CN103094593A

CN103094593A - 燃料电池

Info

Publication number: CN103094593A
Application number: CN2012104130518A
Authority: CN
Inventors: 杉浦诚治; 新海洋; 田中健一; 川原田美帆子; 浦田健多; 田中之人; 加藤高士
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: US10056619B2; US20130108942A1; CN103094593B

Abstract

提供一种燃料电池，带保护膜电解质膜电极构造体(12)具备：MEA(12a)，其具备夹持固体高分子电解质膜(18)的阴极电极(20)及阳极电极(22)；及保护膜(24a、24b)，其接合于所述固体高分子电解质膜(18)的外周端缘部。带保护膜电解质膜电极构造体(12)具有发电部(46)和边缘部周边(48)。阴极侧隔板(14)及阳极侧隔板(16)在与MEA(12a)相接的外周缘部设有对包括外周端部(20ae、22ae)在内的边缘部周边(48)进行收容的凹部(14c、16c)。

Description

燃料电池

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，其具备电解质膜电极构造体和隔板，其中电解质膜电极构造体在固体高分子电解质膜的两侧设有分别具有电极催化剂层和气体扩散层的第一电极及第二电极，所述隔板配置于所述电解质膜电极构造体的两面。

背景技术

一般而言，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜构成的固体高分子电解质膜。该燃料电池通过隔板夹持电解质膜电极构造体(MEA)，其中电解质膜电极构造体在固体高分子电解质膜的两侧分别配置有由催化剂层(电极催化剂层)和气体扩散层(多孔质碳)构成的阳极电极及阴极电极。该燃料电池通过层叠规定的数量，例如作为车载用燃料电池堆使用。

在这种电解质膜电极构造体中，一方的催化剂层的外周端部位置和另一方的催化剂层的外周端部位置有时相对于固体高分子电解质膜的膜厚度方向相互错开。

例如，日本特开2006-338938号公报(以下，称为现有技术1)所公开的电解质膜-电极接合体如图17所示，具有：高分子电解质膜1a、在所述高分子电解质膜1a的一方的面上形成的阴极催化剂层2a、在所述高分子电解质膜1a的另一方的面上形成的阳极催化剂层3a以及以有效阳极催化剂层的面积大于有效阴极催化剂层的面积的方式在所述阴极催化剂层2a的端部的至少一部分形成的第一密封垫层4a。

而且，相对于高分子电解质膜1a的至少电解质膜-电极接合体的厚度方向，在与阴极催化剂层2a的端部重复的部位，配置有强度比所述高分子电解质膜1a高的加强层5a。

另外，例如，在日本特开2008-135295号公报(以下，称为现有技术2)所公开的固体高分子形燃料电池中，如图18所示，气体扩散层要素1b与膜电极接合体2b的两侧组合而构成。膜电极接合体2b具有高分子电解质膜3b，并且在所述高分子电解质膜3b的两面形成有催化剂层4b。

气体扩散层要素1b例如包括：由碳制的通气性导电材料构成的片状多孔质基材5b；以及含浸在所述多孔质基材5b的周缘部的细孔内的、例如由聚碳酸酯系树脂等热可塑性树脂构成的密封用树脂6b。密封用树脂6b的含浸是通过向层叠配置于周缘部的膜状密封用树脂照射激光而使该膜状密封用树脂熔化来进行的，由此形成密封部7b。

在上述的现有技术1中，通过电解质膜-电极接合体被夹持在隔板间，从而构成燃料电池，并且层叠多个所述燃料电池而作为燃料电池堆使用。为了确保希望的发电性能及密封性能，在层叠方向上对燃料电池堆施加规定的紧固载荷。

此时，阴极催化剂层2a的外周端部(边缘部)被压接向加强层5a，并且阳极催化剂层3a的外周端部(边缘部)被压接向所述加强层5a及高分子电解质膜1a。因此，加强层5a及高分子电解质膜1a在各边缘部附近面压升高而薄壁化，耐久性下降。

另外，在上述的现有技术2中，通常，固体高分子形燃料电池(M EA)被夹持在隔板间，并且通过层叠多个所述固体高分子形燃料电池，从而作为燃料电池堆使用。为了确保希望的发电性能及密封性能，在层叠方向上对燃料电池堆施加规定的紧固载荷。

此时，在密封部7b的内侧设置的发电部(扩散层非含浸部)8b与包括所述密封部7b的扩散层含浸部9b的各自的扬氏模量不同。即，在扩散层含浸部9b中，与发电部8b相比，扬氏模量变高。因此，当对固体高分子形燃料电池施加载荷时，扩散层含浸部9b被压接于高分子电解质膜3b。由此，高分子电解质膜3b在被压接于扩散层含浸部9b的外周缘部载荷升高而薄壁化，导致所述高分子电解质膜3b的耐久性下降。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种燃料电池，在燃料电池的紧固时，不会对电极催化剂层的外周端部施加过剩的载荷，能够可靠地阻止固体高分子电解质膜的损伤。

另外，本发明的目的在于，提供一种燃料电池，在燃料电池的紧固时，不会对配置于树脂含浸部的固体高分子电解质膜施加过剩的载荷，能够可靠地阻止所述固体高分子电解质膜的耐久性的下降。

本发明涉及一种燃料电池，其具备电解质膜电极构造体和隔板，电解质膜电极构造体在固体高分子电解质膜的两侧设有第一电极及第二电极，第一电极及第二电极分别具有电极催化剂层和气体扩散层，隔板配置在所述电解质膜电极构造体的两面。

而且，电解质膜电极构造体具有：在第一电极及第二电极间夹着固体高分子电解质膜的发电部；以及在所述第一电极及所述第二电极的各自的电极催化剂层外周端部间夹着所述固体高分子电解质膜的边缘部，在隔板上，在与所述电解质膜电极构造体相接的面上，形成有收容所述边缘部的凹部。

另外，本发明涉及一种燃料电池，其具备电解质膜电极构造体和隔板，电解质膜电极构造体在固体高分子电解质膜的两侧设有第一电极及第二电极，并且在构成所述第一电极及所述第二电极的气体扩散层的外周端部，设有使树脂含浸的树脂含浸部，隔板配置于所述电解质膜电极构造体的两面。而且，在隔板上，在与电解质膜电极构造体相接的面上，形成有收容树脂含浸部的凹部。

根据本发明，在隔板上，对应于电解质膜电极构造体的边缘部形成有凹部。因此，在燃料电池被紧固时，边缘部的紧固量被设定成小于发电部的紧固量的尺寸。因此，在发电部，确保用来确保发电性能所需的面压，另一方面，在边缘部，能够抑制过剩的紧固力施加于电极催化剂层外周端部。由此，可以具有希望的发电性能，并且可以良好地抑制在边缘部的固体高分子电解质膜的破损。

另外，根据本发明，在隔板上，对应于电解质膜电极构造体的树脂含浸部而形成有凹部。因此，在燃料电池被紧固时，树脂含浸部的紧固量被设定成小于发电部的紧固量的尺寸。因此，在发电部，确保用来确保发电性能所需的面压，另一方面，在树脂含浸部，能够抑制过剩的紧固力施加于固体高分子电解质膜。由此，可以具有希望的发电性能，并且可以良好地抑制树脂含浸部引起的固体高分子电解质膜的耐久性的降低。

上述的目的、特征及优点，可从通过参照附图说明的以下实施方式的说明中更容易理解。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的燃料电池的主要部分分解立体说明图。

图2是所述燃料电池的图1中II-II线剖面说明图。

图3是构成所述燃料电池的带保护膜电解质膜电极构造体的阳极电极侧的主视说明图。

图4是所述燃料电池的紧固前的主要部分剖面说明图。

图5是单电池厚度与发电部面压及边缘部面压之间的关系说明图。

图6是本发明的第二实施方式的燃料电池的主要部分分解立体说明图。

图7是所述燃料电池的主要部分剖面说明图。

图8是所述燃料电池的紧固前的主要部分剖面说明图。

图9是本发明的第三实施方式的燃料电池的主要部分剖面说明图。

图10是本发明的第四实施方式的燃料电池的主要部分剖面说明图。

图11是本发明的第五实施方式的燃料电池的主要部分分解立体说明图。

图12是所述燃料电池的图11中XII-XII线剖面说明图。

图13是构成所述燃料电池的电解质膜电极构造体的阳极电极侧的主视说明图。

图14是所述电解质膜电极构造体与阴极侧隔板及阳极侧隔板的紧固前的局部剖面说明图。

图15是所述电解质膜电极构造体的制造方法的说明图。

图16是MEA厚度与发电部面压及含浸部周边面压之间的关系说明图。

图17是现有技术1所公开的膜电极组装体的说明图。

图18是现有技术2所公开的固体高分子形燃料电池的说明图。

具体实施方式

如图1及图2所示，本发明的第一实施方式的燃料电池10具备：带保护膜电解质膜电极构造体12、以及夹持所述带保护膜电解质膜电极构造体12的阴极侧隔板14及阳极侧隔板16。

阴极侧隔板14及阳极侧隔板16例如由碳隔板构成。需要说明的是，阴极侧隔板14及阳极侧隔板16也可以不用碳隔板，而例如由金属薄板构成。

如图2所示，带保护膜电解质膜电极构造体12具备MEA12a，并且所述MEA12a具有：例如在全氟磺酸(パ一フルオロスルホン酸)的薄膜中含浸有水的固体高分子电解质膜18；以及夹持所述固体高分子电解质膜18的阴极电极(第二电极)20及阳极电极(第一电极)22。固体高分子电解质膜18除了氟系电解质以外，还使用HC(碳化氢)系电解质。

阴极电极20配置于固体高分子电解质膜18的一方的面18a，并且阳极电极22配置于所述固体高分子电解质膜18的另一方的面18b。固体高分子电解质膜18的外周端部比阴极电极20及阳极电极22的外周端部更向外伸展。

阴极电极20设有与固体高分子电解质膜18的面18a接合的电极催化剂层20a以及层叠于所述电极催化剂层20a的气体扩散层20b。阳极电极22设有与固体高分子电解质膜18的面18b接合的电极催化剂层22a以及层叠于所述电极催化剂层22a的气体扩散层22b。

构成阳极电极22的电极催化剂层22a的外周端部22ae的尺寸被设定成：相比构成阴极电极20的电极催化剂层20a的外周端部20ae，更向电极面方向外方突出的尺寸。需要说明的是，也可以与上述构成相反，将阴极电极20的外周端部20ae设成相比阳极电极22的外周端部22ae更向电极面方向外方突出。

电极催化剂层20a、22a是通过如下方式构成的：形成在碳黑上承载白金粒子的催化剂粒子，使用高分子电解质作为离子传导性粘合剂，在该高分子电解质的溶液中均匀混合所述催化剂粒子，制作催化剂膏，将该催化剂膏印刷、涂敷或转印在固体高分子电解质膜18的两面上，由此构成电极催化剂层20a、22a。气体扩散层20b、22b由碳纸等构成，并且相比电极催化剂层20a、22a的外周端部20ae、22ae终端在更靠外方的位置。

如图1～图3所示，带保护膜电解质膜电极构造体12具备由树脂制框部件构成的保护膜24a、24b，保护膜24a、24b由粘结剂接合在固体高分子电解质膜18的面18a、18b的外周端缘部，并且与阴极电极20及阳极电极22的前端部接合。保护膜24a、24b除了例如由PPS(聚苯硫醚)或PPA(聚邻苯二甲酰胺)等构成以外，也可以使用具有弹性的高分子材料。

如图2所示，阴极侧隔板14在与MEA12a相接的外周缘部设有对包括外周端部20ae(边缘部)在内的边缘部周边(后述)进行收容的凹部14c。阳极侧隔板16在与MEA12a相接的外周缘部设有对包括外周端部22ae(边缘部)在内的边缘部周边(后述)进行收容的凹部16c。

在燃料电池10被层叠的状态(被紧固的状态)下，在保护膜24a、24b与阴极侧隔板14的面14a及阳极侧隔板16的面16b之间，分别形成间隙S。通过用阴极侧隔板14和阳极侧隔板16直接夹持保护膜24a、24b，从而用于阻止面压变得过高。

如图1所示，在燃料电池10的箭头A方向(图1中，水平方向)的一端缘部，在层叠方向即箭头B方向上相互连通而沿箭头C方向(铅直方向)排列设有：用于供给氧化剂气体例如含氧气体的氧化剂气体入口连通孔30a、用于供给冷却介质的冷却介质入口连通孔32a、及用于排出燃料气体例如含氢气体的燃料气体出口连通孔34b。

在燃料电池10的箭头A方向的另一端缘部，在箭头B方向上相互连通而沿箭头C方向排列设有：用于供给燃料气体的燃料气体入口连通孔34a、用于排出冷却介质的冷却介质出口连通孔32b、及用于排出氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔30b。

在阴极侧隔板14的朝向带保护膜电解质膜电极构造体12的面14a上，设有与氧化剂气体入口连通孔30a和氧化剂气体出口连通孔30b连通的氧化剂气体流路36。

在阳极侧隔板16的朝向带保护膜电解质膜电极构造体12的面16a上，形成有与燃料气体入口连通孔34a和燃料气体出口连通孔34b连通的燃料气体流路38。在阴极侧隔板14的面14b和阳极侧隔板16的面16b之间，形成有与冷却介质入口连通孔32a和冷却介质出口连通孔32b连通的冷却介质流路40。

在阴极侧隔板14的面14a、14b上，绕该阴极侧隔板14的外周端部一周设有第一密封部件42，并且在阳极侧隔板16的面16a、16b上，绕该阳极侧隔板16的外周端部一周设有第二密封部件44。

第一及第二密封部件42、44例如使用EPDM、NBR、氟橡胶、硅酮橡胶、氟硅橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、苯乙烯橡胶、氯丁二烯或丙烯酸橡胶等密封材料、缓冲材料或者填料材料。

如图2所示，带保护膜电解质膜电极构造体12具有：在阴极电极20及阳极电极22间夹着固体高分子电解质膜18的发电部46；以及对包括电极催化剂层20a、22a的外周端部20ae、22ae在内的区域进行覆盖的边缘部周边48。边缘部周边48对应于设有阴极侧隔板14的凹部14c及阳极侧隔板16的凹部16c的范围L。

在燃料电池10中，在该燃料电池10被层叠时，边缘部周边48的紧固量被设定成小于发电部46的紧固量的尺寸。具体而言，如图4所示，在燃料电池10的组装前，带保护膜电解质膜电极构造体12的发电部46的厚度Tam、阴极侧隔板14的所述发电部46的厚度Tac、阳极侧隔板16的所述发电部46的厚度Taa、所述带保护膜电解质膜电极构造体12的边缘部周边48的厚度Tbm、所述阴极侧隔板14的所述边缘部周边48的厚度Tbc及阳极侧隔板16的所述边缘部周边48的厚度Tba被设定为Tam+Tac+Taa＞Tbm+Tbc+Tba的关系。

更优选的是，设定为Tam×0.8+Tac+Taa＞Tbm+Tbc+Tba的关系。进一步优选的是，设定为Tam×0.6+Tac+Taa＞Tbm+Tbc+Tba的关系。需要说明的是，在燃料电池10被紧固的状态下，包括发电部46在内的所述燃料电池10的厚度(单电池厚度)通过在面压作用下被压缩，从而成为与包括边缘部周边48在内的所述燃料电池10的厚度(单电池厚度)相同的尺寸。

在边缘部周边48中，设定从作为短边侧的阴极电极20的外周端部20ae到凹部14c、16c的内周侧端部的距离L1、以及从作为长边侧的阳极电极22的外周端部22ae到所述凹部14c、16c的外周侧端部的距离L2。距离L1、L2优选设定为0.1mm以上，更优选设定为0.4mm以上，进一步优选设定为2mm以上。

以下说明该燃料电池10的动作。

首先，如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔30a供给含氧气体等氧化剂气体，并且向燃料气体入口连通孔34a供给含氢气体等燃料气体。进而，向冷却介质入口连通孔32a供给纯水或甘醇、油等冷却介质。

因此，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔30a被导入阴极侧隔板14的氧化剂气体流路36，沿箭头A方向移动而被供应给MEA12a的阴极电极20。另一方面，燃料气体从燃料气体入口连通孔34a被导入阳极侧隔板16的燃料气体流路38。燃料气体沿着燃料气体流路38向箭头A方向移动，被供应给MEA12a的阳极电极22。

因此，在各MEA12a，供应给阴极电极20的氧化剂气体和供应给阳极电极22的燃料气体在电极催化剂层内通过电化学反应而被消耗，从而进行发电。

接着，供应给阴极电极20而被消耗的氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔30b被排出向箭头B方向。同样，供应给阳极电极22而被消耗的燃料气体沿着燃料气体出口连通孔34b被排出向箭头B方向。

