】
[0021]本发明的实施例参照附图如下所述。
[0022]第一实施例
[0023]燃料电池系统直接地将燃料的化学能转换为电能。在燃料电池系统中，电解质薄膜夹置在阳极电极与阴极电极之间。阳极电极供给有包括氢气的阳极气体，阴极电极供给有包括氧气的阴极气体。下述电化学反应出现在阳极电极和阴极电极与电解质薄膜接触的表面上，使得电能从电极获得。
[0024]阳极电极反应:2H2—4H++4e—...(I)
[0025]阴极电极反应:4H++4e—+02—2H20...⑵
[0026]图1示出燃料电池组100，该燃料电池组为用作移动车辆诸如汽车的燃料电池系统。
[0027]燃料电池组100包括多个单个电池10、一对集电器板20、一对绝缘板30、一对端板40和拧入拉杆(未示出)的螺母50。
[0028]单个电池10产生电动力，作为固态聚合物电解质薄膜燃料电池类型的单元电池。燃料电池组100包括单个电池10的叠置组。单个电池10的结构如下所述参照图2详细说明。
[0029]该对集电器板20的每个设置在单个电池10的叠置组的外表面上。集电器板20采用诸如紧致碳的不可渗透气体的导电材料制成。集电器板20的每个具有在其上侧上的输出端子21。燃料电池组100通过输出端子21输出产生在单个电池10中的电子。
[0030]绝缘板30对其中的每个设置在集电器板20的对应一个的外表面上。绝缘板30采用绝缘橡胶制成。
[0031]端板40对其中的每个设置在绝缘板30的对应一个的外表面上。端板40采用具有刚性的金属或树脂材料制成。端板40其中的一个包括冷却水入口 4IA、冷却水出口 4IB、阳极气体入口 42A和阳极气体出口 42B、阴极气体入口 43A和阴极气体出口 43B。
[0032]螺母50设置在端板40对的外表面上的接近每个端板40的四个角部的位置。螺母50拧入延伸穿过燃料电池组100的拉杆的每个的端部中。燃料电池组100通过拉杆和螺母50而沿叠置方向固紧。为了防止单个电池10之间的短路，拉杆的表面被绝缘。
[0033]可选择地，燃料电池组100可通过使用拉伸板而沿叠置方向固紧。
[0034]参照图2，描述单个电池10的结构。图2是沿叠置方向的相邻单个电池10的局部剖视图。单个电池10的每个包括MEA60、阳极分离器71和阴极分离器72，将MEA60夹置在其间，以及与MEA60形成为一体的绝缘部件80。
[0035]MEA60是分层叠置组，包括电解质薄膜61、设置在电解质薄膜61的一个表面上的阳极电极62和设置在电解质薄膜61的另一表面上的阴极电极63。
[0036]电解质薄膜61是采用碳氟树脂制成的质子传导离子交换薄膜。电极质薄膜61大于阳极电极62和阴极电极63，使得电解质薄膜61具有延伸穿过阳极电极62和阴极电极63的外边缘的外边缘61A。因为电解质薄膜61在潮湿状态下能够良好地导电，所以阳极气体和阴极气体在燃料电池组100中被加湿。
[0037]阳极电极62是多层的叠置组，包括采用包括铂等的合金制成的电极催化层，由氟碳树脂等制成的排水层以及由碳布等制成的气体扩散层，它们按照这一顺序叠置在电解质薄膜61上。
[0038]如同阳极电极62，阴极电极63是多层的叠置层，包括电极催化层、排水层和气体扩散层，它们按照这一顺序叠置在电解质薄膜61上。
[0039]阳极分离器71是诸如金属的导电材料制成的波纹状板。阳极分离器71大于MEA60。在阳极分离器71接触阳极电极62的一侧上，用于将阳极气体供给至阳极电极62的阳极气体通道71A形成在阳极分离器71和阳极电极62之间。在阳极分离器71的相对侧上，冷却气体通道71B形成在阳极分离器71和阴极分离器72之间，用于冷却燃料电池组100的冷却水流动通过该冷却水通道7IB。
[0040]阴极分离器72是采用诸如金属的导电材料制成的波纹状板。阴极分离器72大于MEA60。在阴极分离器72接触阴极电极63的一侧上，用于将阴极气体供给至阴极电极63的阴极气体通道72A形成在阴极分离器72与阳极电极63之间。在阴极分离器72的相对侧上，冷却水通道72B形成在阴极分离器72与阳极分离器71之间，用于冷却