專利名稱：固體高分子型電池組合體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體高分子型電池組合體，該固體高分子型電池組合體，備有單位電池，將若干個(gè)上述單位電池以其電極面相互平行的形式并排設(shè)置，構(gòu)成為一體的電池組合體。上述單位電池具有用正電極和負(fù)電極挾著固體高分子電解質(zhì)膜的接合體。
背景技術(shù)：
通常，固體高分子型燃料電池(PEFC)，采用由高分子離子交換膜(陽離子交換膜)構(gòu)成的電解質(zhì)膜。該固體高分子型燃料電池，備有用隔離物(雙極板)挾住接合體(電解質(zhì)·電極接合體)的單位電池(單位發(fā)電電池)，通常，將該單位電池疊置規(guī)定層數(shù)，作為燃料電池疊層體使用。上述接合體，是在上述電解質(zhì)膜的兩側(cè)，分別配置在以碳為主體的基材上接合了貴金屬系電極催化劑層的正電極和負(fù)電極而形成的。
這種燃料電池中，供給正電極的燃料氣體、例如含有氫的氣體(下面也稱為含氫氣體)，在電極媒體上氫被離子化，通過電解質(zhì)朝負(fù)電極移動(dòng)。其間產(chǎn)生的電子被取出到外部電路，作為直流電能被利用。另外，氧化劑氣體、例如含有氧的氣體或空氣(下面也稱為含氧氣體)，被供給到負(fù)電極，所以，在該負(fù)電極，氫離子、電子和氧反應(yīng)而生成水。
但是，上述的燃料電池中，當(dāng)電解質(zhì)膜干燥時(shí)，就不能保持高輸出密度運(yùn)轉(zhuǎn)，必須對(duì)上述電解質(zhì)膜適當(dāng)加濕。為此，已往采用了各種加濕方法，例如有外部加濕法和內(nèi)部加濕法等。外部加濕法，是在燃料電池的外部，備有噴水裝置等的加濕器，將反應(yīng)氣體(燃料氣體/氧化劑氣體)加濕，向接合體供給水分，這樣，將構(gòu)成上述接合體的電解質(zhì)膜加濕。內(nèi)部加濕法，是在單位電池內(nèi)部備有用于加濕電解質(zhì)膜的加濕器(加濕構(gòu)造)。
但是，上述的外部加濕法中，由于在燃料電池的外部，要設(shè)置作為附加裝置的加濕器，所以，導(dǎo)致整個(gè)燃料電池大型化，占空間大。而且，特別是當(dāng)燃料電池的負(fù)荷急劇上升時(shí)等，加濕器的適應(yīng)性存在問題。
另外，上述的內(nèi)部加濕法，通常有用埋入在電解質(zhì)膜內(nèi)部的吸水系統(tǒng)加濕的方法、從正極側(cè)通過透水板的加濕法、使吸水系統(tǒng)與電解質(zhì)膜的正極側(cè)接觸的加濕法。但是，這些方法，因某種原因不能充分加濕時(shí)，維修比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題而作出的，其目的在于提供一種固體高分子型電池組合體，該固體高分子型電池組合體，不必采用特別的加濕裝置就可以得到所需的加濕狀態(tài)，可有效地發(fā)電。
本發(fā)明，備有單位電池，將若干個(gè)該單位電池使其電極面相互平行地并排設(shè)置，構(gòu)成為一體的電池組合體，上述單位電池具有用正電極和負(fù)電極挾住固體高分子電解質(zhì)膜的接合體。在電池組合體內(nèi)，在電極面上設(shè)有流過燃料氣體或氧化劑氣體中至少一方的反應(yīng)氣體的反應(yīng)氣體流路，該反應(yīng)氣體流路的至少一部分，串聯(lián)地與并排設(shè)置的各單位電池連通。這里所說的至少一部分，當(dāng)是若干個(gè)反應(yīng)氣體流路中的至少一部分時(shí)，是指反應(yīng)氣體流路本身的至少一部分。
因此，在電池組合體中，加了下游側(cè)單位電池的反應(yīng)所需流量的反應(yīng)氣體，供給到上游側(cè)的單位電池，供給到上述電池組合體內(nèi)的反應(yīng)氣體的流量增加。這樣，可防止反應(yīng)氣體流路內(nèi)的結(jié)露，并且能夠使各單位電池的濕度均勻，使得若干個(gè)單位電池的電流密度分布均勻，減低濃度過電壓。另外，只要使供給到電池組合體內(nèi)的反應(yīng)氣體的流速增加，就能有效地排出各單位電池的生成水，可提高整個(gè)電池組合體的排水性。
