[发明专利]燃料电池用膜电极接合体以及燃料电池

说明书

一种燃料电池用膜电极接合体，是具有具备第1主面和第2主面的催化剂层、配置于第1主面侧的气体扩散层、和配置于第2主面侧的电解质膜的膜电极接合体，气体扩散层包含导电性材料和高分子树脂，导电性材料包含纤维状碳材料，纤维状碳材料的平均纤维径D为催化剂层的厚度T的25％以下，在催化剂层的厚度方向上的截面中，第1主面的算术平均粗糙度Ra1与第2主面的算术平均粗糙度Ra2满足Ra1＞Ra2的关系。

技术领域

本发明主要涉及燃料电池用膜电极接合体以及燃料电池。

背景技术

燃料电池是通过燃料与氧化剂(以下，分别仅称为气体)的电化学反应而发电生成水的、高效率且环保的发电气设备。燃料电池具备例如电解质膜、按照夹持电解质膜的方式配置的2个催化剂层、按照分别隔着各催化剂层而夹持电解质膜的方式配置的2个气体扩散层、分别隔着各气体扩散层而夹持电解质膜的方式配置的2个间隔件。气体扩散层中沿面方向扩散的气体在催化剂层中被氧化或还原。若提高催化剂层中的气体扩散性，则该电化学反应的效率提高。

专利文献1提出一种气体扩散层，其是按照与具有沟状的流体流道的间隔件相接的方式配置的气体扩散层，其特征在于，具备细孔直径与厚度的比率为0.35以上的扩散层基材，在扩散层基材具有导电性碳纤维的情况下，将上述导电性碳纤维的含量设为30％以上。专利文献1中，扩散层基材由例如导电性碳纤维和热塑性树脂等形成片状。作为导电性碳纤维，可以举出碳纤维、碳纸、碳布等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-153416号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在气体扩散层包含导电性碳纤维的情况下，根据纤维的粗细和催化剂层的厚度，有时与电解质膜接触的催化剂层表面的凹凸变大，可能对电解质膜造成损害，并且在气体扩散层与催化剂层之间形成大的空隙。

例如，在气体扩散层像专利文献1那样具有含有导电性碳纤维的扩散层基材的情况下，由导电性碳纤维形成大的凹凸。其结果是存在以下情况：在催化剂层中也形成沿着气体扩散层的凹凸的凹凸，电解质膜大幅变形。若电解质膜变形，则以变形的部位为起点而促使电解质膜的劣化。另一方面，在催化剂层不追随气体扩散层的凹凸的情况下，在气体扩散层与催化剂层之间形成大的空隙，发生阻力的增加、生成水的滞留等。

用于解决问题的手段

本发明的一个方面涉及一种燃料电池用膜电极接合体(第1燃料电池用膜电极接合体)，是具有具备第1主面和第2主面的催化剂层、配置于上述第1主面侧的气体扩散层、和配置于上述第2主面侧的电解质膜的膜电极接合体，上述气体扩散层包含导电性材料和高分子树脂，上述导电性材料包含纤维状碳材料，上述纤维状碳材料的平均纤维径D为上述催化剂层的厚度T的25％以下，在上述催化剂层的厚度方向上的截面中，上述第1主面的算术平均粗糙度Ra1与上述第2主面的算术平均粗糙度Ra2满足Ra1＞Ra2的关系。

本发明的另一方面涉及一种燃料电池用膜电极接合体(第2燃料电池用膜电极接合体)，其具备电解质膜、按照夹持上述电解质膜的方式配置的一对催化剂层、和按照分别隔着上述一对催化剂层而夹持上述电解质膜的方式配置的一对气体扩散层，上述一对催化剂层分别具备第1主面和第2主面，在上述第1主面侧配置上述气体扩散层，在上述第2主面侧配置上述电解质膜，上述一对气体扩散层中的至少一个包含导电性材料和高分子树脂，上述导电性材料包含纤维状碳材料，上述纤维状碳材料的平均纤维径D为上述催化剂层的厚度T的25％以下，在上述催化剂层的厚度方向上的截面中，上述第1主面的算术平均粗糙度Ra1与上述第2主面的算术平均粗糙度Ra2满足Ra1＞Ra2的关系。

本发明的再另一方面涉及一种燃料电池，其具备第2燃料电池用膜电极接合体、和按照分别隔着该第2燃料电池用膜电极接合体所具备的上述一对气体扩散层而夹持上述燃料电池用膜电极接合体的方式配置的一对间隔件。