[发明专利]燃料电池的单体电池

说明书

本发明涉及燃料电池的单体电池。满足X×ΔT×CTE_fL×t的关系，其中，X表示在被结合到分隔件的第一凸起部的树脂框架的结合部的周向最内部位置和树脂框架的周向内端之间的距离；L表示在树脂框架的周向内端和介于且被保持在分隔件的第二凸起部之间的膜电极气体扩散层组件的保持部的周向最外部位置之间的距离；ΔT表示从‑40℃的低温T1到100℃的高温T2的温度差；CTE_f表示在低温T1到高温T2的范围内树脂框架的平均线性膨胀系数；t表示在低温T1下的电解质膜的断裂伸长率；并且距离X、L表示在高温T2下的尺寸。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池的单体电池。

背景技术

日本专利申请公开第2015-115242号公开了一种燃料电池的单体电池。该单体电池具有如下结构，该结构包括膜电极气体扩散层组件(MEGA)以及被结合到MEGA的外周的树脂框架，并且将MEGA与树脂框架一起插在并保持在一对分隔件之间。在被结合到树脂框架的MEGA的外周中，电解质膜因省略了气体扩散层而露出，并且树脂膜被结合到露出的电解质膜上。

发明内容

燃料电池的单体电池可以在从凝固点以下的低温到高于70℃的高温的宽范围的温度条件下使用。本申请的发明人已经发现，在具有如此大的温度差的环境中，当温度下降到低水平时，由于树脂框架的收缩，拉伸应力被局部地施加到电解质膜，由此可能导致电解质膜的断裂。

本发明的一方面涉及一种燃料电池的单体电池，并且所述单体电池包括：膜电极气体扩散层组件，所述膜电极气体扩散层组件包括膜电极组件和气体扩散层，所述膜电极组件具有电解质膜，所述气体扩散层被设置在所述膜电极组件的两个面上；框架形状的树脂框架，所述树脂框架被结合到所述膜电极气体扩散层组件的外周区域；以及两个分隔件，所述两个分隔件在其间保持所述树脂框架所结合到的所述膜电极气体扩散层组件，所述分隔件每个均具有凸起部和凹部。在燃料电池的单体电池中，在所述树脂框架所结合到的所述膜电极气体扩散层组件的外周区域中，没有所述气体扩散层被形成在所述膜电极组件上，并且所述树脂框架被结合到所述电解质膜上或被结合到被形成在所述电解质膜上的电催化剂层上。当所述两个分隔件的所述凸起部和所述凹部中的与所述树脂框架所结合到的所述膜电极气体扩散层组件接触的部分被称为凸起部，并且与所述膜电极气体扩散层组件分离的部分被称为凹部时；所述分隔件包括作为所述凸起部的第一凸起部和第二凸起部；所述树脂框架所结合到的所述膜电极气体扩散层组件的外周区域被布置在由所述两个分隔件的彼此面对的凹部形成的空间中；所述树脂框架介于且被保持在彼此面对的所述两个分隔件的所述第一凸起部之间，并且被结合到彼此面对的所述两个分隔件的所述第一凸起部，所述第一凸起部与所述凹部相比更向周向外侧定位；并且所述膜电极气体扩散层组件介于且被保持在彼此面对的所述两个分隔件的所述第二凸起部之间，所述第二凸起部与所述凹部相比更向周向内侧定位。在所述膜电极气体扩散层组件的外形的边中的任意位置处沿与其边的方向垂直的剖面切割的所述单体电池的横截面中，满足X×ΔT×CTE_fL×t的关系，其中，X表示在被结合到所述第一凸起部的所述树脂框架的结合部的周向最内部位置和所述树脂框架的周向内端之间的距离；L表示在所述树脂框架的所述周向内端和介于且被保持在所述第二凸起部之间的所述膜电极气体扩散层组件的保持部的周向最外部位置之间的距离；ΔT表示从-40℃的低温T1到100℃的高温T2的温度差；CTE_f表示在所述低温T1到所述高温T2的范围内所述树脂框架的平均线性膨胀系数；t表示在所述低温T1下的所述电解质膜的断裂伸长率；并且所述距离X、L表示在所述高温T2下的尺寸。根据该构造，燃料电池的单体电池的结构满足X×ΔT×CTE_fL×t的关系；因此，能够减小当温度下降到低温T1并且树脂框架收缩时电解质膜的断裂的可能性。