IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 未勢能源科技有限公司の特許一覧

<>
  • 特許-燃料電池 図1
  • 特許-燃料電池 図2
  • 特許-燃料電池 図3
  • 特許-燃料電池 図4
  • 特許-燃料電池 図5
  • 特許-燃料電池 図6
  • 特許-燃料電池 図7
  • 特許-燃料電池 図8
  • 特許-燃料電池 図9
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-14
(45)【発行日】2024-03-25
(54)【発明の名称】燃料電池
(51)【国際特許分類】
   H01M 8/0258 20160101AFI20240315BHJP
   H01M 8/0267 20160101ALI20240315BHJP
   H01M 8/026 20160101ALI20240315BHJP
【FI】
H01M8/0258
H01M8/0267
H01M8/026
【請求項の数】 9
(21)【出願番号】P 2022522916
(86)(22)【出願日】2019-10-16
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-19
(86)【国際出願番号】 CN2019111465
(87)【国際公開番号】W WO2021072676
(87)【国際公開日】2021-04-22
【審査請求日】2022-08-22
(73)【特許権者】
【識別番号】522123393
【氏名又は名称】未勢能源科技有限公司
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100132883
【弁理士】
【氏名又は名称】森川 泰司
(74)【代理人】
【識別番号】100148633
【弁理士】
【氏名又は名称】桜田 圭
(74)【代理人】
【識別番号】100147924
【弁理士】
【氏名又は名称】美恵 英樹
(72)【発明者】
【氏名】金 珂
【審査官】川口 由紀子
(56)【参考文献】
【文献】特開2019-079722(JP,A)
【文献】特開2008-166089(JP,A)
【文献】特開平03-102774(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2011/0318666(US,A1)
【文献】特表2013-511136(JP,A)
【文献】特開2002-270201(JP,A)
【文献】韓国公開特許第10-2017-0121411(KR,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 8/0258
H01M 8/0267
H01M 8/026
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
隣接して積み重ねられた少なくとも2つのセルを備え、一方のセルのカソード板(1)は隣接するセルのアノード板(2)に隣接して積み重ねられる燃料電池であって、前記カソード板(1)はカソード板本体(11)を備え、前記カソード板本体(11)に前記アノード板(2)に向かって突起したカソード流路山(12)が設けられ、前記カソード流路山(12)内にカソード流路(121)を形成し、前記アノード板(2)はアノード板本体(21)を備え、前記アノード板本体(21)に前記カソード板(1)に向かって突起したアノード流路山(22)が設けられ、前記アノード流路山(22)内にアノード流路(221)を形成し、前記カソード板(1)と前記アノード板(2)との間に冷却チャネル(3)を形成し、前記アノード流路山(22)は前記カソード流路山(12)に交差するように配置され、且つ前記アノード流路山(22)と前記カソード流路山(12)との夾角範囲は60°~120°であり、
前記アノード流路山(22)と前記カソード流路山(12)との交差点に溝(122)が設けられ、前記アノード流路山(22)は前記溝(122)に嵌め合われ、前記溝(122)は前記カソード流路(121)の流動経路にあり、且つ前記カソード流路(121)の内部に向かって凹んでおり、前記溝(122)での前記カソード流路(121)の流路深さは前記溝(122)以外のカソード流路(121)の流路深さより小さいことを特徴とする燃料電池。
【請求項2】
前記アノード流路山(22)は前記カソード流路山(12)に垂直に配置されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
【請求項3】
前記溝(122)での前記カソード流路(121)の流路深さは0.2mmであり、前記溝(122)以外のカソード流路(121)の流路深さは0.4mmであることを特徴とする請求項に記載の燃料電池。
【請求項4】
前記アノード流路山(22)は複数であり、且つ複数の前記アノード流路山(22)は平行に間隔をあけて配置され、前記カソード流路山(12)は複数であり、且つ複数の前記カソード流路山(12)は平行に間隔をあけて配置されることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
【請求項5】
前記アノード流路山(22)は複数の副流路山(23)を有し、前記副流路山(23)内に前記アノード流路(221)に連通する副流路(231)を形成し、前記副流路山(23)は前記カソード流路山(12)に平行であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
【請求項6】
隣接する2つの前記アノード流路山(22)の副流路山(23)は前記アノード流路山(22)の延伸方向において交互に配置されることを特徴とする請求項に記載の燃料電池。
【請求項7】
前記副流路山(23)は隣接する2つの前記カソード流路山(12)の間にあることを特徴とする請求項に記載の燃料電池。
【請求項8】
前記副流路山(23)は、前記冷却チャネル(3)連通するように、前記カソード板本体(11)から離間しており、前記カソード流路山(12)は前記アノード板本体(21)に貼り付けられることを特徴とする請求項に記載の燃料電池。
【請求項9】
前記カソード板(1)は酸素側極板であり、前記アノード板(2)は水素側極板であることを特徴とする請求項1-のいずれか1項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は電気化学電池の分野に関し、具体的に、燃料電池に関する。
【背景技術】
【0002】
燃料電池は水素と空気中の酸素を反応させて電気を生成することができ、反応生成物は水である。カルノーサイクルに制限されず、効率が50%以上に達することができ、環境にやさしいだけでなく、省エネにもなる。バイポーラプレート燃料電池はカソード板とアノード板を備え、カソード板の一側にカソード流路を形成し、酸化ガス(例えば酸素)はカソード流路にあるのに適し、アノード板の一側にアノード流路を形成し、還元ガス(例えば水素)はアノード流路にあるのに適し、カソード板とアノード板との間に冷却チャネルを形成し、冷却チャネルに冷却液が流れるのに適する。カソード板とアノード板はバイポーラプレート燃料電池の重要な構成部分であり、燃料電池を支持して、反応ガスと冷却チャネルを提供する役割を果たす。
【0003】
燃料電池は、自動車、航空機等の分野で幅広い用途があり、この分野では、燃料電池の出力密度に対する要件が高く、燃料電池の出力密度を向上させる技術的ルートでは、カソード板とアノード板の厚さを薄くすることは、非常に顕著な効果を果たすことができる。
【0004】
従来の燃料電池は、加工の利便性を考慮するために、そのカソード流路、アノード流路、冷却チャネルはいずれも並列関係(例えば特許文献1)であるため、流路両端の流体分配領域では、3種の流体を分配する必要があり、流体分配領域の複雑さが比較的集中している。厚さが1mm程度の従来のバイポーラプレート構造では、このような複雑さの集中はそれほど問題にならないが、厚さが0.6mm未満に減少すると、流体分配領域がセルのサイズを増加するボトルネックになる。従来のバイポーラプレートが薄い(例えば厚さがわずか0.6mm)燃料電池のセル電流は600Aに達するのが難しいため、自動車、航空機等の分野での超高出力の使用要件を満たすことが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】独国特許出願公開第102013208450号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
これを鑑みて、本発明は、流体分配領域の複雑さを低減するように、燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するために、本発明の技術的手段は以下のように実現される。
【0008】
燃料電池であって、隣接して積み重ねられた少なくとも2つのセルを備え、一方のセルのカソード板は隣接するセルのアノード板に隣接して積み重ねられ、前記カソード板はカソード板本体を備え、前記カソード板本体に前記アノード板に向かって突起したカソード流路山が設けられ、前記カソード流路山内にカソード流路を形成し、前記アノード板はアノード板本体を備え、前記アノード板本体に前記カソード板に向かって突起したアノード流路山が設けられ、前記アノード流路山内にアノード流路を形成し、前記カソード板と前記アノード板との間に冷却チャネルを形成し、前記アノード流路山は前記カソード流路山に交差するように配置され、且つ前記アノード流路山と前記カソード流路山との夾角範囲は60°~120°である。
【0009】
本発明のいくつかの実施例によれば、前記アノード流路山は、前記カソード流路山に垂直に配置される。
【0010】
本発明のいくつかの実施例によれば、前記アノード流路山と前記カソード流路山との交差点に溝が設けられ、前記アノード流路山は前記溝に嵌め合われ、前記溝は前記カソード流路の流動経路にあり、且つ前記カソード流路の内部へ凹んでおり、前記溝での前記カソード流路の流路深さは前記溝以外のカソード流路の流路深さより小さい。
【0011】
さらに、前記溝での前記カソード流路の流路深さは0.2mmであり、前記溝以外のカソード流路の流路深さは0.4mmである。
【0012】
本発明のいくつかの実施例によれば、前記アノード流路山は複数であり、且つ複数の前記アノード流路山は平行に間隔をあけて配置され、前記カソード流路山は複数であり、且つ複数の前記カソード流路山は平行に間隔をあけて配置される。
【0013】
本発明のいくつかの実施例によれば、前記アノード流路山は複数の副流路山を備え、前記副流路山内に前記アノード流路に連通する副流路を形成し、前記副流路山は前記カソード流路山に平行である。
【0014】
さらに、隣接する2つの前記アノード流路山の副流路山は交互に配置される。
【0015】
さらに、前記副流路山は隣接する2つの前記カソード流路山の間にある。
【0016】
さらに、前記副流路山は、前記冷却チャネルに連通するように、前記カソード板本体から離間しており、前記カソード流路山は前記アノード板本体に貼り付けられる。
【0017】
さらに、前記カソード板は酸素側極板であり、前記アノード板は水素側極板である。
【発明の効果】
【0018】
従来の技術と比べて、本発明に記載の燃料電池は以下の利点を有する。
【0019】
本発明の燃料電池によれば、アノード流路山はカソード流路山に交差して配置されるため、流体分配領域の複雑さを低減するのに役立ち、さらに、カソード板とアノード板の厚さを減少するのに役立ち、燃料電池の出力密度を向上させ、燃料電池の最大放電電流を増加することを実現するようにする。
【図面の簡単な説明】
【0020】
本発明の一部を構成する添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために使用され、本発明の例示的な実施例及びその説明は本発明を解釈するためのものであり、本発明の不適切な制限を構成しない。
【0021】
図1】カソード板とアノード板を積み重ねた模式図である。
図2】冷却チャネルに向かうアノード板の一側の模式図である。
図3】MEA(膜電極)に向かうカソード板の一側の模式図である。
図4図1のCでの拡大図である。
図5図4のA-Aでの断面図である。
図6図4のA’-A’での断面図である。
図7図1のB-Bでの断面図である。
図8図6のDでの拡大図である。
図9】カソード流路、アノード流路、冷却チャネルのレイアウト模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
なお、矛盾がない場合、本発明における実施例及び実施例における特徴を互いに組み合わせることができる。
【0023】
以下、図1図9を参照しながら実施例を組み合わせて、本発明を詳細に説明する。
【0024】
図1図3図7に示すように、本発明の実施例による燃料電池は隣接して積み重ねられた少なくとも2つのセルを備え、一方のセルのカソード板1は隣接するセルのアノード板2に隣接して積み重ねられる。
【0025】
カソード板1はカソード板本体11を備え、カソード板本体11にアノード板2に向かって突起したカソード流路山12が設けられ、カソード流路山12内にカソード流路121を形成し、カソード流路121内に酸化ガスが流れ、酸化ガスは空気であってもよく、燃料電池内の電気化学反応に参加するのは空気中の酸素である。
【0026】
アノード板2はアノード板本体21を備え、アノード板本体21にカソード板1に向かって突起したアノード流路山22が設けられ、アノード流路山22内にアノード流路221を形成し、アノード流路221に還元ガスが流れ、還元ガスが水素であってもよい。
【0027】
カソード板1とアノード板2との間に冷却チャネル3を形成し、具体的に、カソード板1とアノード板2は非貼付部分に冷却チャネル3を形成し、冷却チャネル3に冷却液または冷却剤が流れる。
【0028】
酸化ガス、還元ガス、冷却液の分配を実現するように、カソード流路121、アノード流路221、冷却チャネル3の両端には流体分配領域を設置する必要がある。
【0029】
カソード流路121とアノード流路221の流体分配領域(即ち図1の水素入口マニホールドチャンバー20、水素出口マニホールドチャンバー30、酸素入口マニホールドチャンバー40、酸素出口マニホールドチャンバー50)を個別に配置することを実現するように、アノード流路山22はカソード流路山12に交差するように配置され、且つアノード流路山22とカソード流路山12との夾角範囲は60°~120°であり、これにより、流体分配領域の複雑さを低減するのに役立ち、さらに、極薄カソード板1と極薄アノード板2は、セルのサイズを拡大する場合、流体分配領域を配置できないことによるボトルネックを解消し、燃料電池の出力密度の向上を実現する。
【0030】
本発明の燃料電池によれば、アノード流路山22はカソード流路山12に交差するように配置されるため、流体分配領域の複雑さを低減するのに役立ち、さらに、カソード板1とアノード板2の厚さを減少するのに役立ち、燃料電池の出力密度を向上させ、燃料電池の最大放電電流を増加することを実現する。
【0031】
図1に示すように、アノード流路山22はカソード流路山12に垂直に配置され、カソード流路121とアノード流路221の流体分配領域の離間距離を最大化する配置を実現し、これにより、カソード板1とアノード板2の厚さを減少するのに役立ち、燃料電池の出力密度を向上させ、燃料電池の最大放電電流を増加するのに役立つ。
【0032】
図4図6図8に示すように、アノード流路山22とカソード流路山12の交差点に溝122が設けられ、アノード流路山22は溝122に嵌め合われ、溝122はカソード流路121の流動経路にあり、且つカソード流路121の内部へ凹んでおり、溝122でのカソード流路121の流路深さeは溝122以外のカソード流路121の流路深さfより小さい。
【0033】
具体的に、カソード流路山12には、酸化ガスの流れ方向に沿ってカソード流路121の内部へ凹んだ複数の溝122が設けられ、溝122の位置及び数はアノード流路山22とカソード流路山12の交差点の位置及び数に対応し、カソード流路山12上の溝122がアノード流路山22に咬み合うことを実現し、これにより、カソード板1とアノード板2の組立に役立ち、カソード板1とアノード板2の相対位置が正確であるのを確保する。
【0034】
溝122は、カソード流路121の空気抵抗をわずかに増加させるが、アノード板2の流路の数がより少なく、深さがより浅く、つまり、各カソード流路121上の溝122の数はより少なく、空気抵抗の増加は明らかではないと同時に、酸化ガスが溝122を通って流れるときにいくらかの乱流も発生し、これにより、物質移動交換の促進に役立つ。
【0035】
さらに、図8に示すように、本発明のいくつかの実施例において、溝122でのカソード流路121の流路深さeは0.2mmであり、溝122以外のカソード流路121の流路深さfは0.4mmであり、カソード板1の成形前の厚さgは0.1mmであり、アノード板2の成形前の厚さhは0.1mmであり、アノード流路221の深さiは0.2mmであり、つまり、カソード板1とアノード板2を組み立てた総厚さは0.6mmであり、これにより、燃料電池の出力密度の向上に役立ち、セル電流は10000Aに達でき、超高出力の使用要件を満たすことができる。
【0036】
図2に示すように、アノード流路山22は複数であり、且つ複数のアノード流路山22は平行に間隔をあけて配置され、これにより、水素をアノード流路221内にできるだけ均一に分布させ、タイムリにアノード生成物を排出することを確保するのに役立つ。
【0037】
図3に示すように、カソード流路山12は複数であり、且つ複数のカソード流路山12は平行に間隔をあけて配置される。これにより、空気をカソード流路121内にできるだけ均一に分布させ、タイムリにカソード生成物を排出することを確保するのに役立つ。
【0038】
図2に示すように、アノード流路山22は複数の副流路山23を有し、副流路山23内にアノード流路221に連通する副流路231を形成し、副流路山23がカソード流路山12に平行である。
【0039】
さらに、隣接する2つのアノード流路山22の副流路山23は交互に配置される。
【0040】
さらに、副流路山23は隣接する2つのカソード流路山12の間に位置する。
【0041】
つまり、アノード流れ場は、アノード流路221と副流路231によって形成される交互指流れ場に二次フラクタル交互指流れ場を重ね合わせたものであり、具体的に、図2に示すように、複数のアノード流路221は交互指流れ場を形成し、複数のアノード流路221の副流路231は二次フラクタル交互指流れ場を形成し、且つ図1に示すように、副流路山23は隣接する2つのカソード流路山12にあり、これにより、高電流密度の場合、酸素の十分な供給を確保するのに役立ち、さらに、燃料電池の性能を確保するのに役立つ。
【0042】
本発明のいくつかの実施例において、図5に示すように、副流路山23は、冷却チャネル3に連通するように、カソード板本体11から離間しており、図6に示すように、カソード流路山12はアノード板本体21に貼り付けられ、図7に示すように、隣接する2つのカソード流路山12の間のカソード板本体11とアノード板本体21との間に冷却チャネル3を形成し、冷却チャネル3に冷却液が流れる。
【0043】
本発明のいくつかの実施例において、カソード板1は酸素側極板であり、アノード板2は水素側極板である。
【0044】
図1図3図4に示すように、カソード板1の一端は酸素入口マニホールドチャンバー40であり、他端は酸素出口マニホールドチャンバー50であり、酸素は酸素入口マニホールドチャンバー40からカソード流路121に入り、余分な酸素はカソード流路121から流出し、酸素出口マニホールドチャンバー50に入る。図1図2図4に示すように、アノード板2の一端は水素入口マニホールドチャンバー20であり、他端は水素出口マニホールドチャンバー30であり、水素は水素入口マニホールドチャンバー20からカソード流路121に入り、余分な水素はアノード流路221から流出し、水素出口マニホールドチャンバー30に入る。
【0045】
図1から分かるように、水素入口マニホールドチャンバー20と水素出口マニホールドチャンバー30はアノード板2の両端に配置され、酸素入口マニホールドチャンバー40と酸素出口マニホールドチャンバー50はカソード板1の両端に配置され、且つ水素入口マニホールドチャンバー20と水素出口マニホールドチャンバー30との間の接続線と、酸素入口マニホールドチャンバー40と酸素出口マニホールドチャンバー50との間の接続線との夾角範囲は60°~120°であり、好ましくは90°であり、即ち水素入口マニホールドチャンバー20と水素出口マニホールドチャンバー30との間の接続線は酸素入口マニホールドチャンバー40と酸素出口マニホールドチャンバー50との間の接続線に垂直である。水素入口マニホールドチャンバー20、水素出口マニホールドチャンバー30、酸素入口マニホールドチャンバー40、酸素出口マニホールドチャンバー50を個別に配置することにより、流体分配領域(即ち各マニホールドチャンバー)の複雑さを低減するのに役立ち、さらに、極薄カソード板1と極薄アノード板2は、セルのサイズを拡大する場合、流体分配領域を配置できないことによるボトルネックを解消し、燃料電池の出力密度の向上を実現する。
【0046】
図9に示すように、カソード流路121内の酸素とアノード流路221内の水素は反応領域60に反応し、冷却チャネル3に冷却液が流れ、燃料電池に遷移領域70も存在し、カソード流路121内の酸素とアノード流路221内の水素を緩衝し、水素と酸素との十分な反応に役立つ。
