[发明专利]燃料电池用电解质膜-电极结构体

说明书

技术领域

本发明涉及一种在台阶型MEA上设有保护构件的燃料电池用电解质膜-电极结构体。

背景技术

通常，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。该燃料电池具备在固体高分子电解质膜的一侧设有阳极电极且在所述固体高分子电解质膜的另一侧设有阴极电极的电解质膜-电极结构体(MEA)。阳极电极及阴极电极分别由催化剂层(电极催化剂层)和气体扩散层(多孔质碳)构成。

燃料电池通过隔板(双极板)夹持电解质膜-电极结构体。该燃料电池层叠规定的个数而构成燃料电池组，并例如作为车载用燃料电池组而搭载在燃料电池电力机动车上。

在电解质膜-电极结构体中，存在构成一方的气体扩散层设定成比固体高分子电解质膜小的平面尺寸且另一方的气体扩散层设定成与所述固体高分子电解质膜相同的平面尺寸的所谓台阶型MEA的情况。此时，为了削减比较高价的固体高分子电解质膜的使用量而将所述固体高分子电解质膜形成为薄膜状。因此，为了对薄膜状且强度低的固体高分子电解质膜进行保护，而采用例如装入了树脂制框构件的带框的MEA作为保护构件。

作为带框的MEA，已知有例如日本特开2007-066766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。在该电解质膜-电极接合体中，如图17所示，在膜1的一侧配置阳极催化剂层2a和阳极扩散层2b。在膜1的另一侧配置阴极催化剂层3a和阴极扩散层3b，来构成台阶型MEA4。

阳极扩散层2b设定成比阴极扩散层3b大的面积，所述阴极扩散层3b侧的膜1的外周部与衬垫结构体5经由粘接层6而接合。

然而，在上述的现有技术1中，面积小的阴极扩散层3b的外周角部3be及衬垫结构体5的内周端角部5a配置在膜1上。因此，在将台阶型MEA4和衬垫结构体5相互定位配置之际，或在运转时向电解质膜-电极接合体施加载荷之际，阴极扩散层3b的外周角部3be及衬垫结构体5的内周端角部5a可能压入膜1。因此，产生使膜1的厚度减少等损伤，使所述膜1的耐久性下降。

发明内容

本发明解决这种问题，其目的在于提供一种通过简单且经济的结构能够良好地抑制对固体高分子电解质膜的损伤的燃料电池用电解质膜-电极结构体。

本发明的燃料电池用电解质膜-电极结构体在固体高分子电解质膜的一方的面上配设具有第一催化剂层及第一气体扩散层的第一电极。在固体高分子电解质膜的另一方的面上配设具有第二催化剂层及第二气体扩散层的第二电极。第一气体扩散层的平面尺寸设定为比第二气体扩散层的平面尺寸大的尺寸。

在该燃料电池用电解质膜-电极结构体中，在固体高分子电解质膜的从第二气体扩散层的外周端向外方延伸的外周缘部设有环绕所述外周缘部的框形状的保护构件。并且，在固体高分子电解质膜的外周缘部与保护构件之间设有缓冲构件，且所述缓冲构件具有与第二气体扩散层的外周端缘部重叠的重叠部位。

根据本发明，在固体高分子电解质膜与保护构件之间夹装有缓冲构件。因此，保护构件的内侧角部及第二气体扩散层的外周端角部不会直接与固体高分子电解质膜的面相接。因此，保护构件的内侧角部或第二气体扩散层的外周端角部不会被压入固体高分子电解质膜。由此，通过简单且经济的结构，能够良好地抑制对固体高分子电解质膜的损伤。

上述的目的、特征及优点通过参照附图而说明的以下的实施方式的说明变得容易理解。

附图说明

图1是装入了本发明的第一实施方式的电解质膜-电极结构体的固体高分子型燃料电池的主要部分分解立体说明图。

图2是所述燃料电池的图1中II-II线剖视说明图。

图3是所述电解质膜-电极结构体的阳极电极侧的主视说明图。

图4是制造所述电解质膜-电极结构体的方法的说明图。

图5是制造所述电解质膜-电极结构体的方法的说明图。

图6是制造所述电解质膜-电极结构体的方法的说明图。

图7是制造所述电解质膜-电极结构体的方法的说明图。

图8是装入本发明的第二实施方式的电解质膜-电极结构体的固体高分子型燃料电池的主要部分剖视说明图。

图9是装入本发明的第三实施方式的电解质膜-电极结构体的固体高分子型燃料电池的主要部分剖视说明图。

图10是所述电解质膜-电极结构体的主要部分放大剖视图。

图11是制造所述电解质膜-电极结构体的方法的说明图。

图12是装入本发明的第四实施方式的电解质膜-电极结构体的固体高分子型燃料电池的主要部分剖视说明图。