CN101379649B

CN101379649B - 燃料电池

Info

Publication number: CN101379649B
Application number: CN2007800040280A
Authority: CN
Inventors: 久米英明
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: DE112007000282T5; CA2641896A1; WO2007088466A2; WO2007088466A3; CN101379649A; US20090023047A1; JP2007207586A

Abstract

一种燃料电池，至少在正常发电时燃料电池不将供给至其阳极(22)的燃料气体排出到外部，包括堆叠在阳极(22)上的由导电性的多孔材料制的、并有用于将燃料气体供给至阳极(22)的燃料气体流动通道的气体扩散层(15)，绕燃料气体流动通道体(15)布置的密封件(16)，用于防止燃料气体泄漏到单体电池(10)的外部；用于供给燃料气体的气体供给部分(52)；和第一燃料气体供给流动通道，第一燃料气体供给流动通道由燃料气体流动通道体(15)的外周的至少一部分与密封件(16)之间的间隙形成，从气体供给部分(52)供给的燃料气体通过第一燃料气体供给流动通道供给至气体扩散层(15)。

Description

燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池，更具体地涉及至少在正常发电时不把供给到燃料电池的阳极的燃料气体排到外面的燃料电池。

背景技术

近年来，通过氢和氧之间的电化学反应发电的燃料电池正吸引注意作为能源。在日本专利申请公开No.JP-A-10-121284中公开的燃料电池有电解质薄膜、设在电解质薄膜上的阳极和设在阳极上的气体扩散层。气体扩散层例如由导电的多孔金属制成，以形成燃料气体流动通道，通过燃料气体流动通道，从预定的歧管供给的含氢的燃料气体供到阳极并从阳极排出，以保证气体扩散能力或集电性。歧管下面也称为“燃料气体供给歧管”。另外，燃料电料相对设有阳极的一侧有在电解质薄膜的侧面的阴极。

已公开了至少在正常发电时不把供给到阳极的燃料气体排到外面的燃料电池，也就是一个阳极闭端工作燃料电池(例如见日本专利申请公开No.JP-A-312167)。在这种阳极闭端工作燃料电池中，当燃料气体从燃料气体供给歧管供到气体扩散层，燃料从气体扩散层的特定位置供给，使得燃料气体可散布到整个气体扩散层。这样，把燃料气体供到气体扩散层的位置下面称为“气体供给位置”。

在燃料电池中，在发电时，通过燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应产生水。所产生的水可通过电解质薄膜漏到阳极侧。另外，当空气用作氧化剂气体时，氮气等会从阴极侧漏泄到阳极侧。对于阳极，产生的水、氮气等阻止发电的杂质。

在阳极闭端工作燃料电池中，燃料气体从气体供给位置供给到气体扩散层的每一部分，如上所述。这时，燃料气体从气体供给位置沿径向喷进气体扩散层，而如产生的水和氮气等的杂质通过燃料气体的流动被从气体供给位置传送到气体扩散层的各部分。这样，由于燃料气体的气体供给位置与远离气体扩散层中的气体供给位置的部分之间长距离流动(下面也称为“长距离流动通道”)，消耗了大量燃料气体。因此，大量的燃料气体从气体供给位置新鲜地供给到长距离流动通道。因此燃料气体迅速地从气体供给位置供给到长距离流动通道。由于新供给到长距离流动通道的燃料气体的流速较高，传送到远离气体供给位置的、气体扩散层的部分的杂质不会抵抗燃料气体流分散开，并且限制在这些部分。随后，减少了燃料气体供到气体扩散层的部分，减小了在这些部分的发电，导致整个燃料电池的发电性能的降级。

发明内容

本发明提供了在阳极闭端工作燃料电池的燃料气体流动通道中的杂质的积累及防止燃料电池发电性能的降级。

本发明的第一方面提供了一种燃料电池，至少在正常发电时所述燃料电池不将供给至其阳极的燃料气体排出到外部，其特征在于所述燃料电池包括：堆叠在所述阳极上的燃料气体流动通道体，用于将燃料气体供给至所述阳极；绕所述燃料气体流动通道体布置的密封件，用于防止所述燃料气体泄漏到单体电池的外部；用于供给所述燃料气体的气体供给部分；和第一燃料气体供给流动通道，所述第一燃料气体供给流动通道通过所述燃料气体流动通道体的外周的至少一部分与所述密封件之间的间隙限定，从所述气体供给部分供给的燃料气体通过所述第一燃料气体供给流动通道供给至所述燃料气体流动通道体。

