膜电极接合体和燃料电池制造技术

膜电极接合体（50）具备包含于阳极（22）的阳极气体扩散层（28）、和包含于阴极（24）的阴极气体扩散层（32），阳极气体扩散层（28）具有阳极气体扩散基体材料（27）和在阳极气体扩散基体材料（27）的第1面配置的阳极微孔层（29），阴极气体扩散层（32）具备阴极气体扩散基体材料（31）、和在阴极气体扩散基体材料（31）的第1面配置的阴极微孔层（33），阳极气体扩散基体材料（27）的第2面的渗透率和阴极气体扩散基体材料（31）的第2面的渗透率中的至少一者大于0.2%。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过氢和氧的电化学反应而发电的燃料电池。
技术介绍
近年来，能量转换效率高且不因发电反应而产生有害物质的燃料电池备受瞩目。作为这种燃料电池之一，已知的是在100°c以下的低温下工作的固体高分子型燃料电池。固体高分子型燃料电池是如下装置，其具有将作为电解质膜的固体高分子膜在燃料极和空气极之间分配的基本结构，是向燃料极供给含氢的燃料气体、向空气极供给含氧的氧化剂气体，并通过以下的电化学反应来发电的装置。 燃料极H2— 2H++2e-…(I)空气极l/202+2H+2e-— H2O... (2)阳极和阴极分别由层叠了催化剂层和气体扩散层(Gas Diffusion Layer :⑶L)的结构构成。各电极的催化剂层夹着固体高分子膜而相向配置，构成燃料电池。催化剂层是使担载了催化剂的碳粒子通过离子交换树脂粘结而成的层。气体扩散层成为氧化剂气体、燃料气体的通过路径。在阳极中，供给的燃料中所含的氢如上述式(I)所示那样分解成氢离子和电子。其中，氢离子在固体高分子电解质膜的内部向空气极移动，电子通过外部电路向空气极移动。另一方面，在阴极中，向阴极供给的氧化剂气体中所含的氧与从燃料极移动过来的氢离子和电子反应，如上述式(2)所示那样生成水。这样，在外部电路中，电子从燃料极向空气极移动，从而输出电力。例如，在专利文献I中公开了多孔基体材料内的疏水材料的量从与催化剂层接触的一侧向另一侧连续地变化的燃料电池用的气体扩散电极。此外，专利文献2中公开了如下技术，在气体扩散层中，使基体材料的第2表露面中的一半以上与支撑体处于非接触状态、或使支撑体的支撑面具有疏水性，由此抑制基体材料的第I表露面侧的流动物向基体材料的厚度方向过剩地浸渗。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2003-109604号公报专利文献2 :日本特开2009-181718号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题对于燃料电池，气体扩散层需要兼顾因电化学反应而产生的水的排出和气体的扩散性。然而，以往的燃料电池存在不能充分地确保气体扩散层中的水的排出路径、无法兼顾气体扩散层中的水的排出性和气体扩散性这样的问题。例如，在引用文献I和2的燃料电池中，无法定量地把握在气体扩散层中形成的、作为通过电化学反应而产生的生成水的排出路径的碳路径。本专利技术鉴于上述课题而完成，其目的在于提供一种兼顾水的排出性和气体扩散性、且提高了电压特性的燃料电池。解决问题的方法 为了解决上述课题，本专利技术的某一方式的膜电极接合体具备电解质膜、在电解质膜的一面设置的阳极、和在电解质膜的另一面设置的阴极。阳极从电解质膜侧依次包括阳极催化剂层和阳极气体扩散层。阴极从电解质膜侧依次包括阴极催化剂层和阴极气体扩散层。阳极气体扩散层具有阳极气体扩散基体材料和含有导电性粉末的阳极微孔层，所述阳极微孔层以从阳极气体扩散基体材料的第I面部分渗入阳极气体扩散基体材料的厚度方向的形式配置。阴极气体扩散层具有阴极气体扩散基体材料和含有导电性粉末的阴极微孔层，所述阴极微孔层以从阴极气体扩散基体材料的第I面部分渗入阳极气体扩散基体材料的厚度方向的形式配置。使下述的渗透率(裏抜《■率)中的至少一个大于O. 