專利名稱：燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，具體涉及能夠提高耐用性的燃料電池。
背景技術(shù)：
在燃料電池中，通過布置在膜電極組件(以下稱為"MEA"，其包括 電解質(zhì)層(以下稱為"電解質(zhì)膜")以及電極(即，陽極及陰極))兩側(cè) 的隔離器來分別將由在MEA中的電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電能提取至燃料電 池外部。在燃料電池中，用于家庭廢能利用系統(tǒng)或機(jī)動(dòng)車等的固態(tài)聚合物 電解質(zhì)燃料電池(以下稱為"PEFC (聚合物電解質(zhì)燃料電池)")可以在 低溫環(huán)境下工作。此外，因其較高的能量轉(zhuǎn)換效能、較短的起動(dòng)時(shí)間以及 較小的尺寸和較輕的重量，PEFC被視為用于蓄電池車輛或便攜電源的最 佳功率源。
PEFC的單元電池包括電解質(zhì)膜、陰極和陽極(每一者都至少具有催 化劑層)、以及隔離器。包含氫的反應(yīng)氣體被供應(yīng)至PEFC的陽極而包含 氧的反應(yīng)氣體被供應(yīng)至其陰極。在由上述反應(yīng)氣體、包含在催化劑層中的 催化劑(例如，Pt)以及電解質(zhì)成分形成的三相界面上產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)。 該電化學(xué)反應(yīng)使得PEFC的單元電池獲得例如約0.7伏特(V)的電動(dòng)勢(shì)。 但是，對(duì)于蓄電池車輛等的功率源而言，上述電動(dòng)勢(shì)過低。因此，通常使 用通過在層積體(其中多個(gè)單元電池在層積方向上串聯(lián)層積)兩端上布置 端板等而構(gòu)成的層積燃料電池作為功率源。
同時(shí)，越來越注意到以下情況。在燃料電池的各個(gè)單元電池中的催化 劑層中會(huì)產(chǎn)生過氧化氫，而產(chǎn)自過氧化氫的OH基等會(huì)導(dǎo)致MEA的聚合 物電解質(zhì)中的氧化降解。氧化降解導(dǎo)致燃料電池耐用性的劣化。因此，希 望通過減少M(fèi)EA中的過氧化氫來抑制降解，由此提高燃料電池的耐用 性。
過去已經(jīng)揭示了意在提高燃料電池耐用性的技術(shù)。例如，日本專利申
請(qǐng)?jiān)缙诠_號(hào)2003-109623揭示了一種與聚合物電解質(zhì)燃料電池相關(guān)的技 術(shù)，其特征在于被布置成在其間放置電解質(zhì)膜的一對(duì)催化劑層中的至少一 者包含全氟化碳磺酸基聚合物電解質(zhì)以及就鍵能而言低于碳氟鍵的分子。 通過上述技術(shù)，能夠提供一種高耐用性的聚合物電解質(zhì)燃料電池，其極好 地提高了對(duì)抗過氧化基或氫氧化基的抗氧化性。
在PEFC中，各個(gè)催化劑層的層積表面就形狀及尺寸而言不同于電解 質(zhì)膜以及各個(gè)擴(kuò)散層。因此，易于在電解質(zhì)膜的端部上形成空間(間 隙)。此外，在燃料電池工作時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生水而作為副反應(yīng)的副產(chǎn) 品產(chǎn)生了過氧化氫。如果在形成于電解質(zhì)膜的端部上的空間(以下有時(shí)稱 為"電解質(zhì)膜與擴(kuò)散層之間的空間")中存在過氧化氫，則電解質(zhì)膜可能 會(huì)劣化。
在曰本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_號(hào)2003-109623中揭示的技術(shù)的特征在于在 催化劑層中包含具有極佳抗氧化性的分子。盡管在催化劑層中能夠?qū)峖i抗 氧化性能，但難以在電解質(zhì)膜的端部上實(shí)現(xiàn)抗氧化性能。換言之，即使通 過曰本專利申請(qǐng)?jiān)缙诠_號(hào)2003-109623中揭示的技術(shù)，也難以防止在電 解質(zhì)膜的端部上發(fā)生氧化降解，由此難以提高燃料電池的耐用性。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高耐用性的燃料電池。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下方案。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面， 提供了一種燃料電池，包括電解質(zhì)膜；催化劑層，其層積在所述電解質(zhì) 膜的兩側(cè)上；以及擴(kuò)散層，其層積在各個(gè)所述催化劑層的外側(cè)，其中，每 個(gè)所述催化劑層的層積表面小于所述電解質(zhì)膜的層積表面，并且每個(gè)所述 擴(kuò)散層的層積表面大于每個(gè)所述催化劑層的所述層積表面并小于所述電解 質(zhì)膜的所述層積表面，并且如果所述電解質(zhì)膜的與所述催化劑層中的一者 相接觸的表面為Al，并且所述電解質(zhì)膜的不與所述催化劑層中的一者相 接觸且其上在所述擴(kuò)散層中的一者與所述電解質(zhì)膜之間形成空間的表面為 A2，則在所述表面A2上配置具有過氧化氫分解性能的單一金屬元素及/或包含所述單一金屬元素的化合物。
"層積表面"指其法線方向?yàn)榇呋瘎拥膶臃e方向的平面。此外，在 本發(fā)明中，"在所述表面A2上配置具有過氧化氫分解性能的單一金屬元 素及/或包含所述單一金屬元素的化合物"的表達(dá)表示包含以下兩種構(gòu)造的 概念，即在所述表面上僅配置具有過氧化氫分解性能的單一金屬元素及/或
包含所述單一金屬元素的化合物的構(gòu)造，以及在配置于表面A2上的物質(zhì)
中包含具有過氧化氫分解性能的單一金屬元素及/或包含所述單一金屬元素 的化合物。此外，具有過氧化氫分解性能的金屬元素的具體示例包括
Mn、 Fe、 Pt、 Pd、 Ni、 Cr、 Cu、 Ce、 Sc、 Rb、 Co、 Ir、 Ag、 Au、 Rh、
Ti、 Zr、 Al、 Hf、 Ta、 Nb和Os?；衔锏木唧w示例包括每一者均包含金 屬元素的氧化物等。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，粘接材料層可以被布置在所述表面A2上。
根據(jù)本發(fā)明的一方面(包括改變示例，以下相同)，所述粘接材料層 可以配置有具有所述過氧化氫分解性能的所述單一金屬元素及/或包含所述 單一金屬元素的所述化合物。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，每個(gè)所述催化劑層配置有具有所述過氧化氫分 解性能的所述單一金屬元素及/或包含所述單一金屬元素的所述化合物。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，即使在電解質(zhì)膜的端部上形成的空間內(nèi)積累 水且過氧化氫積累于水中，也能夠分解在電解質(zhì)膜的端部上形成的空間中 存在的過氧化氫。這是因?yàn)樵诒砻鍭2設(shè)置具有過氧化氫分解性能的單一 金屬元素及/或包含所述單一金屬元素的化合物(以下簡(jiǎn)稱"過氧化氫分解 物質(zhì)")。因此，本發(fā)明可提供能夠提高其耐用性的燃料電池。
在本發(fā)明的上述方面中，如果在表面A2上設(shè)置粘接材料層，則可以 通過各個(gè)粘接材料層來封閉電解質(zhì)膜的端部上所形成的空間。因此，通過 減少在電解質(zhì)膜的端部上積累的水，就可減少積累于空間中的過氧化氫的 量。即使在空間內(nèi)積累水且水包含過氧化氫，也可通過在電解質(zhì)膜的表面 A2上配置的過氧化氫分解物質(zhì)來分解過氧化氫。
此外，在本發(fā)明的上述方面中，如果粘接材料層配置有過氧化氫分解物質(zhì)，則可通過設(shè)置在粘接材料層的過氧化氫分解物質(zhì)來分解在電解質(zhì)膜 的端部上積累的過氧化氫。因此，通過如上設(shè)置，能夠提供能夠有效提高 其耐用性的燃料電池。
此外，在本發(fā)明的上述方面中，如果每個(gè)催化劑層均配置過氧化氫分 解物質(zhì)，則能夠更有效的分解過氧化氫。因此，通過如上設(shè)置燃料電池， 可以進(jìn)一步提高燃料電池的耐用性。


圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃料電池以及燃料電 池的電解質(zhì)膜的剖視圖2是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的燃料電池的剖視圖3是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料電池的剖視圖；并且
圖4是示意性地示出常規(guī)燃料電池的剖視圖。
在附圖中，參考標(biāo)號(hào)1表示電解質(zhì)膜、參考標(biāo)號(hào)2a表示陽極催化劑 層、參考標(biāo)號(hào)2b表示陰極催化劑層、參考標(biāo)號(hào)3a表示陽極擴(kuò)散層、參考 標(biāo)號(hào)3b表示陰極擴(kuò)散層、參考標(biāo)號(hào)IO表示氧化鈰基層(包含過氧化氫分 解物質(zhì)的層)、參考標(biāo)號(hào)20和21表示粘接材料層、參考標(biāo)號(hào)100、 200及 300表示燃料電池。
具體實(shí)施例方式
在PEFC的陽極發(fā)生從氫產(chǎn)生質(zhì)子及電子的電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，通過氧與 經(jīng)由外部電路移動(dòng)的電子和穿過電解質(zhì)膜的質(zhì)子的反應(yīng)而在其陰極產(chǎn)生 水。但是，公知的是當(dāng)PEFC實(shí)際工作時(shí)，除了上述主反應(yīng)之外，還會(huì)發(fā) 生副反應(yīng)，且該副反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生過氧化氫。如果在PEFC中存在鐵離子等， 則從過氧化氫會(huì)產(chǎn)生OH基等，且該OH基等會(huì)導(dǎo)致包含在電解質(zhì)膜等中 的電解質(zhì)成分的氧化降解。注意在PEFC中產(chǎn)生的過氧化氫會(huì)隨著在擴(kuò)散 期間PEFC中通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水(此后，通常稱為"產(chǎn)生的水") 一同運(yùn)動(dòng)。
同時(shí)，PEFC中電解質(zhì)膜的層積表面通常比催化劑層的層積表面更 大。如果使用這些構(gòu)成元件來制造PEFC的單元電池，就易于在電解質(zhì)膜 的端部上形成空間(間隙)。在此情況下，不僅易于積累在PEFC工作期 間產(chǎn)生的水，而且也會(huì)易于積累過氧化氫。因此，易于在電解質(zhì)膜的端部 上產(chǎn)生OH基等，并且電解質(zhì)膜的端部易受到氧化降解。
著眼于以上問題提出了本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電 池，其能夠通過被設(shè)置成在電解質(zhì)膜的表面(該表面不與各個(gè)催化劑層接 觸，且在該表面上電解質(zhì)膜與各個(gè)擴(kuò)散層之間形成空間)上設(shè)置過氧化氫 分解物質(zhì)來提高耐用性。
為了便于理解本發(fā)明，首先將描述常規(guī)燃料電池。
圖4是示意性示出常規(guī)燃料電池的剖視圖。在圖4中，豎直方向?qū)?yīng) 于催化劑層的層積方向。如圖4所示，常規(guī)燃料電池900包括MEA 95 (其包括電解質(zhì)膜91以及分別布置在電解質(zhì)膜91兩側(cè)上的陽極催化劑層 92a及陰極催化劑層92b)、分別布置在MEA 95兩側(cè)上的陽極擴(kuò)散層3a 及陰極擴(kuò)散層3b、以及分別布置在陽極擴(kuò)散層3a及陰極擴(kuò)散層3b外側(cè)的 隔離器6， 6。陽極催化劑層92a及陰極催化劑層92b每一者均包含例如承 載鉑的碳微粒(以下稱為"鉑承載碳")，其起電化學(xué)反應(yīng)中催化劑的作 用。陽極擴(kuò)散層3a及陰極擴(kuò)散層3b每一者均由例如包含碳纖維的碳紙制 成，且夾持力通過隔離器6， 6被施加至電解質(zhì)膜91。在布置于MEA 95 的外側(cè)的隔離器6， 6中，分別在陽極擴(kuò)散層3a側(cè)及陰極擴(kuò)散層3b側(cè)形成 反應(yīng)氣體供應(yīng)通路7a， 7a，...及7b， 7b，...。氫基物質(zhì)(以下稱為 "氫")被供應(yīng)至反應(yīng)氣體供應(yīng)通路7a， 7a...，而氧基物質(zhì)(以下稱為 "空氣")則被供應(yīng)至反應(yīng)氣體供應(yīng)通路7b， 7b，...。在各個(gè)隔離器6， 6的與反應(yīng)氣體供應(yīng)通路7a側(cè)及7b側(cè)的相對(duì)側(cè)上形成冷卻介質(zhì)通道8， 8…。
