膜电极接合体及使用了该膜电极接合体的燃料电池、膜电极接合体的制造方法技术

提供一种抑制燃料电池中的电解质膜的劣化的技术。燃料电池（100）具备膜电极接合体（5）。膜电极接合体（5）是在具有质子传导性的电解质膜（1）的两侧配置有电极（2）的发电体。电极（2）具有将载持有催化剂的催化剂层（2c）和用于使反应气体向电极面遍及的气体扩散层（2g）层叠而成的层叠结构。气体扩散层（2g）的外周端部相比催化剂层（2c）的外周端向内侧缩进。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池。
技术介绍
作为燃料电池，已知有一种具备膜电极接合体的燃料电池，该膜电极接合体在具有质子传导性的电解质膜的两侧配置有电极。电极具有:用于使反应气体遍及电极面整体的气体扩散层；及载持有用于促进燃料电池反应的催化剂的催化剂层(下述专利文献I)。然而，存在有如下情况:在燃料电池的发电时，作为反应气体的氢、氧分别透过电解质膜而向所供给一侧的电极的相反侧的电极移动。这种情况下，在膜电极接合体的相同电极侧存在氢和氧，所述氢与氧相互反应而可能会生成过氧化氢。已知过氧化氢发生了自由基化的过氧化氢自由基成为使电解质膜劣化的原因的情况。另外，气体扩散层通常由具有导电性的纤维基材构成，但在纤维基材的外表面，尤其是在其端部存在有微细的突起即毛刺。在膜电极接合体中，该毛刺刺入至电解质膜，有时会造成电解质膜的损伤。到目前为止，实际情况是对于抑制这种电解质膜的劣化并未作出充分的研究。在先技术文献专利文献专利文献1:日本特开2007-213830号公报
技术实现思路
专利技术的概要专利技术要解决的课题本专利技术的目的在于提供一种抑制燃料电池的电解质膜的劣化的技术。用于解决课题的手段本专利技术为了解决上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式或应用例来实现。[应用例I]一种膜电极接合体，用于燃料电池，其中，具备:电解质膜；及配置在所述电解质膜的两侧的第一和第二电极层，所述第一和第二电极层具有与所述电解质膜相接配置的催化剂层及配置在所述催化剂层之上的气体扩散层，所述第一和第二电极层中的至少所述第一电极层中，使所述气体扩散层的所述催化剂层侧的面小于所述催化剂层的所述气体扩散层侧的面，由此，所述气体扩散层的外周端相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进。根据该膜电极接合体，由于气体扩散层的外周端相比催化剂层的外周端向内侧缩进，从而抑制气体扩散层与电解质膜直接接触的情况。因此，在气体扩散层中产生的过氧化氢自由基在到达电解质膜之前通过催化剂层，能够使过氧化氢自由基在催化剂层消失。因此，能够抑制过氧化氢自由基引起的电解质膜的劣化。而且，能够使催化剂层作为用于保护电解质膜免于受到气体扩散层的端部的影响的保护层发挥作用。[应用例2]在应用例I记载的膜电极接合体中，所述气体扩散层由纤维基材构成，在所述第一和第二电极层中的至少第一电极层中，在所述催化剂层与所述气体扩散层之间设置疏水层，所述疏水层覆盖所述气体扩散层的外周端的端面的至少一部分。根据该膜电极接合体，存在于气体扩散层的催化剂层侧的面和外周端面上的毛刺由疏水层覆盖，因此能够保护电解质膜免于受到存在于气体扩散层的基材外表面的毛刺的影响。尤其是因为在气体扩散层的外周端部存在大量毛刺，因此气体扩散层的外周端部由疏水层覆盖，从而能够进一步提高电解质膜的保护效果。[应用例3]在应用例2记载的膜电极接合体中，所述疏水层由以疏水性树脂为主成分的疏水性薄膜构成。根据该膜电极接合体，通过疏水层即疏水性薄膜，能够覆盖气体扩散层的外表面的毛刺，从而能够更可靠地保护电解质膜。