[发明专利]燃料电池单元

说明书

一种能够减少由电解质膜的膨润和收缩而作用于电解质膜的应力的燃料电池单元。燃料电池单元(10)至少具备在电解质膜(11a)的两面接合有催化剂层(11b、11c)的MEGA(11)、和配置成夹住MEGA(11)的一对隔离件(12、12)。通过向MEGA(11)的一面侧供给氢气并向另一面侧供给氧化剂气体，从而在MEGA(11)中发电。在各隔离件(12)的MEGA(11)侧形成多个凸条部(15f)，由此在凸条部(15f)之间形成有供氢气或者氧化剂气体流动的气体流路(15a、15b)。在电解质膜(11a)的与凸条部(15f)对置的位置，沿着凸条部(15f)延伸的方向形成有多个贯通孔(21、21、…)。

技术领域

本发明涉及具有在电解质膜的两面至少接合有催化剂层的接合体、和配置成夹住接合体的一对隔离件的燃料电池单元。

背景技术

以往，固体高分子型燃料电池具有将多个燃料电池单元层叠而成的构造。燃料电池单元具备由离子透过性的电解质膜、和以夹着电解质膜的方式接合的阳极催化剂层以及阴极催化剂层构成的膜电极接合体(例如参照专利文献1)。在膜电极接合体的两侧形成有用于提供燃料气体或氧化剂气体并且收集由电化学反应产生的电气的气体扩散层。在膜电极接合体的两侧配置有气体扩散层的接合体也称为膜电极气体扩散层接合体(MembraneElectrodeGas Diffusion Layer Assembly(MEGA))，并被一对隔离件夹持。

在膜电极接合体，向阳极催化剂层供给氢气，向阴极催化剂层供给氧化剂气体(空气)，在阳极催化剂层将氢氧化为质子，在阴极将氧还原为水来发电。

专利文献1：日本特开2017-126448号公报

然而，在专利文献1所示的燃料电池单元中，通过膜电极接合体内的水的生成和该水的移动，电解质膜反复进行干燥和湿润。由此，电解质膜容易在面方向(与电解质膜的厚度方向正交的方向)上膨润和收缩。可以设想若电解质膜的没有限制面方向的变形的部分膨润，则该部分以膨胀的方式变形，而反复作用弯曲应力。其结果是，电解质膜的寿命可能降低。

发明内容

本发明是鉴于这样的点而完成的，作为本发明，提供一种能够减少由电解质膜的膨润和收缩而作用于电解质膜的应力的燃料电池单元。

鉴于上述课题，本发明所涉及的燃料电池单元至少具备在电解质膜的两面接合有催化剂层的接合体、和配置成夹住上述接合体的一对隔离件，通过向上述接合体的一面侧供给氢气，并向另一面侧供给氧化剂气体，从而在上述接合体中发电，其特征在于，在上述各隔离件，在上述接合体侧形成多个凸条部，由此在上述凸条部之间形成有供氢气或者氧化剂气体流动的气体流路，在上述电解质膜，在与上述凸条部对置的位置，沿着上述凸条部延伸的方向形成有多个贯通孔。

根据本发明，在电解质膜，在与上述凸条部对置的位置，沿着凸条部延伸的方向形成有多个贯通孔。因此，在燃料电池单元的发电时，即使电解质膜在其面方向(与电解质膜的厚度方向正交的方向)上膨润和收缩，也能够通过多个贯通孔吸收其变形。其结果是，能够减少由于电解质膜的膨润和收缩而作用于电解质膜的应力。另外，通过在与凸条部对置的位置形成贯通孔，能够抑制通过气体流路的氢气和氧化剂气体通过贯通孔，并且能够使朝向贯通孔的气体在催化剂层反应。因此，能够抑制由于气体通过贯通孔导致燃料电池单元的发电效率降低。

作为更优选的形态，上述接合体具有以夹着上述电解质膜的方式形成上述催化剂层的矩形状的发电区域，上述发电区域是具有长边和短边的区域，多个上述凸条部沿着上述发电区域的长边方向配置。

根据该形态，发电区域的长边方向与其短边方向相比，电解质膜容易膨润和收缩，但多个上述凸条部沿着发电区域的长边方向配置，因此多个贯通孔也沿着长边方向形成。由此，能够高效地抑制由电解质膜的膨润和收缩导致的变形。