[发明专利]膜电极组件、燃料电池、燃料电池堆、及膜电极组件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于例如固体高分子电解质型燃料电池的膜电极组件、燃料电池、燃料电池堆和膜电极组件的制造方法。

背景技术

作为关于燃料电池的常规技术，PTL 1中公开了一种构成。在PTL 1所述的燃料电池中，形成了透气性电极区域MPL，其具有由大粒径的导电性颗粒形成的粗糙区域和由比粗糙区域的那些小的粒径的导电性颗粒形成的致密区域。透气性电极区域MPL与在其上面的气体扩散层和与在其下面的催化剂层接触。

在致密区域中使用的颗粒具有使根据开尔文方程求得的空孔中的饱和水蒸气压高于开放空间的饱和水蒸气压的粒径。由此，在燃料电池中，使得在粗糙区域中的饱和水蒸气压低于致密区域的饱和水蒸气压，因此在致密区域中抑制在催化剂层中产生的水蒸气的冷凝。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特许公开号2009-245871

发明内容

在PTL 1中所描述的燃料电池中，根据开尔文方程求得的在致密区域中的孔隙率是在纳米级，并且如果液体水在粗糙区域中冷凝，则气体扩散性大幅降低。

鉴于上述问题，本发明的目的是提供可以使发电时产生的液体水的排出容易并改善氧输送性并因此改善发电性能的膜电极组件、燃料电池和制造膜电极组件的方法。

根据本发明的第一方面的膜电极组件是第一多孔体层叠在催化剂层的表面上并且第二多孔体层叠在所述第一多孔体上的膜电极组件。在该膜电极组件中，所述第一多孔体在与所述第二多孔体的固相部接触的部分具有低孔隙率，并在面向所述第二多孔体的气相部的部分具有相对高的孔隙率。

根据本发明的第二方面的燃料电池包括：膜电极组件，所述膜电极组件具有电解质膜被一对电极层夹持的结构；和隔板，所述隔板配置成在隔板和膜电极组件之间形成气体流路。各电极层包括第一多孔体和由金属多孔体形成并且形成电极表面的第二多孔体，并且所述第一多孔体和第二多孔体彼此接合，以使得所述第一多孔体部分地插入(digs)第二多孔体的空孔中。

附图说明

[图l]图1是示出根据第一实施方式的燃料电池堆10的外观的透视图。

[图2]图2是示出图1中所示的燃料电池堆10的主要组件的分解透视图。

[图3]图3是图2中所示的电池单元A1的平面图。

[图4]图4是沿着图3中的线I-I所取的电池单元A1的截面图。

[图5]图5(A)是图4中所示的空气电极32的表面的放大平面图，和图5(B)是示出图4中所示的电解质膜31、空气电极32和燃料电极33的放大截面图。

[图6]图6是示意性地示出图4中所示的空气电极32的结构的说明图。

[图7]图7是示出在多孔体(第二多孔体)内部的空间中的弯曲度的图。具体而言，图7(A)是示出在自由空间中的最短输送距离L1的示意图，和图7(B)是示出在多孔体(第二多孔体)内部的空间中的最短输送距离L2的示意图。

[图8]图8示出膜电极组件30的制造方法的第一实施方式。具体而言，图8(A)示出被第二多孔体32a压缩之前的第一多孔体32b，和图8(B)示出被第二多孔体32a压缩之后的第一多孔体32b。

[图9]图9示出膜电极组件30的制造方法的第二个实例。具体而言，图9(A)示出被第二多孔体32a压缩之前的第一多孔体32b，和图9(B)示出被第二多孔体32a压缩之后的第一多孔体32b。

[图10]图10是示意性地示出根据第二实施方式的空气电极32的结构的说明图。

[图11]图11是具体地示出图10中所示的空气电极的结构的说明图。

[图12]图12是示意性地示出根据另一实施方式的空气电极32的结构的说明图。

[图13]图13是示意性地示出根据又一实施方式的空气电极32的结构的说明图。具体而言，图13(A)示出被第二多孔体32a压缩之前的第一多孔体32b，和图13(B)示出被第二多孔体32a压缩之后的第一多孔体32b。

具体实施方式

以下参照附图描述本发明的实施方式。

第一实施方式

参考图1和2，描述根据第一实施方式的燃料电池堆10的整体构成。燃料电池堆10是安装在例如车辆中的固体高分子电解质型燃料电池堆。