JP2017126448A - Power generation module - Google Patents

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敬祐 藤田
Keisuke Fujita
敬祐 藤田
加藤 学
Manabu Kato
加藤  学
淳二 中西
Junji Nakanishi
淳二 中西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a damage on an electrolyte membrane in a gap between a seal member and a peripheral end surface of a gas diffusion layer and a catalyst layer.SOLUTION: A power generation module comprises: a membrane-electrode assembly including an electrolyte membrane, and a pair of anode-side and cathode-side catalyst layers with the electrolyte membrane located therebetween; a pair of anode-side and cathode-side gas diffusion layers which sandwiches the membrane-electrode assembly located therebetween, and in which a gas diffusion layer on a side of one electrode is smaller than the electrolyte membrane in size; a seal member disposed at a position corresponding to the electrolyte membrane in a direction of lamination of the electrolyte membrane, the pair of catalyst layer and the pair of gas diffusion layer outside a peripheral end surface of the gas diffusion layer on the side of the one electrode; and a support layer disposed to include at least a region corresponding to a gap between the catalyst layer and the gas diffusion layer on the other electrode side opposite to the one electrode side and between the seal member and peripheral end surface when viewed from the direction of lamination, and having a higher rigidity or elasticity than that of the electrolyte membrane.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池を構成する発電モジュールに関する。   The present invention relates to a power generation module constituting a fuel cell.

燃料電池を構成する発電モジュールとして、膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を一対のガス拡散層およびセパレータで挟持した構成を有する単セルが用いられている。また、このような発電モジュールとして、膜電極接合体の一方の電極側において、ガス拡散層および触媒層の外周端面よりも外側に樹脂枠からなるシール部材を設けることにより、膜電極接合体およびガス拡散層と、セパレータとの間における反応ガスや生成水の漏洩を防止する発電モジュールが用いられることがある。このような発電モジュールでは、ガス拡散層および触媒層と、シール部材との間には公差または製造誤差等により間隙が生じることがある。このような間隙が生じた場合、電解質膜の膨張および収縮に伴い、かかる間隙部分において露出した電解質膜に応力集中して電解質膜が変形して損傷するおそれがある。そこで、上述の間隙に充填剤を配置して、間隙部分における電解質膜の損傷を抑制することが提案されている(特許文献1参照)。   As a power generation module constituting a fuel cell, a single cell having a configuration in which a membrane electrode assembly (MEA) is sandwiched between a pair of gas diffusion layers and a separator is used. Further, as such a power generation module, on one electrode side of the membrane electrode assembly, a seal member made of a resin frame is provided outside the outer peripheral end surfaces of the gas diffusion layer and the catalyst layer, so that the membrane electrode assembly and the gas are provided. A power generation module that prevents leakage of reaction gas and generated water between the diffusion layer and the separator may be used. In such a power generation module, a gap may occur between the gas diffusion layer and the catalyst layer and the seal member due to tolerances or manufacturing errors. When such a gap occurs, the electrolyte membrane may be deformed and damaged due to stress concentration on the electrolyte membrane exposed in the gap portion as the electrolyte membrane expands and contracts. Therefore, it has been proposed to dispose a filler in the gap described above to suppress damage to the electrolyte membrane in the gap (see Patent Document 1).

特開2015−125925号公報JP2015-125925A

しかしながら、上述の間隙に充填剤を配置しても、かかる部分において電解質膜を十分に支えることができないため、変形に伴う応力集中が起こって電解質膜が損傷するおそれがある。このため、ガス拡散層および触媒層の外周端面とシール部材との間の間隙における電解質膜の損傷を抑制可能な技術が望まれている。   However, even if the filler is disposed in the gap, the electrolyte membrane cannot be sufficiently supported in such a portion, so that stress concentration accompanying deformation may occur and the electrolyte membrane may be damaged. For this reason, there is a demand for a technique that can suppress damage to the electrolyte membrane in the gap between the outer peripheral end faces of the gas diffusion layer and the catalyst layer and the seal member.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

(1)本発明の一実施形態によれば、燃料電池を構成するために積層して用いられる発電モジュールが提供される。この発電モジュールは、電解質膜と;前記電解質膜を挟むアノード側およびカソード側の一対の触媒層と;を有する膜電極接合体と;前記膜電極接合体を挟むアノード側およびカソード側の一対のガス拡散層であって、一方の電極側のガス拡散層の大きさが前記電解質膜よりも小さい一対のガス拡散層と;前記一方の電極側のガス拡散層の外周端面の外側であって、前記電解質膜と前記一対の触媒層と前記一対のガス拡散層との積層方向において前記電解質膜に対応する位置に配置されたシール部材と;前記一方の電極側とは反対の他方の電極側における触媒層とガス拡散層との間において、前記積層方向に見て前記シール部材と前記外周端面との間の間隙に対応する領域を少なくとも含んで配置され、前記電解質膜よりも高い剛性又は高い弾性を有する支持層と;を備える。   (1) According to one embodiment of the present invention, there is provided a power generation module that is used in a stacked manner to constitute a fuel cell. The power generation module includes a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane; a pair of catalyst layers on the anode side and cathode side sandwiching the electrolyte membrane; a pair of gas on the anode side and cathode side sandwiching the membrane electrode assembly A pair of gas diffusion layers, each having a gas diffusion layer size on one electrode side smaller than that of the electrolyte membrane; outside the outer peripheral end face of the gas diffusion layer on the one electrode side, A seal member disposed at a position corresponding to the electrolyte membrane in the stacking direction of the electrolyte membrane, the pair of catalyst layers, and the pair of gas diffusion layers; a catalyst on the other electrode side opposite to the one electrode side Between the layer and the gas diffusion layer, it is disposed so as to include at least a region corresponding to the gap between the seal member and the outer peripheral end surface when viewed in the stacking direction, and has higher rigidity or higher than the electrolyte membrane. It comprises; a support layer having a sex.

この構成によれば、電解質膜よりも高い剛性または高い弾性を有する支持層が、一方の電極側のガス拡散層の外周端面の外側とシール部材との間に形成された間隙に対応する領域を含むように、他方の電極側の触媒層とガス拡散層との間に配置されている。したがって、かかる支持層により電解質膜において間隙に対応する部分を拘束し、かかる部分に変形に伴う応力が集中することを抑制して、電解質膜の損傷を抑制できる。加えて、支持層によって、間隙において露出した電解質膜と、他方の電極側の触媒層と、他方の電極側のガス拡散層との全体的な接合性を高めるとともに、電解質膜の劣化を促す過酸化水素やラジカルの生成を抑えることができるので、電解質膜の膨張や収縮による変形や破断を抑制できる。また、例えば、他方の電極側のガス拡散層を構成する材料が、かかる領域において電解質膜に突き刺さり、電解質膜が損傷することを抑制できる。   According to this configuration, the support layer having higher rigidity or higher elasticity than the electrolyte membrane has a region corresponding to the gap formed between the outer peripheral end face of the gas diffusion layer on one electrode side and the seal member. It is arrange | positioned between the catalyst layer and gas diffusion layer of the other electrode side so that it may include. Therefore, the portion corresponding to the gap in the electrolyte membrane is constrained by such a support layer, and it is possible to suppress the stress due to the deformation from concentrating on the portion, thereby suppressing damage to the electrolyte membrane. In addition, the support layer improves the overall bondability between the electrolyte membrane exposed in the gap, the catalyst layer on the other electrode side, and the gas diffusion layer on the other electrode side, and promotes deterioration of the electrolyte membrane. Since generation of hydrogen oxide and radicals can be suppressed, deformation and breakage due to expansion and contraction of the electrolyte membrane can be suppressed. In addition, for example, the material constituting the gas diffusion layer on the other electrode side can be prevented from piercing the electrolyte membrane in such a region and damaging the electrolyte membrane.

本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、発電モジュールを備えた燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを備えた車両の形態においても実現できる。   The present invention can be realized in various forms. For example, the present invention can also be realized in the form of a fuel cell including a power generation module, a fuel cell system including the fuel cell, and a vehicle including the fuel cell system.

本発明の一実施形態としての発電モジュール200を適用した単セル500の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the single cell 500 to which the electric power generation module 200 as one Embodiment of this invention is applied. 図1に示す発電モジュール200の間隙60近傍の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of a gap 60 of the power generation module 200 shown in FIG. 1. セル締結圧力を受けた際の単セル500を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the single cell 500 at the time of receiving a cell fastening pressure. 水素欠乏時における単セル500を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the single cell 500 at the time of hydrogen deficiency. 比較例の発電モジュール250を示す図である。It is a figure which shows the electric power generation module 250 of a comparative example. 第2実施形態における発電モジュール200aを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing power generation module 200a in a 2nd embodiment. 第3実施形態における発電モジュール200bを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing power generation module 200b in a 3rd embodiment. 第4実施形態における発電モジュール200cを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electric power generation module 200c in 4th Embodiment. 変形例における発電モジュール200dを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing power generation module 200d in a modification.

A.第1実施形態:
A1.単セルおよび発電モジュールの概略構成:
図1は、本発明の一実施形態としての発電モジュール200を適用した単セル500の構成を示す断面図である。本実施形態において、単セル500は、固体高分子型燃料電池であり、燃料電池(燃料電池スタック)を構成するために積層して用いられる。積層して用いられる際の積層方向は、図1に示すY軸と平行な方向である。単セル500は、発電モジュール200と、発電モジュール200を積層方向に沿って挟んで配置される一対のセパレータ40a、40cとを備える。セパレータ40aは、単セル500のアノード側に配置されるセパレータである。セパレータ40cは、単セル500のカソード側に配置されるセパレータである。これら一対のセパレータ40a,40cは、いずれも略矩形形状の薄板部材であり、積層方向の両面には凹凸形状が形成されている。この凹凸形状により、反応ガス(燃料ガスあるいは酸化剤ガス)が流れるセル内ガス流路が形成されると共に隣り合う単セル500のセパレータ40a、40cとの間に冷却媒体の流路が形成される。
A. First embodiment:
A1. Schematic configuration of single cell and power generation module:
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a single cell 500 to which a power generation module 200 according to an embodiment of the present invention is applied. In the present embodiment, the single cell 500 is a solid polymer fuel cell, and is used in a stacked manner to constitute a fuel cell (fuel cell stack). The stacking direction when used by stacking is a direction parallel to the Y axis shown in FIG. The single cell 500 includes a power generation module 200 and a pair of separators 40a and 40c disposed with the power generation module 200 sandwiched in the stacking direction. The separator 40 a is a separator disposed on the anode side of the single cell 500. The separator 40 c is a separator disposed on the cathode side of the single cell 500. Each of the pair of separators 40a and 40c is a substantially rectangular thin plate member, and concave and convex shapes are formed on both surfaces in the stacking direction. Due to the uneven shape, an in-cell gas flow path through which a reaction gas (fuel gas or oxidant gas) flows is formed, and a cooling medium flow path is formed between the separators 40a and 40c of adjacent single cells 500. .

発電モジュール200は、膜電極接合体100と、膜電極接合体100を挟む一対のガス拡散層30a、30cと、シール部材50と、支持層70とを備える。膜電極接合体100は、電解質膜10と、電解質膜10を挟むアノード側触媒層20aおよびカソード側触媒層20cとにより構成されている。本実施形態では、電解質膜10の下方側(−Y方向)がアノード側、上方側(+Y方向)がカソード側である。電解質膜10は、固体高分子電解質膜であり、例えばナフィオン膜から成る。電解質膜10の下方側(−Y方向)には、アノード側触媒層20aが配置され、上方側(+Y方向)には、カソード側触媒層20cが配置される。アノード側触媒層20aおよびカソード側触媒層20cは、発電モジュール200における燃料電池反応を促進するための触媒(例えば、白金)を担持したカーボン粒子と電解質樹脂(アイオノマ)により形成されている。図1に示すように、カソード側触媒層20cの平面視の大きさは、電解質膜10の平面視の大きさよりも小さい。したがって、カソード側触媒層20cの−X方向の端部は、電解質膜10の−X方向の端部よりも、+X方向に位置する。これに対して、アノード側触媒層20aの平面視の大きさは、電解質膜10の平面視の大きさと略等しい。   The power generation module 200 includes a membrane electrode assembly 100, a pair of gas diffusion layers 30a and 30c that sandwich the membrane electrode assembly 100, a seal member 50, and a support layer 70. The membrane electrode assembly 100 includes an electrolyte membrane 10, and an anode side catalyst layer 20 a and a cathode side catalyst layer 20 c that sandwich the electrolyte membrane 10. In the present embodiment, the lower side (−Y direction) of the electrolyte membrane 10 is the anode side, and the upper side (+ Y direction) is the cathode side. The electrolyte membrane 10 is a solid polymer electrolyte membrane, for example, a Nafion membrane. On the lower side (−Y direction) of the electrolyte membrane 10, the anode side catalyst layer 20a is disposed, and on the upper side (+ Y direction), the cathode side catalyst layer 20c is disposed. The anode side catalyst layer 20a and the cathode side catalyst layer 20c are formed of carbon particles supporting a catalyst (for example, platinum) for promoting a fuel cell reaction in the power generation module 200 and an electrolyte resin (ionomer). As shown in FIG. 1, the size of the cathode catalyst layer 20 c in plan view is smaller than the size of the electrolyte membrane 10 in plan view. Therefore, the end portion in the −X direction of the cathode side catalyst layer 20 c is positioned in the + X direction rather than the end portion in the −X direction of the electrolyte membrane 10. On the other hand, the size of the anode catalyst layer 20a in plan view is substantially equal to the size of the electrolyte membrane 10 in plan view.

膜電極接合体100のアノード側(−Y方向側)には、アノード側ガス拡散層30aが配置されている。また、膜電極接合体100のカソード側(+Y方向側)には、カソード側ガス拡散層30cが配置されている。アノード側ガス拡散層30aおよびカソード側ガス拡散層30cは、反応ガス(燃料ガスあるいは酸化剤ガス)を電極面全体に拡散して行き渡らせる。図1に示すように、カソード側ガス拡散層30cの平面視の大きさは、カソード側触媒層20cの平面視の大きさと略等しい。したがって、カソード側ガス拡散層30cの平面視の大きさは、電解質膜10の平面視の大きさよりも小さい。これに対して、アノード側ガス拡散層30aの平面視の大きさは、電解質膜10およびアノード側触媒層20aの平面視の大きさと略等しい。本実施形態において、アノード側ガス拡散層30aおよびカソード側ガス拡散層30cは、いずれも炭素繊維により形成されている。   On the anode side (−Y direction side) of the membrane electrode assembly 100, an anode side gas diffusion layer 30a is disposed. Further, a cathode side gas diffusion layer 30 c is disposed on the cathode side (+ Y direction side) of the membrane electrode assembly 100. The anode side gas diffusion layer 30a and the cathode side gas diffusion layer 30c diffuse and spread the reaction gas (fuel gas or oxidant gas) over the entire electrode surface. As shown in FIG. 1, the size of the cathode-side gas diffusion layer 30c in plan view is substantially equal to the size of the cathode-side catalyst layer 20c in plan view. Therefore, the size of the cathode-side gas diffusion layer 30 c in plan view is smaller than the size of the electrolyte membrane 10 in plan view. In contrast, the size of the anode-side gas diffusion layer 30a in plan view is substantially equal to the size of the electrolyte membrane 10 and the anode-side catalyst layer 20a in plan view. In this embodiment, both the anode side gas diffusion layer 30a and the cathode side gas diffusion layer 30c are formed of carbon fibers.

シール部材50は、カソード側ガス拡散層30c外周端面の外側(−X方向側)に配置される。より正確には、シール部材50は、カソード側ガス拡散層30cおよびカソード側触媒層20cの外周端面の外側(−X方向側)のうち、積層方向において電解質膜10に対応する位置に配置される。シール部材50は、発電モジュール200とセパレータ40a,40cとの間からの反応ガスや生成水等の漏洩を防止する。本実施形態において、シール部材50は、高分子フィルム(PET(ポリエチレンテレフタレート)、PP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)、PEN(ポリエチレンナフタレート)等)やゴムにより形成されている。ゴムとしては、例えば、ブチルゴムやシリコーンゴムを採用してもよい。   The seal member 50 is disposed on the outer side (−X direction side) of the outer peripheral end face of the cathode side gas diffusion layer 30c. More precisely, the seal member 50 is arranged at a position corresponding to the electrolyte membrane 10 in the stacking direction, outside the outer peripheral end faces (−X direction side) of the cathode side gas diffusion layer 30c and the cathode side catalyst layer 20c. . The seal member 50 prevents leakage of reaction gas, generated water, and the like from between the power generation module 200 and the separators 40a and 40c. In the present embodiment, the seal member 50 is formed of a polymer film (PET (polyethylene terephthalate), PP (polypropylene), PE (polyethylene), PEN (polyethylene naphthalate), or the like) or rubber. For example, butyl rubber or silicone rubber may be employed as the rubber.

ここで、カソード側ガス拡散層30cの外周端面およびカソード側触媒層20cの外周端面と、シール部材50との間、すなわち、カソード側ガス拡散層30cおよびカソード側触媒層20cの−X方向の端部とシール部材50の+X方向の端部との間には、間隙60が形成されている。このような間隙60は、公差、製造誤差、および経年変化等により生じる。上述のように、カソード側触媒層20cおよびカソード側ガス拡散層30cの平面視の大きさは電解質膜10の平面視の大きさよりも小さいため、間隙60において電解質膜10が露出する。   Here, between the outer peripheral end surface of the cathode side gas diffusion layer 30c and the outer peripheral end surface of the cathode side catalyst layer 20c and the seal member 50, that is, the end in the −X direction of the cathode side gas diffusion layer 30c and the cathode side catalyst layer 20c. A gap 60 is formed between the portion and the end of the seal member 50 in the + X direction. Such a gap 60 is caused by tolerance, manufacturing error, aging, and the like. As described above, the size of the cathode-side catalyst layer 20c and the cathode-side gas diffusion layer 30c in plan view is smaller than the size of the electrolyte membrane 10 in plan view, so that the electrolyte membrane 10 is exposed in the gap 60.

支持層70は、アノード側触媒層20aとアノード側ガス拡散層30aとの間に配置される。また支持層70は、カソード側に形成された上述の間隙60に対応する領域を少なくとも含むように配置されている。支持層70の配置位置について、詳細は後述する。支持層70は、電解質膜10よりも高い剛性、又は、高い弾性を有する液状接着部材により形成されている。具体的には、本実施形態においては、支持層70は、エポキシ樹脂により形成されている。なお、エポキシ樹脂に代えて、電解質膜10よりも高い剛性、又は、高い弾性を有する他の任意の材料により、支持層70を形成してもよい。発電モジュール200では、このような特性を有する支持層70を設けることにより、電解質膜10を支持している。アノード側触媒層20aは多孔質層であるため電解質膜10との接合性は低い。同様に、アノード側ガス拡散層30aは多孔質層であるためアノード側触媒層20aとの接合性は低い。このため、アノード側触媒層20aおよびアノード側ガス拡散層30aによる電解質膜10を支持する力は低く、これら2つの層20a,30aでは電解質膜10の変形を抑制できない。そこで、本実施形態の発電モジュール200では、支持層70を設けることにより、電解質膜10を支持して電解質膜10の変形を抑制している。なお、支持層70の詳細な作用および効果は、後述する。   The support layer 70 is disposed between the anode side catalyst layer 20a and the anode side gas diffusion layer 30a. The support layer 70 is disposed so as to include at least a region corresponding to the gap 60 formed on the cathode side. Details of the arrangement position of the support layer 70 will be described later. The support layer 70 is formed of a liquid adhesive member having higher rigidity or higher elasticity than the electrolyte membrane 10. Specifically, in the present embodiment, the support layer 70 is formed of an epoxy resin. Note that the support layer 70 may be formed of any other material having higher rigidity or higher elasticity than the electrolyte membrane 10 instead of the epoxy resin. In the power generation module 200, the electrolyte membrane 10 is supported by providing the support layer 70 having such characteristics. Since the anode side catalyst layer 20a is a porous layer, the bonding property with the electrolyte membrane 10 is low. Similarly, since the anode side gas diffusion layer 30a is a porous layer, the bonding property with the anode side catalyst layer 20a is low. For this reason, the force which supports the electrolyte membrane 10 by the anode side catalyst layer 20a and the anode side gas diffusion layer 30a is low, and deformation of the electrolyte membrane 10 cannot be suppressed by these two layers 20a and 30a. Therefore, in the power generation module 200 of the present embodiment, the support layer 70 is provided to support the electrolyte membrane 10 and suppress deformation of the electrolyte membrane 10. Detailed actions and effects of the support layer 70 will be described later.

