燃料电池和制造燃料电池的方法技术

本公开涉及一种燃料电池和制造燃料电池的方法。所述燃料电池包括膜电极组件、第一气体扩散层、第二气体扩散层、支撑体和覆盖片。在所述支撑体的端面和所述膜电极组件的端面之间存在具有距离为L

【技术实现步骤摘要】
[0011]其中，E(MPa)是所述覆盖片的弹性模量，并且t(mm)是所述覆盖片的厚度。当将所述覆盖片放置在所述膜电极组件和所述支撑体上时，所述覆盖片被放置为连接所述电解质膜和所述第一催化层中的任一个或两个与所述支撑体。当将所述第一气体扩散层放置在所述覆盖片和所述膜电极组件上时，以这样的方式压制所述第一气体扩散层，使得相对于所述第一气体扩散层的所述覆盖片没有位于其下的部分中的空隙，所述第一气体扩散层的所述覆盖片位于其下的部分的至少一部分中的空隙的减少率为5％以上且25％以下。
[0012]根据本公开，即使在支撑体和膜电极组件之间的接合处放置覆盖片时，也能够降低膜电极组件和气体扩散层损坏的可能性。
附图说明
[0013]下面将参照附图描述本专利技术的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中，相同的标号表示相同的元件，并且其中：
[0014]图1是发电单元电池10的平面图；
[0015]图2是发电部11的剖视图，示出了发电部11的层构造；
[0016]图3是外周部21的剖视图，示出了外周部21的层构造；
[0017]图4是图3的部分的放大视图；
[0018]图5示出测试方法；
[0019]图6示出测试结果；
[0020]图7示出另一种形式；
[0021]图8示出另一个实施例；
[0022]图9示出燃料电池40；以及
[0023]图10示出制造燃料电池的处理的部分。
具体实施方式
[0024]1.发电单元电池
[0025]图1到图3示出根据实施例的发电单元电池10。发电单元电池10是用于燃料电池在被供应氢气和氧气(空气)时进行发电的单元元件。多个这种发电单元电池10被堆叠以形成燃料电池。图1是发电单元电池10的平面图。图2示出发电单元电池10的发电部11中的层的构造。图3示出发电单元电池10的外周部21中的层的构造。
[0026]1.1.发电部
[0027]如图1中虚线所示，发电部11是例如有助于发电的部分。发电部11由多个层的堆叠组成，如图2中的发电部11中的层构造所示(沿着图1中的线II
‑
II的截面的部分)。图2中位于电解质膜12上方的发电单元电池10的发电部11的一侧是阴极(氧气供应侧)，而图2中位于电解质膜12下方的发电单元电池10的发电部11的另一侧是阳极(氢气供应侧)。阴极包括从电解质膜12侧依次堆叠的阴极催化层13(第一催化层)、阴极气体扩散层14(第一气体扩散层)和阴极隔板15(第一隔板)。阳极从电解质膜12侧依次包括阳极催化层16(第二催化层)、阳极气体扩散层17(第二气体扩散层)和阳极隔板18(第二隔板)。电解质膜12、阴极催化层13和阳极催化层16的堆叠有时被称为膜电极组件。膜电极组件的典型厚度是大约0.4mm。发电部11中的发电单元电池10的典型厚度是大约1.3mm。例如，每层如下。
[0028]1.1.1.电解质膜
[0029]电解质膜12是固体聚合物薄膜，其在潮湿条件下展示了令人满意的质子传导性。电解质膜12例如是氟离子交换膜。例如，碳氟聚合物可以用作电解质膜12。碳氟聚合物的具体示例是全氟烷基磺酸聚合物(Nafion(注册商标))。电解质膜12的厚度可以是但不特别限于200μm以下，优选为100μm以下，更优选为50μm以下。
[0030]1.1.2.阴极催化层
[0031]阴极催化层13是包含支撑在载体上的催化剂金属的层。催化剂金属的示例包括铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)以及包含这些的合金。载体的示例包括碳载体，更具体地，玻璃碳的碳颗粒、炭黑、活性炭、焦炭、天然石墨和人造石墨。
[0032]1.1.3.阳极催化层
[0033]与阴极催化层13类似，阳极催化层16也是包含支撑在载体上的催化剂金属的层。催化剂金属的示例包括Pt、Pd、Rh以及包含这些金属的合金。载体的示例包括碳载体，更具体地，玻璃碳的碳颗粒、炭黑、活性炭、焦炭、天然石墨和人造石墨。
[0034]1.1.4.阴极气体扩散层