按照上面构造的燃料电池，气体供给部分供给的燃料气体沿第一燃料气体供给流动通道流动，并从第一燃料气体供给流动通道流到燃料气体流动通道体。因此，燃料气体流动通道体中的燃料气体流动通道的长度可更短。因此，在燃料气体流动通道体中，可降低燃料气体的流速以防止大量的杂质积累在特定位置。结果，可防止在这些位置阻止发电及防止整个燃料电池的发电性能的降级。

在上面的燃料电池中，所述燃料气体流动通道体可以是由导电性多孔材料制成的气体扩散层。

在上面的燃料电池中，所述燃料气体流动通道体分为多个部件。这样，所述燃料电池可以有第二燃料气体供给流动通道，所述第二燃料气体供给流动通道由所述燃料气体流动通道体的相邻部件之间的一个间隙形成，并且与所述第一燃料气体供给流动通道连通，从第一气体供给流动通道供给的燃料气体通过所述第二燃料气体供给流动通道供给至气体扩散层。

在该结构中，从气体供给部分供给的燃料气体沿第一燃料气体供给流动通道和第二燃料气体供给流动通道流动，并从第一燃料气体供给流动通道和第二燃料气体供给流动通道流入气体扩散层。因此，在气体扩散层中的燃料气体流动通道的长度可以更短。

上面的燃料电池还可包括：分离器，所述分离器由第一板、第二板和中间板构成、所述第一板布置在所述燃料气体流动通道体外部，与所述燃料气体流动通道体相对并且与其接触，所述中间板插置在所述第一板和第二板之间，所述分离器具有燃料气体供给歧管，所述燃料气体供给歧管在所述板的厚度方向上延伸通过所述第一板和第二板及中间板，所述燃料气体流动通过所述燃料气体供给歧管。所述第一板具有通过口，所述通过口形成在与所述第一燃料气体供给流动通道相对应的位置处，并且在厚度方向上延伸通过所述第一燃料气体供给流动通道。所述中间板具有第三燃料气体供给流动通道，所述第三燃料气体供给通道具有与所述燃料气体供给歧管连通的第一端和与所述通过口连通的第二端，并且位于所述第一板和第二板之间，以形成流动通道，所述燃料气体通过所述流动通道从所述燃料气体供给歧管供给至所述通过口。所述通过口可用作所述燃料气体供给部分以将所述燃料气体沿大致垂直于所述燃料气体流动通道体的方向供给至所述第一燃料气体供给通道。

在该结构中，分离器的第一板的通过口用作把燃料气供给至第一燃料气体供给流动通道的气体供给部分。

附图说明

通过下面参照附图对优选实施例的说明可明白本发明的上述的和其它的目的、特点和优点，附图中类似的附图标记代表类似的元件，附图中：

图1是示出按照本发明第一实施例的燃料电池100的外轮廓的说明图；

图2A和2B是示出构成作为第一实施例的燃料电池100的模块200的总轮廓的说明图；

图3是示出阳极侧板32的结构的说明图；

图4是示出阴极侧板31的结构的说明图；

图5是示出中间板33的结构的说明图；

图6是示出密封件16和第二气体扩散层15的总的横剖面结构的顶视图；

图7是示出作为本发明第二实施例的燃料电池100a的密封件16和第二气体扩散层15a的总的横剖面结构的顶视图；

图8是示出作为本发明第三实施例的燃料电池100b的密封件16和第二气体扩散层15b的总的横剖面结构的顶视图；

图9是示出作为本发明的第四实施例的燃料电池100c的密封件16和第二扩散层15c的总的横剖面结构的顶视图；

图10是示出作为本发明的第五实施例的燃料电池100d的密封件16和第二扩散层15d的总的横剖面结构的顶视图；

图11是示出作为本发明的第三实施例的燃料电池100e的密封件16和第二扩散层15e的总的横剖面结构的顶视图；

具体实施方式

下面基于特定的实例说明本发明的实施例。

A.第一实施例：

A1.燃料电池100的结构：

图1是示出按照本发明的第一实施例的燃料电池100的外结构的说明图。本实施例的燃料电池100是一个聚合物电解质燃料电池，该燃料电池有小的尺寸及优良的发电效率。燃料电池100有多个模块200、两个端板300、多个张紧板310、多个绝缘器330和多个端子340。模块200支承在两个端板300之间，绝缘体330和端子插在中间。也就是说，燃料电池100有一个堆叠结构，其中多个模块200相互堆叠起来。另外，在燃料电池100中，张紧板310由螺栓320固定到端板300，因此模块200可被预定的力沿堆叠方向固紧。

