膜电极接合体及其制造方法、以及燃料电池技术

本发明专利技术提供一种膜电极接合体及其制造方法、以及燃料电池，能够进一步提高燃料电池的发电性能，在本发明专利技术中，使隔着彼此相邻的气体通路（２１）的肋部（２２）的多孔度低于肋部的下方区域（２３）的多孔度。由此，能够抑制肋部的变形和反应气体的过度透过，从而能够进一步提高发电性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及作为燃料气体使用纯氢气、甲醇等液体燃料、或者来自化石燃料等的改性氢气等的还原剂，作为氧化剂气体使用空气(氧气)等的燃料电池，详细涉及该燃料电池具备的膜电极接合体及其制造方法。
技术介绍
对于燃料电池例如高分子电解质型燃料电池，通过使含有氢气的燃料气体和含有空气等氧气的氧化剂气体在具有钼等的催化剂的气体扩散层进行电化学反应，由此同时产生电力和热。图30是示意表示现有的高分子电解质型燃料电池的基本结构的剖面图。高分子电解质型燃料电池的单体电池(也称为电池单元)100具有膜电极接合体110(以下，称为 MEA =Membrane Electrode Assembly)和在MEAllO的两面配置的一对板状的导电性的隔离器 120,120οMEAllO具备选择性地输送氢离子的高分子电解质膜(离子交换树脂膜)111、和在该高分子电解质膜111的两面形成的一对电极层112。一对电极层112具有催化剂层 113，将承载钼系金属催化剂的碳粉末作为主要成分；和气体扩散层114(也称为GDL)，在该催化剂层113上形成，具有集电作用、气体透过性和憎水性。气体扩散层114由基材115和表面涂层(憎水碳层)116构成，该基材115由碳纤维组成，该表面涂层116由碳和憎水材料组成。在一对的隔离器120、120，分别在与气体扩散层114抵接的主面，设有用于使作为反应气体的燃料气体或氧化剂气体流过的矩形截面的气体通路121。设置在一个隔离器 120的气体通路121是用于通过燃料气体的燃料气体通路，设置在另一个隔离器的气体通路121是用于通过氧化剂气体的氧化剂气体通路。此外，在一对隔离器120、120的彼此相邻的面设有冷却水通路122，用于通过冷却水等。通过一个气体通路121向一个电极层112 提供燃料气体，并且通过另一个气体通路121向另一个电极层112提供氧化剂气体，从而引起电化学反应，产生电力和热。如上述那样构成的电池单元100如图30所示层叠一个以上，一般情况下将彼此相邻的电池单元100串联电连接来使用。另外，此时彼此层叠的电池单元100为了防止气体泄漏且降低接触电阻，由螺栓等的连结部件130以规定的连结压进行加压连结。因此，MEAllO 与隔离器120以规定的压力面接触。此时，隔离器120具有用于将彼此相邻的MEA110、 110串联电连接的集电性。此外，为了防止电化学反应所需的气体泄漏至外部，在一对隔离器120、120之间以覆盖催化剂层113和气体扩散层114的侧面的方式配置密封部件(衬垫)117。近年来，在燃料电池的领域中要求更低的成本，从降低各构成部件的单价、削减部件数量等观点出发，提出了各种低成本化的技术。作为其中一种提出了如下技术不将气体通路121设置在隔离器120，而是设置在气体扩散层114。在图30所示的现有的燃料电池中，在隔离器120设置气体通路121。作为实现该结构的方法，例如有如下方法，即作为隔离器120的材料使用碳和树脂，使用具有对应于气体通路121的形状的矩形截面的凸部的模具对其进行射出成型。然而，该情况下存在制造成本较高的问题。此外，作为实现上述结构的其他方法，还有作为隔离器120的材料使用金属，利用具有对应于气体通路121形状的矩形截面的凸部的模具对该金属进行轧制的方法。然而，该情况下尽管与上述射出成型法相比能够实现低成本化，但是另一方面存在隔离器120容易腐蚀，从而作为燃料电池的发电性能下降的问题。再有，气体扩散层114为了具备气体扩散性，由多孔材质部件构成。因此，将气体通路121形成在气体扩散层114要比形成在隔离器容易，有利于实现低成本化和高发电性能。作为具有这种结构的气体扩散层，例如专利文献1 (JP特开2006-339089号公报)中有所记载。