[0035]在本实施例中，阴极气体扩散层14是例如导电多孔材料的层。阴极气体扩散层14的更具体的示例包括碳多孔材料(诸如碳纸、碳布和玻璃碳)和金属多孔材料(金属网和金属泡沫)。根据需要，阴极气体扩散层14可以设置有微孔层(MPL)。MPL是涂覆到阴极气体扩散层14的阴极催化层13侧的涂层的形式的薄膜。根据需要，MPL是防水的或亲水的，并且具有调节湿度的功能。MPL还用作防止碳多孔材料上的绒毛等粘到电解质膜12中。典型地，MPL主要包含诸如聚四氟乙烯(PTFE)的防水树脂和诸如炭黑的导电材料。
[0036]发电部11中的阴极气体扩散层14的厚度优选是50μm以上且250μm以下。当发电部11中的阴极气体扩散层14的厚度大于250μm时，电阻增加。当发电部11中的阴极气体扩散层14的厚度小于50μm时，阴极气体扩散层14的柔软性可能不足以在发电部11中获得均匀的表面压力。更具体地，0.2MPa以上且2MPa以下的表面压力被施加到发电部11，并且阴极气体扩散层14的弹簧特性(弹性)被用于保持发电部11中的表面压力恒定。如稍后将描述的，在平面图中观察到的阴极气体扩散层14与覆盖片22的重叠部分的厚度减少5μm以上且50μm以下范围内的量，以减少空隙(空隙减少率为5％以上且25％以下)并因此减小空间B。因此，阴极气体扩散层14需要具有一定的厚度。
[0037]1.1.5.阳极气体扩散层
[0038]阳极气体扩散层17是例如导电多孔材料的层。阳极气体扩散层17的更具体的示例包括碳多孔材料(诸如碳纸、碳布和玻璃碳)和金属多孔材料(金属网和金属泡沫)。
[0039]发电部11中的阳极气体扩散层17的厚度优选为50μm以上且250μm以下。当发电部11中的阳极气体扩散层17的厚度大于250μm时，电阻增加。当发电部11中的阳极气体扩散层17的厚度小于50μm时，阳极气体扩散层17的柔软性可能不足以在发电部11中获得均匀的表面压力。更具体地，0.2MPa以上且2MPa以下的表面压力被施加到发电部11，并且阳极气体扩散层17的弹簧特性(弹性)被用于保持发电部11中的表面压力恒定。如稍后将描述的，在一些情况下，在平面图中观察到的阳极气体扩散层17与覆盖片22的重叠部分的厚度减小5μm以上且50μm以下范围内的量，以减少空隙(空隙减少率为5％以上且25％以下)并因此减小空间B。因此，阳极气体扩散层17需要具有一定的厚度。
[0040]1.1.6.阴极隔板
[0041]阴极隔板15是向阴极气体扩散层14供应反应气体(本实施例中的空气)的构件，并且在其面向阴极气体扩散层14的表面上具有多个凹槽15a。这些凹槽15a用作反应气体通道。凹槽15a的形状没有特别限制，只要反应气体可以适当地被供应到阴极气体扩散层14即可。例如，如在本实施例中，凹槽15a是波纹板构件的波纹的形式。板构件的典型厚度是0.1mm以上且0.2mm以下，板构件的波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池，其特征在于包括：膜电极组件，其包括第一催化层、第二催化层和位于所述第一催化层和所述第二催化层之间的电解质膜；第一气体扩散层，其位于所述第一催化层上，所述第一气体扩散层的外周端部的至少一部分突出超过所述膜电极组件的外周边缘；第二气体扩散层，其位于所述第二催化层上；支撑体，其位于所述膜电极组件周围；以及覆盖片，其被定位为连接所述电解质膜和所述第一催化层中的任一个或两个与所述支撑体，其中在所述支撑体的端面和所述膜电极组件的端面之间存在具有距离为L
A
的空间，满足以下表达式，E>0.048
×
L
A4
/t3其中，E是所述覆盖片的弹性模量，并且t是所述覆盖片的厚度，以及相对于所述第一气体扩散层的所述覆盖片没有位于其下的部分中的空隙，所述第一气体扩散层的所述覆盖片位于其下的部分的至少一部分中的空隙的减少率为5％以上且25％以下。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，进一步包括一组隔板，其将所述第一气体扩散层、所述膜电极组件和所述第二气体扩散层夹在中间，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：中泽哲，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：