膜电极接合体及燃料电池制造技术

膜电极接合体具备：电解质膜；分别层叠于电解质膜的一个面和另一个面的一对催化剂层(120A、120B)；以及一对气体扩散层(130A、130B)，其分别层叠于一对催化剂层中的一个的与电解质膜相反侧的面和一对催化剂层中的另一个的与电解质膜相反侧的面。一对催化剂层中的一个包含催化剂粒子和第一导电性材料。一对气体扩散层中的与一个催化剂层接触的气体扩散层包含第二导电性材料。第一导电性材料包含第一粒子状导电构件和第一纤维状导电构件，第二导电性材料至少包含第二纤维状导电构件。第二纤维状导电构件在第二导电性材料中所占的质量基准的含量K2大于第一纤维状导电构件在第一导电性材料中所占的质量基准的含量K1。。。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜电极接合体及燃料电池


[0001]本专利技术涉及膜电极接合体及燃料电池。

技术介绍

[0002]燃料电池例如具备膜电极接合体，该膜电极接合体具有电解质膜和夹着电解质膜的一对电极。一对电极分别从电解质膜侧起依次具备催化剂层和气体扩散层。
[0003]作为气体扩散层的构成，在专利文献1中公开了如下内容：其包含氟树脂、硼修饰碳和纤维状碳，相对于硼修饰碳100质量份，包含5～50重量份的纤维状碳。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2007
‑
141783号公报

技术实现思路

[0007]专利技术要解决的课题
[0008]近年来，燃料电池的利用领域不断扩大，另一方面，寻求所要求的性能也高的燃料电池。
[0009]然而，在上述的气体扩散层的构成中，不能说与催化剂层的密合性、排水性充分，在实现具有高发电性能的燃料电池方面存在界限。
[0010]用于解决课题的手段
[0011]本专利技术的一个方面涉及一种燃料电池的膜电极接合体，其具备电解质膜；一对催化剂层，其分别层叠于上述电解质膜的一个面和另一个面；以及一对气体扩散层，其分别层叠于上述一对催化剂层中的一个催化剂层的与上述电解质膜相反侧的面和上述一对催化剂层中的另一个催化剂层的与上述电解质膜相反侧的面，上述一对催化剂层中的一个催化剂层包含催化剂粒子A和第一导电性材料，在上述一对气体扩散层中，与上述一个催化剂层接触的气体扩散层包含第二导电性材料，上述第一导电性材料包含第一粒子状导电构件和第一纤维状导电构件，上述第二导电性材料包含第二粒子状导电构件和第二纤维状导电构件中的至少上述第二纤维状导电构件，上述第二纤维状导电构件在上述第二导电性材料中所占的质量基准的含量K2大于上述第一纤维状导电构件在上述第一导电性材料中所占的质量基准的含量K1。
[0012]本专利技术的另一个方面涉及具备上述膜电极接合体的燃料电池。
[0013]专利技术效果
[0014]根据本专利技术，能够提高燃料电池的发电性能。
[0015]在所附的技术方案中记述了本专利技术的新的特征，本专利技术涉及结构和内容这两者，与本专利技术的其他目的和特征一起，通过对照附图的以下的详细的说明而能够更好地理解。
附图说明
[0016]图1是示意性地表示本专利技术的实施方式的燃料电池的单电池单元的结构的截面图。
[0017]图2是示意性地表示构成膜电极接合体的一部分的第一催化剂层和第一气体扩散层的内部的图。
具体实施方式
[0018]本专利技术的实施方式的燃料电池具有膜电极接合体(以下，也称为“MEA”)，该膜电极接合体具备电解质膜；一对催化剂层，其分别层叠于电解质膜的一个面和另一个面；以及一对气体扩散层，其分别层叠于一对催化剂层中的一个催化剂层的与电解质膜相反侧的面和一对催化剂层中的另一个催化剂层的与电解质膜相反侧的面。一对催化剂层中的一个是设置于阴极的阴极催化剂层，另一个是设置于阳极的阳极催化剂层。以下，在一对气体扩散层中，将层叠于阳极催化剂层的气体扩散层称为“阳极侧气体扩散层”，将层叠于阴极催化剂层的气体扩散层称为“阴极侧气体扩散层”。
[0019]燃料电池还可以包括例如与阴极侧气体扩散层接触的导电性的阴极间隔件和与阳极侧气体扩散层接触的导电性的阳极间隔件。MEA和一对间隔件可以构成一个电池单元。通过以阴极间隔件和阳极间隔件邻接的方式层叠多个电池单元，能够形成电池单元彼此串联连接的堆叠。
[0020]一对催化剂层中的一个催化剂层包含催化剂粒子A和第一导电性材料。在一对气体扩散层中，与上述一个催化剂层接触的气体扩散层包含第二导电性材料。第一导电性材料包含第一粒子状导电构件和第一纤维状导电构件。第二导电性材料至少包含第二纤维状导电构件。第二导电性材料可以进一步包含第二粒子状导电构件。第一导电性材料和第二导电性材料以满足下述条件1的方式构成。
[0021](条件1)
[0022]第二纤维状导电构件在第二导电性材料中所占的质量基准的含量K2大于第一纤维状导电构件在第一导电性材料中所占的质量基准的含量K1。
[0023]在本实施方式中，相互接触的催化剂层和气体扩散层均可以包含粒子状导电构件和纤维状导电构件作为导电性材料。但是，关于气体扩散层中所含的导电性材料(第二导电性材料)，也可以不包含粒子状导电构件(第二粒子状导电构件)，而仅由纤维状导电构件(第二纤维状导电构件)构成。条件1是指，在阳极或阴极中的至少任一个中，在相互接触的催化剂层和气体扩散层中，气体扩散层中所含的第二纤维状导电构件在第二导电性材料中所占的质量基准的含量K2大于催化剂层中所含的第一纤维状导电构件在第一导电性材料中所占的质量基准的含量K1。由此，能够提高气体扩散性。另外，在催化剂层中生成或附着于催化剂层的水容易经由气体扩散层向外部排出，能够抑制气体扩散路径被水分堵塞(即，溢流)。
[0024]第一纤维状导电构件和第二纤维状导电构件可以均为同种材料，也可以在至少一部分包含同种材料。在此，第一纤维状导电构件和第二纤维状导电构件为同种材料是指，从以大致相同的材料为主成分的原料开始，经过大致相同的制造工序而得到的材料。例如，在第一纤维状导电构件包含气相生长碳纤维的情况下，意味着第二纤维状导电构件也包含气
相生长碳纤维，或者在第一纤维状导电构件包含碳纳米管的情况下，意味着第二纤维状导电构件也包含碳纳米管。此时，第一纤维状导电构件和第二纤维状导电构件具有许多共同或类似的物性。因此，通过使相互接触的催化剂层和气体扩散层这两者中所含的纤维状导电构件的物性类似，能够进一步提高水的排出效率。
[0025]然而，即使制造工序大致相同，例如由于原料中所含的杂质、或者处理温度或处理时间等制造工序中的细微条件的不同，第一纤维状导电构件与第二纤维状导电构件在构成上也可能具有若干差异。例如，纤维状导电构件中所含的杂质、纤维状导电构件的纤维直径和纤维长度、纤维的形态(是直线状还是弯折)等可能在第一纤维状导电构件与第二纤维状导电构件之间不同。这种情况下，第一纤维状导电构件和第二纤维状导电构件也可以说是相同种类的材料。
[0026]从使纤维状导电构件的物性类似，提高水的排出效率的观点考虑，无论第一纤维状导电构件与第二纤维状导电构件是否为同种材料，第二纤维状导电构件的纤维长度相对于第一纤维状导电构件的纤维长度之比均可以在0.5～2.0的范围内。此处，纤维长度是指后面定义的平均纤维长度。上述纤维长度相对应的比例可以处于0.95～1.05的范围。
[0027]从使纤维状导电构件的物性类似，提高水的排出效率的观点考虑，无论第一纤维状导电构件与第二纤维状导电构件是否为同种材料，第二纤维状导电构件的纤维直径相对于第一纤维状导电构件的纤维直径之比均可以在0.5～2.0的范围内。此处，纤维直径是指后面定义的平均纤维直径。上述纤维直径相对应的比例可以处于0.95～1.05的范围。
[0028]第二纤维状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池的膜电极接合体，其具备：电解质膜；一对催化剂层，所述一对催化剂层分别层叠于所述电解质膜的一个面和另一个面；以及一对气体扩散层，所述一对气体扩散层分别层叠于所述一对催化剂层中的一个催化剂层的与所述电解质膜相反侧的面和所述一对催化剂层中的另一个催化剂层的与所述电解质膜相反侧的面，所述一对催化剂层中的一个催化剂层包含催化剂粒子A和第一导电性材料，在所述一对气体扩散层中，与所述一个催化剂层接触的气体扩散层包含第二导电性材料，所述第一导电性材料包含第一粒子状导电构件和第一纤维状导电构件，所述第二导电性材料包含第二粒子状导电构件和第二纤维状导电构件中的至少所述第二纤维状导电构件，所述第二纤维状导电构件在所述第二导电性材料中所占的质量基准的含量K2大于所述第一纤维状导电构件在所述第一导电性材料中所占的质量基准的含量K1。2.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其中，所述第二纤维状导电构件的纤维长度相对于所述第一纤维状导电构件的纤维长度之比和/或所述第二纤维状导电构件的纤维直径相对于所述第一纤维状导电构件的纤维直径之比在0.5～2.0的范围内。3.根据权利要求1或2所述的膜电极接合体，其中，所述第一纤维状导电构件与所述第二纤维状导电构件包含同种材料。4.根据权利要求1～3中任一项所述的膜电极接合体，其中，所述第二纤维状导电构件在所述第二导电性材料中所占的含量K2为60质量％以上。5.根据权利要求1～4中任一项所述的膜电极接...

【专利技术属性】
技术研发人员：石本仁，南浦武史，井村真一郎，田口良文，川岛勉，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：