專利名稱：燃料電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電化學反應發(fā)電的燃料電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種使一對電極夾著電解質(zhì)膜對置，向一個電極供給燃料，而向另一個電極供給氧化劑，通過使燃料和氧化劑在燃料電池內(nèi)發(fā)生電化學反應而將化學能直接變換為電能的裝置。此燃料電池中的固體高分子型燃料電池由于采用具有質(zhì)子導電性的固體高分子電解質(zhì)膜作為電解質(zhì)膜，可以得到高輸出特性。
此種固體高分子型燃料電池，通過不斷地供給反應氣體使電化學反應繼續(xù)。此時在電化學反應中起重要作用的電解質(zhì)膜的離子導電性大致與固體高分子電解質(zhì)膜的含水量成比例。此外，因為固體高分子電解質(zhì)膜的含水量取決于反應氣體的濕度，對反應氣體加濕運行。另外，為了使在兩極之間流動的氣體不只不泄漏到外部，而且不在兩極之間泄漏，必須進行密封。于是，因為固體高分子電解質(zhì)膜起著防止兩極間的反應氣體泄漏的作用，所以固體高分子電解質(zhì)膜一直延伸到電極部的外緣部而不損傷兩極之間的氣體密封。
然而，因為固體高分子電解質(zhì)膜在干燥時收縮而在吸濕時膨脹，由于反復運行和停止而使固體高分子電解質(zhì)膜受到應力的作用。此外，在向氧化劑供給口供給低加濕的空氣時，在空氣流路的上游區(qū)固體高分子電解質(zhì)膜干燥，而在其下游區(qū)由于生成水固體高分子電解質(zhì)膜潤濕。這樣一來，因為在固體高分子電解質(zhì)膜上有應力作用，如果不對固體高分子電解質(zhì)膜進行可靠的支持，就存在固體高分子電解質(zhì)膜破損的危險。
此外，電解質(zhì)膜的破損多半是在位于發(fā)電部和氣體密封部邊界部分的電解質(zhì)膜中發(fā)生。其原因之一是由于在發(fā)電部和氣體密封部的邊界處電解質(zhì)膜的至少一面未固定而使電解質(zhì)膜變形及局部應力集中。特別是，在這一部分的電解質(zhì)膜暴露于潤濕反應氣體時，由于伴隨著電解質(zhì)膜的收縮等的應力的作用容易引起電解質(zhì)膜的破損。其他的原因有電解質(zhì)膜的含水率不均勻引起的應力集中。就是說，在發(fā)電部由于反應生成水容易使電解質(zhì)膜潤濕，另一方面，在氣體密封部電解質(zhì)膜容易干燥。
于是，這樣一來當在電解質(zhì)膜上產(chǎn)生龜裂或出現(xiàn)針孔時，氣體就會從該處在兩極間泄漏，燃料電池的輸出電壓會降低。此外，如果原樣不變繼續(xù)運行時，氣體的泄漏量將會加大，在催化劑上發(fā)生反應，部分區(qū)域產(chǎn)生高溫，電解質(zhì)膜的破損會擴大。于是，最終使燃料電池的功能喪失。
因此，在現(xiàn)有的燃料電池中，與密封材重疊的透氣性多孔電極的部分利用密封材浸漬(例如，參照專利文獻1)。
另外，對固體高分子電解質(zhì)膜實施處理以便可以可靠地支持固體高分子電解質(zhì)膜。例如，固體高分子電解質(zhì)膜比一對電極的面積大并且具有與一對電極相接的通電部和不與一對電極相接的非通電部。在該通電部和非通電部的邊界部包含加強材。作為此加強材的材質(zhì)一般采用含氟聚合物(例如，參照專利文獻2)。
然而，在固體高分子電解質(zhì)膜的通電部和由加強材進行加強的非通電部的邊界部有存在出現(xiàn)應力集中并沿著邊界部產(chǎn)生龜裂的危險。
于是，通過對支持固體高分子電解質(zhì)膜的電極基材的加強可以對固體高分子電解質(zhì)膜進行可靠的支持。例如，電極基材與固體高分子電解質(zhì)膜面積相同，并且電極基材的周緣部由密封劑構(gòu)成的致密劑進行致密化處理。由經(jīng)過致密化處理的周緣部對固體高分子電解質(zhì)膜進行支持并進行氣密封接。作為致密劑可使用聚四氟乙烯的分散體，在對周緣部進行浸漬后去除溶劑而實現(xiàn)致密化(例如，參照專利文獻3)。
另外，另一種電極基材的加強方法是對包圍電極的發(fā)電區(qū)的密封區(qū)以可注射成形的熱硬化性液體化合物進行浸漬和硬化(例如，參照專利文獻4)。
專利文獻1日本專利特開平8-45517號公報。
專利文獻2日本專利特開2000-260443號公報。
專利文獻3日本專利特開平8-148170號公報。
專利文獻4日本專利特表2001-510932號公報。

發(fā)明內(nèi)容
但是，如專利文獻3所示，在將作為致密劑的聚四氟乙烯的分散體浸漬到電極基材中之后，通過去除溶劑進行電極基材的致密化。可是，存在的問題是在浸漬之后去除溶劑而硬化的樹脂殘留很多連通空孔，難以將燃料及氧化劑密封。此外，因為是在電極基材致密化之后疊層固體高分子電解質(zhì)膜，由于在經(jīng)過電極基材致密化的部分的表面上固體高分子電解質(zhì)膜的表面只是與其頂接而不是結(jié)合，對氣體難以完全密封。
另外，如專利文獻4所示，在將可注射成形的熱硬化性液體化合物作為密封劑材料對膜電極組立體的電極層的一部分進行浸漬并硬化而形成一體密封。然而，電極部，由于要求導電性和擴散性，一般使用石墨的多孔材料。因此，存在的問題是將液體化合物以真空浸漬方式只注入到電極的密封區(qū)很困難，也會進入到電化學活性區(qū)而使活性區(qū)變窄。
本發(fā)明的目的在于提供一種具有可確保充分的電化學活性區(qū)，且可以可靠地進行氣密封接，并且均勻地支持固體高分子電解質(zhì)膜的電極基材的密封部的燃料電池及其制造方法。
本發(fā)明的燃料電池，具有膜電極結(jié)合體，在該膜電極結(jié)合體中具有在固體高分子電解質(zhì)膜的中央部分從兩面結(jié)合的陰極催化劑層和陽極催化劑層，再以比上述陰極催化劑層面積更大的燃料電極基材和比上述陽極催化劑層面積更大的氧化劑電極基材從兩面夾持，其特征在于在上述燃料電極基材中，將圍繞上述陰極催化劑層的燃料密封支撐部的空孔的一部分或全部用樹脂進行填充，在上述氧化劑電極基材中，將圍繞上述陽極催化劑層的氧化劑密封支撐部的空孔的一部分或全部用樹脂進行填充，且上述燃料密封支撐部和上述氧化劑密封支撐部用上述樹脂和上述固體高分子電解質(zhì)膜粘接起來。
本發(fā)明的燃料電池的效果是，因為具有在可靠地進行密封的同時可防止固體高分子電解質(zhì)膜的局部變形及應力集中狀態(tài)下進行支持的電極基材，可以防止固體高分子電解質(zhì)膜的破損。另外，因為對氣體進行了可靠的密封，可以降低燃料電池的電壓下降率而延長壽命以及防止燃料氣體的燃料電池的異常過熱而提高安全性。


