[发明专利]电解质膜/电极结构体以及燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种在固体高分子电解质膜的两面配置了第一和第二电极的电解质膜/电极结构体、以及利用第一和第二隔板夹持所述电解质膜/电极结构体的燃料电池。

背景技术

一般，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜构成的固体高分子电解质膜。这种燃料电池通过隔板(双极板)来夹持电解质膜/电极结构体(MEA)，该电解质膜/电极结构体在固体高分子电解质膜的两侧分别配置了由催化剂层(电极催化剂)和气体扩散层(多孔质碳)构成的阳极侧电极和阴极侧电极。通常，使用层叠了规定数量的这种燃料电池的燃料电池堆。

在上述的电解质膜/电极结构体中，使用了薄膜状的固体高分子电解质膜。因此，需要防止由于施加到固体高分子电解质膜的反应气体的差压和机械压力导致所述固体高分子电解质膜破损。

因此，例如，公知有特开平5-21077号公报所公开的固体高分子电解质型燃料电池的密封结构。如图4所示，该燃料电池在固体高分子电解质膜1的两侧配置了阳极电极2和阴极电极3，并且在所述阳极电极2和所述阴极电极3上配置了形成有燃料气体通路4a的隔板4和形成有氧化剂气体通路5a的隔板5。

在固体高分子电解质膜1的周缘部分的两面上，配备了由框架状的氟树脂系薄片构成的保护膜6。通过热压加工对固体高分子电解质膜1和阳极电极2以及阴极电极3进行合成时，一体合成该保护膜6。在隔板4、5之间，框架状地包围阳极电极2和阴极电极3地配备有气体密封件7。

但是，在上述的特开平5-21077号公报中，保护膜6由厚度在50μm以下的薄膜片构成，因此利用气体密封件7夹持固体高分子电解质膜1的两侧时，可能得不到足够的强度。特别是在使用凸缘状的气体密封件7作为垫片时，因互相对置的凸缘部的位置偏移等，容易在固体高分子电解质膜1中产生剪切力。由此，粘贴了保护膜6的固体高分子电解质膜1的外缘部会变形，存在所述固体高分子电解质膜1中引起破损且密封性降低的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题而完成，目的在于提供一种易实现薄片化，并且尽可能防止固体高分子电解质膜的损坏且能够确保良好的发电性能的电解质膜/电极结构体以及燃料电池。

本发明涉及在固体高分子电解质膜的两面上配置有第一电极和表面积比该第一电极大的第二电极的电解质膜/电极结构体。

在第一电极中，设置有与固体高分子电解质膜的一个面抵接且使所述固体高分子电解质膜的外周框架状地露出的第一催化剂层和第一扩散层，在第二电极中，设置有与所述固体高分子电解质膜的另一个面抵接的第二催化剂层和第二扩散层。

而且，将第二气体扩散层的平面设定得比第一气体扩散层的平面大，并且在固体高分子电解质膜上，在从所述第一气体扩散层的外周突出的框架状面上配置有增强片部件。

此外，本发明还涉及燃料电池，其具备在固体高分子电解质膜的两面上配置了第一电极和表面积比该第一电极大的第二电极的电解质膜/电极结构体，并且通过第一和第二隔板夹持所述电解质膜/电极结构体。

在第一电极中，设置有与固体高分子电解质膜的一个面抵接且使所述固体高分子电解质膜的外周框架状地露出的第一催化剂层和第一扩散层，在第二电极中，设置有与所述固体高分子电解质膜的另一个面抵接的第二催化剂层和第二扩散层。

而且，将第二气体扩散层的平面设定得比第一气体扩散层的平面大，并且在固体高分子电解质膜上，在从所述第一气体扩散层的外周突出的框架状面上配置有增强片部件。第一凸状密封件介于增强片部件和第一隔板之间，另一方面，第二凸状密封件介于所述第一隔板和第二隔板之间。

根据本发明，在固体高分子电解质膜的两面分别配置有表面积不同的第一电极和第二电极的电解质膜/电极结构体、即所谓的高低差MEA中，在向所述固体高分子电解质膜的第一电极的外周露出的框架状面上配置了增强片部件。因此，能够提高高低差MEA外缘部的强度，并且能够尽可能防止固体高分子电解质膜的损坏。

而且，由于构成高低差MEA，因此在所述高低差MEA的外缘部，不会产生因密封件偏移引起的剪切力。由此，能够很好地确保密封性和耐久性。

附图说明

图1是本发明的实施方式的燃料电池的主要部分的分解立体说明图。

图2是所述燃料电池的图1中的II-II线截面说明图。

图3是构成所述燃料电池的电解质膜/电极结构体的部分剖视说明图。

图4是特开平5-21077号公报所公开的密封结构的说明图。

具体实施方式