專利名稱：燃料電池單元和燃料電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池單元和燃料電池組(fuel cell stack)。
背景技術(shù)：
聚合物電解質(zhì)燃料電池單元包含具有質(zhì)子導(dǎo)電性的聚合物電解質(zhì)膜(polymer electrolyte membrane)和設(shè)置在其兩個表面上的一對電極。電極包含催化劑層和氣體擴散層，所述催化劑層包含鉬或鉬族金屬，所述氣體擴 散層在催化劑層的外表面上形成，并且供給氣體以及收集電流。所述一對電極和聚合物電解質(zhì)膜的整體被稱為膜電極組件(MEA)。通過給電極中 的一個供給燃料(氫)并給電極中的另一個供給氧化劑(氧)來發(fā)電。燃料電池單元的理論電壓約為1. 23V。在實際的操作中，一般約以0. 7V的輸出電 壓使用燃料電池單元。因此，當必需較高的電動電壓時，將多個燃料電池單元相互堆疊，并且燃料電池單 元被相互串聯(lián)電連接以被使用。這種結(jié)構(gòu)被稱為燃料電池組。這里使用的燃料電池指的是燃料電池單元和燃料電池組兩者。為了使得燃料電池組有效地發(fā)電，必需使得形成燃料電池組的各個燃料電池單元 有效地發(fā)電。因此，必需設(shè)計和控制，使得各自的燃料電池單元的溫度條件以及對于各自的燃 料電池單元的燃料和氧化劑的供給是均勻的。一般地，與燃料電池單元并行地形成燃料電池組中的燃料流路和氧化劑流路，并 且，燃料和氧化劑被并行地分配給各自的燃料電池單元。日本專利申請公開NO.H08-213044 公開了一種技術(shù)，其中，在這種燃料電池中，在燃料電池組的氣體口處設(shè)置由具有三維網(wǎng)絡(luò) 的多孔體形成的整流部件，以使得對于各自的燃料電池單元的燃料和氧化劑的供給均勻。同時，所謂的死端(dead-end)燃料電池是已知的，在該死端燃料電池中，為了使 得包含燃料電池的系統(tǒng)較小并為了改善燃料的使用效率，在燃料電池組的燃料流路的下游 側(cè)關(guān)閉燃料流路。盡管死端燃料電池能使得系統(tǒng)較小并能改善燃料的使用效率，但是，它具有如下 問題由于諸如氮或水蒸氣的雜質(zhì)氣體的積累，燃料電池的性能降低。因此，為了不允許在各自的燃料電池單元中積累雜質(zhì)氣體，提出了如下配置其 中，在少量的包含雜質(zhì)氣體的燃料穩(wěn)定地從燃料電池組的下游側(cè)流動的情況下發(fā)電。日本專利申請公開No. 2002-008691公開了一種燃料電池系統(tǒng)，在該燃料電池系 統(tǒng)中，通過根據(jù)在燃料電池中消耗的氫的量打開和關(guān)閉死端燃料電池的排氣閥，減少與雜 質(zhì)氣體一起排出的未反應(yīng)的氫的量。另一方面，日本專利申請公開No. 2007-227365公開了一種燃料電池裝置，該燃料 電池裝置通過設(shè)計燃料電池組的供給側(cè)流路、與發(fā)電部分對應(yīng)的分支流路、和排出側(cè)流路 的流路阻力，實現(xiàn)燃料氣體的均勻供給和雜質(zhì)氣體的有效排出。
在使得燃料穩(wěn)定地流動的配置中，日本專利申請公開No. H08-213044中公開的技 術(shù)是有效的，但是，在死端燃料電池中以及在燃料的流率(flow rate)在燃料電池組的燃料 流路的下游被嚴格限制的系統(tǒng)中，難以均勻地給各自的燃料電池單元供給燃料。這是因為，由于如下問題，導(dǎo)致來自下游側(cè)的回流和積累，所述問題是各自的燃 料電池單元的流路阻力在各自的燃料電池單元內(nèi)不均勻并在各自的燃料電池單元之間變 動，以及，由于發(fā)電消耗燃料而在發(fā)電部分處導(dǎo)致壓力損失等。日本專利申請公開No. 2002-008691中公開的燃料電池系統(tǒng)是用于借助于打開和 關(guān)閉排氣閥來暫時恢復(fù)由于雜質(zhì)氣體的積累所降低的性能的單元，并且，雜質(zhì)氣體積累本 身不能被抑制。并且，由于各自的燃料電池單元的流路阻力如上面描述的那樣不均勻，因此，出現(xiàn) 在特定的燃料電池單元中導(dǎo)致雜質(zhì)氣體的積累并且性能大大降低的問題。這被認為是因為包含雜質(zhì)氣體的燃料氣體從燃料電池組的排出流路的回流集中 于特定的燃料電池單元。因此，出現(xiàn)如下問題必須通過頻繁地打開和關(guān)閉排氣閥來排出包含雜質(zhì)氣體的 燃料氣體，并且氫的使用效率降低。日本專利申請公開No. 2007-227365中公開的燃料電池裝置能實現(xiàn)燃料氣體的均 勻供給和雜質(zhì)氣體的有效排出，但是，出現(xiàn)如下問題當由于制造誤差各自的燃料電池單元 之間的流路阻力的變動大或流路阻力通過發(fā)電產(chǎn)生的水而改變時，針對其的對策不足夠。 特別地，針對水滴導(dǎo)致的流路阻塞，對策是不足夠的，所述水滴由長時間發(fā)電導(dǎo)致的燃料流 路中的冷凝所產(chǎn)生。因此，希望有針對各自的燃料電池單元之間的流路阻力的變動以及針 對由于長時間發(fā)電產(chǎn)生的水所導(dǎo)致的流路阻塞的對策。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于一種燃料電池單元和燃料電池組，所述燃料電池單元和燃料電池組 即使當各自的燃料電池單元的流路阻力變動時也能均勻地供給燃料，并能有效地防止包含 雜質(zhì)氣體的燃料從其下游側(cè)的回流。本發(fā)明還致力于一種燃料電池單元和燃料電池組，所述燃料電池單元和燃料電池 組能抑制由于長時間發(fā)電產(chǎn)生的水所導(dǎo)致的流路阻塞。根據(jù)本發(fā)明，提供一種燃料電池單元，包括引入燃料氣體側(cè)的陽極氣體擴散層和陽極流路；具有燃料氣體的供給口的供給流路，所述供給流路被連接在所述陽極流路的向其 引入燃料氣體的上游；具有燃料氣體的排出口的排出流路，所述排出流路被連接在所述陽極流路的向其 引入燃料氣體的下游，所述供給流路、所述陽極流路和所述排出流路形成燃料流路；以及在所述燃料流路中在所述排出流路側(cè)被設(shè)置以與所述陽極氣體擴散層接觸的第 一流率控制部件，其中，通過所述第一流率控制部件，在自設(shè)置所述第一流率控制部件的部分的所 述燃料流路的上游側(cè)和自設(shè)置所述第一流率控制部件的所述部分的所述燃料流路的下游 側(cè)之間產(chǎn)生壓力差。
并且，在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池單元中，由所述第一流率控制部件控制的流率大 于進入所述陽極流路的包含氮的雜質(zhì)氣體的進入流率。并且，在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池單元中，在不發(fā)電時，由所述第一流率控制部件產(chǎn) 生的燃料氣體的壓力差大于所述陽極流路中的由發(fā)電導(dǎo)致的壓力損失。并且，在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池單元中，所述第一流率控制部件包含多孔體。并且，在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池單元中，所述陽極流路填充有所述陽極氣體擴散層。并且，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池單元還包括被設(shè)置在所述排出口的下游、用于抑制 從所述排出口排出的燃料氣體的排出量的第二流率控制部件。并且，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池單元還包括被設(shè)置在所述排出口的下游、用于消耗 從所述排出口排出的燃料氣體的燃料氣體消耗機構(gòu)。并且，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池單元還包括被設(shè)置在所述排出口和所述燃料氣體消 耗機構(gòu)之間、用于抑制從所述排出口排出的燃料氣體的排出量的第二流率控制部件。根據(jù)本發(fā)明，提供一種燃料電池組，包括相互堆疊的多個上述燃料電池單元；具有燃料氣體的供給口的供給流路，所述供給流路被連接在所述燃料電池單元中 的每一個的陽極流路的向其引入燃料氣體的上游；以及具有燃料氣體的排出口的排出流路，所述排出流路被連接在所述燃料電池單元中 的每一個的所述陽極流路的向其引入燃料氣體的下游，所述供給流路、所述陽極流路和所 述排出流路形成燃料流路。并且，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池組還包括被設(shè)置在所述排出口的下游、用于抑制從 所述排出口排出的燃料氣體的排出量的第二流率控制部件。并且，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池組還包括被設(shè)置在所述排出口的下游、用于消耗從 所述排出口排出的燃料氣體的燃料氣體消耗機構(gòu)。并且，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池組還包括被設(shè)置在所述排出口和所述燃料氣體消耗 機構(gòu)之間、用于抑制從所述排出口排出的燃料氣體的排出量的第二流率控制部件。根據(jù)本發(fā)明，通過在燃料流路中在排出流路側(cè)設(shè)置的第一流率控制部件，能夠在 自設(shè)置第一流率控制部件的部分的燃料流路的上游側(cè)和自設(shè)置第一流率控制部件的所述 部分的燃料流路的下游側(cè)之間產(chǎn)生大的壓力差。這允許從燃料電池的供給流路向包含發(fā)電部分的陽極流路均勻地供給燃料，并 且，能夠防止包含雜質(zhì)氣體的燃料氣體從排出流路回流。并且，通過將流率控制部件設(shè)置為與陽極氣體擴散層接觸，能夠防止由于水分 (moisture)的冷凝所導(dǎo)致的流路的阻塞，所述水分與燃料電池的發(fā)電反應(yīng)相關(guān)聯(lián)地產(chǎn)生， 并且在陽極流路中擴散。陽極流路和流率控制部件之間的流路的阻塞阻止了進入陽極流路的雜質(zhì)氣體的 排出，并由此降低燃料電池的性能。將流率控制部件設(shè)置為與陽極氣體擴散層接觸允許在與發(fā)電部分的溫度條件等 價或接近的溫度條件下設(shè)置流率控制部件，并由此能防止冷凝。結(jié)果，能夠穩(wěn)定地驅(qū)動燃料 電池。
利用這種配置，即使在死端燃料電池中以及在燃料的流率在燃料電池組的燃料流 路的下游被嚴格限制的系統(tǒng)中，也均勻地給燃料電池和燃料電池組的各自燃料電池單元供 給燃料，并能防止來自下游側(cè)的雜質(zhì)氣體的回流和積累。并且，陽極流路和第一流率控制部件之間的流路不被冷凝所阻塞，并由此能穩(wěn)定 地驅(qū)動燃料電池。并且，燃料電池組可適于在排出流路的下游具有作為第二流率控制部件的諸如針 閥的流率調(diào)整機構(gòu)，在所述燃料電池組中，第一流率控制部件被設(shè)置為與燃料電池單元中 的每一個的陽極氣體擴散層接觸。通過在這種配置中用流率調(diào)整機構(gòu)限制流率，能改善燃料的使用效率。并且，流率控制部件被設(shè)置為與燃料電池單元中的每一個的陽極氣體擴散層接觸 的燃料電池組的排出流路的下游可適于不具有附加的流率控制部件。能通過被設(shè)置為與陽 極氣體擴散層接觸的流率控制部件來防止氣體向燃料電池單元中的每一個的回流，由此， 即使例如燃料電池組的排出口向大氣開放，電池組的性能也不被影響。從參照附圖對示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的進一步的特征將變得明顯。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例1的燃料電池單元的示例性配置的示意性截面 圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例1的圖1所示的燃料電池單元中的流率控制部件周圍 的放大示意圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例1的燃料電池組的示例性配置的示意性截面圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例2的燃料電池單元的示例性配置的流率控制部件 周圍的放大示意性截面圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例3的燃料電池單元的示例性配置的流率控制部件 周圍的放大示意性截面圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例4的燃料電池組的示例性配置的示意性截面圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例5的燃料電池組的示例性配置的示意性截面圖。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的例子1的陽極集電器(collector)的示例性配置的示意 性透視圖。圖9是示出比較例1的燃料電池單元的示例性配置的示意圖。圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的例子1的燃料電池單元的性能的曲線圖。圖11是表示比較例1的燃料電池單元的性能的曲線圖。圖12是表示根據(jù)本發(fā)明的例子2的燃料電池單元的性能的曲線圖。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的例子3的燃料電池組的示例性配置的示意性截面圖。圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的例子4的燃料電池組的示例性配置的示意性截面圖。圖15是示出比較例2的燃料電池組的示例性配置的示意性截面圖。圖16是表示根據(jù)本發(fā)明的例子3的燃料電池組的性能的曲線圖。圖17是表示根據(jù)本發(fā)明的例子4的燃料電池組的性能的曲線圖。圖18是表示比較例2的燃料電池組的性能的曲線圖。
圖19是示出比較例2的燃料流動的示意圖。圖20是示出根據(jù)本發(fā)明的例子4的燃料流動的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在，在下面參照附圖進一步詳細描述根據(jù)本發(fā)明的燃料電池單元和燃料電池組 的實施例。在燃料電池單元和燃料電池組中，在燃料氣體引入側(cè)設(shè)置陽極氣體擴散層和陽 極流路。被引入燃料氣體的陽極流路的上游側(cè)與燃料氣體的供給流路連接，并且，陽極流路 的下游側(cè)與燃料氣體的排出流路連接。燃料電池單元和燃料電池組具有由供給流路、陽極 流路和排出流路形成的燃料流路。(實施例1)在本實施例中，描述在燃料電池的燃料流路中鄰近(adjacently to)陽極氣體擴 散層的側(cè)表面設(shè)置流率控制部件的示例性配置。圖1是示出根據(jù)本實施例的燃料電池單元的示例性配置的示意性截面圖。圖2是圖1的流率控制部件周圍的放大圖，圖3是示出相互堆疊多個根據(jù)本實施 例的燃料電池單元的燃料電池組的配置的示意性截面圖。在圖1至3中，燃料電池單元和燃料電池組包含燃料電池單元1、膜電極組件2、陽 極氣體擴散層3、陰極氣體擴散層4和氧化劑供給層5。燃料電池單元和燃料電池組包含陽極集電器6、陰極集電器7、絕緣板8、端板9、供 給流路10、陽極流路11、排出流路12、第一流率控制部件13、供給口 14和排出口 15。圖3 示出燃料電池組16。應(yīng)當注意，在以下的附圖中，使用類似的附圖標記來指示類似或相同的 構(gòu)成元件。如圖1所示，實施例1的燃料電池單元1包含鄰近陽極流路11中的陽極氣體擴散 層3的側(cè)表面設(shè)置的第一流率控制部件13。膜電極組件2設(shè)置在燃料電池單元1的中間， 并且，陽極氣體擴散層3設(shè)置在其一個表面上，而陰極氣體擴散層4設(shè)置在其另一個表面 上。如眾所周知的那樣，膜電極組件2是其每一個表面上形成有包含催化劑層的電極 的聚合物電解質(zhì)膜。作為聚合物電解質(zhì)膜，一般使用基于全氟磺酸的質(zhì)子交換樹脂膜等，但是，能夠與 聚合物電解質(zhì)膜的種類無關(guān)地實施本發(fā)明。在聚合物電解質(zhì)膜的兩個表面上形成的催化劑層通常由促進燃料電池的反應(yīng)的 催化劑和具有質(zhì)子導(dǎo)電性的電解質(zhì)形成，并且，在必要時，向其添加催化劑載體、疏水劑、親 水劑等。作為一般使用的催化劑，鉬或鉬合金的顆粒、攜帶鉬的碳等是已知的，但是，能夠 與這些催化劑的種類無關(guān)地實施本發(fā)明。陽極氣體擴散層3和陰極氣體擴散層4是能透過氣體且導(dǎo)電的層。具體而言，陽極氣體擴散層3和陰極氣體擴散層4具有如下功能為了有效地執(zhí)行 電極反應(yīng)而均勻且充分地給催化劑的反應(yīng)區(qū)域供給燃料和氧化劑，以及，從電池取出由電 極反應(yīng)產(chǎn)生的電荷。一般地，使用多孔碳材料作為氣體擴散層，并且，在本發(fā)明中，可使用這種一般使用的材料。氧化劑供給層5被設(shè)置在陰極氣體擴散層4的外面，并且具有如下功能給陰極氣 體擴散層4的表面供給諸如空氣或氧的氧化劑，以及，電連接陰極集電器7和陰極氣體擴散 層4。用于氧化劑供給層5的示例性材料包含泡沫(foamed)金屬、多孔碳結(jié)構(gòu)、金屬網(wǎng)、 和具有用于供給氧化劑的溝槽的導(dǎo)電板。在圖1中，示出僅在陰極側(cè)設(shè)置氧化劑供給層5的燃料電池，但是，也可配置燃料 電池，使得具有相似功能的燃料供給層被設(shè)置在陽極氣體擴散層3的外面。在本實施例中，陽極氣體擴散層3既用作氣體擴散層，又用作燃料供給層。陽極集電器6和陰極集電器7是由諸如金屬或碳的導(dǎo)電材料形成的板狀部件，并 且具有向外部取出由燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的電子的功能。因此，陽極集電器6和陰極集電器7具有被設(shè)置為分別與陽極氣體擴散層3和氧 化劑供給層5接觸的、用于向外部取出輸出的端子。絕緣板8具有使端板9與陽極集電器6和陰極集電器7中的一個電絕緣的功能。絕緣板8可由例如樹脂形成。端板9具有均勻地給燃料電池和燃料電池組傳送夾 持(clamping)壓力的功能。端板9可由諸如不銹鋼(steel use stainless) (SUS)的剛性 材料形成。在本實施例中，示出一對端板9中的一個具有在其中形成的燃料氣體的供給口 14 和排出口 15的示例性配置，但是，本發(fā)明不限于這種配置。在本實施例中，在由供給流路10、陽極流路11和排出流路12形成的燃料流路中， 第一流率控制部件13被設(shè)置為與陽極氣體擴散層3的在陽極流路11的排出流路12側(cè)的 側(cè)表面接觸。流率控制部件13具有將氣體流路阻力給予燃料流動的功能。因此，從供給流路10供給的燃料長時間保持在陽極流路11中，這允許均勻地給陽 極流路11供給燃料。如圖3所示，在通過堆疊每一個包含上述流率控制部件13的多個燃料電池單元而 形成的燃料電池組16中，即使各自的燃料電池單元的流路阻力在燃料電池單元之間變動， 也能均勻地給各自的燃料電池單元供給燃料。并且，流率控制部件13具有如下功能防止存在于燃料電池單元和燃料電池組的 排出流路12中的包含雜質(zhì)氣體的燃料氣體(從排出口 15回流的包含大氣中的空氣的燃料 氣體)回流到陽極流路11中。在緊接著燃料電池的發(fā)電開始之后最可能出現(xiàn)回流。當發(fā)電開始時，填充陽極流路11的燃料氣體被消耗，由此陽極流路11中的燃料氣 體的壓力下降，并且燃料氣體從包含排出流路12的陽極流路11的下游回流。隨著包含于回流的燃料氣體中的雜質(zhì)氣體的濃度變高，對于燃料電池的性能的影 響變大。陽極流路11中的壓力下降的量取決于消耗的燃料氣體的量，并且，隨著發(fā)電越 多，壓力下降越大。通過在燃料流路中的排出流路側(cè)設(shè)置流率控制部件以便防止包含雜質(zhì)氣體的燃料氣體的上述回流，能防止回流到陽極流路11中。由發(fā)電導(dǎo)致的陽極流路11中的壓力損失的大小來確定為了防止回流到陽極流路 11中的流率控制部件的流路阻力的下限值。當不發(fā)電時由流率控制部件產(chǎn)生的燃料氣體的 壓力差的特征在于，其至少大于陽極流路中的由發(fā)電導(dǎo)致的壓力損失。優(yōu)選在這里產(chǎn)生能由燃料電池產(chǎn)生的最大量電流的假定條件下執(zhí)行設(shè)計。通過以這種方式設(shè)計由流率控制部件產(chǎn)生的壓力差，即使最可能出現(xiàn)回流時的緊 接著燃料電池的發(fā)電開始之后，也能防止回流到陽極流路11中。并且，流率控制部件13具有如下功能當形成圖3所示的燃料電池組16時，防止 包含雜質(zhì)氣體的燃料氣體從排出流路12回流到特定燃料電池單元的陽極流路11中。同時，流率控制部件13還具有如下功能將進入陽極流路11的諸如氮、二氧化碳 或水蒸氣的雜質(zhì)氣體排出到排出流路12。進入陽極流路11的雜質(zhì)氣體主要通過膜電極組件2并然后進入陽極流路11。雖然通過膜電極組件2的雜質(zhì)氣體的速度取決于聚合物電解質(zhì)膜的種類、溫度、 濕度、分壓等大大地變動，但是，進入陽極流路11的雜質(zhì)氣體影響燃料電池的性能，因此， 必需將雜質(zhì)氣體迅速排出到排出流路12。因此，由作為流率控制部件13的第一流率控制部件控制的流率優(yōu)選被設(shè)為至少 比進入陽極流路11的包含氮的雜質(zhì)氣體的流率高。更具體而言，通過流率控制部件導(dǎo)致的流路阻力的上限值由進入的雜質(zhì)氣體的流 率確定。通過以這種方式進行設(shè)計，燃料電池單元1能在雜質(zhì)氣體不在陽極流路11中對流 的情況下穩(wěn)定地發(fā)電。雖然在圖2中在到排出流路12的整個區(qū)域之上形成流率控制部件13，但是，只要 流率控制部件13執(zhí)行上述的功能，就可僅在到排出流路12的區(qū)域的一部分中形成流率控 制部件13。流率控制部件13被鄰近陽極氣體擴散層3的側(cè)表面而設(shè)置，并能由此增強燃料電 池單元1的發(fā)電的穩(wěn)定性。如果流率控制部件13被遠離陽極氣體擴散層3而設(shè)置，那么存在如下風(fēng)險在流 率控制部件13的上游，流路被水的冷凝而阻塞。結(jié)果，雜質(zhì)氣體從陽極流路11的排出被中斷，由此，燃料電池的性能降低。通過鄰近陽極氣體擴散層3的側(cè)表面設(shè)置流率控制部件13，流率控制部件13的溫 度條件基本上與燃料電池的發(fā)電部分的溫度條件相同，由此較不可能出現(xiàn)冷凝。同時，流率控制部件13鄰近陽極氣體擴散層3的側(cè)表面，由此流路不被完全阻塞， 由此能夠維持通過流率控制部件13的流動。在本實施例中，流率控制部件13可由例如多孔體形成。只要能夠在上述范圍中實現(xiàn)流路阻力(流率控制)，多孔體就可以是任何種類的 多孔體。應(yīng)根據(jù)上述范圍中的所要求的流路阻力，設(shè)定諸如流率控制部件13的尺寸以及 形成流率控制部件13的部件的開口率(aperture ratio)和開口直徑的限定流路阻力的參數(shù)。作為用作流率控制部件I3的多孔體，由于化學(xué)上和機械上的高穩(wěn)定性等，可以使
9用多孔PTFE過濾器等。并且，也可通過混合顆粒和粘合劑來形成多孔體。能夠通過顆粒的尺寸、分散濃度 等來控制通過混合顆粒和粘合劑而形成的多孔體的孔直徑、孔分布等，并由此能實現(xiàn)希望 的流路阻力。由于其在化學(xué)上的高穩(wěn)定性，因此示例性的粘合劑包括PTFE分散體。作為顆粒， 可以使用諸如碳、攜帶鉬的碳和鉬黑的在化學(xué)上高度穩(wěn)定的顆粒，或諸如儲氫材料的功能 顆粒。例如，通過使用攜帶鉬的碳或鉬黑作為顆粒，使得流率控制部件13用作催化劑， 并且，除了作為流率控制部件的功能以外，還能給予流率控制部件13作為用于將燃料安全 地排放到外部空氣的燃燒裝置的功能。作為替代方案，通過使用諸如儲氫材料的功能顆粒，能夠在利用與氫接觸時或與 水分接觸時氣體的體積變化的同時，控制流率控制部件的流路阻力。(實施例2)在實施例2中，與鄰近陽極氣體擴散層3的側(cè)表面設(shè)置流率控制部件13的實施例 1的配置不同，描述流率控制部件13被設(shè)置為與陽極氣體擴散層3的后表面接觸的示例性配置。圖4是示出根據(jù)本實施例的燃料電池單元的示例性配置的流率控制部件周圍的 放大示意性截面圖。如圖4所示，除了流率控制部件13的位置以外，燃料電池單元的配置與實施例1 中的相同。流率控制部件13的至少一部分保持與陽極流路11中的陽極氣體擴散層3接觸并 且被設(shè)置在排出流路12側(cè)就夠了。在本實施例中，如圖4所示，流率控制部件13適于被設(shè)置在陽極氣體擴散層3的 后表面上。這允許使用片狀或膜狀材料作為流率控制部件13，由此提供對要被用作流率控制 部件13的材料的廣泛選擇。例如，可以使用PTFE過濾器、親水PTFE過濾器或纖維素混合酯過濾器。并且，電池的形狀或流路的形狀的靈活度變高，因此燃料電池的小型化和制造工 藝的簡化變?yōu)榭赡堋?實施例3)在實施例3中，描述通過改變陽極氣體擴散層3的在陽極流路下游側(cè)的一部分來 形成實施例1的流率控制部件13的示例性配置。圖5是示出根據(jù)本實施例的燃料電池單元的示例性配置的流率控制部件周圍的 放大示意性截面圖。如上所述，除了改變陽極氣體擴散層3的一部分以外，本實施例的燃料電池單元 的配置與實施例1所示的相同。雖然在實施例1和2中流率控制部件13由與陽極氣體擴散層3分別設(shè)置的部件 形成，但是，本實施例的特征在于，陽極氣體擴散層3的一部分被配置為形成流率控制部件 13。
通過在燃料流路的下游側(cè)使得能高度透過氣體的陽極氣體擴散層3的氣體透過 性較低，能夠獲得上述配置。用于降低陽極氣體擴散層3的氣體透過性的示例性手段包括用于壓縮氣體擴散 層的手段、用于用填充劑等填充氣體擴散層的手段、和用于使用填充手段和壓縮手段兩者 的手段。(實施例4)在實施例4中，描述堆疊多個包含實施例1至3所示的流率控制部件13的燃料電 池單元的燃料電池組的示例性配置。圖6是示出根據(jù)本實施例的燃料電池組的示例性配置的示意性截面圖。在本實施例中，在具有流率控制部件13的燃料電池組16的排出口 15的下游，不 必設(shè)置附加的流率控制部件。為各自的陽極流路11設(shè)置的流率控制部件13能防止來自排出流路12的回流，由 此，排出口 15可例如對大氣開放。從所供給燃料的使用效率和安全性的觀點看，優(yōu)選采用流率控制部件13大大限 制燃料流率的配置。為了使得并入電子設(shè)備中時的位置靈活度較高，可以在排出口的下游設(shè)置燃料稀 釋器或諸如鉬的催化劑，并且，可以設(shè)置用于通過使用諸如燃燒裝置的部件來消耗燃料的 機構(gòu)，所述燃燒裝置用于使包含于排出氣體中的燃料與大氣中的氧逐漸反應(yīng)。(實施例5)在實施例5中，描述如下示例性配置其中，在燃料電池組16的排出口 15的下游， 設(shè)置作為第二流率控制部件的流率調(diào)整機構(gòu)，所述燃料電池組16在其中堆疊有多個包含 實施例1至3所示的流率控制部件13的燃料電池單元。圖7是示出根據(jù)本實施例的燃料電池組的示例性配置的示意性截面圖。在具有流率控制部件13的燃料電池組16的排出口 15的下游，設(shè)置作為第二流率 控制部件的諸如針閥的流率調(diào)整機構(gòu)17。流率調(diào)整機構(gòu)17具有抑制從燃料電池組16排出并且包含雜質(zhì)氣體的燃料氣體的 排出量的功能。流率調(diào)整機構(gòu)17例如被形成為用于控制包含雜質(zhì)氣體的燃料氣體的排出量的控 制閥。根據(jù)通過膜電極組件2并進入陽極流路11的雜質(zhì)氣體的量，確定通過流率調(diào)整機 構(gòu)17的氣體的流率。這種配置使得可以增大供給到燃料電池組16的燃料的使用效率，并且還防止雜 質(zhì)氣體的積累。并且，使用諸如燃料稀釋器和燃燒裝置的上述機構(gòu)，可以在流率調(diào)整機構(gòu)17的下 游設(shè)置用于消耗燃料氣體的機構(gòu)。通過在排出口 15和用于消耗燃料氣體的機構(gòu)之間設(shè)置流率調(diào)整機構(gòu)17，根據(jù)用 于消耗燃料氣體的機構(gòu)的處理能力來控制燃料的流率。根據(jù)上述的本發(fā)明的實施例，通過上述的第一流率控制部件，能在自設(shè)置第一流 率控制部件的部分的燃料流路的上游側(cè)和自設(shè)置第一流率控制部件的部分的燃料流路的下游側(cè)之間產(chǎn)生大的壓力差。這允許從燃料電池的供給流路向包含發(fā)電部分的陽極流路均勻地供給燃料，并 且，能防止包含雜質(zhì)氣體的燃料氣體從排出流路回流。并且，通過將流率控制部件設(shè)置為與陽極氣體擴散層接觸，能防止由于水分的冷 凝所導(dǎo)致的流路的阻塞，所述水分與燃料電池的發(fā)電反應(yīng)相關(guān)聯(lián)地產(chǎn)生并且在陽極流路中 擴散。陽極流路和流率控制部件之間的流路的阻塞阻止了進入陽極流路的雜質(zhì)氣體的 排出，并由此降低燃料電池的性能。將流率控制部件設(shè)置為與陽極氣體擴散層接觸允許在與發(fā)電部分的溫度條件等 價或接近的溫度條件下設(shè)置流率控制部件，并由此能防止冷凝。結(jié)果，能夠穩(wěn)定地驅(qū)動燃料 電池。利用這種配置，即使在死端燃料電池中以及在燃料的流率在燃料電池組的燃料流 路的下游被嚴格限制的系統(tǒng)中，也均勻地給燃料電池和燃料電池組的各自燃料電池單元供 給燃料，并能防止來自下游側(cè)的雜質(zhì)氣體的回流和積累。并且，陽極流路和第一流率控制部件之間的流路不被冷凝所阻塞，并由此能穩(wěn)定 地驅(qū)動燃料電池。并且，燃料電池組可適于如實施例5所述的那樣在排出流路的下游具有作為第二 流率控制部件的諸如針閥的流率調(diào)整機構(gòu)，在所述燃料電池組中，第一流率控制部件被設(shè) 置為與燃料電池單元中的每一個的陽極氣體擴散層接觸。通過在這種配置中用流率調(diào)整機構(gòu)限制流率，能改善燃料的使用效率。并且，流率控制部件被設(shè)置為與燃料電池單元中的每一個的陽極氣體擴散層接觸 的燃料電池組的排出流路的下游可適于不具有附加的流率控制部件。能通過被設(shè)置為與陽 極氣體擴散層接觸的流率控制部件來抑制氣體向燃料電池單元中的每一個的回流，由此， 即使例如燃料電池組的排出口向大氣開放，也能使得對于電池組性能的影響小。以下描述本發(fā)明的例子。(例子1)在例子1中，描述如下燃料電池的示例性配置其中，用作圖1所示的流率控制部 件13的PTFE過濾器被設(shè)置為與陽極氣體擴散層接觸。在本例子中，使用如下制備的膜電極組件。作為聚合物電解質(zhì)膜，使用Nafion (注冊商標)膜(由DuPont制造的NRE-212CS)。作為催化劑層，使用包含鉬枝狀結(jié)構(gòu)的催化劑層，所述鉬枝狀結(jié)構(gòu)通過由鉬氧化 物形成的枝狀結(jié)構(gòu)的適當還原處理而獲得。作為用于形成由鉬氧化物形成的枝狀結(jié)構(gòu)的基材，使用PTFE片(由NITTO DENKO CORPORATION制造的Nitofron (注冊商標))，并且，通過反應(yīng)濺射以2 μ m的厚度在其上形 成作為催化劑前體的鉬氧化物所形成的枝狀結(jié)構(gòu)。這種情況下的攜帶的Pt的量為0. 68mg/cm2。要注意，通過X射線熒光光譜術(shù)檢測攜帶的Pt的量。在總壓力為4Pa、氧流率比 (QO2/ (QAr+Q02))為70%、基板溫度為25°C并且施加的功率為4. 9ff/cm2的條件下，執(zhí)行反應(yīng) 濺射。
在關(guān)于獲得的由鉬氧化物形成的枝狀結(jié)構(gòu)已執(zhí)行適當?shù)氖杷幚碇?，在其上?敷質(zhì)子導(dǎo)電電解質(zhì)。質(zhì)子導(dǎo)電電解質(zhì)為用異丙醇(試劑，由Wako Pure Chemicallndustries, Ltd.制 造)稀釋的 5wt% Nafion (注冊商標)(由 WakoPure Chemical Industries, Ltd.制造)溶 液的5倍稀釋物。在以ΙΟμΙ/cm2的速率涂敷質(zhì)子導(dǎo)電電解質(zhì)之后，溶劑揮發(fā)以形成催化劑層。所獲得的催化劑層被切出，并且，在催化劑層被設(shè)置在聚合物電解質(zhì)膜的兩個表 面上的情況下執(zhí)行熱壓(在4MPa和150°C下進行30分鐘)，以獲得膜電極組件。要注意，聚合物電解質(zhì)膜的有效面積適于為2cm2。使用碳布(由E-TEK Inc.制造，陽極為LT2500-W，陰極為LT1200-W)作為陽極氣 體擴散層和陰極氣體擴散層，并且，使用泡沫金屬(由Sumitomo Electric Industries, Ltd.制造的CELMET #5)作為氧化劑供給層。使用加工過的SUS板作為陽極集電器和陰極集電器。使用其表面上施加用于減小 接觸電阻的其上的金鍍層的加工過的SUS板。圖8是示出根據(jù)本例子的陽極集電器的配置的透視圖。在陽極集電器6中挖掘深度與陽極氣體擴散層3的厚度對應(yīng)的凹部18。陽極流路 11適于填充有陽極氣體擴散層3。在該配置中，陽極氣體擴散層用作陽極流路。當以0. IMPa的壓力(計量器壓力， 以下同樣適用)供給氫時，填充有陽極氣體擴散層3的陽極流路11中的氫的流率為0. 5ml/ sec。作為流率控制部件13，使用多孔PTFE片(由Donaldson Company, Inc.制造的MD5843， 孔尺寸為0. 35 μ m) ο如圖1所示，鄰近陽極氣體擴散層3的下游側(cè)的側(cè)表面設(shè)置作為多孔PTFE片的流 率控制部件13，并且，當以0. IMPa的壓力供給氫時，氫的流率被調(diào)整為0. lml/sec。在這種情況下，在上述的調(diào)整之后，在40°C當兩表面被加濕(90% R. H.)時通過有 效面積為2cm2的聚合物電解質(zhì)膜(NRE-212CS)的N2的流率為2. 3X10"5ml/sec · atm。從以上能夠看出，足以排出進入陽極流路11的雜質(zhì)氣體的流率得到確保。并且，與壓力損失的關(guān)系也被考察。當以350mA/cm2的恒定電流發(fā)電時，由于燃料 的消耗所導(dǎo)致的壓力損失為llkPa。另一方面，由于作為多孔PTFE片的流率控制部件13所導(dǎo)致的壓力損失為21kPa。 確認了由流率控制部件13產(chǎn)生的燃料氣體的壓力差比由發(fā)電導(dǎo)致的壓力損失大。使用上述的部件來制造圖1所示的燃料電池，并且評價燃料電池特性。在25 °C的溫度、50%的相對濕度下，在給陰極供給固定量的空氣流的同時以 0. IMPa的壓力給陽極供給不對其加濕的純氫時，以350mA/cm2的恒定電流進行評價。在圖10中示出本例子的燃料電池特性的評價結(jié)果。將所述結(jié)果與比較例1的結(jié) 果比較如下。(比較例1)在比較例1中，為了與流率控制部件13如例子1中那樣被設(shè)置為與陽極氣體擴散 層3接觸的燃料電池單元比較，制造了流率控制部件13與陽極氣體擴散層3分隔開的燃料 電池單元。
13
更具體而言，在本比較例中，如圖9所示，流率控制部件13被設(shè)置為不與陽極氣體 擴散層3的側(cè)表面接觸，使得在其間存在空間19。在這種情況下，除了流率控制部件13的位置以外，配置與例子1的相同。在與例子1相同的條件下評價燃料電池特性。在圖11中示出本比較例的燃料電池特性的評價結(jié)果。關(guān)于比較例1的燃料電池，如圖11所示，觀察到當陰極流率低時電池的性能不穩(wěn)定。當陰極流率高時，通過燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的水被陰極流動所去除，由此通過膜電 極組件擴散回到陽極室的水的量少。另一方面，當陰極流率低時，保留在陰極側(cè)的所產(chǎn)生的水的量大，由此擴散回到陽 極室的水的量大。當擴散回到陽極室的水的量大時，在陽極氣體擴散層3和流率控制部件13之間的 空間19中出現(xiàn)冷凝，由此燃料流路被阻塞。結(jié)果，雜質(zhì)氣體逐漸積累以降低陽極室中的氫分壓，這可能影響電池的性能。另一方面，在鄰近陽極氣體擴散層3設(shè)置流率控制部件13的例子1中，如圖10中 所示，觀察到電池的性能是穩(wěn)定的。這可能是因為，在例子1中，即使當擴散回到陽極室的水的量大時，由于冷凝導(dǎo)致 的流路阻塞也在陽極氣體擴散層和流率控制部件之間被抑制。結(jié)果，在例子1中，能夠抑制陽極流路中的雜質(zhì)氣體的積累，由此能更加穩(wěn)定地驅(qū) 動燃料電池。