在专利文献1中记载了如下技术利用具备以长方体形状伸长的多个通路型的成型模具，通过抄纸法对以碳纤维为基材的多孔材质部件进行成型，在成型之后拔出该成型模具，从而在气体扩散层的内部形成气体通路。专利文献1 JP特开2006-339089号公报然而，在燃料电池中要求进一步提高发电性能，而在上述现有结构中存在发电性能不充分的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种能够进一步提高燃料电池的发电性能的膜电极接合体及其制造方法、以及具备该膜电极接合体的燃料电池。为了实现上述目的，本专利技术以如下方式构成。根据本专利技术，提供一种膜电极接合体，其具有高分子电解质膜；一对催化剂层，以夹着所述高分子电解质膜的方式设置；和气体扩散层，以夹着所述一对催化剂层和所述高分子电解质膜的方式成对设置， 其中至少一个由以导电性粒子和高分子树脂为主要成分的多孔材质部件构成，具有与所述催化剂层接触的第1主面和位于其相反侧的第2主面，在所述第2主面侧以彼此相邻的方式形成多个气体通路，隔着所述彼此相邻的气体通路的肋部的多孔度形成得低于位于所述第1主面侧的所述肋部的下方区域的多孔度。根据本专利技术所涉及的膜电极接合体，由于隔着彼此相邻的气体通路的肋部的多孔度低于所述肋部的下方区域的多孔度，因此能够抑制肋部的变形和反应气体的过度透过， 从而能够进一步提高燃料电池的发电性能。本专利技术的目的和特征通过与附图相关的优选的实施方式的叙述可进一步明确。 附图说明图1是示意表示本专利技术的第1实施方式所涉及的燃料电池的基本结构的截面图。图2是图1所示的燃料电池具备的气体扩散层的放大立体图。图3是表示图1所示的燃料电池具备的气体扩散层的制造方法的一例的流程图。5图4A是示意表示图1所示的燃料电池具备的气体扩散层的制造方法的一例的说明图。图4B是表示接着图4A的工序的说明图。图5是表示模具的截面形状的第1变形例的截面图。图6是表示模具的截面形状的第2变形例的截面图。图7是表示模具的截面形状的第2变形例的截面图。图8是表示与图3所示的制造方法不同的其他制造方法的流程图。图9是表示与图3和图8所示的制造方法不同的其他制造方法的流程图。图10是示意表示本专利技术的第2实施方式所涉及的燃料电池的基本结构的截面图。图11是图10所示的燃料电池具备的气体扩散层的放大立体图。图12是表示图10所示的燃料电池具备的气体扩散层的制造方法的一例的流程图。图13A是示意表示图10所示的燃料电池具备的气体扩散层的制造方法的一例的说明图。图13B是表示接着图13A的工序的说明图。图13C是表示接着图13B的工序的说明图。图14是表示构成在模具中设置的突起部的平板的立体图。图15A是示意表示与图13A 图13C所示的制造方法不同的其他制造方法的说明图。图15B是表示接着图15A的工序的说明图。图15C是表示接着图15B的工序的说明图。图16是示意表示本专利技术的第3实施方式所涉及的燃料电池的基本结构的截面图。图17是图16所示的燃料电池具备的气体扩散层的放大立体图。图18是示意表示拱形截面形状的气体通路的一例的说明图。图19是示意表示拱形截面形状的气体通路的其他例子的说明图。图20是表示图16所示的气体扩散层的制造方法的一例的流程图。图21A是示意表示图16所示的气体扩散层的制造方法的一例的说明图。图21B是表示接着图21A的工序的说明图。图22是表示在气体扩散层安装了隔离器的状态的图。图23是表示压力损耗相对于气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种膜电极接合体，其具有：高分子电解质膜；一对催化剂层，以夹着所述高分子电解质膜的方式设置；和气体扩散层，以夹着所述一对催化剂层和所述高分子电解质膜的方式成对设置，其中至少一个由以导电性粒子和高分子树脂为主要成分的多孔材质部件构成，具有与所述催化剂层接触的第１主面和位于其相反侧的第２主面，在所述第２主面侧以彼此相邻的方式形成多个气体通路，隔着所述彼此相邻的气体通路的肋部的多孔度形成得低于位于所述第１主面侧的所述肋部的下方区域的多孔度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山内将树，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP