[发明专利]膜电极接合体以及燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池(燃料電池)。更具体而言，本发明涉及将单体蓄电池(セル)平面排列的燃料电池。

背景技术

燃料电池是由氢和氧产生电能的装置，且能够获得高发电效率。作为燃料电池主要的特征，由于不像目前的发电方式那样经过热能或动能的过程来发电而是直接发电，因此可以举出即使小规模也能期望获得高发电效率、以及由于氮化合物等的排放少且噪音和振动小因此环境性良好等特征。这样，燃料电池由于能够有效利用燃料具有的化学能，并具有良好的环境特性，因此作为承担21世纪的能源供给系统而受到期待，从宇宙用到汽车用、携带式设备用，从大规模发电到小规模发电，作为能够在多种用途使用的将来有美好前景的新型发电系统受到注目，并朝着实用化且技术开发的正规化发展。

尤其固体高分子型燃料电池，与其它种类的燃料电池相比，具有工作温度低、功率密度高的特征，特别近年来，被寄期望于用在携带式设备(移动电话、笔记本型个人计算机、PDA、MP3播放器、数码相机或者电子词典(书籍))等的电源中。作为携带式设备用的固体高分子型燃料电池，已知将多个单体蓄电池平面状排列的平面排列型的燃料电池(参考专利文献1)。作为燃料，除专利文献1中所述的甲醇外，还对存储在贮氢合金或者氢气瓶中的氢的利用进行了研究。

专利文献1：日本特开2004-146092号公报

在平面排列型的燃料电池中，催化剂的总面积与功率成比例。另一方面，电压取决于串联连接的单体蓄电池的数量。因此，为了实现燃料电池的小型化且获得需要的功率以及电压，需要进一步缩短催化剂层间的间隔，且尽可能扩大催化剂面积。但是，随着催化剂层间的间隔变短，出现了催化剂层间短路的问题。

另外，在形成微细的间隔的催化剂层时，虽然可以采用激光加工，但存在因激光加工而切断电解质膜的分子结构的侧链的结合之类的问题。另外，若激光加工所产生的热向电解质膜传导，则会产生电解质膜老化之类的问题。这样，若产生电解质膜的结构变化和老化，则在使用了氢作为燃料的情况下，会产生氢泄露从而燃料电池性能老化的问题。

发明内容

本发明鉴于上述课题而产生，其目的在于提供一种技术，该技术能够在平面状排列单体蓄电池的平面排列型燃料电池中，抑制短路且缩短单体蓄电池的间隔。另外，本发明的其他目的在于提供一种技术，该技术能够在平面状排列单体蓄电池的平面排列型燃料电池中，抑制电解质膜的损坏且缩短单体蓄电池的间隔。

本发明的一方式是膜电极接合体。该膜电极接合体的特征在于，具备：电解质膜，其含有离子交换剂；设置于电解质膜的一面上的多个第一催化剂层；与多个第一催化剂层对应而设置于电解质膜的另一面上的多个第二催化剂层；绝缘层，其设置于相邻的第一催化剂层之间以及相邻的第二催化剂层之间的至少一方的电解质膜上。

根据该方式，由于抑制在相邻的催化剂层间发生短路，因此能够进一步缩短催化剂层间的距离。即，由于可以缩短平面排列的单体蓄电池间的距离，因此能够使平面排列型的膜电极接合体更加紧凑。

在上述方式的膜电极接合体中，在绝缘层设置于第一催化剂层的一侧的情况下，绝缘层的单体蓄电池排列方向的端部介于电解质膜和第一催化剂层之间，在绝缘层设置于第二催化剂层的一侧的情况下，绝缘层的单体蓄电池排列方向的端部介于电解质膜和第二催化剂层之间。此时，在绝缘层设置于第一催化剂层的一侧的情况下，位于绝缘层的单体蓄电池排列方向的端部上的区域的第一催化剂层，含有与和电解质膜相接的区域的第一催化剂层相比C-F键的数目少的离子传导体，在绝缘层设置于第二催化剂层的一侧的情况下，位于绝缘层的单体蓄电池排列方向的端部上的区域的第二催化剂层，含有与和电解质膜相接的区域的第二催化剂层相比C-F键的数目少的离子传导体。

另外，在上述方式的膜电极接合体中，绝缘层含有与电解质膜中含有的离子交换剂相比C-F键的数目多的树脂。

另外，在上述方式的膜电极接合体中，绝缘层与电解质膜相比耐热性高。另外，绝缘层与电解质膜相比导热性低。另外，绝缘层由与电解质膜相同的材料形成。

另外，催化剂层含有与电解质膜中含有的离子交换剂相比C-F键的数目少的树脂。另外，催化剂层的加工中使用的激光的绝缘层中的透射系数比电解质膜中的该激光的透射系数低。

本发明的其他方式是燃料电池。该燃料电池的特征在于，具备上述任意一种膜电极接合体。

另外，将上述各要素适当地组合而成的结构也都包含在本专利申请要求权利保护的发明范围内。