燃料电池,燃料电池分解方法,以及用于燃料电池中的隔板

摘要

本发明涉及燃料电池，燃料电池分解方法，以及用于燃料电池中的隔板。一种分解燃料电池(10)的分解程序首先提供具有斜边的破裂工具(12)，并将破裂工具(12)的斜别放置在凹部(11)的底部。然后该分解程序将破裂工具(12)的斜边置于其上的凹部(11)的底部作为作用点，将破裂工具(12)的腹侧置于其上的凹部(11)的开口边作为支点，并将施加力的破裂工具(12)的基端作为力点，通过杠杆原理向作用点施加外力。从隔板(6)内的作用点开始出现裂纹。裂纹从作用点朝MEA(膜电极组件)(2)的电极(4)和(5)外侧而且为密封件(8)内侧的位置扩散。然后该程序除去断裂的隔板(6)以使MEA(2)暴露在外，并沿电极(4)和(5)外侧而且为密封件(8)内侧的切割线(CL)切除电解质膜(3)。

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池，燃料电池分解方法以及用于燃料电池中的隔板。

背景技术

一种已知结构的燃料电池包括：在一对电极之间插置有电解质的电极组件；夹着所述电极组件设置的一对隔板，其中朝向一个电极的一个隔板具有氧化气体管道，而朝向另一个电极的另一个隔板具有燃料气体管道；以及在所述一对隔板之间的间隙内沿所述电极组件的周边形成的密封件。在这种已知结构的燃料电池中，氢供应作为燃料气体供给到燃料气体管道，而空气供应作为氧化气体供应到氧化气体管道。氢在朝向燃料气体管道的一个电极(阳极)被分解为质子和电子。质子穿过电解质并移动到另一个电极(阴极)，而电子通过外部电路并移动到阴极。在阴极，空气中包含的氧与质子和电子反应以产生水。这种电化学反应产生电动势。密封件是用于将两个隔板彼此结合的粘合剂层，并用于防止氧与氢在各个电极的周边直接接触。

为了从用过的燃料电池回收或再利用昂贵的电极组件(尤其是包含贵金属催化剂的电极)，分别收集或处置用过的燃料电池，以及评价用过的燃料电池中电极组件的性能，经常需要分解燃料电池。例如，日本专利未审定公报No.2002-151112中公开的燃料电池在密封件与隔板之间设置有线状件。为分解燃料电池，可将该线状件拔出以从密封件剥离。

然而，在这种现有技术的燃料电池结构中，当线状件被紧紧地粘在密封件上时，向外拔线状件的动作可能无法充分地移动线状件或者可能损坏线状件。从而可能无法充分地剥离密封件。因此，该结构不能确保有效和高效地分解燃料电池。该结构还要求在密封件与隔板之间具有线状件，从而不期望地增加了所需部件的总数。

发明内容

本发明的目的在于促进燃料电池的分解而无需任何附加部件。本发明的目的还在于提供一种实现根据要求适当地分解燃料电池的分解方法。本发明的目的还在于提供一种适用于燃料电池的隔板。

为了实现上述及其它相关目的中的至少一部分，本发明针对一种通过燃料气体与氧化气体的反应产生电力的燃料电池。该燃料电池包括：在一对电极之间插置有电解质的电极组件；夹着所述电极组件设置的一对隔板，其中朝向一个电极的一个隔板具有氧化气体管道，而朝向另一个电极的另一个隔板具有燃料气体管道；在所述一对隔板之间的间隙内沿所述电极组件的周边形成的密封件；以及用于使所述隔板中的至少一个断裂的断裂导件。

当需要分解燃料电池时，本发明的燃料电池的结构利用断裂导件使隔板中的至少一个断裂。这种设置确保根据要求有效地分解燃料电池。本发明的技术可应用于任何类型的燃料电池，包括聚合物电解质燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融的碳酸盐燃料电池、磷酸盐燃料电池以及碱性燃料电池。电解质的一个优选示例是固体电解质。

在本发明的燃料电池中，优选地，所述断裂导件用于使所述隔板中的至少一个在所述电极外侧但是在所述密封件内侧的位置断裂。这种设置可确保在分解燃料电池的过程中隔板在电极外侧但是在密封件内侧的位置断裂，而不容易损坏电极组件的电极。所述断裂导件可形成于所述隔板中的至少一个上所述密封件的位置处或该位置附近。所述断裂导件还可形成于在所述隔板中的至少一个上形成的薄壁部中。

在本发明的燃料电池的优选结构中，所述断裂导件设置在所述隔板中的至少一个上且形成于所述隔板的除朝向所述电极组件的平面之外的特定平面上，例如，隔板的与朝向电极组件的平面相邻的平面，如侧面、垂直平面或倾斜平面上。这种设置确保易于接近断裂导件。在另一个优选结构中，所述断裂导件设置在所述隔板中的至少一个上且形成于所述隔板的与朝向所述电极组件的平面相反一侧的特定平面上。隔板的与朝向所述电极组件的平面相反一侧的平面具有有利于形成断裂导件的宽的区域。

在本发明的燃料电池的一个优选实施例中，所述断裂导件包括绕所述隔板的周边连续地形成的凹部或者绕所述隔板的周边间断地设置的多个凹部。这种设置不需要任何附加部件，但通过简单地在隔板中形成一个或多个凹部就可促进燃料电池的分解。所述凹部可形成于所述隔板的所述电极组件的外侧但是所述密封件内侧的位置。在间断地形成多个凹部的结构中，希望多个凹部以使得在隔板的表面的方向上裂纹连接的间隔设置以用于断裂。

在本发明的燃料电池的该实施例中，当断裂导件包括间断地形成的多个凹部时，所述多个凹部中的每一个可具有多边形开口，所述开口具有至少一个小于90度的顶角。裂纹易于从所述凹部的开口中具有小于90度的顶角的顶点开始并沿隔板的表面的方向延伸以使隔板断裂。这种设置确保容易地分解燃料电池。所述凹部在隔板的厚度(depth，深度)方向上可具有大致楔形的截面。所述凹部在隔板的厚度方向上也可具有准V形截面、准U形截面以及准圆形截面中的任何一个。可容易地通过杠杆原理施加外力以使隔板断裂。所述凹部还可被用作用于冷却燃料电池的冷却剂的冷却剂管道。

当断裂导件包括连续的凹部或间断地设置的多个凹部时，可使用破裂工具向所述凹部施加外力以使所述隔板中的至少一个断裂。一个优选的断裂方法将所述破裂工具的前缘(edge)放置在所述凹部的底部并向所述底部施加外力，从而使所述隔板中的至少一个断裂。另一个优选的断裂方法将放置所述破裂工具的前缘的所述凹部的底部作为作用点，将放置所述破裂工具的腹侧(flat side)的所述凹部的开口边缘作为支点，将被施加力的所述破裂工具的基端作为力点，通过杠杆原理向所述作用点施加外力，从而使所述隔板中的至少一个断裂。另一个优选的断裂方法提供具有斜边的破裂工具并将所述破裂工具的斜边插入所述凹部的开口，以沿张开的方向向所述凹部施加外力，从而使所述隔板中的至少一个断裂。

在本发明的燃料电池的另一个优选实施例中，所述断裂导件设置在所述隔板中的至少一个上，且主要由物理或化学特性与所述隔板的材料的物理或化学特性不同的材料制成。利用物理或化学特性与隔板的物理或化学特性不同的断裂导件使隔板断裂。断裂导件可这样形成，即，通过在隔板中嵌入不同的材料，或通过物理或化学地加工或处理由均质材料制成的隔板的至少一个预定区域，以改变所述预定区域的特性以形成断裂导件。

在本发明的燃料电池中，优选地，由不同材料制成的所述断裂导件形成于所述隔板中以使所述隔板的表面基本平直和平坦。与一个或多个凹部的断裂导件相比，这种设置有利地确保更高的强度。

在本发明的燃料电池的一个优选实施例中，由不同材料制成的所述断裂导件包括绕所述隔板的周边连续地形成的凹部或者绕所述隔板的周边间断地设置的多个凹部。在间断地形成多个凹部的结构中，希望多个凹部以使得在用于断裂的隔板的表面的方向上裂纹连接的间隔设置。在本发明的燃料电池的该实施例中，当断裂导件包括间断地形成的多个凹部时，在隔板的表面上，所述断裂导件可具有多边形暴露区域，所述暴露区域具有至少一个小于90度的顶角。裂纹易于从具有小于90度的顶角的顶点开始并沿隔板的表面的方向延伸以使隔板断裂。这种设置确保容易地分解燃料电池。所述凹部在隔板的厚度方向上可具有大致楔形的截面。裂纹易于沿隔板的厚度方向延伸以使隔板断裂。

在本发明的燃料电池中，当断裂导件由不同的材料制成时，优选地，所述不同的材料的电导率与所述隔板的电导率基本相等。在多个燃料电池一个接一个的串联堆叠的燃料电池组中，该布置确保相邻燃料电池的足够大的接触区域以及足够高的电导率。

在本发明的燃料电池中，当断裂导件由不同的材料制成时，优选地，所述不同的材料的硬度与所述隔板的硬度不同。在一个示例中，所述不同的材料的硬度高于所述隔板的硬度。硬度较高的断裂导件被压入隔板的厚度方向以使隔板断裂。在另一个示例中，所述不同的材料的硬度低于所述隔板的硬度。将一破裂工具压入隔板的厚度以破坏断裂导件，使隔板断裂。

在具有由不同的材料制成的断裂导件的本发明的燃料电池的该实施例中，可使用破裂工具向断裂导件施加外力，以使隔板中的至少一个断裂。利用物理或化学特性与隔板的物理或化学特性不同的断裂导件使隔板断裂。在一个示例中，当断裂导件由硬度高于隔板的硬度的材料制成时，该程序使用破裂工具向断裂导件施加外力，从而将断裂导件挤压入隔板的深部，以使隔板断裂。在另一个示例中，当断裂导件由硬度低于隔板的硬度的材料制成时，该程序将所述破裂工具的前缘放置在所述断裂导件上并向所述断裂导件施加外力，以将所述破裂工具的前缘压入所述隔板的深部并破坏所述断裂导件以使隔板断裂。

在本发明的燃料电池的另一个优选实施例中，所述断裂导件包括在所述一对隔板之间的间隙内在所述电极组件的周边上或该周边外侧形成的阻止件，以防止在沿使所述间隙变窄的方向上受到挤压力时所述间隙缩小到小于预定宽度。燃料电池的分解程序在所述隔板上电极组件的周边上的位置或其附近位置施加挤压力(沿使所述间隙变窄的方向的外力)。在挤压力的作用下在隔板位置处一对隔板之间的间隙变窄，而阻止件保持该间隙不小于预定宽度。从而这种设置导致隔板在电极组件的周边上的位置或其附近位置断裂。阻止件期望地由硬度高于隔板的硬度的材料制成。

在本发明的燃料电池中，当断裂导件包括阻止件时，优选地，所述阻止件沿所述隔板的周边设置，使得不会妨碍平稳地供给和排放燃料气体和氧化气体。所述阻止件形成于所述一对隔板之间的间隙内，燃料气体管路和氧化气体管路也位于所述间隙内。因此，优选地，阻止件包括间断地设置的多个部分。

在本发明的燃料电池中，当断裂导件包括阻止件时，还优选地，所述阻止件由介电材料制成。介电材料有效地防止夹着电解质设置的电极经由阻止件电连接。

在本发明的燃料电池中，当断裂导件包括阻止件时，还优选地，当所述阻止件被压向所述隔板的一端时，所述阻止件的顶部和底部与所述一对隔板紧密接触，以防止所述密封件的泄漏。该结构的阻止件在用于使隔板断裂时有效地防止密封件的泄漏。

在本发明的燃料电池中，当断裂导件包括阻止件时，还优选地，所述阻止件在所述隔板的厚度方向上具有准圆形的截面，且所述隔板中的每一个具有渐变部，以使所述一对隔板之间的间隙朝所述隔板的端部逐渐变窄。该设置较容易地实现防止密封件的泄漏的功能。所述阻止件可以是沿所述隔板的周边设置的圆形杆件或球形件。

在具有阻止件作为断裂导件的本发明的燃料电池的该实施例中，当沿使所述间隙变窄的方向向所述隔板的位于所述阻止件内侧的向内区域施加外力时，所述阻止件的存在施加一个使所述隔板的表面弯曲的弯曲力，以使所述隔板中的至少一个断裂。可向所述隔板的位于所述阻止件内侧的几乎整个向内区域施加外力。

在本发明的燃料电池的另一个优选实施例中，所述断裂导件包括斜面，该斜面形成于所述隔板中的至少一个上且从所述密封件的外端位置或其附近位置朝所述隔板的端部延伸，以使所述一对隔板之间的间隙逐渐变宽。该断裂导件有助于将破裂工具的前缘插入所述一对隔板之间的间隙内并因此利用所述破裂工具使所述隔板断裂。例如，当破裂工具的斜边插入所述一对隔板之间的间隙深部内时，所述破裂工具与两个隔板接触以沿使所述一对隔板之间的间隙扩大的方向施加力，以使所述隔板断裂。

在本发明的燃料电池中，当断裂导件包括斜面时，优选地，所述斜面保持当将具有斜边的破裂工具插入所述一对隔板之间的间隙内时的空间。该设置有助于将破裂工具的斜边插入所述一对隔板之间的间隙内。

在本发明的燃料电池中，当断裂导件包括斜面时，还优选地，所述斜面具有不小于所述破裂工具的斜边的梯度角的倾角。该设置抑制破裂工具与隔板的所述斜面接触。因此，隔板不太可能在所述斜面上断裂。所述斜面形成于所述隔板的端部(即，所述密封件的外侧)。因此，所述斜面的断裂不容易接近电极组件。从而希望防止隔板在所述斜面上断裂。

在本发明的燃料电池中，当断裂导件包括斜面时，还优选地，所述断裂导件包括所述斜面和形成于所述隔板中的另一个上的水平面，该水平面用以引导朝内插入所述一对隔板之间的间隙内的破裂工具的前缘的水平运动。破裂工具的前缘沿所述水平面移动以插入所述燃料电池内部。该设置有效地防止破裂工具沿垂直轴线不稳定地移动。

在本发明的燃料电池的另一个优选实施例中，所述断裂导件包括在所述隔板中的至少一个上形成的薄壁部。与隔板的其它部分相比，所述薄壁部易于断裂。从而向所述薄壁部施加外力较容易地使所述隔板断裂。所述薄壁部可通过切除所述隔板的朝向所述电极组件的平面而形成。该设置不会减小在多个燃料电池的层叠体中彼此接触的相邻的隔板的接触区域。

在断裂导件具有斜面或断裂导件具有斜面和水平面的结构中，在沿使所述一对隔板之间的间隙变窄的方向向所述隔板的位于所述阻止件内侧的向内区域施加外力的同时，沿所述断裂导件将破裂工具的前缘插入所述间隙深部。然后所述破裂工具与两个隔板接触以沿使所述一对隔板之间的间隙扩大的方向施加力。该使间隙扩大的力使所述隔板中的至少一个断裂。在一个示例中，程序可提供两个破裂工具并沿相反的方向将这两个破裂工具插入所述一对隔板之间的间隙内。在另一个示例中，程序可沿所述断裂导件将所述破裂工具的前缘插入所述一对隔板之间的间隙内并扭弯所述破裂工具。然后所述破裂工具与两个隔板接触以沿使所述一对隔板之间的间隙扩大的方向施加力。该使间隙扩大的力使所述隔板中的至少一个断裂。

本发明还针对一种分解燃料电池的分解方法，所述燃料电池包括：具有电解质和电极的电极组件；夹着所述电极组件设置的一对隔板；以及插置在所述一对隔板之间的密封件。该分解方法包括以下步骤：向所述隔板中的至少一个的与所述隔板的朝向电极组件的平面相对的相对表面(即，所述隔板的外表面)施加外力，以促进所述燃料电池的分解。可以在所述隔板的外表面上所述电极与所述密封件之间的位置(即，位于所述电极外侧且位于所述密封件内侧的位置)或其附近位置施加外力。可以在所述隔板的所述相对表面上形成断裂导件以表明所述电极与所述密封件之间的位置，尽管该断裂导件不是关键的。可利用压力装置、激光照射装置、高压流体进给装置、高硬度颗粒进给装置以及切割器中的任何一个施加外力。

在本发明的分解方法的一个优选应用中，所述促进分解的步骤从所述燃料电池的外侧将切削工具插入所述一对隔板之间的间隙，从而施加外力。所述隔板之间的连接通过插入所述切削工具而被切断。这有助于去除隔板以及随后收集电极组件用于回收和再利用。所述切削工具可用于切削所述密封件或所述隔板的一部分。该切削工具可以是如切割器那样的切削刀片或者如钻头那样的钻孔工具。在本发明的分解方法的另一个优选应用中，所述促进分解的步骤夹紧所述一对隔板以施加压力并连续地移动挤压位置以使所述隔板沿彼此远离的方向翘曲。隔板沿彼此远离的方向翘曲有助于去除隔板以及随后收集电极组件用于回收和再利用。希望所述一对隔板由易于发生翘曲的金属制成。所述促进分解的步骤可在夹紧所述一对隔板以施加压力的同时，加热所述密封件以软化或熔化所述密封件，并沿所述密封件的轮廓线连续地移动加热和挤压位置。该设置减小了密封件的粘合力，从而促进隔板彼此分离。所述促进分解的步骤可使用一对挤压辊夹紧所述一对隔板以施加压力并连续地移动挤压位置。或者所述促进分解的步骤可使用带有加热功能的一对辊夹紧所述一对隔板以施加压力，同时加热所述密封件从而软化或熔化所述密封件，并沿所述密封件的轮廓线连续地移动加热和挤压位置。

本发明还针对一种隔板，所述隔板成对使用并设置成夹着在一对电极之间插置有电解质的电极组件。所述隔板包括沿该隔板的周边形成的、用于使该隔板断裂的断裂导件。本发明的该结构允许隔板断裂以确保根据要求有效地分解燃料电池。一种优选的电解质是固体电解质。

在本发明的隔板中，优选地，所述断裂导件用于在所述电极外侧但是在沿所述电极组件的周边设置的密封件内侧的位置使所述隔板断裂。所述断裂导件可形成于沿所述电极组件的周边设置的密封件位置处或该位置附近，或者可形成于所述隔板中厚度小于所述隔板其它部分的厚度的薄壁部中。所述断裂导件可设置在所述隔板中的至少一个上且形成于所述隔板的除朝向所述电极组件的平面之外的特定平面上，或者所述隔板的与朝向所述电极组件的平面相反一侧的特定平面上。

在本发明的隔板的一个优选实施例中，所述断裂导件包括绕所述隔板的周边连续地形成的凹部或绕所述隔板的周边间断地设置的多个凹部。在本发明的隔板的该实施例中，当所述断裂导件包括间断地形成的多个凹部时，所述多个凹部中的每一个具有多边形开口，所述开口具有至少一个小于90度的顶角。在该实施例中，所述凹部在所述隔板的厚度方向上具有大致楔形截面、准V形截面、准U形截面、以及准圆形截面中的任何一个。所述凹部还可被用作用于冷却包括所述隔板的燃料电池的冷却剂管道。

在本发明的隔板的另一个优选实施例中，所述断裂导件主要由物理或化学特性与所述隔板的材料的物理或化学特性不同的材料制成。

在所述断裂导件由不同的材料制成的本发明的隔板中，所述断裂导件可形成为使得所述隔板的表面基本平直和平坦。所述断裂导件可包括沿所述隔板的周边连续地形成的部件或沿所述隔板的周边间断地形成的多个部件。当所述断裂导件包括沿所述隔板的周边间断地形成的多个部件时，所述断裂导件在所述隔板的表面上可具有多边形暴露区域，所述多边形暴露区域具有至少一个小于90度的顶角。所述断裂导件在所述隔板的厚度方向上可具有大致楔形截面。在所述断裂导件由不同的材料制成的本发明的隔板中，优选地，所述不同的材料的硬度与所述隔板的硬度不同。此处，所述不同的材料的硬度可以高于或低于所述隔板的硬度。所述不同的材料的电导率与所述隔板的电导率基本相等。在所述断裂导件由不同的材料制成的隔板中，利用所述断裂导件的不同的物理或化学特性使所述隔板断裂。

在本发明的隔板的另一个优选实施例中，所述断裂导件包括从沿所述电极组件的周边设置的密封件的外端位置或其附近位置朝向所述隔板的端部延伸的斜面。在该实施例中，所述斜面可形成用于从所述隔板的端部朝沿所述电极组件的周边设置的密封件插入具有斜边的破裂工具的空间。所述斜面可具有不小于所述破裂工具的斜边的梯度角的倾角。所述隔板中所述断裂导件的斜面有助于将所述破裂工具的斜边插入所述一对隔板之间的间隙内。

在本发明的隔板的另一个优选实施例中，所述断裂导件包括厚度小于所述隔板其它部分的厚度的薄壁部。在该实施例中，所述薄壁部可通过切除所述隔板朝向所述电极组件的平面而形成。所述薄壁部易于断裂，从而有助于所述隔板的断裂。

在本发明的燃料电池中，所述电极组件可接纳在外部框架部件的内部空间中。所述外部框架部件可与所述隔板中的一个结合或成为一体以形成容器，该容器的开口通过所述隔板中的作为盖的另一个封闭。在组装燃料电池时，该结构确保所述电极组件相对于所述隔板容易且精确的定位。

附图说明

图1示意性地示出本发明的第一实施例的燃料电池的结构；

图2示出该燃料电池的分解程序；

图3示出该燃料电池的变型示例的结构；

图4是示出该燃料电池的另一变型示例的结构的俯视图；

图5示出该燃料电池的断裂导件的一个变型示例；

图6示出该燃料电池的另一变型示例的结构；

图7示出该燃料电池的变型示例的分解程序；

图8和9分别是示出该分解程序的变型示例；

图10示意性地示出第二实施例的燃料电池的结构；

图11示出第二实施例中的燃料电池的分解程序；

图12示出第二实施例中的燃料电池的一个变型示例的结构；

图13示出该燃料电池的一个变型示例的分解程序；

图14是示意性地示出第三实施例中的燃料电池的结构的截面图；

图15示出第三实施例中的燃料电池的分解程序；

图16示出第三实施例中的燃料电池的变型示例的结构；

图17是示意性地示出第四实施例的燃料电池的结构的截面图；

图18示出第四实施例中的燃料电池的分解程序；

图19示出该燃料电池的分解程序的一个变型示例；

图20示出该燃料电池中的断裂导件的一个变型示例；

图21和图22分别是示出处理第五实施例中的燃料电池的方法的透视图和侧视图；

图23示出处理该燃料电池的方法的一个变型示例；

图24是示意性地示出第六实施例中的燃料电池的分解方法的截面图；

图25示出第六实施例中的燃料电池的一个变型示例；

图26是沿图25中的线B-B所取的燃料电池的截面图；

图27和28示出第六实施例中的燃料电池的变型示例；

图29是示意性地示出第七实施例中的燃料电池的分解方法的截面图；

图30是示出组装前该燃料电池的截面图；

图31示出的第七实施例中的燃料电池的一个变型示例的结构；

图32至34分别示出具有薄壁部的燃料电池的截面图。

具体实施方式

下面作为优选实施例说明实施本发明的最佳方式。

[第一实施例]

图1示意性地示出本发明的第一实施例中燃料电池10的结构。图1(a)是俯视图；图1(b)是沿图1(a)中的线A-A所取的截面图。

该实施例的燃料电池10是聚合物电解质燃料电池，并作为主要组成部分包括在一对电极4、5之间插置有电解质膜3的膜电极组件(下文称为MEA)2，夹着MEA2设置的一对隔板6、7，定位成围绕MEA2的外周的密封件8，以及用作使一个隔板6断裂的断裂导件的凹部11。燃料电池10是具有在约0.6至0.8V范围的电动势的单格电池。大量的燃料电池10一个接一个地紧密堆叠以形成用作例如车辆的驱动电机的电源的几百伏的直流电源。

MEA2具有位于燃料电极或阳极4与氧化电极或阴极5之间的电解质膜3。在该实施例的MEA2的结构中，电解质膜3的面积大于阳极4及阴极5的面积。电解质膜3主要由诸如氟树脂膜(例如，由DuPont制造的Nafion膜)的在湿态具有良好的质子传导性的固体聚合物材料制成。阳极4以及阴极5分别具有催化剂电极4a、5a以及气体扩散电极4b和5b。催化剂电极4a、5a定位成与电解质膜3接触并由其上载有精细铂颗粒的导电碳黑制成。气体扩散电极4b和5b设置在催化剂电极4a、5a上并由碳纤维制的碳布制成。催化剂电极4a、5a中包含的铂用于加速氢分解为质子和电子，以及由氧、质子以及电子产生水。也可使用其它具有相同功能的催化剂代替铂。气体扩散电极4b和5b并不限于碳布，而是可以由碳纤维制的碳纸或碳毡制成。要求碳材料具有足够的气体扩散性能和导电性。

隔板6、7由气体不可透过的导电材料，例如在该实施例中通过压制碳获得的气体不可透过的模制碳制成。隔板6、7分别具有用于供给燃料气体的燃料气体供给入口6a、7a，用于排出燃料气体的燃料气体排出出口6b、7b，用于供给氧化气体的氧化气体供给入口6c、7c，用于排出氧化气体的氧化气体排出出口6d、7d，用于供给冷却剂(例如，冷却流体)的冷却剂供给入口6e、7e，以及用于排出冷却剂的冷却剂排出出口6f、7f。一个隔板6在与MEA2的阳极4接触的表面具有允许燃料气体通过的燃料气体管道6g，并在相对的表面上具有允许冷却剂通过的冷却剂管道(未示出)。燃料气体管道6g具有多个连接到燃料气体供给入口6a和燃料气体排出出口6b而没有连接到其它入口或出口的通道。另一方面，冷却剂管道连接到冷却剂供给入口6e和冷却剂排出出口6f，而没有连接到其它入口或出口。另一个隔板7在与MEA2的阴极5接触的表面具有允许氧化气体通过的氧化气体管道7g，并在相对的表面上具有允许冷却剂通过的冷却剂管道(未示出)。氧化气体管道7g具有多个连接到氧化气体供给入口7c和氧化气体排出出口7d而没有连接到其它入口或出口的通道。另一方面，冷却剂管道连接到冷却剂供给入口7e和冷却剂排出出口7f，而没有连接到其它入口或出口。隔板6、7可由金属而不是碳制成。

密封件8是在MEA2除阳极4和阴极5之外的电解质膜3的整个外周边上设置的粘合剂层。密封件8密封由电解质膜3和隔板6限定的用于燃料气体的空间，同时密封由电解质膜3和隔板7限定的用于氧化气体的空间。密封件8在与隔板6、7中各个入口和出口6a至6f以及7a至7f的位置相对应的位置形成有通孔。在该实施例中，除了结合一对隔板6、7的粘合功能之外，密封件8具有密封功能。然而，密封件8可以不具有密封功能而仅具有粘合功能。在该变型结构中，密封件8可以是任何粘合剂层。

