膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池制造技术

一种膜电极接合体，具备：高分子电解质膜、夹着高分子电解质膜且与该高分子电解质膜的面接触的一对电极催化剂层即第1电极催化剂层和第2电极催化剂层、层叠于第1电极催化剂层而构成燃料电极的气体扩散层即燃料电极扩散层、以及层叠于第2电极催化剂层而构成空气电极的气体扩散层即空气电极扩散层。表示空气电极扩散层的厚度方向上的透气阻力的Gurley值为80秒以下，并且小于表示燃料电极扩散层的厚度方向上的透气阻力的Gurley值。向上的透气阻力的Gurley值。向上的透气阻力的Gurley值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池


[0001]本公开涉及膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池。

技术介绍

[0002]作为有助于解决环境问题和能源问题的电池，燃料电池备受关注。燃料电池利用氢等燃料与氧等氧化剂的化学反应来生成电力。在燃料电池当中，由于固体高分子型燃料电池能够在低温下工作和小型化，因此被期待应用于便携式电源、家庭用电源、车载用电源等。
[0003]固体高分子型燃料电池具备膜电极接合体，该膜电极接合体具有：作为阳极的燃料电极、作为阴极的空气电极、以及夹在燃料电极与空气电极之间的高分子电解质膜。燃料电极和空气电极各自具备电极催化剂层和气体扩散层的层叠体。向燃料电极供给含氢的燃料气体，向空气电极供给含氧的氧化剂气体。结果，在燃料电极和空气电极中发生下述(式1)和(式2)所示的电极反应，生成电力。
[0004]燃料电极：H2→
2H
+
+2e
‑
···
(式1)
[0005]空气电极：1/2O2+2H
+
+2e
‑
→
H2O
···
(式2)
[0006]即，如式1所示，通过电极催化剂层所含的催化剂的作用，由供给到燃料电极的燃料气体产生质子和电子。质子通过电极催化剂层和高分子电解质膜所含的高分子电解质传导，经由高分子电解质膜而移动到空气电极。电子从燃料电极被取出至外部回路，经由外部回路而移动到空气电极。在空气电极中，如式2所示，氧化剂气体与从燃料电极移动来的质子以及电子反应而生成水。由此，电子流过外部回路而产生电流。
[0007]为了提高固体高分子型燃料电池的输出功率，提高膜电极接合体中的气体的扩散性和发电时生成的水的排水性是重要的。例如，在专利文献1中，通过在电极催化剂层中含有粒径彼此不同的碳粒子，实现了电极催化剂层的气体扩散性的提高。另外，在专利文献2中，通过控制电极催化剂层中所含有的碳纤维的比例和纤维长度，实现了电极催化剂层的气体扩散性和排水性的提高。另外，在专利文献3中，通过控制气体扩散层中所含有的碳粉末的尺寸等，实现了气体扩散层的排水性的提高。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1：日本特开平10
‑
241703号公报
[0011]专利文献2：日本专利第5537178号公报
[0012]专利文献3：国际公开第2017/170355号

技术实现思路

[0013]本专利技术所要解决的课题
[0014]在固体高分子型燃料电池中，期望在提高输出功率的同时能够在低湿环境或高湿环境等各种环境下驱动。为了实现这样的要求，重要的是，在提高膜电极接合体的排水性的
同时以膜电极接合体不会过于干燥的方式适当地保持膜电极接合体所保持的水分量。特别是，在燃料电极和空气电极中，有无因发电引起的水的产生等、与水分有关的条件不同，因此要求考虑了燃料电极和空气电极的差异的膜电极接合体的改良。
[0015]用于解决课题的手段
[0016]用于解决上述课题的膜电极接合体具备：高分子电解质膜、夹着所述高分子电解质膜且与该高分子电解质膜的面接触的一对电极催化剂层即第1电极催化剂层和第2电极催化剂层、层叠于所述第1电极催化剂层而构成燃料电极的气体扩散层即燃料电极扩散层、以及层叠于所述第2电极催化剂层而构成空气电极的气体扩散层即空气电极扩散层，表示所述空气电极扩散层的厚度方向上的透气阻力的Gurley值为80秒以下，并且小于表示所述燃料电极扩散层的厚度方向上的透气阻力的Gurley值。
[0017]根据上述构成，在空气电极中促进生成水的排水以抑制溢流的产生，另一方面，与空气电极相比，水分在燃料电极中难以逃逸，从而抑制了干燥。结果，可以适当地保持膜电极接合体所保持的水分量的平衡，从而在低湿环境和高湿环境中均获得良好的发电性能。
[0018]解决上述课题的固体高分子型燃料电池具备：上述膜电极接合体、和夹着所述膜电极接合体的一对隔板。
[0019]根据上述构成，能够在加湿条件不同的多个环境中均获得良好的发电性能。
[0020]专利技术的效果
[0021]根据本公开，能够在加湿条件不同的多个环境中均获得良好的发电性能。
附图说明
[0022][图1]为示出膜电极接合体的一个实施方式的膜电极接合体的剖面结构的图。
[0023][图2]为示意性地示出一个实施方式的电极催化剂层的图。
[0024][图3]为分解示出一个实施方式的固体高分子型燃料电池的透视结构的图。
具体实施方式
[0025]参照图1～图3，对膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池的一个实施方式进行说明。需要说明的是，本说明书中的表述“A和B中的至少一者”应当理解为是指“仅A、或仅B、或A和B这两者”。
[0026][膜电极接合体][0027]参照图1和图2说明膜电极接合体的构成。
[0028]如图1所示，膜电极接合体10具备高分子电解质膜11、一对电极催化剂层、以及一对气体扩散层。一对电极催化剂层为燃料电极催化剂层12A(第1电极催化剂层)和空气电极催化剂层12C(第2电极催化剂层)。一对气体扩散层为燃料电极扩散层13A和空气电极扩散层13C。
[0029]高分子电解质膜11被夹在燃料电极催化剂层12A与空气电极催化剂层12C之间。燃料电极催化剂层12A与高分子电解质膜11所具有的2个面中的一个面接触，空气电极催化剂层12C与高分子电解质膜11所具有的2个面中的另一个面接触。
[0030]燃料电极扩散层13A层叠于燃料电极催化剂层12A，空气电极扩散层13C层叠于空气电极催化剂层12C。换言之，高分子电解质膜11、燃料电极催化剂层12A以及空气电极催化
剂层12C的层叠体被夹在燃料电极扩散层13A与空气电极扩散层13C之间。
[0031]燃料电极催化剂层12A和燃料电极扩散层13A构成作为固体高分子型燃料电池的阳极的燃料电极。空气电极催化剂层12C和空气电极扩散层13C构成作为固体高分子型燃料电池的阴极的空气电极。
[0032]当从与高分子电解质膜11所具有的一个面相对的位置观察时，燃料电极催化剂层12A、空气电极催化剂层12C、燃料电极扩散层13A、以及空气电极扩散层13C各自的外形为彼此大致相同的形状。而且，高分子电解质膜11的外形比这些催化剂层12A、12C以及扩散层13A、13C的外形大。对高分子电解质膜11的外形、催化剂层12A、12C以及扩散层13A、13C的外形的形状没有特别地限定，例如可以是矩形。
[0033]高分子电解质膜11包含高分子电解质。高分子电解质膜11中所使用的高分子电解质只要是具有质子传导性的高分子电解质即可，例如，可以是氟系高分子电解质或烃系高分子电解质。氟系高分子电解质的一个例子为Nafion(注册商标：杜邦公司制)、Flemion(注册商标：旭硝子公司制)、A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种膜电极接合体，具备：高分子电解质膜、夹着所述高分子电解质膜且与该高分子电解质膜的面接触的一对电极催化剂层即第1电极催化剂层和第2电极催化剂层、层叠于所述第1电极催化剂层而构成燃料电极的气体扩散层即燃料电极扩散层、以及层叠于所述第2电极催化剂层而构成空气电极的气体扩散层即空气电极扩散层，表示所述空气电极扩散层的厚度方向上的透气阻力的Gurley值为80秒以下，并且小于表示所述燃料电极扩散层的厚度方向上的透气阻力的Gurley值。2.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其中，所述第1电极催化剂层和所述第2电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：岸克行，
申请(专利权)人：凸版印刷株式会社，
类型：发明
国别省市：