JP2021099953A - Fuel battery unit cell - Google Patents

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Abstract

To provide a fuel battery unit cell capable of suppressing deterioration of an electrolyte layer even when a film protective material has a defective portion.SOLUTION: In a fuel battery unit cell according to the present disclosure, an electrolyte layer, an electrode catalyst layer, and a gas diffusion layer are laminated in this order. Further, in the fuel battery unit cell according to the present disclosure, the electrode catalyst layer is arranged inside the outer periphery of the electrolyte layer when viewed from the stacking direction of the fuel battery unit cell, and the outside a portion in which at least the electrode catalyst layer of the electrolyte layer is arranged includes a coated portion coated with a film protective material containing a first peroxide decomposing substance, and a defective portion not coated with the film protective material, and a second peroxide decomposing substance is placed in the defective portion.SELECTED DRAWING: Figure 1A

Description

本開示は、燃料電池単位セルに関する。 The present disclosure relates to a fuel cell unit cell.

特許文献１が開示するように、電解質膜の外周部分に接着剤（膜保護材）が塗布されており、当該部分で電解質膜と絶縁部が接着剤によって接着されている燃料電池単位セルが知られている。 As disclosed in Patent Document 1, an adhesive (membrane protective material) is applied to the outer peripheral portion of the electrolyte membrane, and the fuel cell unit cell in which the electrolyte membrane and the insulating portion are adhered by the adhesive is known. Has been done.

また、特許文献２が開示するように、シール部材の少なくとも電解質膜を被覆する部分に過酸化物分解触媒を添加した燃料電池単位セルが知られている。 Further, as disclosed in Patent Document 2, a fuel cell unit cell in which a peroxide decomposition catalyst is added to at least a portion of a sealing member that covers an electrolyte membrane is known.

更には、特許文献３が開示するように、電解質膜とセパレーターとの間をシールするシール部材に、過酸化物を分解する過酸化物分解触媒を配置した燃料電池単位セルが知られている。 Further, as disclosed in Patent Document 3, a fuel cell unit cell in which a peroxide decomposition catalyst for decomposing peroxide is arranged in a seal member for sealing between an electrolyte membrane and a separator is known.

特開２０１７−０９７９７０号公報JP-A-2017-097970 特開２００８−２１８１００号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-218100 特開２００５−２６７９０４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-267904

電解質層の化学劣化を抑制するために、過酸化物分解触媒等を含有する膜保護材によって、電解質層を被覆する場合がある。 In order to suppress chemical deterioration of the electrolyte layer, the electrolyte layer may be coated with a membrane protective material containing a peroxide decomposition catalyst or the like.

この様な膜保護材による被覆はスクリーン印刷法等を用いて行うことが考えられるが、この様な方法を用いた場合に、電解質層の面上において、膜保護材が塗布されていない欠損部分（穴あき）が生じることがあり、この様な欠損部分には過酸化物分解触媒が存在しないため、欠損部分近傍の電解質膜の劣化が十分に抑制されない場合があるとの知見を、本発明者は得た。 It is conceivable to cover with such a film protective material by using a screen printing method or the like, but when such a method is used, a defective portion on the surface of the electrolyte layer to which the film protective material is not applied is not applied. The present invention is based on the finding that (perforations) may occur, and since the peroxide decomposition catalyst does not exist in such a defective portion, deterioration of the electrolyte membrane in the vicinity of the defective portion may not be sufficiently suppressed. Got.

本開示は、膜保護材が欠損部分を有する場合においても、電解質層の劣化を抑制することができる、燃料電池単位セルを提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a fuel cell unit cell capable of suppressing deterioration of an electrolyte layer even when the membrane protective material has a defective portion.

本発明者は、以下の手段により上記課題を達成できることを見出した：
電解質層、電極触媒層、及びガス拡散層がこの順に積層されている燃料電池単位セルであって、
前記燃料電池単位セルの積層方向から見たときに、
前記電極触媒層は、前記電解質層の外周よりも内側に配置されており、かつ
前記電解質層のうち少なくとも前記電極触媒層が配置されている部分よりも外側は、第１の過酸化物分解物質を含有している膜保護材によって被覆されている被覆部分と、前記膜保護材によって被覆されていない欠損部分とを有しており、
前記欠損部分には、第２の過酸化物分解物質が配置されている、
燃料電池単位セル。 The present inventor has found that the above problems can be achieved by the following means:
A fuel cell unit cell in which an electrolyte layer, an electrode catalyst layer, and a gas diffusion layer are laminated in this order.
When viewed from the stacking direction of the fuel cell unit cells
The electrode catalyst layer is arranged inside the outer periphery of the electrolyte layer, and at least outside the portion of the electrolyte layer where the electrode catalyst layer is arranged is a first peroxide decomposing substance. It has a coated portion covered with a film protective material containing the above-mentioned film protective material and a defective portion not covered with the film protective material.
A second peroxide decomposing substance is arranged in the defective portion.
Fuel cell unit cell.

本開示によれば、膜保護材が欠損部分を有する場合においても、電解質層の劣化を抑制することができる、燃料電池単位セルを提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a fuel cell unit cell capable of suppressing deterioration of the electrolyte layer even when the membrane protective material has a defective portion.

図１Ａは、本開示の第1の実施形態に従う燃料電池単位セル１００の一部分を示す模式図である。FIG. 1A is a schematic view showing a part of a fuel cell unit cell 100 according to the first embodiment of the present disclosure. 図１Ｂは、本開示の第1の実施形態に従う燃料電池単位セル１００において、電解質層の劣化が抑制される原理を示す模式図である。FIG. 1B is a schematic view showing a principle in which deterioration of the electrolyte layer is suppressed in the fuel cell unit cell 100 according to the first embodiment of the present disclosure. 図２Ａは、本開示の実施形態とは異なる燃料電池単位セル１００’の一部分を示す模式図である。FIG. 2A is a schematic view showing a part of the fuel cell unit cell 100'different from the embodiment of the present disclosure. 図２Ｂは、本開示の実施形態とは異なる燃料電池単位セル１００’において、電解質層が劣化する原理を示す模式図である。FIG. 2B is a schematic view showing the principle of deterioration of the electrolyte layer in the fuel cell unit cell 100'different from the embodiment of the present disclosure. 図３Ａは、本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００の製造工程の一部を示す模式図である。FIG. 3A is a schematic view showing a part of a manufacturing process of the fuel cell unit cell 100 according to the second embodiment of the present disclosure. 図３Ｂは、本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００の製造工程の一部を示す模式図である。FIG. 3B is a schematic view showing a part of a manufacturing process of the fuel cell unit cell 100 according to the second embodiment of the present disclosure. 図３Ｃは、本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００の製造工程の一部を示す模式図である。FIG. 3C is a schematic view showing a part of the manufacturing process of the fuel cell unit cell 100 according to the second embodiment of the present disclosure. 図３Ｄは、本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００の製造工程の一部を示す模式図である。FIG. 3D is a schematic view showing a part of the manufacturing process of the fuel cell unit cell 100 according to the second embodiment of the present disclosure. 図４Ａは、本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００の製造工程において、欠損部分８１に過酸化物分解物質が配置される過程を示す模式図である。FIG. 4A is a schematic view showing a process in which a peroxide decomposing substance is arranged in the defective portion 81 in the manufacturing process of the fuel cell unit cell 100 according to the second embodiment of the present disclosure. 図４Ｂは、本開示の第２の実施形態に従う燃料電池単位セル１００の製造工程において、欠損部分８１に過酸化物分解物質が配置される過程を示す模式図である。FIG. 4B is a schematic view showing a process in which a peroxide decomposing substance is arranged in the defective portion 81 in the manufacturing process of the fuel cell unit cell 100 according to the second embodiment of the present disclosure.

以下、本開示の実施の形態について詳述する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、開示の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail. It should be noted that the present disclosure is not limited to the following embodiments, but can be variously modified within the scope of the purpose of the disclosure.

《燃料電池単位セル》
本開示の燃料電池単位セルは、電解質層、電極触媒層、及びガス拡散層がこの順に積層されている。また、本開示の燃料電池単位セルは、燃料電池単位セルの積層方向から見たときに、電極触媒層は、電解質層の外周よりも内側に配置されており、かつ電解質層のうち少なくとも電極触媒層が配置されている部分よりも外側は、第１の過酸化物分解物質を含有している膜保護材によって被覆されている被覆部分と、膜保護材によって被覆されていない欠損部分とを有しており、欠損部分には、第２の過酸化物分解物質が配置されている。 《Fuel cell unit cell》
In the fuel cell unit cell of the present disclosure, an electrolyte layer, an electrode catalyst layer, and a gas diffusion layer are laminated in this order. Further, in the fuel cell unit cell of the present disclosure, the electrode catalyst layer is arranged inside the outer periphery of the electrolyte layer when viewed from the stacking direction of the fuel cell unit cell, and at least the electrode catalyst among the electrolyte layers. The outside of the portion where the layer is arranged has a coated portion covered with a film protective material containing the first peroxide decomposing substance and a defective portion not covered with the film protective material. A second peroxide decomposing substance is arranged in the defective portion.

原理によって限定されるものではないが、本開示の燃料電池単位セルにおいて、膜保護材が欠損部分を有する場合においても、電解質層の劣化を抑制することができる原理は、以下のとおりである。 Although not limited by the principle, in the fuel cell unit cell of the present disclosure, the principle that deterioration of the electrolyte layer can be suppressed even when the membrane protective material has a defective portion is as follows.