凹部11是在与朝向MEA2的平面相对(相反)的另一平面上绕隔板6的周边形成的连续的凹槽。凹部11在隔板6的厚度中具有准U形截面。凹部11设计成

下面说明燃料电池10的发电。为了使燃料电池10发电，加湿的氢供给作为燃料气体供应到燃料气体供给入口6a、7a，同时空气供给作为氧化气体供应到氧化气体供给入口6c、7c。氢流从燃料气体供给入口6e通过燃料气体管道6g流到燃料气体排出出口6b以排出到外部。空气流从氧化气体供给入口7c通过氧化气体管道7g流到氧化气体排出出口7d以排出到外部。氢流穿过燃料气体管道6g，由阳极4的气体扩散电极4b扩散以到达催化剂电极4a，并通过催化剂电极4a的作用分离为质子和电子。质子通过湿态的电解质膜3传递并移动到阴极5。电子通过未示出的外部路径移动到阴极5。空气流穿过氧化气体管道7g，由气体扩散电极5b扩散以到达催化剂电极5a。在阴极5，质子、电子以及空气中的氧反应以产生电动势。冷却剂供给从外部供应到冷却剂供给入口6e、7e以保持燃料电池10的温度在用于发电的适当温度范围(例如，70至80℃)。冷却剂流流过在隔板6、7内形成的未示出的冷却剂管道，从冷却剂排出出口6f、7f排出，通过未示出的热交换器冷却，并再循环进入冷却剂供给入口6e、7e。MEA2的电解质膜3用于传导质子，同时用作防止空气与燃料电池10内的氢直接接触的绝缘膜。密封件8防止空气在MEA2的周边与氢混合，同时防止空气和氢泄漏出燃料电池10。

下面参照图2说明分解燃料电池10的分解程序。图2示出燃料电池10的分解程序。该程序首先提供具有斜边的破裂工具12，例如平刃的凿或刀具，并将该破裂工具12的前缘放置在凹部11的底部，如图2(a)中所示。然后该程序将破裂工具12的前缘置于其上的凹部11的底部作为作用点，将破裂工具12的腹侧置于其上的凹部11的开口边作为支点，并将施加力的破裂工具12的基端(手柄)作为力点，通过杠杆原理向作用点施加外力，如图2(b)中所示。从隔板6内的作用点开始出现裂纹。裂纹从作用点朝MEA2的电极4、5外侧而且为密封件8内侧的位置扩散。在凹部11的整个长度上重复这一系列操作，以完成隔板6的断裂。然后该程序除去断裂的隔板6以使MEA2暴露在外，并沿电极4、5外侧而且为密封件8内侧的切割线CL切除电解质膜3，如图2(c)中所示。

如上所述，在第一实施例的燃料电池10的结构中，当需要分解燃料电池10时，使用作为断裂导件的凹部11使隔板6断裂。该设置确保在需要时容易地分解燃料电池10。隔板6在电极4、5外侧而且为密封件8内侧的位置断裂。从而MEA2的电极4、5可回收并可再利用，而不容易损坏。凹部11形成于隔板6与朝向MEA2的平面相对(相反)的另一表面上。该设置确保容易接近凹部11并便于在隔板6的该相对表面的宽区域内形成凹部11。该实施例的断裂导件是通过切削或其它适当操作在隔板6上形成的凹部11。与现有技术燃料电池的结构相比，该设置确保容易地分解燃料电池10而无需任何附加件。凹部11形成为在隔板6的厚度上具有准U形截面。该形状便于根据杠杆原理利用破裂工具12向凹部11的底部施加足够的力以使隔板6断裂。

在上述第一实施例的结构中，仅在隔板6上形成凹部11。也可仅在一个隔板7上或在两个隔板6、7上形成凹部。

在上述第一实施例的结构中，凹部11是绕隔板6的周边形成的连续的凹槽。然而，该凹部也可间断地形成。图3示出凹部13间断地布置的一个变型示例的结构。图3(a)是俯视图，图3(b)是沿图3(a)中的线B-B所取的截面图。如图3中所示，凹部13是绕隔板6的周边形成的圆孔。该分解程序还利用杠杆原理将破裂工具12的前缘放置在离散的凹部13的底部。该结构发挥与上述第一实施例中基本相同的作用和效果。图4是示出凹部14间断地布置的另一变型示例的结构的俯视图。如图4中所示，凹部14是多边形(例如，六边形)孔，该多边形的两个相对的顶角设定为小于90度(例如，40至60度)。当通过破裂工具12的前缘向凹部14的底部施加外力时，从尖锐的顶点开始出现裂纹并且裂纹沿隔板6的平面方向扩展。从而该结构也确保容易地分解燃料电池10。凹部13或凹部14间隔地设置以使裂纹沿用于断裂隔板6的平面的方向连接。凹部13或凹部14也可根据要求设置成多条线。

在上述第一实施例的结构中，凹部11形成为在隔板6的厚度内具有准U形截面。然而，凹部的截面并不限于U形，而是可以是准V形或准半圆形。图5中所示的一个变型示例的结构具有形成为具有准V形(楔形)截面的凹部15。V形容易达到从凹部15的下端开始沿隔板6的断裂深度方向的裂纹。该结构确保更容易地分解燃料电池10。

第一实施例的结构利用杠杆原理在凹部11的底部产生裂纹。然而，杠杆原理并不是关键的。一个变型程序可将破裂工具12的前缘放置在凹部11的底部上并利用锤子冲击破裂工具12的基端(手柄)以在凹部11的底部产生裂纹。

在上述第一实施例的结构中，凹部11与隔板6的冷却剂管道分别形成。在图6中所示的另一变型示例的结构中，隔板6的冷却剂管道的一部分还用作凹部或断裂导件。图6中的阴影线部分表示冷却剂管道的还用作凹部的部分。该结构发挥与上述第一实施例中基本相同的作用并起到相同的效果，而不需要在隔板6上形成作为断裂导件的单独的凹部。

在上述第一实施例的结构中，凹部11形成于隔板6与朝向MEA2的平面相对的另一平面上。在图7中所示的另一变型示例的结构中，凹部16形成于隔板6的侧面上(见图7(a))。分解程序将破裂工具12的前缘置于其上的凹部16的底部设定为作用点，将破裂工具12的腹侧置于其上的凹部16的开口边作为支点，并将施加力的破裂工具12的基端(手柄)作为力点，通过杠杆原理向作用点施加外力，如图7(b)中所示。从隔板6内的作用点开始出现裂纹。裂纹从作用点朝MEA2的电极4、5外侧而且为密封件8内侧的位置扩散。在凹部16的整个长度上重复这一系列操作，以完成隔板6的断裂。然后该程序除去断裂的隔板6以使MEA2暴露在外，并沿电极4、5外侧而且为密封件8内侧的切割线CL切除电解质膜3，如图7(c)中所示。在该变型结构中，凹部16形成于比隔板16的表面窄的侧面中。因此，该结构在形成凹部方面有一点困难，但是发挥与上述第一实施例中基本相同的作用并起到相同的效果。

在上述第一实施例的结构中，分解程序将破裂工具12的前缘放置在凹部11的底部上并向凹部11的底部施加外力以在隔板6上产生用于断裂的裂纹。可采用其它用于使隔板6断裂的技术。在图8中所示的另一变型示例的结构中，隔板6、7通过隔板6、7中形成的撕裂凹部17、18断裂。凹部17、18在隔板6、7与朝向MEA2的平面相对的另一平面上形成为绕各个隔板6、7的周边具有准U形的截面。凹部17、18可连续地或间断地形成。燃料电池的分解程序首先在朝向隔板6、7的位置放置两个破裂工具19，如图8(a)中所示。将一个破裂工具19的尖劈19a定位成朝向形成于隔板6上的凹部17，而另一个破裂工具19的尖劈19a定位成朝向形成于隔板7上的凹部18。每个尖劈19a逐渐变细以具有从直径大于凹部17、18的直径的基端向直径小于凹部17、18的直径的自由端的变化直径。如图8(b)中所示，破裂工具19、19压靠在燃料电池的顶面和底面。将尖劈19a的自由端插入凹部17、18的开口中，并且尖劈19a的直径大于凹部17、18的直径的部分进入凹部17、18以沿张开方向向凹部17、18施加外力。形成于隔板6、7中的凹部17、18的底部产生裂纹并撕裂，从而隔板6、7断裂。裂纹产生于电极4、5外侧而且为密封件8内侧的位置。该结构发挥与上述第一实施例中基本相同的作用并起到相同的效果。所述凹部可仅形成于隔板6、7中的一个上，并可具有准U形截面之外的截面(例如，准V形的截面或准半圆形的截面)。如图9中所示，可在一对邻接的燃料电池之间安置在其两个表面上形成有尖劈19a的破裂工具190，以同时分解多个燃料电池。

[第二实施例]

图10示意性地示出本发明的第二实施例中燃料电池20的结构。图10(a)是俯视图，图10(b)是沿图10(a)的线C-C线所取的截面图。

该实施例的燃料电池20是聚合物电解质燃料电池，并作为主要组成部分包括在一对电极4、5之间插置有电解质膜3的MEA2，夹着MEA2设置的一对隔板6、7，定位成围绕MEA2的外周的密封件8，以及用作使两个隔板6、7断裂的断裂导件21和22。MEA2、隔板6、7以及密封件8的结构与第一实施例中相同，因此此处不再具体说明。与第一实施例中相同的部件用相同的数字和符号表示。

断裂导件21和22具有在隔板6、7与朝向MEA2的平面相对的另一平面上形成为绕各个隔板6、7的周边连续的凹部21a和22a。凹部21a和22a填充有由硬度更高的材料制成的填充件21b、22b。凹部21a、22b形成为在隔板6、7的厚度上具有大致楔形截面，更具体地，准V形的截面。所述硬度更高的材料具有比由通过压制碳获得的气体不可透过的模制碳制成的隔板6、7的硬度高的硬度，并且是例如金属或在高温(例如，不低于2500℃)下烧制的人造石墨。由该硬度更高的材料制成的填充件21b、22b具有等于或高于隔板6、7的电导率的电导率。凹部21a、22b填充由硬度更高的材料制成的填充件21b、22b以使得各个隔板6、7的表面基本平直和平坦。在隔板6、7中形成的凹部21a和22a可随后填充由硬度更高的材料制成的填充件21b、22b。或者，隔板6、7与断裂导件21和22对应的特定部分可被物理地或化学地加工或处理(例如，热处理或化学处理)以被改变并具有更高的硬度。

下面参照图11说明分解燃料电池20的分解程序。图11示出燃料电池20的分解程序。该程序首先将两个哑铃状的破裂工具23、23设置成朝向隔板6、7，如图11(a)中所示。每个哑铃状的破裂工具23具有施压件24，该施压件24具有与隔板6或7上破裂导件21或22的暴露面积相等的施压面。更具体地，朝向隔板6的一个破裂工具23设置成使其施压件24与断裂导件21相对，而朝向隔板7的另一个破裂工具23设置成使其施压件24与断裂导件22相对。然后该程序移动两个破裂工具23、23使其彼此靠近并使破裂工具23、23的施压件24、24向对应的断裂导件21和22施加力，如图11(b)中所示。更具体地，上部破裂工具23向下移动以压靠隔板6，而下部破裂工具23向上移动以压靠隔板7。形成于隔板6上的断裂导件21具有高于隔板6的硬度并被破裂工具23挤压以深入隔板6的深部(厚度)，而形成于隔板7上的断裂导件22具有高于隔板7的硬度并被破裂工具23挤压以深入隔板7的深部。当被挤压的断裂导件21和22的端部彼此接触时，停止破裂工具23、23的向下和向上移动。因此，隔板6、7在断裂导件21和22的位置断裂，同时MEA2的电解质膜3断裂。然后该程序除去断裂的隔板6、7以使MEA2具有阳极4和阴极5的部分暴露在外，以便分解，如图11(c)中所示。

如上所述，在第二实施例的燃料电池20的结构中，当要求分解燃料电池20时，利用断裂导件21和22的不均匀性使隔板6、7断裂。该布置确保在需要时容易地分解燃料电池20。隔板6、7在电极4、5外侧而且为密封件8内侧的相应位置断裂。从而MEA2的电极4、5可回收并可再利用，而不容易损坏。断裂导件21和22形成于隔板6、7的与朝向MEA2的平面相对的另一表面上。该设置确保容易接近断裂导件21和22并便于在隔板6、7的该相对表面的宽区域内形成断裂导件21和22。断裂导件21和22形成为使得隔板6、7的表面基本平直和平坦。与具有凹入的断裂导件的第一实施例的结构相比，该平直和平坦结构有利地具有更高的强度。断裂导件21和22形成为具有易于进入隔板6、7的厚度的大致楔形截面，并在被对应的破裂工具23、23挤压时破裂。断裂导件21和22具有由硬度高于隔板6、7的硬度的硬度更高的材料制成的填充件21b、22b，从而当通过对应的破裂工具23、23将断裂导件21和22挤入相应的隔板6、7的厚度时，隔板6、7容易断裂。断裂导件21和22具有与隔板6、7基本相等的电导率。在多个燃料电池20一个接一个的堆叠的燃料电池组中，该布置确保相邻燃料电池的足够大的接触区域以及足够高的电导率。

在上述第二实施例的结构中，在两个隔板6、7上形成断裂导件21和22。也可仅在一个隔板上形成断裂导件。在该变型示构中，如同第一实施例的程序，在一个隔板断裂之后，在位于电极4、5外侧而且为密封件8内侧的切割线上切削电解质膜3以便分解。

上述说明针对一个燃料电池20的分解程序。如同图9的变型结构中，可同时分解多个燃料电池20。

在上述第二实施例的结构中，断裂导件21和22绕各个隔板6、7的周边连续地形成。这些断裂导件21也可间断地形成。在图12中所示的一个变型示例的结构中，在隔板6上具有多个圆形暴露区域的断裂导件21绕隔板6的周边离散地分布。破裂工具23具有对应于断裂导件21离散地分布的多个施压件24。断裂导件21的暴露区域并不限于圆形，而是可以是多边形(例如，六边形)，该多边形的两个相对的顶角设定为小于90度(例如，40至60度)(见图4)。当通过破裂工具23的施压件24向断裂导件21施加外力时，易于从尖锐的顶点开始出现裂纹并且裂纹沿隔板6的表面方向扩展。这有利于分解燃料电池20。在该变型结构中，断裂导件21可间隔地设置以使裂纹沿隔板6的表面的方向在隔板6上连接，以便断裂。断裂导件21可具有长的暴露区域。以上说明也可应用于断裂导件22。

在上述第二实施例的结构中，断裂导件21和22具有由硬度高于隔板6、7的硬度的硬度更高的材料制成的填充件21b、22b。然而，断裂导件可由硬度低于隔板6、7的硬度的硬度更低的材料制成。在图13中所示的另一变型示例的结构中，断裂导件25、26具有准V形(楔形)截面的凹部25a和26a，如同第二实施例，所述凹部填充有由与隔板6、7的材料不同的材料制成的填充件25b、26b。填充件25b、26b由硬度低于隔板6、7而电导率等于隔板6、7的材料例如导电塑料组成。该变型结构的燃料电池的分解程序首先提供两个哑铃状的破裂工具27，所述破例工具具有如同断裂导件25、26的形状的准V形截面的施压件28，并将两个哑铃状的破裂工具27、27设置成朝向隔板6、7，如图13(a)中所示。每个哑铃状的破裂工具27由硬度高于断裂导件25、26的材料制成。然后该程序移动两个破裂工具27、27使其彼此靠近并使破裂工具27、27的施压件28、28向对应的断裂导件25、26施加力，如图13(b)中所示。施压件28的V形边穿过断裂导件25、26并使断裂导件25、26断裂并进入隔板6、7的厚度。当相对的施压件28、28的端部彼此接触时，停止破裂工具27、27的向下和向上移动。因此，隔板6、7在断裂导件25、26的位置断裂，同时MEA2的电解质膜3断裂。然后该程序除去断裂的隔板6、7以使MEA2具有阳极4和阴极5的部分暴露在外，以便分解，如图13(c)中所示。该变型结构发挥与上述第二实施例中基本相同的作用并起到相同的效果。

[第三实施例]

图14是示意性地示出本发明的第三实施例中燃料电池30的结构的截面图。如同第一实施例中图1(b)的截面图，该截面图示出沿厚度方向所切的燃料电池的截面。

该实施例的燃料电池30是聚合物电解质燃料电池，并作为主要组成部分包括在一对电极4、5之间插置有电解质膜3的MEA2，夹着MEA2设置的一对隔板6、7，定位成围绕MEA2的外周的密封件8，以及用作使两个隔板6、7断裂的断裂导件31。MEA2、隔板6、7以及密封件8的结构与第一实施例中相同，因此此处不再具体说明。与第一实施例中相同的部件用相同的数字和符号表示。

断裂导件31是准圆形截面的圆杆件，并绕隔板6、7的周边设置成位于在由一对隔板6、7限定的间隙内、密封件8的外侧。断裂导件31设置成不干涉燃料气体及氧化气体的顺利供应和排出。更具体地，断裂导件31设置在燃料气体管道6g与燃料气体供给入口连接的位置、燃料气体管道6g与燃料气体排出出口连接的位置、氧化气体管道7g与氧化气体供给入口连接的位置、以及氧化气体管道7g与氧化气体排出出口连接的位置之外的位置。因此，断裂导件31间断地设置。断裂导件31由具有比隔板6、7的硬度高的硬度的介电材料，例如，如氧化铝、氧化锆、氮化铝、氮化硅、或碳化硅的陶瓷材料制成，所述隔板由通过压制碳获得的气体不可透过的模制碳制成。隔板6、7具有弧形凹面32和33，所述凹面的直径略大于断裂导件31的准圆形截面的直径，从而将断裂导件31纳于其中。用于将断裂导件31纳于其中的凹面32和33形成为改变隔板6、7之间的间隙。隔板6、7之间的间隙首先沿凹面32和33从其内端向其近似中心处逐渐增加，然后沿凹面32和33逐渐减小。在该实施例的结构中，凹面32和33从近似中心处朝隔板6、7的端部的具体部分被称为渐变部分32a和33a。在燃料电池30的组装方法中，可施加过量的粘合剂以形成密封件8。当过量的粘合剂向外(沿箭头方向)挤压断裂导件31时(由单点划线所示)，断裂导件31与凹面32和33的渐变部分32a和33a接触，如图14的放大视图中的实线所示。因此，凹面32和33的渐变部分32a和33a的存在有效地防止粘合剂泄漏或导致密封件8脱离隔板6、7。

下面参照图15说明分解燃料电池30的分解程序。图15示出燃料电池30的分解程序。该程序首先将与MEA2的阳极4和阴极5的尺寸基本相同的两个哑铃状的破裂工具34、34设置成与隔板6、7接触，如图15(a)中所示。更具体地，一个破裂工具34设置成与隔板6对应于阳极4的区域接触，而另一个破裂工具34设置成与隔板7对应于阴极5的区域接触。然后通过两个破裂工具34、34向燃料电池30施加垂直的夹紧力，如图15(b)中所示。即，两个破裂工具34、34沿使隔板6、7之间的间隙变窄的方向向燃料电池30施加挤压力。断裂导件31起到防止隔板6、7之间的间隙缩小到小于预定宽度(取决于断裂导件31的直径)的作用。然而，很大的力施加到隔板6、7对应于破裂工具34、34的周边的特定位置。随着挤压力的增加，隔板6、7的特定位置裂开。因此，隔板6、7通过断裂导件34、34的周边断裂。然后该程序除去断裂的隔板6、7并从MEA2切除密封件8，以便回收并再利用MEA2的阳极4和阴极5。

如上所述，在第三实施例的燃料电池30的结构中，当要求分解燃料电池30时，使用断裂导件31使隔板6、7断裂。该设置确保在需要时容易地分解燃料电池30。隔板6、7在电极4、5外侧而且为密封件8内侧的相应位置断裂。从而MEA2的电极4、5可回收并可再利用，而不容易损坏。断裂导件31由硬度高于隔板6、7的介电材料制成。因此，通过利用两个破裂工具34、34沿使隔板6、7之间的间隙变窄的方向施加挤压力，容易使隔板6、7断裂。断裂导件31的介电材料满意地防止了阳极4与阴极5之间经由断裂导件31的电连接。断裂导件31还起到防止密封件8泄漏的作用。

在上述第三实施例的结构中，两个破裂工具34、34压靠在燃料电池30的顶面和底面。一个变型程序可将破裂工具34压靠在隔板6上以仅使隔板6断裂，而燃料电池30的隔板7安装在一平面上。

上述说明针对一个燃料电池30的分解程序。如同图9的变型程序中，可同时分解多个燃料电池30。

在上述第三实施例的结构中，断裂导件31具有准圆形的截面并通过弧形凹面32和33接纳。图16(a)至16(c)作为变型示例示出断裂导件的其它可用结构及其接纳件。图16(a)中所示的一个变型示例的结构利用隔板6、7的锥形部分35和36代替凹面32和33，而如同第三实施例中一样，采用准圆形截面的断裂导件31。锥形部分35和36设计成使隔板6、7之间的间隙朝隔板6、7的端部变窄。如同第三实施例的结构，该变型结构有效地防止密封件8漏出隔板6、7。该变型结构还使得容易通过两个破裂工具34、34使隔板6、7断裂。图16(b)中所示的另一变型示例的结构采用如同图16(a)的结构的锥形部分35和36，但是采用具有基本符合锥形部分35和36的梯形斜边的准梯形截面的断裂导件37。如同第三实施例的结构，该变型结构有效地防止密封件8漏出隔板6、7。该变型结构还使得容易通过两个破裂工具34、34使隔板6、7断裂。图16(c)中所示的另一变型示例的结构采用多边形截面(矩形截面)的断裂导件38，而没有采用凹面32和33或锥形部分35和36。该变型结构使得容易通过两个破裂工具34、34使隔板6、7断裂，而对于防止密封件8泄漏没有显著效果。

[第四实施例]

图17是示意性地示出本发明的第四实施例中燃料电池40的结构的截面图。如同第一实施例中图1(b)的截面图，该截面图示出沿厚度方向所切的燃料电池的截面。

该实施例的燃料电池40是聚合物电解质燃料电池，并作为主要组成部分包括在一对电极4、5之间插置有电解质膜3的MEA2，夹着MEA2设置的一对隔板6、7，定位成围绕MEA2的外周的密封件8，以及用作使一个隔板6断裂的断裂导件41。MEA2、隔板6、7以及密封件8的结构与第一实施例中相同，因此此处不再具体说明。与第一实施例中相同的部件用相同的数字和符号表示。

断裂导件41包括形成于隔板6上以使一对隔板6、7之间的间隙从密封件8的外端位置朝隔板6的端部逐渐扩大的斜面41a，以及形成于隔板7上与斜面41a相对的水平面41b。断裂导件41的斜面41a的倾角θ设定为破裂工具43的斜边(刃)的梯度角α(见图18)。斜面41a与水平面41b结合形成用于容纳插入隔板6、7之间的间隙内的破裂工具43的斜边。水平面41b还能够引导破裂工具43的斜边的与斜面相对的水平面。

下面参照图18说明分解燃料电池40的分解程序。图18示出燃料电池40的分解程序。该程序首先提供与MEA2的阳极4和阴极5尺寸基本相同的哑铃状重物44并将重物44设置在隔板6的上表面上对应于阳极4的区域，如图18(a)中所示。重物44沿使隔板6、7之间的间隙变窄的方向施加力。可根据要求向重物44施加沿相同方向的额外负荷。然后该程序提供两个破裂工具43、43并将这两个破裂工具43、43设置成各自的斜边朝向隔板6一对相对的侧面。然后该程序将各个破裂工具43的斜边插入隔板6、7之间的间隙的深部，如图18(b)中所示。更具体地，在破裂工具43的斜边的与斜面相对的下部水平面沿断裂导件41的水平面41b移动的同时，将每个破裂工具43插入隔板6、7之间的间隙的深部。在破裂工具43的斜边通过斜面41a并进入密封件8之后不久，每个破裂工具43的斜边的斜面与隔板6接触。沿各个插入方向施加到破裂工具43的随后增加的力向隔板6对应于重物44的周边的特定位置产生向上的弯曲力。所施加的力的进一步增加最终使隔板6在特定位置裂开。然后该程序将两个破裂工具43、43设置成各自的斜边朝向隔板6另一对相对的侧面，并将各个破裂工具43的斜边插入隔板6、7之间的间隙的深部，以使隔板6裂开。然后该程序除去断裂的隔板6并从MEA2切除密封件8，以便回收并再利用MEA2的阳极4和阴极5。在该实施例的结构中，每个破裂工具43斜边的长度和梯度角α设定为确保在破裂工具43的斜边到达MEA2的阳极4和阴极5之前隔板6断裂。

如上所述，在第四实施例的燃料电池40的结构中，当要求分解燃料电池40时，使用断裂导件41使隔板6断裂。该设置确保在需要时容易地分解燃料电池40。隔板6在电极4、5外侧而且为密封件8内侧的相应位置断裂。从而MEA2的电极4、5可回收并可再利用，而不容易损坏。断裂导件41的斜面41a的倾角θ设定为不小于破裂工具43的斜边的梯度角α。该设置限制破裂工具43的斜边与断裂导件41的斜面41a接触的可能性。因此，隔板6的斜面41a不太可能由于破裂工具43而断裂。在破裂工具43的斜边与斜面相对的下部水平面沿断裂导件41的水平面41b移动的同时，将破裂工具43插入隔板6、7之间的间隙的深部。该设置有效地防止了破裂工具43沿垂直轴线不稳定地移动。

在上述第四实施例的结构中，通过将破裂工具43、43插入隔板6、7之间的间隙的深部而使隔板6裂开。在图19中所示的一个变型结构中，程序扭弯设置在隔板6、7之间的间隙内的破裂工具43、43(见图19(a))。该扭弯作用在隔板6对应于重物44的周边的特定位置产生弯曲力，从而使隔板6在所述特定位置裂开(见图19(b))。

在分解燃料电池40之前，可以切除隔板6、7具有燃料气体供给入口、燃料气体排出出口、氧化气体供给入口、氧化气体排出出口、冷却剂供给入口以及冷却剂排出出口的部分。隔板6、7具有这些入口和出口的部分具有较低的强度，并可首先通过破裂工具43断裂。这种无意识的断裂会防止顺利地到达MEA2以回收和再利用MEA2的阳极4和阴极5。预切操作避免了这种担心。

在上述第四实施例的结构中，断裂导件41包括隔板6的斜面41a和隔板7的水平面41b。在图20中所示的另一变型示例的结构中，可用隔板7的斜面41c代替隔板7的水平面41b，斜面41c与隔板6的斜面41a在垂直方向对称。即，该变型结构的断裂导件41具有一对斜面41c、41c。该变型结构不能够通过隔板7的水平面41b引导破裂工具43，但是发挥与上述第四实施例中基本相同的作用并起到相同的效果。

[第五实施例]

本发明的第五实施例涉及一种便利于分解燃料电池50的分解方法，所述燃料电池50除了断裂导件之外具有与第一实施例的燃料电池10相同的结构。除了断裂导件之外，燃料电池50的结构及发电与第一实施例的燃料电池10基本相同。相同的部件用相同的数字和符号表示，并且此处不再具体说明。第五实施例的燃料电池50的隔板6、7由金属而不是碳制成。下面参照图21和图22说明分解该实施例的燃料电池50的分解程序。图21和图22分别是示出利用一对挤压辊52处理燃料电池50的方法的透视图和侧视图。如图22中所示，所述一对挤压辊52、52分别具有嵌入的加热器58并以可转动的方式连接到固定到支承底座54的转轴56上。两个支承底座54、54设计成可通过滚珠丝杠机构彼此靠近和远离地移动。该方法首先在一对挤压辊52、52之间沿隔板6、7的外表面上的轨迹线T设置与密封件8的区域相对应的区域。更具体地，该方法指定轨迹线T的四个角中的一个作为起始点，并将所述起始点设置在一对挤压辊52、52之间。然后该方法移动支承底座54、54使之彼此靠近以在所述起始点施加预定压力。该压力设定为其大小使得隔板6、7沿彼此远离的方向翘曲。该方法向各个挤压辊52内的嵌入加热器58供电以将挤压辊52加热至预定温度。该温度设定为不小于密封件8的软化温度或熔化温度但小于电解质膜3的可允许温度极限。然后将燃料电池50沿轨迹线T的特定区域设置在一对挤压辊52、52之间。加热燃料电池50通过挤压辊52、52的特定区域以软化和熔化密封件8并降低密封件8的粘合力，同时挤压所述区域以使隔板6、7沿彼此远离的方向翘曲。从而，各个隔板6、7的整个周边彼此分开。然后该方法除去隔板6、7并收集MEA2(带有软化或熔化后的密封件8)以便回收或再利用。

如上所述，第五实施例的方法将隔板6、7设置在一对挤压辊52、52之间以施加压力并沿隔板6、7的周边上的轨迹线T顺次改变挤压位置。这使得隔板6、7沿彼此远离的方向翘曲。因此，与上文作为背景技术给出的文献中所公开的从燃料电池的内部向外部施加力的结构相比，可容易地向隔板6、7的外表面施加较大的外力。这种设置确保有效地分解燃料电池50。该实施例的方法还软化或熔化密封件8以降低粘合力，从而便利于隔板6、7的分开。

第五实施例的方法使用一对具有嵌入的加热器58的挤压辊52。然而，挤压辊52可不具有嵌入辊58。在该变型结构中，该方法可使用单独的加热器施加热以软化或熔化密封件8，同时致动挤压辊52、52以向隔板6、7施加压力并使隔板6、7沿彼此远离的方向翘曲。该方法还可仅施加压力使隔板6、7翘曲，而不加热密封件8。

第五实施例的方法顺次将燃料电池50沿轨迹线T的特定区域设置在一对挤压辊52、52之间。一个变型程序可将隔板6、7设置在轴向长度与燃料电池50一个边的长度基本相等的一对挤压辊53、53之间以施加压力，并顺次改变(移动)挤压位置，如图23中所示。

[第六实施例]

本发明的第六实施例涉及另一种便利于(促进)分解燃料电池50的分解方法下面参照图24说明分解该实施例的燃料电池50的分解程序。图24是示出利用切削刀片102处理燃料电池50的方法的截面图。该方法首先将作为切削工具的切削刀片102插入隔板6、7之间的间隙内隔板6与电解质膜3之间的密封件8内，以切除密封件8。然后该方法将切削刀片102退出并将切削刀片102插入隔板6、7之间的间隙内隔板7与电解质膜3之间的密封件8内，以切除密封件8。该切削操作在燃料电池50的整个周边上重复进行。从而在整个周边上使密封件8与各个隔板6、7分离。然后该方法除去隔板6、7并收集MEA2以便回收和再利用。

如上所述，第六实施例的方法从燃料电池50的外部将切削刀片102插入隔板6、7之间的间隙内以切除密封件8。因此，与例如上文作为背景技术给出的文献中所公开的从燃料电池的内部向外部施加力的结构相比，可容易地通过切削刀片102向密封件8施加较大的外力。这种设置确保有效地分解燃料电池50，以移除隔板6、7并收集MEA2以便回收和再利用。

下面说明第六实施例的三个变型示例。图25、26中所示的燃料电池110的结构除了下面给出的一些不同之外与第六实施例的燃料电池50相同。燃料电池110在隔板6的内表面上具有沿带有入口和出口6a至6f的侧边之外的两个侧边形成的长的突出部6h，以及在隔板7的内表面上对应于长的突出部6h的位置形成为与长的突出部6h相配合的长的凹槽7h。由例如粘合剂带或密封带制成的密封件104涂覆到长的突出部6h及长的凹槽7h上。电解质膜3的两端插置在长的突出部6h与长的凹槽7h之间。与燃料电池50中相同的部件用相同的数字和符号表示，并且此处不再具体说明。如燃料电池50的结构中一样，在隔板6具有入口和出口6a至6f的另两个侧边形成有密封件8。为了分解燃料电池110，该方法首先将切削刀片102插入隔板6、7之间的间隙内的长突出部6h，以切除长突出部6h，如图26中所示。然后该方法以与第六实施例中的方法相同的方式切除沿隔板6具有入口和出口6a至6f的另两个侧边形成的密封件8。然后该方法除去隔板6，沿隔板4、5外侧的周线L切除MEA2的电解质膜3，并收集MEA2以便回收和再利用。该设置确保有效地分解燃料电池110。

图27中所示的燃料电池120具有第一衬垫插入凹槽6i和第二衬垫插入凹槽7i，来代替图26中所示的长突出部6h和长凹槽7h，并使用具有以逆时针转过90度取向的准T形截面的衬垫60。每个衬垫60均由环氧树脂制成并具有将插入第一衬垫插入凹槽6i的具有粘合剂的第一突出件62、将插入第二衬垫插入凹槽7i的具有粘合剂的第二突出件64、以及与形成于隔板7上的台阶件7j共同作用以将电解质膜3的端部保持于两者之间的水平件66。如密封件8一样，衬垫60密封由电解质膜3和隔板6限定的用于燃料气体的空间，同时密封由电解质膜3和隔板7限定的用于氧化气体的空间。为了分解燃料电池120，分解方法首先将切削刀片102插入隔板6、7之间的间隙内的衬垫60的第一突出件62，以切除第一突出件62。然后该方法以与第六实施例中的方法相同的方式切除沿隔板6具有入口和出口6a至6f的其余两个侧边形成的密封件8。然后该方法除去隔板6，沿电极4、5外侧的周线L切除MEA2的电解质膜3，并收集MEA2以便回收和再利用。该设置确保有效地分解燃料电池120。

图28中所示的燃料电池130具有第一衬垫插入凹槽6k和第二衬垫插入凹槽7k，来代替图26中所示的长突出部6h和长凹槽7h，并使用具有准C形截面的衬垫70。两个衬垫插入凹槽6k、7k都具有开口变窄的梯形截面。每个衬垫70均由环氧树脂制成并具有将插入第一衬垫插入凹槽6k的第一突出件72、将插入第二衬垫插入凹槽7k的第二突出件74、以及容纳电解质膜3的端部的开口76。衬垫70的第一突出件72和第二突出件74一旦插入衬垫插入凹槽6k、7k就很难分开。因此，可在衬垫插入凹槽6k、7k上涂覆或不涂覆粘合剂。如密封件8一样，衬垫70密封由电解质膜3和隔板6限定的用于燃料气体的空间，同时密封由电解质膜3和隔板7限定的用于氧化气体的空间。为了分解燃料电池130，分解方法首先将切削刀片102插入隔板6、7之间的间隙内的衬垫70，以切除衬垫70。然后该方法以与第六实施例中的方法相同的方式切除沿隔板6具有入口和出口6a至6f的其余两个侧边形成的密封件8。然后该方法除去隔板6，沿电极4、5外侧的周线L切除MEA2的电解质膜3，并收集MEA2以便回收和再利用。该设置确保有效地分解燃料电池130。

[第七实施例]

本发明的第七实施例是第二实施例的变型。图29是示意性地示出本发明的第七实施例中的燃料电池90的结构的截面图。图30是示出燃料电池90在组装前的截面图。图29的截面图是如作为图1(a)的A-A截面图的图1(b)一样所取的。

该实施例的燃料电池90是聚合物电解质燃料电池，并作为主要组成部分包括在一对电极94与95之间插置有电解质膜93的MEA92，在其内部框架空间99a内容纳MEA92的介电外部框架部件99，夹着MEA2设置的一对介电隔板96、97，定位成围绕MEA92的外周并将隔板96、97结合到外部框架部件99上的密封件98，以及用作使两个隔板96、97断裂的断裂导件121、122。隔板96在与MEA92的阳极94接触的一个表面形成有用于燃料气体流的燃料气体管道96g，在隔板96的另一表面上形成有用于冷却剂流的冷却剂管道(未示出)。隔板7在与MEA92的阴极95接触的表面形成有用于氧化气体流的氧化气体管道97g，在隔板97的另一表面上形成有用于冷却剂流的冷却剂管道(未示出)。

MEA92具有位于阳极94与阴极95之间的电解质膜93。阳极94以及阴极95分别具有催化剂电极94a和95a以及气体扩散电极94b和95b。电解质膜93的面积大于阳极94及阴极95的面积，以使其周边折起并环绕阳极94的侧面。外部框架部件99由介电材料制成并具有设计成具有与MEA92基本相同的尺寸的内部框架空间99a。内部框架空间991的上部和下部周边被斜切(倒角)。隔板97利用粘合剂或密封带结合到外部框架部件99的底部以形成容器，然后MEA92容纳于该容器的内部框架空间99a内。该结构可确保MEA92相对于隔板97精确和容易地定位。隔板97在其周边形成有朝端部逐渐变薄的薄壁部97a。隔板97的薄壁部97a设计成配合在外部框架部件99被斜切的周边内。隔板96也在其周边形成有朝端部逐渐变薄并具有基本固定的厚度的一端的薄壁部96a。在MEA92容纳在由外部框架部件99和隔板97限定的容器内之后，隔板96利用粘合剂或密封带结合以作为罩住容器的开口顶部的盖。插置在外部框架部件99与隔板96之间的由粘合剂或密封带制成的密封件98、插置在外部框架部件99与隔板97之间的由粘合剂或密封带制成的密封件98以及环绕阳极94的电解质膜93的折起部分用作将由MEA92和隔板96限定的用于燃料气体的空间与由MEA92和隔板97限定的用于氧化气体的空间气密地隔开。

断裂导件121、122是在隔板96、97与朝向MEA92的平面相对的其它平面上薄壁部96a、97a中形成为绕各个隔板96、97的周边连续的由硬度较高的材料制成的部件。断裂导件121、122形成为在隔板96、97的厚度上具有大致楔形截面，更具体地，准V形的截面。所述硬度较高的材料具有比由通过压制碳获得的气体不可透过的模制碳制成的隔板96、97的硬度高的硬度，并且是例如金属或在高温(例如，不低于2500℃)下烧制的人造石墨。断裂导件121、122具有等于或高于隔板96、97的电导率的电导率。断裂导件121、122形成为使得各个隔板96、97的表面基本平直和平坦。断裂导件121、122可嵌入隔板96、97中。或者，隔板96、97与断裂导件121、122对应的特定部分可被物理地或化学地加工或处理(例如，热处理或化学处理)以被改变(改性)并具有更高的硬度。

下面说明分解燃料电池90的分解程序。该程序首先将两个哑铃状破裂工具23、23(见图11)设置成朝向隔板96、97。更具体地，朝向隔板96的一个破裂工具23设置成使其施压件24与断裂导件121相对，而朝向隔板97的另一个破裂工具23设置成使其施压件24与断裂导件122相对。然后该程序移动两个破裂工具23、23使其彼此靠近并使破裂工具23、23的施压件24、24向对应的断裂导件121、122施加力。形成于隔板96上的断裂导件121具有高于隔板96的硬度并被破裂工具23挤压以深入隔板96的厚度，而形成于隔板97上的断裂导件122具有高于隔板97的硬度并被破裂工具23挤压以深入隔板97的厚度。因此，隔板96、97在其薄壁部96a、97a处断裂，同时切除密封件98。然后该程序除去断裂的隔板96、97以使MEA92暴露在外，以便回收和再利用。

如上所述，在第七实施例的燃料电池90的结构中，当要求分解燃料电池90时，利用断裂导件121、122的不均匀性使隔板96、97断裂。该布置确保在需要时容易地分解燃料电池90。隔板96、97在电极94和95外侧的相应位置断裂。从而MEA92的电极94和95可回收并可再利用，而不容易损坏。断裂导件121、122形成于隔板96、97与朝向MEA92的平面相对的另一平面上的薄壁部96a、97a内。该设置确保容易接近断裂导件121、122并便于在隔板96、97的该相对平面的薄壁部96a、97a内形成断裂导件121、122。断裂导件121、122形成为使得隔板96、97的表面基本平直和平坦。与具有凹入的断裂导件的第一实施例的结构相比，该平直和平坦结构有利地具有更高的强度。断裂导件121、122形成为具有易于进入隔板96、97的深度的大致楔形截面，并在被对应的破裂工具23、23挤压时破裂。断裂导件121、122由硬度高于隔板96、97的硬度的硬度更高的材料制成，并且与第二实施例的结构相比具有形成于更小的厚度的薄壁部96a、97a中。从而当通过对应的破裂工具23、23将断裂导件121、122挤入相应的隔板96、97的深部时，隔板96、97容易断裂。断裂导件121、122具有与隔板96、97基本相等的电导率。在多个燃料电池90一个接一个地堆叠的燃料电池组中，该布置确保相邻燃料电池的足够大的接触区域以及足够高的电导率。

在上述第七实施例的结构中，在两个隔板96、97的薄壁部96a、97a内形成断裂导件121、122。也可仅在一个隔板薄壁部上形成断裂导件。可在一个隔板薄壁部上形成多个断裂导件。上述说明针对一个燃料电池90的分解程序。如同图9的变型程序中，可同时分解多个燃料电池90。在上述第七实施例的结构中，断裂导件121、122绕各个隔板96、97的周边在薄壁部96a、97a内连续地形成。这些断裂导件也可间断地形成。例如，可绕隔板6的周边离散地分布在隔板96上具有多个圆形暴露区域的断裂导件121(图12)。断裂导件121的暴露区域并不限于圆形，而是可以是多边形(例如，六边形)，该多边形的两个相对的顶角设定为小于90度(例如，40至60度)(见图4)。当通过破裂工具23的施压件24向断裂导件121施加外力时，易于从尖锐的顶点开始出现裂纹并且裂纹沿隔板96的表面方向扩展。这有利于分解燃料电池90。在该变型结构中，断裂导件121可间隔地设置以使裂纹沿隔板96的表面的方向在隔板96上连接，以便断裂。断裂导件121可具有长的暴露区域。以上说明也可应用于断裂导件122。

在上述第七实施例的结构中，断裂导件121、122由硬度高于隔板96、97的硬度的硬度更高的材料制成。断裂导件也可由硬度低于隔板96、97的硬度的硬度更低的材料制成。为了分解该变型结构的燃料电池，使用图13中所示具有施压件28的破裂工具27、27将断裂导件挤入隔板96和7的厚度。在第七实施例的结构中，通过将隔板97结合到外部框架部件99而形成容器。图31中所示的一体式容器90a可代替外部框架部件99与隔板97的组合。

[变型]

一个可能的变型可在隔板6、7的周边上具有厚度较小的薄壁部并在隔板6、7的薄壁部中形成作为第一实施例及其变型示例中的断裂导件的凹部11、13、15、17及18或者第二实施例及其变型示例中的断裂导件21、22、25及26。可在隔板6的薄壁部与隔板7的薄壁部之间形成第三实施例及其变型示例中的断裂导件31、37及38。该变型布置进一步便利了隔板6、7的断裂。例如，如图32中所示，隔板6、7朝向MEA2的平面可倾斜为具有厚度朝一端递减的薄壁部6p和7p。在另一示例中，如图33中所示，隔板6、7朝向MEA2的平面可从燃料气体管道6g与氧化气体管道7g(厚壁部分)的最外部形成台阶，以具有薄壁部6q和7q。在另一个示例中，如图34中所示，隔板6、7与朝向MEA2的平面相对的平面可形成台阶以具有薄壁部6r和7r。为了保持多个燃料电池层叠体中相邻隔板的宽接触区域，优选图32中所示的薄壁部6p和7p的结构或图33中所示的薄壁部6q和7q的结构。可仅在隔板6、7中的一个上形成薄壁部。在如图32的结构中，可省去凹部11、13、15、17及18与断裂导件21、22、31、37及38中的任一个，并且可使用薄壁部6p和7p作为断裂导件。在该变型结构中，沿向上和向下的方向施加外力以压缩薄壁部6p和7p，以使薄壁部6p和7p断裂。出于相同的目的，也可向图33中所示的薄壁部6q和7q以及图34中所示的薄壁部6r和7r施加这种外力。

上述实施例及变型示例针对聚合物电解质燃料电池。然而，本发明的技术并不局限于聚合物电解质燃料电池，而是可应用于其它类型的燃料电池，例如固体氧化物燃料电池、熔融的碳酸盐燃料电池、磷酸盐燃料电池以及碱性燃料电池。密封件8以及衬垫60和70的材料并没有特别的规定，而是可以为确保足够的密封性能的任何材料，例如工程塑料、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、碳氟树脂(PTFE及PFA)、不饱和聚酯树脂以及聚丙烯。

上述实施例及其变型示例在所有方面都应被认为式示例性而不是限制限制性的。在不脱离本发明的主要特征的精神或范围内可以存在许多其它变型、改变和变更。

工业应用性

本发明的燃料电池可用作汽车的电源、用于室内使用的电源，用于商务用途的电源以及用于各种电器设备的电源。