燃料电池100被供以用于电化学反应的反应气体(燃料气体和氧化剂气体)及用于冷却燃料电池100的冷却介质(如水、如乙二醇之类的抗冻液和空气)。作为燃料气体的氢从储存高压氢的氢罐400通过管子415供到燃料电池100的阳极。代替从氢罐400供应，氢可通过使用乙醇、烃或类似物作反应剂的重整反应产生。管子415设有一个关闭阀410和控制氢的供应的一个压力控制阀(未示出)。燃料电池100还有与燃料气体排出歧管(下面要说明)连接的管子417，通过燃料排出歧管，杂质(生成水、氮气等)与燃料气体一起从阳极排到燃料电池100的外面。管子417设有关闭阀430。当燃料电池100由控制电路500(下面要说明)控制发电时，关闭阀430通常控制成保持关闭，使得在正常发电时，燃料气体等不能通过管子417排出。如上面所述，燃料电池是称为阳极闭端工作燃料电池，该燃料电池至少在正常发电时不把燃料气体排到外面。在发电时有对关闭阀430是打开的以除去积累在阳极侧(第二气体扩散层，下面要说明的)上的杂质。这是不包括在“在正常发电时”内。

作为氧化剂气体的空气从空气泵440通过管子444供到燃料电池100的阴极。从燃料电池100的阴极排出的空气通过管子446排到大气中。作为冷却介质，可用水如乙二醇之类的防冻液、空气或类似的。从燃料电池100排出的冷却介质通过管子455排到散热器450并在燃料电池100有再循环。管子455设有用于循环的环流泵460。

控制电路500构成主要包括一个微型电子计算机的逻辑电路。更具体地，控制电路500有用于按照预设定的控制程序实施预定操作等的CPU(未示出)，用于事先储存对于在CPU中的各种处理操作需要的控制程序、控制数据等的ROM；用于暂时储存在CPU中需要的各种数据的RAM(未示出)；用于输入和输出各种信号等以及在燃料电池100发电时对关闭阀410、关闭阀430、空气泵440、环流泵460等进行各种控制的输入-输出口(未示出)。特别，在本实施例的燃料电池100中，控制电路500在发电时执行控制保持关闭阀430关闭。另外，在不发电时，控制电路500可按需要执行打开关闭阀430的控制以便排出积累在阳极侧(第二气体扩散层15，下面要说明的)的杂质及燃料气体。

图2是示出构成作为第一实施例的燃料电池100的模块200的总的结构的说明图。图2A示出沿图3-6的I-I线剖切的、燃料电池100(模块200)的模剖面结构。图2B示出沿图3-6的II-II线剖切的、燃料电池100(模块200)的横剖面结构。模块200由交替地堆叠分离器30和单体电池10形成，如图2所示。下面，其中分离器30和单体电池10堆叠的方向称为“堆叠方向”，而与单体电池10的表面平行的方向称为“表面方向”。

A2.分离器30的结构：

首先说明本实施例的燃料电池100中用的分离器30。分离器30是称为有沿堆叠方向看有同样的外形的三部分板的三层分离器。如图2所示，分离器30有与第二气体扩散层14接触的阴极侧板31、与第二气体扩散层15接触的阳极侧板32、和插入阴极侧板31和阳极侧板32之间的中间板33。由例如钛之类的金属的导电材料制的薄板件的三部分板堆叠起来，如图2所示，并由例如扩散焊接连接在一起。三部分板都有没有凹凸不平的平表面及在预定位置有预定形状的孔。

图3是示出阳极侧板32的结构的说明图。图4是示出阴极侧板31的结构的说明图。图5是示出中间板33的结构的说明图。阳极侧板(图3)和阴极侧板31(图4)各有在同样位置的六个孔。当薄板件堆叠形成模块200时，六个孔分别相线重叠以限定在燃料电池中沿与堆叠方向平行的方向引导流体的歧管。

孔42限定了用于把供到燃料电池100的燃料气体分配到各单体电池10的燃料气体供给歧管(图中标为“H₂进”)，而孔43限定了燃料气体排出歧管(图中标为“H₂出”)。如前面讨论的，燃料电池100是阳极闭端工作燃料电池。在发电时，关闭阀430保持关闭，燃料气体等不能从孔43形成的燃料排出歧管排出。当不发电打开关闭阀430时，各单体电池10排出杂质以及燃料气体，并通过由孔43形成的燃料气体排出歧管导引外面。

孔40限定把供到燃料电池100的氧化剂气体分配到各单体电池10的氧化剂气体供给歧管(图中标为“O₂进”，而孔41限定把从各单体电池10排出并收集在一起的废氧化剂气体导到外面的、氧化剂气体排出歧管(图中标为“O₂出”)。

