[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及固体高分子型燃料电池。

背景技术

固体高分子型燃料电池的单元电池(cell)，是由离子透过性的电解质膜和夹持该电解质膜的阳极电极层和阴极电极层形成膜电极接合体(膜电极组件；MEA：Membrane Electrode Assembly)，并在该膜电极接合体的外侧配置隔板从而形成单元电池。另外，还有下述形态：在电极层的外侧设置用于促进气体流动和提高集电效率的气体扩散层(GDL)，构成膜电极接合体(膜电极-气体扩散层组件；MEGA：Membrane Electrode&Gas Diffusion Layer Assembly)，并在该气体扩散层的外侧配置有隔板。该隔板，将单元电池之间分隔，并且通过具有凹凸形状而起到气体流路的作用，还具有集电作用，但是在最近的单元电池结构中还开发出了：与平板类型的隔板非一体地设置了气体流路层的结构。实际的燃料电池是根据发电能力将规定层数的这些单元电池层叠而形成电池组(stack)。

在上述燃料电池中，向阳极电极供给作为燃料气体的氢气等，向阴极电极供给作为氧化剂气体的氧气或空气，在各电极中，在固有的气体流路层中气体沿面内方向流动，接着，在气体扩散层中扩散了的气体被导入电极催化剂中，进行电化学反应。

然而，在燃料电池的单元电池结构中，在上述的MEA或MEGA的周缘形成有用于赋予密封气体作用的密封垫，例如可以举出专利文献1中公开的燃料电池(在此，为膜电极组件)。参照图8、图9对该膜电极组件中的密封垫的结构进行说明。在电解质膜a(或膜电极接合体)和夹持它的气体扩散层b1、b2的端部设置具有双重的突起c1、c2的密封垫c，用隔板d1、d2夹紧它们将双重的突起c1、c2压扁(压溃；crushing)，由此，提高对各种气体的密封性。另外，图8表示在用隔板d1、d2将双重的突起c1、c2压扁之前的状态，图9表示压扁之后的状态。

但是，在上述现有技术存在以下的课题。其一是：如图9所示，由于隔板d1、d2和密封垫c(的突起c1)之间存在间隙e，在气体扩散层b1、b2中沿箭头方向流动的气体不会被供给到电解质膜a、而是流向相对压力损失低的上述间隙e(有时将其称为截断通路(pass cut))。

作为其另一课题，是：气体扩散层b1、b2即使在压缩后在其厚度上也存在偏差，本发明人等特定出可产生±35μm左右的偏差，但作为起因于该厚度的偏差的课题，在压缩后的气体扩散层的厚度过厚的情况下和过薄的情况下，存在如下的各自所固有的课题。

首先，关于气体扩散层的厚度过薄的情况，作用在上述的突起c1的反作用力变大容易理解，但由此，相对地作用在电极(电解质膜a和气体扩散层b1、b2)的载荷变小。其结果，隔板d1、d2和气体扩散层b1、b2的接触电阻提高，从而成为发电性能降低的原因。而且，作用在突起c2的反作用力比所希望的值小，因此，还成为气体密封性降低的原因。

另一方面，在气体扩散层的厚度过厚的情况下，作用在突起c1的反作用力变小，结果气体密封性降低，气体容易从突起c1和隔板d1、d2之间泄漏。另外，由于相对地作用在突起c2的反作用力变大，因此电极变得容易短路，以至于突起c2断裂的可能性变高。

即使说构成燃料电池的每个单元电池的性能、气体的密封性由上述气体扩散层的的偏差左右也不过分，但其另一方面，容许上述偏差且保证所希望的密封性是非常困难的。另外，如上述那样在其相应部位使用了具有偏差的密封垫的情况下，将燃料电池作为电池组而制成一体时的压力、即作用在膜电极接合体的压力会存在偏差，这种情况将妨碍面内均匀发电，直接导致燃料电池的发电性能降低。

而且，与图8、9的单元电池结构相对，在图10中示出了在其中具有从已叙述的隔板分离了的气体流路层的结构。在图10中，该结构由电解质膜a和夹持它的气体扩散层b1、b2以及进而夹持该气体扩散层b1、b2的气体流路层f1、f2构成，在它们的周缘设置具有突起c1和形成在歧管M的周围的密封用突起c2的密封垫c，用隔板d1、d2夹持它们并将突起c1、c2压扁。另外，图10示出在形成了作为气体流路的歧管M的部位剖切后的纵向剖面。

在图10中所示的单元电池结构中，通过在气体流路层f1、f2和密封垫c(的突起c1)之间存在间隙e，如图中的箭头所示，通过歧管M在隔板d2间流动的气体不会被供给到气体流路层f2，而是流动至相对地压力损失低的上述间隙e。

专利文献1：日本特表2006-529049号公报

发明内容