另外，由于設(shè)置了連接若干單位電池的長(zhǎng)反應(yīng)氣體流路，所以，壓力損失增加，有效地提高了在各單位電池的反應(yīng)氣體的分配性和生成水的排水性。另外，在電池組合體內(nèi)，若干個(gè)單位電池以其電極面相互平行地并排設(shè)置著。因此，可以獨(dú)立地處理各單位電池，例如，可以容易地對(duì)上述每個(gè)單位電池正確地進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。
而且，如后所述，例如，通過設(shè)定反應(yīng)氣體流路、即氧化劑氣體流路及燃料氣體流路的流動(dòng)方向、以及冷卻媒體流路的流動(dòng)方向，對(duì)上游側(cè)單位電池和下游側(cè)單位電池賦予濕度差及溫度差，可以低加濕乃至無加濕地供給反應(yīng)氣體。這樣，不必采用特別的加濕裝置，就可以切實(shí)得到所需的加濕狀態(tài)。
另外，反應(yīng)氣體流路，串聯(lián)地與設(shè)在構(gòu)成反應(yīng)氣體流動(dòng)方向上游側(cè)的單位電池的接合體上方的通路、和設(shè)在構(gòu)成反應(yīng)氣體流動(dòng)方向下游側(cè)的單位電池的接合體下方的通路連通。因此，在上游側(cè)單位電池生成的生成水，因重力而切實(shí)地排出到下游側(cè)的單位電池，可以用簡(jiǎn)單的構(gòu)造，有效地阻止結(jié)露水滯留于接合體。另外，來自接合體的過剩的水分，利用重力，有效地排出到設(shè)在該接合體下方的反應(yīng)氣體流路。
反應(yīng)氣體流路、即燃料氣體流路和氧化劑氣體流路，被設(shè)定為沿著構(gòu)成單位電池的接合體的兩面相互地相向流。因此，在燃料氣體流路中流動(dòng)的燃料氣體、與在氧化劑氣體流路中流動(dòng)的氧化劑氣體之間，挾著固體高分子電解質(zhì)膜地進(jìn)行水分的移動(dòng)。這樣，可切實(shí)地阻止固體高分子電解質(zhì)膜干燥，同時(shí)，可以低加濕乃至無加濕地供給反應(yīng)氣體。
這時(shí)，為了相對(duì)于氧化劑氣體流路的氧化劑氣體流動(dòng)方向上游側(cè)(下面，也稱為O2上游側(cè))的單位電池，將氧化劑氣體流動(dòng)方向下游側(cè)(下面，也稱為O2下游側(cè))的單位電池保持為高溫，備有將冷卻媒體從上述上游側(cè)單位電池串聯(lián)地流到上述下游側(cè)單位電池的冷卻媒體流路。
因此，O2上游側(cè)的單位電池，構(gòu)成低溫型單位電池，O2下游側(cè)的單位電池，構(gòu)成高溫型單位電池。低溫型單位電池，為氧化劑氣體的入口(低濕度)側(cè)和燃料氣體的出口側(cè)(高濕度)。高溫型單位電池，為上述氧化劑氣體的出口(高濕度)側(cè)和燃料氣體的入口(低濕度)側(cè)。這樣，在O2下游側(cè)的單位電池中，雖然因生成水的原因使氧化劑氣體成為高濕度，但是，由于上述O2下游側(cè)的單位電池本身是高溫，所以，上述氧化劑氣體的相對(duì)濕度降低。因此，在O2下游側(cè)的單位電池中，不產(chǎn)生結(jié)露水，可以使電流密度均勻，減低濃度過電壓。
另外，上游側(cè)的單位電池(低溫型單位電池)和下游側(cè)的單位電池(高溫型單位電池)，設(shè)定為相互不同的構(gòu)造。因此，各單位電池可采用最適合于反應(yīng)的構(gòu)造。具體地說，構(gòu)成上游側(cè)單位電池的上游側(cè)接合體，比構(gòu)成下游側(cè)單位電池的下游側(cè)接合體低溫，可以發(fā)揮與上述下游側(cè)接合體同等的發(fā)電性能。
另外，構(gòu)成O2上游側(cè)單位電池的上游側(cè)接合體，在負(fù)電極上設(shè)有低空孔率·防水性擴(kuò)散層，在正電極上設(shè)有高空孔率·親水性擴(kuò)散層，將上述低空孔率·防水性擴(kuò)散層朝上配置，將高空孔率·親水性擴(kuò)散層朝下配置。
因此，氧化劑氣體流過上游側(cè)接合體的上方時(shí)，生成水通過低空孔率·防水性擴(kuò)散層，不因重力向下方移動(dòng)，可以良好地加濕上述氧化劑氣體。另一方面，燃料氣體通過O2下游側(cè)單位電池，流過上游側(cè)接合體下方時(shí)，可以使結(jié)露水通過高空孔率·親水性擴(kuò)散層朝著固體高分子型電解質(zhì)膜側(cè)移動(dòng)。這樣，固體高分子電解質(zhì)膜和電極，在最適合于發(fā)電的狀態(tài)下可將面內(nèi)均勻地保濕，而且，可以低加濕乃至無加濕地供給氧化劑氣體。
另外，構(gòu)成O2下游側(cè)單位電池的下游側(cè)接合體，在正電極上設(shè)有低空孔率·防水性擴(kuò)散層，在負(fù)電極上設(shè)有高空孔率·親水性擴(kuò)散層，將上述低空孔率·防水性擴(kuò)散層朝上配置，將高空孔率·親水性擴(kuò)散層朝下配置。
因此，燃料氣體流過下游側(cè)接合體的上方時(shí)，生成水通過低空孔率·防水性擴(kuò)散層不因重力朝下方移動(dòng)，可良好地對(duì)上述燃料氣體保濕。另一方面，氧化劑氣體通過上游側(cè)單位電池、在加濕了的狀態(tài)下流過下游側(cè)接合體的下方時(shí)，可通過高空孔率·親水性擴(kuò)散層，使結(jié)露水移動(dòng)到固體高分子電解質(zhì)膜側(cè)。這樣，固體高分子電解質(zhì)膜和電極，在最適合于發(fā)電的狀態(tài)下可將面內(nèi)均勻地保濕，同時(shí)，可以低加濕乃至無加濕地供給燃料氣體。來自接合體的過剩的水分，利用重力有效地排出到設(shè)在該接合體下方的氧化劑氣體流路。
另外，在并排設(shè)置著的若干個(gè)單位電池之間，夾設(shè)連接流路部件，該連接流路部件，具有用于串聯(lián)地供給反應(yīng)氣體及冷卻媒體的反應(yīng)氣體連通路和冷卻媒體連通路。因此，電池組合體可小型化，同時(shí)，可容易且良好地安裝在各種設(shè)置部位。


圖1是本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的固體高分子型電池組合體的要部概略構(gòu)造圖。
圖2是表示上述電池組合體的特征構(gòu)造的概略說明圖。
圖3是說明第1及第2單位電池內(nèi)的濕度變化的說明圖。
圖4是說明上述第1及第2單位電池內(nèi)的溫度變化的說明圖。
圖5是本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的固體高分子型電池組合體的要部概略構(gòu)造圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的固體高分子型電池組合體10的要部概略構(gòu)造圖。
電池組合體10，是將若干個(gè)單位電池、例如將第1單位電池12和第2單位電池14、使其電極面相互的平行地并排設(shè)置而構(gòu)成的。第1及第2單位電池12、14之間，配設(shè)著連接流路部件16。第1單位電池12，構(gòu)成氧化劑氣體(反應(yīng)氣體)流動(dòng)方向(箭頭A方向)上游側(cè)的單位電池。第2單位電池14，構(gòu)成氧化劑氣體流動(dòng)方向下游側(cè)的單位電池。
第1及第2單位電池12、14，備有第1及第2接合體18、20。第1及第2接合體18、20，例如具有在全氟磺酸薄膜中含浸了水的固體高分子電解質(zhì)膜22a、22b、和挾著該固體高分子電角質(zhì)膜22a、22b而配設(shè)的負(fù)電極24a、24b和正電極26a、26b。固體高分子電解質(zhì)膜22a相對(duì)地為低溫型電解質(zhì)膜，固體高分子電解質(zhì)膜22b相對(duì)地為高溫型電解質(zhì)膜。上述固體高分子電解質(zhì)膜22a，比固體高分子電解質(zhì)膜22b低溫，發(fā)揮與該固體高分子電解質(zhì)膜22b同樣的發(fā)電性能。
負(fù)電極24a、24b及正電極26a、26b，在以碳為主體的基材上接合著貴金屬系的電極催化劑層，在其面上，例如配設(shè)著多孔質(zhì)層、即由多孔質(zhì)碳紙等構(gòu)成的氣體擴(kuò)散層。
在第1接合體18中，負(fù)電極24a具有低空孔率·防水性擴(kuò)散層，將該負(fù)電極24a朝上(箭頭C1方向)配置；正電極26a具有高空孔率·親水性擴(kuò)散層，將該正電極26a朝下(箭頭C2方向)配置。在第2接合體20中，正電極26b具有低空孔率·防水性擴(kuò)散層，將該正電極26b朝上(箭頭C1方向)配置；負(fù)電極24b具有高空孔率·親水性擴(kuò)散層，將該負(fù)電極24b朝下(箭頭C2方向)配置。
在第1及第2接合體18、20的負(fù)電極24a、24b側(cè)，配設(shè)著第1隔離物28a、28b，在第1及第2接合體18、20的正電極26a、26b側(cè)，配設(shè)著第2隔離物30a、30b。
電池組合體10，具有氧化劑氣體流路(反應(yīng)氣體流路)32、燃料氣體流路(反應(yīng)氣體流路)34和冷卻媒體流路36。氧化劑氣體流路32，將氧化劑氣體(反應(yīng)氣體)從并排著的第1單位電池12串聯(lián)地供給到第2單位電池14。燃料氣體流路34，把燃料氣體(反應(yīng)氣體)從上述第2單位電池14串聯(lián)地供給到上述第1單位電池12。冷卻媒體流路36，把冷卻媒體從上述第1單位電池12串聯(lián)地供給到上述第2單位電池14。
第1單位電池12，備有第1氧化劑氣體通路38。該第1氧化劑氣體通路38，在構(gòu)成第1接合體18的負(fù)電極24a與第1隔離物28a之間沿著箭頭A方向延伸。該第1氧化劑氣體通路38，與設(shè)在連接流路部件16上的氧化劑氣體連通路40連通，并且，與第2氧化劑氣體通路42連通。該第2氧化劑氣體通路42，形成在構(gòu)成第2單位電池14的第2接合體20的負(fù)電極24b與第1隔離物28b之間。
氧化劑氣體流路32，通過第1氧化劑氣體通路38、氧化劑氣體連通路40及第2氧化劑氣體通路42，串聯(lián)地與第1及第2單位電池12、14連通。
在構(gòu)成第2單位電池14的第2接合體20的正電極26b與第2隔離物30b之間，形成了第1燃料氣體通路44。該第1燃料氣體通路44，與形成在連接流路部件1 6上的燃料氣體連通路46連通，并且與第2燃料氣體連通路48連通。該第2燃料氣體連通路48，形成在構(gòu)成第1單位電池12的第1接合體18的正電極26a與第2隔離物30a之間。
第1及第2燃料氣體通路44、48，設(shè)定為相對(duì)于第2及第1氧化劑氣體通路42、38、沿著第2及第1接合體20、18的兩面的相互相向流。燃料氣體流路34，構(gòu)成與氧化劑氣體流路32的相向流，通過第1燃料氣體通路44、燃料氣體連通路46和第2燃料氣體通路48，使第2單位電池14串聯(lián)地與第1單位電池12連通。
在第1單位電池12的第2隔離物30a上，形成不與第2燃料氣體通路48成相向流的第1冷卻媒體通路50。該第1冷卻媒體通路50，與形成在連接流路部件16上的冷卻媒體連通路52連通，并與第2冷卻媒體通路54連通。該第2冷卻媒體通路54，與構(gòu)成第2單位電池14的第2隔離物28b的第2氧化劑氣體通路42成為平行流。
冷卻媒體流路36，構(gòu)成與氧化劑氣體流路32的平行流，通過第1冷卻媒體通路50、冷卻媒體連通路52和第2冷卻媒體通路54，使第1單位電池12串聯(lián)地與第2單位電池14連通。
下面，說明這樣構(gòu)成的電池組合體10的動(dòng)作。