[应用例4]在应用例I 3中任一应用例记载的膜电极接合体中,在所述第一和第二电极层的至少一方，在发电区域的周缘部配置有用于抑制所述气体扩散层与所述催化剂层的分离的粘接构件。根据该膜电极接合体，能抑制气体扩散层与催化剂层的分离，因此能够抑制反应气体的泄漏的发生，能够抑制电解质膜及电极的劣化。[应用例5]在应用例4记载的膜电极接合体中，至少在所述第一电极层中，为了抑制反应气体向比所述气体扩散层的外周端向外侧突出的所述催化剂层的外周端的扩散，所述粘接构件在沿着相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进的所述气体扩散层的外周端的周状的区域，浸溃到所述催化剂层及所述气体扩散层的内部。根据该膜电极接合体，利用粘接构件抑制反应气体向从气体扩散层的外周端突出的催化剂层的外周端的扩散，抑制在催化剂层的外周端产生反应热的情况。因此，抑制反应热从该催化剂层的外周端的部位向电解质膜移动的情况，从而抑制反应热引起的电解质膜的劣化。[应用例6]在应用例I 5中任一应用例记载的膜电极接合体中,在所述第一和第二电极层中的至少所述第二电极层中设置卡定部，该卡定部通过将所述催化剂层的比所述气体扩散层的外周端突出的所述气体扩散层侧的面向所述气体扩散层侧折弯而形成，用于抑制所述催化剂层与所述气体扩散层的分离。根据该膜电极接合体，利用从气体扩散层的外周端突出的催化剂层的部位，设置用于抑制气体扩散层与催化剂层的分离的卡定部，因此能够高效率地抑制气体扩散层与催化剂层的分离。[应用例7]在应用例I 6中任一应用例记载的膜电极接合体中，在所述第二电极层中设有卡定部，所述卡定部通过在所述气体扩散层的外周端将所述气体扩散层的比所述催化剂层的外周端突出的部位向所述催化剂层侧折弯而形成，用于抑制所述催化剂层与所述气体扩散层的分离。根据该膜电极接合体，利用气体扩散层的比催化剂层突出的部位，来设置用于抑制气体扩散层与催化剂层的分离的卡定部，因此能够高效地抑制气体扩散层与催化剂层的分离。[应用例8]在应用例6记载的膜电极接合体中，所述电解质膜的外周端部向所述气体扩散层的外侧突出，并且所述第一电极层侧的面和所述第二电极层侧的面向沿着所述电解质膜的厚度方向的两方向分离而分别向所述第一和第二电极层侧折弯，在所述第一和第二电极层的所述催化剂层的外周端设有卡定部，该卡定部通过将所述催化剂层的所述气体扩散层侧的面在所述气体扩散层的外侧与所述电解质膜的外周端部一起朝向所述气体扩散层折弯而形成，用于抑制所述催化剂层与所述气体扩散层的分离。根据该膜电极接合体，通过在2个电极层的外周端设置利用了电解质膜和催化剂层的卡定部，而高效率且可靠地抑制气体扩散层与催化剂层的分离。而且，通过该卡定部，膜电极接合体的一体性提高。[应用例9]一种燃料电池，具备应用例I 8中任一应用例记载的膜电极接合体。根据该燃料电池，能抑制膜电极接合体的电解质膜的劣化，因此燃料电池的耐久性提闻。[应用例10]一种制造方法，是燃料电池用的膜电极接合体的制造方法，所述燃料电池用的膜电极接合体具备电极层，该电极层具有以与电解质膜相接的方式配置的催化剂层和由纤维基材构成且配置在所述催化剂层之上的气体扩散层，其中，所述制造方法具备如下工序:(a)准备所述气体扩散层的基材即纤维基材的工序；(b)在所述纤维基材的一个面上形成疏水层的工序；(c)以所述气体扩散层的外周端相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进的方式将所述纤维基材的外周端切断的工序；及(d)在预先形成于所述电解质膜的所述催化剂层上，以使所述催化剂层与所述疏水层相接的方式重叠接合所述纤维基材，形成所述电极层的工序，所述工序(d)包括如下的工序:对所述纤维基材在切断前预先在要进行切断的切断线上进行按压，由此在所述纤维基材的表面上形成所述疏水层向所述纤维基材的内侧陷入的槽部，沿着所述槽部将所述纤维基材切断。