燃料電池単位セルに用いられている電解質層は、燃料電池の使用時における様々な要因によって劣化し得る。この様な劣化の要因の一つとして、反応ガスのクロスリークが挙げられる。具体的には、燃料電池の使用時において、アノード側を流通するアノードガス、例えば水素ガスがカソード側にクロスリークして、カソード側を流通するカソードガス、例えば酸素と反応することによって、過酸化物、例えば過酸化水素が発生して電解質層のカソード側の表面が化学劣化することが考えられる。また、電解質層のアノード側の表面においても同様に、カソードガスのクロスリークによって過酸化物が発生することによる化学劣化が考えられる。 The electrolyte layer used in the fuel cell unit cell can deteriorate due to various factors during use of the fuel cell. One of the causes of such deterioration is cross leakage of the reaction gas. Specifically, when a fuel cell is used, the anode gas flowing on the anode side, for example, hydrogen gas cross-leaks to the cathode side and reacts with the cathode gas flowing on the cathode side, for example, oxygen, thereby peroxidizing. It is conceivable that a substance, for example, hydrogen peroxide, is generated and the surface of the electrolyte layer on the cathode side is chemically deteriorated. Similarly, on the surface of the electrolyte layer on the anode side, chemical deterioration due to the generation of peroxide due to the cross leak of the cathode gas is considered.

上記のような電解質層の化学劣化を抑制するために、例えば過酸化物分解物質が混入された膜保護材によって電解質層を被覆することで、クロスリークによって発生した過酸化物を分解することが考えられる。 In order to suppress the chemical deterioration of the electrolyte layer as described above, for example, by coating the electrolyte layer with a film protective material mixed with a peroxide decomposing substance, the peroxide generated by the cross leak can be decomposed. Conceivable.

膜保護材によって電解質層を被覆する方法としては、例えばスクリーン印刷等が挙げられるが、この様な方法によって形成した膜保護材の膜は、しばしば製造時に一定確率で入り込む気泡によって欠損部分を有し得る。 Examples of the method of coating the electrolyte layer with the film protective material include screen printing, and the film of the film protective material formed by such a method often has a defective portion due to air bubbles that enter with a certain probability during manufacturing. obtain.

この様な膜保護材の膜に欠損部分があると、欠損部分近傍の電解質膜において過酸化物を十分に分解することができず、結果として欠損部分周辺において電解質層の化学劣化を抑制できない場合がある。 If there is a defect in the membrane of such a membrane protective material, the peroxide cannot be sufficiently decomposed in the electrolyte membrane near the defect, and as a result, the chemical deterioration of the electrolyte layer around the defect cannot be suppressed. There is.

これに対して、本開示の燃料電池単位セルは、この様な欠損部分にも過酸化物分解物質を配置しているため、当該部分においても、電解質層の劣化を抑制することができる。 On the other hand, in the fuel cell unit cell of the present disclosure, since the peroxide decomposing substance is also arranged in such a defective portion, deterioration of the electrolyte layer can be suppressed even in such a portion.

本開示の燃料電池単位セルは、例えば第１のセパレーター、第１のガス拡散層、第１の電極触媒層、電解質層、第２の電極触媒層、第２のガス拡散層、及び第２のセパレーターがこの順に積層されている構成を有していることができる。 The fuel cell unit cell of the present disclosure includes, for example, a first separator, a first gas diffusion layer, a first electrode catalyst layer, an electrolyte layer, a second electrode catalyst layer, a second gas diffusion layer, and a second gas diffusion layer. It is possible to have a structure in which the separators are laminated in this order.

ここで、燃料電池単位セルの積層方向から見たときに、第１の電極触媒層は、電解質層の外周よりも内側に配置されており、かつ電解質層のうち少なくとも第１の電極触媒層が配置されている部分よりも外側は、第１の過酸化物分解物質を含有している膜保護材によって被覆されている被覆部分と、膜保護材によって被覆されていない欠損部分とを有しており、欠損部分には、第２の過酸化物分解物質が配置されている。第２の電極触媒層と電解質層との構造に関しても、上記の第１の電極触媒層と電解質層との構造と同様であってよいが、異なっていてもよい。 Here, when viewed from the stacking direction of the fuel cell unit cells, the first electrode catalyst layer is arranged inside the outer periphery of the electrolyte layer, and at least the first electrode catalyst layer of the electrolyte layers is The outside of the arranged portion has a coated portion covered with a film protective material containing the first peroxide decomposing substance and a defective portion not covered with the film protective material. A second peroxide decomposing substance is arranged in the defective portion. The structure of the second electrode catalyst layer and the electrolyte layer may be the same as the structure of the first electrode catalyst layer and the electrolyte layer described above, but may be different.

また、本開示の燃料電池単位セルの外周部分は、第１のセパレーター及び第２のセパレーターとの間に配置されている絶縁部材によってシールされている構成を有していることができる。 Further, the outer peripheral portion of the fuel cell unit cell of the present disclosure may have a configuration in which the outer peripheral portion is sealed by an insulating member arranged between the first separator and the second separator.

本開示の燃料電池単位セルは、例えば、図１Ａに示すような構成を有していることができる。 The fuel cell unit cell of the present disclosure can have, for example, a configuration as shown in FIG. 1A.

図１Ａは、本開示の第1の実施形態に従う燃料電池単位セルの一部分を示す模式図である。 FIG. 1A is a schematic view showing a part of a fuel cell unit cell according to the first embodiment of the present disclosure.

図１Ａに示すように、本開示の第1の実施形態に従う燃料電池単位セル１００は、カソード側セパレーター１、カソード側ガス拡散層２、カソード側電極触媒層３、電解質層４、アノード側電極触媒層５、アノード側ガス拡散層６、及びアノード側セパレーター７がこの順に積層されている。また、本開示の第1の実施形態に従う燃料電池単位セル１００の端部は、カソード側セパレーター１及びアノード側セパレーター７との間に配置されている絶縁部材９によってシールされている。 As shown in FIG. 1A, the fuel cell unit cell 100 according to the first embodiment of the present disclosure includes a cathode side separator 1, a cathode side gas diffusion layer 2, a cathode side electrode catalyst layer 3, an electrolyte layer 4, and an anode side electrode catalyst. The layer 5, the anode-side gas diffusion layer 6, and the anode-side separator 7 are laminated in this order. Further, the end portion of the fuel cell unit cell 100 according to the first embodiment of the present disclosure is sealed by an insulating member 9 arranged between the cathode side separator 1 and the anode side separator 7.

更に、本開示の第1の実施形態に従う燃料電池単位セル１００は、白い矢印で示すように、燃料電池単位セル１００の積層方向から見たときに、カソード側電極触媒層３が、電解質層４の外周よりも内側（即ち図１Ａにおける右側）に配置されており、かつ電解質層４のうち少なくともカソード側電極触媒層３が配置されている部分よりも外側は、第１の過酸化物分解物質を含有している膜保護材８によって被覆されている被覆部分と、膜保護材８によって被覆されていない欠損部分８１とを有しており、欠損部分８１には、第２の過酸化物分解物質８２が配置されている。 Further, in the fuel cell unit cell 100 according to the first embodiment of the present disclosure, as shown by a white arrow, the cathode side electrode catalyst layer 3 is the electrolyte layer 4 when viewed from the stacking direction of the fuel cell unit cell 100. The first peroxide decomposing substance is arranged inside the outer periphery (that is, on the right side in FIG. 1A) and outside the portion of the electrolyte layer 4 where at least the cathode side electrode catalyst layer 3 is arranged. It has a coated portion covered with the film protective material 8 containing the above, and a defective portion 81 not covered with the film protective material 8, and the defective portion 81 has a second peroxide decomposition. The substance 82 is arranged.

また、本開示の第1の実施形態に従う燃料電池単位セル１００において、膜保護材８は接着剤としての役割も有しており、膜保護材８は、絶縁部材９と電解質層４とを互いに接着しており、かつカソード側ガス拡散層２とカソード側電極触媒層３とを接着している。 Further, in the fuel cell unit cell 100 according to the first embodiment of the present disclosure, the membrane protective material 8 also has a role as an adhesive, and the membrane protective material 8 has the insulating member 9 and the electrolyte layer 4 attached to each other. It is adhered, and the cathode side gas diffusion layer 2 and the cathode side electrode catalyst layer 3 are adhered to each other.

図１Ｂは、本開示の第1の実施形態に従う燃料電池単位セル１００において、電解質層４の劣化が抑制される原理を示す模式図である。 FIG. 1B is a schematic view showing a principle in which deterioration of the electrolyte layer 4 is suppressed in the fuel cell unit cell 100 according to the first embodiment of the present disclosure.

図１Ｂに示すように、本開示の第1の実施形態に従う燃料電池単位セル１００では、電解質層４のうち膜保護材８によって被覆されている被覆部分が第１の過酸化物分解物質８３を含有していることに加えて、欠損部分８１においても第２の過酸化物分解物質８２が配置されている。 As shown in FIG. 1B, in the fuel cell unit cell 100 according to the first embodiment of the present disclosure, the coating portion of the electrolyte layer 4 covered with the film protective material 8 contains the first peroxide decomposing substance 83. In addition to being contained, the second peroxide decomposing substance 82 is also arranged in the defective portion 81.

そのため、膜保護材８によって被覆されている被覆部分においては第１の過酸化物分解物質８３が、欠損部分８１においては第２の過酸化物分解物質８２が、それぞれ電解質層４中に溶出して、クロスリークによって発生した過酸化水素を電解質層中において分解することができる。 Therefore, the first peroxide decomposing substance 83 is eluted in the coated portion covered with the film protective material 8, and the second peroxide decomposing substance 82 is eluted in the electrolyte layer 4 in the defective portion 81. Therefore, the hydrogen peroxide generated by the cross leak can be decomposed in the electrolyte layer.

なお、図１Ａ及びＢは、本開示の燃料電池単位セルを限定する趣旨ではない。 Note that FIGS. 1A and 1B are not intended to limit the fuel cell unit cell of the present disclosure.

これに対して、図２Ａに示すように、本開示の実施形態とは異なる燃料電池単位セル１００’では、欠損部分８１において第２の過酸化物分解物質８２が配置されていない。そのため、図２Ｂに示すように、電解質層４のうち膜保護材８によって被覆されている被覆部分では、第１の過酸化物分解物質８３によってクロスリークによって発生した過酸化水素を分解することができるが、欠損部分８１には第２の過酸化物分解物質８２が配置されていないため、当該部分では、クロスリークによって発生した過酸化水素を分解することができない。 On the other hand, as shown in FIG. 2A, in the fuel cell unit cell 100'different from the embodiment of the present disclosure, the second peroxide decomposing substance 82 is not arranged in the defective portion 81. Therefore, as shown in FIG. 2B, the hydrogen peroxide generated by the cross leak can be decomposed by the first peroxide decomposing substance 83 in the coated portion of the electrolyte layer 4 covered with the film protective material 8. However, since the second peroxide decomposing substance 82 is not arranged in the defective portion 81, the hydrogen peroxide generated by the cross leak cannot be decomposed in the portion.

〈ガス拡散層〉
ガス拡散層の材料は、燃料電池用触媒のアノードガス拡散層及び／又はカソードガス拡散層に用いることができる任意の材料であってよい。このような材料としては、例えば、導電性を有する多孔体を挙げることができる。このような多孔体としては、より具体的には、カーボンペーパー、カーボンクロス、及びガラス状カーボンのようなカーボン多孔体、又は金属メッシュ及び発泡金属のような金属多孔体を挙げることができる。 <Gas diffusion layer>
The material of the gas diffusion layer may be any material that can be used for the anode gas diffusion layer and / or the cathode gas diffusion layer of the fuel cell catalyst. Examples of such a material include a porous body having conductivity. More specific examples of such a porous body include a carbon porous body such as carbon paper, carbon cloth, and glassy carbon, or a metal porous body such as a metal mesh and a foamed metal.

〈電極触媒層〉
電極触媒層は、燃料電池単位セルの積層方向から見たときに、電解質層の外周よりも内側に配置されている。 <Electrode catalyst layer>
The electrode catalyst layer is arranged inside the outer periphery of the electrolyte layer when viewed from the stacking direction of the fuel cell unit cells.

ここで、本開示の燃料電池単位セルは、第１及び第２の電極触媒層が電解質層の両面に配置されている構造を有していることができ、第１及び第２の電極触媒層のうち、少なくとも一方が、燃料電池単位セルの積層方向から見たときに、電解質層の外周よりも内側に配置されていてよい。 Here, the fuel cell unit cell of the present disclosure can have a structure in which the first and second electrode catalyst layers are arranged on both sides of the electrolyte layer, and the first and second electrode catalyst layers can be arranged. At least one of them may be arranged inside the outer periphery of the electrolyte layer when viewed from the stacking direction of the fuel cell unit cells.

第１及び第２の電極触媒層は、一方がアノード触媒層であり、他方がカソード触媒層であってよい。なお、アノード触媒層及びカソード触媒層は、触媒金属が担体に担持されている触媒の層である。 One of the first and second electrode catalyst layers may be an anode catalyst layer and the other may be a cathode catalyst layer. The anode catalyst layer and the cathode catalyst layer are layers of a catalyst in which a catalyst metal is supported on a carrier.

電極触媒層が含有している触媒金属は、燃料電池用触媒に用いられる任意の触媒金属であってよい。このような触媒金属としては、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、又はこれらを含む合金等を挙げることができる。 The catalyst metal contained in the electrode catalyst layer may be any catalyst metal used in the fuel cell catalyst. Examples of such a catalyst metal include Pt, Pd, Rh, and alloys containing these.

電極触媒層が含有している担体は、燃料電池用触媒に用いられる任意の担体であってよい。このような単体としては、例えば炭素担体、より具体的には、グラッシーカーボン、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、又は人造黒鉛等からなる炭素粒子を挙げることができる。 The carrier contained in the electrode catalyst layer may be any carrier used for the fuel cell catalyst. Examples of such a simple substance include carbon carriers, and more specifically, carbon particles made of glassy carbon, carbon black, activated carbon, coke, natural graphite, artificial graphite, and the like.

〈電解質層〉
電解質層は、燃料電池単位セルの積層方向から見たときに、少なくとも電極触媒層が配置されている部分よりも外側が、第１の過酸化物分解物質を含有している膜保護材によって被覆されている被覆部分と、膜保護材によって被覆されていない欠損部分とを有しており、欠損部分には、第２の過酸化物分解物質が配置されている。 <Electrolyte layer>
When viewed from the stacking direction of the fuel cell unit cells, the electrolyte layer is covered with a membrane protective material containing a first peroxide decomposing substance, at least outside the portion where the electrode catalyst layer is arranged. It has a coated portion that is covered and a defective portion that is not covered by the film protective material, and a second peroxide decomposing substance is arranged in the defective portion.

