[发明专利]膜-电极接合体和具有它的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及膜-电极接合体和具有它的燃料电池。

背景技术

燃料电池一般是以氢和氧作为燃料而获得电能的装置。该燃料电 池由于环保性优良且能实现高的能量效率，所以作为今后的能量供给 系统正被广泛开发。尤其是固体高分子型燃料电池，由于在各种燃料 电池中以比较低的温度工作，所以具有良好的起动性。因此，为了在 许多领域实用化而正被活跃地研究。

一般地，在固体高分子型燃料电池中，在电解质膜的两面上设有 电极。该电极具有例如催化剂金属、碳和离子交换树脂。已经公开了 针对电解质膜，提高离子交换树脂与碳的质量比、以及催化剂金属的 承载密度的技术(例如，参照专利文献1)。利用该技术能够提高催 化剂金属的利用效率，并且能够抑制电极上的电压下降。

<专利文献1>日本特开2005-135787号公报

发明内容

(发明要解决的问题)

但是，专利文献1的技术中不能充分降低电解质膜中的质子移动 阻力。

本发明的目的在于提供电解质膜中的质子移动阻力非常低的膜- 电极接合体和具有它的燃料电池。

(用来解决问题的手段)

根据本发明的膜-电极接合体，包括：具有质子传导性的电解质 膜、以及接合到电解质膜上的第一电极，其特征在于：第一电极包含 催化剂、以及覆盖催化剂且作为质子交换基起作用的第一离聚物；在 第一电极中，膜-电极接合体的额定输出点处的生成水的量(mol/min)/ 第一离聚物体积(cm³)为1350以上。

在根据本发明的膜-电极接合体中，第一离聚物中的水分浓度非 常高。由此，促进水向电解质膜移动。其结果，即使在高温运转等的 电解质膜易干燥的运转条件下，也能使电解质膜中的质子移动阻力非 常低。

第一离聚物的厚度可以为13nm以下。这时，第一离聚物中的水 分浓度非常高，且第一电极中的气体扩散性高。由此能够促进发电反 应。

也可以是，催化剂由碳以及在碳上承载的催化剂金属构成，且对 于在碳上承载的催化剂金属，在电解质膜侧的碳中配置的比在与电解 质膜相反侧的碳中配置的多。这时，在电解质膜侧的第一离聚物内的 水分浓度高。由此，促进水向电解质膜移动。

也可以是，在第一电极的与电解质膜相反侧的面上还具有第二电 极；第二电极具有由作为质子交换基起作用的第二离聚物覆盖碳的结 构。也可以是，第二电极中的第二离聚物/碳质量比，比第一电极中的 第一离聚物/碳质量比小。这时，第二电极中的气体扩散性高。由此促 进发电反应。

也可以是，在第二电极中，催化剂金属承载在碳上。这时，向催 化剂金属供给反应气体的供给效率高。由此能够促进发电反应。也可 以是，第二电极的催化剂承载密度比第一电极的催化剂承载密度小。 这时，能够使第一电极中的水分浓度比第二电极中的水分浓度高。

也可以是，在第一电极中，额定输出点处的生成水的量(mol/min) /第一离聚物体积(cm³)在电解质膜附近为1350以上。这时，在第一 电极中的电解质膜附近，能够使第一离聚物中的水分浓度非常高。

根据本发明的燃料电池，包括：如本发明第一至第八方面中任一 方面所述的膜-电极接合体、以及夹持膜-电极接合体的隔离物。在根据 本发明的燃料电池中，第一离聚物中的水分浓度非常高。由此，促进 水向电解质膜移动。其结果，即使在高温运转等的电解质膜易干燥的 运转条件下，也能使电解质膜中的质子移动阻力非常低。通过以上方 案，根据本发明的燃料电池中的发电性能提高。

(发明的效果)

根据本发明，电解质膜中的质子移动阻力非常低。其结果，发电 性能提高。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式1的燃料电池的示意剖面图。

图2是表示阴极催化剂层中的水生成的示意图。

图3是用来说明电解质膜中的质子移动阻力的示意图。

图4是示出阴极催化剂层的结构的例子的图。

图5是用来说明根据本发明的实施方式2的燃料电池的图。

图6是根据本发明的实施方式3的燃料电池的一部分的示意剖面 图。