燃料电池制造技术

本发明专利技术提供一种燃料电池，其能够在平面排列型的燃料电池中，防止气体从使相邻接的电池单元彼此电连接的中间连接部的近旁泄漏。电解质膜的两个表面的电极层被多个电极区域以分割槽分割，电解质膜和电解质膜的一个表面侧的一个电极区域和另一个表面侧的一个电极区域的层叠结构构成电池单元，在多个该单位电池在电解质膜内形成的中间连接部上串联连接的电池单元中，至少所述一个表面的电极层具备催化剂层和保护层，该催化剂层具有催化活性并含有质子传导性树脂，该保护层位于所述催化剂层和电解质膜之间、具备导电性、且与所述催化剂层相比质子传导性树脂的填充密度高，所述中间连接部在所述一个表面上被所述保护层覆盖。

fuel cell

The invention provides a fuel cell that can be used in a planar array of fuel cells to prevent gas from leaking near the middle connection of adjacent battery units that are electrically connected to each other. The electrode layer on the two surface of the electrolyte membrane is segmented by a plurality of electrode regions, and an electrode region on one surface side of the electrolyte membrane and the electrolyte membrane and the stacked structure of an electrode region on the other side of the surface form a battery unit, which are in the middle of a plurality of unit cells in the plasma membrane formed in the electrosolution membrane. In a connected cell unit, at least one surface of the electrode layer has a catalyst layer and a protective layer, which has a catalytic activity and contains a proton conductive resin, which is located between the catalyst layer and the electrolyte membrane, and has a conductivity, and a proton conductive resin compared with the catalyst layer. The middle connecting part is covered by the protective layer on the surface.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池
本专利技术涉及将电池单元排列为平面状而得到的平面排列型的燃料电池。
技术介绍
燃料电池是由氢气和氧气获得电力的装置。由于伴随发电而仅生成水，因此近年来作为清洁的电力来源而受到关注。这样的燃料电池的电池单元的电压低至0.6～0.8V左右，因此层叠多个包含膜·电极接合体(MEA：MembraneElectrodeAssembly)和隔离膜(separator)的电池单元而串联连接并获得高输出功率的燃料电池堆(stack)得以实用化。该燃料电池堆在层叠时作业步骤多，因此存在耗费工序的问题。另一方面，还已知在一张电解质膜上以平面状形成多个电池单元的同时形成用于连接相邻接的电池单元彼此的中间连接部(inter-connector)部、从而将多个电池单元串联连接的燃料电池(例如参照专利文献1)。在这样的构成中，能够以一张电解质膜实现高电压化，具有能够废除或者削减层叠电池单元的作业的优点。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011-204609号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，如在专利文献1所述的燃料电池中，为了形成中间连接部而使电解质膜的一部分上形成空隙部。于是，存在有气体从中间连接部和电解质膜的边界部泄漏、产生交叉泄漏的担忧。本专利技术是鉴于上述以往的问题而作出的，目的在于提供在平面排列型的燃料电池中，能够防止气体从电解质膜泄漏，特别是防止气体从使相邻接的电池单元彼此电连接的中间连接部的近旁泄漏的燃料电池。用于解决问题的手段为了解决上述问题，本专利技术的燃料电池在电解质膜的两个表面上具备电极层，所述两个表面的电极层具有被分割槽分割的多个电极区域，通过包含所述两个表面中的一个表面侧的一个电极区域、与所述一个电极区域对置的另一个表面侧的一个电极区域以及所述电解质膜的层叠结构构成电池单元，多个所述电池单元排列从而得到燃料电池，其特征在于，在所述电解质膜内具备中间连接部，该中间连接部将一个所述电池单元的所述一个表面侧的电极区域和与所述一个电池单元相邻排列的电池单元的另一个表面侧的电极区域电连接，至少所述一个表面的电极层具备催化剂层和保护层，该催化剂层具有催化活性并含有质子传导性树脂，该保护层位于所述催化剂层与电解质膜之间，具备导电性，且与所述催化剂层相比质子传导性树脂的填充密度高，所述中间连接部在所述一个表面上被所述保护层覆盖。在本专利技术的燃料电池中，通过使具备导电性和质子传导性的保护层介于电解质膜和催化剂层之间，能够防止气体的交叉泄漏而不会对电解质膜和催化剂层的功能产生影响。在此，通过使具备导电性的保护层与催化剂层电连接，从而使通过中间连接部将相邻接的电池单元彼此电连接变为可能。此外，保护层使质子传导性树脂的填充密度高于催化剂层。由此更能够发挥良好的气体屏障性。在本专利技术的燃料电池中，优选从层叠方向观察时，所述一个表面的催化剂层与相邻接的电池单元的另一个表面的催化剂层不重叠。平面排列型燃料电池中，中间连接部近旁的一个表面的分割槽与另一个表面的分割槽所夹持的区域形成不贡献于实际电力的死区，但这样的区域中也能够发生催化剂与氢气或者氧气的电化学反应。但是，由于通过互联而将两个表面的电极层短接，因此所生成的电能变化为热。因此，燃料电池中发生过度的发热，存在燃料电池的性能降低的担忧。但是，从层叠方向观察时，具备保护层的一个表面的催化剂层不与相邻接的电池单元的另一个表面的催化剂层重叠。死区中，一个表面的催化剂层与另一个表面的催化剂层不重叠，因此难以在死区中的两个催化剂层间发生反应，由此能够抑制发热。专利技术的效果根据本专利技术，提供能够在平面排列型的燃料电池中，防止气体从电解质膜泄漏、特别是防止气体从使相邻接的电池单元彼此电连接的中间连接部近旁泄漏的燃料电池。附图说明图1是示出应用本专利技术的燃料电池的示意性截面图。图2是将图1所示的燃料电池的关键部位放大表示的截面图。图3是示出应用本专利技术的燃料电池的另一方式的关键部位的示意性截面图。图4是示出加热芳香族系高分子前的FT-IR光谱的图。图5是示出加热芳香族系高分子后的FT-IR光谱的图。图6是示出芳香族系高分子的加热前后的拉曼光谱的图。符号说明10燃料电池12电解质膜14保护层16催化剂层17分割槽18气体扩散层20上板22下板24密封件26石墨片材28导线30中间连接部具体实施方式以下，参照附图，对本专利技术的实施方式进行进一步详细说明。图1是示出应用本专利技术的燃料电池的一个实施方式的示意性截面图，图2是将图1的关键部位放大表示的图，上侧为阳极，下侧为阴极。图1、图2所示的燃料电池10的膜·电极接合体(MEA)11在电解质膜12的两个表面侧具备气体扩散层18，在下侧设置有作为电极层的催化剂层16，在上侧设置有作为电极层的催化剂层16和与电解质膜12接触的保护层14。即，本实施方式中，上侧的电极层由催化剂层16和保护层14这两层构成。进一步，在上侧的气体扩散层18的上方设置有上板20，在下侧的气体扩散层的下方设置有下板22。需要说明的是，图1中，省略描绘位于中央的层叠结构。在上板20、下板22各自的气体扩散层18侧的表面上，设置有用于氢气·含氧气的气体(空气)的流路槽(图中的凹部分)。在电解质膜12的上表面(阳极侧)的周缘部与上板20之间设置有密封件24。密封件24与电解质膜12和上板20抵接，将上板20与电解质膜12之间的空间进行密封。需要说明的是，在上板20上，设置有未图示的氢气导入口，其将从未图示的氢气供给装置供给的氢气导入上板20与电解质膜12之间。另一方面，电解质膜12的下表面(阴极侧)没有如上表面那样被密封，而是形成从周围的空气中摄取氧气的结构。此外，在电解质膜12的下表面(阴极侧)，在MEA11的两个端部(图1中左端和右端)下表面的气体扩散层18与下板22之间配置有石墨片材26，石墨片材26以与气体扩散层18抵接的方式构成。在各个石墨片材26上，连接有导线28，通过燃料电池10生成的电力通过导线28而被提取至外部。需要说明的是，电解质膜12与其下表面侧的催化剂层16、和气体扩散层18在以恒定的压力推压的状态下被上板20和下板22夹持。电解质膜12的上表面侧的保护层14、催化剂层16、和气体扩散层18、以及电解质膜12的下表面侧的催化剂层16、和气体扩散层18被多个分割槽17分割，形成多个区域(以下称为“电极区域”)。这些电极区域是以所述分割槽17的延伸方向为长边、以2个分割槽间为短边的矩形形状。此外，电解质膜12的上表面侧的电极区域以与下表面侧的电极区域对置的方式配置。MEA11中，包含电解质膜12的上表面侧的一个电极区域、与该电极区域的一部分对置的下表面侧的电极区域、和位于这些电极区域之间的电解质膜12的层叠结构构成电池单元(发电电池单元)。也即是说，图1中，包含电解质膜12、其上表面侧的保护层14、催化剂层16、和气体扩散层18、以及下表面侧的催化剂层16、和气体扩散层18的层叠结构是电池单元。图1中，仅位于最左的电池单元用虚线L表示。在电解质膜12的内部，具有将一个电池单元的上表面侧的电极区域、和所述一个电池单元的相邻电池单元的下表面侧的电极区域电连接的中间连接部30。通过中间连接部30，将相邻接的电池单元彼此串联地电连接。图1、图2中，各电极区域的宽度(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，其在电解质膜的两个表面上具备电极层，所述两个表面的电极层具有被分割槽分割的多个电极区域，通过包含所述两个表面中的一个表面侧的一个电极区域、与所述一个电极区域对置的另一个表面侧的一个电极区域以及所述电解质膜的层叠结构来构成电池单元，多个所述电池单元排列从而得到燃料电池，所述燃料电池的特征在于，在所述电解质膜内具备中间连接部，该中间连接部将一个所述电池单元的所述一个表面侧的电极区域和与所述一个电池单元相邻排列的电池单元的另一个表面侧的电极区域电连接，至少所述一个表面的电极层具备催化剂层和保护层，该催化剂层具有催化活性并含有质子传导性树脂，该保护层位于所述催化剂层与电解质膜之间，具备导电性，且与所述催化剂层相比质子传导性树脂的填充密度高，所述中间连接部在所述一个表面上被所述保护层覆盖。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.18 JP 2015-1857881.一种燃料电池，其在电解质膜的两个表面上具备电极层，所述两个表面的电极层具有被分割槽分割的多个电极区域，通过包含所述两个表面中的一个表面侧的一个电极区域、与所述一个电极区域对置的另一个表面侧的一个电极区域以及所述电解质膜的层叠结构来构成电池单元，多个所述电池单元排列从而得到燃料电池，所述燃料电池的特征在于，在所述电解质膜内具备中间连接部，该中间连接部将一个所述电池单...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦岛丈弘，长崎仁志，水野步，米泽谕，松尾和秀，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP