[发明专利]燃料电池

说明书

一种燃料电池，包括：电解质膜；阳极催化剂层；阴极催化剂层；以及阴极气体扩散层。所述阴极催化剂层包括离聚物，所述离聚物包括共聚物，所述共聚物均具有亲水嵌段。所述亲水嵌段位于包括疏水部分和具有磺酸基的亲水部分的共聚物的末端。所述亲水嵌段具有所述亲水部分的聚集结构。所述阴极气体扩散层的气体扩散阻力系数为3.2×10^‑4m或更低。所述气体扩散阻力系数由X＝Y/Z⁴表示，其中，X表示气体扩散阻力系数，Y表示阴极气体扩散层的厚度，而Z表示阴极气体扩散层的孔隙率。

发明领域

本发明涉及一种燃料电池。

背景技术

固体聚合物燃料电池包括：膜电极组件，其中，在电解质膜的两面上设置有催化剂层；以及气体扩散层，其设置在膜电极组件的外侧。例如，燃料电池是已知的，其中催化剂层包括用于改善排水性能以改善发电性能的成孔材料，并且其中，在催化剂层与气体扩散层之间设置有用于改善保水性的保水层(例如，日本专利申请公第2004-158388号(JP 2004-158388A))。

发明内容

为了改善低负荷运行期间的发电性能，需要抑制催化剂层变干以抑制催化剂的利用率降低。另一方面，例如通过降低气体扩散层的气体扩散阻力来抑制浓度过电压的发生，可以实现改善高负荷运行期间的发电性能。然而，在例如通过增加气体扩散层中的孔径以改善高负荷运行期间的发电性能来降低气体扩散阻力的情况下，保水性也会劣化，这可能促进催化剂层变干。因此，难以同时实现低负荷运行期间的发电性能的改善和高负荷运行期间的发电性能的改善。

本发明同时实现低负荷运行期间的发电性能的改善和高负荷运行期间的发电性能的改善。

根据本发明的一个方面，提供了一种燃料电池，包括：电解质膜；设置在所述电解质膜的第一面上的阳极催化剂层；设置在所述电解质膜的第二面上的阴极催化剂层；以及设置在所述阴极催化剂层的外侧的阴极气体扩散层。所述阴极催化剂层包括离聚物，所述离聚物包括共聚物，共聚物均具有亲水嵌段。所述亲水嵌段位于共聚物的末端。所述共聚物包括疏水部分和具有磺酸基的亲水部分。所述亲水嵌段具有所述亲水部分的聚集结构。所述阴极气体扩散层的气体扩散阻力系数为3.2×10^-4m或更低。所述气体扩散阻力系数由“气体扩散阻力系数＝阴极气体扩散层的厚度/(阴极气体扩散层的孔隙率)⁴”表示。

共聚物可为在端部具有亲水部分的无规共聚物。共聚物可为嵌段共聚物或接枝共聚物。

亲水嵌段中的亲水部分的重复数可为11至16。

离聚物中的较低熔点水含量为28干％至38干％。

在30％或更高的相对湿度下，离聚物的氧渗透率可以为20×10^-12mol/(cm²×s×atm)或更高。

亲水部分可以具有由下式A1表示的结构，而疏水部分可以具有由下式B1表示的结构，

其中，a表示0或更大的整数，而b表示2或更大的整数，

其中，Rf₁和Rf₂各自独立地表示氟或具有1至10个碳原子的全氟烷基。全氟烷基可在中间具有醚键。

共聚物的除了亲水嵌段之外的部分可以包括未聚集部分。

根据本发明，可以同时实现低负荷运行期间的发电性能的改善和高负荷运行期间的发电性能的改善。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的标记表示相同的元件，并且其中：

图1是示出燃料电池的配置的截面图；