CN112582637A - 燃料电池单位电池 - Google Patents

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Abstract

本公开的燃料电池单位电池在第1部分中具有粘接层，由此，在第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分之间，粘接层将第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，在第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间，粘接层粘接于膜电极接合体的外周缘部分，并且，在第1分隔件与支承框架之间、和/或第2分隔件与支承框架之间，粘接层将第1分隔件与支承框架、和/或第2分隔件与支承框架互相粘接。

Description

燃料电池单位电池
技术领域
本公开涉及燃料电池单位电池。
背景技术
近年来，已知有通过使阳极气体(例如氢)和阴极气体(例如氧)进行化学反应来进行发电的燃料电池。
作为这样的燃料电池的构成要素即燃料电池单位电池，已知有具有以下结构的燃料电池单位电池：在膜电极接合体的双面配置有气体扩散层及分隔件，所述膜电极接合体具有电解质膜及配置于电解质膜的双面的电极催化剂层。
日本专利第5681792关于燃料电池单位电池公开了以下的构造：在膜电极接合体的外周设置有树脂制框构件，且树脂制框构件的一部分含浸于气体扩散层，膜电极接合体和树脂制框构件被固定。
另外，日本特开2016-162649关于燃料电池单位电池公开了将膜电极接合体和支承框架通过粘接层而固定的构造。
发明内容
本公开人得到了以下的见解：在制造日本专利第5681792及日本特开2016-162649所公开的燃料电池单位电池时、互相层叠而制造燃料电池层叠体时及使用燃料电池层叠体时即发电时等，因产生燃料电池单位电池的内部构造(例如膜电极接合体及气体扩散层等)的断裂和/或破损，燃料电池单位电池有时会劣化。
更具体而言，能够举出以下这样的问题。
日本专利第5681792及日本特开2016-162649公开了具有支承框架和膜电极接合体由粘接层粘接的构造的燃料电池单位电池。
在燃料电池单位电池具有这样的构造的情况下，在制造燃料电池单位电池时及层叠燃料电池单位电池而制造燃料电池层叠体时，在燃料电池单位电池的面内方向上，有时会向膜电极接合体和支承框架施加互相分离的方向或接近的方向的应力。
另外，若使用燃料电池单位电池，则燃料电池单位电池内的构件的温度因发热而变化。并且，在支承框架和气体扩散层的热膨胀率不同的情况(例如对支承框架使用了树脂片且对气体扩散层使用了碳纤维无纺布等的情况)下，若使用燃料电池单位电池，则支承框架的气体扩散层侧的端部与固定于气体扩散层的膜电极接合体的相对的位置关系有时因发热而变化。由此，在燃料电池单位电池的面内方向上，有时会向膜电极接合体和支承框架施加互相分离的方向或接近的方向的应力。
由此，强度比较弱的膜电极接合体可能会因在燃料电池单位电池的面内方向中的端部方向(即燃料电池单位电池的端部方向)上被拉长而破断，或者因在燃料电池单位电池的面内方向中的中心方向(即燃料电池单位电池的中心方向)上被按压而产生褶皱等。
另外，在采用了如日本特开2016-162649所公开的在支承框架与气体扩散层之间存在间隙的结构的情况下，在使用了燃料电池单位电池时，在该间隙的部分(即膜电极接合体露出的部分)处，因阴极侧及阳极侧的气体的压力差，燃料电池单位电池的该部分在厚度方向上变形，可能会破断。
而且，由于分隔件和气体扩散层未被固定，所以在例如因从燃料电池单位电池的外部施加应力而燃料电池单位电池在面内方向上发生了挠曲的情况下，在分隔件与气体扩散层之间产生偏移，气体扩散层相对于分隔件相对地在面内方向中的端部方向或中心方向(即燃料电池单位电池的端部方向或中心方向)上动作，从而强度相对低的膜电极接合体可能会破断。
因此，要求燃料电池单位电池的进一步的耐久性的提高。
本公开的目的在于，提供机械性的耐久性高的燃料电池单位电池。
本公开人发现了，能够通过以下的技术方案而达成上述课题：
《方案1》
一种燃料电池单位电池，具备：
(I)电极层叠体，具有下述(a)、(b)及(c)，
(a)膜电极接合体，在电解质层的两侧面上分别层叠有电极催化剂层，
(b)第1气体扩散层，以残留所述膜电极接合体的外周缘部分的方式层叠于所述膜电极接合体的第1面，
(c)第2气体扩散层，层叠于所述膜电极接合体的第2面；
(II)支承框架，配置于所述第1气体扩散层的外周；
(III)第1分隔件，层叠于所述电极层叠体的所述第1气体扩散层侧，固定于所述支承框架，且与所述第1气体扩散层抵接；及
(IV)第2分隔件，层叠于所述电极层叠体的所述第2气体扩散层侧，固定于所述支承框架，且与所述第2气体扩散层抵接，
在所述燃料电池单位电池的第1部分中，
具有粘接层，由此，
在所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间，所述粘接层将所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，
在所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间，所述粘接层粘接于所述膜电极接合体的外周缘部分，并且，
在所述第1分隔件与所述支承框架之间、和/或所述第2分隔件与所述支承框架之间，所述粘接层将所述第1分隔件与所述支承框架、和/或所述第2分隔件与所述支承框架互相粘接。
《方案2》
在方案1所述的燃料电池单位电池中，可以是，在所述第1部分中，所述粘接层的一部分含浸于所述第1气体扩散层的外周缘部分。
《方案3》
在方案1或2所述的燃料电池单位电池中，可以是，在所述第1部分中，所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间的所述粘接层的厚度为所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间的长度的50％以上。
《方案4》
在方案1～3中任一项所述的燃料电池单位电池中，可以是，在所述第1部分中，所述粘接层在所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间将所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分互相粘接。
《方案5》
在方案1～4中任一项所述的燃料电池单位电池中，可以是，在所述第1部分中，在所述第1分隔件与所述支承框架之间，所述粘接层将所述第1分隔件与所述支承框架互相粘接。
《方案6》
在方案5所述的燃料电池单位电池中，可以是，在所述燃料电池单位电池的第2部分中，
所述第1分隔件具有反应气体流路，
从所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间通过所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间而到所述第1分隔件与所述支承框架之间延伸有罩板，并且，
在所述罩板与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间，所述粘接层将所述罩板与所述第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，
在所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间，所述粘接层粘接于所述膜电极接合体的外周缘部分，并且，
在所述罩板与所述支承框架之间，所述粘接层将所述罩板与所述支承框架互相粘接，由此，
所述粘接层被从所述第1分隔件的所述反应气体流路隔离。
《方案7》
在方案6所述的燃料电池单位电池中，可以是，在所述第2部分中，在所述第1分隔件与所述支承框架之间，所述粘接层将所述第1分隔件与所述支承框架互相粘接。
《方案8》
在方案6或7所述的燃料电池单位电池中，可以是，在所述燃料电池单位电池的第3部分中，
所述燃料电池单位电池在所述第1分隔件与所述支承框架之间具有以横穿所述支承框架的方式将所述燃料电池单位电池的外部与所述反应气体流路连通的连通流路，
从所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间通过所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间而到所述第1分隔件与所述支承框架之间延伸有所述罩板，并且，
在所述罩板与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间，所述粘接层将所述罩板与所述第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，
在所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间，所述粘接层粘接于所述膜电极接合体的外周缘部分，并且，
在所述罩板与所述支承框架之间，所述粘接层将所述罩板与所述支承框架互相粘接，由此，
所述粘接层被从所述连通流路隔离。
《方案9》
在方案1～4中任一项所述的燃料电池单位电池中，可以是，在所述第1部分中，在所述第2分隔件与所述支承框架之间，所述粘接层将所述第2分隔件与所述支承框架互相粘接。
《方案10》
在方案9所述的燃料电池单位电池中，可以是，在所述燃料电池单位电池的第2部分中，
所述第2分隔件具有反应气体流路，
从所述第2分隔件与所述第2气体扩散层之间到所述第2分隔件与所述支承框架之间延伸有罩板，并且，
在所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间，所述粘接层将所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，
在所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间，所述粘接层粘接于所述膜电极接合体的外周缘部分，并且，
在所述罩板与所述支承框架之间，所述粘接层将所述罩板与所述支承框架互相粘接，由此，
所述粘接层被从所述第2分隔件的所述反应气体流路隔离。
《方案11》
在方案10所述的燃料电池单位电池中，可以是，在所述第2部分中，在所述第2分隔件与所述支承框架之间，所述粘接层将所述第2分隔件与所述支承框架互相粘接。
《方案12》
在方案10或11所述的燃料电池单位电池中，可以是，在所述燃料电池单位电池的第3部分中，
所述燃料电池单位电池在所述第2分隔件与所述支承框架之间具有以横穿所述支承框架的方式将所述燃料电池单位电池的外部与所述反应气体流路连通的连通流路，
从所述第2分隔件与所述第2气体扩散层之间到所述第2分隔件与所述支承框架之间延伸有所述罩板，并且，
在所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间，所述粘接层将所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，
在所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间，所述粘接层粘接于所述膜电极接合体的外周缘部分，并且，
在所述罩板与所述支承框架之间，所述粘接层将所述罩板与所述支承框架互相粘接，由此，
所述粘接层被从所述连通流路隔离。
根据本公开，能够提供机械性的耐久性高的燃料电池单位电池。
附图说明
本发明的示例性实施例的特征、优点及技术上和工业上的意义将会在下面参照附图来描述，在这些附图中，同样的附图标记表示同样的要素，
其中：
图1是从第1分隔件30侧观察燃料电池单位电池100时的示意图。
图2A是按照本公开的第1实施方式的燃料电池单位电池100a的沿着与图1的I-I’截面同样的截面的剖视图。
图2B是按照本公开的第2实施方式的燃料电池单位电池100b的沿着与图1的I-I’截面同样的截面I-I’截面的剖视图。
图3A是按照本公开的第3实施方式的燃料电池单位电池100c的沿着与图1的I-I’截面同样的截面I-I’截面的剖视图。
图3B是按照本公开的第4实施方式的燃料电池单位电池100d的沿着与图1的I-I’截面同样的截面I-I’截面的剖视图。
图4是与本公开的实施方式不同的燃料电池单位电池100’的沿着与图1的I-I’截面同样的截面的剖视图。
图5是从第1分隔件30侧观察按照本公开的第5实施方式的燃料电池单位电池100e时的示意图。
图6是按照本公开的第5实施方式的燃料电池单位电池100e的沿着II-II’截面的剖视图。
图7是按照本公开的第6实施方式的燃料电池单位电池100f的沿着与图5的II-II’截面同样的截面的剖视图。
图8是按照本公开的第5实施方式的燃料电池单位电池100e的沿着与图5的III-III’截面同样的截面的剖视图。
图9是按照本公开的第6实施方式的燃料电池单位电池100f的沿着与图5的III-III’截面同样的截面的剖视图。
具体实施方式
以下，对本公开的实施方式进行详述。此外，本公开不限定于以下的实施方式，能够在公开的主旨的范围内各种变形而实施。
本公开的燃料电池单位电池具有：
(I)电极层叠体，具有下述的(a)、(b)及(c)，
(a)膜电极接合体，在电解质层的两侧面上分别层叠有电极催化剂层，
(b)第1气体扩散层，以残留膜电极接合体的外周缘部分的方式层叠于膜电极接合体的第1面，
(c)第2气体扩散层，层叠于膜电极接合体的第2面；
(II)支承框架，配置于第1气体扩散层的外周；
(III)第1分隔件，层叠于电极层叠体的第1气体扩散层侧，固定于支承框架，且与第1气体扩散层抵接；及
(IV)第2分隔件，层叠于电极层叠体的第2气体扩散层侧，固定于支承框架，且与第2气体扩散层抵接。
另外，本公开的燃料电池单位电池在第1部分中具有粘接层，由此，在第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分之间，粘接层将第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，在第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间，粘接层粘接于膜电极接合体的外周缘部分，并且，在第1分隔件与支承框架之间、和/或第2分隔件与支承框架之间，粘接层将第1分隔件与支承框架、和/或第2分隔件与支承框架互相粘接。
《第1部分》
本公开的燃料电池单位电池在第1部分中具有粘接层，由此，在第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分之间，粘接层将第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，在第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间，粘接层粘接于膜电极接合体的外周缘部分，并且，在第1分隔件与支承框架之间、和/或第2分隔件与支承框架之间，粘接层将第1分隔件与支承框架、和/或第2分隔件与支承框架互相粘接。
虽然并不由原理限定，但本公开的燃料电池单位电池具有高的机械性的耐久性的原理如下。
本公开的燃料电池单位电池由于在第1部分中具有如上所述的结构，所以支承框架、膜电极接合体、第1气体扩散层及第1分隔件通过一个粘接层而互相固定。
因而，在制造燃料电池单位电池时、层叠燃料电池单位电池而制造燃料电池层叠体时，在燃料电池单位电池的面内方向上，即使向膜电极接合体和支承框架施加了互相分离的方向或接近的方向的应力的情况下，支承框架与膜电极接合体的相对的位置关系的变化也被抑制。
另外，由于支承框架的气体扩散层侧的端部通过粘接层而固定于第1分隔件，所以在使用了燃料电池时即进行了发电时支承框架因温度变化而发生了膨胀收缩的情况下，支承框架与膜电极接合体的相对的位置关系的变化也同样被抑制。
另外，在第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间，粘接层粘接于膜电极接合体的外周缘部分、即膜电极接合体中的在支承框架与第1气体扩散层之间的间隙中露出的部分。由此，该部分由粘接层加强，由阴极侧及阳极侧的气体的压力差引起的膜电极接合体的变形被抑制。
而且，由于第1分隔件、第1气体扩散层及支承框架通过粘接层互相粘接，所以即使在例如因从燃料电池单位电池的外部施加应力而燃料电池单位电池在面内方向中的端部方向或中心方向(即燃料电池单位电池的端部方向或中心方向)上发生了挠曲的情况下，它们的相对的位置关系的变化也被抑制。由此，向膜电极接合体施加的面内方向的应力被降低，膜电极接合体的破断被抑制。
因此，本公开的燃料电池单位电池具有高的机械性的耐久性。
以按照本公开的实施方式的燃料电池单位电池及与本公开的实施方式不同的燃料电池单位电池为例，更具体地说明原理。
图1是从第1分隔件30侧观察燃料电池单位电池100时的示意图。此外，在图1中，L意味着燃料电池单位电池的长度方向，W意味着燃料电池单位电池的宽度方向。
如图1所示，燃料电池单位电池100在第1分隔件30侧具有第1气体连通口10a及10f、冷却水连通口10b及10e、以及第2气体连通口10c及10d。
图2A是按照本公开的第1实施方式的燃料电池单位电池100a的沿着I-I’截面的剖视图。此外，在图2A、图2B中，L意味着燃料电池单位电池的长度方向，T意味着燃料电池单位电池的厚度方向即层叠方向。
如图2A所示，按照本公开的第1实施方式的燃料电池单位电池100a具有(I)电极层叠体20。该电极层叠体20具有：(a)膜电极接合体21，在电解质层21p的两侧面上层叠有电极催化剂层21q及21r；(b)第1气体扩散层22，以残留膜电极接合体21的外周缘部分21a的方式层叠于膜电极接合体21的第1面；及(c)第2气体扩散层23，层叠于膜电极接合体21的第2面。
另外，按照本公开的第1实施方式的燃料电池单位电池100a具有：(II)支承框架50，配置于第1气体扩散层22的外周；(III)第1分隔件30，层叠于电极层叠体20的第1气体扩散层22侧，固定于支承框架50，且与第1气体扩散层22抵接；以及(IV)第2分隔件40，层叠于电极层叠体20的第2气体扩散层23侧，固定于支承框架50，且与第2气体扩散层23抵接。
另外，第1分隔件30及第2分隔件40分别具有反应气体流路31及41。
此外，在图2A中，支承框架50配置于第1气体扩散层22的外周且电极层叠体20的外周，但支承框架50只要配置于第1气体扩散层22的外周即可，例如也可以如图2B所示的按照本公开的第2实施方式的燃料电池单位电池100b那样，以在燃料电池单位电池100b的厚度方向T上与膜电极接合体21重叠的方式配置。
并且，燃料电池单位电池100a在第1部分中具有粘接层60，由此，在第1分隔件30与第1气体扩散层22的外周缘部分22a之间，粘接层60将第1分隔件30与第1气体扩散层22的外周缘部分22a互相粘接，在第1分隔件30与膜电极接合体21的外周缘部分21a之间，粘接层60粘接于膜电极接合体21的外周缘部分21a，并且，在第1分隔件30与支承框架50之间，粘接层60将第1分隔件30与支承框架50互相粘接。另外，虽然不是本公开的燃料电池单位电池的必需的结构，但支承框架50通过另外的粘接层70而粘接于第1分隔件30及第2分隔件40。
由此，即使在燃料电池单位电池100a的面内方向(例如宽度方向W)上向膜电极接合体21和支承框架50施加了互相分离的方向或接近的方向的应力的情况下，支承框架50与膜电极接合体21的相对的位置关系的变化也被抑制。
另外，由于在第1分隔件30与膜电极接合体21的外周缘部分21a之间粘接层60粘接于膜电极接合体21的外周缘部分21a，所以该部分由粘接层60加强，由阴极侧及阳极侧的气体的压力差引起的膜电极接合体21的变形被抑制。
而且，由于第1分隔件30、第1气体扩散层22及支承框架50通过粘接层60互相粘接，所以即使在例如因从燃料电池单位电池100a的外部施加应力而燃料电池单位电池100a在面内方向(例如宽度方向W中的端部方向或中心方向，即燃料电池单位电池100a的端部方向或中心方向)上发生了挠曲的情况下，它们的相对的位置关系的变化也被抑制。由此，向膜电极接合体21施加的面内方向的应力被抑制，膜电极接合体21的破断被抑制。
此外，也可以如图3A所示的按照本公开的第3实施方式的燃料电池单位电池100c及图3B所示的按照本公开的第4实施方式的燃料电池单位电池100d那样，粘接层60在第2分隔件40与支承框架50之间将第2分隔件40与支承框架50互相粘接。
在这样的结构的情况下，由于第1分隔件30、第1气体扩散层22、支承框架50及第2分隔件40通过粘接层60互相粘接，所以燃料电池单位电池的机械强度进一步提高。
相对于此，在例如如图4所示那样的与本公开的实施方式不同的燃料电池单位电池100’中，支承框架50和膜电极接合体21由粘接层60粘接，但第1分隔件30及第1气体扩散层22未与支承框架50粘接。
因而，在燃料电池单位电池100’的面内方向(例如宽度方向W)上向膜电极接合体21和支承框架50施加了互相分离的方向或接近的方向的应力的情况下，支承框架50和膜电极接合体21的相对的位置关系容易变化，膜电极接合体21容易破断。
另外，由于支承框架50的第1气体扩散层22侧的端部未粘接于第1分隔件，所以支承框架的气体扩散层侧的端部与固定于气体扩散层的膜电极接合体的相对的位置关系容易因燃料电池单位电池100’的使用时的发热而变化，膜电极接合体21容易破断。
另外，由于在第1分隔件30与膜电极接合体21的外周缘部分21a之间具有粘接层60未粘接于膜电极接合体21的外周缘部分21a的部分，所以膜电极接合体21容易因燃料电池单位电池的使用时的阴极侧及阳极侧的气体的压力差而变形。
而且，由于第1分隔件30、第1气体扩散层22及支承框架50未通过粘接层60互相粘接，所以在例如因从燃料电池单位电池100’的外部施加应力而燃料电池单位电池100’在面内方向(例如宽度方向W中的端部方向或中心方向，即燃料电池单位电池100’的端部方向或中心方向)上发生了挠曲的情况下，它们的相对的位置关系变化，尤其强度低的膜电极接合体21容易破断。
优选的是，在第1部分中，粘接层的一部分含浸于第1气体扩散层的外周缘部分。由此，粘接层对第1气体扩散层的外周缘部分的粘接变得更牢固，本公开的燃料电池单位电池的机械强度进一步提高。
另外，优选的是，在第1部分中，第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间的粘接层的厚度为第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间的长度的50％以上。由此，膜电极接合体的外周缘部分更被加强，由燃料电池单位电池的使用时的阴极侧及阳极侧的气体的压力差引起的膜电极接合体的变形进一步被抑制。
第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间的粘接层的厚度可以为第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间的长度的50％以上、60％以上、70％以上或80％以上，进一步优选为100％，即，粘接层优选在第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间将第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分互相粘接。
《第2部分》
本公开的燃料电池单位电池在第1部分中在第1分隔件与支承框架之间粘接层将第1分隔件与支承框架互相粘接的情况下，在第2部分中，第1分隔件具有反应气体流路，从第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分之间通过第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间而到第1分隔件与支承框架之间延伸有罩板，并且，在罩板与第1气体扩散层的外周缘部分之间，粘接层将罩板与第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，在第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间，粘接层粘接于膜电极接合体的外周缘部分，并且，在罩板与支承框架之间，粘接层将罩板与支承框架互相粘接，由此，粘接层能够被从第1分隔件的反应气体流路隔离。
在此，反应气体流路是用于将从燃料电池单位电池的外部供给来的反应气体向燃料电池单位电池的气体扩散层供给或者将在电池反应中未被消耗的反应气体向燃料电池单位电池的外部排出的流路。此外，作为反应气体，能够举出阳极气体(例如氢气)或阴极气体(例如氧气)。
在本公开的燃料电池单位电池在第2部分中具有上述的结构的情况下，通过罩板从第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分之间通过第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间而延伸到第1分隔件与支承框架之间，从而粘接层被从第1分隔件的反应气体流路隔离，因此，能够在形成粘接层时抑制粘接层进入反应气体流路而堵塞反应气体流路，并且实现与上述的第1部分同样的高的机械强度。
在本公开的燃料电池单位电池中，第2部分的位置没有特别的限定，但例如能够如图5的II-II’截面所在的位置那样，配置于与第1气体连通口10a及10f、冷却水连通口10b及10e、以及第2气体连通口10c及10d相邻的区域。
具体而言，第2部分能够具有如图6所示的结构。
图6是按照本公开的第5实施方式的燃料电池单位电池100e的沿着II-II’截面的剖视图。
如图6所示，按照本公开的第5实施方式的燃料电池单位电池100e在第2部分中，第1分隔件30具有反应气体流路31，从第1分隔件30与第1气体扩散层22的外周缘部分22a之间通过第1分隔件30与膜电极接合体21的外周缘部分21a之间而到第1分隔件30与支承框架50之间延伸有罩板80，并且，在罩板80与第1气体扩散层22的外周缘部分22a之间，粘接层60将罩板80与第1气体扩散层22的外周缘部分22a互相粘接，在第1分隔件30与膜电极接合体21的外周缘部分21a之间，粘接层60粘接于膜电极接合体21的外周缘部分21a，并且，在罩板80与支承框架50之间，粘接层60将罩板80与支承框架50互相粘接，由此，粘接层60被从第1分隔件30的反应气体流路31隔离。
此外，在反应气体流路31中，反应气体在图5中的长度方向L上流动，因此，在图6中在相对于纸面垂直的方向上流动。
本公开的燃料电池单位电池优选的是，在第2部分中，进一步，在第1分隔件与支承框架之间，粘接层将第1分隔件与支承框架互相粘接。
由此，通过罩板和第1分隔件经由粘接层而粘接，从而即使在例如因从燃料电池单位电池的外部施加应力而燃料电池单位电池在面内方向中的端部方向或中心方向(即燃料电池单位电池的端部方向或中心方向)上发生了挠曲的情况下，罩板与第1分隔件的位置关系的变化也被抑制，因此能够使燃料电池单位电池的第2部分的强度进一步提高。
另外，本公开的燃料电池单位电池在第1部分中在第2分隔件与支承框架之间粘接层将第2分隔件与支承框架互相粘接的情况下，在第2部分中，第2分隔件具有反应气体流路，从第2分隔件与第2气体扩散层之间到第2分隔件与支承框架之间延伸有罩板，并且，在第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分之间，粘接层将第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，在第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间，粘接层粘接于膜电极接合体的外周缘部分，并且，在罩板与支承框架之间，粘接层将罩板与支承框架互相粘接，由此，粘接层能够被从第2分隔件的反应气体流路隔离。
本公开的燃料电池单位电池在第2部分中具有上述的结构的情况下，通过罩板从第2分隔件与第2气体扩散层之间延伸到第2分隔件与支承框架之间，从而粘接层被从第2分隔件的反应气体流路隔离，因此，能够在形成粘接层时抑制粘接层进入反应气体流路而堵塞反应气体流路，并且实现与上述的第1部分同样的高的机械强度。
在本公开的燃料电池单位电池中，第2部分的位置没有特别的限定，但例如能够如图5的II-II’截面所在的位置那样，配置于与第1气体连通口10a及10f、冷却水连通口10b及10e、以及第2气体连通口10c及10d相邻的区域。
具体而言，第2部分能够具有如图7所示的结构。
图7是按照本公开的第6实施方式的燃料电池单位电池100f的沿着II-II’截面的剖视图。
如图7所示，按照本公开的第6实施方式的燃料电池单位电池100f在第2部分中，第2分隔件40具有反应气体流路41，从第2分隔件40与第2气体扩散层23之间到第2分隔件40与支承框架50之间延伸有罩板80，并且，在第1分隔件30与第1气体扩散层22的外周缘部分22a之间，粘接层60将第1分隔件30与第1气体扩散层22的外周缘部分22a互相粘接，在第1分隔件30与膜电极接合体21的外周缘部分21a之间，粘接层60粘接于膜电极接合体21的外周缘部分21a，并且，在罩板80与支承框架50之间，粘接层60将罩板80与支承框架50互相粘接，由此，粘接层60被从第2分隔件40的反应气体流路41隔离。
此外，在反应气体流路41中，反应气体在图5中的长度方向L上流动，因此，在图7中在相对于纸面垂直的方向上流动。
优选的是，在第2部分中，进一步，在第2分隔件与支承框架之间，粘接层将第2分隔件与支承框架互相粘接。
由此，通过罩板和第2分隔件经由粘接层而粘接，从而即使在例如因从燃料电池单位电池的外部施加应力而燃料电池单位电池在面内方向中的端部方向或中心方向(即燃料电池单位电池的端部方向或中心方向)上发生了挠曲的情况下，罩板与第2分隔件的位置关系的变化也被抑制，因此能够使燃料电池单位电池的第2部分的强度进一步提高。
另外，由于第1分隔件、第1气体扩散层、支承框架及第2分隔件通过粘接层互相粘接，所以燃料电池单位电池的机械强度进一步提高。
优选的是，在第2部分中，粘接层的一部分含浸于第1气体扩散层的外周缘部分。由此，粘接层对第1气体扩散层的外周缘部分的粘接变得更牢固，本公开的燃料电池单位电池的机械强度进一步提高。
另外，优选的是，在第2部分中，第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间的粘接层的厚度为第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间的长度的50％以上。由此，膜电极接合体的外周缘部分更被加强，由燃料电池单位电池的使用时的阴极侧及阳极侧的气体的压力差引起的膜电极接合体的变形进一步被抑制。
第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间的粘接层的厚度可以为第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间的长度的50％以上、60％以上、70％以上或80％以上，进一步优选为100％，即，粘接层优选在第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间将第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分互相粘接。
《第3部分》
本公开的燃料电池单位电池在第2部分具有上述的结构的情况下，能够进一步在第3部分中具有以下这样的结构。
在本公开的燃料电池单位电池在第2部分中从第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分之间通过第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间而到第1分隔件与支承框架之间延伸有罩板的情况下，即，在例如具有如图6所示的结构的情况下，本公开的燃料电池单位电池在燃料电池单位电池的第3部分中，在第1分隔件与支承框架之间具有以横穿支承框架的方式将燃料电池单位电池的外部与反应气体流路连通的连通流路，从第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分之间通过第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间而到第1分隔件与支承框架之间延伸有罩板，并且，在罩板与第1气体扩散层的外周缘部分之间，粘接层将罩板与第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，在第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间，粘接层粘接于膜电极接合体的外周缘部分，并且，在罩板与支承框架之间，粘接层将罩板与支承框架互相粘接，由此，粘接层能够被从连通流路隔离。
另外，在本公开的燃料电池单位电池在第2部分中从第2分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间到第2分隔件与支承框架之间延伸有罩板的情况(即，例如具有如图7所示的结构的情况)下，本公开的燃料电池单位电池在第3部分中，在第2分隔件与支承框架之间具有以横穿支承框架的方式将燃料电池单位电池的外部与反应气体流路连通的连通流路，从第2分隔件与第2气体扩散层之间到第2分隔件与支承框架之间延伸有罩板，并且，在第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分之间，粘接层将第1分隔件与第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，在第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间，粘接层粘接于膜电极接合体的外周缘部分，并且，在罩板与支承框架之间，粘接层将罩板与支承框架互相粘接，由此，粘接层能够被从连通流路隔离。
在此，连通流路是以横穿支承框架的方式将燃料电池单位电池的外部与反应气体流路连通的流路。连通流路是用于在燃料电池单位电池的外部与燃料电池单位电池的内部之间使反应气体流出流入的流路。此外，作为反应气体，能够举出阳极气体(例如氢气)或阴极气体(例如氧气)。
在本公开的燃料电池单位电池在第2部分及第3部分中具有上述的构造的情况下，在第3部分中，在第1分隔件或第2分隔件与支承框架之间形成连通流路，并且粘接层被从连通流路隔离，因此，能够抑制连通流路因粘接层而堵塞，并且实现与上述的第1部分同样的高的机械强度。
在本公开的燃料电池单位电池中，第3部分的位置没有特别的限定，但例如能够如图5的III-III’截面所在的位置那样，配置于配置有第1气体连通口10a及10f、冷却水连通口10b及10e、以及第2气体连通口10c及10d的区域。
本公开的燃料电池单位电池例如在第2部分中具有如图6所示的构造的情况下，在第3部分中，例如能够具有如图8所示的构造。
图8是按照本公开的第5实施方式的燃料电池单位电池100e的沿着III-III’截面的剖视图。
如图8所示，本公开的燃料电池单位电池100e在第3部分中，在第1分隔件30与支承框架50之间具有以横穿支承框架50的方式将燃料电池单位电池100e的外部与反应气体流路31连通的连通流路90，从第1分隔件30与第1气体扩散层22的外周缘部分22a之间通过第1分隔件30与膜电极接合体21的外周缘部分21a之间而到第1分隔件30与支承框架50之间延伸有罩板80，并且，在罩板80与第1气体扩散层22的外周缘部分22a之间，粘接层60将罩板80与第1气体扩散层22的外周缘部分22a互相粘接，在第1分隔件30与膜电极接合体21的外周缘部分21a之间，粘接层60粘接于膜电极接合体21的外周缘部分21a，并且，在罩板80与支承框架50之间，粘接层60将罩板80与支承框架50互相粘接，由此，粘接层60被从连通流路90隔离。此外，反应气体能够在箭头200的方向上流动而从燃料电池单位电池100e的外部向反应气体流路31流入。
另外，本公开的燃料电池单位电池例如在第2部分中具有如图7所示的构造的情况下，在第3部分中，例如能够具有如图9所示的构造。
图9是按照本公开的第6实施方式的燃料电池单位电池100f的沿着III-III’截面的剖视图。
如图9所示，本公开的燃料电池单位电池100f在第3部分中，在第2分隔件40与支承框架50之间具有以横穿支承框架50的方式将燃料电池单位电池100f的外部与反应气体流路41连通的连通流路90，从第2分隔件40与第2气体扩散层23之间到第2分隔件40与支承框架50之间延伸有罩板80，并且，在第1分隔件30与第1气体扩散层22的外周缘部分22a之间，粘接层60将第1分隔件30与第1气体扩散层22的外周缘部分22a互相粘接，在第1分隔件30与膜电极接合体21的外周缘部分21a之间，粘接层60粘接于膜电极接合体21的外周缘部分21a，并且，在罩板80与支承框架50之间，粘接层60将罩板80与支承框架50互相粘接，由此，粘接层60能够被从连通流路90隔离。此外，反应气体能够在箭头200的方向上流动而从燃料电池单位电池100f的外部向反应气体流路41流入。
优选的是，在第3部分中，粘接层的一部分含浸于第1气体扩散层的外周缘部分。由此，粘接层对第1气体扩散层的外周缘部分的粘接变得更牢固，本公开的燃料电池单位电池的机械强度进一步提高。
另外，优选的是，在第3部分中，第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间的粘接层的厚度为第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间的长度的50％以上。由此，膜电极接合体的外周缘部分更被加强，由燃料电池单位电池的使用时的阴极侧及阳极侧的气体的压力差引起的膜电极接合体的变形进一步被抑制。
第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间的粘接层的厚度可以为第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间的长度的50％以上、60％以上、70％以上或80％以上，进一步优选为100％，即，粘接层优选在第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分之间将第1分隔件与膜电极接合体的外周缘部分互相粘接。
《电极层叠体》
在本公开中，电极层叠体具有下述的(a)～(c)。
(a)膜电极接合体，在电解质层的两侧面上分别层叠有电极催化剂层；
(b)第1气体扩散层，以残留外周缘部分的方式层叠于膜电极接合体的第1面；及
(c)第2气体扩散层，层叠于膜电极接合体的第2面。
<膜电极接合体>
膜电极接合体具有电解质层及层叠于电解质层的两侧面上的电极催化剂层。
(电解质层)
作为电解质层的材料，能够使用能够对燃料电池单位电池的电解质层使用的任意的材料。作为这样的材料，例如能够举出氟系的具有离子传导性的高分子膜(更具体而言，具备全氟磺酸的具有质子导电性的离子交换膜)等。
(电极催化剂层)
作为电极催化剂层，能够举出阳极催化剂层及阴极催化剂层。阳极催化剂层及阴极催化剂层可以是催化剂金属担载于载体的催化剂的层。
作为催化剂金属，可以是对燃料电池用催化剂使用的任意的催化剂金属。作为这样的催化剂金属，例如能够举出Pt、Pd、Rh或包含它们的合金等。
作为载体，可以是对燃料电池用催化剂使用的任意的载体。作为这样的载体，例如能够举出碳载体(更具体而言，由玻璃碳、碳黑、活性碳、焦炭、天然石墨或人造石墨等构成的碳颗粒)。
<气体扩散层>
在本公开中，第1气体扩散层以残留外周缘部分的方式层叠于膜电极接合体的第1面，第2气体扩散层层叠于膜电极接合体的第2面。
第1气体扩散层及第2气体扩散层中的一方是阳极气体扩散层，另一方是阴极气体扩散层。
第1气体扩散层及第2气体扩散层的材料可以是能够对燃料电池用催化剂的阳极气体扩散层及阴极气体扩散层使用的任意的材料。作为这样的材料，例如能够举出具有导电性的多孔体。作为这样的多孔体，更具体而言，能够举出碳纸、碳布及玻璃状碳这样的碳多孔体或金属网及发泡金属这样的金属多孔体。
《支承框架》
支承框架配置于第1气体扩散层的外周。
在本公开的燃料电池单位电池具有第3部分的情况下，支承框架能够在第3部分中具有与燃料电池单位电池的内外连通的槽，能够通过该槽形成连通流路。
支承框架由具有电绝缘性及气密性的任意的材料形成。作为这样的材料，能够举出结晶性的聚合物(更具体而言，工程塑料)。作为工程塑料，例如能够举出聚萘二甲酸乙二醇酯系树脂(PEN)及聚对苯二甲酸乙二醇酯系树脂(PET)。
《第1分隔件》
第1分隔件层叠于电极层叠体的第1气体扩散层侧，固定于支承框架，且与第1气体扩散层抵接。
第1分隔件能够在与第1气体扩散层相对的面具有多个槽，可以通过该槽形成反应气体流路。槽的形状可以是能够将反应气体向第1气体扩散层供给的任意的形状，例如可以是盘旋型的槽。
另外，第1分隔件能够具有第1气体连通口、冷却水连通口及第2气体连通口。
作为第1分隔件的材料，可以是能够用作燃料电池单位电池的分隔件的任意的材料，可以是不透气性的导电性材料。作为这样的材料，例如能够举出将碳压缩而使得气体不透过的致密质碳、进行冲压成型而得到的金属板等。
《第2分隔件》
第2分隔件层叠于电极层叠体的第2气体扩散层侧，固定于支承框架，且与第2气体扩散层抵接。
第2分隔件的材料及构造可以与第1分隔件是同样的。
《粘接层》
粘接层能够使用能够将第1分隔件、第1气体扩散层、膜电极接合体、支承框架及第2分隔件互相粘接且在燃料电池单位电池的使用条件下也能够维持这些构件的粘接的任意的粘接剂的层。
作为这样的粘接剂，能够使用热塑性树脂、热固性树脂及UV固化性树脂等粘接性树脂，但不限定于此。此外，在使用热塑性树脂作为粘接剂的情况下，优选使用软化点比燃料电池单位电池的使用时的发热温度高的热塑性树脂。
《罩板》
作为罩板的材料，只要是能够与第1气体扩散层、膜电极接合体及支承框架通过粘接层而粘接的片状的材料即可，没有特别的限定。作为这样的材料，例如能够举出钛、不锈钢、聚苯硫醚(PPS)及聚丙烯(PP)等。
此外，在本公开的说明中使用的全部的图并非旨在限定本公开的燃料电池单位电池的结构及构造等。

Claims (12)

1.一种燃料电池单位电池，其特征在于，具备：
(I)电极层叠体，具有下述(a)、(b)及(c)，
(a)膜电极接合体，在电解质层的两侧面上分别层叠有电极催化剂层，
(b)第1气体扩散层，以残留所述膜电极接合体的外周缘部分的方式层叠于所述膜电极接合体的第1面，
(c)第2气体扩散层，层叠于所述膜电极接合体的第2面；
(II)支承框架，配置于所述第1气体扩散层的外周；
(III)第1分隔件，层叠于所述电极层叠体的所述第1气体扩散层侧，固定于所述支承框架，且与所述第1气体扩散层抵接；及
(IV)第2分隔件，层叠于所述电极层叠体的所述第2气体扩散层侧，固定于所述支承框架，且与所述第2气体扩散层抵接，
在所述燃料电池单位电池的第1部分中，
具有粘接层，由此，
在所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间，所述粘接层将所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，
在所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间，所述粘接层粘接于所述膜电极接合体的外周缘部分，并且，
在所述第1分隔件与所述支承框架之间、和/或所述第2分隔件与所述支承框架之间，所述粘接层将所述第1分隔件与所述支承框架、和/或所述第2分隔件与所述支承框架互相粘接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池单位电池，其特征在于，
在所述第1部分中，所述粘接层的一部分含浸于所述第1气体扩散层的外周缘部分。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池单位电池，其特征在于，
在所述第1部分中，所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间的所述粘接层的厚度为所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间的长度的50％以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池单位电池，其特征在于，
在所述第1部分中，所述粘接层在所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间将所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分互相粘接。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池单位电池，其特征在于，
在所述第1部分中，在所述第1分隔件与所述支承框架之间，所述粘接层将所述第1分隔件与所述支承框架互相粘接。
6.根据权利要求5所述的燃料电池单位电池，其特征在于，
在所述燃料电池单位电池的第2部分中，
所述第1分隔件具有反应气体流路，
从所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间通过所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间而到所述第1分隔件与所述支承框架之间延伸有罩板，并且，
在所述罩板与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间，所述粘接层将所述罩板与所述第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，
在所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间，所述粘接层粘接于所述膜电极接合体的外周缘部分，并且，
在所述罩板与所述支承框架之间，所述粘接层将所述罩板与所述支承框架互相粘接，由此，
所述粘接层被从所述第1分隔件的所述反应气体流路隔离。
7.根据权利要求6所述的燃料电池单位电池，其特征在于，
在所述第2部分中，在所述第1分隔件与所述支承框架之间，所述粘接层将所述第1分隔件与所述支承框架互相粘接。
8.根据权利要求6或7所述的燃料电池单位电池，其特征在于，
在所述燃料电池单位电池的第3部分中，
所述燃料电池单位电池在所述第1分隔件与所述支承框架之间具有以横穿所述支承框架的方式将所述燃料电池单位电池的外部与所述反应气体流路连通的连通流路，
从所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间通过所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间而到所述第1分隔件与所述支承框架之间延伸有所述罩板，并且，
在所述罩板与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间，所述粘接层将所述罩板与所述第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，
在所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间，所述粘接层粘接于所述膜电极接合体的外周缘部分，并且，
在所述罩板与所述支承框架之间，所述粘接层将所述罩板与所述支承框架互相粘接，由此，
所述粘接层被从所述连通流路隔离。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池单位电池，其特征在于，
在所述第1部分中，在所述第2分隔件与所述支承框架之间，所述粘接层将所述第2分隔件与所述支承框架互相粘接。
10.根据权利要求9所述的燃料电池单位电池，其特征在于，
在所述燃料电池单位电池的第2部分中，
所述第2分隔件具有反应气体流路，
从所述第2分隔件与所述第2气体扩散层之间到所述第2分隔件与所述支承框架之间延伸有罩板，并且，
在所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间，所述粘接层将所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，
在所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间，所述粘接层粘接于所述膜电极接合体的外周缘部分，并且，
在所述罩板与所述支承框架之间，所述粘接层将所述罩板与所述支承框架互相粘接，由此，
所述粘接层被从所述第2分隔件的所述反应气体流路隔离。
11.根据权利要求10所述的燃料电池单位电池，其特征在于，
在所述第2部分中，在所述第2分隔件与所述支承框架之间，所述粘接层将所述第2分隔件与所述支承框架互相粘接。
12.根据权利要求10或11所述的燃料电池单位电池，其特征在于，
在所述燃料电池单位电池的第3部分中，
所述燃料电池单位电池在所述第2分隔件与所述支承框架之间具有以横穿所述支承框架的方式将所述燃料电池单位电池的外部与所述反应气体流路连通的连通流路，
从所述第2分隔件与所述第2气体扩散层之间到所述第2分隔件与所述支承框架之间延伸有所述罩板，并且，
在所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分之间，所述粘接层将所述第1分隔件与所述第1气体扩散层的外周缘部分互相粘接，
在所述第1分隔件与所述膜电极接合体的外周缘部分之间，所述粘接层粘接于所述膜电极接合体的外周缘部分，并且，
在所述罩板与所述支承框架之间，所述粘接层将所述罩板与所述支承框架互相粘接，由此，
所述粘接层被从所述连通流路隔离。
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