根据该制造方法，气体扩散层的基材的外周端面及催化剂层侧的面由疏水层覆盖，并且气体扩散层的基材的外周端面的毛刺立起被修整成朝向催化剂层的相反侧。因此，抑制气体扩散层的基材表面的毛刺造成的电解质膜的损伤。而且，根据利用该制造方法制造的膜电极接合体，气体扩散层的催化剂层侧的面比催化剂层的气体扩散层侧的面减小，因此能够抑制气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜电极接合体，用于燃料电池，其中，具备：电解质膜；及配置在所述电解质膜的两侧的第一和第二电极层，所述第一和第二电极层具有与所述电解质膜相接配置的催化剂层及配置在所述催化剂层之上的气体扩散层，所述第一和第二电极层中的至少所述第一电极层中，使所述气体扩散层的所述催化剂层侧的面小于所述催化剂层的所述气体扩散层侧的面，由此所述气体扩散层的外周端相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.16 JP 2010-2076851.一种膜电极接合体，用于燃料电池，其中， 具备: 电解质膜；及 配置在所述电解质膜的两侧的第一和第二电极层， 所述第一和第二电极层具有与所述电解质膜相接配置的催化剂层及配置在所述催化剂层之上的气体扩散层， 所述第一和第二电极层中的至少所述第一电极层中，使所述气体扩散层的所述催化剂层侧的面小于所述催化剂层的所述气体扩散层侧的面，由此所述气体扩散层的外周端相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进。2.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其中， 所述气体扩散层由纤维基材构成， 在所述第一和第二电极层中的至少所述第一电极层中，在所述催化剂层与所述气体扩散层之间设置疏水层 ， 所述疏水层覆盖所述气体扩散层的外周端的端面的至少一部分。3.根据权利要求2所述的膜电极接合体，其中， 所述疏水层由以疏水性树脂为主成分的疏水性薄膜构成。4.根据权利要求1 3中任一项所述的膜电极接合体，其中， 在所述第一和第二电极层的至少一方，在发电区域的周缘部配置有用于抑制所述气体扩散层与所述催化剂层的分离的粘接构件。5.根据权利要求4所述的膜电极接合体，其中， 至少在所述第一电极层中，为了抑制反应气体向比所述气体扩散层的外周端向外侧突出的所述催化剂层的外周端的扩散，所述粘接构件在沿着相比所述催化剂层的外周端向内侧缩进的所述气体扩散层的外周端的周状的区域，浸溃到所述催化剂层及所述气体扩散层的内部。6.根据权利要求1 5中任一项所述的膜电极接合体，其中， 在所述第一和第二电极层中的至少所述第二电极层中设置卡定部，该卡定部通过将所述催化剂层的比所述气体扩散层的外周端突出的所述气体扩散层侧的面向所述气体扩散层侧折弯而形成，用于抑制所述催化剂层与所述气体扩散层的分离。7.根据权利要求1 6中任一项所述的膜电极接合体，其中， 在所述第二电极层中设有卡定部，所述卡定部通过在所述气体扩散层的外周端将所述气体扩散层的比所述催化剂层的外周端突出的部位向所述催化剂层侧折弯而形成，用于抑制所述催化剂层与所述气体扩散层的分离。8.根据权利要求6所述的膜电极接合体，其中， 所述电解质膜的外周端部向所述气体扩散层的外侧突出，并且所述第一电极层侧的面和所述第二电极层侧的面向沿着所述电解质膜的厚度方向的两方向分离而分别向所述第一和第二电极层侧折弯， 在所述第一和第二电...

【专利技术属性】
技术研发人员：壶阪健二，吉川大雄，中西淳二，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP