[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，其具备电解质膜电极构造体和隔板，其中电解质膜电极构造体在固体高分子电解质膜的两侧设有分别具有电极催化剂层和气体扩散层的第一电极及第二电极，所述隔板配置于所述电解质膜电极构造体的两面。

背景技术

一般而言，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜构成的固体高分子电解质膜。该燃料电池通过隔板夹持电解质膜电极构造体(MEA)，其中电解质膜电极构造体在固体高分子电解质膜的两侧分别配置有由催化剂层(电极催化剂层)和气体扩散层(多孔质碳)构成的阳极电极及阴极电极。该燃料电池通过层叠规定的数量，例如作为车载用燃料电池堆使用。

在这种电解质膜电极构造体中，一方的催化剂层的外周端部位置和另一方的催化剂层的外周端部位置有时相对于固体高分子电解质膜的膜厚度方向相互错开。

例如，日本特开2006-338938号公报(以下，称为现有技术1)所公开的电解质膜-电极接合体如图17所示，具有：高分子电解质膜1a、在所述高分子电解质膜1a的一方的面上形成的阴极催化剂层2a、在所述高分子电解质膜1a的另一方的面上形成的阳极催化剂层3a以及以有效阳极催化剂层的面积大于有效阴极催化剂层的面积的方式在所述阴极催化剂层2a的端部的至少一部分形成的第一密封垫层4a。

而且，相对于高分子电解质膜1a的至少电解质膜-电极接合体的厚度方向，在与阴极催化剂层2a的端部重复的部位，配置有强度比所述高分子电解质膜1a高的加强层5a。

另外，例如，在日本特开2008-135295号公报(以下，称为现有技术2)所公开的固体高分子形燃料电池中，如图18所示，气体扩散层要素1b与膜电极接合体2b的两侧组合而构成。膜电极接合体2b具有高分子电解质膜3b，并且在所述高分子电解质膜3b的两面形成有催化剂层4b。

气体扩散层要素1b例如包括：由碳制的通气性导电材料构成的片状多孔质基材5b；以及含浸在所述多孔质基材5b的周缘部的细孔内的、例如由聚碳酸酯系树脂等热可塑性树脂构成的密封用树脂6b。密封用树脂6b的含浸是通过向层叠配置于周缘部的膜状密封用树脂照射激光而使该膜状密封用树脂熔化来进行的，由此形成密封部7b。

在上述的现有技术1中，通过电解质膜-电极接合体被夹持在隔板间，从而构成燃料电池，并且层叠多个所述燃料电池而作为燃料电池堆使用。为了确保希望的发电性能及密封性能，在层叠方向上对燃料电池堆施加规定的紧固载荷。

此时，阴极催化剂层2a的外周端部(边缘部)被压接向加强层5a，并且阳极催化剂层3a的外周端部(边缘部)被压接向所述加强层5a及高分子电解质膜1a。因此，加强层5a及高分子电解质膜1a在各边缘部附近面压升高而薄壁化，耐久性下降。

另外，在上述的现有技术2中，通常，固体高分子形燃料电池(M EA)被夹持在隔板间，并且通过层叠多个所述固体高分子形燃料电池，从而作为燃料电池堆使用。为了确保希望的发电性能及密封性能，在层叠方向上对燃料电池堆施加规定的紧固载荷。

此时，在密封部7b的内侧设置的发电部(扩散层非含浸部)8b与包括所述密封部7b的扩散层含浸部9b的各自的扬氏模量不同。即，在扩散层含浸部9b中，与发电部8b相比，扬氏模量变高。因此，当对固体高分子形燃料电池施加载荷时，扩散层含浸部9b被压接于高分子电解质膜3b。由此，高分子电解质膜3b在被压接于扩散层含浸部9b的外周缘部载荷升高而薄壁化，导致所述高分子电解质膜3b的耐久性下降。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种燃料电池，在燃料电池的紧固时，不会对电极催化剂层的外周端部施加过剩的载荷，能够可靠地阻止固体高分子电解质膜的损伤。

另外，本发明的目的在于，提供一种燃料电池，在燃料电池的紧固时，不会对配置于树脂含浸部的固体高分子电解质膜施加过剩的载荷，能够可靠地阻止所述固体高分子电解质膜的耐久性的下降。

本发明涉及一种燃料电池，其具备电解质膜电极构造体和隔板，电解质膜电极构造体在固体高分子电解质膜的两侧设有第一电极及第二电极，第一电极及第二电极分别具有电极催化剂层和气体扩散层，隔板配置在所述电解质膜电极构造体的两面。

而且，电解质膜电极构造体具有：在第一电极及第二电极间夹着固体高分子电解质膜的发电部；以及在所述第一电极及所述第二电极的各自的电极催化剂层外周端部间夹着所述固体高分子电解质膜的边缘部，在隔板上，在与所述电解质膜电极构造体相接的面上，形成有收容所述边缘部的凹部。