ここで、電解質層は、一方の面に第１の電極触媒層が、他方の面に第２の電極触媒層がそれぞれ配置されていることができるが、上記の「第１の過酸化物分解物質を含有している膜保護材によって被覆されている被覆部分と、膜保護材によって被覆されていない欠損部分とを有しており」という記載に関しては、電解質層の少なくとも一方の面、即ち例えば第１の電極触媒層が配置されている面についてそのような構成を有していれば足り、両面がそのような構成を有していることを要しない。 Here, the electrolyte layer may have a first electrode catalyst layer arranged on one surface and a second electrode catalyst layer arranged on the other surface. It has a coated portion covered with a film protective material containing a substance and a defective portion not covered with the film protective material. ”With respect to the description, at least one surface of the electrolyte layer, that is, for example, It suffices to have such a structure on the surface on which the first electrode catalyst layer is arranged, and it is not necessary that both sides have such a structure.

電解質層の材料としては、燃料電池単位セルの電解質層に用いることができる任意の材料を用いることができる。このような材料としては、例えばフッ素系のイオン伝導性を有する高分子膜、より具体的には、パーフルオロスルホン酸を備えるプロトン導電性を有するイオン交換膜等を挙げることができる。 As the material of the electrolyte layer, any material that can be used for the electrolyte layer of the fuel cell unit cell can be used. Examples of such a material include a fluoropolymer-based polymer membrane having ionic conductivity, and more specifically, a proton-conducting ion exchange membrane having perfluorosulfonic acid.

（被覆部分）
本開示の燃料電池セルにおいて、燃料電池セルを積層方向から見たときに、電解質層のうち少なくとも電極触媒層が配置されている部分よりも外側は、第１の過酸化物分解物質を含有している膜保護材によって被覆されている。 (Covered part)
In the fuel cell of the present disclosure, when the fuel cell is viewed from the stacking direction, at least the outside of the electrolyte layer where the electrode catalyst layer is arranged contains the first peroxide decomposing substance. It is covered with a protective material.

膜保護材は、燃料電池単位セルの使用条件において電解質層の表面の化学劣化を抑制するための材料である。 The membrane protective material is a material for suppressing chemical deterioration of the surface of the electrolyte layer under the conditions of use of the fuel cell unit cell.

膜保護材は、例えば第１の過酸化物分解物質を含有する任意の接着剤であってよい。接着剤としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、及びＵＶ硬化性樹脂等の接着性樹脂を用いることができるが、これらに限定されない。なお、接着剤として熱可塑性樹脂を用いる場合には、軟化点が燃料電池単位セルの使用時における発熱温度よりも高いものを用いるのが好ましい。 The film protective material may be, for example, any adhesive containing a first peroxide decomposing substance. As the adhesive, an adhesive resin such as a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and a UV curable resin can be used, but the adhesive is not limited thereto. When a thermoplastic resin is used as the adhesive, it is preferable to use one having a softening point higher than the heat generation temperature when the fuel cell unit cell is used.

膜保護材が接着剤を含有している場合には、膜保護材は、燃料電池単位セルの他の部材を互いに接着させていることができる。より具体的には、膜保護材は、電解質層と絶縁部材とを互いに接着させていることができ、更には、電解質層及び／又は電極触媒層とガス拡散層とを互いに接着させていることができる。 When the membrane protective material contains an adhesive, the membrane protective material can bond other members of the fuel cell unit cell to each other. More specifically, in the membrane protective material, the electrolyte layer and the insulating member can be adhered to each other, and further, the electrolyte layer and / or the electrode catalyst layer and the gas diffusion layer are adhered to each other. Can be done.

第１の過酸化物分解物質としては、過酸化物、例えば過酸化水素を分解する反応を促進する物質、例えば過酸化物分解触媒であるＣｅＯ２であってよい。 The first peroxide decomposing substance may be a peroxide, for example, a substance that promotes a reaction for decomposing hydrogen peroxide, for example, CeO 2 which is a peroxide decomposition catalyst.

（欠損部分）
本開示の燃料電池単位セルにおいて、電解質層は、膜保護材によって被覆されていない欠損部分を有しており、欠損部分には、第２の過酸化物分解物質が配置されている。 (Missing part)
In the fuel cell unit cell of the present disclosure, the electrolyte layer has a defective portion not covered with the membrane protective material, and a second peroxide decomposing substance is arranged in the defective portion.

第２の過酸化物分解物質は、過酸化物、例えば過酸化水素を分解する反応を促進する物質、例えば過酸化物分解触媒であるＣｅＯ２であってよい。第２の過酸化物分解物質は、第１の過酸化物分解物質と同じであっても異なっていてもよい。 The second peroxide decomposing substance may be a peroxide, for example, a substance that promotes a reaction for decomposing hydrogen peroxide, for example, CeO 2 which is a peroxide decomposition catalyst. The second peroxide decomposing substance may be the same as or different from the first peroxide decomposing substance.

〈その他の構成〉
本開示の燃料電池単位セルは、本開示の燃料電池単位セルによる、膜保護材が欠損部分を有する場合においても電解質層の劣化を抑制することができるという効果が得られなくなる場合を除いて、上記の部材以外にも、従来の燃料電池単位セルと同様の部材を有していることができる。このような部材としては、例えばセパレーター及び絶縁部材等を挙げることができるが、これらに限定されない。 <Other configurations>
The fuel cell unit cell of the present disclosure does not have the effect that the deterioration of the electrolyte layer can be suppressed even when the membrane protective material has a defective portion by the fuel cell unit cell of the present disclosure, except for the case where the effect cannot be obtained. In addition to the above members, the same members as those of the conventional fuel cell unit cell can be provided. Examples of such a member include, but are not limited to, a separator and an insulating member.

（セパレーター）
本開示の燃料電池単位セルは、第１及び第２のセパレーターを有していることができる。より具体的には、第１及び第２のセパレーターのうち、一方がアノード側セパレーターであり、他方がカソード側セパレーターであってよい。 (separator)
The fuel cell unit cell of the present disclosure may have first and second separators. More specifically, of the first and second separators, one may be an anode-side separator and the other may be a cathode-side separator.

セパレーターは、ガス拡散層と対向する面に、複数の溝を有していることができ、当該溝によって反応ガス流路が形成されていてよい。溝の形状は、反応ガスをガス拡散層に供給することができる任意の形状であってよく、例えば、サーペンタイン型の溝であってよい。 The separator may have a plurality of grooves on the surface facing the gas diffusion layer, and the reaction gas flow path may be formed by the grooves. The shape of the groove may be any shape capable of supplying the reaction gas to the gas diffusion layer, and may be, for example, a serpentine type groove.

また、セパレーターは、第１のガス連通口、冷却水連通口、及び第２のガス連通口を有していることができる。 Further, the separator may have a first gas communication port, a cooling water communication port, and a second gas communication port.

セパレーターの材料としては、燃料電池単位セルのセパレーターとして用いることができる任意の材料であってよく、ガス不透過性の導電性材料であってよい。このような材料としては、例えばカーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成型した金属板等を挙げることができる。 The material of the separator may be any material that can be used as a separator for the fuel cell unit cell, and may be a gas-impermeable conductive material. Examples of such a material include dense carbon obtained by compressing carbon to make it impermeable to gas, press-molded metal plate, and the like.

（絶縁部材）
絶縁部材は、クロスリークや、電極触媒層同士の電気的短絡を防ぐための部材であり、絶縁性を有している。絶縁部材は、第１及び第２のセパレーターに挟持されている。また、絶縁部材の内縁部は、接着剤により電解質層の外周に接着されていることができる。 (Insulation member)
The insulating member is a member for preventing cross leaks and electrical short circuits between electrode catalyst layers, and has insulating properties. The insulating member is sandwiched between the first and second separators. Further, the inner edge portion of the insulating member can be adhered to the outer periphery of the electrolyte layer by an adhesive.

絶縁部材は、例えば樹脂シートであってよく、具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンナフタレート、又はポリエチレンテレフタレート等のシートを挙げることができる。 The insulating member may be, for example, a resin sheet, and specific examples thereof include sheets such as polyethylene, polypropylene, polyethylene naphthalate, and polyethylene terephthalate.

また、絶縁部材は、樹脂シートの両面に、接着剤として機能する樹脂が設けられていることができる。接着剤は、例えば熱硬化性樹脂を挙げることができるが、紫外線硬化性樹脂であってもよい。 Further, the insulating member may be provided with a resin that functions as an adhesive on both sides of the resin sheet. The adhesive may be, for example, a thermosetting resin, but may be an ultraviolet curable resin.

《燃料電池単位セルの製造方法》
本開示の燃料電池単位セルは、例えば図３Ａ〜Ｄに示す工程を含む方法によって製造することができる。 << Manufacturing method of fuel cell unit cell >>
The fuel cell unit cell of the present disclosure can be manufactured, for example, by a method including the steps shown in FIGS. 3A to 3D.

まず、図３Ａに示すように、カソード側電極触媒層３、電解質層４、アノード側電極触媒層５、及びアノード側ガス拡散層６がこの順に積層されている積層体の、電解質層４上及びカソード側電極触媒層３の外周部分に、過酸化物分解物質を含有する接着剤である膜保護材８を塗工する。 First, as shown in FIG. 3A, on the electrolyte layer 4 and on the laminate in which the cathode side electrode catalyst layer 3, the electrolyte layer 4, the anode side electrode catalyst layer 5, and the anode side gas diffusion layer 6 are laminated in this order. A film protective material 8 which is an adhesive containing a peroxide decomposing substance is applied to the outer peripheral portion of the cathode side electrode catalyst layer 3.

