[发明专利]固体高分子型燃料电池用膜电极接合体及固体高分子型燃料电池

说明书

本发明提供电极催化剂层与高分子电解质膜的界面的密合性良好的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体及固体高分子型燃料电池。本实施方式的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体中，在高分子电解质膜(9)的两面层叠有电极催化剂层(8)，电极催化剂层(8)含有催化剂(10)、碳粒子(11)、以及高分子电解质(12)。在电极催化剂层(8)与高分子电解质膜(9)的界面处形成有至少1个空隙部(14)。在利用SEM观察以垂直于界面的平面切断固体高分子型燃料电池用膜电极接合体而形成的剖面的情况下，将空隙部(14)的在与界面垂直的方向上的长度即高度设为h，将空隙部(14)的在与界面平行的方向上的长度即宽度设为w，在高分子电解质膜(9)的两面的各个界面中，高度h为0.5μm以下，在与界面平行的方向上的长度为30μm的区域内所存在的空隙部(14)的宽度w合计为10μm以下。

技术领域

本发明涉及固体高分子型燃料电池用膜电极接合体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具备将高分子电解质膜夹在阴极电极催化剂层与阳极电极催化剂层之间的构造，由于其在常温下工作、启动时间短，因而被期望用于汽车用电源、固定用电源等。

作为传统的膜电极接合体的制造方法，已知这样一种方法：其中，将由负载有催化剂的碳粒子、高分子电解质和溶剂构成的催化剂油墨涂布在转印基材或气体扩散层上，然后将其热压接至高分子电解质膜上，从而制作膜电极接合体。

然而，在通过传统的转印来制造膜电极接合体的方法中，电极催化剂层与高分子电解质膜的密合性降低，容易在电极催化剂层与高分子电解质膜之间产生空隙部。因此，容易产生因界面电阻而引起的发电性能的降低、或因空隙部堵塞水而溢流(flooding)导致发电性能的降低这样的问题。

为了解决这样的问题，提出了各种技术方案。例如，专利文献1中公开了一种技术：通过喷射陶瓷粒子以在高分子电解质膜的表面上形成凹凸，并在该凹凸上形成电极催化剂层，使得凹凸陷入到催化剂层的表面，从而提高密合性。另外，专利文献2中公开了一种技术：通过在电极催化剂层与高分子电解质膜的界面处照射激光并加热，使其热压接从而提高密合性。

然而，在专利文献1、2所公开的技术中，膜电极接合体的耐久性可能降低，同时由于制造工序变得复杂，可能导致成品率降低或成本增加。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-26836号公报

专利文献2：日本特开2009-176518号公报

发明内容

[本发明要解决的课题]

本发明的目的在于提供电极催化剂层与高分子电解质膜的界面的密合性良好的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池。

[用于解决课题的手段]

本发明的一个方式涉及的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体的主要内容为：一种固体高分子型燃料电池用膜电极接合体，其中，在高分子电解质膜的两面层叠有电极催化剂层，高分子电解质膜含有烃系高分子电解质，并且在高分子电解质膜与电极催化剂层的界面处不存在空隙部。