[发明专利]膜电极接合体及使用了该膜电极接合体的燃料电池、膜电极接合体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池。

背景技术

作为燃料电池，已知有一种具备膜电极接合体的燃料电池，该膜电极接合体在具有质子传导性的电解质膜的两侧配置有电极。电极具有：用于使反应气体遍及电极面整体的气体扩散层；及载持有用于促进燃料电池反应的催化剂的催化剂层（下述专利文献1）。

然而，存在有如下情况：在燃料电池的发电时，作为反应气体的氢、氧分别透过电解质膜而向所供给一侧的电极的相反侧的电极移动。这种情况下，在膜电极接合体的相同电极侧存在氢和氧，所述氢与氧相互反应而可能会生成过氧化氢。已知过氧化氢发生了自由基化的过氧化氢自由基成为使电解质膜劣化的原因的情况。

另外，气体扩散层通常由具有导电性的纤维基材构成，但在纤维基材的外表面，尤其是在其端部存在有微细的突起即毛刺。在膜电极接合体中，该毛刺刺入至电解质膜，有时会造成电解质膜的损伤。到目前为止，实际情况是对于抑制这种电解质膜的劣化并未作出充分的研究。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-213830号公报

发明内容

发明的概要

发明要解决的课题

本发明的目的在于提供一种抑制燃料电池的电解质膜的劣化的技术。

用于解决课题的手段

本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式或应用例来实现。

[应用例1]

一种膜电极接合体，用于燃料电池，其中，具备：电解质膜；及配置在所述电解质膜的两侧的第一和第二电极层，所述第一和第二电极层具有与所述电解质膜相接配置的催化剂层及配置在所述催化剂层之上的气体扩散层，所述第一和第二电极层中的至少所述第一电极层中，使所述气体扩散层的所述催化剂层侧的面小于所述催化剂层的所述气体扩散层侧的面，由此，所述气体扩散层的外周端相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进。

根据该膜电极接合体，由于气体扩散层的外周端相比催化剂层的外周端向内侧缩进，从而抑制气体扩散层与电解质膜直接接触的情况。因此，在气体扩散层中产生的过氧化氢自由基在到达电解质膜之前通过催化剂层，能够使过氧化氢自由基在催化剂层消失。因此，能够抑制过氧化氢自由基引起的电解质膜的劣化。而且，能够使催化剂层作为用于保护电解质膜免于受到气体扩散层的端部的影响的保护层发挥作用。

[应用例2]

在应用例1记载的膜电极接合体中，所述气体扩散层由纤维基材构成，在所述第一和第二电极层中的至少第一电极层中，在所述催化剂层与所述气体扩散层之间设置疏水层，所述疏水层覆盖所述气体扩散层的外周端的端面的至少一部分。

根据该膜电极接合体，存在于气体扩散层的催化剂层侧的面和外周端面上的毛刺由疏水层覆盖，因此能够保护电解质膜免于受到存在于气体扩散层的基材外表面的毛刺的影响。尤其是因为在气体扩散层的外周端部存在大量毛刺，因此气体扩散层的外周端部由疏水层覆盖，从而能够进一步提高电解质膜的保护效果。

[应用例3]

在应用例2记载的膜电极接合体中，所述疏水层由以疏水性树脂为主成分的疏水性薄膜构成。

根据该膜电极接合体，通过疏水层即疏水性薄膜，能够覆盖气体扩散层的外表面的毛刺，从而能够更可靠地保护电解质膜。

[应用例4]

在应用例1～3中任一应用例记载的膜电极接合体中，在所述第一和第二电极层的至少一方，在发电区域的周缘部配置有用于抑制所述气体扩散层与所述催化剂层的分离的粘接构件。

根据该膜电极接合体，能抑制气体扩散层与催化剂层的分离，因此能够抑制反应气体的泄漏的发生，能够抑制电解质膜及电极的劣化。

[应用例5]

在应用例4记载的膜电极接合体中，至少在所述第一电极层中，为了抑制反应气体向比所述气体扩散层的外周端向外侧突出的所述催化剂层的外周端的扩散，所述粘接构件在沿着相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进的所述气体扩散层的外周端的周状的区域，浸渍到所述催化剂层及所述气体扩散层的内部。

根据该膜电极接合体，利用粘接构件抑制反应气体向从气体扩散层的外周端突出的催化剂层的外周端的扩散，抑制在催化剂层的外周端产生反应热的情况。因此，抑制反应热从该催化剂层的外周端的部位向电解质膜移动的情况，从而抑制反应热引起的电解质膜的劣化。

[应用例6]