圖1為本發(fā)明的燃料電池的剖面圖。
圖2為示出為了對電極基材填充樹脂將樹脂膜和電極基材板置于熱壓機上的狀態(tài)的示圖。
圖3為示出在熱壓機上制作將膜電極結(jié)合體的情況的示圖。
圖4為評價用單元的剖面圖。
圖5為示出評價結(jié)果的示圖。
圖6為比較例的燃料電池的剖面圖。
圖7為示出將膜電極結(jié)合體和隔板在熱壓機上粘接的情況的示圖。
圖8為本發(fā)明的實施例4的膜電極結(jié)合體的剖面圖。
圖9示出粘接寬度與發(fā)電開始時及2000小時后的開路電壓的關(guān)系。
圖10為本發(fā)明的實施例5的膜電極結(jié)合體的剖面圖。
圖11為本發(fā)明的實施例6的膜電極結(jié)合體的剖面圖。
圖12為本發(fā)明的實施例7的單電池的剖面圖。
圖13為表示使用本發(fā)明的實施例8的膜電極結(jié)合體的單電池的剝離強度和2000小時后的開路電壓下降量的關(guān)系的示圖。
圖14為本發(fā)明的實施例9的單電池的平面圖。
圖15為圖14的BB剖面的單電池的剖面圖。
圖16為圖14的CC剖面的單電池的剖面圖。
圖17為圖14的DD剖面的單電池的剖面圖。
圖18為比較例1的單電池的剖面圖。
圖19為從與使用本發(fā)明的實施例10的單電池的燃料隔板的膜電極結(jié)合體相接的面觀察時的平面圖。
圖20為圖19的EE剖面的燃料隔板的剖面圖。
圖21為從與使用本發(fā)明的實施例10的單電池的氧化劑隔板的膜電極結(jié)合體相接的面的反對側(cè)觀察時的平面圖。
圖22為與實施例10的單電池的圖19一樣的EE剖面中的剖面圖。
圖23為示出本發(fā)明的實施例11的單電池的層疊的狀態(tài)的示圖。
具體實施例方式
(實施方式1)圖1為本發(fā)明的實施方式1的固體高分子型燃料電池的示意剖面圖。
此固體高分子型燃料電池(以下稱其為燃料電池)的單電池具有膜電極結(jié)合體1；以及從兩側(cè)夾持該膜電極結(jié)合體1的導電性氧化劑隔板2和導電性燃料隔板3。在膜電極結(jié)合體1上具有將作為燃料的氫進行質(zhì)子化，質(zhì)子進行離子導電，通過使用作為氧化劑的氧使氫氧化而發(fā)電的發(fā)電部4和包圍該發(fā)電部4的周圍將燃料和氧化劑密封的密封部5。
此膜電極結(jié)合體1包括全面覆蓋發(fā)電部4和密封部5的質(zhì)子導電性的固體高分子電解質(zhì)膜(以下稱其為電解質(zhì)膜)6，與電解質(zhì)膜6的一面的中央部分相接并位于發(fā)電部4上的陽極催化劑層7，與電解質(zhì)膜6的另一面的中央部分相接并位于發(fā)電部4上的陰極催化劑層8，位于發(fā)電部4及密封部5上覆蓋陽極催化劑層7的氧化劑電極基材9以及位于發(fā)電部4及密封部5上覆蓋陰極催化劑層8的燃料電極基材10。對位于密封部5上的氧化劑電極基材9的氧化劑密封支撐部11和燃料電極基材10的燃料密封支撐部12填充熱塑性樹脂。
另外，電解質(zhì)膜6，利用熱塑性樹脂分別在氧化劑密封支撐部11和其界面13處及在燃料密封支撐部12和其界面14處進行粘接。此外，在導電性氧化劑隔板2和氧化劑密封支撐部11的界面15處利用熱塑性樹脂粘接。此外，在導電性燃料隔板3和燃料密封支撐部12的界面16處利用熱塑性樹脂粘接。
另外，在面對氧化劑電極基材9的導電性氧化劑隔板2的表面上設置有使氧化劑流動的氧化劑氣體流路17。此外，在面對燃料電極基材10的導電性燃料隔板3的表面上設置有使燃料流動的燃料氣體流路18。此氧化劑氣體流路17延伸到導電性氧化劑隔板2的外緣部19，并且還與該導電性氧化劑隔板2的外緣部19的厚度方向上穿設的孔穴相連。在多個單電池層疊時，此孔穴與設置于上下層疊的單電池的導電性燃料隔板3中的孔穴相連，此外還順序地與設置于其上的導電性氧化劑隔板2中的孔穴相連。將設置于在最上方層疊的單電池的導電性氧化劑隔板2中的孔穴用作氧化劑供給口，從該供給口供給氧化劑。另一方面，設置于在最下方層疊的單電池的導電性燃料隔板3中的孔穴用作氧化劑排出口，從該排出口排出多余的氧化劑。對于燃料也同樣地進行供給與排出。
作為電解質(zhì)膜6，可以采用在燃料電池內(nèi)的環(huán)境中長期穩(wěn)定性優(yōu)異、氣體壁壘性高、且質(zhì)子導電性高而電子導電性小的材料。一般采用全氟主鏈和磺酸基組成的固體高分子電解質(zhì)膜。
陰極催化劑層8及陽極催化劑層7是由催化粒子及進行催化粒子和質(zhì)子的授受的高分子電解質(zhì)組成的。根據(jù)需要也可以混合無機粒子、聚合物粒子或石墨粒子等添加物。這種添加物，對陰極催化劑層8及陽極催化劑層7的親水性和疏水性進行控制或提高陰極催化劑層8或陽極催化劑層7的孔隙率的目的很適用。
陰極催化劑層8和陽極催化劑層7分別配置于電解質(zhì)膜6和氧化劑電極基材9之間及電解質(zhì)膜6和燃料電極基材10之間。作為這些陰極催化劑層8及陽極催化劑層7的形成方法有直接在電解質(zhì)膜6上形成的方法、在別的基材上形成之后轉(zhuǎn)印到電解質(zhì)膜6上的方法以及在氧化劑電極基材9及燃料電極基材10上形成之后與電解質(zhì)膜6結(jié)合的方法。在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池中，可采用任何一種催化劑層的形成方法。
作為催化粒子，一般可使用在炭黑粒子的表面上附著具有催化活性的鉑等金屬粒子的粒子。
作為擔負用來向陰極催化劑層8和陽極催化劑層7供給氧化劑及燃料的擴散層的作用的氧化劑電極基材9及燃料電極基材10，可以使用在燃料電池內(nèi)的環(huán)境中具有穩(wěn)定導電性的多孔體。一般使用所謂碳紙或碳布之類的由碳纖維形成的多孔體。
作為導電性氧化劑隔板2及導電性燃料隔板3，可使用在燃料電池內(nèi)的環(huán)境中具有穩(wěn)定透氣性的導電板。一般使用在石墨板上形成氣體流路用的溝的構(gòu)件。
氣體密封由位于密封部5的電解質(zhì)膜6、氧化劑密封支撐部11、燃料密封支撐部12、電解質(zhì)膜6和氧化劑密封支撐部11的界面13、電解質(zhì)膜6和燃料密封支撐部12的界面14、導電性氧化劑隔板2和氧化劑密封支撐部11的界面15以及導電性燃料隔板3和燃料密封支撐部12的界面16構(gòu)成。可以使用在燃料電池內(nèi)的環(huán)境中穩(wěn)定并且氣體壁壘性高的材料作為氣體密封。另外，因為在氣體密封中有時設置向各單電池分配供給氣體及冷卻液用的歧管，氣體密封必須是即使是接觸冷卻液也很穩(wěn)定。
在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，為了在密封部5的兩電極基材上從兩面支持電解質(zhì)膜6，氧化劑電極基材9及燃料電極基材10比發(fā)電部4大。由于不需要向密封部5供給氣體，氧化劑電極基材9及燃料電極基材10的氧化劑密封支撐部11和燃料密封支撐部12的空孔中可以用樹脂材料填充。
此外，電解質(zhì)膜6比氧化劑電極基材9或燃料電極基材10中的至少一個更大，電解質(zhì)膜6的端部至少需要位于氧化劑電極基材9及燃料電極基材10的端部的外側(cè)。這是由于氧化劑電極基材9和燃料電極基材10之間不能短路。
此外，對陰極催化劑層8和陽極催化劑層7的外緣部填充樹脂。于是，與此相關(guān)聯(lián)，陰極催化劑層8和陽極催化劑層7的外緣部及氧化劑密封支撐部11和燃料密封支撐部12的內(nèi)緣部重疊配置。這樣一來，因為在發(fā)電部4中不存在取決于有無催化劑層7、8的臺階，不會由于存在臺階而在電解質(zhì)膜6中產(chǎn)生應力集中，所以可以抑制電解質(zhì)膜6的破損。
此時的重疊寬度，因為可以大于等于兩電極基材9、10的厚度，利用兩電極基材9、10可以對電解質(zhì)膜6進行充分的固定，所以可以在抑制電解質(zhì)膜6的破損的同時，可以在發(fā)電部4和外部之間可靠地切斷氣體。另一方面，如果重疊的寬度小于兩電極基材9、10的厚度，就不能充分地獲得這樣的效果。
然而，雖然重疊越大可以越可靠地保持電解質(zhì)膜6，但在重疊寬度超過5mm時，效果不會提高。另一方面，因為對重疊的催化劑層不供給反應氣體，無功能的催化劑量增大。從減少高昂的催化劑的使用的觀點出發(fā)，兩者的重疊寬度必須在可以抑制電解質(zhì)膜的破損的范圍內(nèi)減小。就是說，優(yōu)選是小于等于5mm，更優(yōu)選是必須小于等于2mm。
下面，對填充氧化劑密封支撐部11、燃料密封支撐部12的樹脂材料予以說明?？捎糜谶@一用途的樹脂材料必須是在燃料電池內(nèi)的環(huán)境下具有穩(wěn)定性且氣體透過性足夠低的材料不可。特別是，必須是能夠長時間耐受電池內(nèi)的熱水及水蒸氣的材料。另外，由于電極基材9、10內(nèi)部必須進行填充，所以在填充作業(yè)時必需具有流動性。
在填充的樹脂可以對氧化劑電極基材9及燃料電極基材10和電解質(zhì)膜6進行粘接，并對氧化劑電極基材9及燃料電極基材10和導電性氧化劑隔板2及導電性燃料隔板3進行粘接時，電解質(zhì)膜6除了可以受到氧化劑電極基材9及燃料電極基材10更均勻地支持之外，電解質(zhì)膜6、氧化劑電極基材9和燃料電極基材10及導電性氧化劑隔板2和導電性燃料隔板3可以一體化。借助這樣的一體化，燃料電池的單電池處理變得容易，并且氣體不會外泄。
如果填充的樹脂具有粘接電解質(zhì)膜和隔板的功能，則除了電解質(zhì)膜可以得到穩(wěn)定的支持之外，可以與隔板一體化。通過將電解質(zhì)膜及隔板一體化，燃料電池的單電池的處理變得容易，并且氣體不會外泄。
作為填充的樹脂的量，在占電極基材9、10中的空孔體積的50體積％以上(即≥)時，結(jié)合在一起的樹脂成為連續(xù)樹脂膜。此外，空孔變成不連續(xù)的狀態(tài)，使氣體泄漏等問題不易發(fā)生。更優(yōu)選是大于等于90體積％且小于120體積％，在此范圍時，氣體泄漏等的問題特別少。另外，多余樹脂滲出到發(fā)電部4或膜電極結(jié)合體1的外側(cè)面成為問題的情況很少。在超過120體積％時，樹脂的滲出量變多，利用樹脂封閉發(fā)電部4的電極基材9、10內(nèi)的空孔等的問題變得顯著。
作為具有上述性能的樹脂材料，可以舉出可填充電極基材9、10的流動性樹脂。所謂的流動性樹脂，指的是在填充時可以浸漬到多孔體的內(nèi)部的那種程度的黏度小的樹脂。作為流動性樹脂，可以舉出熱塑性樹脂或硬化前具有填充電極基材空孔的充分的流動性的熱硬化性樹脂等。在這些材料中，根據(jù)需要，也可包含粒子狀的填充材，不管是無機材料或有機材料均可。借助這樣的填充材，可以賦予流動性控制及硬化后的強度、硬化收縮抑制等的功能。
作為填充的樹脂材料，優(yōu)選使用通過加熱得到填充所必需的流動性的熱塑性樹脂。使用熱塑性樹脂時，因為通過在填充作業(yè)后進行冷卻，可以立刻硬化，作業(yè)效率可以提高。
但是，在使用熱塑性樹脂時，必須是在電池運行溫度下不會流動的材料。因此，至少填充的樹脂的熔點必須高于電池運行的最高溫度。例如，一般固體高分子型燃料電池的工作溫度小于等于90℃，在這種電池中，必須使用在90℃時不會流動的樹脂。
另外，在熱塑性樹脂的填充作業(yè)所需要的溫度高于電解質(zhì)膜6的耐熱溫度時，在將電解質(zhì)膜6及包含電解質(zhì)膜成分的催化劑層7、8與電極基材9、10進行粘接之前，必須預先將樹脂填充到電極基材9、10。
另外，在熱塑性樹脂的熔點比電解質(zhì)膜6的耐熱溫度低時，通過加熱使熱塑性樹脂再熔融?？墒闺娊赓|(zhì)膜6和電極基材9、10粘接而成為一體化。
一般在膜電極結(jié)合體1的制造中，兩催化劑層7、8和電解質(zhì)膜6經(jīng)熱壓粘接。在熱塑性樹脂的熔點低于此粘接溫度時，可由填充的樹脂將兩電極基材9、10的氧化劑密封支撐部11、12和電解質(zhì)膜6粘接并成為一體化。
具有這樣的特性的熱塑性樹脂的例子，適用的有總稱為熱熔性樹脂的樹脂。作為熱熔性樹脂的代表，可舉出以聚乙烯及聚丙烯為代表的聚烯烴樹脂、或聚烯烴和聚乙酸乙烯等共聚而改進熔融溫度及粘接性的樹脂。在使用這樣的聚烯烴樹脂時，可以在與一般的電解質(zhì)膜材料的耐熱溫度200℃相比足夠低的溫度下使樹脂流動。因此，即使是在電解質(zhì)膜成分與電極基材粘接之后也可以填充等的加工過程的自由度高。另外，聚烯烴樹脂是即使暴露于小于等于電池的工作溫度90℃的高濕氛圍氣中也比較穩(wěn)定的材料，很適用。
作為可同樣使用的熱塑性樹脂可舉出尼龍11、尼龍12、共聚尼龍樹脂。另外，還可舉出聚對苯二甲酸乙酯或以其共聚體為代表的聚酯樹脂。由于此種聚酯樹脂的耐水性優(yōu)異，可以應用在暴露于水分中的燃料電池。另外，聚丁烯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、非晶態(tài)聚酰胺樹脂也同樣可以使用。
另外，特別是在尋求長期可靠性的場合，由于燃料電池內(nèi)的環(huán)境的原因必須使用穩(wěn)定的材料。填充的樹脂不僅要經(jīng)受高溫高濕，有時由于燃料電池的結(jié)構(gòu)的原因也會與冷卻水接觸。在填充的材料分解而存在溶出成分時，會使燃料電池的性能劣化，或使冷卻水的導電度增加等令人不安。在這種場合，特別需要使用化學穩(wěn)定性高的材料。在這種場合，例如可以使用以聚苯撐硫為代表的耐藥品性優(yōu)異的工程塑料。
除此之外，在聚合物混合體型樹脂之中可以使用如聚乙烯醇縮甲醛·酚醛塑料、丁腈橡膠·酚醛塑料、尼龍·環(huán)氧樹脂這些無溶劑型樹脂。
這種燃料電池，因為空孔中填充的樹脂是具有比燃料電池運行時的最高到達溫度更高的熔點的熱塑性樹脂，所以可以通過將其加熱到樹脂熔點以上的溫度而很容易地將樹脂填充到電極基材9、10內(nèi)。同時，因為在燃料電池運行時樹脂不會熔融，氣密性能的可靠性高。
另外，作為用來進行填充的樹脂，同樣也可以使用在未硬化階段具有充分的流動性，其后，通過與硬化劑的反應或加熱而硬化的樹脂。例如，可以將混合硬化劑的環(huán)氧樹脂進行填充并在其后進行加熱等硬化處理而使用。同樣可以使用的樹脂材料還有液體狀的丙烯酸(類)橡膠樹脂、硅樹脂、酚醛樹脂、蜜胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨基甲酸乙酯樹脂等。另外，在使用硬化型硅樹脂時與電解質(zhì)膜的粘接性高，可形成氣密性優(yōu)異的膜電極結(jié)合體1。
這種燃料電池，是在將具有流動性的樹脂材料填充到電極基材9、10的密封支撐部11、12之后使該樹脂材料硬化。利用這種方法，在對大半是由微細空孔組成的電極基材9、10的空孔難以使用其他材料進行填充時，也可以通過使用流動性樹脂將電極基材9、10的密封支撐部11、12的連通空孔予以封閉。
作為對電極基材9、10進行熱塑性樹脂填充的方法，可以使用注射成形或與其類似的方法、壓縮成形或與其類似的方法等等。例如，可舉出的有將電極基材9、10放入型模中并將具有流動性的樹脂壓入的方法。另外，作為更簡便且面積平均填充量均勻的方法，可以舉出的有將規(guī)定厚度的熱塑性樹脂片和電極基材9、10重疊在熱壓機上壓入的方法。這些樹脂填充作業(yè)在減壓下進行時，因為樹脂填充層的內(nèi)部不會有氣泡等等，所以可以獲得隔氣性更高的樹脂填充層。填充的樹脂量可以使電極基材9、10的內(nèi)部空孔得到填充并且可以隔斷氣體即可。如此填充的樹脂，在熱塑性樹脂時通過冷卻，在熱硬化樹脂時通過進行規(guī)定的硬化處理，就成為可以作為膜電極結(jié)合體1而使用的狀態(tài)。
在對電極基材9、10填充熱塑性樹脂時，首先形成膜電極結(jié)合體1，之后在對膜電極結(jié)合體1和兩隔板2、3層疊加壓的同時通過升溫使填充的熱塑性樹脂再流動而可以使兩隔板2、3和膜電極結(jié)合體1一體化。借助這種方法一體化的燃料電池的單電池，是以樹脂層使從電解質(zhì)膜6起至兩隔板2、3為止以單純的結(jié)構(gòu)一體化，所以可以獲得不僅是電解質(zhì)膜6可保持穩(wěn)定性，而且氣密可靠性及處理性優(yōu)異的燃料電池的單電池。
下面通過實施例對本發(fā)明予以具體說明。
下面對本發(fā)明的燃料電池的實施例1予以說明。此實施例1的燃料電池的單電池的結(jié)構(gòu)與圖1相同。
首先，由厚度300μm的碳紙(日本東麗公司制TGP-H-90)制備每邊長90mm的正方形的電極基材板20。此碳紙的孔隙率為約78％。另外，從厚度為257μm的樹脂膜切出外形為每邊長90mm的正方形狀。其中央開出每邊長54mm的正方形孔的中空的口字形的樹脂片21。如圖2所示，將從樹脂片21與電極基材板20層疊放入熱壓機22的平盤23之間，之后在真空狀態(tài)中在溫度為150℃，加壓49N/cm2進行熱壓而使樹脂片21的樹脂填充到電極基材板20的內(nèi)部而制得設置有氧化劑密封支撐部11、燃料密封支撐部12的氧化劑電極基材9及燃料電極基材10。填充的樹脂的體積為電極基材板20的內(nèi)空孔體積的約110體積％。此處用作樹脂膜使用的是聚烯烴的熱熔性膜。此樹脂膜的流動開始溫度為約120℃，在1650℃時的熔融黏度為約40000泊。另外，用DSC法測定的熔點為約95℃。
之后，將在炭黑上保持50重量％鉑制作的陽極催化粒子作為陽極催化劑。另外，將在炭黑上保持50重量％鉑釕合金制作的陰極催化粒子作為陰極催化劑。
在此陽極催化粒子1重量份中添加水1重量份和全氟高分子電解質(zhì)溶液(旭硝子制Flemion(R)的9％溶液)6重量份，攪拌混合而得到均勻狀態(tài)的陰極催化劑漿料。
將這些催化劑漿料分別以篩網(wǎng)印刷法印刷到氧化劑電極基材9和燃料電極基材10的中央部，通過減壓干燥而得到陽極催化劑層7和陰極催化劑層8。在印刷時使用篩網(wǎng)掩模，印刷的形狀為每邊長50mm的正方形。
下面，參照圖3對膜電極結(jié)合體1的制作予以說明。將形成陰極催化劑層8的燃料電極基材10和形成陽極催化劑層7的氧化劑電極基材9在電解質(zhì)膜6的中央處與陰極催化劑層8及陽極催化劑層7對置層疊而制作成層疊體。之后將此層疊體在溫度150℃、加壓49N/cm2下熱壓5分鐘而形成膜電極結(jié)合體1。作為電解質(zhì)膜6，可采用從厚度50μm的旭化成公司制Aciplex(注冊商標)膜切出的每邊長100mm的正方形的薄膜。這樣，通過使用比燃料電極基材10及氧化劑電極基材9更大的電解質(zhì)膜6，電解質(zhì)膜6伸出到燃料電極基材10及氧化劑電極基材9的端部的外部的結(jié)構(gòu)，可使氧化劑電極基材9和燃料電極基材10之間不直接接觸而不會成為電氣短路的狀態(tài)。通過熱壓操作使填充到燃料電極基材10及氧化劑電極基材9中的樹脂再熔融而與電解質(zhì)膜6粘接，就可以使電解質(zhì)膜6強固地與燃料電極基材10及氧化劑電極基材9一體化，同時可更可靠地隔離氣體。
之后，如圖4所示，使用設置有氣體流路的石墨板24從兩側(cè)夾持膜電極結(jié)合體1，并從其外部使用內(nèi)置發(fā)熱體25的金屬板26施加表面壓力而形成評價用單元。從金屬板26引出未圖示的外部端子與未圖示的外部負載相連接。
之后，運行評價用單元，進行評價。將評價用單元的輸入輸出端子與外部負載相連接，向陰極側(cè)供給常壓氫氣，而向陽極側(cè)供給常壓空氣進行發(fā)電。流量設定為使氫氣的利用率為70％，空氣的氧氣利用率為40％。氣體由未圖示的外部加濕器進行加濕之后供給評價用單元。并且對發(fā)熱體25進行加熱以調(diào)節(jié)溫度使評價用單元的溫度為80℃。關(guān)于供給氣體的濕度，向陰極側(cè)及陽極側(cè)都只是在運行開始后12小時內(nèi)供給露點80℃的供給氣體，在電解質(zhì)膜6的離子導電電阻足夠低的條件下進行運行。之后，調(diào)節(jié)外部加濕器使露點成為75℃。于是，使此評價用單元在電流密度300mA/cm2下連續(xù)運行2000小時。在此性能評價中是以同樣規(guī)格制作的15個評價用單元分別在各自的運行條件下進行運行。
在此實施例1中制作的5個評價用單元，作為運行開始后約50小時后的初始階段的特性都顯示出超過700mV的輸出電壓，5個的輸出電壓的平均值為704mV。其后在繼續(xù)運行這些評價用單元時，電壓緩慢下降。在運行時間達到2000小時時電壓在500mV以下就判斷已到達電池壽命結(jié)束而停止運行。在實施例1中，實際上到達2000小時的時候，沒有評價用單元低于500mV。在2000小時運行結(jié)束后，從評價用單元取出膜電極結(jié)合體1，利用顯微測焦X射線檢查裝置對電解質(zhì)膜6的狀態(tài)進行了觀察，未發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)膜6有破損等異常情況。這些結(jié)果示于圖5。
此外，對5個評價用單元以在電流密度300mA/cm2下連續(xù)運行8小時停止16小時反復運行的模式進行了評價。這就是模擬所謂的DSS(日啟動停止)運行。在運行時間達到2000小時時電壓在500mV以下就判斷已到達電池壽命結(jié)束而停止運行。實際上到達2000小時的時候，沒有輸出電壓低于500mV的。在2000小時運行結(jié)束后，從評價用單元取出膜電極結(jié)合體1，利用顯微測焦X射線檢查裝置對電解質(zhì)膜6的狀態(tài)進行了觀察，未發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)膜6有破損等異常情況。這些結(jié)果示于圖5。
此外，對5個評價用單元在運行開始12小時以后對陽極加濕及陰極加濕都供給露點60℃的加濕條件的氣體。這就是所謂的低加濕運行。在運行時間達到2000小時時電壓在500mV以下就判斷已到達電池壽命結(jié)束而停止運行。實際上到達2000小時的時候，有一個評價用單元低于500mV。在2000小時運行結(jié)束后，從評價用單元取出膜電極結(jié)合體1，利用顯微測焦X射線檢查裝置對電解質(zhì)膜6的狀態(tài)進行了觀察，未發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)膜6有破損等異常情況。這些結(jié)果示于圖5。
其中，為比較起見制作了如圖6所示的比較例的燃料電池。陽極催化劑層7和陰極催化劑層8與實施例1一樣是在氧化劑電極基材27和燃料電極基材28上形成的。其陽極催化劑層7和陰極催化劑層8的大小為每邊長50mm的正方形。然而，氧化劑電極基材27和燃料電極基材28的大小與實施例1不同，是與陽極催化劑層7及陰極催化劑層8的大小相同的每邊長50mm的正方形。但是，厚度及孔隙率與實施例1一樣。另外，從厚度250μm的聚對苯二甲酸乙二酯膜切出外形為每邊長90mm的正方形狀，其中央開出每邊長51mm的正方形孔的中空的口字形而制成墊片29。電解質(zhì)膜6的制備與實施例1的一樣。
將此燃料電極基材28和氧化劑電極基材27在每邊長100mm的正方形狀的電解質(zhì)膜6的中央處與陰極催化劑層8及陽極催化劑層7對置層疊而制作成層疊體。此外，在電解質(zhì)膜6的外緣部上層疊墊片29。將此層疊構(gòu)件整個在溫度150℃、加壓49N/cm2下熱壓5分鐘而形成膜電極結(jié)合體30。之后，使用設置有氣體流路的石墨板24從兩側(cè)夾持膜電極結(jié)合體30，與圖4一樣，從其外部使用內(nèi)置發(fā)熱體25的金屬板26施加表面壓力而制作成比較例的評價用單元。
之后，在與實施例1的評價用單元同樣條件下運行此比較例的評價用單元進行評價。
此比較例的5個評價用單元，作為連續(xù)運行開始后約50小時后的初始階段的特性都顯示出超過700mV的輸出電壓。其后在繼續(xù)運行這些評價用單元時，電壓緩慢下降。在運行時間達到2000小時時電壓在500mV以下就判斷已到達電池壽命結(jié)束而停止運行。實際上到達2000小時的時候，有一個評價用單元低于500mV。在2000小時運行結(jié)束后，從評價用單元取出膜電極結(jié)合體1，利用顯微測焦X射線檢查裝置對電解質(zhì)膜6的狀態(tài)進行了觀察，未發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)膜6有破損等異常情況。這些結(jié)果示于圖5。
之后，對此比較例的5個評價用單元與實施例1一樣進行DSS運行。在運行時間達到2000小時時電壓在500mV以下的有三個。之后，利用顯微測焦X射線檢查裝置對電解質(zhì)膜的狀態(tài)進行了觀察，在兩個評價用單元中確認電解質(zhì)膜6有破損。這些結(jié)果示于圖5。
之后，此比較例的5個評價用單元，與實施例一樣，作為兩極的加濕條件在露點60℃下進行低加濕運行。其結(jié)果，在運行時間達到2000小時時全部評價用單元的電壓都低于500mV。之后，利用顯微測焦X射線檢查裝置對電解質(zhì)膜6的狀態(tài)進行了觀察，在四個評價用單元中確認電解質(zhì)膜6有破損。這些結(jié)果示于圖5。
之后，即使對實施例1的評價用單元在高加濕條件下運行經(jīng)過2000小時也未確認電解質(zhì)膜6有破損。此外，即使經(jīng)過2000小時，也沒有輸出電壓低于500mV的評價用單元。反之，雖然比較例的燃料電池在高加濕條件下運行經(jīng)過2000小時之后未確認有電解質(zhì)膜6破損，但發(fā)現(xiàn)有輸出電壓低于500mV的評價用單元。
總結(jié)此評價結(jié)果可知，本發(fā)明的燃料電池，即使是在像DSS運行這樣的膜電極結(jié)合體1的溫度或其內(nèi)部的水分量反復大幅度變動的運行條件下，也沒有電解質(zhì)膜6破損和輸出電壓大幅度降低的情況。