【0047】
以上で本発明の好ましい実施例だけであり、本発明を制限するためのものではなく、本発明の精神と原則から逸脱しない限り、行った任意の修正、等価置換、改善等は、いずれも本発明の保護範囲に含まれるべきである。
【0048】
[付記]
[付記1]
隣接して積み重ねられた少なくとも2つのセルを備え、一方のセルのカソード板(1)は隣接するセルのアノード板(2)に隣接して積み重ねられる燃料電池であって、前記カソード板(1)はカソード板本体(11)を備え、前記カソード板本体(11)に前記アノード板(2)に向かって突起したカソード流路山(12)が設けられ、前記カソード流路山(12)内にカソード流路(121)を形成し、前記アノード板(2)はアノード板本体(21)を備え、前記アノード板本体(21)に前記カソード板(1)に向かって突起したアノード流路山(22)が設けられ、前記アノード流路山(22)内にアノード流路(221)を形成し、前記カソード板(1)と前記アノード板(2)との間に冷却チャネル(3)を形成し、前記アノード流路山(22)は前記カソード流路山(12)に交差するように配置され、且つ前記アノード流路山(22)と前記カソード流路山(12)との夾角範囲は60°~120°であることを特徴とする燃料電池。
【0049】
[付記2]
前記アノード流路山(22)は前記カソード流路山(12)に垂直に配置されることを特徴とする付記1に記載の燃料電池。
【0050】
[付記3]
前記アノード流路山(22)と前記カソード流路山(12)との交差点に溝(122)が設けられ、前記アノード流路山(22)は前記溝(122)に嵌め合われ、前記溝(122)は前記カソード流路(121)の流動経路にあり、且つ前記カソード流路(121)の内部に向かって凹んでおり、前記溝(122)での前記カソード流路(121)の流路深さは前記溝(122)以外のカソード流路(121)の流路深さより小さいことを特徴とする付記1に記載の燃料電池。
【0051】
[付記4]
前記溝(122)での前記カソード流路(121)の流路深さは0.2mmであり、前記溝(122)以外のカソード流路(121)の流路深さは0.4mmであることを特徴とする付記3に記載の燃料電池。
【0052】
[付記5]
前記アノード流路山(22)は複数であり、且つ複数の前記アノード流路山(22)は平行に間隔をあけて配置され、前記カソード流路山(12)は複数であり、且つ複数の前記カソード流路山(12)は平行に間隔をあけて配置されることを特徴とする付記1に記載の燃料電池。
【0053】
[付記6]
前記アノード流路山(22)は複数の副流路山(23)を有し、前記副流路山(23)内に前記アノード流路(221)に連通する副流路(231)を形成し、前記副流路山(23)は前記カソード流路山(12)に平行であることを特徴とする付記1に記載の燃料電池。
【0054】
[付記7]
隣接する2つの前記アノード流路山(22)の副流路山(23)は交互に配置されることを特徴とする付記6に記載の燃料電池。
【0055】
[付記8]
前記副流路山(23)は隣接する2つの前記カソード流路山(12)の間にあることを特徴とする付記6に記載の燃料電池。
【0056】
[付記9]
前記副流路山(23)は、前記冷却チャネル(3)に連通するように、前記カソード板本体(11)から離間しており、前記カソード流路山(12)は前記アノード板本体(21)に貼り付けられることを特徴とする付記6に記載の燃料電池。
【0057】
[付記10]
前記カソード板(1)は酸素側極板であり、前記アノード板(2)は水素側極板であることを特徴とする付記1乃至9のいずれか1つに記載の燃料電池。
【符号の説明】
【0058】
カソード板1、カソード板本体11、カソード流路山12、カソード流路121、溝122、アノード板2、アノード板本体21、アノード流路山22、アノード流路221、副流路山23、副流路231、冷却チャネル3、水素入口マニホールドチャンバー20、水素出口マニホールドチャンバー30、酸素入口マニホールドチャンバー40、酸素出口マニホールドチャンバー50、反応領域60、遷移領域70。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9