膜電極接合體和燃料電池制造技術

膜電極接合體（50）具備包含于陽極（22）的陽極氣體擴散層（28）、和包含于陰極（24）的陰極氣體擴散層（32），陽極氣體擴散層（28）具有陽極氣體擴散基體材料（27）和在陽極氣體擴散基體材料（27）的第1面配置的陽極微孔層（29），陰極氣體擴散層（32）具備陰極氣體擴散基體材料（31）、和在陰極氣體擴散基體材料（31）的第1面配置的陰極微孔層（33），陽極氣體擴散基體材料（27）的第2面的滲透率和陰極氣體擴散基體材料（31）的第2面的滲透率中的至少一者大于0.2%。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及通過氫和氧的電化學反應而發電的燃料電池。
技術介紹
近年來，能量轉換效率高且不因發電反應而產生有害物質的燃料電池備受矚目。作為這種燃料電池之一，已知的是在100°c以下的低溫下工作的固體高分子型燃料電池。固體高分子型燃料電池是如下裝置，其具有將作為電解質膜的固體高分子膜在燃料極和空氣極之間分配的基本結構，是向燃料極供給含氫的燃料氣體、向空氣極供給含氧的氧化劑氣體，并通過以下的電化學反應來發電的裝置。 燃料極H2— 2H++2e-…(I)空氣極l/202+2H+2e-— H2O... (2)陽極和陰極分別由層疊了催化劑層和氣體擴散層(Gas Diffusion Layer :⑶L)的結構構成。各電極的催化劑層夾著固體高分子膜而相向配置，構成燃料電池。催化劑層是使擔載了催化劑的碳粒子通過離子交換樹脂粘結而成的層。氣體擴散層成為氧化劑氣體、燃料氣體的通過路徑。在陽極中，供給的燃料中所含的氫如上述式(I)所示那樣分解成氫離子和電子。其中，氫離子在固體高分子電解質膜的內部向空氣極移動，電子通過外部電路向空氣極移動。另一方面，在陰極中，向陰極供給的氧化劑氣體中所含的氧與從燃料極移動過來的氫離子和電子反應，如上述式(2)所示那樣生成水。這樣，在外部電路中，電子從燃料極向空氣極移動，從而輸出電力。例如，在專利文獻I中公開了多孔基體材料內的疏水材料的量從與催化劑層接觸的一側向另一側連續地變化的燃料電池用的氣體擴散電極。此外，專利文獻2中公開了如下技術，在氣體擴散層中，使基體材料的第2表露面中的一半以上與支撐體處于非接觸狀態、或使支撐體的支撐面具有疏水性，由此抑制基體材料的第I表露面側的流動物向基體材料的厚度方向過剩地浸滲。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2003-109604號公報專利文獻2 :日本特開2009-181718號公報
技術實現思路
專利技術要解決的問題對于燃料電池，氣體擴散層需要兼顧因電化學反應而產生的水的排出和氣體的擴散性。然而，以往的燃料電池存在不能充分地確保氣體擴散層中的水的排出路徑、無法兼顧氣體擴散層中的水的排出性和氣體擴散性這樣的問題。例如，在引用文獻I和2的燃料電池中，無法定量地把握在氣體擴散層中形成的、作為通過電化學反應而產生的生成水的排出路徑的碳路徑。本專利技術鑒于上述課題而完成，其目的在于提供一種兼顧水的排出性和氣體擴散性、且提高了電壓特性的燃料電池。解決問題的方法 為了解決上述課題，本專利技術的某一方式的膜電極接合體具備電解質膜、在電解質膜的一面設置的陽極、和在電解質膜的另一面設置的陰極。陽極從電解質膜側依次包括陽極催化劑層和陽極氣體擴散層。陰極從電解質膜側依次包括陰極催化劑層和陰極氣體擴散層。陽極氣體擴散層具有陽極氣體擴散基體材料和含有導電性粉末的陽極微孔層，所述陽極微孔層以從陽極氣體擴散基體材料的第I面部分滲入陽極氣體擴散基體材料的厚度方向的形式配置。陰極氣體擴散層具有陰極氣體擴散基體材料和含有導電性粉末的陰極微孔層，所述陰極微孔層以從陰極氣體擴散基體材料的第I面部分滲入陽極氣體擴散基體材料的厚度方向的形式配置。使下述的滲透率(裏抜《■率)中的至少一個大于O. 