[发明专利]高分子电解质型燃料电池及电极—膜—框接合体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体高分子电解质型燃料电池，尤其涉及燃料电池的 电极—膜—框接合体的结构及其制造方法的改良。

背景技术

在过去的固体高分子电解质型燃料电池中，使用的是利用阳极侧导电 性隔板和阴极侧导电性隔板夹持MEA—框接合体而构成的单电池组件， 其中，MEA—框接合体是通过在周缘部配置有用于密封(seal)气体的密 封垫片(gasket)的框体保持膜电极复合体(MEA)。MEA是由高分子电 解质膜和在该电解质膜的一面接合阳极且在电解质膜的另一面接合阴极 而形成的。进而，在各隔板的周缘分别形成向MEA的阳极供给燃料气体、 向阴极供给氧化剂气体的气体供给部。

作为这样的现有的固体高分子电解质型燃料电池的构成，例如在专利 文献1中所公开的构成。具体而言，如图15所示，公开了利用各隔板301 夹入电极—膜—框接合体303之类的构成，其中的电极—膜—框接合体 303利用框体300的内部支撑相当于高分子电解质膜的电极(MEA)302 的周缘部而成。

另外，这样的电极302即高分子电解质膜嵌入框体300的厚度的大致 中央，作为其接合方法，采用的是粘接剂或机械夹具(clamp)等。

另外，此外还公开有在模具内配置MEA主体部，形成利用注射成形 使其与MEA主体部接合的框体的方法(参照专利文献2)，或者，在模具 内配置隔板，形成利用注射成形使其与隔板接合而成的框体的方法(参照 专利文献3)。

专利文献1：特开2005—100970号公报

专利文献2：特开2006—310288号公报

专利文献3：特开2005—268077号公报

但是，在高分子电解质膜的利用粘接剂的接合方法中，可能会发生粘 接剂的挥发成分引起的高分子电解质膜的性能低下，能够适用的条件受到 限制。另外，在利用机械夹具的接合方法中，容易从高分子电解质膜与框 体的微小间隙发生交叉泄露(cross leak)。在此，在图15中，交叉泄露是 指向电池内供给的气体的一部分通过框体300的内缘与电极302之间产生 的微小间隙，气体从阳极侧或阴极侧的一方向另一方泄露的现象。为了提 高燃料电池中的发电效率，必需减低这样的交叉泄露。

作为用于减低这样的交叉泄露的方法之一，考虑利用注射成形形成框 体，以使电解质膜的周缘部被配置于框体内部。如果利用这样的方法，则 提高框体与电解质膜的周缘部的附着力，从而减低交叉泄露成为可能。

具体而言，如图16A所示，准备预先利用注射成形等形成框状的第 一框构件311。接着，如图16B所示，在第一框构件311上定位并配置阳 极和阴极被配置于电解质膜313的两面的MEA314的周缘部即电解质膜 313的周缘部313a。之后，如图16C所示，在已配置电解质膜313的周缘 部313a的状态的第一框构件311的上表面，注入树脂材料，利用注射成 形形成第二框构件312。这样，可以通过利用注射成形与第一框构件311 一体接合形成第二框构件312，而在使其在第一框构件311及第二框构件 312之间更附着的状态下，保持被夹持在其之间的状态的电解质膜313的 周缘部313a。

但是，在这样的利用注射成形的MEA—框接合体310的形成方法中， 存在如下所述的问题。如图17A所示，在利用注射成形形成第二框构件 312时，如果向模具(未图示)内注入高温高压的树脂材料P，则有时配 置于第一框构件311的上表面的电解质膜313的周缘部313a由于树脂材 料P的流动阻力而在树脂材料中浮起，成为脱离第一框构件311的上表面 从而浮起的状态。如果使树脂材料P在这样的状态下固化，则如图17B 所示，在电解质膜313的周缘部313a在第二框构件312的内部从第一框 构件311的表面完全地浮起的状态下，进行MEA314的保持。

在这样的情况下，在MEA—框接合体310中，可能会发生不能充分 地进行MEA314的保持的情况或者损伤电解质膜313的情况等，存在不 能充分地减低交叉泄露的问题。

另外，在专利文献2的方法中，还存在MEA主体部在模具内浮起的 可能性。另外，专利文献3只不过是将刚性比MEA高的隔板作为对象。

发明内容