2%，其中一个渗 透率为阳极气体扩散层中的前述阳极微孔层的一部分到达与前述阳极气体扩散基体材料的第I面相反侧的第2面从而散在地形成的阳极微孔层的渗透区域的总面积在阳极气体扩散基体材料的第2面的面积中所占的比例，另一个渗透率为使阴极气体扩散层中的阴极微孔层的一部分到达与前述阴极气体扩散基体材料的第I面相反侧的第2面从而散在地形成的阴极微孔层的渗透区域的总面积在阴极气体扩散基体材料的第2面的面积中所占的比例。根据这样的方式，气体扩散层的微孔层部分渗透至气体扩散基体材料的另一面，因此可以以微孔层中形成渗透的部分为中心，将因电化学反应而产生的水向隔板侧排出。认为通过微孔层中的碳形成碳路径，使生成水的排出高效地进行。此外，通过使微孔层的渗透率为给定比例，可以保持气体扩散层的气体扩散性，同时兼顾生成水的排出和气体扩散性。此外，通过散在地形成渗透区域，可以从气体扩散层整体均匀地排出生成水，因此可以使生成水的排出性进一步地提高。由此，可以使燃料电池的电压特性提高。在上述方式的膜电极接合体中，渗透率可以是O. 3^3. 9%。按照这样的方式，可以使气体扩散层的排出性和燃料电池的电压特性进一步地提高。在上述方式的膜电极接合体中，渗透率可以是O. 4 3. 1%。按照这样的方式，可以使气体扩散层的排出性和燃料电池的电压特性进一步地提高。本专利技术的其他方式是燃料电池。该燃料电池的特征在于具备上述方式的膜电极接合体。按照这样的方式，可以使气体扩散层的排出性和燃料电池的电压特性进一步地提高。需要说明的是，微孔层以给定比例形成渗透的气体扩散层，从排出生成水的观点出发，可以适当地在阴极中使用，也可以在阳极中使用。专利技术的效果根据本专利技术的燃料电池，可以使电压特性提高。附图说明图I是示意地表示实施方式的燃料电池的结构的立体图。图2是图I的A-A线上的剖面图。图3是表示气体扩散层的背面的微孔层的渗透的图。图4是表示通过辊涂机涂覆来调节气体扩散层的背面的微孔层的渗透率的方法的图。图5是表示通过刷涂来调节气体扩散层的背面的微孔层的渗透率的方法的图。图6是气体扩散层的背面的微孔层的渗透率与产生的电压之间关系的图表。符号说明10燃料电池20固体高分子电解质膜22 阳极 24 阴极26、3O催化剂层27、31气体扩散基体材料28、32气体扩散层29、33 微孔层50膜电极接合体。具体实施例方式以下参照附图说明本专利技术的实施方式。需要说明的是，在全部附图中，对同样的构成要素添加同样的标号，并适当省略说明。(实施方式)图I是示意地表示实施方式I的燃料电池10的结构的立体图。图2是图I的A-A线上的剖面图。燃料电池10具备平板状的膜电极接合体50，在该膜电极接合体50的两侧设置有隔板34和隔板36。在本例中，仅不出一个膜电极接合体50,但也可以介由隔板34、隔板36层叠多个膜电极接合体50而构成燃料电池堆。膜电极接合体50具有固体高分子电解质膜20、阳极22、和阴极24。阳极22具有由催化剂层26和气体扩散层28构成的层叠体。另一方面，阴极24具有由催化剂层30和气体扩散层32构成的层叠体。阳极22的催化剂层26和阴极24的催化剂层30以夹着固体高分子电解质膜20而相向配置的方式设置。在阳极22侧设置的隔板34上设有气体流路38。燃料气体从燃料供给用的歧管(未图示)向气体流路38分配，通过气体流路38向膜电极接合体50供给燃料气体。同样地，在阴极24侧设置的隔板36上设置有气体流路40。氧化剂气体从氧化剂供给用歧管(未图示)分配到气体流路40，通过气体流路40向膜电极接合体50供给氧化剂气体。具体来讲，在燃料电池10运转时，通过使燃料气体、例如含有氢气的改性气体在气体流路38内沿着气体扩散层28的表面从上方向下方流通，由此向阳极22供给燃料气体。另一方面，在燃料电池10运转时，通过使氧化剂气体、例如空气在气体流路40内沿着气体扩散层32的表面从上方向下方流通，由此向阴极24供给氧化剂气体。由此，在膜电极接合体50内发生反应。如果介由气体扩散层28向催化剂层26供给本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高见洋史，坂本滋，
申请(专利权)人：亿能新燃料电池技术开发有限公司，
类型：
国别省市：