此外，即使是在像低加濕運行這樣的電解質(zhì)膜6的水分量降低，膜容易受損的運行條件下，也不存在電解質(zhì)膜6破損的膜電極結(jié)合體1。
這種燃料電池，因為在電極基材9、10的外緣部中填充樹脂，由于在支持電解質(zhì)膜6的構(gòu)件上沒有接縫，電解質(zhì)膜6不會發(fā)生在接縫部分破損的情況。其結(jié)果，無論是以低加濕氣體運行，還是在反復運行及停止的過嚴條件下運行，都可以抑制性能的降低。
另外，因為電極基材9、10和電解質(zhì)膜6是利用填充密封支撐部11、12的樹脂進行粘接的，所以從電極基材9、10和電解質(zhì)膜6之間的間隙不會有氣體向外部泄漏。此外，由于電解質(zhì)膜6和電極基材9、10一體化，在制造上處理很容易。
另外，由于是從兩面更積極地保持電解質(zhì)膜6，填充電極基材9、10的外緣部的樹脂將電解質(zhì)膜6和電極基材9、10粘接。因此，發(fā)電部4的電解質(zhì)膜6從兩面受到固定，可更有效地抑制變形和應力集中。如果不通過將兩者粘接而進行固定，則在局部表面壓力低的部分的電解質(zhì)膜6的固定不充分，有出現(xiàn)破損的危險。
另外，因為發(fā)電部和密封部不是根據(jù)有無陽極催化劑層7及陰極催化劑層8進行區(qū)分，而是根據(jù)有無填充的樹脂而區(qū)分，可以有效地抑制其邊界處的電解質(zhì)膜的變形及應力集中。
圖7為示出本發(fā)明的實施例2的燃料電池的單電池的剖面圖。在此單電池中，與實施例1同樣地形成膜電極結(jié)合體1。之后，利用設置有氣體流路的導電性氧化劑隔板2和導電性燃料隔板3從兩側(cè)夾持此膜電極結(jié)合體1而形成單電池層疊體。將此單電池層疊體在溫度120℃、加壓49N/cm2下熱壓2分鐘。通過這一處理，填充到氧化劑密封支撐部11及燃料密封支撐部12的熱塑性樹脂再度軟化，將導電性氧化劑隔板2及導電性燃料隔板3和膜電極結(jié)合體1粘接而制成單電池。
之后，將此單電池，與圖4所示一樣，從外側(cè)使用內(nèi)置發(fā)熱體25的金屬板26施加表面壓力而進行評價。將此單電池，對膜電極結(jié)合體1全部面積從外部利用彈簧加壓到49N/cm2的壓力。在此狀態(tài)下，氦氣流入通到燃料極的電極的氣體流路，利用質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)入口氣體流量使氣體入口側(cè)成為200mm水柱的壓力。在此狀態(tài)下，測定氣體流量而估計泄漏量。其結(jié)果是氣體沒有泄漏。
之后，為了確認在溫度120℃時的熱壓的效果，與實施例2不同，使用設置有氣體流路的導電性氧化劑隔板2和導電性燃料隔板3從兩側(cè)夾持膜電極結(jié)合體1之后按照原樣，從外側(cè)使用內(nèi)置發(fā)熱體25的金屬板26施加表面壓力而進行評價。對這樣制作的單電池，對膜電極結(jié)合體1全部面積從外部利用彈簧加壓到49N/cm2的壓力。在此狀態(tài)下，氦氣流入通到燃料極的電極的氣體流路，利用質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)入口氣體流量使氣體入口側(cè)成為200mm水柱的壓力。在此狀態(tài)下，測定氣體流量而估計泄漏量。其結(jié)果為了解到約7％的氣體從燃料極泄漏到外部。另外，由于如此形成的單電池兩隔板2、3和膜電極結(jié)合體30沒有一體化，與實施例2的場合比較，組裝作業(yè)困難。
另外，為了確認在120℃時的熱壓的效果進行了另外的評價。與實施例1同樣地形成膜電極結(jié)合體1。之后，利用設置有氣體流路的兩導電性隔板2、3夾持此膜電極結(jié)合體1，將此層疊體置于利用彈簧加壓的夾具中。對此層疊體，對膜電極結(jié)合體1全部面積從外部利用彈簧加壓到49N/cm2的壓力。在此狀態(tài)下，氦氣流入通到燃料極的電極的氣體流路，利用質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)入口氣體流量使氣體入口側(cè)成為200mm水柱的壓力。在此狀態(tài)下，測定氣體流量而估計泄漏量，結(jié)果是有大約12％的氣體泄漏到外部。在此狀態(tài)下，連夾具一起放入設定為120°的烘箱中保持2小時，之后進行冷卻。冷卻后調(diào)整彈簧的壓縮量再次成為上述的壓力，再次以上述的方法測定氣體泄漏時，無氣體泄漏。
這樣，將膜電極結(jié)合體1和兩隔板2、3層疊，通過加熱使填充到電極基材9、10的熱塑性樹脂再度軟化，可將兩隔板2、3和膜電極結(jié)合體1粘接。另外，通過這種粘接可以得到無氣體泄漏的充分的氣密性。
另外，通過將膜電極結(jié)合體1和兩隔板2、3一體化可以在使單電池的組裝作業(yè)變得容易的同時提高氣密性。
另外，由于樹脂是在單電池層疊和施加表面壓力的狀態(tài)下軟化的，自然地在單電池的最穩(wěn)定的形狀及位置的狀態(tài)下固定。因此，可以得到更高的氣密性。
這種燃料電池，因為電極基材9、10和兩隔板2、3是由填充到密封支撐部11、12中的樹脂進行粘接的，所以從兩隔板2、3和電極基材9、10之間的間隙不會有氣體向外部泄漏。此外，由于兩隔板2、3和膜電極結(jié)合體1一體化，在制造上處理很容易。
另外，由于填充到電極基材9、10的密封支撐部11、12的樹脂是連接在電解質(zhì)膜6和兩隔板2、3之間，在電極基材9、10和電解質(zhì)膜6之間，或在電極基材9、10和隔板2、3之間有氣密性，氣體不會泄漏到外部。
實施例3的供給填充的樹脂片的厚度與實施例1不同，其余相同，對同樣的部分的說明則省略。樹脂片的厚度有212μm和164μm兩種，填充的樹脂量調(diào)制為占電極基材9、10內(nèi)空孔體積的約90體積％和50體積％。之后，利用設置有氣體流路的導電性氧化劑隔板2和導電性燃料隔板3夾持膜電極結(jié)合體1在溫度120℃下熱壓2分鐘。通過這一處理，填充到氧化劑電極基材9及燃料電極基材10的密封支撐部11、12的熱塑性樹脂再度軟化，將導電性氧化劑隔板2及導電性燃料隔板3和膜電極結(jié)合體1粘接。之后，將此單電池置于利用彈簧加壓的夾具中。對此膜電極結(jié)合體全部面積從外部利用彈簧加壓到49N/cm2的壓力。在此狀態(tài)下，氦氣流入通到燃料電極(陰極)的氣體流路，利用質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)入口氣體流量使氣體入口側(cè)成為200mm水柱的壓力。在此狀態(tài)下，測定氣體流量而估計泄漏量。其結(jié)果是在填充的樹脂量為90體積％時，幾乎沒有氣體泄漏到外部，并且在填充的樹脂量為50體積％時，有約2％的氣體從燃料極泄漏到外部，但在實用上是足可使用的單電池。
之后，為了比較電極基材9、10內(nèi)的每一空孔體積的樹脂量，將樹脂片的厚度減薄進行評價。填充的樹脂片的厚度為140μm。填充的樹脂量調(diào)制為占據(jù)電極基材內(nèi)空孔體積的約40體積％。之后，利用設置有氣體流路的導電性氧化劑隔板2和導電性燃料隔板3夾持膜電極結(jié)合體1在溫度120℃下熱壓2分鐘。通過這一處理，填充到氧化劑電極基材9及燃料電極基材10的密封支撐部11、12的熱塑性樹脂再度軟化，將導電性氧化劑隔板2及導電性燃料隔板3和膜電極結(jié)合體1粘接。之后，將該單電池置于利用彈簧加壓的夾具中。對此膜電極結(jié)合體全部面積從外部利用彈簧加壓到49N/cm2的壓力。在此狀態(tài)下，氦氣流入通到燃料極的電極的氣體流路，利用質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)入口氣體流量使氣體入口側(cè)成為200mm水柱的壓力。在此狀態(tài)下，測定氣體流量而估計泄漏量。其結(jié)果是有約18％的氣體從燃料極泄漏到外部，在實用上是不可使用的單電池。
這樣，在利用樹脂對電極基材9、10的空孔進行填充不是大于等于50體積％時，則在導電性氧化劑隔板2和導電性燃料隔板3及導電性燃料隔板3和燃料電極基材10之間的氣密性不夠。更優(yōu)選是填充體積大于等于90體積％，則氣體泄漏的可能性非常小。

圖8為本發(fā)明的實施例4的膜電極結(jié)合體的剖面圖。
因為實施例4的膜電極結(jié)合體40與實施例1的膜電極結(jié)合體1和電解質(zhì)膜6、燃料電極基材10、氧化劑電極基材9、陽極催化劑層7及陰極催化劑層8的外形尺寸不同，其余都相同，所以對同樣的部分的說明就予以省略。電解質(zhì)膜6、燃料電極基材10及氧化劑電極基材9的外形為邊長60mm的正方形。
另外，關(guān)于燃料密封支撐部12及氧化劑密封支撐部11的形狀，準備了有六種不同的值的內(nèi)部尺寸。這些內(nèi)部尺寸比陰極催化劑層8及陽極催化劑層7的外部尺寸小0.4mm、1mm、2mm、6mm、10mm、14mm。此外，在陽極催化劑層7及陰極催化劑層8之中，從外周向內(nèi)側(cè)框狀的外緣部41利用樹脂填充。此外緣部41的內(nèi)部尺寸與燃料密封支撐部12及氧化劑密封支撐部11的內(nèi)部尺寸相同。
于是，陽極催化劑層7及陰極催化劑層8，在樹脂填充的外緣部41中從兩面與電解質(zhì)膜6相粘接?？驙畹恼辰訉挾萕為0.2、0.5、1.0、3.0、5.0及7.0mm。另外，燃料密封支撐部12及氧化劑密封支撐部11與實施例1一樣與電解質(zhì)膜6相粘接。
另外，對燃料密封支撐部12、氧化劑密封支撐部11及外緣部41的樹脂填充，首先將聚酯樹脂片與實施例1一樣地切出口字形，利用已經(jīng)形成陰極催化劑層8的燃料電極基材10和已經(jīng)形成陽極催化劑層7的氧化劑電極基材9從電解質(zhì)膜6的兩側(cè)在其間夾持聚酯樹脂片進行熱壓以填充樹脂。于是，在將電解質(zhì)膜6從燃料密封支撐部12及氧化劑密封支撐部11剝離并測定180度剝離強度時，每1cm寬度的剝離強度為約1.2N/cm。
之后，利用這些膜電極結(jié)合體40，與實施例1一樣，對每個粘接寬度制作5個單電池，進行2000小時的連續(xù)發(fā)電。圖9示出對每個粘接寬度W的與發(fā)電開始時及2000小時后的開路電壓(5個的平均值)的關(guān)系。
從圖9可知，在粘接寬度W小于0.5mm時，在2000小時連續(xù)發(fā)電期間在兩催化劑層7、8的外緣部41中出現(xiàn)兩催化劑層7、8和電解質(zhì)膜6的剝離，因電解質(zhì)膜6的應力集中引起的損傷將導致開路電壓降低。另外，在粘接寬度W大于5.0mm時，由于利用樹脂填充的催化劑層7、8的面積增加，燃料或氧化劑不向此區(qū)域浸透，進行電化學反應的催化劑層的面積減小，發(fā)電開始時的負載電壓降低。這樣，優(yōu)選粘接寬度W為大于等于0.5mm小于等于5.0mm。
這樣，通過將催化劑層的外緣部和電解質(zhì)膜以樹脂進行粘接，燃料電池在運行中由于電解質(zhì)膜的潤濕差所引起的應力集中可以得到緩和，因為催化劑層、電極基材及電解質(zhì)膜一體化，不會發(fā)生催化劑層的剝離、電解質(zhì)膜的破損、電解質(zhì)膜和催化劑層的界面的剝離等等，可以獲得具有穩(wěn)定的發(fā)電特性的燃料電池。
圖10為本發(fā)明的實施例5的膜電極結(jié)合體的剖面圖。
因為實施例5的膜電極結(jié)合體43與實施例4的膜電極結(jié)合體40的不同之處是燃料電極基材10及氧化劑電極基材9的外形比電解質(zhì)膜6的外形小，其余都相同，所以對同樣的部分賦予同樣的符號，其說明就予以省略。另外，外緣部41的粘接寬度W為1mm。
燃料電極基材10及氧化劑電極基材9的外形是邊長58mm的正方形。
如實施例4，在燃料電極基材10及氧化劑電極基材9的外形與電解質(zhì)膜6的外形相等時，在對燃料電極基材10及氧化劑電極基材9填充樹脂的同時與電解質(zhì)膜6粘接引起位置偏離的場合，設置有燃料電極基材10或氧化劑電極基材9從電解質(zhì)膜6的外周部向外側(cè)突出的部分。由于電解質(zhì)膜6的厚度薄達50μm，在燃料電極基材10和氧化劑電極基材9在相同位置突出的場合，存在兩電極基材接觸而變成短路狀態(tài)的危險。
在如此構(gòu)成的實施例5的膜電極結(jié)合體43中，即使在填充樹脂的同時在粘接時引起位置偏離時，因為兩電極基材9、10不從電解質(zhì)膜6的外周部向外側(cè)突出，可以防止兩電極基材接觸而變成短路狀態(tài)。
另外，在實施例5中，雖然燃料電極基材10及氧化劑電極基材9兩者都使用了小于電解質(zhì)膜6的形狀，但只將燃料電極基材10及氧化劑電極基材9的任何一個作成小形狀也有同樣的效果。
圖11為本發(fā)明的實施例6的膜電極結(jié)合體的剖面圖。
