[發明專利]燃料電池用膜電極接合體、高分子電解質型燃料電池用單元、高分子電解質型燃料電池及膜電極接合體的制造方法

無效

• 申請號: 200780001346.1
• 申請日: 2007-06-14
• 公開（公告）號: CN101356676A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發明（設計）人: 川畑德彥;日下部弘樹;森本隆志;松本敏宏;寺西正俊
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M4/86;H01M8/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 李貴亮

技術領域

本發明涉及燃料電池中使用的膜電極接合體、膜電極接合體的制造方法及高分子電解質型燃料電池。尤其涉及膜電極接合體主體部的周緣部接合有襯墊的膜電極接合體、高分子電解質型燃料電池用單元、高分子電解質型燃料電池及膜電極接合體的制造方法。

背景技術

高分子電解質型燃料電池(以下，稱為PEFC)是通過使含有氫的燃料氣體、和空氣等含有氧的氧化劑氣體發生電化學反應而同時產生電力和熱量的裝置。

PEFC通常層疊單元而構成。一個單元中，用一對板狀導電性隔離件，具體來說用陽極隔離件和陰極隔離件包夾膜電極接合體。膜電極接合體具備膜電極接合體主體部、和在該膜電極接合體主體部的周緣部延伸且包圍膜電極接合體主體部而設置的框體。膜電極接合體主體部包括高分子電解質膜和形成于其兩面的一對電極層。還有，在電極層的兩面分別與燃料氣體和氧化劑氣體接觸，發生電化學反應。另一方面，框體具備襯墊，密封該襯墊和隔離件之間，阻隔或抑制燃料氣體及氧化劑氣體向外部的漏出。

作為具有該結構的燃料電池單元，例如，公開在特開2001-155745號公報或專利第3368907號公報中。在特開2001-155745號公報中公開的燃料電池單元中公開了覆蓋膜電極接合體主體部的端面并密封該端面地成形的襯墊。但是，就該襯墊來說，在電極層的周緣部不過于不足地設置均一地密封的密封材料需要勞力，不適合大量生產。另外，由于襯墊覆蓋膜電極接合體主體部的電極層的端面，因此，被該襯墊覆蓋的端面的部分不對發電起到貢獻作用，導致效率降低的問題。

因此，通過以不覆蓋膜電極接合體主體部的電極的端部的方式設置襯墊，能夠通過該襯墊使電極層的整個面使用于發電。在專利第3368907號公報的圖3中公開的膜電極接合體公開了設置于電極層和襯墊(氣體密封材料)之間的膜電極接合體。

但是，在專利第3368907號公報的圖3中公開的膜電極接合體中，構成膜電極接合體主體部的高分子電解質膜從該間隙突出在表面。另外公開了若高分子電解質膜露出在表面，則由于燃料氣體和氧化劑氣體的壓力差，導致電解質膜破裂，喪失氣體的密封功能。因此，在專利第3368907號公報中，在該高分子電解質膜露出的部分設置片狀保護層。

但是，在制造上難以將該保護層沒有間隙地設置至高分子電解質膜的表面的電極層周緣，將其一部分插入電極層的下側而設置(參照專利第3368907號公報的圖2)。通過這樣設置保護層，提高高分子電解質膜的強度，但該高分子電解質膜和電極層不直接接觸的部分不能對發電起到貢獻作用，其結果，導致不能提高發電效率。

為了消除上述問題，申請人在先前申請的申請(2005-105742號、未公開)中，公開了一種襯墊結構，其具有：沿框體的內緣基本上以環狀形成的環狀部、及從該環狀部通過框體的內緣部及高分子電解質膜的周緣部之上而與電極層的側面接合地延伸而形成的延伸部。通過該結構，如該申請的圖6(d)所示，高分子電解質膜不會露出在表面，消除上述問題。

但是，電極層通常不是由一層結構構成，而是在高分子電解質膜的上層疊有催化劑層、C層、氣體擴散層的多層結構。還有，為了有效利用催化劑層，通常氣體擴散層構成為比催化劑層大，配置為從催化劑層的周緣突出。還有，由于該氣體擴散層的突出部分，電極層的側面不形成一個面，實際上，該部分不被襯墊被覆，形成高分子電解質膜露出的狀態。通過了擴散層的燃料氣體和氧化劑氣體進入位于該擴散層的突出部分的下側的間隙，還成為燃料氣體和氧化劑氣體通過該間隙而漏出的原因。

發明內容

從而，本發明的所要解決的技術問題在于提供消除上述問題，且能夠防止高分子電解質膜的露出的燃料電池用膜電極接合體、高分子電解質型燃料電池用單元、高分子電解質型燃料電池及膜電極接合體的制造方法。

根據本發明的第一方式可知，提供一種燃料電池用膜電極接合體，其中，具備：膜電極接合體主體部，其具備高分子電解質膜和一對電極層，所述一對電極層在所述高分子電解質膜的兩表面的比周緣部靠內側的中央區域分別層疊有催化劑層、和面積比所述催化劑層大且周緣從所述催化劑層突出的擴散層，在所述擴散層的突出部分和高分子電解質膜的周緣部之間設置有間隙；

板狀熱塑性樹脂制框體，其形成為相對于所述一對電極層具有間隔地包夾所述高分子電解質膜的周緣部且包圍所述高分子電解質膜的外緣；以及

熱塑性樹脂制襯墊，其分別設置在所述框體的兩面，