首先，含有氧的氣體等的氧化劑氣體，被供給到氧化劑氣體流路32，同時(shí)，含有氫的氣體等的燃料氣體，被供給到燃料氣體流路34。純水或乙二醇、油等的冷卻媒體，被供給到冷卻冷卻媒體流路36。
氧化劑氣體，被導(dǎo)入到構(gòu)成第1單位電池12的第1氧化劑氣體通路38，沿著構(gòu)成第1接合體18的負(fù)電極24a朝箭頭A方向移動(dòng)。氧化劑氣體，從第1氧化劑氣體通路38的出口側(cè)，被供給到形成在連接流路部件16上的氧化劑氣體連通路40，朝重力方向(箭頭C2方向)移動(dòng)后，被導(dǎo)入設(shè)在第2單位電池14上的第2氧化劑氣體通路42。因此，氧化劑氣體，沿著構(gòu)成第2單位電池14的第2接合體20的負(fù)電極24b、朝著箭頭A方向移動(dòng)后，從上述第2單位電池14排出。
燃料氣體，被導(dǎo)入到設(shè)在第2單位電池14上的第1燃料氣體通路44，沿著構(gòu)成第2接合體20的正電極26b、朝箭頭B方向(箭頭A方向的相反側(cè))移動(dòng)。燃料氣體，從第1燃料氣體通路44的出口側(cè)，通過形成在連接流路部件16上的燃料氣體連通路46，朝重力方向(箭頭C2方向)移動(dòng)后，被導(dǎo)入到形成在第1單位電池12上的第2燃料氣體通路48。該燃料氣體，沿著構(gòu)成第1單位電池12的第1接合體18的正電極26b朝箭頭B方向移動(dòng)，從第1單位電池12排出。
因此，在第1及第2接合體18、20中，被供給到負(fù)電極24a、24b的氧化劑氣體、和被供給到正電極26a、26b的燃料氣體，在電極催化劑層內(nèi)產(chǎn)生電氣化學(xué)反應(yīng)而被消耗，進(jìn)行發(fā)電。
另外，供給到冷卻媒體流路36的冷卻媒體，被導(dǎo)入到第1單位電池12的第1冷卻媒體通路50后，沿著箭頭A方向移動(dòng)。該冷卻媒體，通過連接流路部件16的冷卻媒體連通路52，被導(dǎo)入第2單位電池14的第2冷卻媒體通路54，將第1及第2接合體18、20冷卻后，從上述第2單位電池14排出。
這時(shí)，在第1實(shí)施形態(tài)中，電池組合體10的特征構(gòu)造，在圖2中概略地表示。具體地說，低加濕乃至無加濕的氧化劑氣體，被供給到第1單位電池12的第1氧化劑氣體通路38，另一方面，低加濕乃至無加濕的燃料氣體，被供給到第2單位電池14的第1燃料氣體通路44。
氧化劑氣體，通過了設(shè)在第1接合體18上方的第1氧化劑氣體通路38，在連接流路部件16內(nèi)朝重力方向移動(dòng)后，被供給到第2氧化劑氣體通路42，該第2氧化劑氣體通路42設(shè)在構(gòu)成第2單位電池14的第2接合體20的下方。
另一方面，燃料氣體，被供給到設(shè)在第2接合體20(該第2接合體20構(gòu)成第2單位電池14)上方的第1燃料氣體通路44后，通過連接流路部件16朝重力方向移動(dòng)后，被供給到設(shè)在第1接合體18(該第1接合體18構(gòu)成第1單位電池12)下方的第2燃料氣體通路48。
第1及第2接合體18、20中，氧化劑氣體和燃料氣體被設(shè)定為沿著上述第1及第2接合體的兩面相互的相向流。另外，冷卻媒體，與氧化劑氣體同一方向地、即、從第1單位電池12的第1冷卻媒體通路50通過連接流路部件16、沿著箭頭A方向移動(dòng)到第2單位電池14的第2冷卻媒體通路54。
因此，第1單位電池12比第2單位電池14低溫，構(gòu)成第1接合體18的固體高分子電解質(zhì)膜22a，比構(gòu)成第2接合體20的固體高分子電解質(zhì)膜22b低溫，發(fā)揮與該固體高分子電解質(zhì)膜22b同等的發(fā)電功能。
構(gòu)成第1接合體18的負(fù)電極24a，由于被供給低加濕乃至無加濕的氧化劑氣體，所以，為了提高上述第1接合體18的保水性，具有低空孔率·防水性擴(kuò)散層。另一方面，由于氫的分壓力低的燃料氣體、即相對(duì)濕度高的燃料氣體通過第2單位電池14被供給到正電極26a，為了使水分容易地朝著負(fù)電極24a側(cè)移動(dòng)，該正電極26a具有高空孔率·親水性擴(kuò)散層。
