燃料電池制造技術

通過具備：膜電極接合體(M)，其在電解質膜(1)的兩側具有催化劑層(6)，在該膜電極接合體(M)的表面側具有三層以上的多孔體；框體(4)，其圍繞電解質膜(1)的外周；以及隔膜(5)，在其與膜電極接合體(M)之間形成有氣體流路(G)，并且，在三層多孔體中的鄰接于隔膜(5)的第一多孔體(11)的外緣部、和鄰接于第一多孔體(11)的第二多孔體(12)的外緣部設有延伸部(11A)、(12A)，在框體(4)與隔膜(5)之間插入有所述延伸部(11A)、(12A)，從而防止表面壓力過度地施加于第一多孔體(11)的延伸部(11A)與框體(4)之間，優化對膜電極接合體(M)的發電區域(形成有催化劑層(6)的區域)施加的表面壓力。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】燃料電池
本專利技術涉及固體高分子型燃料電池（PEFC)等燃料電池的改良。
技術介紹
作為這種燃料電池，有專利文獻1中記載的膜-電極接合體。專利文獻1的膜-電 極接合體具有膜-膜加強構件接合體、陽極催化劑層（第一催化劑層）、陰極催化劑層（第 二催化劑層）、陽極氣體擴散層（第一氣體擴散層）、和陰極氣體擴散層（第二氣體擴散 層）。 膜-膜加強構件接合體具備：高分子電解質膜；1個以上的膜片狀的第一膜加強構 件，其以整體沿高分子電解質膜的周緣延伸的方式配置在該高分子電解質膜的主表面上； 以及1個以上的膜片狀的第二膜加強構件，其以整體沿高分子電解質膜的周緣延伸、且從 高分子電解質膜的厚度方向觀察時其內緣與第一膜加強構件的內緣彼此不一致的方式配 置在第一膜加強構件上。需要說明的是，第一膜加強構件和第二膜加強構件主要由合成樹 脂構成。 陽極催化劑層以覆蓋高分子電解質膜的主表面的方式形成，以使其能夠填埋被形 成于第一膜加強構件的開口，同樣地，陰極催化劑層以覆蓋高分子電解質膜的主表面的方 式形成。陽極氣體擴散層以覆蓋陽極催化劑層和第一膜加強構件的主表面的一部分的方式 配置，陰極氣體擴散層以覆蓋陰極催化劑層和第一膜加強構件的主表面的一部分的方式配 置。 膜-膜加強構件接合體通過采取上述構成，從而防止由氣體擴散層的端部接觸而 導致的高分子電解質膜的破損，并且更可靠地抑制由第一膜加強構件的端部造成的高分子 電解質I吳的破損，提1?耐久性。 現有摶術f獻 專利文獻 專利文獻1 :W02008/126350號公報 專利技術要解決的問是頁 不過，近年來，為了實現燃料電池的小型化，對于氣體擴散層的材料研究了使用金 屬多孔體材料來代替碳材料。作為氣體擴散層使用金屬多孔體材料，并如上述專利文獻1 中公開的那樣以氣體擴散層覆蓋第一膜加強構件的方式進行配置時，下述問題尚未解決： 過量的表面壓力作用于氣體擴散層與第一膜加強構件重疊的部分（高分子電解質膜的周 緣部分），難以優化形成有催化劑層的高分子電解質膜的表面壓力。
技術實現思路
本專利技術是著眼于上述現有問題而成的，其目的在于提供通過防止過量的表面壓力 施加于高分子電解質膜的周緣部分、從而能夠優化對包含高分子電解質膜的膜電極結構體 的發電區域施加的表面壓力的燃料電池。 用于解決問題的方案 本專利技術的燃料電池具備：膜電極接合體，其在電解質膜的兩側具有催化劑層，在該 催化劑層的表面側具有三層以上的多孔體；框體，其圍繞電解質膜的外周；以及隔膜，在其 與膜電極接合體之間區劃形成有氣體流路。并且，燃料電池采取如下的構成，即在三層多孔 體中的鄰接于隔膜的第一多孔體的外延部、和鄰接于第一多孔體的第二多孔體的外緣部設 有以與框體重疊的方式延伸的延伸部，在框體與隔膜之間插入有第一多孔體的延伸部和第 二多孔體的延伸部，將上述構成作為用于解決現有問題的手段。 上述燃料電池中，插入于框體與隔膜之間的第一多孔體的延伸部和第二多孔體的 延伸部中的第二多孔體的延伸部受到作用于第一多孔體的延伸部與框體之間的表面壓力， 能夠優化作用于膜電極接合體的發電區域（形成有催化劑層的區域）的表面壓力。 專利技術的效果 根據本專利技術，通過防止表面壓力過度地施加于第一多孔體的延伸部與框體之間， 能夠優化對膜電極接合體的發電區域（形成有催化劑層的區域）施加的表面壓力。 【附圖說明】 圖1是說明本專利技術的燃料電池的一個實施方式的單側省略的剖視圖（A)、以及比 較本專利技術與現有結構的表面壓力的圖表（B)。 圖2是圖1中示出的燃料電池的整體的剖視圖（A)、以及構成燃料電池的框體和電 解質膜的俯視圖（B)。 圖3是說明本專利技術的燃料電池的另一實施方式的單側省略的剖視圖。 【具體實施方式】 以下，根據【附圖說明】本專利技術的燃料電池的一個實施方式。 圖1的⑷和圖2的⑷中示出的燃料電池 C具備：膜電極接合體M，其在電解質 膜（高分子電解質膜）1的兩側具有作為電極層的陰極層2和陽極層3 ;框體4,其圍繞電解 質膜1的外周；以及隔膜5、5,在其與膜電極接合體Μ之間區劃形成各個氣體流路G、G。需 要說明的是，圖1的（A)僅示出陰極層2,實際上在電解質膜1的相反一側（圖中為下側） 存在陽極層（3)。 膜電極接合體Μ是所謂的MEA (Membrane Electrode Assembly)，在該實施方式中 膜電極接合體Μ包含氣體擴散層。即，膜電極接合體Μ的陰極層2和陽極層3均具有鄰接 于電解質膜1的催化劑層6，而且在該膜電極接合體Μ的陰極層2和陽極層3的表面側具有 作為氣體擴散層發揮功能的三層以上的多孔體。關于該多孔體的詳細情況，在后文進行說 明。 框體4是作為框架（frame)或襯墊（gasket)發揮功能的樹脂制的構件。該框體 4如圖2的（B)中所示形成俯視矩形狀，并且具有比電解質膜1厚的規定的板厚，以電解質 膜1在中央部露出的方式與該電解質膜1一體成形。 另外，框體4在圖2中為左側的一個短邊側具有陰極氣體（含氧氣體）、冷卻液和 陽極氣體（含氫氣體）的供給孔H1?H3,在另一個短邊側具有這些流體的排出孔H4?H6。 需要說明的是，供給和排出的位置關系可以適當變更。 隔膜5兼用作集電體，雖然省略了圖示，但隔膜5形成與框體4相應的俯視矩形 狀，并且形成了與框體4同樣的供給孔和排出孔。該隔膜5在重合于膜電極接合體Μ的狀 態下形成前述氣體流路G。需要說明的是，該實施方式的燃料電池 C在將多片層疊時，各供 給孔（Η1?Η3)和排出孔（Η4?Η6)在層疊方向上連續而形成各個流路，而且在與鄰接的 燃料電池 C之間（隔膜5彼此之間）流通冷卻液。 在上述隔膜5與膜電極接合體Μ之間夾設圖1中示出一部分的密封材料7。該密 封材料7設置于框體4的外周部、供給孔Η1?Η3的周圍和排出孔Η4?Η6的周圍，此時， 在各孔Η1?Η6的周圍設有開放部分，以便不妨礙氣體向相應的層的流通。 上述燃料電池 C如上所述那樣在電極層（陰極層2和陽極層3)的表面側具備至 少三層多孔體11、12、13。三層多孔體11、12、13中的鄰接于隔膜5的第一多孔體11和鄰接 于第一多孔體11的第二多孔體12在各自的外緣部具有以與框體4的內緣部重疊的方式延 伸的延伸部11Α、12Α。此外，燃料電池 C為在框體4與隔膜5之間插入有第一多孔體11的 延伸部11Α和第二多孔體12的延伸部12的構成。 第一多孔體11的延伸部11Α以與框體4的內緣部重疊的方式延伸，因此防止第一 多孔體11的端部與電解質膜1接觸而使電解質膜1破損。另外，第一多孔體的延伸部11Α 抑制陰極與陽極的壓差或由電解質膜1的溶脹/收縮導致的框體4的變動，因此緩和了在 催化劑層6與框體4的界面處向電解質膜1的應力集中。 需要說明的是，該實施方式中，例示了第二多孔體12具有與主體相同厚度的延伸 部12Α的構成，但在第二多孔體12由多個層形成的情況下，可以僅在多個層中的一個層上 設置延伸部12Α。 此處，上述燃料電池 C中，第一多孔體11的壓縮彈性模量大于其它多孔體12、13 的壓縮彈性模量。 另外，關于第一多孔體11，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃料電池，其特征在于，該燃料電池具備：膜電極接合體，其在電解質膜的兩側具有催化劑層，在該催化劑層的表面側具有三層以上的多孔體；框體，其圍繞電解質膜的外周；以及隔膜，在該隔膜與膜電極接合體之間區劃形成有氣體流路；并且，在三層多孔體中的鄰接于隔膜的第一多孔體的外緣部、和鄰接于第一多孔體的第二多孔體的外緣部設有以與框體重疊的方式延伸的延伸部，在框體與隔膜之間插入有第一多孔體的延伸部和第二多孔體的延伸部。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.01.27 JP 2012-0151391. 一種燃料電池，其特征在于， 該燃料電池具備： 膜電極接合體，其在電解質膜的兩側具有催化劑層，在該催化劑層的表面側具有三層 以上的多孔體； 框體，其圍繞電解質膜的外周；以及 隔膜，在該隔膜與膜電極接合體之間區劃形成有氣體流路；并且， 在三層多孔體中的鄰接于隔膜的第一多孔體的外緣部、和鄰接于第一多孔體的第二多 孔體的外緣部設有以與框體重疊的方式延伸的延伸部， 在框體與隔膜之間插入有第一多孔體的延伸部和第二多孔體的延伸部。2. 根據權利要求1所述的燃料電池，其特征在于， 第一多孔體的壓縮彈性模量大于其它多孔體的壓縮彈性模量。3. 根據權利要求1或2所述的燃料電池，其特征在于， 第一多孔體為鐵、不銹鋼、錯和錯合金、鈦和鈦合金、鉻和鉻合金、鎳和鎳合金、鎂和鎂 合金中的任一種以上的金屬。4. 根據權利要求1?3中任一項所述的燃料電池，其特征在于， 第二多孔體和鄰接于第二多孔體的第三多孔體...

【專利技術屬性】
技術研發人員：小高敏和，柳沼基，
申請(專利權)人：日產自動車株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP