[发明专利]膜－膜增强部件组件、膜－催化剂层组件、膜－电极组件以及高分子电解质型燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及膜-膜增强部件组件、膜-催化剂层组件、膜-电极组件、高分子电解质型燃料电池以及其制造方法。

背景技术

高分子电解质型燃料电池是利用具有白金等的催化剂层的气体扩散层电极使氢等的燃料气体和空气等的氧化气体进行电化学反应的装置，是同时产生电和热的装置。其构造是，首先在选择性地输送氢离子的高分子电解质膜的两个面上，用以担载了铂类的金属催化剂的碳粉末为催化剂体并将氢离子传导性高分子电解质混合于其中而得到的物质形成催化剂层。接着在该催化剂层的外面，以兼有燃料气体的通气性和电子传导性的例如经过拨水处理的碳纸形成气体扩散层。把该催化剂层和气体扩散层合起来称为气体扩散电极。

接着，在电极的周围夹持高分子电解膜而配置气体密封剂或垫圈(gasket)，从而使供给燃料的燃料气体不向外部泄露，燃料气体和氧化剂气体也不互相混合。该密封剂或垫圈与电极以及高分子电解质膜一体形成，将其称为MEA(膜-电极组件)。在MEA的外侧配置用于机械性地固定MEA同时将邻接的MEA互相电串联连接的导电性隔板。在隔板的与MEA相接触的部分上，形成用于将反应气体供给电极面并运走生成气体和剩余气体的气体流路。气体流路虽然也可以与隔板分别进行设置，但是通常的方式是在隔板的表面设置沟槽而形成气体流路。

很多燃料电池采取将多个具有如上所述的构造的单电池进行重叠而成的层叠构造。在燃料电池运行的时候，在产生电力的同时也会引起发热。在层叠电池中每1～3个单电池配设冷却水路等，由此能够将电池温度保持在恒定，同时可以将所产生的热能以温水等的形式进行利用。

在制造电池堆的时候，高分子电解质膜被夹持于电极和隔板之中，由端板和螺栓进行紧固。高分子电解膜需要具有充分的强度，使得能够承受紧固的压力，而且在长期使用中不发生由于磨损等引起的物理性的破损。另一方面，出于提高质子传导性等的理由，需要使高分子电解质膜尽可能薄。出于这些理由，为了在不增加厚度的情况下提高高分子电解质膜的强度而进行了各种各样的研究。

例如，在专利文献1中，提出了通过将画框状的保护膜安装于高分子电解质膜的周缘部从而试图防止高分子电解质膜的破损的高分子电解质型燃料电池(例如参照专利文献1的图1)。以下就该高分子电解质型燃料电池的构造，使用附图进行说明。图13是用于说明专利文献1所记载的高分子电解质型燃料电池中的固体高分子电解质膜与氟树脂片(保护膜)的位置关系的主要部分解立体图。如图13所示，在专利文献1的高分子电解质型燃料电池中，氟树脂片(保护膜)220以及氟树脂片(保护膜)240分别配置于固体高分子电解质膜1000的表面主面和背面主面，覆盖固体高分子电解质膜1000的呈大致矩形状的主面的周缘部分的全部。

专利文献1：日本特开平5-21077号公报

发明内容

然而，上述的现有技术中的高分子电解质型燃料电池，特别是在高分子电解质膜和保护膜的组件的部分方面，没有能够以低成本容易地大量生产的构成(构造)，所以在想要高分子电解质型燃料电池的更进一步的低成本化以及进一步的生产性的提高(想要有效的大量生产)的情况下，还有改善的余地。

本发明是鉴于以上的观点而作出的，目的在于提供能够确保充分的耐久性并且具有适合高分子电解质型燃料电池的低成本化以及大量生产的构造的膜-膜增强部件组件以及其制造方法。另外，本发明的目的在于，提供具备上述的本发明的膜-膜增强部件组件并且进一步配置了催化剂层的膜-催化剂层组件以及其制造方法。而且，本发明的目的在于，提供具备上述的本发明的膜-催化剂层组件并进一步配置有气体扩散层的膜-电极组件以及其制造方法。另外，本发明的目的在于，提供具备上述的本发明的膜-电极组件的高分子电解质型燃料电池。

以下，使用附图来更加具体地说明，上述的现有技术中的高分子电解质型燃料电池，特别是在高分子电解质膜和保护膜的组件的部分方面，不具有能够以低成本容易地大量生产的构造的理由。