[发明专利]固体高分子燃料电池用膜电极接合体

说明书

技术领域

本发明涉及作为固体高分子燃料电池(PEFC)的发电元件使用的膜电极接合体以及使用了该膜电极接合体的固体高分子燃料电池。

背景技术

使用了质子传导性固体高分子膜的固体高分子燃料电池与固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池之类的其他类型的燃料电池相比，在低温(常温)工作，因此作为汽车等移动物体用的动力源，其实用化也在推进。

这种固体高分子燃料电池(以下有时简记为“PEFC”)一般采用将发挥发电功能的多个单电池层叠得到的结构。

该单电池分别具备膜电极接合体(MEA：Membrane Electorode Assembly)，所述膜电极接合体包括具有质子传导性的高分子电解质膜(例如Nafion(注册商标)膜)、夹持该电解质膜的1对阳极、阴极的电极层(也称为“电极催化剂层”)、以及夹持这些电解质膜和电极层的1对阳极、阴极的气体扩散层。另外，作为上述气体扩散层(以下有时简记为“GDL”)，一般可使用碳纸、碳布等。

将构成单个单电池的膜电极接合体(以下有时简记为“MEA”)与隔着隔离体邻接的单电池的MEA电连接，如此将单电池层叠、连接，由此构成燃料电池堆。而且，这种燃料电池堆适用于各种用途，作为发电手段发挥功能。

对于这种膜电极接合体，已知有各种结构的膜电极接合体，但上述高分子电解质膜在本质上缺乏强度，为了防止在受到由燃料气体与氧化剂气体的压力差、周边构件的热应变等引起的应力时破损、由此导致的气体混合(交叉泄漏)而提出了各种方案。例如，专利文献1中公开了：为了弥补未配置电极(气体扩散电极)的固体高分子电解质膜的外缘部的强度不足，而用由氟树脂、聚丙烯等构成的增强膜被覆电极外周缘部和电解质膜的外缘部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3052536号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上述文献记载的发明中，即使能够增强自电解质膜的电极露出的露出部分、即MEA中强度上最弱的部分，也无法提高MEA自身的强度、刚性，在过剩的应力作用于MEA整体时，存在电解质膜会发生破损的问题。

本发明是为了解决现有固体高分子燃料电池中的这种问题而做出的，其目标的在于提供强度、刚性优异而不会伴随厚度的增加、气体扩散层的透气性劣化的膜电极接合体，以及具备这种膜电极接合体的固体高分子燃料电池。

用于解决问题的方案

本发明人等为了实现上述目的而进行了各种研究，结果发现，通过在MEA的表面整面和背面整面配置作为GDL的一部分发挥功能的金属多孔体并利用塑料薄膜覆盖其外周缘部，能够实现上述目的，从而完成了本发明。

本发明是基于上述认识做出的，本发明的固体高分子燃料电池用膜电极接合体的特征在于是如下得到的，在于气体扩散层之间夹持两面具备催化剂层的高分子电解质膜并用第一塑料薄膜覆盖其外周缘部而成的层叠体的表面整面和背面整面配置金属多孔体，进一步用第二塑料薄膜覆盖所叠合的上述层叠体和金属多孔体的外周缘部。

此外，本发明的固体高分子燃料电池的特征在于应用了本发明的上述膜电极接合体。

发明的效果

根据本发明，在夹持了两面具备催化剂层的高分子电解质膜的气体扩散层的表面分别配置以例如金属丝网等为代表的金属多孔体，用塑料薄膜覆盖其外周缘部，因此能够提高膜电极接合体的强度和刚性，抑制由应力负载导致的变形，防止破损。

附图说明

图1是对将本发明的燃料电池层叠而成的燃料电池堆进行说明的分解状态的立体图(A)和示出组装后的立体图(B)。

图2是对本发明的燃料电池的一个实施方式进行说明的分解状态的俯视图(A)和示出组装后的俯视图(B)。

图3是示出本发明的固体高分子燃料电池用膜电极接合体的结构的主要部分剖视图。

具体实施方式

以下，对于本发明的固体高分子燃料电池用膜电极接合体，基于附图进一步具体说明其实施方式。

图1和图2所示的燃料电池(也称为单电池)C层叠多片，构成图1所示的燃料电池堆FS。