固体高分子型燃料电池制造技术

提供一种固体高分子型燃料电池，其能够以简单且经济的结构可靠阻止反应气体流路的水滞留部与电极重合，从而尽可能阻止电解质膜劣化。燃料电池（１０）通过用第一隔板（１４）及第二隔板（１６）夹持电解质膜电极构造体（１２）而构成。电解质膜电极构造体（１２）具有固体高分子电介质膜（２６）、阴极侧电极（２８）及阳极侧电极（３０）。电解质膜电极构造体（１２）构成为：阴极侧电极（２８）的电极催化剂层（２８ｂ）及阳极侧电极（３０）的电极催化剂层（３０ｂ）的催化剂涂敷区域（Ｈ）的终端位于比氧化剂气体流路（３４）及燃料气体流路（４０）的下端向上方离开的位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对在电解质膜的两侧配置有一对电极的电解质膜电极构造体与 隔板进行层叠的固体高分子型燃料电池。
技术介绍
固体高分子型燃料电池例如具有发电单元，发电单元用一对隔板夹持电解质膜电 极构造体(MEA)，电解质膜电极构造体在由高分子离子交换膜形成的电解质膜的两侧分别 配置了阳极侧电极以及阴极侧电极。这种燃料电池通常通过层叠规定数量(例如数百)的 发电单元，例如用作车载用燃料电池堆。在上述的燃料电池中，通过经燃料气体流路供应给阳极侧电极的燃料气体(例如 主要含有氢的气体)与经氧化剂气体流路供应给阴极侧电极的氧化剂气体(例如主要含有 氧的气体或空气)之间的电化学反应，可得到电力。因此，在燃料电池发电时，在阴极侧电极生成水，另一方面，在阳极侧电极引起所 述水的逆扩散。因此，氧化剂气体流路以及燃料气体流路尤其在各自的下游侧容易滞留凝 结水，在电极端部和水滞留部重合的区域，电解质膜显著膨润，燃料气体向阴极侧电极的交 叉泄漏(cross leak)增大，存在所述电解质膜劣化的顾虑。因此，例如公知有一种专利文献1公开的燃料电池的元件。该燃料电池的元件具 备电解质膜；膜电极接合体，其具有接合于该电解质膜的一面并供应空气的阴极以及接 合于该电解质膜的另一面并供应燃料的阳极；以及成对的导电性材料制的隔板，其夹持该 膜电极接合体，使得在该阴极侧形成空气室，并且在该阳极侧形成燃料室。而且，在空气室以及燃料室的至少一方的出口设有对连通面积进行节流的节流 部。因此，在空气室中，在出口空气的流速变大，适于排除空气室内的水滴，因此在元件中， 即使动作条件不同，也难以阻碍对阴极供应空气，由此阴极整体适于反应，元件电压稳定。专利文献1 日本特开2007-2；34352号公报但是，在上述专利文献1中，由于在空气室以及燃料室的至少一方的出口设有节 流部，所以在该节流部压力损失增大，作为燃料电池系统的效率下降。而且，还存在结构复 杂、制造成本高的问题。
技术实现思路
本专利技术解决该问题，目的在于提供一种固体高分子型燃料电池，其能够以简单且 经济的结构来阻止反应气体流路的水滞留部与电极端部重合，并且能够尽可能阻止电解质 膜劣化。本专利技术涉及一种对在电解质膜的两侧配置有一对电极的电解质膜电极构造体与 隔板进行层叠的固体高分子型燃料电池隔板设有使反应气体沿隔板面流向重力方向的反应气体流路以及与所述反应气 体流路的下端连通的出口缓冲部，同时电解质膜电极构造体构成为构成电极的催化剂涂敷区域的终端位于比所述反应气体流路的下端向上方离开的位置。另外，电解质膜电极构造体优选被设定成从重力方向中心位置的上方侧的催化剂 涂敷区域比重力方向中心位置的下方侧的催化剂涂敷区域大。专利技术效果根据本专利技术，构成电极的催化剂涂敷区域的终端位于比反应气体流路的下端向上 方离开的位置，因此，能够可靠地阻止所述反应气体流路的水滞留部与电极端部重合。因 此，能够以简单且经济的结构尽可能阻止电解质膜的劣化。附图说明图1是本专利技术的第一实施方式的燃料电池的主要部分分解立体说明图2是所述燃料电池的、图1中II-II线截面说明图3是构成所述燃料电池的电解质膜电极构造体的正面说明图4是构成所述燃料电池的第二隔板的正面说明图5是所述电解质膜电极构造体的催化剂涂敷区域与反应气体流路的关系说明 图6是本专利技术的第二实施方式的燃料电池的主要部分分解立体说明图。符号说明10、60-燃料电池12、62-电解质膜电极构造体14、16、64、66-隔板20a-氧化剂气体入口连通孔20b-氧化剂气体出口连通孔22a-燃料气体入口连通孔22b-燃料气体出口连通孔24a-冷却介质入口连通孔Mb-冷却介质出口连通孔26-固体高分子电解质膜28-阴极侧电极^a、30a-气体扩散层28b,30b-电极催化剂层30-阳极侧电极34-氧化剂气体流路34a、40a-波状流路槽部36a、42a_ 入口缓冲部36b、42b-出 口 缓冲部40-燃料气体流路46-冷却介质流路50、52-密封部件具体实施方式如图1所示，本专利技术的第一实施方式的燃料电池10是利用第一隔板14和第二隔 板16夹持电解质膜电极构造体12而构成的。在燃料电池10的长边方向(箭头C方向)的上端缘部设有在箭头A方向上互相 连通的、用于供应氧化剂气体例如含氧气体的氧化剂气体入口连通孔20a以及用于供应燃 料气体例如含氢气体的燃料气体入口连通孔22a。在燃料电池10的长边方向(箭头C方向)的下端缘部设有在箭头A方向上互相 连通的、用于排出燃料气体的燃料气体出口连通孔22b以及用于排出氧化剂气体的氧化剂 气体出口连通孔20b。在燃料电池10的短边方向(箭头B方向)的一端缘部设有在箭头A方向上互相 连通的、用于供应冷却介质的冷却介质入口连通孔Ma，并且在所述燃料电池10的短边方 向的另一端缘部设有用于排出所述冷却介质的冷却介质出口连通孔Mb。如图1 图3所示，电解质膜电极构造体12例如包括在全氟磺酸的薄膜中含浸有 水的固体高分子电解质膜26和夹持所述固体高分子电解质膜沈的阴极侧电极(第一电 极) 及阳极侧电极(第二电极)30。阳极侧电极30具有的表面积小于阴极侧电极观的 表面积，构成所谓的台阶型MEA。如图2所示，阴极侧电极观具有气体扩散层28a和电极催化剂层^b，气体扩散 层^a由碳纸等构成，电极催化剂层28b是将表面带有白金合金的多孔质碳粒子均勻涂敷 在所述气体扩散层^a的表面上而形成的。阳极侧电极30具有气体扩散层30a和电极催 化剂层30b，气体扩散层30a由碳纸等构成，电极催化剂层30b是将表面带有白金合金的多 孔质碳粒子均勻涂敷在所述气体扩散层30a的表面上而形成的。电极催化剂层^b、30b形成在固体高分子电解质膜沈的两面。电极催化剂层^b、 30b如后所述，在固体高分子电解质膜沈的两面形成在规定的催化剂涂敷区域H内(参考 图3)。第一隔板14以及第二隔板16例如由钢板、不锈钢板、铝板、镀处理钢板或者对其 金属表面实施了防腐蚀用的表面处理的纵长形状的金属板构成。第一隔板14以及第二隔 板16的平面具有矩形形状，且具有纵长形状，并且是通过将金属制薄板冲压加工成波形， 而成形为截面呈凹凸形状。另外，第一隔板14以及第二隔板16也可以不由金属隔板构成， 而例如由碳隔板构成。如图1所示，在第一隔板14的朝向电解质膜电极构造体12的面1 上形成氧化 剂气体流路；34，氧化剂气体流路34连通氧化剂气体入口连通孔20a与氧化剂气体出口连 通孔20b。氧化剂气体流路34具有沿箭头C方向(重力方向)延伸的多个波状流路槽部 34a。在氧化剂气体流路34的入口附近以及出口附近分别设有具有多个压纹(emboss)的 入口缓冲部36a及出口缓冲部36b。在入口缓冲部36a与氧化剂气体入口连通孔20a之间形成多个入口连结通路38a。 在出口缓冲部36b和氧化剂气体出口连通孔20b之间形成多个出口连结通路38b。如图4所示，在第二隔板16的朝向电解质膜电极构造体12的面16a上形成燃料 气体流路40，燃料气体流路40连通燃料气体入口连通孔2 与燃料气体出口连通孔22b。 燃料气体流路40具有沿箭头C方向延伸的多个波状流路槽部40a，并且在燃料气体流路40的入口附近以及出口附近分别设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体高分子型燃料电池，对在电解质膜的两侧配置有一对电极的电解质膜电极构造体与隔板进行层叠，其特征在于，所述隔板设有反应气体流路和出口缓冲部，所述反应气体流路使反应气体沿隔板面在重力方向上流通，所述出口缓冲部与所述反应气体流路的下端连通，所述电解质膜电极构造体构成为：构成所述电极的催化剂涂敷区域的终端位于比所述反应气体流路的下端向上方离开的位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小田优，金冈长之，伊丹俊辅，石丸龙平，坂野雅章，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]