同樣地，第2接合體20中，低加濕乃至無加濕的燃料氣體供給到正電極26b，為了提高保水性，該正電極26b具有低空孔率·防水性擴(kuò)散層。另一方面，由于含有生成水的、高濕度的氧化劑氣體通過第1單位電池12供給到負(fù)電極24b，為了使水分容易向正電極26b側(cè)移動(dòng)，該負(fù)電極24b具有高空孔率·親水性擴(kuò)散層。
這樣，第1實(shí)施形態(tài)中，例如，氧化劑氣體流路32與并排著的第1及第2單位電池12、14串聯(lián)地連通。因此，在電池組合體10中，附加了下游側(cè)第2單位電池14的反應(yīng)所需流量的氧化劑氣體，被供給到上游側(cè)的第1單位電池12，供給到電池組合體10內(nèi)的氧化劑氣體的流量增加。
這樣，可防止氧化劑氣體流路32內(nèi)的結(jié)露，同時(shí)可使第1及第2單位電池12、14的濕度均勻，使上述第1及第2單位電池12、14的電流密度分布均勻，可降低濃度過電壓。另外，由于供給到電池組合體10內(nèi)的氧化劑氣體的流速增加，所以，能有效地排出第1及第2單位電池12、14內(nèi)的生成水。
在第1接合體18的上方，設(shè)有第1氧化劑氣體通路38。在第2接合體20的下方，設(shè)有第2氧化劑氣體通路42。因此，在第1單位電池12生成的生成水，在重力作用下從第1單位電池12排出到第2單位電池14側(cè)后，從該第2單位電池14排出。而且，來自第1接合體18的過剩的水分，利用重力有效地排出到設(shè)在該第1接合體18下方的第2氧化劑氣體通路42。因此，可以用簡(jiǎn)單的構(gòu)造，有效地阻止結(jié)露水滯留在第1及第2接合體18、20內(nèi)。
另外，氧化劑氣體流路32，構(gòu)成為連接第1及第2單位電池12、14的長(zhǎng)條狀。這樣，壓力損失增加，有效地提高第1及第2單位電池12、14內(nèi)的氧化劑氣體的分配性和生成水的排水性。另外，燃料氣體流路34，與并排著的第2及第1單位電池14、12串聯(lián)地連通，具有與上述氧化劑氣體流路32同樣的效果。
另外，在電池組合體10中，第1及第2單位電池12、14以其電極面相互平行地并排設(shè)置著。因此，可以獨(dú)立地處理第1單位電池12和第2單位電池14，例如，可以容易且正確地只對(duì)上述第1單位電池12進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。
另外，在第1單位電池12中，低加濕乃至無加濕的氧化劑氣體朝著箭頭A方向流過第1氧化劑氣體通路38。另一方面，相對(duì)濕度高的燃料氣體朝著箭頭B方向流向第2燃料氣體通路48。這樣，第2燃料氣體通路48的水分，從具有高空孔率·親水性擴(kuò)散層的正電極26a移動(dòng)到固體高分子電解質(zhì)膜22a。因此，切實(shí)地阻止固體高分子電解質(zhì)膜22a的干燥，可將該固體高分子電解質(zhì)膜22a保持在所需的保濕狀態(tài)，同時(shí)可以低加濕乃至無加濕地供給氧化劑氣體。
另一方面，第2單位電池14中，含有生成水的高濕度氧化劑氣體，朝著箭頭A方向流過第2氧化劑氣體通路42，同時(shí)，低加濕乃至無加濕的燃料氣體，朝著箭頭B方向流過第1燃料氣體通路44。因此，第2氧化劑氣體通路42的水分，從具有高空孔率·親水性擴(kuò)散層的負(fù)電極24b移動(dòng)到固體高分子電解質(zhì)膜22b，可有效地將該固體高分子電解質(zhì)膜22b保持在所需的加濕狀態(tài)。因此，可以低加濕乃至無加濕地供給燃料氣體。
圖3表示第1及第2單位電池12、14內(nèi)的第1及第2接合體18、20、第1及第2氧化劑氣體通路38、42、第1及第2燃料氣體通路44、48的濕度變化。
第1單位電池12中，第1接合體18被流過第2燃料氣體通路48的、相對(duì)濕度高的燃料氣體加濕。另一方面，第2單位電池14中，第2接合體20被流過第2氧化劑氣體通路42的高濕度氧化劑氣體加濕。
這樣，可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)氣體、即氧化劑氣體和燃料氣體的無加濕化，同時(shí)，可以將第1及第2接合體18、20保持為所需的濕度，可以提高第1及第2單位電池12、14的發(fā)電性能。
圖4表示第1及第2單位電池12、14內(nèi)的溫度變化。第2單位電池14中，由于生成水的原因，雖然氧化劑氣體成為高濕度，但是，由于該第2單位電池14的高溫化，上述氧化劑氣體的相對(duì)濕度降低(見圖3和圖4)。因此，在第2單位電池14內(nèi)不產(chǎn)生結(jié)露，可以使電流密度分布均勻，降低濃度過電壓。
另外，第1實(shí)施形態(tài)中，連接流路部件16夾裝在第1及第2單位電池12、14之間。因此，整個(gè)電池組合體10可以小型化，提高電池組合體10的處理作業(yè)性，可以很容易地且良好地將該電池組合體10安裝在各種設(shè)置部位。
圖5是本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的固體高分子型電池組合體80的要部概略構(gòu)造圖。與第1實(shí)施例的電池組合體10相同的構(gòu)造部分，注以相同的標(biāo)記，其詳細(xì)說明從略。
電池組合體80，是將第1燃料電池疊層體82和第2燃料電池疊層體84夾設(shè)著連接流路部件16地相互并排設(shè)置而構(gòu)成的。第1燃料電池疊層體82是將第1單位電池12疊置多層、例如3層而構(gòu)成的。第2燃料電池84是將第2單位電池14疊置多層、例如3層而構(gòu)成的。
連接流路部件16，可以是單一的構(gòu)造，也可以是疊置為3層的構(gòu)造。另外，第1及第2燃料電池疊層體82、84，備有歧管部件86、88。該歧管部件86、88對(duì)第1及第2單位電池12、14進(jìn)行氧化劑氣體、燃料氣體及冷卻媒體的供給、排出。
這樣，第2實(shí)施形態(tài)中，若干個(gè)第1及第2單位電池12、14分別被疊置，構(gòu)成第1及第2燃料電池疊層體82、84，由此，可以很容易地實(shí)現(xiàn)高輸出化。另外，如果能從外部將反應(yīng)氣體、例如氧化劑氣體供給到連接流路部件16，則可以有效地削減供給到第1燃料電池疊層體82的氧化劑氣體的流量。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明中，由于附加了下游側(cè)單位電池的反應(yīng)所需流量的反應(yīng)氣體被供給到上游側(cè)單位電池，所以，可防止反應(yīng)氣體流量?jī)?nèi)的結(jié)露，同時(shí)能使各單位電池的濕度均勻化。因此，各單位電池的電流密度分布均勻，可減低濃度過電壓。
另外，反應(yīng)氣體的流速增加，可有效地排出單位電池的生成水。另外，若干個(gè)單位電池，以其電極面相互平行地并排設(shè)置著，可以獨(dú)立地處理各單位電池。這樣，例如可容易且切實(shí)地對(duì)各個(gè)單位電池進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。
權(quán)利要求
1.固體高分子型電池組合體，備有單位電池(12)，將若干個(gè)所述單位電池(12)使其各電極面相互平行地并排設(shè)置，一體地構(gòu)成電池組合體(10)，所述單位電池(12)具有用正電極(26a)和負(fù)電極(24a)挾住固體高分子電解質(zhì)膜(22a)的接合體(18)，其特征在于，在所述電極面上流過燃料氣體或氧化劑氣體的至少一方反應(yīng)氣體的反應(yīng)氣體流路(32)的至少一部分，與設(shè)在接合體(18)上方的通路(38)、和設(shè)在接合體(20)下方的通路(42)串聯(lián)地連通設(shè)置，所述接合體(18)構(gòu)成反應(yīng)氣體流動(dòng)方向上游側(cè)的單位電池(12)，所述接合體(20)構(gòu)成反應(yīng)氣體流動(dòng)方向下游側(cè)的單位電池(14)。
2.如權(quán)利要求1所述的固體高分子型電池組合體，其特征在于，所述反應(yīng)氣體流路即燃料氣體流路(34)、和氧化劑氣體流路(32)，被設(shè)定為沿著接合體(18)兩面的相互的相向流，該接合體(18)構(gòu)成所述單位電池(12)。
3.如權(quán)利要求2所述的固體高分子型電池組合體，其特征在于，為了將氧化劑氣體流動(dòng)方向下游側(cè)的單位電池(14)相對(duì)于所述氧化劑氣體流路(32)的氧化劑氣體流動(dòng)方向上游側(cè)的單位電池(12)保持為高溫，備有將冷卻媒體從所述上游側(cè)的單位電池(12)串聯(lián)地流到所述下游側(cè)的單位電池(14)的冷卻媒體流路(36)。
4.如權(quán)利要求3所述固體高分子型電池組合體，其特征在于，所述上游側(cè)的單位電池(12)和所述下游側(cè)的單位電池(14)，被設(shè)定為相互不同的構(gòu)造。
5.如權(quán)利要求4所述的固體高分子型電池組合體，其特征在于，構(gòu)成所述上游側(cè)單位電池(12)的上游側(cè)接合體(18)，比構(gòu)成所述下游側(cè)單位電池(14)的下游側(cè)接合體(20)溫度低，發(fā)揮與該下游側(cè)接合體(20)同等的發(fā)電性能。
6.如權(quán)利要求4或5所述的固體高分子型電池組合體，其特征在于，構(gòu)成所述上游側(cè)單位電池(12)的上游側(cè)接合體(18)，在所述負(fù)電極(24a)上設(shè)有低空孔率·防水性擴(kuò)散層，同時(shí)，在所述正電極(26a)上設(shè)有高空孔率·親水性擴(kuò)散層；將所述低空孔率·防水性擴(kuò)散層朝上配置，將高空孔率·親水性擴(kuò)散層朝下配置。
7.如權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的固體高分子型電池組合體，其特征在于，構(gòu)成所述下游側(cè)單位電池(14)的下游側(cè)接合體(20)，在所述正電極(26b)上設(shè)有低空孔率·防水性擴(kuò)散層，同時(shí)，在所述負(fù)電極(24b)上設(shè)有高空孔率·親水性擴(kuò)散層；將所述低空孔率·防水性擴(kuò)散層朝上配置，將高空孔率·親水性擴(kuò)散層朝下配置。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的固體高分子型電池組合體，其特征在于，在并排設(shè)置著的若干個(gè)所述單位電池(12、14)之間，夾裝著連接流路部件(16)，該連接流路部件(16)具有用于串聯(lián)地供給反應(yīng)氣體及冷卻媒體的反應(yīng)氣體連通路(40)和冷卻媒體連通路(52)。
全文摘要
電池組合體(10)，是將第1及第2單位電池(12、14)以其電極面相互平行地并排設(shè)置而構(gòu)成的。氧化劑氣體流路(32)，通過第1單位電池(12)的第1氧化劑氣體通路(38)、連接流路部件(16)的氧化劑氣體連通路(40)和第2單位電池(14)的氧化劑氣體通路(42)，使所述第1單位電池(12)直線地與所述第2單位電池(14)連通。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1659737SQ0381358
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月26日
發(fā)明者割石義典, 圓城寺直之, 淺野洋一, 新海洋 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社