[发明专利]高分子电解质型燃料电池用的电极-膜-框接合体和其制造方法、以及高分子电解质型燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及固体高分子电解质型燃料电池，特别涉及燃料电池的电极-膜-框接合体的结构以及其制造方法。

背景技术

固体高分子电解质型燃料电池(以下，有时称为“PEFC”。)是一种通过使含有氢的燃料气体和含有空气等氧的氧化剂气体进行电化学反应，同时产生电和热的装置。

固体高分子电解质型燃料电池的最具代表性的结构为，包括：由在周边部配有用于密封气体的密封垫片(Gasket)的框体支撑的高分子电解质膜；在所述电解质膜的一个面上接合正极，并且在电解质膜的另一个面上接合负极而构成的膜电极接合体(MEA)；由夹住MEA的正极侧导电性隔片以及负极侧导电性隔片构成，并且，向正极和负极分别提供燃料气体和氧化剂气体的气体提供部形成在与隔片内的MEA接触的中央部的周边。

作为这种现有的固体高分子电解质型燃料电池的结构，公开在例如专利文献1中。具体地，如图14所示，公开了如下的结构，即，用隔片301分别夹住用框体300的内部支撑MEA的周边部的MEA303。

另外，这样的MEA被嵌入到框体厚度的大致中央的位置，作为其接合方法，采用粘合剂或机械性夹紧等。

专利文献1：特开2005-100970号公报

专利文献2：国际公开第2006/040994号手册(pamphlet)

但是，在基于高分子电解质膜的粘合剂的接合方法中，高分子电解质膜有由于粘合剂的挥发成分而导致性能下降的可能性，能适用的条件受到限制。另外，在基于机械性夹紧的接合方法中，会产生从高分子电解质膜和框体的微小间隙中易于产生交叉泄漏的问题。此处所说的交叉泄漏现象是指：在图14中，提供到电池内的气体的一部分通过框体300的内缘和电极302之间生成的极小的间隙，气体从正极侧或负极侧的一侧泄漏到另外一侧的现象。为了提高燃料电池的发电效率，需要减少这种交叉泄漏。

和框体的微小间隙中易于产生交叉泄漏的问题。此处所说的交叉泄漏现象是指：在图14中，提供到电池内的气体的一部分通过框体300的内缘和电极302之间生成的极小的间隙，气体从正极侧或负极侧的一侧泄漏到另外一侧的现象。为了提高燃料电池的发电效率，需要减少这种交叉泄漏。

作为用于抑制这种交叉泄漏现象产生的一个方法，能考虑通过注射成型形成框体的方法，这样能将MEA的周边部配置到框体内部。根据这种方法，能提高框体和MEA的周边部的紧密性，减少交叉泄漏。这种方法也公开在例如专利文献2中。

具体地，如图15A所示，提前准备利用注射成型等形成框状的第1框部件311。然后，如图15B所示，将在电解质膜313的两个面上配置了正极和负极的电极314的周边部，即，电解质膜313的周边部313a配置在第1框部件311上规定的位置上。然后，如图15C所示，在配置了电解质膜313的周边部313a的状态下的第1框部件311的上面，通过注射成型注入树脂材料，形成第2框部件312。像这样通过注射成型形成与第1框部件311一体接合的第2框部件312，能以更加紧密的状态保持夹在其中的电解质膜313的周边部313a。

但是，在这种利用注射成型的形成方法中，存在如下问题。如图16A所示，在利用注射成型形成第2框部件时，如果将高温高压的树脂材料P注入到模具(未图示)内的话，由于树脂材料P的流动阻力，配置在第1框部件311上面的电解质膜313的周边部313a有时会在树脂材料中浮起，变成从第1框部件311的上面逐渐上升的状态。如图16B所示，如果在这种状态下树脂材料P固化的话，则在电解质膜313的周边部313a于第2框部件的内部完全浮起的状态下，保持电极314。

在这种情况下，有可能出现通过框体310不能充分保持电极314，或使电解质膜313受损等情况，而不能充分减少交叉泄漏。特别是，MEA为价格较高的部件，在燃料电池制造中，期待其实现高收益率(生产率)。另外，在这种燃料电池制造中，不仅对生产率，而且对燃料电池的发电效率等性能的提高的要求也没有间断过。

发明内容

因此，本发明的第一个目的是：为了解决所述问题，提供一种能在固体高分子电解质型燃料电池的电极-膜-框接合体中，有效地抑制高分子电解质膜和框体之间的交叉泄漏现象，同时，能在制造中实现高收益率的燃料电池用的电极-膜-框接合体，和其制造方法，以及具有电极-膜-框接合体的高分子电解质型燃料电池。

本发明的第二个目的是：提供一种能在固体高分子电解质型燃料电池中，提高其发电效率等性能的燃料电池用的电极-膜-框接合体，和其制造方法，以及具有电极-膜-框接合体的高分子电解质型燃料电池。