(例子2)在例子2中，為了與如例子1中那樣使用PTFE過濾器作為流率控制部件13的燃 料電池單元相比較，描述使用由顆粒和粘合劑形成的多孔體作為流率控制部件13的燃料 電池單元的示例性配置。更具體而言，在本例子中，在圖2中標示為流率控制部件13的位置被填充有如下 面描述的那樣制造的多孔體。在這種情況下，除了流率控制部件13以外，配置與例子1的 相同。作為顆粒，使用使得直徑均勻地為75 μ m的LaNi5粉末，并且，作為粘合劑，使用 PTFE 分散體(由 DAIKIN INDUSTRIES, Ltd.制造的 D-1E)。在對于PTFE分散體進行調(diào)整使得PTFE對LaNi5粉末的重量比為10wt%之后， LaNi5粉末被放入瑪瑙研缽中，并且，在用杵混合的同時向其添加PTFE分散體。在這種情況下，為了容易混合，添加大量的乙醇。執(zhí)行捏和(kneading)以獲得膠 狀(gum-like)物質(zhì)。然后對該物質(zhì)進行空氣干燥以蒸發(fā)乙醇。將獲得的糊劑(paste)擠 到要在電極板的流路中設(shè)置流率控制部件13的位置中。當以0. IMPa的壓力供給氫時，氫的流率約為3. 3X 10_3ml/SeC。除了使用由顆粒和粘合劑形成的多孔體作為流率控制部件13以外，在與例子1相 同的條件下制造燃料電池單元。在25°C的溫度、50%的相對濕度下，在以0. IMPa的壓力給陽極供給不對其加濕的 純氫并且排出口 15對大氣開放時，進行評價。
采用通過自然吸氣而給陰極供給空氣的空氣呼吸(air-breathing)系統(tǒng)，并且， 以350mA/cm2的恒定電流進行測量。在圖12中示出本例子的燃料電池特性的評價結(jié)果。可以看出，由于與例子1的情況類似，流率控制部件13被設(shè)置為與陽極氣體擴散 層3接觸，因此，即使當長時間發(fā)電時，電壓值也是穩(wěn)定的。當通過自然吸氣而供給空氣時， 很可能產(chǎn)生的水保留于陰極側(cè)，并且擴散回到陽極側(cè)的水的量大，但是，可以看出，燃料被 穩(wěn)定地供給而沒有陽極流路的阻塞。并且，即使當排出口 15對大氣開放時，空氣也不回流到陽極流路中從而不利地影 響性能。即使利用由顆粒和粘合劑形成的多孔體，流率也能被控制為希望的量，并且，與例 子1的情況類似，能夠?qū)崿F(xiàn)長時間的驅(qū)動穩(wěn)定性。(例子3)在例子3中，描述堆疊四個例子1的燃料電池的燃料電池組的示例性配置。燃料電池單元中的每一個的配置與例子1中描述的相同。當堆疊四個燃料電池時，通過其中陽極集電器和陰極集電器被一體化的雙極板24 的中介作用，進行燃料電池單元之間的電連接。燃料流路被構(gòu)建為使得并行地從供給流路10向各自燃料電池單元的陽極流路11 提供燃料，并且與排出流路12連接。流率控制部件13被調(diào)整，使得當以0. IMPa的壓力供給氫時氫的流率在電池組中 總體上為0. lml/sec。圖13示出本例子的燃料電池組的配置。排出口 15對大氣開放，并且，與例子1的 情況類似，評價燃料電池組特性。要注意，在所有的圖中，附圖標記20、21、22和23分別表 示電池1、2、3和4。在隨后的圖中同樣適用。在圖16中示出燃料電池組特性的評價結(jié)果。將所述結(jié)果與比較例2的結(jié)果比較 如下。(例子4)在例子4中，描述如下燃料電池組的示例性配置其中，在例子3的燃料電池組中 在燃料流路的下游側(cè)設(shè)置作為流率調(diào)整機構(gòu)17的針閥，所述流率調(diào)整機構(gòu)17作為第二流 率控制部件。圖14是示出根據(jù)本例子的燃料電池組的示例性配置的示意性截面圖。制造與例 子3的電池組類似的電池組，并進一步在排出口 15的下游設(shè)置針閥。進行調(diào)整，使得當以 0. IMPa的壓力供給氫時氫的流率在電池組中總體上為0. 05ml/sec。與例子1的情況類似，評價燃料電池組特性。在圖17中示出燃料電池組特性的評價結(jié)果。將所述結(jié)果與比較例2的結(jié)果比較 如下。(比較例2)雖然在例子4的燃料電池組中設(shè)置了流率控制部件13，但是，在本比較例中，制造 各自的燃料電池單元的陽極流路不具有設(shè)置在其中的流率控制部件13的燃料電池組。圖15示出本比較例的燃料電池組。除了不設(shè)置流率控制部件13以外，燃料電池組的配置與例子4中所示的相同。
設(shè)置作為流率調(diào)整機構(gòu)17的針閥，所述流率調(diào)整機構(gòu)17作為第二流率控制部件， 并且，進行調(diào)整，使得當以0. IMPa的壓力供給氫時氫的流率在電池組中總體上為0. 05ml/ sec0與例子1的情況類似，評價燃料電池組特性。在圖16中示出本比較例的燃料電池組特性的評價結(jié)果。下面，參照示出本比較例的評價結(jié)果的圖16以及示出上述例子3和例子4的評價 結(jié)果的圖17和圖18在其間進行比較。在圖中，各自燃料電池組中的燃料電池單元從頂?shù)降妆环Q為電池1至4。圖16、圖17和圖18示出燃料電池組的各自燃料電池單元的電壓行為。在比較例2的燃料電池組的評價結(jié)果(圖18)中，觀察到特定的燃料電池單元(電 池4)的性能降低。阻抗的測量結(jié)果確認，性能降低的原因不是陰極側(cè)的溢流(flooding)或聚合物 電解質(zhì)膜的變干(dryout)。在連續(xù)驅(qū)動時間達到120分鐘之前，針閥被暫時釋放以清除(purge)陽極流路中 的氣體。關(guān)于電池4和電池1觀察到性能的恢復(fù)。由所述結(jié)果，比較例2的燃料電池組的特定燃料電池單元的性能降低可能是由于 陽極流路中的雜質(zhì)氣體的積累所導(dǎo)致的性能降低。關(guān)于電池2和電池3沒有觀察到性能的劣化，由此，各自燃料電池單元的包含雜質(zhì) 氣體的燃料氣體的一部分可能已回流到特定燃料電池單元(電池4)中并已在其中積累，而 未通過針閥被排出到外面。圖19是示出比較例2的燃料電池組中的燃料流動的示意圖。觀察到作為暫時釋放針閥的結(jié)果的性能恢復(fù)，假定產(chǎn)生如圖19所示的不均勻的 燃料流動。這種不均勻的燃料流動的一個原因是各自堆疊的燃料電池單元的陽極流路之間 的流路阻力的變動。另一方面，在作為在各自燃料電池單元的陽極流路中具有流率控制部件13的燃 料電池組的例子3和例子4中，如圖16和圖17所示，沒有觀察到由于陽極流路中的雜質(zhì)氣 體的積累所導(dǎo)致的性能降低。這可能是因為，流率控制部件13被設(shè)置，燃料被均勻地供給到燃料電池組的各自 燃料電池單元，并且，來自排出流路12的包含雜質(zhì)氣體的燃料氣體和大氣的回流被抑制。圖20是示出例子4的燃料電池組中的燃料流動的示意圖。例子3和例子4中的流率控制部件13適于能夠產(chǎn)生非常大的壓力差，并由此能夠 給流率控制部件的上游的各自燃料電池單元均勻地供給燃料。同時，能夠抑制來自排出流路12的回流，并且，能夠防止燃料電池組中的特定燃 料電池單元的性能被降低或不穩(wěn)定。并且，流率控制部件13被設(shè)置為與陽極氣體擴散層3接觸，并由此能夠抑制冷凝 水對于性能的不利影響。雖然已參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性 實施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋，以包含所有這樣的修改以及等同的 結(jié)構(gòu)和功能。本申請要求在2008年1月28日提交的日本專利申請No. 2008-016455的權(quán)益，在此通過引用而并入其全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種燃料電池單元，包括引入燃料氣體側(cè)的陽極氣體擴散層和陽極流路；具有燃料氣體的供給口的供給流路，所述供給流路被連接在所述陽極流路的向其引入燃料氣體的上游；具有燃料氣體的排出口的排出流路，所述排出流路被連接在所述陽極流路的向其引入燃料氣體的下游，所述供給流路、所述陽極流路和所述排出流路形成燃料流路；以及在所述燃料流路中在所述排出流路側(cè)被設(shè)置以與所述陽極氣體擴散層接觸的第一流率控制部件，其中，通過所述第一流率控制部件，在自設(shè)置所述第一流率控制部件的部分起的所述燃料流路的上游側(cè)和自設(shè)置所述第一流率控制部件的所述部分起的所述燃料流路的下游側(cè)之間產(chǎn)生壓力差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池單元，其中，由所述第一流率控制部件控制的流率大于 進入所述陽極流路的包含氮的雜質(zhì)氣體的進入流率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池單元，其中，在不發(fā)電時，由所述第一流率控制部件產(chǎn)生 的燃料氣體的壓力差大于所述陽極流路中的由發(fā)電導(dǎo)致的壓力損失。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池單元，其中，所述第一流率控制部件由所述陽極氣體擴 散層的一部分形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池單元，其中，所述第一流率控制部件包含多孔體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池單元，其中，所述陽極流路填充有所述陽極氣體擴散層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池單元，還包括被設(shè)置在所述排出口的下游、用于抑制從 所述排出口排出的燃料氣體的排出量的第二流率控制部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池單元，還包括被設(shè)置在所述排出口的下游、用于消耗從 所述排出口排出的燃料氣體的燃料氣體消耗機構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的燃料電池單元，還包括被設(shè)置在所述排出口和所述燃料氣體消耗 機構(gòu)之間、用于抑制從所述排出口排出的燃料氣體的排出量的第二流率控制部件。
10.一種燃料電池組，包括相互堆疊的多個根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池單元；具有燃料氣體的供給口的供給流路，所述供給流路被連接在所述燃料電池單元中的每 一個的陽極流路的向其引入燃料氣體的上游；以及具有燃料氣體的排出口的排出流路，所述排出流路被連接在所述燃料電池單元中的每 一個的所述陽極流路的向其引入燃料氣體的下游，所述供給流路、所述陽極流路和所述排 出流路形成燃料流路。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的燃料電池組，還包括被設(shè)置在所述排出口的下游、用于抑制從 所述排出口排出的燃料氣體的排出量的第二流率控制部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的燃料電池組，還包括被設(shè)置在所述排出口的下游、用于消耗從 所述排出口排出的燃料氣體的燃料氣體消耗機構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的燃料電池組，還包括被設(shè)置在所述排出口和所述燃料氣體消耗 機構(gòu)之間、用于抑制從所述排出口排出的燃料氣體的排出量的第二流率控制部件。
全文摘要
提供一種燃料電池單元和燃料電池組，所述燃料電池單元和燃料電池組包括在陽極流路中在排出流路側(cè)被設(shè)置以與陽極氣體擴散層接觸的流率控制部件，其中，所述流率控制部件在自設(shè)置所述流率控制部件的部分的燃料流路的上游側(cè)和自設(shè)置所述流率控制部件的所述部分的燃料流路的下游側(cè)之間產(chǎn)生壓力差。所述燃料電池單元和燃料電池組能夠均勻地供給燃料，并能夠防止包含雜質(zhì)氣體的燃料從下游側(cè)回流。
文檔編號H01M8/04GK101926035SQ20098010298
公開日2010年12月22日 申請日期2009年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者孝治慎之助, 茂木聰史 申請人:佳能株式會社