[发明专利]高分子电解质型燃料电池和电极-膜-框接合体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体高分子电解质型燃料电池，特别是涉及燃料电池的电 解质膜-电极接合体与导电性隔离件的密封结构的改良。

背景技术

现有的固体高分子电解质型燃料电池采用如下单电池组件，该单电池 组件利用阳极侧导电性隔离件和阴极侧导电性隔离件夹持MEA-框接合体 来构成，所述MEA-框接合体中，利用在周缘部配有用于密封气体的密封 垫片的框体来保持膜电极复合体(MEA)。MEA由高分子电解质膜以及在 该电解质膜的一面上接合阳极并在上述电解质膜的另一面上接合阴极而 形成。在各隔离件的周缘形成分别向MEA的阳极提供燃料气体、向阴极 提供氧化剂气体的供气部。

但在该现有的固体高分子电解质型燃料电池中，如图15的电极-膜- 框接合体的剖面图所示，从框体300与隔离件301的组装上的需要出发， 在框体300的内缘与电极(MEA)302之间存在间隙303，因此提供给电 池内的气体的一部分通过该间隙303排出，从而引起所谓的交叉泄漏现象。

为了改善该现象，如图16的电极-膜-框接合体的剖面图所示，提出了 在该间隙303配置第2密封垫片308的结构、或以密封垫片的内缘的一部 分与电极302的外缘局部相接的方式来设置的方法(未图示，例如参照专 利文献1)。

另外，MEA即高分子电解质膜组装于框体厚度的大致中央，作为其 接合方法，采用热压接、胶粘剂、机械夹等。

作为电极-膜-框接合体中的密封垫片等的配置构成，还提出了其他各 种结构(例如参照专利文献2～7)。

专利文献1：日本专利特开2005-100970号公报

专利文献2：日本专利特开2006-172752号公报

专利文献3：日本专利特开2006-310288号公报

专利文献4：日本专利特开2001-102072号公报

专利文献5：日本专利特开2005-259465号公报

专利文献6：美国专利第6610435号说明书

专利文献7：美国专利申请公开第2005/0142414号说明书

发明内容

但是，若高分子电解质膜采用热压接或胶粘的接合方法，则热以及胶 粘剂的挥发成分有可能会引起高分子电解质膜的性能下降，有条件限制。 若采用机械夹的接合方法，则存在容易从高分子电解质膜与框体的微小间 隙出现交叉泄漏的问题。

在图16的电极-膜-框接合体的结构中，采用配置用于防止在框体300 的内缘与电极302之间产生间隙303的第2密封垫片308的结构，因而存 在其制造成本高的问题。此外，使该密封垫片308部分熔融来填埋间隙时， 存在尺寸管理难这一问题。

在专利文献1的电极-膜-框接合体的结构中，由于密封垫片的内缘的 一部分与电极302的外缘局部接触，因此交叉泄漏现象的抑制效果不充分。 另外，气体扩散电极通常以脆碳纤维为主要成分，因此存在组装时容易对 电极带来损害的问题。

此外，在专利文献2～7中均未提出能有效抑制交叉泄漏现象的同时 提高还原剂气体和氧化剂气体各自的利用率的电极-膜-框接合体。

因此，本发明的目的在于解决上述问题，即提供能有效抑制在高分子 电解质薄膜与框体间的间隙产生的交叉泄漏现象、并能进一步提高还原剂 气体和氧化剂气体各自的利用率的使高分子电解质型燃料电池的性能进 一步改善的高分子电解质型燃料电池，以及在该高分子电解质型燃料电池 中使用的电极-膜-框接合体的制造方法。

为了实现上述目的，本发明如下构成。

本发明的第1方式提供一种高分子电解质型燃料电池，其通过将多个 单电池组件层叠组装而成，所述单电池组件具有由膜电极复合体和框体形 成的电极-膜-框接合体和从阳极侧和阴极侧夹持所述电极-膜-框接合体的 一对隔离件，所述膜电极复合体通过以露出高分子电解质膜的周缘部的方 式在所述电解质膜的一面上接合阳极电极并在所述电解质膜的另一面上 接合阴极电极而构成，所述框体具有向所述阳极电极和所述阴极电极分别 提供燃料气体和氧化剂气体的供气部，并且通过夹持所述电解质膜的周缘 部而保持所述膜电极复合体，

所述电极-膜-框接合体具备内侧弹性部件、外侧弹性部件和多个连接 弹性部件，