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CN109980240B - 发电单电池 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及发电单电池(10)，在阳极电极(42)中的与电解质膜(40)相反侧的面(42s)上设置位于阳极电极(42)的外周部(42out)的外周面(42s1)、位于比树脂框构件(46)的内周部(46in)靠内方的位置的中央面(42s2)以及将外周面(42s1)与中央面(42s2)彼此连结的台阶部(42s3)。从电解质膜(40)到中央面(42s2)的高度比从电解质膜(40)到外周面(42s1)的高度低。端部线状突起(58a1)的突出端面(59)与中央面(42s2)接触。

Description

发电单电池
技术领域
本发明涉及具备设置有凸起密封件和反应气体流路的金属隔板的发电单电池。
背景技术
燃料电池具备在固体高分子电解质膜的两侧设置电极而构成的电解质膜-电极结构体(MEA)。MEA被金属隔板(双极性板)夹持由此构成发电单电池(单位燃料电池)。将发电单电池层叠规定的数量由此来作为例如车载用燃料电池堆使用。
在这种发电单电池中的金属隔板形成使反应气体沿着MEA的发电面从金属隔板的一端朝向另一端流动的反应气体流路(例如，参照日本特许第5239091号公报)。反应气体流路具有从金属隔板的一端朝向另一端延伸的多个线状突起以及在多个线状突起间形成的多个流路槽。
发明内容
另外，发电单电池具备树脂框构件，该树脂框构件在被电极的外周部夹持的状态下向外方突出，并且围绕外周部。在这样的发电单电池中，在电极中的与电解质膜相反侧的面设置台阶部，该台阶部将外周面与中央面彼此连结，该外周面位于外周部，该中央面位于比树脂框构件的内端靠内方的位置，并且从该电解质膜到中央面的高度低于从电解质膜到外周面的高度。
在该情况下，当多个线状突起中的位于反应气体流路的流路宽度方向的端部位置的端部线状突起的突出端面(突起的前端的面)以与中央面分离的状态接触电极的外周面时，在端部线状突起的突出端面与中央面之间形成间隙(旁通流路)。这样，在多个流路槽中的位于反应气体流路的流路宽度方向的端部位置的端部流路槽流动的反应气被引导至旁通流路，在端部流路槽内流动的反应气体的流量有可能降低。
本发明是考虑到这样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制在端部流路槽内流动的反应气体的流量降低的发电单电池。
为了达到上述目的，本发明的一个方式是一种发电单电池，具备：电解质膜-电极结构体，其是在电解质膜的两侧设置电极而构成的；金属隔板，其配置在所述电解质膜-电极结构体的两侧；以及树脂框构件，其在被一方的所述电极的外周部与另一方的所述电极的外周部夹持的状态下，从所述电极的外周部向外方突出，并且围绕所述电极的外周部，其中，形成如下反应气体流路，该反应气体流路具有从所述金属隔板的一端朝向另一端延伸的多个线状突起以及在多个所述线状突起间形成的多个线状流路槽，供反应气体沿着发电面从所述一端朝向所述另一端流动，以包围所述反应气体流路的方式设置有防止反应气体泄漏的密封件，在该发电单电池中，在一方的所述电极中的与所述电解质膜相反侧的面设置：外周面，其位于一方的所述电极的外周部；中央面，其位于比所述树脂框构件的内端靠内方的位置；以及台阶部，其将所述外周面与所述中央面彼此连结，其中，从所述电解质膜至所述中央面的高度低于从所述电解质膜至所述外周面的高度，多个所述线状突起中的位于所述反应气体流路的流路宽度方向的端部位置的端部线状突起的突出端面与所述中央面接触。
在上述的发电单电池中，优选为，所述端部线状突起的所述突出端面遍及所述端部线状突起的整个长度地与所述中央面接触。
在上述的发电单电池中，优选为，所述端部线状突起的所述突出端面位于所述中央面与所述台阶部的界限上或所述界限的附近。
在上述的发电单电池中，优选为，各所述线状流路槽呈波状延伸，所述端部线状突起中的所述线状流路槽侧的第一侧壁沿着所述线状流路槽呈波状延伸，所述端部线状突起中的与所述线状流路槽相反侧的第二侧壁沿着所述界限呈直线状延伸。
在上述的发电单电池中，优选为，在至少一方的所述金属隔板，在所述端部线状突起与所述密封件之间设置与所述外周面接触来防止反应气体旁通的阻止旁通凸状部。
在上述的发电单电池中，优选为，所述密封件是在所述金属隔板上鼓出成形而成的凸起密封件。
在上述的发电单电池中，优选为，所述端部线状突起具有：凹状弯曲部，其是所述第一侧壁以相对于所述密封件凹陷的方式弯曲而成的；以及凸状弯曲部，其是所述第一侧壁以相对于所述密封件突出的方式弯曲而成的。
在上述的发电单电池中，优选为，在与一方的所述电极相对置的所述金属隔板，在所述端部线状突起与所述密封件之间设置与所述外周面接触来防止反应气体旁通的阻止旁通凸状部，所述阻止旁通凸状部包括：第一凸状部，其设置于所述凹状弯曲部与所述密封件之间；以及第二凸状部，其设置于所述凸状弯曲部与所述密封件之间。
