[发明专利]燃料电池及燃料电池用催化剂层电极

说明书

技术领域

本发明涉及显示出稳定而良好的电池特性的、能使电子设备有效地动作的平面形燃料电池，以及向该燃料电池补充液体燃料和水用的燃料电池、以及燃料电池用催化剂层电极。

背景技术

燃料电池的利用电池反应生成的生成物，在原理上为水，作为一种对地球环境几乎无恶劣影响的清洁的发电系统而备受关注。尤其是具有固体电解质膜并使用液体燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)作为一种最适合于便携式信息设备使用的燃料电池，人们都期待着能将其早日付诸实用。

例如，日本专利第3413111号公報所记载的DMFC，具有膜电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)作为构成的单元电池：该膜电极接合体包括：由具有质子导电性的固体电解质膜；由用离子交换树脂覆盖的具有催化剂作用的碳微粒的催化剂层电极；以及向催化剂层电极供给反应燃料的同时还收集电荷的气体扩散层组成，并从燃料和水中生成电荷和质子的阳极；由用上述离子交换树脂覆盖的具有作催化剂用的碳微粒的催化剂层电极；以及向催化剂层电极供给氧的同时还传导电荷的气体扩散层组成、并从质子和氧气中生成水的阴极，在其周围有液体燃料罐，并用保护罩覆盖单个或多个单元电池。催化剂层电极内存在由形成于碳粒的二次粒子或三次粒子之间的微小细孔组成的空隙部，作为反应气体的扩散路径起作用。

由于研发出具有相当高的离子导电性的固体电解质膜、以及将用和固体电解质膜相同或不同种类的离子交换树脂披覆的具有催化剂的碳粒作为电极催化剂层的构成材料使用，力求在催化剂层内使反应区三维化等，从而DMFC的发电性能得以大幅度地提高。

但是，在现有的DMFC的MEA10中，如图10所示，催化剂层电极12的角部13易从固体电解质膜11上剥离，对发电反应有用的面积减少、难以获得足够的发电性能。催化剂层电极12以复写纸或碳素纤维等毡质材料作为母材，通过利用热压的叠片处理与固体电解质膜11压接，但由于其粘接强度低，在将其装入电池主体中时，往往会从角部13上剥离。因此本应在催化剂层电极12和固体电解质膜11之间进行的反应便不能进行，电池的特性部分地受到损害，存在的问题是无法得到设计规格预定的输出。

发明内容

本发明为解决上述问题而提出，其目的在于提供一种被压接的催化剂层电极不易从固体电解质膜上剝离，并具有稳定而良好的电池性能的燃料电池、以及燃料电池用催化剂层电极。

为了解决上述问题，作为本发明者们关注催化剂层电极角部的形状，对催化剂层电极和固体电解质膜间的压接潜心研究，最终，研发出一种难以从固体电解质膜上剥离的本发明的催化剂层电极。

本发明的燃料电池，是具有以固体电解质膜及夹住所述固体电解质膜对向设置的阳极和阴极作为单位电池，并将单个或多个所述单位电池沿表面方向配置而成的便携式电子设备用的燃料电池，其中，所述阳极及阴极中至少一方的催化剂层电极，没有小于等于90度的角部，并且在所述固体电解质膜的各个面上分别做成一体。

所述阳极及阴极的各催化剂层电极的二维投影面形状实质上为矩形，具有去掉部分角部的去掉角的部分，使得在至少一个角部上相邻的边的末端之间、角度小于等于90度并且不相交，而且分别与所述固体电解质膜的各个面压接。

本发明的燃料电池用催化剂层电极，是具有以固体电解质膜及夹住所述固体电解质膜并对向设置的阳极和阴极作为单位电池，并将单个或多个所述单位电池沿表面方向配置而成的燃料电池中使用的所述阳极和阴极中至少一个的催化剂层电极，其中，所述阳极及阴极中至少一方的催化剂层电极，没有小于等于90度的角部，并且在所述固体电解质膜的各个面上分别做成一体。

本发明的燃料电池用催化剂层电极，是所述燃料电池用的催化剂层电极，其中，二维投影面形状实质上为矩形，并具有去掉部分所述角部的去掉角的部分，使得在至少一个角部上相邻的边的末端之间、角度为小于等于90度并且不相交。

最好催化剂层电极的二维投影面形状大于等于五边形的多边形，或催化剂层电极角部的二维投影面形状为圆弧。在前者的情况下，最好角部为超过90度的角(钝角)，而且具有在二维投影面形状上没有去掉角的部分的真正矩形的面积大于等于90％的面积，在后者的情况下，最好角部圆弧的曲率半径R大于等于1mm，而且具有在二维投影面形状上没有去掉角的部分的真正矩形的面积大于等于90％的面积，若倒角过大，或圆弧的曲率半径过大，则催化剂层电极自身的面积就过小，发电所需的反应面积不足，只要大于等于原来的矩形面积的90％，这一担忧实质上就不存在。