[發明專利]燃料電池用帶有樹脂框的電解質膜?電極結構體

有效

• 申請號: 201410090195.3
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN104064785B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 田中之人;滿田直樹;杉浦誠治
• 申請（專利權）人: 本田技研工業株式會社
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M8/0273;H01M8/0284
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 韓聰

技術領域

本發明涉及一種燃料電池用帶有樹脂框的電解質膜-電極結構體，其具備：階梯MEA，其通過第1電極與第2電極來夾著固體高分子電解質膜；和樹脂框構件，其環繞所述階梯MEA的外周來設置。

背景技術

通常，固體高分子型燃料電池采用由高分子離子交換膜構成的固體高分子電解質膜。該燃料電池利用隔板(雙極板)來夾持電解質膜-電極結構體(MEA)，該電解質膜-電極結構體(MEA)在固體高分子電解質膜的兩側，分別配設了具有催化劑層(電極催化劑層)以及氣體擴散層(多孔質碳)的陽極電極和陰極電極。通過將該燃料電池層疊規定數量，例如作為車載用燃料電池堆來使用。

在電解質膜-電極結構體中，存在構成將一方的氣體擴散層設定為比固體高分子電解質膜小的平面尺寸、并且將另一方的氣體擴散層設定為與所述固體高分子電解質膜相同的平面尺寸的所謂階梯MEA的情況。此時，為了使比較高價的固體高分子電解質膜的使用量得到削減、并且保護薄膜狀且強度較低的所述固體高分子電解質膜，采用了組裝了樹脂框構件的帶有樹脂框的MEA。

作為這類的帶有樹脂框的MEA，例如已知有在日本特開2007-066766號公報中公開的電解質膜-電極接合體。在該電解質膜-電極接合體中，如圖7所示，具有膜1、配置在所述膜1的一側的陽極催化劑層2a和配置在所述膜1的另一側的陰極催化劑層3a。在膜1的兩面，具備GDL(氣體擴散層)2b和GDL3b，并且陽極側的所述GDL2b側的平面尺寸形成為比陰極側的所述GDL3b的平面尺寸大的尺寸。

MEA的邊緣區域配置有墊圈結構體4，該墊圈結構體4通過將配置于陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層3a的端部的周圍的至少一部分(優選為整個周圍)的陰極側和陽極側的墊圈層一體化而形成。至少將GDL面積較小的一側(GDL3b側)的膜1的外周部與墊圈結構體4經由粘接層5接合在一起。

但是，在上述的日本特開2007-066766號公報中，在GDL面積較小的GDL3b的外周部與膜1的邊界部位，由于氧化劑氣體(O₂)的擴散而容易生成過氧化氫(H₂O₂)。因此，在膜1的端部容易引起膜劣化。

發明內容

本發明是解決這類問題的發明，其目的在于提供一種，能夠通過簡單的構成，盡可能地抑制構成階梯MEA的固體高分子電解質膜的端部劣化的燃料電池用帶有樹脂框的電解質膜-電極結構體。

本發明涉及一種燃料電池用帶有樹脂框的電解質膜-電極結構體，其具備：階梯狀的電解質膜-電極結構體，其在固體高分子電解質膜的一面上，設置具有第1催化劑層以及第1擴散層的第1電極，并在所述固體高分子電解質膜的另一面上，設置具有第2催化劑層以及第2擴散層的第2電極，并且所述第1電極的平面尺寸設定為比所述第2電極的平面尺寸大的尺寸；和樹脂框構件，其環繞所述固體高分子電解質膜的外周而設置。

在該燃料電池用帶有樹脂框的電解質膜-電極結構體中，樹脂框構件的向第2電極側凸出的內側凸出部在與電解質膜-電極結構體相抵接的抵接面上，具有設置粘接劑的凹部，并且在所述凹部的樹脂框構件內周端側設置內周凸部，另一方面在所述凹部的樹脂框構件外周端側設置外周凸部。而且，內周凸部與從電解質膜-電極結構體的第2擴散層向外側突出的第2催化劑層相抵接，并且，外周凸部與所述電解質膜-電極結構體的第1擴散層的最外周部隔著固體高分子電解質膜相抵接。

根據本發明，樹脂框構件的內周凸部與從電解質膜-電極結構體的第2擴散層向外側突出的第2催化劑層相抵接。因此，能夠良好地抑制氧化劑氣體擴散到固體高分子電解質膜的端部側，并能夠有效地阻止在所述固體高分子電解質膜的端部側發生劣化反應。因此，能夠通過簡單的構成，盡可能地抑制構成階梯MEA的固體高分子電解質膜的端部劣化。

而且，樹脂框構件的外周凸部與電解質膜-電極結構體的第1氣體擴散層的最外周部隔著固體高分子電解質膜相抵接。由此，能夠可靠地保持帶有樹脂框的電解質膜-電極結構體整體。

根據結合附圖的以下的適當的實施方式例的說明，上述的目的以及其他的目的、特征以及優點將會變得更加清楚。

附圖說明

圖1是組裝本發明的實施方式所涉及的帶有樹脂框的電解質膜-電極結構體的固體高分子型燃料電池的主要部分分解立體說明圖。

圖2是所述燃料電池的、圖1中的II-II線剖面說明圖。

圖3是所述帶有樹脂框的電解質膜-電極結構體的主要部分剖面說明圖。