孔44限定把供给到燃料电池100的冷却介质分配到各分离器30的冷却介质供给歧管(图中标为“水进”)，而孔45限定把从各分离器30排出并收集在一起的冷却介质导到外面的冷却介质排出歧管(图中标为“水出”)。中间板33(图7)有上述孔中的孔40、41、42和43，并在与孔44和45相应的位置有多个冷却介质孔58(下面要说明)。

如图3所示，阳极侧板32有在孔42附近的连通孔52作为沿孔42布置的多个孔，和多个沿孔43布置的、在孔43附近的连通孔53。如图4所示，阴极侧板31有在孔40的连通孔50，作为沿孔40布置的多个孔，和多个沿孔41布置的、在钻41附近的连通孔51。如图5所示，中间板33的孔42和43的形状与其它板的孔42和43的形状不同，并且孔42和43分别有连通部分56和57，作为从其延伸的多个延伸部分。连通部分56和57分别设在与连通孔52和53相应的位置，使得连通部分56和57分别与连通孔52和53重叠，以在中间板堆叠在阳极侧板32上时使燃料气体供应歧管与连通孔52连通，和燃料气体排出歧管与连通孔53连通。中间板33的孔40和41也有多个分别与连通孔50和51相应的连通部分54和55。

A3.单体电池的结构：

如图2所示，单体电池10有一个薄膜电极组件(MEA)、设在MEA外面的第二气体扩散层14和15及一个密封件16。MEA有一个电解质薄膜20、作为设在电解质薄膜20的表面的催化剂电极的一个阳极22和一个阴极24，把电解薄膜20夹在中间，还有设在催化剂电极外面的第一气体扩散层26和28。

电解薄膜20是由含例如全氟代烷基磺酸的氟树脂的聚合物树脂制的有质子导电性的离子交换薄膜，并在湿状态有极好的导电性。阳极22和阴极20具有促进电化学反应的催化剂，如铂或铂合金和其它金属。第一气体扩散层26和28是由例如碳制造的多孔的元件。

第二气体扩散层14和15由例如钛的泡沫金属或金属网的多孔金属材料制成。第二气体扩散层14和15设置成充填MEA和邻近的分离器30之间的整个空间，由里面的多个小腔形成的空间起到单体电池间气体流动通道的作用，用于电化学反应的气体(反应气体，也就是燃料气体或氧化剂气体)通过这些气体流动通道流动。在这种情形下，形成在第二气体扩散层15内的单体电池间气体流动通道也称为“燃料气体流动通道”，而形成在第二气体扩散层14内的单体电池间气体流动通道称为“氧化剂气体流动通道”。

燃料气体流动通道体可由波状流动通道或膨胀金属制成，而不是由多孔金属材料制成。

密封件16设在相邻的分离器30之间，并绕着MEA和第二气体扩散层14和15。密封件16由如硅橡胶、丁基橡胶或氟橡胶之类的绝缘橡胶材料制造，并设在与MEA成整体。通过把MEA放在模腔中并把上述树脂材料注射成型到模具中而形成密封件16。随后，树脂材料浸渍入多孔材料的第一气体扩散层并把MEA和密封件16紧密连接在一起形成在MEA两侧上的气密封。密封件16也起到支承有催化剂电极的电解质薄膜20的支承件的作用。

图6是示出密封件16和第二气体扩散层15的总的横剖面结构的顶视图。图6示出沿图2A和2B的线III-III剖切的单体电池10的横剖面结构。如图6所示，密封件16是有总的为矩形的薄板形件，并有设在穿过其外周边的六个孔和设在其中心的一个总的为矩形的孔，在孔中装MEA和第二气体扩散层14和15。虽然在图6的顶视图中未示出，但密封件16有预定的凸部和凹部，实际如图2A和2B所示，绕着上面的六个孔和总的为矩形的孔的凸部与燃料电池100中的相邻的分离器30接触。密封件16和分离器30相互接触的位置(图2A和2B中点划线所示)在图6的顶视图中示作密封线SL，由于密封件由弹性树脂材料制成，沿平行于堆叠方向的压力加到燃料电池100上形成沿密封线SL的气密密封。

A4.燃料气体的流：

这里，沿着密封件16的内边缘的线称作“密封件内边缘线Q”，而沿第二气体扩散层15的外周的线称为“气体扩散层外周线R”，如图6所示。在本实施例的燃料电池100中，一个间隙U设在气体扩散层外周线R和密封件内边缘线Q之间。当单体电池10和分离器30堆叠时，上述的阳极侧板32的连通孔52面对着间隙U(见图6)。这样，面向连通孔52的间隙U的部分的宽度等于连通孔52的直径。如此，来自连通孔52的燃料气体首先流入间隙U。

在燃料电池100(模块200)中，流过由板的孔42形成的燃料气体供给歧管的燃料气体沿堆叠方向通过由中间板33的连通孔56和阴极板32的连通孔52之间的空间流动进入间隙U。流进间隙U的燃料气体沿气体扩散层外周线R流入间隙U，随后从气体扩散层外周线R流入第二气体扩散层15，如图6所示。因此，在第二气体扩散层15内的燃料气体流动通道可以是短的，因为燃料气体流动通道不需要延伸穿过第二气体扩散层。因此，在第二气体扩散层15中，燃料气体的流速可降低以防止大量杂质积累在特定的位置。结果，可防止在这些位置阻止发电和防止整个燃料电池100的发电性能降低。

在第二气体扩散层15的燃料气体流动通道中，燃料气体沿表面方向流动，并沿堆叠方向扩散。随后，燃料气体通过第一气体扩散层26达到阳极22，并用在电化学反应中。当燃料电池100不发电而关闭阀430由控制电路500打开时，在第二气体扩散层15中的燃料气体与杂质一起排出，通过阳极侧板32的连通孔53和中间板33的连通孔57形成的空间排入由孔43形成的燃料气体排出歧管。

在燃料电池100(模块200)中，流过由板的孔40形成的氧化剂气体供给歧管的化剂气体通过由中间板33的连通孔54和阴极侧板31的连通孔50形成的空间该入第二气体扩散层14中的氧化剂气体流动通道，沿表面方向流，并进一步沿堆叠方向扩散。来自第二气体扩散层14的、沿堆叠方向扩散的氧化剂气体通过第一气体扩散层28达到阴极24，并有在电化学反应中。参加电化学反应并如上所述地穿过氧化剂气体流动通道的氧化剂气体从第二气体扩散导14通过阴极侧板31的连通孔51流入由孔41形成的氧化剂气体排出歧管和由中间板33的连通部分55形成的空间。

中间板33有多个相互平行的、细长的冷却介质孔58。当且极侧板31和阳极侧板32堆叠在中间板33上，冷却介质孔58的两端与孔44和45重叠形成单体电池间冷却介质流动通道，流却介质通过该通道流入分离器30。也就是说，在燃料电池100中，流过由孔44形成的冷却介质供给歧管的冷却介质分配到由冷却介质孔58形成的单体电池间冷却介质流动通道，从单体电池间冷却介质流动通道排出的冷却介质排入到由孔45形成的冷却介质排出歧管。

第二气体扩散层15可看作是燃料气体流动通道体。连通孔52可看作是通过口和气体供给部分。间隙U可看作是第一燃料气体供给流动通道。阳极侧板32和阴极侧板31分别可看作是第一板和第二板。连通部分56可看作是第三燃料气体供给流动通道。

B.第二实施例：

图7是示出作本发明第二实施例的燃料电池100a的密封件16和第二气体扩散层15a的总的横剖面结构的顶视图。第二实施例与图6所示的第一实施例的不同在于第二实施例的燃料电池100a中的第二气体扩散层15a沿第二气体扩散层15a的纵向(图7中y方向)分成两部分，和间隙Va设在两部分之间，如图7所示。这样，已通过阳极侧板32的连通孔流入间隙U的燃料气体沿气体扩散层外周线R流入间隙U，并且也从分叉点W流入间隙Va。因此，燃料气体从气体扩散层外周线R和间隙Va流入第二气体扩散层15a。在该结构中，第二气体扩散层15a中的燃料气体流动通道可以比第一实施例中的更短。因此，在第二气体扩散层15a中，可降低燃料气体的流速防止大量的杂质积累在特定的位置。因此，可防止在特定位置阻止发电及防止整个燃料电池100a的发电性能降级。虽然在上述实施例中，第二气体扩散层15a沿纵向分成两部分，但本发明不限于此。第二气体扩散层15a可沿纵向分成三部分或更多部分，并且间隙Va可设成部分之间。采用这样的结构，可达到与上面同样的效果。

在间隙U中，燃料气体的流动在接近燃料气体流入间隙U通过的连通孔52的部分更强。另外，由于在间隙U中的燃料气体流动更强，燃料气体可更容易地渗入第二气体扩散层15a。因此，流入间隙U的燃料气体在接近连通孔52的部分可更容易渗入第二气体扩散层15a。在该实施例中燃料电池100a的第二气体扩散层15a分成两部分，并且间隙Va设成使得第二气体扩散层15a的部分中的、更靠近燃料气体流进第二气体扩散层15a的连通孔52的、第二气体扩散层15a的部分有比远离连通孔52的、第二气体扩散层15a的部分有更大的面积，如图7所示。在这一结构中，燃料气体可更容易地深入地渗入第二气体扩散层15a中远离连通孔52的、第二气体扩散层15a的部分。

C.第三实施例：

图8示出作为本发明第三实施例的燃料电池100b的密封件16和第二气体扩散层15b的总的横剖面结构的顶视图。第三实施例与图6所示的第一实施例的不同在于第三实施例的燃料电池100b中的第二气体扩散层15b沿与纵向(y方向)垂直的Z方向分成四部分，并且间隙Vb设在四部分的部分之间，如图8所示。

这样，已通过阳极侧板32的连通孔52流入间隙U的燃料气体沿气体扩散层的外周线R流入间隙U，并且也从分叉点Wb流入间隙Vb。因此，燃料气体从气体扩散层外周线R和间隙Vb流入第二气体扩散层15b。在该结构中，在第二气体扩散层15b中的燃料气体流动通道可比第一实施例的更短。因此，在第二气体扩散层15b中，可降低燃料气体的流速防止大量杂质积累在特定位置。结果，可防止在特定位置阻止发电及防止整个燃料电池100b的发电性能降级。

虽然在上述实施例中，第二气体扩散层15b沿Z方向分成四部分，但是本发明不限于此。第二气体扩散层15b可沿Z方向分成不同于四部分数目的多部分，并且间隙Vb设在部分之间。采用这种结构，可达到上面的同样的效果。

D.第四实施例：

图9是示出作为本发明的第四实施例的燃料电池100c的密封件16和第二气体扩散层15c的总的横剖面结构的顶视图。第四实施例与图6所示的第一实施例的不同在于第四实施例的燃料电池100c中的第二气体扩散层15c沿纵向(y方向)分成两部分和间隙Vc设在两部分之间，并且在第二气体扩散层15c的部分中，远离流过燃料气体到第二气体扩散层15c的连通孔52的、第二气体扩散层15c的部分被分成三部分，并且间隙Vc′设在部分的中间，如图9所示。

这样，通过阳极侧板32的连通孔52流入间隙U的燃料气体沿气体扩散层的外周线R流入间隙U，并且也从分叉点Wc1流入间隙Vc，以及从间隙Vc经分叉点Wc2流入间隙Vc′。因此，燃料气体从气体扩散层外周线R、间隙Vc和间隙Vc′流入第二气体扩散层15c。在该结构中，气体扩散层15c中的燃料气体流动通道比第一实施例的更短。因此，在第二气体扩散层15c中，可降低燃料气体的流速防止大量杂质积累在特定位置。结果，可防止在特定位置阻止发电及防止整个燃料电池100c的发电性能降级。

这样，通过阳极侧板32的连通孔52流入间隙U的燃料气体沉气体扩散层的外周线R流入间隙U，并且也从分叉点Wc1流入间隙Vc，和从间隙Vc通过分叉点Wc2流入间隙Vc′。因此，燃料气体从气体扩散层外周线R、间隙Vc和间隙Vc′流入第二气体扩散层15c。在该结构中，在第二气体扩散层15c中的燃料气体流动通道可比第一实施例的更短。因此，在第二气体扩散层15c中，可降低燃料气体的流速防止大量杂质积累在特定位置。结果，可防止在特定位置阻止发电及防止整个燃料电池100c的发电性能降级。

虽然在上述实例中，第二气体扩散层15c沿纵向分成多部分，但是本发明不限于此。第二气体扩散层可沿纵向分成多部分，并且间隙Vc设在部分中间。另外，至少第二气体扩散层15c的部分中的一部分可沿垂直于纵向的Z方向分成多部分，并且间隙Vc′可设在部分之间。采用这种结构，可达到上面的同样的效果。

E.第五实施例：

图10是示出本发明的第五实施例的燃料电池100d的密封件16和第二气体扩散层15d的总的横剖面结构的顶视图。第五实施例与图6所示的第一实施例的不同在于第五实施例的燃料电池100d中的第二气体扩散层15d沿垂直于纵向的Z方向分成两部分，和间隙Vd设在两部分之间，并且在第二气体扩散层15d的部分中，远离流过燃料气体到第二气体扩散层15d的连通孔52的、第二气体扩散层15d的部分分成两部分，如图10所示。

这样，通过阳极侧板32的连通孔52流入间隙U的燃料气体沿气体扩散层的外周线R流入间隙U，并且也从分叉点Wd1流入间隙Vd，以及从分叉点Wd2流入间隙Vd′。在该结构中，气体扩散层15d中的燃料气体流动通道可比第一实施例的更短。因此，在第二气体扩散层15d中，可降低燃料气体的流速防止大量杂质积累在特定位置。结果，可防止在特定位置阻止发电及防止整个燃料电池100d的发电性能降级。

这样，通过阳极侧板32的连通孔52流入间隙U的燃料气体沿气体扩散层的外周线R流入间隙V，并且也从分叉点Wd₁流入间隙Vd，和从分叉点Wd₂流入间隙Vd′。因此，燃料气体从气体扩散层外周线R、间隙Vd和间隙Vd′流入第二气体扩散层15d。在该结构中，在第二气体扩散层15d中的燃料气体流动通道可比第一实施例的更短。因此，在第二气体扩散层15d中，可降低燃料气体的流速防止大量杂质积累在特定位置。结果，可防止在特定位置阻止发电及防止整个燃料电池100d的发电性能降级。

虽然在上述实例中，第二气体扩散层15d沿垂直于纵向的Z方向分成两部分，但是本发明不限于此。第二气体扩散层15d可沿垂直于纵向的Z方向分成多部分，并且间隙Vd设在部分中间。另外，至少第二气体扩散层15a的部分中的一部分可沿纵向分成多部分，并且间隙Vd′可设在部分中间。采用这种结构，可达到上面的同样的效果。

F.第六实施例：

图11是作为本发明的第六实施例的燃料电池100e的密封件16和第二气体扩散层15e的总的横剖面结构的顶视图。第六实施例与图6所示的第一实施例的不同在于在第六实施例中，间隙U仅设在与气体扩散层外周线R的部分相应的部分，并且第六实施例的燃料电池100e的第二气体扩散层15e沿纵向分成两部分，与间隙U连通的间隙Ve设在部分之间，如图11所示。

在该实施例中，已通过阳极侧板32的连通孔52流入间隙U的燃料气体沿气体扩散层的外周线R流入间隙U，并且也流入间隙Ve。因此，燃料气体从气体扩散层的外周线R和间隙Ve流入第二气体扩散层15e。在该结构中，由于燃料气体从间隙Ve流入第二气体扩散层在第二气体扩散层15e中的气体流动通道可比第一实施例的燃料电池100中的更短。因此，在第二气体扩散层15e中，可降低燃料气体的流速防止大量杂质积累在特定位置。结果，可防止在特定位置阻止发电及防止整个燃料电池100e的发电性能降级。

间隙Va、Vb、Vc、Vc′、Vd、Vd′和Ve各可看作是第二燃料气体供给流动通道。

G.修改：

本发明不局限于上述实施例，在不背离本发明的范围下可作为多种修改。

G1：修改1：

虽然在上述实施例的燃料电池中，在发电时关闭阀保持关闭，并且在发电时，燃料气体不排出到燃料电池100的外面，但是本发明不限于此。例如，孔43(也就是燃料排出歧管)可以不设在上述的燃料电池中。这样，作为氧化剂的高浓度氧可以供到阴极24以解决氮气等从阴极侧漏泄到阳极侧的问题。

G2：修改2：

虽然在第一至第五实施例的每个中，间隙U设在框架形绕着燃料电池中的气体扩散层外周线R，本发明不限于此。在燃料电池中，间隙U可设在与阳极侧板32的连通孔52相应的部分并沿着气体扩散层外周线R的一部分。

本发明可以以不同于上述实施例的多种形式实施。例如，本发明可以以包括本发明的燃料电池的燃料电池系统的形式实施。另外，本发明不局限于如上所述的一个装置发明，而可以以一个方法发明，如制造燃料电池的方法的形式来实施。

Claims

1.一种燃料电池，至少在正常发电时所述燃料电池不将供给至其阳极(22)的燃料气体排出到外部，所述燃料电池包括：

堆叠在所述阳极(22)上的燃料气体流动通道体(15)，用于将燃料气体供给至所述阳极(22)；

分离器(30)，所述分离器(30)具有第一板(32)，所述第一板(32)布置在所述燃料气体流动通道体(15)外部，与所述燃料气体流动通道体(15)相对并且与所述燃料气体流动通道体(15)接触，并且所述分离器(30)具有没有凹凸不平的平表面；

绕所述燃料气体流动通道体(15)布置的密封件(16)，用于防止所述燃料气体泄漏到单体电池(10)的外部；

用于供给所述燃料气体的气体供给部分(52)；和

第一燃料气体供给流动通道(U)，所述第一燃料气体供给流动通道(U)通过所述燃料气体流动通道体(15)的外周(R)的至少一部分与沿着所述密封件(16)的内边缘布置的密封件内边缘线(Q)之间的间隙限定，从所述气体供给部分(52)供给的燃料气体通过所述第一燃料气体供给流动通道(U)供给至所述燃料气体流动通道体(15)，

其中所述气体供给部分(52)连接至所述第一燃料气体供给流动通道(U)。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中所述燃料气体流动通道体(15)是由传导性多孔材料制成的气体扩散层。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中所述燃料气体流动通道体(15)分为多个部件，并且所述燃料电池还包括第二燃料气体供给流动通道(Va，Vb，Vc，Vc’，Vd，Vd’，Ve)，所述第二燃料气体供给流动通道由所述燃料气体流动通道体(15)的相邻部件之间的间隙中的至少一个形成，并且与所述第一燃料气体供给流动通道(U)连通，从第一气体供给流动通道(U)供给的燃料气体通过所述第二燃料气体供给流动通道供给至所述燃料气体流动通道体(15)。

4.根据权利要求3所述的燃料电池，其中所述第一燃料气体供给流动通道(U)形成在所述燃料气体流动通道体(15)的整个外周(R)与所述密封件内边缘线(Q)之间。

5.根据权利要求4所述的燃料电池，其中所述燃料气体流动通道体(15)的外周(R)具有矩形形状。

6.根据权利要求5所述的燃料电池，其中所述燃料气体流动通道体(15)沿其一侧分为多个部件，并且用于所述第二燃料气体供给流动通道(Va，Vb)的间隙形成在所述燃料气体流动通道体(15a，15b)的相邻部件之间。

7.根据权利要求6所述的燃料电池，其中所述燃料气体流动通道体(15b)的距离所述气体供给部分(52)较远的部分分为较小的部件。

8.根据权利要求6所述的燃料电池，其中所述燃料气体流动通道体(15b)的距离所述气体供给部分(52)较远的部分分为较小的部件，并且在所述燃料气体流动通道体(15b)的部件之间用于所述第二燃料气体供给流动通道(Vb)的间隙在距离所述气体供给部分(52)更远的区域中布置的密度更高。

9.根据权利要求5所述的燃料电池，其中所述燃料气体流动通道体(15c)分为两个部件，从而切割所述矩形形状的燃料气体流动通道体(15c)的长侧，并且所述燃料气体流动通道体(15c)的距离所述气体供给部分(52)较远的部件分为多个部件，用于所述第二燃料气体供给流动通道(Vc，Vc’)的间隙形成在所述燃料气体流动通道体(15c)的相邻部件之间。

10.根据权利要求5所述的燃料电池，其中所述燃料气体流动通道体(15d)分为两个部件，从而切割所述矩形形状的燃料气体流动通道体(15d)的短侧，并且所述燃料气体流动通道体(15d)的距离所述气体供给部分(52)较近的部件分为多个部件，用于所述第二燃料气体供给流动通道(Vd，Vd’)的间隙形成在所述燃料气体流动通道体(15d)的相邻部件之间。

11.根据权利要求4所述的燃料电池，其中所述燃料气体流动通道体(15)径向地分为多个部件，并且用于所述第二燃料气体供给流动通道的间隙形成在所述燃料气体流动通道体(15)的相邻部件之间。

12.根据权利要求3所述的燃料电池，其中用于所述第一燃料气体供给流动通道(U)的间隙形成在与所述燃料气体供给流动通道体(15e)的外周线(R)的一部分相对应的部分中，所述燃料气体供给流动通道体(15e)分为两个部件，并且用于所述第二燃料气体供给流动通道(Ve)的间隙形成在所述燃料气体流动通道体(15e)的相邻部件之间，且与所述第一燃料气体供给流动通道(U)连通。

13.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其中所述分离器(30)还具有第二板(31)和中间板(33)，所述中间板(33)插置在所述第一板和第二板(31，32)之间，所述分离器(30)具有燃料气体供给歧管(42)，所述燃料气体供给歧管(42)在所述板的厚度方向上延伸通过所述第一板和第二板(31，32)以及中间板(33)，所述燃料气体流动通过所述燃料气体供给歧管(42)，

其中所述第一板(32)具有通过口(52)，所述通过口(52)形成在与所述第一燃料气体供给流动通道(U)相对应的位置处，并且在厚度方向上延伸通过所述第一燃料气体供给流动通道(U)，

所述中间板(33)具有第三燃料气体供给流动通道(56)，所述第三燃料气体供给流动通道(56)具有与所述燃料气体供给歧管(42)连通的第一端和与所述通过口(52)连通的第二端，并且位于所述第一板和第二板(31，32)之间，以形成流动通道，所述燃料气体通过所述流动通道从所述燃料气体供给歧管(42)供给至所述通过口(52)；并且

所述通过口(52)用作所述气体供给部分(52)以将所述燃料气体沿大致垂直于所述燃料气体流动通道体(15)的方向供给至所述第一燃料气体供给流动通道(U)。