在燃料電池900發(fā)電期間，例如從反應(yīng)氣體供應(yīng)通路7a， 7a…供應(yīng)的 一部分氫被電解質(zhì)膜91傳遞并到達(dá)陰極催化劑層92b，由此氫氣與氧氣通 常在陰極催化劑層92b中共存。通常，燃料電池的陰極處于約0.4V至 l.OV的電勢(shì)環(huán)境中。如果在此環(huán)境中減少鉑承載碳上的氧，則會(huì)產(chǎn)生過氧化氫，從而會(huì)因過氧化氫而產(chǎn)生OH基。此外，如上所述陰極擴(kuò)散層3b由碳纖維制成。因此，即使減少了碳纖維上的氧，也會(huì)產(chǎn)生過氧化氫，從而會(huì)因過氧化氫而產(chǎn)生OH基等。
同時(shí)，如圖4所示，在燃料電池900中，在電解質(zhì)膜91的端部上形成 空間50， 50，...。在燃料電池900工作時(shí)，不僅產(chǎn)生的水，而且過氧化氫 也易于積累于空間50， 50，...中。因此，電解質(zhì)膜91的端部易于被OH 基等降解并損壞。如果電解質(zhì)膜91被損壞，則燃料電池900的電壓降 低，導(dǎo)致燃料電池900的發(fā)電性能的劣化。因此，優(yōu)選地通過抑制引起電 解質(zhì)膜損壞的過氧化氫的產(chǎn)生來抑制電解質(zhì)膜的降解并提高燃料電池的耐 用性。
將參考附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的燃料電池。
1.第一實(shí)施例
圖1是分別示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃料電池以及燃料 電池的電解質(zhì)膜的剖視圖。在圖1中，豎直方向?qū)?yīng)于催化劑層的層積方 向。具體而言，圖1的(A)是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃 料電池的剖視圖。圖1的(B)是僅示出圖1的(A)中所示電解質(zhì)膜的剖 視圖。在圖1中，以與圖4使用的那些參考標(biāo)號(hào)相同的參考標(biāo)號(hào)來表示與 圖4所示的常規(guī)燃料電池的構(gòu)造相同的構(gòu)成元件及區(qū)域，且在此將不再重 復(fù)描述。此外，通常將陽極催化劑層及陰極催化劑層簡(jiǎn)稱為"催化劑 層"。
如圖1的(A)所示，根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池100包括MEA 5 (其包括電解質(zhì)膜1以及分別布置在電解質(zhì)膜1兩側(cè)上的陽極催化劑層2a 及陰極催化劑層2b)、分別布置在MEA 5的兩側(cè)上的陽極擴(kuò)散層3a及陰 極擴(kuò)散層3b、以及分別布置在陽極擴(kuò)散層3a及陰極擴(kuò)散層3b外側(cè)的隔離 器6， 6。陽極催化劑層2a及陰極催化劑層2b的每一者均例如不僅包含鉑 承載碳，還包括過氧化氫分解物質(zhì)(以下通常稱為"氧化鈰")。陽極擴(kuò) 散層3a及陰極擴(kuò)散層3b的每一者均例如由包含碳纖維的碳紙制成。通過 在電解質(zhì)膜1的表面(該表面構(gòu)成了形成在電解質(zhì)膜1的端部上的各個(gè)空 間50， 50，…)上設(shè)置氧化鈰基層10， 10，...，將過氧化氫分解物質(zhì)配置在表面上。
在燃料電池100中，如上所述在電解質(zhì)膜1的端部上形成各個(gè)空間
50， 50，...。因此，在燃料電池IOO工作時(shí)，不僅產(chǎn)生的水，而且過氧化 氫也易于積累在空間50, 50，...中。但是，在根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池 100中，氧化鈰基層10， 10，...設(shè)置在電解質(zhì)膜1的構(gòu)成各個(gè)空間50， 50，...的表面上。因此，燃料電池IOO可分解在空間50， 50，...中可能存
在的過氧化氫。因此，能夠抑制電解質(zhì)膜1的端部損壞。
此外，如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例的催化劑層2a及2b包含氧化鈰。 因此，燃料電池IOO還可分解存在于非空間50， 50，...之外區(qū)域(例如， 陽極催化劑層2a及陰極催化劑層2b)中的過氧化氫。通過如此設(shè)置，能 夠防止燃料電池中的氧化降解。因此可以提供能夠提高其耐用性的燃料電 池。
以下將參考圖1的(A)及圖1的(B)描述電解質(zhì)膜1的與催化劑層 接觸的表面Al以及電解質(zhì)膜1的不與催化劑層接觸且于其上形成在電解 質(zhì)膜與擴(kuò)散層之間的空間的表面A2。
圖1的(B)是僅示出包含在圖1的(A)所示的燃料電池100中的電 解質(zhì)膜l的放大視圖。如圖l的(A)所示，類似于常規(guī)燃料電池900，根 據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池100包括就層積表面而言小于電解質(zhì)膜的催化劑 層。因此，電解質(zhì)膜1的兩個(gè)表面中的每一者均可被劃分為與催化劑層2a 或2b接觸的表面Al以及不與催化劑層2a或2b接觸、且其上形成電解質(zhì) 膜1與擴(kuò)散層之間的空間的表面A2 (參見圖1的(B))。通過適當(dāng)J:也利 用表面Al及A2的描述來說明本發(fā)明的其他實(shí)施例。
2.第二實(shí)施例
圖2是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的燃料電池的剖視圖。在 圖2中，豎直方向?qū)?yīng)于催化劑層的層積方向。在圖2中，以與圖1使用 的那些參考標(biāo)號(hào)相同的參考標(biāo)號(hào)來表示與圖1所示的常規(guī)燃料電池的構(gòu)造 相同的構(gòu)成元件及區(qū)域，且在此將不再重復(fù)描述。
如圖2所示，根據(jù)第二實(shí)施例的燃料電池200包括MEA 5 (其包括電 解質(zhì)膜1以及分別布置在電解質(zhì)膜1兩側(cè)上的陽極催化劑層2a及陰極催化
劑層2b)、分別布置在MEA5兩側(cè)上的陽極擴(kuò)散層3a及陰極擴(kuò)散層3b、 以及分別布置在陽極擴(kuò)散層3a及陰極擴(kuò)散層3b外側(cè)的隔離器6， 6。在電 解質(zhì)膜1的構(gòu)成了形成于電解質(zhì)膜1的端部上的各個(gè)空間50， 50，...的表 面A2的每一者上，配置氧化鈰基層10， 10...。此外，由諸如包含碳填充 物的VYLON之類的導(dǎo)電材料制成的粘接材料層20， 20...被設(shè)置在表面 A2上的各個(gè)空間50， 50，...中。(VYLON是Toyobo Co., Ltd.的注冊(cè)商 標(biāo)，以下也適用。)
如圖2所示，在根據(jù)第二實(shí)施例的燃料電池200中，粘接材料層20， 20，...被配置在形成于電解質(zhì)膜1的端部上的各個(gè)空間50， 50，...內(nèi)。因 此，形成在根據(jù)第二實(shí)施例的各個(gè)空間50， 50，...中的間隙小于形成在根 據(jù)第一實(shí)施例的各個(gè)空間50， 50，…中的間隙。因此，在燃料電池200 中，產(chǎn)生的水及過氧化氫難以積累在電解質(zhì)膜1的端部上。因此，能夠易 于抑制電解質(zhì)膜1的端部中的氧化降解。此外，即使產(chǎn)生的水被積累在形 成于各個(gè)空間50， 50，...中的狹窄間隙中，因?yàn)楦鶕?jù)第二實(shí)施例在電解質(zhì) 膜1的各個(gè)表面A2上形成氧化鈰基層10， 10，...，故也能夠有效地分解 電解質(zhì)膜1的端部上的過氧化氫。通過如此構(gòu)造，可以提供能夠有效提高 耐用性的燃料電池。
3.第三實(shí)施例
圖3是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料電池的剖視圖。在 圖3中，豎直方向?qū)?yīng)于催化劑層的層積方向。在圖3中，以與圖2使用 的那些參考標(biāo)號(hào)相同的參考標(biāo)號(hào)來表示與圖2所示的常規(guī)燃料電池的構(gòu)造 相同的構(gòu)成元件及區(qū)域，且在此將不再重復(fù)描述。
如圖3所示，根據(jù)第三實(shí)施例的燃料電池300包括MEA 5 (其包括電 解質(zhì)膜1以及分別布置在電解質(zhì)膜l兩側(cè)上的陽極催化劑層2a及陰極催化 劑層2b)、分別布置在MEA5兩側(cè)上的陽極擴(kuò)散層3a及陰極擴(kuò)散層3b、 以及分別布置在陽極擴(kuò)散層3a及陰極擴(kuò)散層3b外側(cè)的隔離器6， 6。在電 解質(zhì)膜1的構(gòu)成了形成于電解質(zhì)膜1的端部上的各個(gè)空間50， 50，...的表 面A2上，設(shè)置粘接材料層21， 21...。例如通過在諸如包含碳填充物的 VYLON之類的導(dǎo)電材料中散布氧化鈰來形成粘接材料層21， 21...。
在此情況下，在根據(jù)第三實(shí)施例的燃料電池300中，包含氧化鈰(過氧化氫分解物質(zhì))的粘接材料層21， 21...被配置在形成于電解質(zhì)膜1的端 部上的各個(gè)空間50， 50，...中。因此，能夠利用包含在各個(gè)粘接材料層 21， 21…中的過氧化氫分解物質(zhì)(或者從過氧化氫分解物質(zhì)中洗提的離子 等)來對(duì)可能存在于空間50， 50，...中的過氧化氫進(jìn)行分解。通過如此設(shè) 置，能夠有效地提高燃料電池300的耐用性。
如果根據(jù)本發(fā)明在燃料電池中配置了粘接材料層，則配置粘接材料層 的方式并不限于某一具體方式，只要粘接材料層被配置成與電解質(zhì)膜的各 個(gè)表面A2， A2，...接觸即可。然而，例如著眼于通過使其中可能累計(jì)產(chǎn) 生的水及過氧化氫的間隙盡可能小來有效地提高電解質(zhì)膜1的耐用性等， 優(yōu)選地將粘接材料層配置為能夠幾乎完全封閉各個(gè)空間50， 50，...。
此外，如果根據(jù)本發(fā)明將粘接材料層配置在燃料電池中，則粘接材料 層的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tl并不限于某一具體溫度。此外，例如著眼于能夠 通過將MEA與擴(kuò)散層通過熱壓接合而集成來容易地制造燃料電池，{尤選 地滿足TKT2的條件，其中T2是電解質(zhì)膜的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度。如果使用 滿足條件TKT2的粘接材料層，則即使燃料電池包括烴基電解質(zhì)膜，也能 夠制造可將MEA與擴(kuò)散層通過熱壓結(jié)合而集成的燃料電池。因此，可以 有助于燃料電池的制造。
此外，如果根據(jù)本發(fā)明在燃料電池中配置了粘接材料層，則將粘接材 料層配置在電解質(zhì)膜的各個(gè)表面A2， A2，...上的方法并不限于某一具體 方法。此外，例如著眼于能夠方便并可靠地進(jìn)行配置，優(yōu)選地使用注ft器 等來設(shè)置粘接材料層。如果使用注射器來設(shè)置粘接材料層，則優(yōu)選地要滿 足以下條件，其中符號(hào)r表示注射器的針孔直徑，符號(hào)m表示各個(gè)擴(kuò)散層 的彈性模數(shù)，而符號(hào)d則表示各個(gè)催化劑層的厚度。<formula>complex formula see original document page 11</formula>
如果使用滿足上述條件的注射器，則可以方便地在各個(gè)表面A2， A2…上 設(shè)置其量可幾乎完全封閉空間50， 50，...的粘接材料層。因此，可以酉己置 能夠有效抑制電解質(zhì)膜中的氧化降解的燃料電池。
在第一至第三實(shí)施例中，已經(jīng)描述了催化劑層包含過氧化氫分解物質(zhì) 的情況。但是，根據(jù)本發(fā)明的催化劑層并不限于這里所描述的情況。可替 代地，燃料電池所包括的催化劑層并不需要每一個(gè)催化劑層都包含過氧化 氫分解物質(zhì)。然而，著眼于提供能夠有效分解過氧化氫(其在燃料電池工 作時(shí)作為副產(chǎn)品而產(chǎn)生)的燃料電池，優(yōu)選地燃料電池所包括的催化劑層 的每一者均包含過氧化氫分解物質(zhì)。
此外，在第一至第三實(shí)施例中，已經(jīng)描述了包含作為過氧化氫分解物質(zhì)的氧化鈰的燃料電池100至300。但是，根據(jù)本發(fā)明包含在燃料電池中 的過氧化氫分解物質(zhì)并不限于氧化鈰。其他物質(zhì)的具體示例包括Mn、 Fe、 Pt、 Pd、 Ni、 Cr、 Cu、 Ce、 Sc、 Rb、 Co、 Ir、 Ag、 Au、 Rh、 Ti、Zr、 Al、 Hf、 Ta、 Nb和Os以及/或者包含上述金屬元素的化合物。
此外，在上述實(shí)施例中，已經(jīng)描述的燃料電池的每一個(gè)均包括其中在 MEA側(cè)形成反應(yīng)氣體供應(yīng)通路的隔離器。但是，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池 可以包括的隔離器并不限于上述構(gòu)造。例如，也可使用在MEA側(cè)并未形 成反應(yīng)氣體供應(yīng)通路的扁平隔離器。如果要制造包括這種扁平隔離器的燃 料電池，則可以通過使用泡沫金屬(例如，通過電鍍、起泡等制成的不銹 鋼、鈦或鎳)或諸如燒結(jié)金屬之類的多孔材料來形成要與隔離器接觸的層 (根據(jù)第一至第三實(shí)施例為燃料電池中的陽極擴(kuò)散層及陰極擴(kuò)散層)，以 能夠向要與隔離器接觸的層供應(yīng)反應(yīng)氣體。
工業(yè)實(shí)用性
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池例如適于用作蓄電池車輛的功率源。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，包括電解質(zhì)膜；催化劑層，其層積在所述電解質(zhì)膜的兩側(cè)上；以及擴(kuò)散層，其層積在各個(gè)所述催化劑層的外側(cè)，其中，每個(gè)所述催化劑層的層積表面小于所述電解質(zhì)膜的層積表面，并且每個(gè)所述擴(kuò)散層的層積表面大于每個(gè)所述催化劑層的所述層積表面并小于所述電解質(zhì)膜的所述層積表面，并且如果所述電解質(zhì)膜的與所述催化劑層中的一者相接觸的表面為A1，并且所述電解質(zhì)膜的不與所述催化劑層中的一者相接觸且其上在所述擴(kuò)散層中的一者與所述電解質(zhì)膜之間形成空間的表面為A2，則在所述表面A2上配置具有過氧化氫分解性能的單一金屬元素及/或包含所述單一金屬元素的化合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中，粘接材料層被布置在所述表面A2上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池，其中，所述粘接材料層配置有具有所述過氧化氫分解性能的所述單一 金屬元素及/或包含所述單一金屬元素的所述化合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其中，每個(gè)所述催化劑層配置有具有所述過氧化氫分解性能的所述單 一金屬元素及/或包含所述單一金屬元素的所述化合物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能夠提高耐用性的燃料電池(100)。該燃料電池包括電解質(zhì)膜(1)；催化劑層(2a，2b)，其分別層積在電解質(zhì)膜(1)的兩側(cè)上；以及擴(kuò)散層(3a，3b)，其分別層積在各個(gè)催化劑層(2a，2b)的外側(cè)。每個(gè)催化劑層(2a，2b)的層積表面小于電解質(zhì)膜(1)的層積表面，并且每個(gè)擴(kuò)散層(3a，3b)的層積表面大于每個(gè)催化劑層(2a，2b)的層積表面并小于電解質(zhì)膜(1)的層積表面。如果將電解質(zhì)膜(1)的與催化劑層(2a，2b)之一相接觸的表面表示為A1，并且將電解質(zhì)膜(1)的不與催化劑層(2a，2b)之一相接觸且其上在電解質(zhì)膜(1)與擴(kuò)散層(3a，3b)之一之間形成空間的表面表示為A2時(shí)，在表面A2上配置具有過氧化氫分解性能的單一金屬元素及/或包含該單一金屬元素的化合物。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101203972SQ20068002004
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月6日
發(fā)明者關(guān)根忍 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社