[发明专利]固体聚合物燃料电池用电解质膜，其制造方法及膜电极组合件

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体聚合物燃料电池用电解质膜以及该电解质膜的制 造方法，并且还涉及包括该电解质膜的膜电极组合件和燃料电池。

背景技术

固体聚合物型燃料电池是已知的燃料电池的一种形式。与其它形式的 燃料电池相比，固体聚合物型燃料电池工作温度低(约80℃至100℃)、 成本低且设计紧凑，因此被认为是期望的机动车辆动力源等。

如图8所示，在固体聚合物型燃料电池中，作为主要组成要素的膜电 极组合件(MEA)50被具有燃料(氢)气体通道和空气气体通道的隔板 51、51夹持，由此形成了被称作单元电池的一个燃料电池52。膜电极组合 件50具有这样的结构：由在阳极侧上的催化剂层56a和气体扩散层57a 制成的阳极侧气体扩散电极58a堆叠在是离子交换膜的固体聚合物电解质 膜55的一侧上，以及由在阴极侧上的催化剂层56b和气体扩散层57b制 成的阴极侧气体扩散电极58b堆叠在固体聚合物电解质膜55的另一侧上。

在单元电池52中，需要确保气体扩散电极58a、58b与隔板51之间的 气体通道并且防止气体泄漏到电池外部以及燃料气体与氧化气体混合。在 电解质膜55的表面上的气体扩散电极58a、58b的堆叠在膜电极组合件中 形成了台阶表面。因此，当膜电极组合件50被隔板51夹持从而形成燃料 电池52时，由于台阶而形成的间隙需要被密封。因此，在通常情况下，密 封用树脂材料59被涂布到从气体扩散电极58a、58b的端侧延伸出的电解 质膜55表面上，至树脂材料59到达隔板51这样的高度。然后，树脂材料 59通过加热被硬化从而形成密封部分，由此确保了密封性。

日本专利申请公报No.JP-A-2006-4677中公开了另一种密封由燃料电 池52中的上述台阶引起的间隙的技术。即，如图9所示，设置具有突起 59b的由橡皮状的弹性体等制成的密封部件59a，以便覆盖电解质膜55的 从电解质膜55的气体扩散电极58a、58b的端部侧向延伸的一部分55a。 当膜电极组合件50被隔板51夹持从而形成燃料电池52时，突起59b以受 压接触的方式进入形成于隔板51中的凹部51a内。

顺便提及，在固体聚合物燃料电池中使用的电解质膜主要是全氟磺酸 聚合物的薄膜(美国杜邦公司的Nation)，即，电解质树脂(离子交换树 脂)。此外，仅由电解质树脂制成的薄膜不能获得足够的强度。因此，日 本专利申请公报No.JP-A-9-194609中记载的技术使用了通过用被溶剂溶 解的聚合物(电解质树脂)浸渍多孔加强膜(例如通过延伸PTFE、聚烯 烃树脂等形成的薄膜)，然后在其干燥后在电解质聚合物中导入离子交换 基而形成的加强型电解质膜。

如上所述，为了密封由形成于膜电极组合件上的台阶所形成的电解质 膜与隔板之间的间隙，现有技术的燃料电池采用了将密封材料或部件，即， 单独的材料涂布到电解质膜的边缘部分上，或用由单独的材料制成的密封 部件覆盖电解质膜的边缘部分。在涂布密封材料并且通过加热硬化密封材 料的所述方法中，密封材料的不均匀涂布很可能产生泄漏，或者，需要长 时间的加热或通过加热硬化会导致膜电极组合件损坏。此外，密封材料的 不均匀加热硬化也会导致泄漏。

在设置了由橡皮状的弹性体等制成的密封部件以覆盖电解质膜的边缘 部分的密封手段的情况下，尽管由于密封部件与隔板侧的受压接触可以期 待较高的密封效果，但电解质膜的制造不会很容易。此外，存在密封部件 容易定位偏差的缺陷。

此外，在燃料电池任一种现有的密封技术中，不同于电解质膜的材料 被插入到电解质膜与隔板之间，因此在电解质膜与密封部件之间不可避免 地形成了分界面，且存在分界面导致密封被破坏的危险。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种燃料电池用电解质膜以及该电解质膜的 制造方法，使得燃料电池中在形成膜电极组合件的电解质膜与隔板之间形 成的间隙可以更完全地被密封。本发明的另一个目的是提供一种包括该电 解质膜的膜电极组合件和燃料电池。