[发明专利]燃料电池

说明书

本发明提供能够抑制电解质膜的化学劣化的燃料电池。该燃料电池的特征在于，第1气体扩散层、第1催化剂层以及电解质膜分别具有作为不与第2催化剂层对置的区域的周缘部、和作为被该周缘部包围并且与上述第2催化剂层对置的区域的中央部，上述电解质膜的上述周缘部在上述第2催化剂层侧的面上具有粘合剂层，上述电解质膜经由上述粘合剂层与上述树脂框架接合，上述第1气体扩散层包含过氧化物分解催化剂，上述第1气体扩散层的上述周缘部在上述第1催化剂层侧的面上具有亲水性层。

技术领域

本公开涉及燃料电池。

背景技术

燃料电池(FC)是在一个单电池或者将多个单电池(以下，存在记载为单元的情况)层叠而成的燃料电池组(以下，存在仅记载为电池堆的情况)中通过氢等燃料气体与氧等氧化剂气体的电化学反应而取出电能量的发电装置。此外，实际向燃料电池供给的燃料气体和氧化剂气体多数情况是与无助于氧化·还原的气体的混合物。尤其氧化剂气体多数情况是包含氧的空气。

此外，以下，也存在不特别地区别燃料气体、氧化剂气体而简称为“反应气体”或者“气体”的情况。另外，存在将单电池和层叠单电池而成的燃料电池组都称为燃料电池的情况。

该燃料电池的单电池通常具备膜电极接合体(MEA：Membrane ElectrodeAssembly)。

膜电极接合体具有在固体高分子型电解质膜(以下，也简称为“电解质膜”)的两面分别依次形成有催化剂层和气体扩散层(GDL、以下存在仅记载为扩散层的情况)的构造。因此，膜电极接合体存在被称为膜电极气体扩散层接合体(MEGA)的情况。

单电池根据需要具有夹持该膜电极气体扩散层接合体的两面的两片隔离件。隔离件通常具有在与气体扩散层接触的面形成有作为反应气体的流路的槽的构造。此外，该隔离件具有电子传导性，也作为发电的电气的集电体发挥功能。

在燃料电池的燃料极(阳极)，作为从气体流路和气体扩散层供给的燃料气体的氢(H₂)通过催化剂层的催化剂作用而质子化，通过电解质膜并向氧化剂极(阴极)移动。同时生成的电子通过外部电路而做功，并向阴极移动。作为向阴极供给的氧化剂气体的氧(O₂)在阴极的催化剂层与质子及电子反应而生成水。生成的水对电解质膜给予适度的湿度，多余的水透过气体扩散层，并被向系统外排出。

对车载于燃料电池车辆(以下存在记载为车辆的情况)来使用的燃料电池进行了各种研究。

例如在专利文献1中，公开有燃料电池，其特征在于，通过含有猝灭剂的粘合剂将电解质膜·电极构造体的外周和树脂制框体或者树脂制膜接合。

在专利文献2中，公开有能够更可靠地防止由过氧化氢自由基引起的电解质膜的劣化的燃料电池。

在专利文献3中公开有燃料电池，该燃料电池构成为：在催化剂层与环绕催化剂层的树脂膜之间，减少包含过氧化氢或者氢氧化自由基在内的生成水的滞留，由此抑制电解质膜的局部的劣化和催化剂层端部的劣化，从而能够使燃料电池的寿命提高。

专利文献1：日本特开2015-035357号公报

专利文献2：日本特开2008-218100号公报

专利文献3：日本特开2010-067371号公报

在燃料电池中存在若继续运转(发电)则电解质膜劣化的不良情况。可以认为该劣化是因为由当在阴极和阳极发生电极反应时不可避免地副产的过氧化氢、羟基自由基攻击电解质膜的缘故。为了避免该不良情况，广泛地进行对电解质膜添加铈化合物作为能够分解过氧化氢乃至羟基自由基的猝灭剂。

然而，铈化合物使离子传导降低，优选尽量不添加至电解质膜、催化剂层。