2%，其中一個滲 透率為陽極氣體擴散層中的前述陽極微孔層的一部分到達與前述陽極氣體擴散基體材料的第I面相反側的第2面從而散在地形成的陽極微孔層的滲透區域的總面積在陽極氣體擴散基體材料的第2面的面積中所占的比例，另一個滲透率為使陰極氣體擴散層中的陰極微孔層的一部分到達與前述陰極氣體擴散基體材料的第I面相反側的第2面從而散在地形成的陰極微孔層的滲透區域的總面積在陰極氣體擴散基體材料的第2面的面積中所占的比例。根據這樣的方式，氣體擴散層的微孔層部分滲透至氣體擴散基體材料的另一面，因此可以以微孔層中形成滲透的部分為中心，將因電化學反應而產生的水向隔板側排出。認為通過微孔層中的碳形成碳路徑，使生成水的排出高效地進行。此外，通過使微孔層的滲透率為給定比例，可以保持氣體擴散層的氣體擴散性，同時兼顧生成水的排出和氣體擴散性。此外，通過散在地形成滲透區域，可以從氣體擴散層整體均勻地排出生成水，因此可以使生成水的排出性進一步地提高。由此，可以使燃料電池的電壓特性提高。在上述方式的膜電極接合體中，滲透率可以是O. 3^3. 9%。按照這樣的方式，可以使氣體擴散層的排出性和燃料電池的電壓特性進一步地提高。在上述方式的膜電極接合體中，滲透率可以是O. 4 3. 1%。按照這樣的方式，可以使氣體擴散層的排出性和燃料電池的電壓特性進一步地提高。本專利技術的其他方式是燃料電池。該燃料電池的特征在于具備上述方式的膜電極接合體。按照這樣的方式，可以使氣體擴散層的排出性和燃料電池的電壓特性進一步地提高。需要說明的是，微孔層以給定比例形成滲透的氣體擴散層，從排出生成水的觀點出發，可以適當地在陰極中使用，也可以在陽極中使用。專利技術的效果根據本專利技術的燃料電池，可以使電壓特性提高。附圖說明圖I是示意地表示實施方式的燃料電池的結構的立體圖。圖2是圖I的A-A線上的剖面圖。圖3是表示氣體擴散層的背面的微孔層的滲透的圖。圖4是表示通過輥涂機涂覆來調節氣體擴散層的背面的微孔層的滲透率的方法的圖。圖5是表示通過刷涂來調節氣體擴散層的背面的微孔層的滲透率的方法的圖。圖6是氣體擴散層的背面的微孔層的滲透率與產生的電壓之間關系的圖表。符號說明10燃料電池20固體高分子電解質膜22 陽極 24 陰極26、3O催化劑層27、31氣體擴散基體材料28、32氣體擴散層29、33 微孔層50膜電極接合體。具體實施例方式以下參照附圖說明本專利技術的實施方式。需要說明的是，在全部附圖中，對同樣的構成要素添加同樣的標號，并適當省略說明。(實施方式)圖I是示意地表示實施方式I的燃料電池10的結構的立體圖。圖2是圖I的A-A線上的剖面圖。燃料電池10具備平板狀的膜電極接合體50，在該膜電極接合體50的兩側設置有隔板34和隔板36。在本例中，僅不出一個膜電極接合體50,但也可以介由隔板34、隔板36層疊多個膜電極接合體50而構成燃料電池堆。膜電極接合體50具有固體高分子電解質膜20、陽極22、和陰極24。陽極22具有由催化劑層26和氣體擴散層28構成的層疊體。另一方面，陰極24具有由催化劑層30和氣體擴散層32構成的層疊體。陽極22的催化劑層26和陰極24的催化劑層30以夾著固體高分子電解質膜20而相向配置的方式設置。在陽極22側設置的隔板34上設有氣體流路38。燃料氣體從燃料供給用的歧管(未圖示)向氣體流路38分配，通過氣體流路38向膜電極接合體50供給燃料氣體。同樣地，在陰極24側設置的隔板36上設置有氣體流路40。氧化劑氣體從氧化劑供給用歧管(未圖示)分配到氣體流路40，通過氣體流路40向膜電極接合體50供給氧化劑氣體。具體來講，在燃料電池10運轉時，通過使燃料氣體、例如含有氫氣的改性氣體在氣體流路38內沿著氣體擴散層28的表面從上方向下方流通，由此向陽極22供給燃料氣體。另一方面，在燃料電池10運轉時，通過使氧化劑氣體、例如空氣在氣體流路40內沿著氣體擴散層32的表面從上方向下方流通，由此向陰極24供給氧化劑氣體。由此，在膜電極接合體50內發生反應。如果介由氣體擴散層28向催化劑層26供給本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高見洋史，坂本滋，
申請(專利權)人：億能新燃料電池技術開發有限公司，
類型：
國別省市：