本実施形態では、支持層70は以下のように形成される。発電モジュール200の作製時において、膜電極接合体100を作製後、アノード側触媒層20aの所定位置にエポキシ樹脂を塗工することにより支持層70が形成される。その後、膜電極接合体100および支持層70に対して、一対のガス拡散層30a、30cを熱圧着させることにより、発電モジュール200が形成される。なお、エポキシ樹脂の塗工箇所は、アノード側触媒層20aの表面に代えて、または、アノード側触媒層20aの表面に加えて、アノード側ガス拡散層30aの表面としてもよい。   In the present embodiment, the support layer 70 is formed as follows. When the power generation module 200 is manufactured, the support layer 70 is formed by applying an epoxy resin to a predetermined position of the anode side catalyst layer 20a after the membrane electrode assembly 100 is manufactured. Thereafter, the power generation module 200 is formed by thermocompression bonding the pair of gas diffusion layers 30 a and 30 c to the membrane electrode assembly 100 and the support layer 70. The location where the epoxy resin is applied may be the surface of the anode side gas diffusion layer 30a instead of the surface of the anode side catalyst layer 20a or in addition to the surface of the anode side catalyst layer 20a.

A2.支持層70の詳細構成:
図2は、図1に示す発電モジュール200の間隙60近傍の拡大図である。なお、図2では、一対のセパレータ40a,40cを省略している。図2に示すように、支持層70は、アノード側触媒層20aとアノード側ガス拡散層30aとの間に配置されている。また、支持層70は、カソード側の間隙60に対応する領域、すなわち、Y軸方向に見て間隙60と重なる領域S1(以下、単に「対応領域S1」と呼ぶ)を含むように配置されている。具体的には、支持層70の+X方向の端面E3のX軸に沿った位置は、カソード側ガス拡散層30cの−X方向の外周端面E2のX軸方向に沿った位置よりも、距離d1だけ+X方向、すなわち発電モジュール200の内側に配置される。また、支持層70の−X方向の端面のX軸方向に沿った位置は、図1に示すように発電モジュール200の−X方向の端面のX軸方向に沿った位置に等しい。すなわち、支持層70の−X方向の端面のX軸方向に沿った位置は、シール部材50の端面E1のX軸方向に沿った位置よりも−X方向に配置される。したがって、積層方向に沿って、支持層70と間隙60を見たとき、支持層70は、間隙60を含むように配置されている。
A2. Detailed configuration of the support layer 70:
FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the gap 60 of the power generation module 200 shown in FIG. In FIG. 2, the pair of separators 40a and 40c is omitted. As shown in FIG. 2, the support layer 70 is disposed between the anode side catalyst layer 20a and the anode side gas diffusion layer 30a. The support layer 70 is disposed so as to include a region corresponding to the gap 60 on the cathode side, that is, a region S1 overlapping with the gap 60 when viewed in the Y-axis direction (hereinafter simply referred to as “corresponding region S1”). Yes. Specifically, the position along the X axis of the end surface E3 in the + X direction of the support layer 70 is a distance d1 from the position along the X axis direction of the outer peripheral end surface E2 in the −X direction of the cathode side gas diffusion layer 30c. Only in the + X direction, that is, inside the power generation module 200. Further, the position along the X-axis direction of the end surface in the −X direction of the support layer 70 is equal to the position along the X-axis direction of the end surface in the −X direction of the power generation module 200 as shown in FIG. 1. That is, the position along the X-axis direction of the end surface in the −X direction of the support layer 70 is arranged in the −X direction rather than the position along the X-axis direction of the end surface E1 of the seal member 50. Therefore, when the support layer 70 and the gap 60 are viewed along the stacking direction, the support layer 70 is disposed so as to include the gap 60.

図3は、セル締結圧力を受けた際の単セル500を示す説明図である。セル締結時、セパレータ40cは、単セル500の上方(+Y方向)から下方(−Y方向)に向かう締結圧力F1を受け、同様に、セパレータ40aは、単セル500の下方(−Y方向)から上方(+Y方向)に向かう締結圧力F2を受ける。これに伴い、膜電極接合体100も同様に締結圧力を受けることとなる。しかし、本実施形態の発電モジュール200には、電解質膜10よりも高い剛性を有する支持層70が対応領域S1を含むようにアノード側触媒層20aとアノード側ガス拡散層30aとの間に設けられているので、かかる締結圧力は、支持層70によりアノード側触媒層20aを介して電解質膜10のうちの間隙60において露出している部分(以下、「露出部分」と呼ぶ)にも伝播される。このため、電解質膜10の膨張および収縮が起こった場合でも、露出部分の変形を抑制できる。支持層70を配置することによる他の効果について、図4を用いて説明する。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing the single cell 500 when receiving the cell fastening pressure. At the time of cell fastening, the separator 40c receives a fastening pressure F1 from the upper side (+ Y direction) of the single cell 500 to the lower side (−Y direction). Similarly, the separator 40a is applied from below the single cell 500 (−Y direction). The fastening pressure F2 that is directed upward (+ Y direction) is received. Along with this, the membrane electrode assembly 100 similarly receives a fastening pressure. However, in the power generation module 200 of the present embodiment, the support layer 70 having higher rigidity than the electrolyte membrane 10 is provided between the anode side catalyst layer 20a and the anode side gas diffusion layer 30a so as to include the corresponding region S1. Therefore, the fastening pressure is also propagated by the support layer 70 via the anode-side catalyst layer 20a to a portion exposed in the gap 60 in the electrolyte membrane 10 (hereinafter referred to as “exposed portion”). . For this reason, even when the expansion and contraction of the electrolyte membrane 10 occur, the deformation of the exposed portion can be suppressed. The other effect by arrange | positioning the support layer 70 is demonstrated using FIG.

図4は、水素欠乏時における単セル500を示す説明図である。一般的に、発電モジュール200の端部においては、発電モジュール200の中央部に比べて水素の拡散距離が長いため、電気化学反応に必要な水素が十分供給されない可能性がある。このような水素欠乏状態において発電モジュール200を発電させた場合、カソード側の担体カーボンの酸化反応(1/2C+HO→1/2CO+2H+2e)とともに、アノード側の酸素還元反応(1/2O+2H+e→HO)が進行する。その結果、カソード側において、カソード側ガス拡散層30cと膜電極接合体100との接着強度が低下し、電解質膜10の膨張および収縮が起こり易くなる。しかし、本実施形態の発電モジュール200には、アノード側触媒層20aとアノード側ガス拡散層30aとの間に支持層70を設けているため、上述したアノード側の酸素還元反応を阻害できる。これに伴い、カソード側の担体カーボンの酸化反応を抑制でき、カソード側ガス拡散層30cと膜電極接合体100との接着強度の低下を抑制できる。したがって、間隙60において電解質膜10が露出していたとしても、電解質膜10の膨張や収縮による変形を抑制できる。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing the single cell 500 at the time of hydrogen deficiency. Generally, since the hydrogen diffusion distance is longer at the end of the power generation module 200 than at the center of the power generation module 200, there is a possibility that hydrogen necessary for the electrochemical reaction may not be sufficiently supplied. When the power generation module 200 generates power in such a hydrogen-deficient state, the anode side oxygen reduction reaction (1) together with the oxidation reaction of the carrier carbon on the cathode side (1 / 2C + H 2 O → 1 / 2CO 2 + 2H + + 2e ). / 2O 2 + 2H + + e → H 2 O) proceeds. As a result, on the cathode side, the adhesive strength between the cathode side gas diffusion layer 30c and the membrane electrode assembly 100 is lowered, and the electrolyte membrane 10 is likely to expand and contract. However, since the power generation module 200 of this embodiment includes the support layer 70 between the anode side catalyst layer 20a and the anode side gas diffusion layer 30a, the above-described oxygen reduction reaction on the anode side can be inhibited. Along with this, the oxidation reaction of the carrier carbon on the cathode side can be suppressed, and a decrease in the adhesive strength between the cathode side gas diffusion layer 30c and the membrane electrode assembly 100 can be suppressed. Therefore, even if the electrolyte membrane 10 is exposed in the gap 60, deformation due to expansion and contraction of the electrolyte membrane 10 can be suppressed.

また、露出部分の積層方向(+Y方向)には、アノード側触媒層20aおよびアノード側ガス拡散層30aが存在しないために、露出部分の酸素供給量は多い。このため、電解質膜10を介してアノード側からカソード側へ透過する水素と酸素とが反応して、過酸化水素が発生する反応(2H+O+2e→H)が促進され易い。その結果、過酸化水素による電解質膜10の劣化が起こり易い。しかし、本実施形態の発電モジュール200には、アノード側触媒層20aとアノード側ガス拡散層30aとの間に支持層70を設けているため、支持層70によりアノード側からカソード側への水素の移動を遮断できるので、上述した過酸化水素が発生する反応を抑制できる。したがって、間隙60において電解質膜10が露出していたとしても、電解質膜10の劣化を抑制できる。 Further, since the anode side catalyst layer 20a and the anode side gas diffusion layer 30a are not present in the stacking direction (+ Y direction) of the exposed portion, the oxygen supply amount of the exposed portion is large. For this reason, hydrogen and oxygen that permeate from the anode side to the cathode side through the electrolyte membrane 10 react to generate hydrogen peroxide (2H + + O 2 + 2e → H 2 O 2 ). . As a result, the electrolyte membrane 10 is easily deteriorated by hydrogen peroxide. However, since the power generation module 200 of the present embodiment is provided with the support layer 70 between the anode-side catalyst layer 20a and the anode-side gas diffusion layer 30a, the support layer 70 allows hydrogen from the anode side to the cathode side. Since the movement can be blocked, the above-described reaction in which hydrogen peroxide is generated can be suppressed. Therefore, even if the electrolyte membrane 10 is exposed in the gap 60, the deterioration of the electrolyte membrane 10 can be suppressed.

また、本実施形態の発電モジュール200には、アノード側触媒層20aとアノード側ガス拡散層30aとの間に支持層70が存在するので、アノード側ガス拡散層30aを形成する炭素繊維の毛羽が、触媒層20aを貫いて電解質膜10に至ることを抑制できる。   Further, in the power generation module 200 of the present embodiment, since the support layer 70 exists between the anode side catalyst layer 20a and the anode side gas diffusion layer 30a, the fluff of carbon fibers forming the anode side gas diffusion layer 30a is present. Further, it is possible to suppress the penetration through the catalyst layer 20a to the electrolyte membrane 10.

A3.比較例:
図5は、比較例の発電モジュール250を示す図である。図5に示すように、比較例における発電モジュール250には支持層70が設けられていない。したがって、例えば、発電モジュール250を適用した単セルにおいて間隙90には締結圧力が加えられない。このため、電解質膜10が膨張および収縮しようとする際に、間隙90に対応する部分には締結圧力が加えられないため自由に変形でき、かかる部分に応力が集中することとなる。その結果、電解質膜10の変形や破断が生じ得ることとなる。これに対して、第1実施形態の発電モジュール200では、支持層70が設けられているので、露出部分にも締結圧力を加えることができ、電解質膜10を拘束して電解質膜10の変形を抑制できる。その結果、露出部分への応力集中を抑制して電解質膜10の損傷を抑制できる。
A3. Comparative example:
FIG. 5 is a diagram showing a power generation module 250 of a comparative example. As shown in FIG. 5, the power generation module 250 in the comparative example is not provided with the support layer 70. Therefore, for example, a fastening pressure is not applied to the gap 90 in a single cell to which the power generation module 250 is applied. For this reason, when the electrolyte membrane 10 is to expand and contract, no fastening pressure is applied to the portion corresponding to the gap 90, so that it can be freely deformed, and the stress concentrates on the portion. As a result, the electrolyte membrane 10 may be deformed or broken. On the other hand, in the power generation module 200 of the first embodiment, since the support layer 70 is provided, the fastening pressure can be applied to the exposed portion, and the electrolyte membrane 10 is restrained to deform the electrolyte membrane 10. Can be suppressed. As a result, stress concentration on the exposed portion can be suppressed and damage to the electrolyte membrane 10 can be suppressed.

以上説明した、第1実施形態の発電モジュール200によれば、電解質膜10よりも高い剛性または高い弾性を有する支持層70が、カソード側に形成された間隙60に対応する対応領域S1を含むように、アノード側触媒層20aとアノード側ガス拡散層30aとの間に配置されるので、支持層70により電解質膜10の露出部分を拘束し、露出部分に電解質膜10の変形に伴う応力が集中することを抑制して、電解質膜10の損傷を抑制できる。加えて、間隙60において露出した電解質膜10とアノード側触媒層20aおよびアノード側ガス拡散層30aとの相互の接合性を、支持層70を介して高めることができる。また、支持層70により、アノード側の酸素還元反応を抑制できるので、かかる反応に伴って生じるカソード側のカーボン酸化反応を抑制して、アノード側ガス拡散層30aと膜電極接合体100との接合性を向上できる。このため、電解質膜10を支持する力を向上できる。また、支持層70により、アノード側からカソード側への水素の移動を遮断できるので、電解質膜10の劣化を促す過酸化水素やラジカルの生成を抑えることができる。このため、電解質膜10の劣化を抑制でき、電解質膜10の損傷を抑制できる。   According to the power generation module 200 of the first embodiment described above, the support layer 70 having higher rigidity or higher elasticity than the electrolyte membrane 10 includes the corresponding region S1 corresponding to the gap 60 formed on the cathode side. Furthermore, since the anode side catalyst layer 20a and the anode side gas diffusion layer 30a are disposed between the anode side catalyst layer 20a and the anode side gas diffusion layer 30a, the support layer 70 constrains the exposed portion of the electrolyte membrane 10, and stresses due to deformation of the electrolyte membrane 10 are concentrated on the exposed portion. This can suppress the damage to the electrolyte membrane 10. In addition, the mutual bonding property between the electrolyte membrane 10 exposed in the gap 60 and the anode side catalyst layer 20 a and the anode side gas diffusion layer 30 a can be enhanced via the support layer 70. Further, since the oxygen reduction reaction on the anode side can be suppressed by the support layer 70, the carbon oxidation reaction on the cathode side caused by the reaction is suppressed, and the anode side gas diffusion layer 30a and the membrane electrode assembly 100 are bonded. Can be improved. For this reason, the force which supports the electrolyte membrane 10 can be improved. Further, since the support layer 70 can block the movement of hydrogen from the anode side to the cathode side, generation of hydrogen peroxide and radicals that promote deterioration of the electrolyte membrane 10 can be suppressed. For this reason, deterioration of the electrolyte membrane 10 can be suppressed, and damage to the electrolyte membrane 10 can be suppressed.

B.第2実施形態:
図6は、第2実施形態における発電モジュール200aを示す拡大断面図である。図6では、第2実施形態の発電モジュール200aにおいて間隙60の近傍を拡大して示している。第2実施形態の発電モジュール200aは、膜電極接合体100に代えて膜電極接合体100aを備えている点と、支持層70に代えて支持層71を備えている点とにおいて、第1実施形態の発電モジュール200と異なる。第2実施形態の発電モジュール200aにおけるその他の構成は、第1実施形態の発電モジュール200と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
B. Second embodiment:
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing the power generation module 200a in the second embodiment. In FIG. 6, the vicinity of the gap 60 is shown enlarged in the power generation module 200a of the second embodiment. The power generation module 200a according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the membrane electrode assembly 100a is provided instead of the membrane electrode assembly 100 and the support layer 71 is provided instead of the support layer 70. It differs from the power generation module 200 of the form. Since the other structure in the power generation module 200a of 2nd Embodiment is the same as the power generation module 200 of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the detailed description is abbreviate | omitted.

膜電極接合体100aは、アノード側触媒層20aに代えてアノード側触媒層21aを備えている点において、第1実施形態の膜電極接合体100と異なる。膜電極接合体100aの他の構成は、膜電極接合体100と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。第2実施形態のアノード側触媒層21aの平面視の大きさは、アノード側ガス拡散層30aの平面視の大きさよりも小さい。このため、図6に示すように、アノード側触媒層21aの−X方向の端面は、アノード側ガス拡散層30aおよび電解質膜10の−X方向の端面よりも+X方向に位置している。   The membrane electrode assembly 100a differs from the membrane electrode assembly 100 of the first embodiment in that an anode side catalyst layer 21a is provided instead of the anode side catalyst layer 20a. Since other configurations of the membrane electrode assembly 100a are the same as those of the membrane electrode assembly 100, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The size of the anode side catalyst layer 21a of the second embodiment in plan view is smaller than the size of the anode side gas diffusion layer 30a in plan view. For this reason, as shown in FIG. 6, the end surface in the −X direction of the anode side catalyst layer 21a is positioned in the + X direction from the end surfaces in the −X direction of the anode side gas diffusion layer 30a and the electrolyte membrane 10.

第2実施形態の支持層71は、電解質膜10とアノード側ガス拡散層30aとの間に加えて、アノード側触媒層21aの外周端面の外側にも配置されている。図6に示すように、支持層71は、第1実施形態の支持層70と同様に、カソード側に形成された間隙60に対応する対応領域S1を含むように配置される点は同じである。   The support layer 71 of the second embodiment is disposed between the electrolyte membrane 10 and the anode side gas diffusion layer 30a, and also outside the outer peripheral end face of the anode side catalyst layer 21a. As shown in FIG. 6, the support layer 71 is the same as the support layer 70 of the first embodiment in that the support layer 71 is disposed so as to include the corresponding region S1 corresponding to the gap 60 formed on the cathode side. .

以上の構成を有する第2実施形態の発電モジュール200aは、第1実施形態の発電モジュール200と同様な効果を有する。加えて、支持層71は、電解質膜10と直接接合しているため、第1実施形態と比べて自身と電解質膜10との接合性をより高めることができ、電解質膜10の変形や破断を抑制できる。   The power generation module 200a of the second embodiment having the above configuration has the same effect as the power generation module 200 of the first embodiment. In addition, since the support layer 71 is directly bonded to the electrolyte membrane 10, the bonding property between itself and the electrolyte membrane 10 can be further improved as compared with the first embodiment, and deformation or breakage of the electrolyte membrane 10 can be prevented. Can be suppressed.

C.第3実施形態:
図7は、第3実施形態における発電モジュール200bを示す拡大断面図である。図7では、第3実施形態の発電モジュール200bにおいて間隙60の近傍を拡大して示している。第3実施形態の発電モジュール200bは、膜電極接合体100に代えて膜電極接合体100bを備えている点と、シール部材50に代えてシール部材51を備えている点と、カソード側に支持層72を備えている点とにおいて、第1実施形態の発電モジュール200と異なる。第3実施形態の発電モジュール200bにおけるその他の構成は、第1実施形態の発電モジュール200と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
C. Third embodiment:
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a power generation module 200b in the third embodiment. In FIG. 7, the vicinity of the gap 60 is shown enlarged in the power generation module 200b of the third embodiment. The power generation module 200b according to the third embodiment is provided with a membrane electrode assembly 100b instead of the membrane electrode assembly 100, a point provided with a seal member 51 instead of the seal member 50, and supported on the cathode side. It differs from the electric power generation module 200 of 1st Embodiment in the point provided with the layer 72. FIG. Since the other configuration of the power generation module 200b of the third embodiment is the same as that of the power generation module 200 of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

膜電極接合体100bは、カソード側触媒層20cに代えてカソード側触媒層21cを備えている点において、第1実施形態の膜電極接合体100と異なる。膜電極接合体100bの他の構成は、膜電極接合体100と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。第3実施形態のカソード側触媒層21cの平面視の大きさは、カソード側ガス拡散層30cの平面視の大きさよりも小さい。このため、図7に示すように、カソード側触媒層21cの−X方向の端面は、カソード側ガス拡散層30cの端面よりも+X方向に位置している。   The membrane electrode assembly 100b is different from the membrane electrode assembly 100 of the first embodiment in that a cathode side catalyst layer 21c is provided instead of the cathode side catalyst layer 20c. Since other configurations of the membrane electrode assembly 100b are the same as those of the membrane electrode assembly 100, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The size of the cathode side catalyst layer 21c of the third embodiment in plan view is smaller than the size of the cathode side gas diffusion layer 30c in plan view. Therefore, as shown in FIG. 7, the end surface in the −X direction of the cathode side catalyst layer 21c is located in the + X direction with respect to the end surface of the cathode side gas diffusion layer 30c.

シ−ル部材51は、厚さ(Y軸方向の長さ)が短い点においてシール部材50と異なり、他の構成はシール部材50と同じである。   The seal member 51 is different from the seal member 50 in that the thickness (the length in the Y-axis direction) is short, and the other configuration is the same as that of the seal member 50.

支持層72は、シール部材51と電解質膜10との間、および間隙60において電解質膜10と接する位置に配置されている。また、支持層72は、カソード側触媒層21cの外周端面と、カソード側ガス拡散層30cと、電解質膜10とに三方を囲まれた領域にも配置されている。このような支持層72は、Y軸方向に見てカソード側に形成された間隙60に対応する領域S1を含むように配置される点では、支持層70と共通する。   The support layer 72 is disposed between the seal member 51 and the electrolyte membrane 10 and at a position in contact with the electrolyte membrane 10 in the gap 60. The support layer 72 is also disposed in a region surrounded on three sides by the outer peripheral end surface of the cathode side catalyst layer 21 c, the cathode side gas diffusion layer 30 c, and the electrolyte membrane 10. Such a support layer 72 is common to the support layer 70 in that it is disposed so as to include a region S1 corresponding to the gap 60 formed on the cathode side when viewed in the Y-axis direction.

以上の構成を有する第3実施形態の発電モジュール200bは、第1実施形態の発電モジュール200と同様な効果を有する。加えて、カソード側に形成された間隙60において露出した電解質膜10のカソード側の面に接して支持層72を設けているので、電解質膜10の変形や破断を抑制できる。   The power generation module 200b of the third embodiment having the above configuration has the same effect as the power generation module 200 of the first embodiment. In addition, since the support layer 72 is provided in contact with the cathode side surface of the electrolyte membrane 10 exposed in the gap 60 formed on the cathode side, deformation and breakage of the electrolyte membrane 10 can be suppressed.

D.第4実施形態:
図8は、第4実施形態における発電モジュール200cを示す断面図である。図8では、第4実施形態の発電モジュール200cにおいて間隙60の近傍を拡大して示している。第4実施形態の発電モジュール200cは、膜電極接合体100に代えて膜電極接合体100cを備えている点と、シール部材50に代えてシール部材52を備えている点とにおいて、第1実施形態の発電モジュール200と異なる。第3実施形態の発電モジュール200cにおけるその他の構成は、第1実施形態の発電モジュール200と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
D. Fourth embodiment:
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a power generation module 200c in the fourth embodiment. In FIG. 8, the vicinity of the gap 60 is shown enlarged in the power generation module 200c of the fourth embodiment. The power generation module 200c of the fourth embodiment is the first implementation in that the membrane electrode assembly 100c is provided instead of the membrane electrode assembly 100, and the seal member 52 is provided instead of the seal member 50. It differs from the power generation module 200 of the form. Since the other configuration of the power generation module 200c of the third embodiment is the same as that of the power generation module 200 of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

膜電極接合体100cは、カソード側触媒層20cに代えてカソード側触媒層22cを備えている点において、第1実施形態の膜電極接合体100と異なる。膜電極接合体100cの他の構成は、膜電極接合体100と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。第4実施形態のカソード側触媒層22cの平面視の大きさは、電解質膜10の平面視の大きさと略等しい。このため、間隙60において、電解質膜10は露出していない。   The membrane electrode assembly 100c is different from the membrane electrode assembly 100 of the first embodiment in that a cathode side catalyst layer 22c is provided instead of the cathode side catalyst layer 20c. Since the other structure of the membrane electrode assembly 100c is the same as that of the membrane electrode assembly 100, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The size of the cathode catalyst layer 22c of the fourth embodiment in plan view is substantially equal to the size of the electrolyte membrane 10 in plan view. For this reason, the electrolyte membrane 10 is not exposed in the gap 60.

シール部材52は、カソード側触媒層22cに接している点において、第1実施形態のシール部材50と異なる。具体的には、シール部材52は、カソード側触媒層22cの−X方向の端部の+Y方向の面に接して配置されている。   The seal member 52 is different from the seal member 50 of the first embodiment in that it is in contact with the cathode side catalyst layer 22c. Specifically, the seal member 52 is disposed in contact with the surface in the + Y direction at the end portion in the −X direction of the cathode side catalyst layer 22c.

以上の構成を有する第4実施形態の発電モジュール200cは、第1実施形態の発電モジュール200と同様な効果を有する。加えて、第4実施形態の発電モジュール200cでは、間隙60において電解質膜10が露出しないので、電解質膜10における間隙60に対応する部分の変形を、カソード側触媒層22cによって抑制できる。   The power generation module 200c of the fourth embodiment having the above configuration has the same effect as the power generation module 200 of the first embodiment. In addition, in the power generation module 200c of the fourth embodiment, since the electrolyte membrane 10 is not exposed in the gap 60, deformation of the portion corresponding to the gap 60 in the electrolyte membrane 10 can be suppressed by the cathode side catalyst layer 22c.

E.変形例:
E1.変形例1:
図9は、変形例における発電モジュール200dを示す拡大断面図である。変形例の発電モジュール200dは、アノード側とカソード側の構成が図2に示す第1実施形態の発電モジュール200とは逆になっている。具体的には、膜電極接合体100dを構成する、電解質膜10、アノード側触媒層25a、およびカソード側触媒層25cのうち、アノード側触媒層25aの平面視の大きさは電解質膜10の平面視の大きさよりも小さい。カソード側触媒層25cの平面視の大きさは電解質膜10の平面視の大きさと略等しい。また、アノード側ガス拡散層35aの平面視の大きさは電解質膜10の平面視の大きさよりも小さい。シール部材53は、アノード側触媒層25aおよびアノード側ガス拡散層35aの外周端面の外側に配置されている。アノード側触媒層25aおよびアノード側ガス拡散層35aの外周端面とシール部材53との間には、間隙65が形成されている。支持層73は、カソード側触媒層25cとカソード側ガス拡散層35cとの間に配置されている。また、支持層73は、間隙65に対して対応する領域S2、すなわち、間隙65に対してY軸方向に見て重なる領域S2を含むように配置されている。
E. Variations:
E1. Modification 1:
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing a power generation module 200d in a modified example. The power generation module 200d of the modified example has the anode side and cathode side configurations opposite to those of the power generation module 200 of the first embodiment shown in FIG. Specifically, among the electrolyte membrane 10, the anode side catalyst layer 25a, and the cathode side catalyst layer 25c constituting the membrane electrode assembly 100d, the size of the anode side catalyst layer 25a in plan view is the plane of the electrolyte membrane 10. Smaller than visual size. The size of the cathode-side catalyst layer 25c in plan view is substantially equal to the size of the electrolyte membrane 10 in plan view. The size of the anode-side gas diffusion layer 35a in plan view is smaller than the size of the electrolyte membrane 10 in plan view. The seal member 53 is disposed outside the outer peripheral end surfaces of the anode side catalyst layer 25a and the anode side gas diffusion layer 35a. A gap 65 is formed between the outer peripheral end surfaces of the anode side catalyst layer 25 a and the anode side gas diffusion layer 35 a and the seal member 53. The support layer 73 is disposed between the cathode side catalyst layer 25c and the cathode side gas diffusion layer 35c. The support layer 73 is disposed so as to include a region S2 corresponding to the gap 65, that is, a region S2 that overlaps the gap 65 when viewed in the Y-axis direction.

このような構成を有する変形例の発電モジュール200dは、第1実施形態の発電モジュール200と同様な効果を有する。したがって、支持層73によって、間隙65において電解質膜10が露出した部分に応力が集中することを抑制して、電解質膜10の損傷を抑制できる。   The modified power generation module 200d having such a configuration has the same effects as the power generation module 200 of the first embodiment. Therefore, the support layer 73 can suppress the stress from concentrating on the exposed portion of the electrolyte membrane 10 in the gap 65, thereby suppressing damage to the electrolyte membrane 10.

本発明は、上述の実施形態および変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features in the embodiments and the modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

10…電解質膜
20a、21a、25a…アノード側触媒層
20c、21c、22c、25c…カソード側触媒層
30a、35a…アノード側ガス拡散層
30c、35c…カソード側ガス拡散層
40a、40c…セパレータ
50、51、52、53…シール部材
60、65、90…間隙
70、71、72、73…支持層
100、100a、100b、100c、100d…膜電極接合体
200、200a、200b、200c、200d、250…発電モジュール
500…単セル
E1、E2、E3…端面
F1、F2…締結圧力
S1、S2…領域(対応領域)
d1…距離
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electrolyte membrane 20a, 21a, 25a ... Anode side catalyst layer 20c, 21c, 22c, 25c ... Cathode side catalyst layer 30a, 35a ... Anode side gas diffusion layer 30c, 35c ... Cathode side gas diffusion layer 40a, 40c ... Separator 50 , 51, 52, 53 ... Seal members 60, 65, 90 ... Gap 70, 71, 72, 73 ... Support layer 100, 100a, 100b, 100c, 100d ... Membrane electrode assembly 200, 200a, 200b, 200c, 200d, 250 ... Power generation module 500 ... Single cell E1, E2, E3 ... End face F1, F2 ... Fastening pressure S1, S2 ... Area (corresponding area)
d1 Distance

Claims (1)

燃料電池を構成するために積層して用いられる発電モジュールであって、
電解質膜と、前記電解質膜を挟むアノード側およびカソード側の一対の触媒層と、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟むアノード側およびカソード側の一対のガス拡散層であって、一方の電極側のガス拡散層の大きさが前記電解質膜よりも小さい一対のガス拡散層と、
前記一方の電極側のガス拡散層の外周端面の外側であって、前記電解質膜と前記一対の触媒層と前記一対のガス拡散層との積層方向において前記電解質膜に対応する位置に配置されたシール部材と、
前記一方の電極側とは反対の他方の電極側における触媒層とガス拡散層との間において、前記積層方向に見て前記シール部材と前記外周端面との間の間隙に対応する領域を少なくとも含んで配置され、前記電解質膜よりも高い剛性又は高い弾性を有する支持層と、
を備える、発電モジュール。
A power generation module used by stacking to constitute a fuel cell,
A membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and a pair of catalyst layers on the anode side and the cathode side sandwiching the electrolyte membrane;
A pair of gas diffusion layers on the anode side and cathode side sandwiching the membrane electrode assembly, wherein the gas diffusion layer on one electrode side is smaller in size than the electrolyte membrane; and
It is outside the outer peripheral end surface of the gas diffusion layer on the one electrode side, and is disposed at a position corresponding to the electrolyte membrane in the stacking direction of the electrolyte membrane, the pair of catalyst layers, and the pair of gas diffusion layers. A sealing member;
At least a region corresponding to the gap between the seal member and the outer peripheral end surface when viewed in the stacking direction between the catalyst layer and the gas diffusion layer on the other electrode side opposite to the one electrode side. And a support layer having higher rigidity or higher elasticity than the electrolyte membrane,
A power generation module.
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