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一种燃料电池包括可渗透氢的金属基底和电解质层。可渗透氢的金属基底作为阳极。电解质层设置在可渗透氢的金属基底上，并且具有质子导电性。可渗透氢的金属基底的至少一部分由其再结晶温度高于指定温度的金属构成。

1.  一种燃料电池，包括：
作为阳极的可渗透氢的金属基底；和
设置在所述可渗透氢的金属基底上并具有质子导电性的电解质层，
其中所述可渗透氢的金属基底的至少一部分由其再结晶温度高于指定温度的金属构成。

2.  根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述指定温度是纯钯的再结晶温度。

3.  根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述指定温度是所述燃料电池的工作温度的最高值。

4.  根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述指定温度是在所述燃料电池的制造过程和操作过程中，在所述可渗透氢的金属基底与所述电解质层接触的情况下所述可渗透氢的金属基底经受的最高温度。

5.  根据权利要求1所述的燃料电池，其中：
所述电解质层是利用涂覆方法形成的；和
所述指定温度是所述电解质层的形成温度。

6.  根据权利要求1～5中任一项所述的燃料电池，其中，其再结晶温度高于所述指定温度的所述金属是贵金属。

7.  根据权利要求1～6中任一项所述的燃料电池，其中，所述指定温度是550摄氏度。

8.  根据权利要求1～7中任一项所述的燃料电池，其中，其再结晶温度高于所述指定温度的所述金属的氢膨胀系数小于指定值。

9.  根据权利要求8所述的燃料电池，其中：
其再结晶温度高于所述指定温度的所述金属是Pd合金；和
所述指定值是纯Pd的氢膨胀系数。

10.  根据权利要求1～9中任一项所述的燃料电池，其中，其再结晶温度高于所述指定温度的所述金属是PdPt基合金或PdAuRh基合金。

11.  根据权利要求1～10中任一项所述的燃料电池，其中，其再结晶温度高于所述指定温度的所述金属至少设置在所述可渗透氢的金属基底的所述电解质层侧的表面上。

燃料电池
技术领域
本发明一般涉及燃料电池。
背景技术
通常，燃料电池是从燃料即氢和氧获得电能的装置。因为燃料电池在环境方面优异并可获得高的能量效率，所以正广泛地开发燃料电池作为能量供给装置。
存在包括固体电解质的一些类型的燃料电池，例如聚合物电解质燃料电池、固体氧化物燃料电池和氢渗透膜燃料电池(HMFC)。在此，氢渗透膜燃料电池具有可渗透氢的致密膜。可渗透氢的致密膜由具有氢渗透性的金属构成，并且作为阳极。氢渗透膜燃料电池具有其中具有质子导电性的电解质沉积在可渗透氢的膜上的结构。一些供给到可渗透氢的膜的氢通过催化剂反应转化成质子。质子在具有质子导电性的电解质中传导，与在阴极供给的氧反应，并且由此产生电力，如在专利文献1中公开的。
专利文献1：日本专利申请公开No.2004-146337
发明内容
然而，对于专利文献1中公开的技术，存在如下情形：因为可渗透氢的膜在氢渗透膜燃料电池运行期间变形，所以可渗透氢的膜与电解质层界面分离。
本发明的一个目的是提供防止在可渗透氢的膜和电解质层之间发生界面分离的燃料电池。
根据本发明的燃料电池包括可渗透氢的金属基底和电解质层。所述可渗透氢的金属基底作为阳极。所述电解质层设置在所述可渗透氢的金属基底上并具有质子导电性。所述可渗透氢的金属基底的至少一部分由其再结晶温度高于指定温度的金属构成。
利用根据本发明的燃料电池，因为所述可渗透氢的金属基底的再结晶温度高于指定温度，所以抑制了所述可渗透氢的金属基底的变形，即使燃料电池的温度升高也是如此。这抑制了所述可渗透氢的金属基底和所述电解质层之间的分离。或者，抑制了所述电解质层中的开裂。
所述指定温度可以是纯钯的再结晶温度。在该情况下，与使用纯钯作为可渗透氢的金属基底的情形相比，更好地抑制了可渗透氢的金属基底的变形。所述指定温度可以是燃料电池的工作温度的最高值。在该情况下，在燃料电池的运行中抑制了燃料电池的变形。
所述指定温度可以是在所述燃料电池的制造过程和操作过程中，在所述可渗透氢的金属基底与所述电解质层接触的情况下所述可渗透氢的金属基底经受的最高温度。在该情况下，在所述燃料电池的制造过程和操作过程中抑制了可渗透氢的金属基底的变形。所述电解质层可以利用涂覆方法形成，所述指定温度可以是所述电解质层的涂覆温度。在该情况下，当形成电解质层时，抑制了可渗透氢的金属基底的变形。
其再结晶温度高于所述指定温度的所述金属可以是贵金属。在该情况下，抑制了因所述可渗透氢的金属基底的氧化引起的分离。所述指定温度可以是550摄氏度。
其再结晶温度高于所述指定温度的所述金属的氢膨胀系数可以小于指定值。在该情况下，抑制了可渗透氢的金属基底的变形，即使该可渗透氢的金属基底暴露于氢气氛也是如此。其再结晶温度高于所述指定温度的所述金属可以是Pd合金，所述指定值可以是纯Pd的氢膨胀系数。在该情况下，与使用纯钯作为可渗透氢的金属基底的情形相比，更好地抑制了可渗透氢的金属基底的变形。
其再结晶温度高于所述指定温度的所述金属可以是PdPt基合金或PdAuRh基合金。其再结晶温度高于所述指定温度的所述金属可以至少设置在所述可渗透氢的金属基底的所述电解质层一侧的表面上。在该情况下，抑制了在所述可渗透氢的金属基底的所述电解质层一侧的表面的变形。有效地抑制了可渗透氢的金属基底和电解质层之间的分离。
发明效果
根据本发明，抑制了可渗透氢的金属基底和电解质层之间的界面分离。
附图说明
图1示出根据本发明一个实施方案的燃料电池的横截面示意图；
图2示出可渗透氢的金属基底的再结晶温度和泄漏的氢量之间的关系；以及
图3示出可渗透氢的金属基底的氢膨胀系数和泄漏的氢量之间的关系。
具体实施方式
现在将描述实施本发明的最佳方式。
(实施方案)
图1示出根据本发明一个实施方案的燃料电池100的横截面示意图。在该实施方案中，使用氢渗透膜燃料电池作为燃料电池。如图1所示，燃料电池100具有隔离器(隔板)1和9、集电器2和8、增强基底3、可渗透氢的金属基底4、中间层5、电解质层6和阴极7。在该实施方案中，为简化起见，描述了图1所示的单电池。在实际的燃料电池中，可以堆叠多个单电池。
隔离器1由诸如不锈钢的导电材料构成。在隔离器1的上表面上在外围区域处形成凸起部。集电器2例如由诸如烧结的发泡多孔金属、SUS430多孔材料、Ni多孔材料、涂覆Pt的Al₂O₃多孔材料、或Pt网的导电材料构成。集电器2层合在隔离器1的中心区域上。
增强基底3由诸如不锈钢的导电材料构成，并且增强可渗透氢的金属基底4和电解质层6。增强基底3通过隔离器1的凸出部和集电器2设置在隔离器1上。增强基底3通过硬钎焊材料等连接到隔离器1。多个通孔(未显示)形成于增强基底3的中心部分处。这使得燃料气体从集电器2供给到可渗透氢的金属基底4。
可渗透氢的金属基底4层合在增强基底3上，以覆盖形成于增强基底3内的通孔。可渗透氢的金属基底4作为燃料气体供给到其的阳极，并增强电解质层6。可渗透氢的金属基底4具有氢渗透性，并且由其再结晶温度高于指定温度的金属构成。可渗透氢的金属基底4在下文详述。可渗透氢的金属基底4的厚度为例如5μm到100μm。
中间层5层合到可渗透氢的金属基底4上。中间层5吸收可渗透氢的金属基底4和电解质层6之间的界面分离。也就是说，中间层5由对可渗透氢的金属基底4的粘附性比电解质层6对可渗透氢的金属基底4的粘附性高并且对电解质层6的粘附性比可渗透氢的金属基底4对电解质层6的粘附性高的材料构成。优选中间层5解离氢，这是因为促进了氢转化成质子。例如，可以使用纯钯作为解离氢的中间层5。中间层5可由不具有氢渗透性的材料构成。如果减小中间层5的厚度，则对于氢渗透性几乎没有影响。中间层5的厚度为例如10nm到500nm。
电解质层6形成于中间层5上。电解质层6由具有质子导电性的材料构成。可以使用诸如钙钛矿的固体氧化物电解质作为电解质层6。电解质层6的厚度为例如0.2μm到5μm。不限制电解质层6的涂覆方法。该方法可以是PLD法。阴极7例如由诸如钴酸镧、锰酸镧、银、铂或负载铂的碳的导电材料构成，并层合于电解质层6上。阴极7可用丝网印刷法形成。
集电器8由与集电器2相同的材料构成，并层合于阴极7上。隔离器9由与隔离器1相同的材料构成，并层合于集电器8上。并且在隔离器9底面的外围区域处形成凸出部。隔离器9通过隔离器9的凸出部连接到增强基底3。在增强基底3和隔离器9之间进行绝缘化。这防止在隔离器1和隔离器9之间发生电短路。
在下文将描述燃料电池100的运行。将含氢的燃料气体供给至集电器2。该燃料气体通过增强基底3的通孔和集电器2供给至可渗透氢的金属基底4。燃料气体中的一些氢在可渗透氢的金属基底4处转化成质子。质子在可渗透氢的金属基底4和电解质层6中传导，并到达阴极7。
另一方面，含氧的氧化剂气体供给至集电器8。该氧化剂气体供给至阴极7。质子与供给至阴极7的氧化剂气体中的氧反应。由此产生水并发电。所产生的电力通过集电器2和8以及隔离器1和9收集。
当发电时产生热。并且燃料电池100的温度在发电期间升高。在该实施方案中，因为构成可渗透氢的金属基底4的金属的再结晶温度高于指定温度，所以抑制了可渗透氢的金属基底4的变形，即使燃料电池100的温度升高也是如此。因此，抑制了可渗透氢的金属基底4和电解质层6之间的分离。或者，抑制了在电解质6中的开裂。
优选构成可渗透氢的金属基底4的金属的再结晶温度高于纯钯的再结晶温度，这是因为与可渗透氢的金属基底4由纯钯构成的情形相比，更好地抑制了可渗透氢的金属基底4的变形。优选构成可渗透氢的金属基底4的金属的再结晶温度高于燃料电池100的工作温度的最高值，这是因为抑制了燃料电池100运行期间可渗透氢的金属基底4的变形。燃料电池100的工作温度的最高值为例如400摄氏度到600摄氏度。
优选构成可渗透氢的金属基底4的金属的再结晶温度高于电解质层6的形成温度，这是因为抑制了在电解质层6形成期间可渗透氢的金属基底4的变形。电解质层6的形成温度取决于构成电解质层6的材料。该形成温度为例如600摄氏度。形成温度是电解质层6形成期间的温度。
优选构成可渗透氢的金属基底4的金属的再结晶温度高于增强基底3和隔离器1与9之间的连接过程期间硬钎焊材料的熔融温度。硬钎焊材料的熔融温度取决于硬钎焊材料的种类，例如为500摄氏度到600摄氏度。
优选构成可渗透氢的金属基底4的金属的再结晶温度高于在燃料电池100的制造过程和燃料电池100的运行过程中在可渗透氢的金属基底4上形成电解质层6的情况下可渗透氢的金属基底4经历的最高温度。在该情况下，在燃料电池100的制造过程和运行过程中抑制了可渗透氢的金属基底4和电解质层6之间的分离。如果中间层5的形成温度最高，则优选构成可渗透氢的金属基底4的金属的再结晶温度高于中间层5的形成温度。
在此处，表1显示了用作可渗透氢的金属基底4的材料。表1中的再结晶温度是在0.1mm厚的目标金属层经受热处理并测量该金属层的硬度变化的情况下在软化之前和之后该金属层的硬度在中间时的温度。热处理在真空气氛中和指定温度范围内进行两小时。尤其优选使用表1中所示金属中的PdPt基合金或PdAuRh基合金。如果使用表1中所示的贵金属合金作为可渗透氢的金属基底4，则可以抑制因可渗透氢的金属基底4的氧化引起的分离。
表1