燃料电池用带有树脂框的电解质膜-电极结构体的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃料电池用带有树脂框的电解质膜-电极结构体，其具有:台阶型MEA(Membrane Electrode Assemblies,膜电极组件),其由阳极电极和阴极电极夹持固体高分子电解质膜而成；树脂框构件，其环绕所述台阶型MEA的外周设置。
【背景技术】
[0002]通常，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。燃料电池具有电解质膜-电极结构体(MEA)，在该电解质膜-电极结构体(MEA)中，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(多孔碳)构成的阳极电极以及阴极电极。电解质膜-电极结构体被隔板(双极板)夹持进而构成燃料电池。该燃料电池通过层积至规定的数量，例如被用作车载用燃料电池堆。
[0003]在电解质膜-电极结构体中，有时会将其中一个气体扩散层的平面尺寸设定为比固体高分子电解质膜的平面尺寸小，并且，将另一个气体扩散层的平面尺寸设定为与所述固体高分子电解质膜的平面尺寸相同，即，构成所谓的台阶型MEA。此时，为了在削减价格相对高昂的固体高分子电解质膜的使用量，并保护呈薄膜状且强度较低的所述固体高分子电解质膜，因而采用带有组装有树脂框构件的树脂框的MEA。
[0004]例如，专利文献I所示的膜电极组合体，如图9所示，包括膜电极结合体I和树脂框2。膜电极结合体I具有高分子电解质膜3，在所述电解质膜3的其中一个面侧设有第I电极层4a及第I气体扩散层4b。在电解质膜3的另一个面侧设有第2电极层5a及第2气体扩散层5b。
[0005]第I扩散层4b的外周边缘全部容纳于电解质膜3的外周边缘的范围之内。另一方面，第I电极层4a配置于该电解质膜3的表面上，并且，在该第I电极层4a的外周边缘的整周范围内，在该第I电极层4a的外周边缘与电解质膜3的外周边缘之间存在未被第I电极层4a覆盖的该电解质膜3的表面区域。而且，第2气体扩散层5b在电解质膜3的外周边缘的整周上延伸至与表面区域相反一侧的至少一部分，树脂框2粘接在该表面区域的至少一部分。
[0006]专利文献1:日本专利特开2008-41337号公报
[0007]然而，在所述膜电极组合体中，通过从第I气体扩散层4b及第2气体扩散层5b分别向第I电极层4a及第2电极层5a供应反应气体(燃料气体及氧化剂气体)进行发电的过程中，尤其在高电流区域，容易发生向阴极催化剂层供应的氧化剂气体(氧气)的供应量不足的现象，有发电性能降低之虞。
[0008]此外，尤其是构成车载用燃料电池时，需要实现燃料电池的整体小型化。因此，必需设法使第I气体扩散层4b及第2气体扩散层5b变薄，来缩小燃料电池的层积方向的尺寸。但是，由于第I气体扩散层4b及第2气体扩散层5b变薄，导致在隔板凸部与阴极侧扩散层相接触的部分，存在向催化剂层的氧气扩散不足、性能显著降低的问题。
[0009]而且，例如使用粘接剂将树脂框2粘贴于电解质膜3的表面区域的至少一部分。但是，存在用于粘接树脂框2和电解质膜3的粘接剂的厚度容易变薄，难以切实将所述树脂框2和所述电解质膜3粘接至所需强度的问题。
【发明内容】
[0010]鉴于所述问题，本发明的目的在于，提供一种燃料电池用带有树脂框的电解质膜-电极结构体，其能以紧凑的结构确保所需的粘接强度及树脂强度，并能尽量减少因电极端部导致的膜劣化现象。
[0011]本发明的燃料电池用带有树脂框的电解质膜-电极结构体，具有台阶状电解质膜-电极结构体以及围绕所述电解质膜-电极结构体的外周设置的树脂框构件。
[0012]电解质膜-电极结构体中，在固体高分子电解质膜的其中一个面上，设置具有阳极催化剂层及阳极扩散层的阳极电极。电解质膜-电极结构体中，在固体高分子电解质膜的另一个面上，设置具有阴极催化剂层及阴极扩散层的阴极电极。而且，阳极电极的平面尺寸被设定为比阴极电极的平面尺寸大。
[0013]树脂框构件，其围绕固体高分子电解质膜的外周设置，且具有从内周基端部向阴极电极侧鼓出的薄壁状内侧鼓出部。内侧鼓出部设有围绕其与电解质膜-电极结构体的抵接部位涂布有粘接剂的粘接剂涂布部。
[0014]在该带有树脂框的电解质膜-电极结构体中，阴极扩散层的厚度被设定为比阳极扩散层的厚度大，并且，树脂框构件的内侧鼓出部的厚度被设定为比所述阴极扩散层的厚度大。
[0015]此外，在该带有树脂框的电解质膜-电极结构体中，优选阳极扩散层被配置于树脂框构件的内周基端部，并且，所述阳极扩散层的平面被配置为与所述树脂框构件的所述内周基端部侧的平面处于同一平面上。
[0016]而且，在该带有树脂框的电解质膜-电极结构体中，优选阴极催化剂层的平面尺寸被设定为比阴极扩散层的平面尺寸大。优选阴极催化剂层的外周端部比阴极扩散层的外周端部更加向外突出地被配置于粘接剂涂布部。
[0017]根据本发明，阳极电极的平面尺寸被设定为比阴极电极的平面尺寸大。而且，在树脂框构件的内侧鼓出部设有粘接剂涂布部，该粘接剂涂布部将与阳极电极的外周边缘部侧相对应的固体高分子电解质膜的外周边缘部一体粘接。另一方面，阳极扩散层的厚度被设定为比阴极扩散层的厚度小。
[0018]因此，能够减少因阴极一侧氧化剂气体供应不足导致的发电性能降低现象，并且能够将接合部(粘接剂涂布部)的树脂厚度和粘接剂厚度设定得较大。因此，能够很好地提闻树脂强度和粘接强度。
[0019]此外，树脂框构件的内侧鼓出部的厚度被设定为比阴极扩散层的厚度大。因而，内侧鼓出部先与隔板抵接，所以阴极扩散层的前端角部不会挤压到固体高分子电解质膜，从而能够减少因所述固体高分子电解质膜的劣化导致的膜变薄现象。
[0020]因此，能够以紧凑的结构确保所需的粘接强度及树脂强度，并能尽量减少电极端部导致的膜劣化现象。
【附图说明】
[0021]图1是组装有本发明的实施方式的第I及第2带有树脂框的电解质膜-电极结构体的燃料电池的主要部分的分解斜视图。
[0022]图2是所述燃料电池的沿着图1中I1-1I线剖切的剖面图。
[0023]图3是构成所述燃料电池的第I金属隔板的主视图。
[0024]图4是构成所述燃料电池的第2金属隔板的主视图。
[0025]图5是所述第I带有树脂框的电解质膜-电极结构体的主要部分的剖面图。
[0026]图6是所述第I带有树脂框的电解质膜-电极结构体的主视图。
[0027]图7是所述第2带有树脂框的电解质膜-电极结构体的主视图。
[0028]图8是说明粘接剂层的厚度与剪应力的关系的图。
[0029]图9是专利文献I中的膜电极组合体的剖面图。
[0030]【附图标记说明】
[0031]10:电解质膜-电极结构体；10a、10b:带有树脂框的电解质膜-电极结构体；12:燃料电池；14、18、20:金属隔板；22a:氧化剂气体入口连通孔；22b:氧化剂气体出口连通孔；24a:燃料气体入口连通孔；24b:燃料气体出口连通孔；25a:冷却介质入口连通孔；25b:冷却介质出口连通孔；26、38:氧化剂气体流路；32:冷却介质流路；34、42:燃料气体流路；46、48、50:密封构件；52:固体高分子电解质膜；54:阳极电极；54a:阳极催化剂层；54b:阳极扩散层；56:阴极电极；56a:阴极催化剂层；56b:阴极扩散层58、64:树脂框构件；58a:内侧鼓出部；58b: