專利名稱：燃料電池用膜電極接合體、高分子電解質(zhì)型燃料電池用單元、高分子電解質(zhì)型燃料電池及 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池中使用的膜電極接合體、膜電極接合體的制造方 法及高分子電解質(zhì)型燃料電池。尤其涉及膜電極接合體主體部的周緣部接 合有襯墊的膜電極接合體、高分子電解質(zhì)型燃料電池用單元、高分子電解 質(zhì)型燃料電池及膜電極接合體的制造方法。
背景技術(shù)：
高分子電解質(zhì)型燃料電池(以下，稱為PEFC)是通過(guò)使含有氫的燃 料氣體、和空氣等含有氧的氧化劑氣體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而同時(shí)產(chǎn)生電力和 熱量的裝置。
PEFC通常層疊單元而構(gòu)成。 一個(gè)單元中，用一對(duì)板狀導(dǎo)電性隔離件， 具體來(lái)說(shuō)用陽(yáng)極隔離件和陰極隔離件包夾膜電極接合體。膜電極接合體具 備膜電極接合體主體部、和在該膜電極接合體主體部的周緣部延伸且包圍 膜電極接合體主體部而設(shè)置的框體。膜電極接合體主體部包括高分子電解 質(zhì)膜和形成于其兩面的一對(duì)電極層。還有，在電極層的兩面分別與燃料氣 體和氧化劑氣體接觸，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。另一方面，框體具備襯墊，密封 該襯墊和隔離件之間，阻隔或抑制燃料氣體及氧化劑氣體向外部的漏出。
作為具有該結(jié)構(gòu)的燃料電池單元，例如，公開在特開2001_155745 號(hào)公報(bào)或?qū)＠?368907號(hào)公報(bào)中。在特開2001 —155745號(hào)公報(bào)中公開 的燃料電池單元中公開了覆蓋膜電極接合體主體部的端面并密封該端面 地成形的襯墊。但是，就該襯墊來(lái)說(shuō)，在電極層的周緣部不過(guò)于不足地設(shè) 置均一地密封的密封材料需要?jiǎng)诹?，不適合大量生產(chǎn)。另外，由于襯墊覆 蓋膜電極接合體主體部的電極層的端面，因此，被該襯墊覆蓋的端面的部 分不對(duì)發(fā)電起到貢獻(xiàn)作用，導(dǎo)致效率降低的問(wèn)題。
因此，通過(guò)以不覆蓋膜電極接合體主體部的電極的端部的方式設(shè)置襯
墊，能夠通過(guò)該襯墊使電極層的整個(gè)面使用于發(fā)電。在專利第3368907號(hào) 公報(bào)的圖3中公開的膜電極接合體公開了設(shè)置于電極層和襯墊(氣體密封 材料)之間的膜電極接合體。
但是，在專利第3368907號(hào)公報(bào)的圖3中公開的膜電極接合體中，構(gòu)
成膜電極接合體主體部的高分子電解質(zhì)膜從該間隙突出在表面。另外公開 了若高分子電解質(zhì)膜露出在表面，則由于燃料氣體和氧化劑氣體的壓力 差，導(dǎo)致電解質(zhì)膜破裂，喪失氣體的密封功能。因此，在專利第3368907 號(hào)公報(bào)中，在該高分子電解質(zhì)膜露出的部分設(shè)置片狀保護(hù)層。
但是，在制造上難以將該保護(hù)層沒(méi)有間隙地設(shè)置至高分子電解質(zhì)膜的 表面的電極層周緣，將其一部分插入電極層的下側(cè)而設(shè)置(參照專利第 3368907號(hào)公報(bào)的圖2)。通過(guò)這樣設(shè)置保護(hù)層，提高高分子電解質(zhì)膜的強(qiáng) 度，但該高分子電解質(zhì)膜和電極層不直接接觸的部分不能對(duì)發(fā)電起到貢獻(xiàn) 作用，其結(jié)果，導(dǎo)致不能提高發(fā)電效率。
為了消除上述問(wèn)題，申請(qǐng)人在先前申請(qǐng)的申請(qǐng)(2005 — 105742號(hào)、未 公開)中，公開了一種襯墊結(jié)構(gòu)，其具有沿框體的內(nèi)緣基本上以環(huán)狀形 成的環(huán)狀部、及從該環(huán)狀部通過(guò)框體的內(nèi)緣部及高分子電解質(zhì)膜的周緣部 之上而與電極層的側(cè)面接合地延伸而形成的延伸部。通過(guò)該結(jié)構(gòu)，如該申 請(qǐng)的圖6 (d)所示，高分子電解質(zhì)膜不會(huì)露出在表面，消除上述問(wèn)題。
但是，電極層通常不是由一層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而是在高分子電解質(zhì)膜的上 層疊有催化劑層、C層、氣體擴(kuò)散層的多層結(jié)構(gòu)。還有，為了有效利用催 化劑層，通常氣體擴(kuò)散層構(gòu)成為比催化劑層大，配置為從催化劑層的周緣 突出。還有，由于該氣體擴(kuò)散層的突出部分，電極層的側(cè)面不形成一個(gè)面， 實(shí)際上，該部分不被襯墊被覆，形成高分子電解質(zhì)膜露出的狀態(tài)。通過(guò)了 擴(kuò)散層的燃料氣體和氧化劑氣體進(jìn)入位于該擴(kuò)散層的突出部分的下側(cè)的 間隙，還成為燃料氣體和氧化劑氣體通過(guò)該間隙而漏出的原因。

發(fā)明內(nèi)容
從而，本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供消除上述問(wèn)題，且能夠 防止高分子電解質(zhì)膜的露出的燃料電池用膜電極接合體、高分子電解質(zhì)型 燃料電池用單元、高分子電解質(zhì)型燃料電池及膜電極接合體的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一方式可知，提供一種燃料電池用膜電極接合體，其 中，具備膜電極接合體主體部，其具備高分子電解質(zhì)膜和一對(duì)電極層， 所述一對(duì)電極層在所述高分子電解質(zhì)膜的兩表面的比周緣部靠?jī)?nèi)側(cè)的中 央?yún)^(qū)域分別層疊有催化劑層、和面積比所述催化劑層大且周緣從所述催化 劑層突出的擴(kuò)散層，在所述擴(kuò)散層的突出部分和高分子電解質(zhì)膜的周緣部 之間設(shè)置有間隙；
板狀熱塑性樹脂制框體，其形成為相對(duì)于所述一對(duì)電極層具有間隔地 包夾所述高分子電解質(zhì)膜的周緣部且包圍所述高分子電解質(zhì)膜的外緣；以 及
熱塑性樹脂制襯墊，其分別設(shè)置在所述框體的兩面，
所述襯墊具備環(huán)狀部，其沿所述框體的內(nèi)緣設(shè)置且從所述框體的內(nèi)
緣被覆所述間隔；肋，其設(shè)置在所述環(huán)狀部上且沿所述框體的內(nèi)緣延伸； 間隙填充部，其填充所述擴(kuò)散層的突出部分和高分子電解質(zhì)膜的周緣部之 間的間隙內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方式可知，提供第一方式的燃料電池用膜電極接合 體，其中，設(shè)置有沿所述框體的內(nèi)緣延伸的肋的位置，形成在比被所述框 體夾持的所述高分子電解質(zhì)膜的外周端靠向內(nèi)側(cè)處。
根據(jù)本發(fā)明的第三方式可知，提供第一方式的燃料電池用膜電極接合 體，其中，所述擴(kuò)散層的所述突出部分的突出幅寬比所述擴(kuò)散層的厚度幅 寬短。
根據(jù)本發(fā)明的第四方式可知，提供第一方式的燃料電池用膜電極接合
體，其中，所述擴(kuò)散層構(gòu)成為所述突出部分的端面的所述突出部分的端 面在所述催化劑層側(cè)變短的方向上構(gòu)成為錐狀。
根據(jù)本發(fā)明的第五方式可知，提供第一方式的燃料電池用膜電極接合 體，其中，分別設(shè)置于所述高分子電解質(zhì)膜的兩表面的電極層的位置在表 背面分別錯(cuò)開而配置，所述間隔的位置在表背方向上不同。
根據(jù)本發(fā)明的第六方式可知，提供第一方式的燃料電池用膜電極接合 體，其中，所述框體具備支路孔對(duì)，其將燃料氣體、氧化劑氣體分別供 給于膜電極接合體主體部，所述襯墊的環(huán)狀部設(shè)置在所述支路孔對(duì)的周 圍。
根據(jù)本發(fā)明的第七方式可知，提供一種高分子電解質(zhì)型燃料電池用單 元，其中，具有權(quán)利要求1所述的膜電極接合體、和以包夾該膜電極接 合體的方式設(shè)置的陽(yáng)極隔離件及陰極隔離件，
在所述陽(yáng)極隔離件及陰極隔離件中，與設(shè)置于所述膜電極接合體主體 部的周圍的環(huán)狀部抵接的環(huán)狀部抵接部分設(shè)置成與所述環(huán)狀部的外廓形 狀相同的形狀，以在所述環(huán)狀部和所述環(huán)狀部抵接部分之間不產(chǎn)生間隙。
根據(jù)本發(fā)明的第八方式可知，提供一種高分子電解質(zhì)型燃料電池，其 中，層疊兩個(gè)以上第七第五模具所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池用單元而 構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的第九方式可知，提供一種膜電極接合體的制造方法，其
中，
在高分子電解質(zhì)膜的比周緣部靠?jī)?nèi)側(cè)的兩表面設(shè)置催化劑層，在所述 催化劑層的表面以層疊狀態(tài)配置具有比所述催化劑層大的面積且周緣從 所述催化劑層突出而形成的擴(kuò)散層，從而制作在所述擴(kuò)散層的突出部分和 高分子電解質(zhì)膜的周緣部之間形成有間隙的膜電極接合體主體部，
使熱塑性樹脂流入第一模具和第二模具之間，從而成形在框內(nèi)緣形成 有平坦部的框狀成形部件，
以使所述膜電極接合體主體部的周緣部位于所述平坦部的方式將所 述膜電極接合體主體部配置在所述成形部件的框內(nèi)，將第三模具接合在嵌 合有所述成形部件的第一模具上，并使熱塑性樹脂流入所述第一模具和所 述第三模具之間，成形接合了所述膜電極接合體主體部的狀態(tài)的框體，
將接合了所述膜電極接合體主體部的框體夾在中間，并同時(shí)接合第四 模具及第五模具，使熔融樹脂流入所述第四模具和第五模具之間而成形襯 墊，所述襯墊具備環(huán)狀部，其沿所述框體的內(nèi)緣設(shè)置，且被覆從所述框 體的內(nèi)緣至所述擴(kuò)散層的外緣為止；肋，其設(shè)置于所述環(huán)狀部，且沿所述 框體的內(nèi)緣延伸；間隙填充部，其填充所述擴(kuò)散層的突出部分和高分子電 解質(zhì)膜的周緣部之間的間隙內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明可知，存在有沿框體的內(nèi)緣設(shè)置，且覆蓋框體的內(nèi)緣至擴(kuò) 散層的外緣為止的環(huán)狀部，因此，框體和擴(kuò)散層之間不會(huì)形成間隙。另外， 環(huán)狀部設(shè)置在框體的內(nèi)緣至擴(kuò)散層的外緣為止，不被覆擴(kuò)散層，因此，不
會(huì)縮小能夠與燃料氣體及氧化劑氣體的擴(kuò)散層的表面面積，能夠維持高的 發(fā)電效率。
進(jìn)而，設(shè)置有填充在擴(kuò)散層和高分子電解質(zhì)膜之間的間隙的間隙填充 部，因此，從框體側(cè)輸送過(guò)來(lái)的燃料氣體及氧化劑氣體不會(huì)通過(guò)擴(kuò)散層， 從擴(kuò)散層的突出部支路入與高分子電解質(zhì)膜之間的間隙，不會(huì)與催化劑層 接觸，能夠防止直接流動(dòng)。
從而，能夠提高燃料利用率，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的發(fā)電。另外，通過(guò)在環(huán) 狀部的兩面設(shè)置肋，能夠提高膜電極接合體和隔離件之間的密閉性。
另外，酮設(shè)置于環(huán)狀部的頂面的肋，能夠提高隔離件和各電極接合體 之間的密閉性。另外，通過(guò)將設(shè)置有肋的位置設(shè)置于比高分子電解質(zhì)膜的 周端靠向內(nèi)側(cè)處，在與隔離件的組合時(shí)利用施加于肋的壓力，使框體按壓 高分子電解質(zhì)膜，能夠防止燃料氣體或氧化劑氣體從高分子電解質(zhì)膜和框 體間的間隙直接流向相反側(cè)面。


本發(fā)明的這些、其他目的、和特征通過(guò)與關(guān)于附圖的優(yōu)選實(shí)施方式有 關(guān)的下述說(shuō)明而變得明確。在該附圖中，
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中的高分子電解質(zhì)型燃料電池的示意性 結(jié)構(gòu)的局部分解立體圖。圖2是表示圖1的II一II線剖面的單元的層疊剖面的局部分解剖面圖。 圖3是表示圖1的膜電極接合體的陽(yáng)極隔離件側(cè)的表面結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖4是表示圖1的膜電極接合體的陰極隔離件側(cè)的表面結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖5A是膜電極接合體的襯墊、和電極層的邊界部分的剖面立體圖。 圖5B是表示膜電極接合體主體部的電極層的結(jié)構(gòu)的局部放大剖面圖。 圖5C是表示變形例中的膜電極接合體主體部的電極層的結(jié)構(gòu)的局部 放大剖面圖。
圖6是用圖3及圖4的VI—VI線剖面來(lái)概略表示膜電極接合體的各 制造工序的制造工序圖。
圖7A是變形例中的膜電極接合體的局部剖面放大圖。
圖7B是進(jìn)一步的變形例中的膜電極接合體的局部剖面放大圖。
具體實(shí)施例方式
在繼續(xù)敘述本發(fā)明之前，對(duì)附圖中的相同部件標(biāo)注相同的參照符號(hào)。 以下，參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明中的第一實(shí)施方式。 圖1是分解局部且以示意性表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的高分子電解 質(zhì)型燃料電池的結(jié)構(gòu)的立體圖。
如圖1所示，高分子電解質(zhì)型燃料電池(PEFC) 100層疊單元10而 構(gòu)成。還有，雖然未圖示，但在單元10的兩端的最外層安裝有集電板、 絕緣板、和端面板，并且從兩端利用插通螺栓孔4的緊固螺栓和螺母(均 未圖示)緊固單元10而成。在本實(shí)施方式中，單元10層疊有60個(gè)，插 通螺栓孔4的螺栓和螺母以緊固力10kN緊固。
單元10用一對(duì)導(dǎo)電性隔離件，具體來(lái)說(shuō)用陽(yáng)極隔離件2及陰極隔離 件3包夾膜電極接合體1的兩面周緣部的框體6，更正確地說(shuō)襯墊7而構(gòu) 成。由此，設(shè)置于膜電極接合體主體部5的電極層的最外側(cè)的擴(kuò)散層5C (參照?qǐng)D2)與隔離件2、 3的表面抵接，用陽(yáng)極隔離件2的燃料氣體流路 槽21的擴(kuò)散層抵接部21A及陰極隔離件3的氧化劑氣體流路槽31的擴(kuò)散 層抵接部31A、和擴(kuò)散層5C劃定燃料氣體流路及氧化劑氣體流路。由此， 流過(guò)擴(kuò)散層抵接部21A的燃料氣體在陽(yáng)極與陽(yáng)極隔離件2側(cè)的擴(kuò)散層5C 接觸，發(fā)生PEFC100的電化學(xué)反應(yīng)。另外，在層疊的單元10中，鄰接的 膜電極接合體主體部5在電方面串聯(lián)或并聯(lián)。
在隔離件2、 3及膜電極接合體1的周緣部即框體6設(shè)置有燃料氣體 及氧化劑氣體流過(guò)的各自一對(duì)貫通孔燃料氣體支路孔12、 22、 32、及氧化 劑氣體支路孔13、 23、 33。在層疊單元10的狀態(tài)下，這些貫通孔層疊，
形成燃料氣體支路及氧化劑支路。
還有，在陽(yáng)極隔離件的內(nèi)側(cè)的主面設(shè)置有燃料氣體流路槽21，以連結(jié) 燃料氣體支路孔22、 22之間。在陰極隔離件3的內(nèi)側(cè)的主面形成有氧化 劑氣體流路槽31，以連結(jié)一對(duì)氧化劑氣體支路孔33、 33之間。即，氧化 劑氣體及燃料氣體分別從一方的支路即供給側(cè)的支路向流路槽21、 31分
支，分別向另一方的支路即排出側(cè)的支路流通。
還有，燃料氣體流路槽21具有在單元10的組裝狀態(tài)下與擴(kuò)散層5C
抵接的表面上形成的擴(kuò)散層抵接部21A;及在與擴(kuò)散層5C抵接的表面和 與擴(kuò)散層5C周圍對(duì)置的表面之間形成的一對(duì)連接部(連接用流路槽)21B。 同樣，流路槽31具有在單元10的組裝狀態(tài)下與擴(kuò)散層5C抵接的表面 上形成的擴(kuò)散層抵接部31A;及在與擴(kuò)散層5C抵接的表面、和與擴(kuò)散層 5C的周圍對(duì)置的表面之間形成的一對(duì)連接部(連接用流路槽)31B。在此， 連接部21B、31B形成為連結(jié)一對(duì)支路孔22、33和擴(kuò)散層抵接部21A、31A。 由此，氧化劑氣體和燃料氣體分別從供給側(cè)的燃料氣體支路孔22及氧化 劑氣體支路孔33向連接部21B、 31B分支而流入，分別在擴(kuò)散層抵接部 21A、 31A與擴(kuò)散層5C接觸，引起電化學(xué)反應(yīng)。還有，剩余的氣體或反 應(yīng)生成成分經(jīng)由與排出側(cè)的燃料氣體支路孔22及氧化劑氣體支路孔33連 接的連接部21B、 31B，向排出側(cè)的燃料氣體支路孔22及氧化劑氣體支路 孔33排出。
在膜電極接合體1的框體6的兩側(cè)主面設(shè)置有襯墊7。襯墊7設(shè)置為 使氧化劑氣體和燃料氣體從規(guī)定的流路槽21、31向流路槽21、31外流出。 即，襯墊7設(shè)置為包圍支路孔12、 13、 14的周圍及框的周圍。另外，在 此，在陽(yáng)極隔離件2偵U，在單元10的組裝狀態(tài)下與燃料氣體流路槽21的 連接部21B抵接的位置不設(shè)置襯墊7，且一體地包圍燃料氣體支路孔12 和膜電極接合體主體部5地設(shè)置襯墊7。同樣，在陰極隔離件3側(cè)，在單 元10的組裝狀態(tài)下與氧化劑氣體流路槽31的連接部31B抵接的位置不設(shè) 置襯墊7，且不阻礙在氧化劑氣體支路孔13和膜電極接合體主體部5之間 流通的燃料氣體及在氧化劑氣體支路孔33和膜電極接合體主體部5之間 流通的氧化劑氣體，且通過(guò)襯墊7防止向燃料氣體流路槽21及氧化劑氣 體流路槽31的外部漏出。還有，在圖1中，為了便于說(shuō)明，示出了襯墊7、 隔離件2、 3的擴(kuò)散層抵接部21A、 31A的流路槽21、 31的曲路結(jié)構(gòu)的概 略結(jié)構(gòu)。
還有，支路也可以由所謂外部支路構(gòu)成。在采用外部支路的結(jié)構(gòu)的情 況下，在膜電極接合體1及隔離件2、 3不形成燃料氣體支路孔12、 22、 32、及氧化劑氣體支路孔13、 23、 33，燃料氣體流路槽21及氧化劑氣體
流路槽31的連接部21B、 31B延伸至各自的端面。還有，供給燃料氣體及 氧化劑氣體的配管向各自的隔離件2、 3的端面分支而接合。在外部支路 的情況下，襯墊7沿燃料氣體流路槽21及氧化劑氣體流路槽31的連接部 21B、 31B各自的周圍延伸至框體6的端面。
另外，在隔離件2、 3及膜電極接合體1的周緣部，與燃料氣體支路 孔12、 22、 32及氧化劑氣體支路孔13、 23、 33相同地，設(shè)置有形成冷卻 水流通的兩對(duì)支路的水支路孔14、 24、 34。由此，在層疊單元10的狀態(tài)， 這些支路孔分別層疊而形成兩對(duì)水支路。
圖2是分解圖1的II線剖面的單元的層疊剖面的一部分而表示的剖面 圖。膜電極接合體主體部5包括選擇性地輸送氫離子的高分子電解質(zhì)膜 5A及形成于高分子電解質(zhì)膜5A的兩面的一對(duì)電極層5D即陽(yáng)極和陰極電 極層。電極層5D為催化劑層5B和擴(kuò)散層5C兩層結(jié)構(gòu)。催化劑層5B通 常以搭載白金屬金屬催化劑的碳粉末為主成分，形成于高分子電解質(zhì)膜5A 的表面。擴(kuò)散層5C形成于催化劑層5B的外表面并同時(shí)具有通氣性和電子 導(dǎo)電性。還有，催化劑層5B也可以為未圖示的C層和白金碳層兩層結(jié)構(gòu)。
另外，擴(kuò)散層5C構(gòu)成為從催化劑層5B的周緣突出(參照?qǐng)D5A)。這 樣設(shè)置擴(kuò)散層5C使其比催化劑層5B突出的原因是為了使燃料氣體或氧化 劑氣體遍及催化劑層5B的表面整體。即，通過(guò)將擴(kuò)散層5C構(gòu)成為比催化 劑層5B大，能夠使催化劑層5B的表面整體與擴(kuò)散層5C接觸，能夠使燃 料氣體或氧化劑氣體遍及催化劑層5B的整個(gè)面。陽(yáng)極隔離件2及陰極隔 離件3是平板狀，在與膜電極接合體1接觸的一側(cè)的面即內(nèi)表面具有中央 部以梯形狀突出的臺(tái)階25、 35，以對(duì)應(yīng)于膜電極接合體l的形狀，更具體 來(lái)說(shuō)，框體6和膜電極接合體主體部5的厚度的差異產(chǎn)生的臺(tái)階。在此， 陽(yáng)極隔離件2及陰極隔離件3使用東海碳株式會(huì)社制古勒斯(夕、、，、7 )—) 碳(厚度3mm)。在隔離件2、 3中，各種支路孔22、 23、 2、 32、 33、 34、 螺栓孔4在該隔離件2、 3的厚度方向上貫通。
另外，在隔離件2、 3的內(nèi)表面形成有燃料氣體流路槽21、氧化劑氣 體流路槽31，在隔離件2、 3的背面形成有水流路槽50。各種支路孔22、 23、 24、 32、 33、 34、螺栓孔4、氧化劑氣體流路槽31、水流路槽50等 通過(guò)切削加工或成形加工來(lái)形成。
在此，水流路槽50形成為連結(jié)兩對(duì)水支路孔24、 34間。g卩，水分別 從一方的支路即供給側(cè)的支路向水流路槽50分支，分別向另一方的支路 即排水側(cè)的支路流通。由此，能夠利用水的傳熱能力將單元10保持在適 合電化學(xué)反應(yīng)的規(guī)定的溫度。還有，與燃料氣體及氧化劑氣體相同地，在 隔離件2、 3及膜電極接合體1的周緣部可以不形成水支路孔14、 24、 34， 而將冷卻的給排路形成為外部支路結(jié)構(gòu)。進(jìn)而，在隔離件2、 3的背面不 形成水流路槽51，向鄰接的單元間插入冷卻水循環(huán)的冷卻單元而層疊單元 IO也可。
襯墊7由彈性體構(gòu)成，通過(guò)被膜電極接合體1及隔離件2、 3按壓而 變形，密封膜電極接合體主體部5的周圍及支路孔14的周圍。還有，在 燃料氣體支路孔12及氧化劑氣體支路孔13也相同地，由襯墊7密封各自 的支路孔的周圍。另外，在膜電極接合體主體部5的周圍，與水流路槽50 之間形成有膜電極接合體主體部周圍間隙40。襯墊7如后所述，還密封該 膜電極接合體主體部周圍間隙40。
在框體6的兩表面的襯墊7的環(huán)狀部7A延伸的部分形成有槽部6A， 為了填埋該槽部6A而形成有環(huán)狀部7A。通過(guò)該槽部6A，能夠提高襯墊 7和框體6的接合性。
在此，框體6由熱塑性樹脂構(gòu)成。該熱塑性樹脂在PEFCIOO的運(yùn)轉(zhuǎn)溫 度下，化學(xué)上清凈且穩(wěn)定，具有適度的彈性率和比較高的加重?fù)锨鷾囟?(deflection temperature under load)。例如，在隔離件2、 3的燃料氣體流 路21及氧化劑氣體流路槽31的寬度為1 2mm左右，且框體6的厚度大 致為lmm以下的情況下，框體6的壓縮彈性模量?jī)?yōu)選至少為2000MPa以 上。在此，彈性模量是利用JIS—K7181中規(guī)定的壓縮彈性模量測(cè)定法測(cè) 量的壓縮彈性模量。另夕卜，PEFC100的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度通常為9(TC以下，因此， 框體6的撓曲載荷溫度優(yōu)選12(TC以上。另外，從化學(xué)性穩(wěn)定的觀點(diǎn)出發(fā)， 優(yōu)選框體6不是非晶性樹脂，而是結(jié)晶性樹脂，其中優(yōu)選機(jī)械強(qiáng)度大且耐 熱性高的材料。例如，所謂的超級(jí)工程塑料級(jí)別的材料適合，可以例示聚 苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、結(jié)晶聚合物(LCP)聚醚腈(PEN) 等。這些具有幾千至幾萬(wàn)MPa的壓縮彈性模量、和150。C以上陽(yáng)極隔離件 2撓度載荷溫度，是適合的材料。另外，即使為通用的樹脂材料，例如，
填充有玻璃填料的聚丙烯(GFPP)等具有非填充的聚丙烯(壓縮彈性模
量1000 1500MPa)的幾倍的彈性模量，且具有150'C附近的撓度載荷溫 度，從而能夠適當(dāng)使用。在本實(shí)施方式中，作為熱塑性樹脂的添加有玻璃 填料的PPS (大日本油墨株式會(huì)社DIC—PPS FZ1140—B2)。
另外，襯墊7由熱塑性樹脂或熱塑性彈性體構(gòu)成。該熱塑性樹脂或熱 塑性彈性體在PEFC100的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下化學(xué)性穩(wěn)定，尤其具有不進(jìn)行水解 的耐熱水性。例如，襯墊7的壓縮彈性模量?jī)?yōu)選200MPa以下。適合的材 料選自由聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、 聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙縮醛、聚氨酯、硅酮、 氟樹脂、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、間規(guī)苯乙烯、 聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、聚丙烯酸酯、聚酰胺酰亞胺、聚醚 酰亞胺、及熱塑性聚酰亞胺等構(gòu)成的組。由此，能夠在PEFC100的緊固 載荷中確保良好的密封性。在本實(shí)施方式中，使用作為聚烯烴系熱塑性彈 性體的三普林(廿y卜7。l^y) 8101 — 55 (高級(jí)彈性體系統(tǒng)公司制)。
在陽(yáng)極隔離件2及陰極隔離件3的背面的各種支路孔的周圍設(shè)置有由 耐熱性材料構(gòu)成的擠壓密封件等通常的密封部件9。由此，在鄰接的單元 IO之間，防止燃料氣體、氧化劑氣體及水從各種支路孔22、 23、 24、 32、 33、 34的單元10之間的連接部流出。
圖3是表示圖1的膜電極接合體的陽(yáng)極隔離件側(cè)的表面結(jié)構(gòu)的俯視 圖，圖4是表示圖1的膜電極接合體的陰極隔離件側(cè)的表面結(jié)構(gòu)的俯視圖。 在兩面中， 一虛線表示在單元10的組裝狀態(tài)下，陽(yáng)極隔離件2及陰極隔 離件3的燃料氣體流路槽21及氧化劑氣體流路槽31抵接或?qū)χ玫奈恢谩?br> 如圖3及圖4所示，本實(shí)施方式的膜電極接合體1在膜電極接合體主 體部5的周緣部設(shè)置有框體6，在框體的兩主面及高分子電解質(zhì)膜5A的 周緣部5E上設(shè)置有襯墊7。
框體6是包夾膜電極接合體主體部5的高分子電解質(zhì)膜5A(參照?qǐng)D2) 且與該高分子電解質(zhì)膜5A接合的矩形形狀的框體。如上所述，框體6按 照在厚度方向上貫通該框體的方式設(shè)置有一對(duì)燃料氣體支路孔12和一對(duì) 氧化劑氣體支路孔13、兩對(duì)支路孔14、框體6的角部附近的四個(gè)螺栓孔4。 在本實(shí)施方式中，框體6由外形尺寸為200mmX180mm、開口部26的尺 寸為124mm見方的矩形平板狀構(gòu)成。另外，框體6的厚度為0.8mm。
襯墊7具備環(huán)狀部7A，其包圍一對(duì)燃料氣體支路孔12、 一對(duì)氧化 劑氣體支路孔13、兩對(duì)支路孔14，且包圍膜電極接合體主體部5的擴(kuò)散 層5C。如圖3所示，在陽(yáng)極隔離件2側(cè)，以一體地包圍燃料氣體支路孔 12和膜電極接合體主體部5的方式形成有環(huán)狀部7A，如圖4所示，在陰 極隔離件3側(cè)，以包圍氧化劑氣體支路孔13和膜電極接合體主體部5的 方式形成有環(huán)狀部7A。由此，阻隔燃料氣體及氧化劑氣體向燃料氣體流 路槽21及氧化劑氣體流路槽31外流出。還有，在這種情況下，襯墊7的 環(huán)狀部7A產(chǎn)生燃料氣體流路槽21及氧化劑氣體流路槽31的連接部21B、 31B的流路阻力，但與連接部21B、 31B抵接的環(huán)狀部7A位于各自的隔 離件2、 3的臺(tái)階25、 35的部分，且設(shè)置于各自的隔離件2、 3的槽的深 度充分，因此，不成為燃料氣體及氧化劑氣體的流路的障礙。還有，在單 元10的組裝狀態(tài)下，在與燃料氣體流路槽21及氧化劑氣體流路槽31的 連接部21B、 31B抵接的位置不設(shè)置襯墊7的環(huán)狀部7A也可。在這種情 況下，能夠進(jìn)一步減輕燃料氣體流路槽21及氧化劑氣體流路槽31的連接 部21B、 31B的流路阻力。
圖5A是膜電極接合體的襯墊和電極層的邊界部分中的剖面立體圖。 在環(huán)狀部7A和膜電極接合體主體部5的電極層5D之間以沒(méi)有間隙地密 接地形成有臺(tái)階25、 35。
襯墊7的環(huán)狀部7A如上所述，在框體6的各自的主面形成為沿框體 6的內(nèi)緣被覆周緣部5E上的形狀，環(huán)狀部7A的表面71構(gòu)成為沿陽(yáng)極隔 離件2及陰極隔離件3的臺(tái)階25、 35的形狀，使得在組合膜電極接合體 和隔離件2、 3時(shí)，在環(huán)狀部的表面和隔離件2、 3的表面之間不產(chǎn)生間隙。
另外，如上所述，擴(kuò)散層5C從催化劑層5B的周緣突出的部分在與高 分子電解質(zhì)膜5A之間產(chǎn)生間隙。如后所述，在該間隙中也設(shè)置有襯墊7 的間隙填充部7B。
通過(guò)這樣構(gòu)成環(huán)狀部7A，完全密封框體6和電極層5D的間隙即膜電 極接合體主體部周圍間隙40，能夠完全防止燃料氣體及氧化劑氣體從各自 的支路不經(jīng)過(guò)燃料氣體流路槽21及氧化劑氣體流路槽31而通過(guò)膜電極接 合體主體部周圍間隙40后，流入另一方的支路。另外，通過(guò)將環(huán)狀部7A
的形狀設(shè)為沿陽(yáng)極隔離件2及陰極隔離件3的臺(tái)階25、 35的形狀，在膜 電極接合體l、和陽(yáng)極隔離件2及陰極隔離件3之間不產(chǎn)生間隙，能夠防 止燃料氣體及氧化劑氣體的泄露。
進(jìn)而，通過(guò)填充電極層5D的間隙填充部7B，防止燃料氣體及氧化劑 氣體通過(guò)由于擴(kuò)散層5C和催化劑層5B的大小之差而產(chǎn)生的間隙而直接流 通。通過(guò)利用間隙填充部7B填充該間隙，防止燃料氣體或氧化劑氣體通 過(guò)該間隙移動(dòng)。
在襯墊7的環(huán)狀部7A的頂面形成有沿其延伸方向伸長(zhǎng)的肋7C。該肋 7C在單元10的組裝狀態(tài)下，被抵接的隔離件壓扁。其結(jié)果，單元10的 緊固力集中于肋7C部分，因此，能夠更可靠地密封各支路孔12、 13、 14 及膜電極接合體主體部5的周圍。g卩，通過(guò)各支路孔12、 13、 14的流體 形成高壓，通過(guò)設(shè)置肋7C更可靠地進(jìn)行襯墊7的密封，能夠防止從支路 孔12、 13、 14泄露。
還有，設(shè)置有肋7C的位置B比被框體6支撐的高分子電解質(zhì)膜5A 的外端A靠近中央。這樣，通過(guò)將肋7C的位置設(shè)置為靠近中央，該壓緊 壓力集中于設(shè)置有高分子電解質(zhì)膜5A的位置，能夠防止燃料氣體或氧化 劑氣體從高分子電解質(zhì)膜5A和框體6之間的間隙直接流向相反側(cè)面。
如上所述，間隙填充部7B是填充擴(kuò)散層5C的突出部、和高分子電解 質(zhì)膜5A之間的間隙的部位。如后所述，間隙填充部7B通過(guò)在利用注射 模塑成形將襯墊7成形時(shí)，使熔融樹脂進(jìn)入所述間隙而形成。因此，為了 以下便于說(shuō)明，擴(kuò)散層5C的突出部的突出幅寬如后所述地具有規(guī)定的值。
其次，說(shuō)明膜電極接合體1的制造方法。首先，膜電極接合體主體部 5分別在高分子電解質(zhì)膜5A的中央部?jī)擅娣謩e形成催化劑層5B，在其上 形成擴(kuò)散層5C。此時(shí)，擴(kuò)散層5C設(shè)置為從催化劑層5B的周緣突出。圖 5B是表示膜電極接合體主體部5的電極層的結(jié)構(gòu)的局部放大剖面圖。
催化劑層5B例如如下所述地形成。在科琴黑(^r 、乂于工乂7、， 、乂夕)EC (科琴黑國(guó)際公司制爐黑、表面系數(shù)800mVg、 DPB供油量360ml/100g) 上以重量比h 1的比例擔(dān)載白金。其次，向該催化劑粉末10g中混合水 35g及氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的醇分散液(旭硝子株式會(huì)社制、 9%FSS) 59g，使用超聲波攪拌機(jī)分散，制作催化劑層墨液。還有，在高
分子電解質(zhì)膜5A的兩主面以2(Him的厚度濺涂該催化劑層墨液，然后， 在115。C下熱處理20分鐘，形成催化劑層5B。還有，在濺涂時(shí)，向高分 子電解質(zhì)膜5A上被覆具有120mmX120mm的開口部的掩模。在此，高分 子電解質(zhì)膜5A使用外徑尺寸為140mm見方、厚度50nm的全氟碳磺酸膜 (DUPONTNafion117 (注冊(cè)商標(biāo)))。
其次，在催化劑層5B上形成擴(kuò)散層5C。擴(kuò)散層5C由具有多個(gè)微細(xì) 孔部的多孔體構(gòu)成。由此，通過(guò)使燃料氣體或氧化劑氣體進(jìn)入孔部，使得 這些氣體擴(kuò)散，容易到達(dá)催化劑層5B。在本實(shí)施方式中，在涂敷有催化 劑層5B的高分子電解質(zhì)膜5A的兩主面上被覆123mm的碳纖維布(曰本 GORE—TEX公司制CarbelCL400、厚度400pm)。還有，在壓力0.5MPa、 135°C、 5分鐘的條件下熱壓該碳纖維布，由此使其與高分子電解質(zhì)膜5A 的兩主面的催化劑層5B上接合，形成擴(kuò)散層。
如圖5B所示，擴(kuò)散層5C的突出幅寬A優(yōu)選比擴(kuò)散層5C的厚度幅寬 B短的程度。通過(guò)將擴(kuò)散層5C的突出幅寬A設(shè)為比擴(kuò)散層5C的厚度幅 寬B短，使得在后述的襯墊7的形成工序(參照?qǐng)D6 (d))中，容易向在 擴(kuò)散層5C的下方設(shè)置的間隙5F注射注入構(gòu)成襯墊7的熱塑性彈性體，從 而容易形成間隙填充部7B。 gp，若增大突出幅寬A，則間隙5F的進(jìn)深寬 度變大，難以將熱塑性彈性體注入至間隙5F的里側(cè)。另外，通過(guò)熱塑性 彈性體的注射壓力，使得該擴(kuò)散層的突出部難以向高分子電解質(zhì)膜5A側(cè) 撓曲，間隙5F的熱塑性彈性體的注入口變窄。由此，變得難以形成間隙 填充部7B。
還有，如圖5C所示，襯墊的環(huán)狀部7A構(gòu)成為被覆擴(kuò)散層5C的表面 的一部分也可。該被覆部7D優(yōu)選僅形成于高分子電解質(zhì)膜5A的突出部 分上。
其次，在膜電極接合體主體部5的周緣部5E形成框體6。圖6是用圖 3及圖4的VI—VI線剖面來(lái)概略表示膜電極接合體的各制造工序的制造 工序圖。
首先，在第一工序中，成形作為框體6的一部分的成形部件6C。如圖 6(a)所示，第一模具Tl和第二模具T2接合后，使成形部件6C即框 體6的熱塑性樹脂通過(guò)注射等流入第一模具Tl和第二模具T2的間隙中，
成形成形部件6C。成形部件6C在框內(nèi)緣形成有配置于膜電極接合體主體 部5的周緣部5E的平坦部6C1。
在此，第一模具Tl的框體部T1C具有與成形部件6C即框體6的下 半部的形狀對(duì)應(yīng)的形狀。另外，在第一模具Tl的框內(nèi)部分構(gòu)成有能夠配 置膜電極接合體主體部5的周緣部5E的平坦部T1B。即，平坦部T1B具 有從框體部T1C的框內(nèi)緣側(cè)與成形部件6C即框體6的框面S大致平行地 延伸的頂面。進(jìn)而，在第一模具T1的框內(nèi)的部分形成有能夠?qū)⒛る姌O接 合體主體部5收容于平面上配置的凹陷部T1A。 g卩，凹陷部T1A形成如 下所述的平面，即在平坦部T1B的頂面延伸而構(gòu)成的第一模具T1的框 內(nèi)部分，具有比擴(kuò)散層5C的外緣延伸幾毫米左右的寬度，底面以平坦部 T1B的頂面為基準(zhǔn)，具有膜電極接合體主體部5的催化劑層5B及擴(kuò)散層 5C的厚度程度的深度的平面。
第二模具T2構(gòu)成為使框體部T2C成形成形部件6C即框體6的上半 面。但是，在第二模具T2的框內(nèi)緣部分構(gòu)成有平坦部T2B，以能夠配置 膜電極接合體主體部5的周緣部5E。 g卩，平坦部T2B具有與第一模具 Tl的平坦部T1B的頂面抵接，且朝向框外緣延伸至膜電極接合體1的周 緣部5E的寬度以上的頂面。
在框體部T1C、 T2C的襯墊7的設(shè)置位置即包圍支路孔12、 13、 14 且包圍框體6的框內(nèi)的位置形成有凸部T1D、 T2D。在此，凸部T1D、 T2D 的剖面的深度為約0.5mm，寬度為約0.5mm。由此，在成形部件6C即框 體6成形槽部6A。還有，框體部T1C、 T2C構(gòu)成為不具有凸部T1D、 T2D， 在框體6的完成后利用切削加工形成槽部6A地迸行加工也可。
另外，框體部T1C、 T2C具有形成支路孔12、 13、 14的形狀。由此， 支路孔12、 13、 14利用成形加工加工形成。還有，框體部T1C、 T2C構(gòu) 成為不具有支路孔12、 13、 14的形狀，框體6利用切削加工或沖裁加工 形成支路孔12、 13、 14地進(jìn)行加工也可。
其次，在第二工序匯總，從成形部件6C拆除第二模具T2，將膜電極 接合體主體部5配置于與第一模具Tl嵌合的成形部件6C的框內(nèi)的平面 上，且將膜電極接合體主體部5的周緣部5E配置在平坦部6C1。具體來(lái) 說(shuō)，如圖6 (b)所示地配置，被在催化劑層5B的周圍延伸的電極層5D
覆蓋的高分子電解質(zhì)膜5A位于成形部件6C的平坦部6C1 ，擴(kuò)散層5C位 于第一模具T1的凹陷部T1A。由此，膜電極接合體主體部5以平面狀態(tài) 配置。
還有，在第三工序中，制作接合膜電極接合體主體部5的框體6。具 體來(lái)說(shuō)，如圖6 (c)所示，在與配置有膜電極接合體主體部5的成形部件 6C嵌合的第一模具T1上接合第三模具T3。在此，第三模具T3與第一模 具相同地，在干擾擴(kuò)散層5C的位置形成有凹陷部T3A，以使擴(kuò)散層5C 和第三模具T3不接觸。g口，凹陷部T3A是與凹陷部T1A相同的形狀。由 此，在第三工序時(shí)，第三模具T3和擴(kuò)散層5C不干擾，因此，能夠防止膜 電極接合體主體部5的損傷。
還有，在第一模具Tl及第三模具T3的間隙即膜電極接合體主體部固 定部6D的位置中利用注射等流入框體6的熱塑性樹脂，與成形部件6C 一體化而成形框體6。在此，第三模具T3構(gòu)成為，使成形部件6C的平坦 部6C1的部分成為框體6的上半面的形狀。即，在第三模具T3的框體部 T3B和成形部件6C之間形成的間隙構(gòu)成膜電極接合體主體部固定部6D。 還有，配置于成形部件6C的平坦部6C1的膜電極接合體主體部5的周緣 部5E通過(guò)流入的樹脂材料的熱量，熔敷在膜電極接合體主體部固定部6D 和成形部件6C的平坦部6C1之間。由此，將膜電極接合體主體部5接合 于框體6。
還有，在第四工序中，在接合有膜電極接合體主體部5的框體6形成 襯墊7而制作膜電極接合體1。如圖6 (d)所示，從第一模具Tl及第三 模具T3卸載接合有膜電極接合體主體部5的框體6，將其配置于第四模 具T4及第五模具T5之間，將兩個(gè)模具合模。在第四模具T4及第五模具 T5、和框體6的間隙中利用注射等流入襯墊7的熱塑性樹脂或熱塑性彈性 體，在框體6的兩表面成形襯墊7。在此，在第四模具T4及第五模具T5 構(gòu)成有可進(jìn)行襯墊的環(huán)狀部的成形的形狀。另外，襯墊7的環(huán)狀部7A設(shè) 置在從框體6的內(nèi)緣至設(shè)置于膜電極接合體主體部5的電極層5D的間隙 40，在向該部位注射作為熔融樹脂的熱塑性彈性體時(shí)，浸入在擴(kuò)散層5C 和高分子電解質(zhì)膜5A之間存在的間隙5F。由此，在該部分形成間隙填充 部7B。
如上所述，本實(shí)施方式的膜電極接合體l的制造方法中，除了在第二 工序中配置膜電極接合體主體部5之外，對(duì)膜電極接合體1進(jìn)行成形加工。 從而，在成型機(jī)內(nèi)制造膜電極接合體1，在第二工序中將預(yù)先制作的膜電 極接合體主體部5送入成形機(jī)內(nèi)配置即可制造。從而，本實(shí)施方式的制造 方法適合燃料氣體及氧化劑氣體的利用效率高的膜電極接合體1的大量生 產(chǎn)。
還有，通過(guò)使用滑動(dòng)模具或旋轉(zhuǎn)模具，能夠以一個(gè)成型機(jī)內(nèi)連續(xù)進(jìn)行 第一工序至第三工序。由此，進(jìn)而簡(jiǎn)單化工序，能夠進(jìn)一步提高膜電極接 合體1的批量生產(chǎn)率。
還有，為了容易形成間隙填充部7B，示出膜電極接合體主體部5的電 極層5D的變形例。圖7A是變形例的膜電極接合體的局部剖面放大圖。 在該例子中，擴(kuò)散層5C的端面51構(gòu)成為錐狀。通過(guò)將擴(kuò)散層5C的端面 構(gòu)成為錐狀，擴(kuò)散層5C和高分子電解質(zhì)膜5A之間的間隙5F的熔融樹脂 的浸入口變寬，使得熔融樹脂容易浸入該間隙中。從而，更容易形成間隙 填充部7B。
圖7B是進(jìn)一步變形例中的膜電極接合體的局部剖面放大圖。在該變 形例中，電極層5D的位置在高分子電解質(zhì)膜5A的表背側(cè)錯(cuò)開位置而構(gòu) 成。還有，在這種情況下，也為了框體6的內(nèi)緣和電極層5D之間的膜電 極接合體主體部周圍間隙40的寬度在表背側(cè)均一，形成將框體6的內(nèi)緣 的位置在背表側(cè)變化的結(jié)構(gòu)。這樣，通過(guò)將電極層7D的位置在高分子電 解質(zhì)膜5A的表背側(cè)錯(cuò)開，在襯墊7的成形時(shí)提高熔融樹脂的注射壓力的 情況下，能夠錯(cuò)開壓力施加于高分子電解質(zhì)膜5A的位置，減輕對(duì)高分子 電解質(zhì)膜5A施加的損傷，其結(jié)果，提高成品率。
還有，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式，可以以其他各種方式實(shí)施。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明在高分子電解質(zhì)型燃料電池的組裝狀態(tài)下，能夠阻隔膜電極接 合體主體部周緣中的燃料氣體及氧化劑氣體的流動(dòng)，甚至能夠提高燃料氣 體及氧化劑氣體的利用效率，因此，有用于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)或電動(dòng)汽車等中 使用的燃料電池。
還有，本方能不限定于上述實(shí)施方式，可以以其他各種方式實(shí)施。
還有，通過(guò)適當(dāng)組合上述各種實(shí)施方式中的任意的實(shí)施方式，能夠起 到各自具有的效果。
本發(fā)明參照涂敷，同時(shí)，對(duì)關(guān)聯(lián)優(yōu)選的實(shí)施方式而充分地進(jìn)行了記載， 但對(duì)該技術(shù)熟練的人員來(lái)說(shuō)，進(jìn)行各種變形或修改是明確的。這樣的變形 或修改只要不脫離基于附加的權(quán)利請(qǐng)求范圍的本發(fā)明的范圍，就應(yīng)該理解 為包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池用膜電極接合體，其中，具備膜電極接合體主體部，其具備高分子電解質(zhì)膜和一對(duì)電極層，所述一對(duì)電極層在所述高分子電解質(zhì)膜的兩表面的比周緣部靠?jī)?nèi)側(cè)的中央?yún)^(qū)域分別層疊有催化劑層、和面積比所述催化劑層大且周緣從所述催化劑層突出的擴(kuò)散層，在所述擴(kuò)散層的突出部分和高分子電解質(zhì)膜的周緣部之間設(shè)置有間隙；板狀熱塑性樹脂制框體，其形成為相對(duì)于所述一對(duì)電極層具有間隔地包夾所述高分子電解質(zhì)膜的周緣部且包圍所述高分子電解質(zhì)膜的外緣；以及熱塑性樹脂制襯墊，其分別設(shè)置在所述框體的兩面，所述襯墊具備環(huán)狀部，其沿所述框體的內(nèi)緣設(shè)置且從所述框體的內(nèi)緣被覆所述間隔；肋，其設(shè)置在所述環(huán)狀部上且沿所述框體的內(nèi)緣延伸；間隙填充部，其填充所述擴(kuò)散層的突出部分和高分子電解質(zhì)膜的周緣部之間的間隙內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池用膜電極接合體，其中， 設(shè)置有沿所述框體的內(nèi)緣延伸的肋的位置，形成在比被所述框體夾持的所述高分子電解質(zhì)膜的外周端靠向內(nèi)側(cè)處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池用膜電極接合體，其中， 所述擴(kuò)散層的所述突出部分的突出幅寬比所述擴(kuò)散層的厚度幅寬短。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池用膜電極接合體，其中， 所述擴(kuò)散層的所述突出部分的端面在所述催化劑層側(cè)變短的方向上構(gòu)成為錐狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池用膜電極接合體，其中， 分別設(shè)置于所述高分子電解質(zhì)膜的兩表面的電極層的位置在表背面分別錯(cuò)開而配置，所述間隔的位置在表背方向上不同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池用膜電極接合體，其中， 所述框體具備支路孔對(duì)，所述支路孔對(duì)將燃料氣體、氧化劑氣體分別供給于膜電極接合體主體部，所述襯墊的環(huán)狀部設(shè)置在所述支路孔對(duì)的周圍。
7. —種高分子電解質(zhì)型燃料電池用單元，其中，具有權(quán)利要求1所述的膜電極接合體和以包夾所述膜電極接合體的 方式設(shè)置的陽(yáng)極隔離件及陰極隔離件，在所述陽(yáng)極隔離件及陰極隔離件中，與設(shè)置于所述膜電極接合體主體 部的周圍的環(huán)狀部抵接的環(huán)狀部抵接部分設(shè)置成與所述環(huán)狀部的外廓形 狀相同的形狀，以在所述環(huán)狀部和所述環(huán)狀部抵接部分之間不產(chǎn)生間隙。
8. —種高分子電解質(zhì)型燃料電池，其中，層疊兩個(gè)以上權(quán)利要求7所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池用單元而構(gòu)成。
9. 一種膜電極接合體的制造方法，其中，在高分子電解質(zhì)膜的比周緣部靠?jī)?nèi)側(cè)的兩表面設(shè)置催化劑層，在所述 催化劑層的表面以層疊狀態(tài)配置具有比所述催化劑層大的面積且周緣從 所述催化劑層突出而形成的擴(kuò)散層，從而制作在所述擴(kuò)散層的突出部分和 高分子電解質(zhì)膜的周緣部之間形成有間隙的膜電極接合體主體部，使熱塑性樹脂流入第一模具和第二模具之間，從而成形在框內(nèi)緣形成 有平坦部的框狀成形部件，以使所述膜電極接合體主體部的周緣部位于所述平坦部的方式將所 述膜電極接合體主體部配置在所述成形部件的框內(nèi)，將第三模具接合在嵌 合有所述成形部件的第一模具上，并使熱塑性樹脂流入所述第一模具和所 述第三模具之間，成形接合了所述膜電極接合體主體部的狀態(tài)的框體，將接合了所述膜電極接合體主體部的框體夾在中間，并同時(shí)接合第四 模具及第五模具，使熔融樹脂流入所述第四模具和第五模具之間而成形襯墊，所述襯墊具備環(huán)狀部，其沿所述框體的內(nèi)緣設(shè)置，且被覆從所述框 體的內(nèi)緣至所述擴(kuò)散層的外緣為止；肋，其設(shè)置于所述環(huán)狀部，且沿所述 框體的內(nèi)緣延伸；間隙填充部，其填充所述擴(kuò)散層的突出部分和高分子電 解質(zhì)膜的周緣部之間的間隙內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠防止高分子電解質(zhì)膜的露出的燃料電池用膜電極接合體。具備膜電極接合體主體部(5)，其具備高分子電解質(zhì)膜(5A)、及一對(duì)電極層(5D)，該電極層(5D)的催化劑層(5B)、和從所述催化劑層向周緣突出的擴(kuò)散層(5C)層疊于該高分子電解質(zhì)膜的周緣部的內(nèi)側(cè)的兩表面，在所述擴(kuò)散層(5C)的突出部分和高分子電解質(zhì)膜的周緣部之間形成有間隙(5F)；框體(6)，其以相對(duì)于一對(duì)電極層(5D)具有間隔面而包夾所述高分子電解質(zhì)膜(5A)的外緣的方式形成；襯墊(7)，其分別在所述框體的兩面由熱塑性樹脂構(gòu)成。襯墊(7)具備環(huán)狀部(7A)，其沿所述框體的內(nèi)緣，在全周上被覆所述膜電極接合體主體部的周緣部；間隙填充部(7B)，其填充所述間隙(5F)。
文檔編號(hào)H01M4/86GK101356676SQ20078000134
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
發(fā)明者寺西正俊, 川畑德彥, 日下部弘樹, 松本敏宏, 森本隆志 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社