[发明专利]燃料电池用带有树脂框的电解质膜-电极结构体

说明书

本发明提供一种燃料电池用带有树脂框的电解质膜‑电极结构体(10)，其具备阶梯MEA(10a)和树脂框构件(24)。在第二气体扩散层(22b)的外周端部(22be)与内侧鼓出部(24a)之间形成有间隙部(CL)。第二电极催化剂层(22a)具有配置于间隙部(CL)的框状外周缘部(22aR)，所述框状外周缘部(22aR)的裂纹(28)的裂纹密度为30个/mm²以下，且所述裂纹(28)彼此的间隔为0.06mm以上。

本申请是申请号为201610550785.9、申请日为2016年7月13日、发明名称为“燃料电池用带有树脂框的电解质膜-电极结构体”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池用带有树脂框的电解质膜-电极结构体，其具备将固体高分子电解质膜由平面尺寸不同的第一电极及第二电极夹着的阶梯MEA和环绕所述阶梯MEA的外周的树脂框构件。

背景技术

一般来说，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。燃料电池具备在固体高分子电解质膜的一侧的面上配设有阳极电极且在所述固体高分子电解质膜的另一侧的面上配设有阴极电极的电解质膜-电极结构体(MEA)。阳极电极及阴极电极分别具有催化剂层(电极催化剂层)和气体扩散层(多孔碳)。

电解质膜-电极结构体通过由隔板(双极板)夹持而构成发电单元 (单位燃料电池)。通过将该发电单元层叠规定数量，例如用作车载用燃料电池堆。

在电解质膜-电极结构体中，存在构成将一侧的气体扩散层设定为比固体高分子电解质膜小的平面尺寸、且将另一侧的气体扩散层设定为与所述固体高分子电解质膜相同的平面尺寸的所谓阶梯MEA的情况。此时，为了削减比较高价的固体高分子电解质膜的使用量并保护薄膜状且强度较低的所述固体高分子电解质膜，采用在外周装入了树脂框构件的带有树脂框的MEA。

作为带有树脂框的MEA，例如已知有在日本特开2007-66766号公报中公开的电解质膜-电极接合体。在该电解质膜-电极接合体中，在膜的一侧的面上配置有与所述膜具有相同外形尺寸的阳极催化剂层和阳极气体扩散层。在膜的另一侧的面上配置有外形尺寸比所述膜小的阴极催化剂层和阴极气体扩散层。由此，构成阶梯MEA。

阳极气体扩散层设定为比阴极气体扩散层大的面积，所述阴极气体扩散层侧的膜的外周部与垫片结构体经由粘接部位而接合。此时，阴极气体扩散层的外周端部与垫片结构体的内周端部相互对置而配置。

然而，在对膜与垫片结构体进行接合时，在阴极气体扩散层的外周端部与垫片结构体的内周端部之间容易产生间隙部(余隙)。因此，若在与膜相邻的阴极催化剂层上形成的裂纹(裂缝)配置于间隙部，则有时应力会集中于弹性模量比所述阴极催化剂层低的所述膜上。

因此，例如因燃料气体向阳极电极的供给压力与氧化剂气体向阴极电极的供给压力的压力差会使膜变形，从而可能引起所述膜的机械性劣化。尤其在燃料气体的压力大于氧化剂气体的压力的情况下，膜容易变形，可能引起所述膜的机械性劣化。另外，在膜上与其他的构件相比更容易因干湿条件而产生较大的尺寸变化，从而可能因应力集中而在所述膜上引起龟裂等。

另外，如上所述，在对膜与垫片结构体进行接合时，在阴极气体扩散层的外周端部与垫片结构体的内周端部之间容易产生间隙部(余隙)。因此，使配置于间隙部的膜的强度降低，例如因燃料气体向阳极电极的供给压力与氧化剂气体向阴极电极的供给压力的压力差而可能使所述膜变形。

发明内容

本发明用于解决这种问题，其目的在于提供一种燃料电池用带有树脂框的电解质膜-电极结构体，其通过简单的结构，就能够阻止因在树脂框构件的间隙部配置的电极催化剂层的裂纹而向固体高分子电解质膜的应力集中，且能够良好地抑制所述固体高分子电解质膜的变形。