[发明专利]燃料电池用电解质膜、电极构造体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及分别具有电极催化剂层和气体扩散层的第1电极以及第2电极被设置在固体高分子电解质膜的两侧、且将所述第1电极的外形尺寸设定得比所述第2电极小的燃料电池用电解质膜、电极构造体及其制造方法。

背景技术

一般，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜构成的固体高分子电解质膜。该燃料电池通过隔板(双极型板)来夹持电解质膜/电极构造体(MEA)，该电解质膜/电极构造体(MEA)在固体高分子电解质膜的两侧配置了分别由催化剂层(电极催化剂层)和气体扩散层(多孔碳)构成的阳极侧电极以及阴极侧电极。层叠规定数量的该燃料电池来构成燃料电池组，例如被用作车载用燃料电池组。

在这种电解质膜/电极构造体中，有时构成一个气体扩散层被设定为比固体高分子电解质膜小的平面尺寸(表面积)、且另一个气体扩散层被设定为与所述固体高分子电解质膜相同的平面尺寸的所谓阶梯(段差)型MEA。

通常，在燃料电池组中，层叠多个电解质膜/电极构造体，为了抑制成本，要求将所述电解质膜/电极构造体构成得较为廉价。因此，为了削减尤其高价的固体高分子电解质膜的使用量并简化结构，提出了各种方案。

例如，在JP特开2007-66766号公报(以下称为现有技术)所公开的电解质膜-电极接合体中，如图19所示那样，具备电解质膜1、在所述电解质膜1的一侧配置的阴极催化剂层2a、在所述电解质膜1的另一侧配置的阳极催化剂层2b、和在所述电解质膜1的两侧配置的气体扩散层3a、3b。

阳极侧的气体扩散层3b构成为与电解质膜1的面积相等、且比阴极侧的气体扩散层3a的面积大。在该电解质膜/电极接合体(MEA)的边沿区域配置垫圈(gasket)构造体4，气体扩散层3a侧的电解质膜1的外周部和所述垫圈构造体4隔着粘接层5而被接合。

发明内容

但是，在上述现有技术中，MEA和垫圈构造体4仅仅是在从气体扩散层3a向外部露出的电解质膜1的外周边部隔着粘接层5而被固定。因此，MEA与垫圈构造体4的接合强度低，无法获得期望的强度。

本发明是为了解决这种问题而提出的，其目的在于围绕固体高分子电解质膜的外周而坚固且容易地接合树脂制框体部件、并能够良好地抑制所述树脂制框体部件的变形的燃料电池用电解质膜/电极构造体及其制造方法。

本发明涉及分别具有电极催化剂层和气体扩散层的第1电极以及第2电极被设置在固体高分子电解质膜的两侧、且将所述第1电极的外形尺寸设定得比所述第2电极小的燃料电池用电解质膜/电极构造体及其制造方法。

在该电解质膜/电极构造体中，围绕固体高分子电解质膜的外周而设有树脂制框体部件，并且具有将所述树脂制框体部件、和至少第1电极的外周边部或者所述第2电极的外周边部的任意一方一体地接合的浸渍部。

此外，该制造方法包括：在固体高分子电解质膜的两侧形成第1电极以及第2电极的工序；制作树脂制框体部件的工序；和使所述第1电极的外周边部和所述树脂制框体部件的内周边部重叠，并且对彼此的重叠部位加热，使该树脂制框体部件的内周边部仅浸渍于所述第1电极的外周边部，并且围绕所述固体高分子电解质膜的外周而使所述树脂制框体部件接合的工序。

此外，该制造方法包括：使构成第1电极的气体扩散层的外周边部和树脂制框体部件的内周边部重叠，并且对彼此的重叠部位进行加热，由此使所述树脂制框体部件的内周边部仅浸渍于所述第1电极的外周边部从而使其接合的工序；在固体高分子电解质膜的两侧形成电极催化剂层的工序；和在所述固体高分子电解质膜的两侧，使构成接合了所述树脂制框体部件的所述第1电极的所述气体扩散层、和构成第2电极的气体扩散层一体化的工序。

再有，该制造方法包括：使构成第1电极的气体扩散层的外周边部和树脂制框体部件的内周边部重叠，并且对彼此的重叠部位进行加热，使所述树脂制框体部件的内周边部仅浸渍于所述第1电极的外周边部从而使其接合的工序；在构成第2电极的气体扩散层上形成电极催化剂层，并且在固体高分子电解质膜的一侧形成构成所述第1电极的电极催化剂层的工序；和在所述固体高分子电解质膜的两侧，使接合了所述树脂制框体部件的所述第1电极和所述第2电极一体化的工序。

根据本发明，具有使树脂制框体部件、和至少第1电极的外周边部或者第2电极的外周边部的任意一方一体地接合的浸渍部。因此，树脂制框体部件与至少第1电极或者第2电极之间的接合强度较之基于粘接的接合而得到良好的提高，能够尽可能地抑制剥离等的发生。