次いで、図３Ｂに示すように、カソード側電極触媒層３の上にカソード側ガス拡散層２を、電解質層４の外周部分に絶縁部材９を、それぞれ配置して、接着剤としての膜保護材８を硬化させる。 Next, as shown in FIG. 3B, a cathode-side gas diffusion layer 2 is arranged on the cathode-side electrode catalyst layer 3, and an insulating member 9 is arranged on the outer peripheral portion of the electrolyte layer 4, and a film protective material as an adhesive is provided. 8 is cured.

次いで、図３Ｃに示すように、膜保護材８が露出している部分に、スプレー２００によって第２の過酸化物分解物質８２を含有する分散媒８４を塗布する。なお、分散媒としては、例えば水を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 3C, the dispersion medium 84 containing the second peroxide decomposing substance 82 is applied to the exposed portion of the film protective material 8 by the spray 200. As the dispersion medium, for example, water can be used.

また、この際に、図４Ａに示すように、電解質層４のうち膜保護材８によって被覆されていない欠損部分８１には、第２の過酸化物分解物質８２が配置される。そして、図４Ｂに示すように、電解質膜が分散媒を吸収する駆動力により、第２の過酸化物分解物質８２は選択的に欠損部分８１に移動する。 At this time, as shown in FIG. 4A, the second peroxide decomposing substance 82 is arranged in the defective portion 81 of the electrolyte layer 4 which is not covered with the film protective material 8. Then, as shown in FIG. 4B, the second peroxide decomposing substance 82 selectively moves to the defective portion 81 by the driving force for the electrolyte membrane to absorb the dispersion medium.

最後に、図３Ｄに示すように、カソード側ガス拡散層２の上にカソード側セパレーター１を、アノード側ガス拡散層６の下にアノード側セパレーター７をそれぞれ配置して、燃料電池単位セルを組立てる。 Finally, as shown in FIG. 3D, the cathode side separator 1 is arranged on the cathode side gas diffusion layer 2, and the anode side separator 7 is arranged under the anode side gas diffusion layer 6, respectively, to assemble the fuel cell unit cell. ..

なお、本開示の燃料電池セルは、上記の工程を含む方法以外の方法によっても製造することができる。また、上記の工程を含む方法に関する記載、図３Ａ〜Ｄ、並びに図４Ａ及びＢは、本開示の燃料電池セルの構成を限定するものではない。 The fuel cell of the present disclosure can also be manufactured by a method other than the method including the above steps. Further, the description regarding the method including the above steps, FIGS. 3A to 3D, and FIGS. 4A and 4B do not limit the configuration of the fuel cell of the present disclosure.

１ カソード側セパレーター
２ カソード側ガス拡散層
３ カソード側電極触媒層
４ 電解質層
５ アノード側電極触媒層
６ アノード側ガス拡散層
７ アノード側セパレーター
８ 膜保護材
８１ 欠損部分
８２ 第２の過酸化物分解物質
９ 絶縁部材
１００ 燃料電池単位セル 1 Cathode side separator 2 Cathode side gas diffusion layer 3 Cathode side electrode catalyst layer 4 Electrolyte layer 5 Anode side electrode catalyst layer 6 Anode side gas diffusion layer 7 Anode side separator 8 Membrane protective material 81 Defect part 82 Second peroxide decomposition Material 9 Insulation member 100 Fuel cell unit cell

Claims (1)

電解質層、電極触媒層、及びガス拡散層がこの順に積層されている燃料電池単位セルであって、
前記燃料電池単位セルの積層方向から見たときに、
前記電極触媒層は、前記電解質層の外周よりも内側に配置されており、かつ
前記電解質層のうち少なくとも前記電極触媒層が配置されている部分よりも外側は、第１の過酸化物分解物質を含有している膜保護材によって被覆されている被覆部分と、前記膜保護材によって被覆されていない欠損部分とを有しており、
前記欠損部分には、第２の過酸化物分解物質が配置されている、
燃料電池単位セル。 A fuel cell unit cell in which an electrolyte layer, an electrode catalyst layer, and a gas diffusion layer are laminated in this order.
When viewed from the stacking direction of the fuel cell unit cells
The electrode catalyst layer is arranged inside the outer periphery of the electrolyte layer, and at least outside the portion of the electrolyte layer where the electrode catalyst layer is arranged is a first peroxide decomposing substance. It has a coated portion covered with a film protective material containing the above-mentioned film protective material and a defective portion not covered with the film protective material.
A second peroxide decomposing substance is arranged in the defective portion.
Fuel cell unit cell.
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