[发明专利]燃料电池用带有树脂框的电解质膜电极构造体

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用带有树脂框的电解质膜电极构造体，其具备：将分别具有电极催化剂层和气体扩散层的第一电极以及第二电极设置于固体高分子电解质膜的两侧，并且所述第一电极的外形尺寸设定得比所述第二电极的外形尺寸小的电解质膜电极构造体；以及绕所述固体高分子电解质膜的外周一周而设置的树脂制框部件。 

背景技术

一般而言，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。该燃料电池在固体高分子电解质膜的两侧分别配置有由催化剂层(电极催化剂层)和气体扩散层(多孔质碳)构成的阳极侧电极以及阴极侧电极，从而形成电解质膜电极构造体(MEA)，并利用隔板(双极性板)夹持该电解质膜电极构造体(MEA)。通过层叠规定数量的该燃料电池，例如用作车载用燃料电池堆。 

在这种电解质膜电极构造体中，一方的气体扩散层被设定成比固体高分子电解质膜小的表面积，并且，另一方的气体扩散层被设定成与所述固体高分子电解质膜相同的表面积，即存在构成所谓的台阶型MEA的情况。 

通常，在燃料电池堆中，层叠有大量的电解质膜电极构造体，为了抑制成本，希望所述电解质膜电极构造体廉价地构成。因此，尤其为了削减高价的固体高分子电解质膜的使用量，并实现结构的简化，提出有各种方案。 

例如，在日本特开2007-66766号公报所公开的电解质膜一电极接合体中，如图18所示，具备：电解质膜1、在所述电解质膜1的一方侧配置的阴极催化剂层2a、在所述电解质膜1的另一方侧配置的阳极催化剂层 2b、以及在所述电解质膜1的两侧配置的气体扩散层3a、3b。 

阳极侧的气体扩散层3b构成为面积与电解质膜1的面积相同、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)的边缘区域配置有衬垫构造体4。气体扩散层3a侧的电解质膜1的外周部与衬垫构造体4经粘接层5接合。 

但是，在上述的日本特开2007-66766号公报中，MEA和衬垫构造体4仅仅是通过粘接层5而固定于从气体扩散层3a露出到外部的电解质膜1的外周缘部。因此，MEA与衬垫构造体4的接合强度低，存在无法得到希望的强度的问题。 

而且，使气体扩散层3a、3b的外周端部与衬垫构造体4的内周端部相互气密地密接，在制造上是相当困难的。因此，存在着在气体扩散层3a、3b的外周端部与衬垫构造体4的内周端部之间容易产生间隙，气体密封性降低，燃料气体与氧化剂气体混合的问题。 

发明内容

本发明用于解决这种问题，其目的在于，提供一种燃料电池用带有树脂框的电解质膜电极构造体，绕固体高分子电解质膜的外周一周而牢固且容易接合树脂制框部件，并且能够可靠地维持希望的气体密封性。 

本发明涉及一种燃料电池用带有树脂框的电解质膜电极构造体，其具备：电解质膜电极构造体，其将分别具有电极催化剂层与气体扩散层的第一电极以及第二电极配置在固体高分子电解质膜的两侧，并且所述第一电极的外形尺寸设定得比所述第二电极的外形尺寸小；以及树脂制框部件，其围绕所述固体高分子电解质膜的外周而设置。 

在该燃料电池用带有树脂框的电解质膜电极构造体中，具备中间层，该中间层连续配置在如下三处，其一是在第一电极的外周端部与树脂制框部件的内周端部之间，其二在从所述第一电极的所述外周端部露出到外部的固体高分子电解质膜的外周缘部，其三在第二电极的外周端部与所述树脂制框部件的内周端部之间。 

另外，在该燃料电池用带有树脂框的电解质膜电极构造体中，中间层优选由不同于树脂制框部件的树脂材料构成。 

进而，在该燃料电池用带有树脂框的电解质膜电极构造体中，优选在至少一方的气体扩散层的外周端缘部，设有含浸与中间层相同的成分的含浸层。 

进而另外，在该燃料电池用带有树脂框的电解质膜电极构造体中，含浸层优选以85％以上的空孔填充率含浸于气体扩散层。 

另外，在该燃料电池用带有树脂框的电解质膜电极构造体中，优选在中间层的一方的端部与第一电极的外周端部以及树脂制框部件的内周端部之间，形成有第一间隙，并且在所述中间层的另一方的端部与第二电极的外周端部以及所述树脂制框部件的内周端部之间，形成有第二间隙，在所述第一间隙，将一体或分体设于所述树脂制框部件的第一突起部熔融而形成第一树脂含浸部，另一方面，在所述第二间隙，将一体或分体设于所述树脂制框部件的第二突起部熔融而形成第二树脂含浸部。