另外，供应给冷却介质入口连通孔32a的冷却介质在被导入阴极侧隔板14和阳极侧隔板16之间的冷却介质流路40后，沿箭头A方向流通。该冷却介质在冷却MEA12a后，从冷却介质出口连通孔32b排出。

此时，在第一实施方式中，如图2所示，在阴极侧隔板14设有对包括阴极电极20的外周端部20ae在内的边缘部周边48进行收容的凹部14c。同样，在阳极侧隔板16设有对包括阳极电极22的外周端部22ae在内的边缘部周边48进行收容的凹部16c。

此时，如图4所示，在燃料电池10的紧固前，设定为Tam+Tac+Taa＞Tbm+Tbc+Tba的关系。更优选的是，设定为Tam×0.8+Tac+Taa＞Tbm+Tbc+Tba，进一步优选的是，设定为Tam×0.6+Tac+Taa＞Tbm+Tbc+Tba的关系。

因此，可以将燃料电池10的紧固后的固体高分子电解质膜18的面压设定为发电部面压＞边缘部面压。即，如图5所示，根据燃料电池10的厚度(单电池厚度)与面压的关系，算出与希望的发电部面压及边缘部面压对应的紧固后的单电池厚度。

因此，在燃料电池10被紧固时，边缘部周边48的紧固量被设定为小于发电部46的紧固量的尺寸。由此，在发电部46，确保用来确保发电性能所需的面压，另一方面，在边缘部周边48，能够抑制过剩的紧固力施加于电极催化剂层20a、22a的外周端部20ae、22ae。

因此，能够具有希望的发电性能，并且可以良好地抑制作为边缘部的外周端部20ae、22ae引起的固体高分子电解质膜18的破损。尤其，如图4所示，距离L1、L2优选设定为0.1mm以上，更优选设定为0.4mm以上，进一步优选设定为2mm以上。因此，尽可能抑制固体高分子电解质膜18的损伤。

图6是本发明的第二实施方式的燃料电池60的主要部分分解立体说明图。需要说明的是，对于与第一实施方式的燃料电池10相同的构成要素，标注同一参照符号并省略其详细的说明。另外，在以下说明的第三以后的实施方式中也同样，省略其详细的说明。

燃料电池60具备：带保护膜电解质膜电极构造体62；以及夹持所述带保护膜电解质膜电极构造体62的阴极侧隔板64及阳极侧隔板66。

如图7所示，带保护膜电解质膜电极构造体62具备MEA62a，并且所述MEA62a通过阴极电极(第二电极)68和阳极电极(第一电极)70夹持固体高分子电解质膜18。

阴极电极68设有电极催化剂层68a和气体扩散层68b，另一方面，阳极电极70设有电极催化剂层70a和气体扩散层70b。电极催化剂层68a、70a被设定为小于固体高分子电解质膜18的外形尺寸，并且气体扩散层68b、70b被设定为与所述固体高分子电解质膜18相同的外形尺寸。

构成阳极电极70的电极催化剂层70a的外周端部70ae被设定为：比构成阴极电极68的电极催化剂层68a的外周端部68ae更向电极面方向外方突出的尺寸。需要说明的是，也可以与上述的构成相反，将阴极电极68的外周端部68ae构成为比阳极电极70的外周端部70ae更向电极面方向外方突出。

带保护膜电解质膜电极构造体62具备由树脂制框部件构成的保护膜72a、72b，保护膜72a、72b被接合于固体高分子电解质膜18的两方的面18a、18b与气体扩散层68b、70b之间，并且各自的内周缘部侧被接合于电极催化剂层68a、70a与所述气体扩散层68b、70b之间。

阴极侧隔板64在与MEA62a相接的外周缘部设有对包括外周端部68ae(边缘部)在内的边缘部周边48进行收容的凹部64c。阳极侧隔板66在与MEA62a相接的外周缘部设有对包括外周端部70ae(边缘部)在内的边缘部周边48进行收容的凹部66c。

如图8所示，在燃料电池60的组装前，带保护膜电解质膜电极构造体62的发电部46的厚度Tam、阴极侧隔板64的所述发电部46的厚度Tac、阳极侧隔板66的所述发电部46的厚度Taa、所述带保护膜电解质膜电极构造体62的边缘部周边48的厚度Tbm、所述阴极侧隔板64的所述边缘部周边48的厚度Tbc及阳极侧隔板66的所述边缘部周边48的厚度Tba被设定为Tam+Tac+Taa＞Tbm+Tbc+Tba的关系。

更优选的是，设定为Tam×0.8+Tac+Taa＞Tbm+Tbc+Tba的关系。进一步优选的是，设定为Tam×0.6+Tac+Taa＞Tbm+Tbc+Tba的关系。需要说明的是，在燃料电池60被紧固的状态下，包括发电部46在内的所述燃料电池60的厚度(单电池厚度)成为与包括边缘部周边48在内的所述燃料电池60的厚度(单电池厚度)相同的尺寸。

在边缘部周边48，设定从作为短边侧的阴极电极68的外周端部68ae到凹部64c、66c的内周侧端部的距离L3、以及从作为长边侧的阳极电极70的外周端部70ae到所述凹部64c、66c的外周侧端部的距离L4。距离L3、L4优选设定为0.1mm以上，更优选设定为0.4mm以上，进一步优选设定为2mm以上。

在该第二实施方式中，如图7所示，在阴极侧隔板64设有对边缘部周边48进行收容的凹部64c，并且在阳极侧隔板66设有对所述边缘部周边48进行收容的凹部66c。因此，能够得到：燃料电池60具有希望的发电性能，并且能够良好地抑制作为边缘部的外周端部68ae、70ae引起的固体高分子电解质膜18的破损等与上述第一实施方式同样的效果。

图9是本发明的第三实施方式的燃料电池80的主要部分剖面说明图。

燃料电池80具备：带保护膜电解质膜电极构造体12；以及夹持所述带保护膜电解质膜电极构造体12的阴极侧隔板82及阳极侧隔板84。

阴极侧隔板82在与MEA12a相接的外周缘部设有对包括外周端部20ae在内的边缘部周边48进行收容的凹部82c。阳极侧隔板84在与MEA12a相接的外周缘部设有对包括外周端部22a e在内的边缘部周边48进行收容的凹部84c。在燃料电池80的紧固状态下，在凹部82c的内壁面与气体扩散层20b之间形成间隙S1，另一方面，在凹部84c的内壁面与气体扩散层22b之间形成间隙S2。

在该第三实施方式中，能够得到：具有希望的发电性能，并且能够良好地抑制作为边缘部的外周端部20ae、22ae引起的固体高分子电解质膜18的破损等与上述第一及第二实施方式同样的效果。

图10是本发明的第四实施方式的燃料电池90的主要部分剖面说明图。

燃料电池90具备：带保护膜电解质膜电极构造体62；以及夹持所述带保护膜电解质膜电极构造体62的阴极侧隔板92及阳极侧隔板94。

阴极侧隔板92在与MEA62a相接的外周缘部设有对包括外周端部68ae在内的边缘部周边48进行收容的凹部92c。阳极侧隔板94在与MEA62a相接的外周缘部设有对包括外周端部70ae在内的边缘部周边48进行收容的凹部94c。在燃料电池90的紧固状态下，在凹部92c的内壁面与气体扩散层68b之间形成有间隙S3，另一方面，在凹部94c的内壁面与气体扩散层70b之间形成有间隙S4。

在该第四实施方式中，能够得到：具有希望的发电性能，并且能够良好地抑制作为边缘部的外周端部68ae、70ae引起的固体高分子电解质膜18的破损等与上述的第一～第三实施方式同样的效果。

图11是本发明的第五实施方式的燃料电池100的主要部分分解立体说明图。

燃料电池100具备：电解质膜电极构造体102；以及夹持所述电解质膜电极构造体102的阴极侧隔板104及阳极侧隔板106。

如图12所示，构成阴极电极20的电极催化剂层20a的外周端部20ae被设定为如下尺寸：终端在与构成阳极电极22的电极催化剂层22a的外周端部22ae相同的位置上。需要说明的是，外周端部20ae与外周端部22ae的终端也可以在互不相同的位置上。

如图11～图13所示，电解质膜电极构造体102具备画框形状的含浸用树脂部件110、112，含浸用树脂部件110、112接合于固体高分子电解质膜18的面18a、18b的外周缘部，并且含浸在阴极电极20及阳极电极22的前端部。

含浸用树脂部件110、112具有树脂含浸部110a、112a，树脂含浸部110a、112a在气体扩散层20b、22b的外周缘部延伸而含浸到电极催化剂层20a、22a的外周端部内方(与电极催化剂层20a、22a具有重合部)。作为含浸用树脂部件110、112，例如可以采用PVDF(聚偏氟乙烯)或PPS(聚苯硫醚)等树脂材料。

如图12所示，阴极侧隔板104在与电解质膜电极构造体102相接的外周缘部，设有对包括树脂含浸部110a在内的含浸部周边(后述)进行收容的凹部104c。阳极侧隔板106在与电解质膜电极构造体102相接的外周缘部，设有对包括树脂含浸部112a在内的含浸部周边(后述)进行收容的凹部106c。凹部104c、106c的内方端面位置从树脂含浸部110a、112a的内周端部位置离开有距离L。

在燃料电池100被层叠的状态(被紧固的状态)下，在气体扩散层20b、22b的外周，在含浸用树脂部件110、112与阴极侧隔板104及阳极侧隔板106之间分别形成有间隙S。在阴极侧及阳极侧，优选设定为同一间隙S。

通过设置间隙S，能够防止在电解质膜电极构造体102的发电部和周边部之间产生弯曲。而且，通过用阴极侧隔板104和阳极侧隔板106直接夹持含浸用树脂部件110、112，从而阻止面压变得过高。

需要说明的是，含浸用树脂部件110、112及固体高分子电解质膜18的终端也可以是与气体扩散层20b、22b的外周端部相同的位置。另外，在气体扩散层20b、22b的外周缘部与阴极侧隔板104及阳极侧隔板106之间也可以配置密封件。

如图12所示，电解质膜电极构造体102具有：在阴极电极20及阳极电极22间夹着固体高分子电解质膜18的发电部46；以及对包括树脂含浸部110a、112a在内的区域进行覆盖的含浸部周边114。在发电部46和含浸部周边114的边界部位，也可以在阴极侧隔板104及阳极侧隔板106的各段部设置圆角。

在燃料电池100中，在层叠该燃料电池100时，含浸部周边114的紧固量被设定成小于发电部46的紧固量的尺寸。具体而言，如图14所示，在燃料电池100的组装前，电解质膜电极构造体102的发电部46的厚度Tam、阴极侧隔板104的所述发电部46的厚度Tac、阳极侧隔板106的所述发电部46的厚度Taa、所述电解质膜电极构造体102的含浸部周边114的厚度Tbm、所述阴极侧隔板104的所述含浸部周边114的厚度Tbc及阳极侧隔板106的所述含浸部周边114的厚度Tba被设定成Tam+Tac+Taa＞Tbm+Tbc+Tba的关系。

更优选的是，算上燃料电池100被紧固的状态的单电池厚度Tcell、发电部46的气体扩散层20b、22b的紧固时的扬氏模量Ea、及树脂含浸部110a、112a的所述气体扩散层20b、22b的紧固时的扬氏模量Eb，还设定成Tam+Tac+Taa-Tcell＞(Tbm+Tbc+Tba-Tcell)×Eb÷Ea的关系。

接着，以下对制造电解质膜电极构造体102的方法进行说明。

首先，如图15所示，制作电解质膜电极构造体要素102a。具体而言，在固体高分子电解质膜18的两方的面18a、18b上涂敷电极催化剂层20a、22a。然后，在固体高分子电解质膜18的面18a侧即在电极催化剂层20a配置气体扩散层20b，并且在所述固体高分子电解质膜18的面18b即在电极催化剂层22a配置气体扩散层22b。通过将它们一体层叠并进行热压处理，从而制作电解质膜电极构造体要素102a。

接着，在电解质膜电极构造体要素102a配置含浸用树脂部件110、112。含浸用树脂部件110、112从固体高分子电解质膜18的外周端部延伸到气体扩散层20b、22b的外周缘部的内部，进而延伸到电极催化剂层20a、22a的外周端部内侧。

然后，含浸用树脂部件110、112在被施加载荷的状态下，例如通过激光熔敷、红外线熔敷或脉冲熔敷等被加热熔化。因此，加热熔化的含浸用树脂部件110、112在气体扩散层20b、22b的外周缘部延伸而含浸到电极催化剂层20a、22a的外周端部内侧，由此形成树脂含浸部110a、112a。由此，制造电解质膜电极构造体102。

在第五实施方式中，此时，如图12所示，在燃料电池100的压缩时(紧固时)，发电部46的紧固量为Tam+Tac+Taa-Tcell，另一方面，含浸部周边114的紧固量为Tbm+Tbc+Tba-Tcell。而且，在发电部46，在固体高分子电解质膜18的两方的面18a、18b设有气体扩散层20b、22b，另一方面，在含浸部周边114，在所述气体扩散层20b、22b设有树脂含浸部110a、112a。

因此，如果发电部46的紧固量与含浸部周边114的紧固量为同一尺寸的话，则在所述含浸部周边114产生比所述发电部46高的面压。这是因为，在同一紧固量下，含浸部周边部面压＝发电部面压×Eb÷Ea。

在此，在含浸部周边114，通过减小紧固量，需要减小在使用状态下的面压，并且未进行发电，所以希望使面压小于发电部46的面压。

因此，通过设定成Tam+Tac+Taa-Tcell＞(Tbm+Tbc+Tba-Tcell)×Eb÷Ea的关系，从而在紧固时，可以设定成发电部面压＞含浸部周边面压。即，如图16所示，根据电解质膜电极构造体102的厚度(MEA厚度)与面压的关系，算出与希望的发电部面压及含浸部周边面压对应的发电部紧固量及含浸部周边面压紧固量。

因此，在发电部46，确保用来确保发电性能所需的面压，另一方面，在含浸部周边114，可以抑制施加于固体高分子电解质膜18的面压。由此，在第五实施方式中，能够具有希望的发电性能，并且可以良好地抑制在含浸部周边114的固体高分子电解质膜18的损伤等。

Claims

1.一种燃料电池，其具备：

电解质膜电极构造体(12)，其在固体高分子电解质膜(18)的两侧设有第一电极(22)及第二电极(20)，所述第一电极(22)及第二电极(20)分别具有电极催化剂层(22a、20a)和气体扩散层(22b、20b、68b、70b)；以及

隔板(14、16)，其配置于所述电解质膜电极构造体(12)的两面，

其特征在于，

所述电解质膜电极构造体(12)具有：在所述第一电极(22)及所述第二电极(20)间夹着所述固体高分子电解质膜(18)的发电部(46)；以及在所述第一电极(22)及所述第二电极(20)的各自的电极催化剂层外周端部间夹着所述固体高分子电解质膜(18)的边缘部，

在所述隔板(14、16)上，在与所述电解质膜电极构造体(12)相接的面形成有收容所述边缘部的凹部(14c、16c)。

2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，

构成所述第一电极(22)的电极催化剂层(22a)的外周端部(22a

e)被设定成比构成所述第二电极(20)的电极催化剂层(20a)的外周端部(20ae)更向电极面方向外方突出的尺寸。

3.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，

在所述气体扩散层(22b、20b)的外周设有保护膜(24b、24a)。

4.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，

在所述固体高分子电解质膜(18)与所述气体扩散层(68b、70b)之间设有保护膜(72a、72b)。

5.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，

在层叠所述燃料电池时，在比所述边缘部更靠电极面方向外方在所述电解质膜电极构造体(12)与所述隔板(14、16)之间形成有间隙。

6.一种燃料电池，其具备：

电解质膜电极构造体(102)，其在固体高分子电解质膜(18)的两侧设有第一电极(22)及第二电极(20)，并且在构成所述第一电极(22)及所述第二电极(20)的气体扩散层(22b、20b)的外周端部设有使树脂含浸的树脂含浸部(112a、110a)；以及

隔板(104、106)，其配置于所述电解质膜电极构造体(102)的两面，

其特征在于，

在所述隔板(104、106)上，在与所述电解质膜电极构造体(102)相接的面上形成有收容所述树脂含浸部(110a、112a)的凹部(104c、106c)。

7.如权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，

所述固体高分子电解质膜(18)被设定成比所述第一电极(22)及所述第二电极(20)的外周端部更向电极面方向外方突出的尺寸，并且

所述树脂含浸部(110a、112a)是从所述固体高分子电解质膜(18)的外周端部延伸到所述气体扩散层(20b、22b)的内部的具有画框形状的含浸用树脂部件(110、112)的一部分。

8.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，

在所述燃料电池被紧固的状态下，在所述气体扩散层(20b、22b)的外周，在所述含浸用树脂部件(110、112)与所述隔板(104、106)之间形成有间隙。