在上述的发电单电池中，优选为，所述第一凸状部与所述密封件连结。
在上述的发电单电池中，优选为，所述第二凸状部与所述密封件和所述端部线状突起分别连结。
在上述的发电单电池中，优选为，在所述第一凸状部与所述第二凸状部之间设置支承所述电解质膜-电极结构体的外周部的中间凸状部。
根据本发明的发电单电池，由于在端部线状突起的突出端面与电极的中央面之间没有形成成为旁通流路的间隙，因此能够抑制端部线状流路内的反应气体的流量降低。
根据参照附图所作的对以下的实施方式进行的说明，容易理解所述目的、特征以及优点。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的发电单电池的分解立体图。
图2是沿着图1以及图4中的II-II线的发电单电池的剖视图。
图3是从第一金属隔板侧观察到的发电单电池的俯视图。
图4是第一金属隔板的主要部分放大俯视图。
图5是从第二金属隔板侧观察到的发电单电池的俯视图。
图6是第二金属隔板的主要部分放大俯视图。
图7是沿着图4中的VII-VII线的剖视图。
具体实施方式
下面，关于本发明所涉及的发电单电池例举优选的实施方式，参照附图进行说明。
图1所示的构成单位燃料电池的发电单电池10具备带树脂框构件的MEA28、在带树脂框构件的MEA 28的一方的面侧(箭头符号A1方向侧)配置的第一金属隔板30以及在带树脂框构件的MEA 28的另一方的面侧(箭头符号A2方向侧)配置的第二金属隔板32。多个发电单电池10例如在箭头符号A方向(水平方向)或者箭头符号C方向(重力方向)层叠并且被施加层叠方向的紧固载荷(压缩载荷)，从而构成燃料电池堆12。燃料电池堆12例如作为车载用燃料电池堆被搭载于燃料电池电动汽车(未图示)。
第一金属隔板30和第二金属隔板32例如是将钢板、不锈钢板、铝板、镀处理钢板、或者在其金属表面实施了用于防腐蚀的表面处理而成的金属薄板的截面冲压成型为波形来构成的。彼此相邻的发电单电池10中的一方的发电单电池10的第一金属隔板30与另一方的发电单电池10的第二金属隔板32，通过对外周进行焊接、钎焊、铆接等来接合为一体，构成接合隔板33。
在发电单电池10的长边方向、即水平方向的一端缘部(箭头符号B1方向侧的缘部)，以在层叠方向(箭头符号A方向)相同连通孔相互连通的方式设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b在铅垂方向(箭头符号C方向)排列设置。氧化剂气体入口连通孔34a供给氧化剂气体、例如含氧气体。冷却介质入口连通孔36a供给冷却介质、例如水。燃料气体出口连通孔38b排出燃料气体、例如含氢气体。
在发电单电池10的长边方向另一端缘部(箭头符号B2方向的缘部)，以在层叠方向相互连通的方式设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b在铅垂方向排列设置。燃料气体入口连通孔38a供给燃料气体。冷却介质出口连通孔36b排出冷却介质。氧化剂气体出口连通孔34b排出氧化剂气体。氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体出口连通孔34b以及燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b的配置不限定于本实施方式，根据所要求的规格适当设定即可。
如图2所示，带树脂框构件的MEA 28具备电解质膜-电极结构体(以下表述为“MEA28a”)和在MEA 28a的外周部设置的框形状的树脂框构件46。
MEA 28a具有电解质膜40以及夹持电解质膜40的阳极电极42和阴极电极44。电解质膜40例如是固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。固体高分子电解质膜例如是含有水分的全氟磺酸的薄膜。电解质膜40被阳极电极42的外周部42out和阴极电极44的外周部44out夹持。电解质膜40除了能够使用氟系电解质之外，还能够使用HC(碳化氢)系电解质。
阴极电极44具有与电解质膜40的一方的面接合的第一电极催化剂层44a以及与第一电极催化剂层44a层叠的第一气体扩散层44b。阳极电极42具有与电解质膜40的另一方的面接合的第二电极催化剂层42a以及与第二电极催化剂层42a层叠的第二气体扩散层42b。
第一电极催化剂层44a和第二电极催化剂层42a形成于电解质膜40的两面。第一电极催化剂层44a例如是将表面承载了铂合金的多孔质碳粒子和离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布在第一气体扩散层44b的表面而形成的。第二电极催化剂层42a例如是将表面承载了铂合金的多孔质碳粒子和离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布在第二气体扩散层42b的表面而形成的。第一气体扩散层44b和第二气体扩散层42b由碳纸或者碳布等形成。
如图1所示，在树脂框构件46的箭头符号B1方向侧的缘部设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在树脂框构件46的箭头符号B2方向的缘部设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。
如图2所示，树脂框构件46具有内周部与MEA 28a的外周部接合的第一框状片46a以及与第一框状片46a接合的第二框状片46b。第一框状片46a与第二框状片46b利用由接合剂形成的接合层46c在厚度方向被相互接合。第二框状片46b与第一框状片46a的外周部接合。第二框状片46b的厚度比第一框状片46a的厚度厚。第二框状片46b的厚度也可以与第一框状片46a的厚度相同。
第一框状片46a和第二框状片46b由具有电绝缘性的树脂材料构成。作为第一框状片46a和第二框状片46b的构成材料，例如可以举出PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(液晶聚合物)、PVDF(聚偏氟乙烯)、硅树脂、氟树脂、m-PPE(改性聚苯醚树脂)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或者改性聚烯烃等。
树脂框构件46的内周部46in(第一框状片46a的内周部)被阳极电极42的外周部42out与阴极电极44的外周部44out夹持。具体的说，树脂框构件46的内周部46in被夹持在电解质膜40的外周部40out与阳极电极42的外周部42out之间。树脂框构件46的内周部46in与电解质膜40的外周部40out经由接合层46c被接合。此外也可以是，树脂框构件46的内周部46in被夹持在电解质膜40的外周部40out与阴极电极44的外周部44out之间。
在阳极电极42中的与电解质膜40相反侧的面42s设置位于阳极电极42的外周部42out的外周面42s1、位于比树脂框构件46的内端46e靠内方的位置的中央面42s2、以及将外周面42s1与中央面42s2彼此连结的台阶部42s3。
外周面42s1和中央面42s2是与MEA 28a的发电面平行的平坦面。中央面42s2位于比外周面42s1靠阴极电极44侧的位置。台阶部42s3是从外周面42s1朝向中央面42s2地向MEA 28a侧倾斜的倾斜面。此外，阴极电极44中的与电解质膜40相反侧的面44s是与MEA 28a的发电面平行的平坦面。在阴极电极44侧也可以形成与阳极电极42侧的台阶部42s3同样的台阶部。
如图3所示，在第一金属隔板30的朝向带树脂框构件的MEA 28的面30a(以下称为“表面30a”)，例如形成有在箭头符号B方向延伸的氧化剂气体流路48。
氧化剂气体流路48与氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体出口连通孔34b可流通流体地连通。氧化剂气体流路48具有在箭头符号B方向延伸的多个波状的线状突起48a间形成的多个波状的线状流路槽48b。因而，在氧化剂气体流路48中，多个线状突起48a与多个线状流路槽48b在流路宽度方向(箭头符号C方向)交替地配置。各线状突起48a与各线状流路槽48b呈波状延伸，但是也可以呈直线状延伸。
线状突起48a的宽度方向(箭头符号C方向)两侧的侧壁相对于隔板厚度方向倾斜，线状突起48a的横截面形状为梯形。此外也可以是，线状突起48a的宽度方向两侧的侧壁与隔板厚度方向平行，线状突起48a的横截面形状为矩形。
下面，将多个线状突起48a中的位于流路宽度方向的两端位置的线状突起称为“端部线状突起48a1。”端部线状突起48a1配置在与第一气体扩散层44b的外端44be相比靠内侧的位置。
在第一金属隔板30的表面30a，在氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路48之间设置入口缓冲部50A，该入口缓冲部50A具有多个由在箭头符号C方向排列的多个压花(emboss)部50a形成的压花列。另外，在第一金属隔板30的表面30a，在氧化剂气体出口连通孔34b与氧化剂气体流路48之间设置出口缓冲部50B，该出口缓冲部50B具有多个由多个压花部50b形成的压花列。
此外，在第一金属隔板30的与氧化剂气体流路48相反侧的面30b，在入口缓冲部50A的所述压花列间设置由在箭头符号C方向排列的多个压花部67a形成的压花列，并且在出口缓冲部50B的所述压花列间设置由在箭头符号C方向排列的多个压花部67b形成的压花列(参照图1)。在制冷剂面侧突出的压花部67a、67b构成制冷剂面侧的缓冲部。
在第一金属隔板30的表面30a，通过冲压成型来朝向带树脂框构件的ME A 28(图1)鼓出成形作为凸起密封件的第一密封线52。第一密封线52也可以不是凸起密封件，还可以是一体地或分体地设置于第一金属隔板30的具有弹性的橡胶密封件。虽未详细图示，但也可以在第一密封线52的凸部前端面通过印刷或者涂布等固定树脂件。此外，也可以没有该树脂件。
第一密封线52具有将多个连通孔(氧化剂气体入口连通孔34a等)独立地包围的多个凸起密封件(以下称为“连通孔凸起部53”)以及将氧化剂气体流路48、入口缓冲部50A及出口缓冲部50B包围的凸起密封件(以下称为“外周侧凸起部54”)。
多个连通孔凸起部53从第一金属隔板30的表面30a朝向MEA 28a突出，并且分别独立地围绕在氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b的周围。以下，将多个连通孔凸起部53中的包围氧化剂气体入口连通孔34a的连通孔凸起部表述为“连通孔凸起部53a，”将包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔凸起部表述为“连通孔凸起部53b。”
在第一金属隔板30上设置将连通孔凸起部53a、53b的内侧(氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b侧)与外侧(氧化剂气体流路48侧)连通的桥部80、82。在包围氧化剂气体入口连通孔34a的连通孔凸起部53a的靠氧化剂气体流路48侧的边部设置桥部80。在包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔凸起部53b的靠氧化剂气体流路48侧的边部设置桥部82。
桥部80、82在连通孔凸起部53a、53b的内侧和外侧分别具有多条通道(tunnel)80t、82t。通过冲压成型，来从第一金属隔板30的表面30a朝向带树脂框构件的MEA 28侧突出成形通道80t、82t。
在氧化剂气体流路48的流路宽度方向两端部(端部线状突起48a1)与外周侧凸起部54之间设置防止氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔34a向氧化剂气体出口连通孔34b旁通的第一阻止旁通凸状部84。在本实施方式中，氧化剂气体流路48的流路宽度方向为沿着长方形状的第一金属隔板30的短边的方向(箭头符号C方向)。朝向带树脂框构件的MEA28(参照图2)侧突出成形第一阻止旁通凸状部84。在端部线状突起48a1的延伸方向(箭头符号B方向)隔开间隔地配置多个第一阻止旁通凸状部84。第一阻止旁通凸状部84的高度在组装前的状态下低于外周侧凸起部54。
在图4中，第一阻止旁通凸状部84的宽度方向(箭头符号B方向)两侧的侧壁84s相对于隔板厚度方向倾斜，第一阻止旁通凸状部84的横截面形状为梯形。此外也可以是，第一阻止旁通凸状部84的宽度方向两侧的侧壁84s与隔板厚度方向平行，第一阻止旁通凸状部84的横截面形状为矩形。
端部线状突起48a1具有以相对于外周侧凸起部54而凹陷的方式弯曲的凹状弯曲部87以及以相对于外周侧凸起部54而突出的方式弯曲的凸状弯曲部88。多个第一阻止旁通凸状部84包括在端部线状突起48a1的凹状弯曲部87与外周侧凸起部54之间设置的第一阻止旁通凸状部84a以及在端部线状突起48a1的凸状弯曲部88与外周侧凸起部54之间设置的第一阻止旁通凸状部84b。第一阻止旁通凸状部84a与第一阻止旁通凸状部84b沿着端部线状突起48a1的延伸方向，彼此隔开间隔地交替配置。
一方的第一阻止旁通凸状部84a的一端与外周侧凸起部54相连，另一端与端部线状突起48a1的凹状弯曲部87相连。另一方的第一阻止旁通凸状部84b的一端与外周侧凸起部54相连，另一端与端部线状突起48a1的凸状弯曲部88相连。在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84a、84b之间设置支承MEA 28a的外周部的中间凸状部89。
中间凸状部89朝向带树脂框构件的MEA 28突出。中间凸状部89的高度与第一阻止旁通凸状部84a的高度相同。中间凸状部89具有向与线状突起48a交叉的方向延伸的形状。在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84a、84b之间各配置多个中间凸状部89。在图4中，在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84a、84b之间，沿着端部线状突起48a1的延伸方向隔开间隔地配置中间凸状部89。从层叠方向观察时，中间凸状部89配置在与包括第一气体扩散层44b的外端44be在内的外周部44out重叠的位置。
在第一金属隔板30，在端部线状突起48a1的凹状弯曲部87与第一阻止旁通凸状部84a之间设置支承阴极电极44(第一气体扩散层44b)的第一支承用凸状部85。通过冲压成型来朝向带树脂框构件的MEA 28突出成形第一支承用凸状部85。在本实施方式中，第一支承用凸状部85与第一阻止旁通凸状部84a一体地相连，并且与端部线状突起48a1的凹状弯曲部87一体地相连。
如图2所示，第一支承用凸状部85在MEA 28a与树脂框构件46在厚度方向重叠的位置处支承阴极电极44(第一气体扩散层44b)。如图3所示，第一支承用凸状部85设置在与框形状的树脂框构件46的内周部46in对应的位置(从层叠方向观察时，与树脂框构件46的内周部46in重叠的位置)。
如图4所示，第一支承用凸状部85具有相对于阴极电极44而凹陷的凹部85a。凹部85a配置在第一阻止旁通凸状部84a的延长线上。与多个第一支承用凸状部85对应地设置凹部85a。即，沿着端部线状突起48a1的延伸方向设置多个凹部85a。
如图5所示，在第二金属隔板32的朝向带树脂框构件的MEA 28的面32a(以下称为“表面32a”)，例如形成在箭头符号B方向延伸的燃料气体流路58。
燃料气体流路58与燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b可流通流体地连通。燃料气体流路58具有在箭头符号B方向延伸的多个波状的线状突起58a间形成的多个波状的线状流路槽58b。因而，在燃料气体流路58中，多个线状突起58a与多个线状流路槽58b在流路宽度方向(箭头符号C方向)交替地配置。各线状突起58a与各线状流路槽58b呈波状延伸，但是也可以呈直线状延伸。
线状突起58a的宽度方向(箭头符号C方向)两侧的侧壁相对于隔板厚度方向倾斜，线状突起58a的横截面形状为梯形。此外也可以是，线状突起58a的宽度方向两侧的侧壁与隔板厚度方向平行，线状突起58a的横截面形状为矩形。
下面，将多个线状突起58a中的位于流路宽度方向的两端位置的线状突起称为“端部线状突起58a1。”另外，将多个线状流路槽58b中的位于流路宽度方向的两端位置的线状流路槽称为“端部线状流路槽58b1。”端部线状突起58a1配置于比阳极电极42的中央面42s2与台阶部42s3的界限43靠内侧的位置(参照图6)。
在第二金属隔板32的表面32a，在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间设置入口缓冲部60A，该入口缓冲部60A具有多个由在箭头符号C方向排列的多个压花部60a形成的压花列。另外，在第二金属隔板32的表面32a，在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间设置出口缓冲部60B，该出口缓冲部60B具有多个由多个压花部60b形成的压花列。
此外，在第二金属隔板32的与燃料气体流路58相反侧的面32b，在入口缓冲部60A的所述压花列之间设置由在箭头符号C方向排列的多个压花部69a形成的压花列，并且在出口缓冲部60B的所述压花列之间设置由在箭头符号C方向排列的多个压花部69b形成的压花列。压花部69a、69b构成制冷剂面侧的缓冲部。
在第二金属隔板32的表面32a，通过冲压成型来朝向带树脂框构件的MEA 28鼓出成形作为凸起密封件的第二密封线62。第二密封线62也可以不是凸起密封件，还可以是一体地或分体地设置于第二金属隔板32的具有弹性的橡胶密封件。虽未详细图示，但是通过印刷或者涂布等将树脂件固定在第二密封线62的凸部前端面。此外，也可以没有该树脂件。
如图5所示，第二密封线62具有将多个连通孔(燃料气体入口连通孔38a等)独立地包围的多个凸起密封件(以下称为“连通孔凸起部63”)以及将燃料气体流路58、入口缓冲部60A及出口缓冲部60B包围的凸起密封件(以下称为“外周侧凸起部64”)。
多个连通孔凸起部63从第二金属隔板32的表面32a突出，并且分别独立地围绕在氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b的周围。以下，将多个连通孔凸起部63中的包围燃料气体入口连通孔38a的连通孔凸起部表述为“连通孔凸起部63a，”将包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部表述为“连通孔凸起部63b。”
在第二金属隔板32上设置将分别包围燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部63a、63b的内侧(燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b侧)与外侧(燃料气体流路58侧)连通的桥部90、92。在包围燃料气体入口连通孔38a的连通孔凸起部63a的靠燃料气体流路58侧的边部设置桥部90。在包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部63b的靠燃料气体流路58侧的边部设置桥部92。
桥部90、92在连通孔凸起部63a、63b的内侧和外侧分别具有多条通道90t、92t。通过冲压成型，来从第二金属隔板32的表面32a朝向带树脂框构件的MEA 28(参照图2)侧突出成形通道90t、92t。
在燃料气体流路58的流路宽度方向两端部(端部线状突起58a1)与外周侧凸起部64之间，设置防止燃料气体从燃料气体入口连通孔38a向燃料气体出口连通孔38b旁通的第二阻止旁通凸状部94。在本实施方式中，燃料气体流路58的流路宽度方向为沿着长方形的第二金属隔板32的短边的方向(箭头符号C方向)。朝向带树脂框构件的MEA 28(参照图2)侧突出成形第二阻止旁通凸状部94。在线状流路槽58b的延伸方向(箭头符号B方向)隔开间隔地配置多个第二阻止旁通凸状部94。
如图6所示，端部线状突起58a1位于比阳极电极42的台阶部42s3靠内方的位置。具体地说，如图2和图7所示，端部线状突起58a1的突出端面59遍及其整体长度地与阳极电极42的中央面42s2接触，不与外周面42s1接触。端部线状突起58a1的突出端面59位于阳极电极42的中央面42s2与台阶部42s3的界限43附近。
端部线状突起58a1中的靠线状流路槽58b侧的第一侧壁61a沿着线状流路槽58b呈波状延伸。端部线状突起58a1中的与线状流路槽58b相反侧的第二侧壁61b沿着阳极电极42的中央面42s2与台阶部42s3的界限43呈直线状延伸。即，端部线状突起58a1的突出端面59的宽度尺寸(沿着箭头符号C方向的尺寸)朝向其延伸方向(箭头符号B方向)而发生变化。
端部线状突起58a1具有：凹状弯曲部95，其是第一侧壁61a以相对于外周侧凸起部64凹陷的方式弯曲而成的；以及凸状弯曲部96，其是第一侧壁61a以相对于外周侧凸起部64突出的方式弯曲而成的。凸状弯曲部96与第二侧壁61b之间的宽度尺寸W1比凹状弯曲部95与第二侧壁61b之间的宽度尺寸W2小。详细地说，凸状弯曲部96的宽度尺寸W1是端部线状突起58a1的最小宽度尺寸，凹状弯曲部95的宽度尺寸W2是端部线状突起58a1的最大宽度尺寸。
第二阻止旁通凸状部94的高度在组装前的状态下低于外周侧凸起部64。多个第二阻止旁通凸状部94包括在端部线状突起58a1的凹状弯曲部95与外周侧凸起部64之间设置的第二阻止旁通凸状部94a以及在端部线状突起58a1的凸状弯曲部96与外周侧凸起部64之间设置的第二阻止旁通凸状部94b。一方的第二阻止旁通凸状部94a与另一方第二阻止旁通凸状部94b沿着端部线状突起58a1的延伸方向，彼此隔开间隔地交替配置。
一方的第二阻止旁通凸状部94a的一端与外周侧凸起部64相连，另一端与端部线状突起58a1的凹状弯曲部95分离。另一方的第二阻止旁通凸状部94b的一端与外周侧凸起部64相连，另一端与端部线状突起58a1的凸状弯曲部96相连。在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94a、94b之间设置支承MEA 28a的外周部的中间凸状部98。中间凸状部98朝向带树脂框构件的MEA 28突出。中间凸状部98的高度与第二阻止旁通凸状部94的高度相同。
在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94a、94b之间各配置多个中间凸状部98。在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94a、94b之间设置的多个中间凸状部98的排列方向与在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84a、84b之间设置的多个中间凸状部89(图4)的排列方向不同。具体地说，在本实施方式中，在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94a、94b之间，沿着端部线状突起58a1与外周侧凸起部64分离的方向(箭头符号C方向)隔开间隔地配置多个中间凸状部98。从层叠方向观察时，中间凸状部98配置在与包括第二气体扩散层42b的外端42b e在内的外周部42out重叠的位置。
在第二金属隔板32上，在端部线状突起58a1的凹状弯曲部95与第二阻止旁通凸状部94a之间设置支承阳极电极42(第二气体扩散层42b)的第二支承用凸状部100。通过冲压成型来朝向带树脂框构件的MEA 28突出成形第二支承用凸状部100。第二支持用凸状部100的高度与中间凸状部98的高度相同。
第二支承用凸状部100具有与第一支承用凸状部85(图4)不同的形状。本实施方式中，与端部线状突起58a1的凹状弯曲部95和第二阻止旁通凸状部94a分离地配置第二支承用凸状部100。此外也可以是，与端部线状突起58a1的凹状弯曲部95和第二阻止旁通凸状部94a中的至少一方一体地相连来形成第二支承用凸状部100。
第二支承用凸状部100设置在与框形状的树脂框构件46的内周部46in对应的位置(从层叠方向观察时，与树脂框构件46的内周部46in重叠的位置)。如图7所示，第二支承用凸状部100在MEA 28a的外周部与树脂框构件46的内周部46in在厚度方向重叠的位置处，支承阳极电极42(第二气体扩散层42b)。
从层叠方向观察时，氧化剂气体流路48的线状突起48a与燃料气体流路58的线状突起58a形成为波长相同且相位彼此相反的波形状。沿着线状突起58a的延伸方向交替地配置第一金属隔板30的第一支承用凸状部85和第二金属隔板32的第二支承用凸状部100。
如图1所示，在彼此接合的第一金属隔板30的面30b与第二金属隔板32的面32b之间，形成与冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b可流通流体地连通的冷却介质流路66。形成有氧化剂气体流路48的第一金属隔板30的背面形状与形成有燃料气体流路58的第二金属隔板32的背面形状相互重合来形成冷却介质流路66。
像这样构成的发电单电池10如下面那样进行动作。
首先，如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔34a供给含氧气体等氧化剂气体、例如空气。向燃料气体入口连通孔38a供给含氢气体等燃料气体。向冷却介质入口连通孔36a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。
从氧化剂气体入口连通孔34a向第一金属隔板30的氧化剂气体流路48导入氧化剂气体。而且，如图3所示，氧化剂气体沿着氧化剂气体流路48向箭头符号B方向移动，被供给到MEA 28a的阴极电极44。
另一方面，如图1所示，从燃料气体入口连通孔38a向第二金属隔板32的燃料气体流路58导入燃料气体。如图5所示，燃料气体沿着燃料气体流路58向箭头符号B方向移动，被供给到MEA 28a的阳极电极42。
因而，在各MEA 28a中，供给到阴极电极44的氧化剂气体与供给到阳极电极42的燃料气体在第一电极催化剂层44a和第二电极催化剂层42a内因电化学反应而被消耗，来进行发电。
接着，如图1所示，供给到阴极电极44并被消耗了的氧化剂气体从氧化剂气体流路48向氧化剂气体出口连通孔34b流动，沿着氧化剂气体出口连通孔34b向箭头符号A方向排出。同样地，供给到阳极电极42并被消耗了的燃料气体从燃料气体流路58向燃料气体出口连通孔38b流动，沿着燃料气体出口连通孔38b向箭头符号A方向排出。
另外，供给到冷却介质入口连通孔36a的冷却介质被导入到在第一金属隔板30与第二金属隔板32之间形成的冷却介质流路66之后，向箭头符号B方向流通。该冷却介质将MEA 28a冷却之后，从冷却介质出口连通孔36b被排出。
在该情况下，本实施方式所涉及的发电单电池10起到下面的效果。
如图2和图7所示，在发电单电池10中，在阳极电极42中的与电解质膜40相反侧的面42s设置位于阳极电极42的外周部42out的外周面42s1、位于比树脂框构件46的内端46e靠内方的位置的中央面42s2、以及将外周面42s1与中央面42s2彼此连结的台阶部42s3。从电解质膜40至中央面42s2的高度低于从电解质膜40至外周面42s1的高度。端部线状突起58a1的突出端面59与中央面42s2接触。
因此，在端部线状突起58a1的突出端面59与阳极电极42的中央面42s2之间没有形成成为旁通流路的间隙。因此，能够防止在端部线状流路槽58b1内流通的燃料气体(反应气体)旁通。由此，能够抑制端部线状流路槽58b1内的燃料气体的流量降低。
端部线状突起58a1的突出端面59遍及端部线状突起58a1的整个长度地与中央面42s2接触。因此，能够可靠地防止端部线状流路槽58b1内的燃料气体旁通。
端部线状突起58a1的突出端面59位于中央面42s2与台阶部42s3的界限43附近。由此，能够使端部线状突起58a1的突出端面59与中央面42s2的接触面积比较宽，因此能够可靠地防止端部线状流路槽58b1内的燃料气体旁通。
在图5和图6中，各线状流路槽58b呈波状延伸。端部线状突起58a1中的靠线状流路槽58b侧的第一侧壁61a沿着线状流路槽58b呈波状延伸。端部线状突起58a1中的与线状流路槽58b相反侧的第二侧壁61b沿着界限43呈直线状延伸。因此，利用简单的结构，能够使燃料气体的流路长度变长，并且能够可靠地防止端部线状流路槽58b1内的燃料气体旁通。
在至少一方的金属隔板(第二金属隔板32)，在端部线状突起58a1与密封件(外周侧凸起部64)之间设置与外周面42s1接触来防止反应气体(燃料气体)旁通的阻止旁通凸状部(第二阻止旁通凸状部94)。由此，能够更可靠地防止端部线状流路槽58b1内的反应气体(燃料气体)旁通。
端部线状突起58a1具有：凹状弯曲部95，其是第一侧壁61a以相对于密封件(外周侧凸起部64)凹陷的方式弯曲而成的；以及凸状弯曲部96，其是第一侧壁61a以相对于密封件(外周侧凸起部64)突出的方式弯曲而成的。在与一方的电极(阳极电极42)相对置的金属隔板(第二金属隔板32)，在端部线状突起58a1与密封件(外周侧凸起部64)之间设置与外周面42s1接触来防止反应气体(燃料气体)旁通的阻止旁通凸状部(第二阻止旁通凸状部94)。阻止旁通凸状部(第二阻止旁通凸状部94)包括在凹状弯曲部95与密封件(外周侧凸起部64)之间设置的第一凸状部(第二阻止旁通凸状部94a)以及在凸状弯曲部96与密封件(外周侧凸起部64)之间设置的第二凸状部(第二阻止旁通凸状部94b)。
由此，能够更可靠地防止端部线状流路槽58b1内的反应气体(燃料气体)旁通。
第一凸状部(第二阻止旁通凸状部94a)与密封件(外周侧凸起部64)连结。在该情况下，能够利用第一凸状部(第二阻止旁通凸状部94a)有效地防止端部线状流路槽58b1内的反应气体(燃料气体)旁通。
第二凸状部(第二阻止旁通凸状部94b)与密封件(外周侧凸起部64)和端部线状突起58a1分别连结。在该情况下，能够利用第二凸状部(第二阻止旁通凸状部94b)有效地防止端部线状流路槽58b1内的反应气体(燃料气体)旁通。
在第一凸状部(第二阻止旁通凸状部94a)与第二凸状部(第二阻止旁通凸状部94b)之间设置支承MEA 28的外周部的中间凸状部98。在该情况下，能够利用中间凸状部98有效地防止端部线状流路槽58b1内的反应气体(燃料气体)旁通。
本发明不限定于上述的结构。线状突起58a和线状流路槽58b也可以从第二金属隔板32的一端朝向另一端呈直线状延伸。端部线状突起58a1也可以位于阳极电极42的中央面42s2与台阶部42s3的界限43。
在本实施方式中，示出了在阳极电极42的面42s设置台阶部42s3的例子，但是也可以在阴极电极44的面44s设置台阶部。在该情况下，该台阶部将位于阴极电极44的外周部44out的外周面与位于比树脂框构件46的内端46e靠内方的位置的中央面彼此连结。而且，该中央面位于比该外周面靠阳极电极42侧的位置。而且，端部线状突起48a1的突出端面与阳极电极42的面42s的中央面接触。另外，在阴极电极44处设置所述台阶部的情况下，可以省略阳极电极42的台阶部42s3，也可以保留。
本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种改变。

Claims (9)

1.一种发电单电池，具备：电解质膜-电极结构体，其是在电解质膜的两侧设置电极而形成的；金属隔板，其配置在所述电解质膜-电极结构体的两侧；以及树脂框构件，其在被一方的所述电极的外周部与另一方的所述电极的外周部夹持的状态下，从两方的所述电极的外周部向外方突出，并且围绕所述电极的外周部，
形成有如下反应气体流路，该反应气体流路具有从所述金属隔板的一端朝向另一端延伸的多个线状突起以及在多个所述线状突起间形成的多个线状流路槽，供反应气体沿着发电面从所述一端朝向所述另一端流动，
以包围所述反应气体流路的方式设置有防止反应气体泄漏的密封件，该发电单电池的特征在于，
在一方的所述电极中的与所述电解质膜相反侧的面设置：
外周面，其位于一方的所述电极的外周部；
中央面，其位于比所述树脂框构件的内端靠内方的位置；以及
台阶部，其将所述外周面与所述中央面彼此连结，
其中，从所述电解质膜至所述中央面的高度低于从所述电解质膜至所述外周面的高度，
多个所述线状突起中的位于所述反应气体流路的流路宽度方向的端部位置的端部线状突起的突出端面与所述中央面接触，
所述端部线状突起的所述突出端面位于所述中央面与所述台阶部的界限上或与所述界限的内方邻接的位置，
各所述线状流路槽呈波状延伸，
所述端部线状突起中的所述线状流路槽侧的第一侧壁沿着所述线状流路槽呈波状延伸，
所述端部线状突起中的与所述线状流路槽相反侧的第二侧壁沿着所述界限呈直线状延伸。
2.根据权利要求1所述的发电单电池，其特征在于，
所述端部线状突起的所述突出端面遍及所述端部线状突起的整个长度地与所述中央面接触。
3.根据权利要求1或者2中的任一项所述的发电单电池，其特征在于，
在至少一方的所述金属隔板，在所述端部线状突起与所述密封件之间设置与所述外周面接触来防止反应气体旁通的阻止旁通凸状部。
4.根据权利要求1或者2中的任一项所述的发电单电池，其特征在于，
所述密封件是在所述金属隔板上鼓出成形而成的凸起密封件。
5.根据权利要求1所述的发电单电池，其特征在于，
所述端部线状突起具有：
凹状弯曲部，其是所述第一侧壁以相对于所述密封件凹陷的方式弯曲而成的；以及
凸状弯曲部，其是所述第一侧壁以相对于所述密封件突出的方式弯曲而成的。
6.根据权利要求5所述的发电单电池，其特征在于，
在与一方的所述电极相对置的所述金属隔板，在所述端部线状突起与所述密封件之间设置与所述外周面接触来防止反应气体旁通的阻止旁通凸状部，
所述阻止旁通凸状部包括：
第一凸状部，其设置于所述凹状弯曲部与所述密封件之间；以及
第二凸状部，其设置于所述凸状弯曲部与所述密封件之间。
7.根据权利要求6所述的发电单电池，其特征在于，
所述第一凸状部与所述密封件连结。
8.根据权利要求6所述的发电单电池，其特征在于，
所述第二凸状部与所述密封件和所述端部线状突起分别连结。
9.根据权利要求6所述的发电单电池，其特征在于，
在所述第一凸状部与所述第二凸状部之间设置支承所述电解质膜-电极结构体的外周部的中间凸状部。
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