[发明专利]膜-膜增强部件组件、膜-催化剂层组件、膜-电极组件、高分子电解质型燃料电池、以及膜-电极组件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜-膜增强部件组件、膜-催化剂层组件、膜-电极组件 以及高分子电解质型燃料电池，特别是涉及增强高分子电解质膜的膜 增强部件的形状。另外，本发明涉及膜-电极组件的制造方法，特别是 涉及设置了增强高分子电解质膜的膜增强部件的膜-电极组件的制造方 法。

背景技术

高分子电解质型燃料电池(以下称之为PEFC)是通过重整城市燃 气等的原料气体并使含有氢的燃料气体与空气等含有氧的氧化剂气体 发生电化学反应从而同时产生电和热的装置。此时，在阳极上发生由 化(1)所表示的反应，在阴极上发生由化(2)所表示的反应。

H₂→2H⁺+2e^-(化1)

1/2O₂+2H⁺+2e^-→H₂O(化2)

还有，PEFC在发电过程中在阴极上所生成的水的一部分发生逆向 扩散并向阳极移动。

如此的PEFC中的现有的单电池(cell)的一般构造如图25所示。

如图25所示，PEFC的单电池80具有：在高分子电解质膜71的 主面上配置了由催化剂层72和扩散层73构成的电极74的膜-电极组件 75、密封垫圈(gasket)76和导电性的隔板77。并且，在单电池80中， 在高分子电解质膜71的厚度方向上，在高分子电解质膜71和扩散层 73之间的区域中的没有设置催化剂层72的端部，形成缝隙，而因为在 该缝隙部分没有支撑高分子电解质膜71的部件，所以在高分子电解质 膜71的膜厚较薄的情况下会产生以下不良状况。

例如，被认为的情况有：在由热压等将电极74和高分子电解质膜 71进行接合的时候，构成电极74的扩散层73的端部与高分子电解质 膜71的主面相接触，从而使高分子电解质膜71发生损伤的情况；以 及，在紧固连结单电池80的时候，在高分子电解质膜71上会承受机 械应力，从而使高分子电解质膜71发生破损的情况。另外，还认为有 由于燃料气体和氧化剂气体的压力差而使高分子电解质膜71发生破损 的情况。并且，如果高分子电解质膜71发生破损，那么燃料气体和氧 化剂气体就会发生交叉泄漏，从而产生这些气体发生燃烧的危险等安 全性方面重大的问题。

针对这样的问题，已知有一种将镜框状的保护膜安装于高分子电 解质膜上而成的固体高分子电解质膜型燃料电池的密封构造(例如， 参照专利文献1)。

图26是表示由专利文献1所公开的固体高分子电解质型燃料电池 的密封构造的概要的示意图。

如图26所示，以氟树脂类片形成的镜框状的保护膜220以其内周 缘部被电极213覆盖的方式，被设置于固体高分子电解质膜210的主 面上。另外，气体密封部件212以使气体密封部件212和电极213之 间具有间隙214的方式，围绕电极213而配设。由此，在气体密封部 件212以及电极213与固体高分子电解质膜210之间夹持着保护膜 220，并且保护膜220在间隙214中增强固体高分子电解质膜210，所 以可以不增厚固体高分子电解质膜210的厚度而防止固体高分子电解 质膜210的破损。

专利文献1：日本特开平5-21077号公报

发明内容

然而，在由专利文献1所公开的固体高分子型燃料电池中，紧固 连结单电池时，固体高分子电解质膜210上的、与由保护膜220的与 固体高分子电解质膜210相接触的主面和内周面形成的角部相接触的 部分，与固体高分子电解质膜210上的其它部分相比较，承受着较大 的机械应力，所以在该部分上固体高分子电解质膜210可能发生破损， 还有改善的余地。

另外，就由专利文献1所公开的固体高分子型燃料电池而言，如 果意图进一步提高生产率(想要高效率的大批量生产)，那么还存在着 改善的余地。

本发明就是鉴于以上的问题而做出的，第1目的是提供一种防止 由于接触气体扩散层的端部而引起的高分子电解质膜的破损、并且更 加切实地抑制由膜增强部件的端部而造成的高分子电解质膜的破损并 提高了耐久性的膜-膜增强部件组件、膜-催化剂层组件、膜-电极组件 以及高分子电解质型燃料电池。

另外，本发明的第2目的是提供一种能够高效率地进行高分子电 解质型燃料电池的大批量生产的膜-电极组件的制造方法。