[發(fā)明專利]燃料電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710307725.9
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107394238B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喜多尾典之
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M8/1067;C08F283/06;C08F234/02
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;陳煒

一種燃料電池，包括：電解質(zhì)膜；陽極催化劑層；陰極催化劑層；以及陰極氣體擴散層。所述陰極催化劑層包括離聚物，所述離聚物包括共聚物，所述共聚物均具有親水嵌段。所述親水嵌段位于包括疏水部分和具有磺酸基的親水部分的共聚物的末端。所述親水嵌段具有所述親水部分的聚集結(jié)構(gòu)。所述陰極氣體擴散層的氣體擴散阻力系數(shù)為3.2×10^?4m或更低。所述氣體擴散阻力系數(shù)由X＝Y(jié)/Z⁴表示，其中，X表示氣體擴散阻力系數(shù)，Y表示陰極氣體擴散層的厚度，而Z表示陰極氣體擴散層的孔隙率。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池。

背景技術(shù)

固體聚合物燃料電池包括：膜電極組件，其中，在電解質(zhì)膜的兩面上設(shè)置有催化劑層；以及氣體擴散層，其設(shè)置在膜電極組件的外側(cè)。例如，燃料電池是已知的，其中催化劑層包括用于改善排水性能以改善發(fā)電性能的成孔材料，并且其中，在催化劑層與氣體擴散層之間設(shè)置有用于改善保水性的保水層(例如，日本專利申請公第2004-158388號(JP 2004-158388A))。

發(fā)明內(nèi)容

為了改善低負荷運行期間的發(fā)電性能，需要抑制催化劑層變干以抑制催化劑的利用率降低。另一方面，例如通過降低氣體擴散層的氣體擴散阻力來抑制濃度過電壓的發(fā)生，可以實現(xiàn)改善高負荷運行期間的發(fā)電性能。然而，在例如通過增加氣體擴散層中的孔徑以改善高負荷運行期間的發(fā)電性能來降低氣體擴散阻力的情況下，保水性也會劣化，這可能促進催化劑層變干。因此，難以同時實現(xiàn)低負荷運行期間的發(fā)電性能的改善和高負荷運行期間的發(fā)電性能的改善。

本發(fā)明同時實現(xiàn)低負荷運行期間的發(fā)電性能的改善和高負荷運行期間的發(fā)電性能的改善。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種燃料電池，包括：電解質(zhì)膜；設(shè)置在所述電解質(zhì)膜的第一面上的陽極催化劑層；設(shè)置在所述電解質(zhì)膜的第二面上的陰極催化劑層；以及設(shè)置在所述陰極催化劑層的外側(cè)的陰極氣體擴散層。所述陰極催化劑層包括離聚物，所述離聚物包括共聚物，共聚物均具有親水嵌段。所述親水嵌段位于共聚物的末端。所述共聚物包括疏水部分和具有磺酸基的親水部分。所述親水嵌段具有所述親水部分的聚集結(jié)構(gòu)。所述陰極氣體擴散層的氣體擴散阻力系數(shù)為3.2×10^-4m或更低。所述氣體擴散阻力系數(shù)由“氣體擴散阻力系數(shù)＝陰極氣體擴散層的厚度/(陰極氣體擴散層的孔隙率)⁴”表示。

共聚物可為在端部具有親水部分的無規(guī)共聚物。共聚物可為嵌段共聚物或接枝共聚物。

親水嵌段中的親水部分的重復數(shù)可為11至16。

離聚物中的較低熔點水含量為28干％至38干％。

在30％或更高的相對濕度下，離聚物的氧滲透率可以為20×10^-12mol/(cm²×s×atm)或更高。

親水部分可以具有由下式A1表示的結(jié)構(gòu)，而疏水部分可以具有由下式B1表示的結(jié)構(gòu)，

其中，a表示0或更大的整數(shù)，而b表示2或更大的整數(shù)，

其中，Rf₁和Rf₂各自獨立地表示氟或具有1至10個碳原子的全氟烷基。全氟烷基可在中間具有醚鍵。

共聚物的除了親水嵌段之外的部分可以包括未聚集部分。

根據(jù)本發(fā)明，可以同時實現(xiàn)低負荷運行期間的發(fā)電性能的改善和高負荷運行期間的發(fā)電性能的改善。

附圖說明

下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施方式的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)意義，其中相同的標記表示相同的元件，并且其中：

圖1是示出燃料電池的配置的截面圖；