因為實施例6的膜電極結(jié)合體45，與實施例4的膜電極結(jié)合體40的不同之處是膜電極結(jié)合體45的側(cè)端面由樹脂46所覆蓋，其余都相同，所以對同樣的部分賦予同樣的符號，其說明就予以省略。
在實施例6中，是使用切成邊長為65mm的框狀的聚酯樹脂片進行樹脂填充。
如果在電解質(zhì)膜6和燃料電極基材10或氧化劑電極基材9的粘接面與外部相連，則在構(gòu)成燃料電池并發(fā)電時，就存在燃料或氧化劑經(jīng)過電解質(zhì)膜6和燃料電極基材10或氧化劑電極基材9的粘接面泄漏的危險。
然而，在使用比電解質(zhì)膜6的外形大的聚酯樹脂片對電極基材9、10的外緣部進行樹脂填充時，因為樹脂覆蓋電極基材9、10及電解質(zhì)膜6的外端面的整體，所以在進行發(fā)電時，因為電解質(zhì)膜6和燃料電極基材10或氧化劑電極基材9的粘接面的端部為樹脂包圍而不與外部相連，所以可以進行無氣體泄漏的穩(wěn)定發(fā)電。
圖12為本發(fā)明的實施例7的單電池的剖面圖。因為此實施例7的氧化劑電極基材9和電解質(zhì)膜6的形狀與實施例1的不同，其余都相同，對同樣的部分的說明就予以省略。實施例7的氧化劑電極基材9的外形是邊(L1)長87mm的正方形，電解質(zhì)膜6的形狀是邊(L2)長90mm的正方形。另外，燃料電極基材10的形狀為邊長90mm的正方形，與實施例1的相同。在將這些氧化劑電極基材9及燃料電極基材10與電解質(zhì)膜6層疊進行熱壓結(jié)合時，使氧化劑電極基材9、燃料電極基材10及電解質(zhì)膜6的中心一致來進行定位。就是說，使同樣大小的燃料電極基材10和電解質(zhì)膜6的外周一致進行層疊，并且還使氧化劑電極基材9的外周端部位于電解質(zhì)膜6的外周端部內(nèi)側(cè)1.5mm處。在對結(jié)合后的膜電極結(jié)合體1的外周部進行目視觀察時，氧化劑電極基材9的端部在電解質(zhì)膜6的端部的靠內(nèi)側(cè)處，兩電極間沒有直接接觸之處。在對此膜電極結(jié)合體1以與實施例1同樣的方法運行，在測定運行開始后50小時時的輸出電壓時是705mV。
在實施例1中，相對于電解質(zhì)膜6的外形尺寸，氧化劑電極基材9和燃料電極基材10的外形尺寸更小。此外，在實施例7中，相對于電解質(zhì)膜6的外形尺寸，氧化劑電極基材9的外形尺寸更小。于是，對電解質(zhì)膜6的外形尺寸和氧化劑電極基材9及燃料電極基材10的外形尺寸相等時的燃料電池進行評價。此燃料電池的單電池，因為只在其氧化劑電極基材9的外形是邊長90mm的正方形這一點上不同，其余都相同，對同樣的部分的說明就予以省略。制備這樣的構(gòu)件與實施例1一樣形成膜電極結(jié)合體1。在對該膜電極結(jié)合體1的外周端部進行目視觀察和利用體視顯微鏡觀察時，電解質(zhì)膜6的外周端部與氧化劑電極基材9和燃料電極基材10的外周端部相比較進入內(nèi)側(cè)，其結(jié)果是存在可認為是氧化劑電極基材9和燃料電極基材10接觸而短路的部分。于是，在對此膜電極結(jié)合體1以與實施例1同樣的方法運行，在測定運行開始后50小時時的輸出電壓時是563mV，與圖12的單電池比較顯著地低。
在這種膜電極結(jié)合體1中，由于氧化劑電極基材9比電解質(zhì)膜6小，與氧化劑電極基材9的外周端部相比位于更內(nèi)側(cè)，氧化劑電極基材9和燃料電極基材10不會成為短路狀態(tài)而可以得到正常的電壓。所以，電解質(zhì)膜6的大小不一定需要像實施例1那樣大于氧化劑電極基材9及燃料電極基材10，氧化劑電極基材9或燃料電極基材10中至少一個的外周端部與電解質(zhì)膜6的外周端部相比在內(nèi)側(cè)即可。
反之，在使氧化劑電極基材9及燃料電極基材10都與電解質(zhì)膜6大小相同時，由于利用電解質(zhì)膜6使氧化劑電極基材9和燃料電極基材10之間完全絕緣很困難而成為短路狀態(tài)，輸出電壓變低。
圖13為表示使用本發(fā)明的實施例8的膜電極結(jié)合體的單電池的剝離強度和2000小時后的開路電壓下降量的關(guān)系的示圖。
因為實施例8的膜電極結(jié)合體與實施例4的膜電極結(jié)合體的不同之處是填充電極基材的樹脂不同，其余都相同，所以對同樣的部分的說明就予以省略。
填充中使用的樹脂有5種，除了實施例4中的聚酯樹脂之外，還有兩種聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯。
于是，與實施例4一樣地制作膜電極結(jié)合體。此時，陽極催化劑層7及陰極催化劑層8的外緣部，即粘接寬度固定為1mm。此外，樹脂的填充率也是一定的，為大約90％。
在此膜電極結(jié)合體中，借助自動繪圖儀測定在利用樹脂粘接到電極基材9、10的電解質(zhì)膜6進行剝離時的剝離強度。以30mm/分的速度測定了試樣寬度1cm的電解質(zhì)膜在180°方向上的剝離。
其結(jié)果，聚酯、第一聚乙烯、第二聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯的剝離強度分別為1.18N/cm、0.49N/cm、0.3N/cm、0.15N/cm、0.1N/cm。
于是，分別使用5個膜電極結(jié)合體，與實施例1同樣進行了運行。發(fā)電開始時的開路電壓對全部樹脂平均是951mV。
于是，從圖13可知，在剝離強度大于等于0.3N/cm的情況下經(jīng)過2000小時后的開路電壓的下降量不超過4％?？墒牵趧冸x強度更低時下降量變大，不可能提供實用。
這樣，在電解質(zhì)膜6和電極基材9、10的剝離強度低于0.3N/cm時，在陽極催化劑層7及陰極催化劑層8的外緣部會產(chǎn)生陽極催化劑層7及陰極催化劑層8和電解質(zhì)膜6的剝離，因電解質(zhì)膜6的應力集中引起的損傷將導致開路電壓降低。
另一方面，在電解質(zhì)膜6和電極基材9、10的剝離強度大于等于0.3N/cm時，觀察不到陽極催化劑層7及陰極催化劑層8和電解質(zhì)膜6的剝離，開路電壓的降低可以很小。
圖14為本發(fā)明的實施例9的單電池的平面圖。圖15為圖14的BB剖面的單電池的剖面圖。圖16為圖14的CC剖面的單電池的剖面圖。圖17為圖14的DD剖面的單電池的剖面圖。
實施例9的單電池，如圖15所示，其構(gòu)成包括與實施例一樣的膜電極結(jié)合體1；在膜電極結(jié)合體的一對對置的端部上在與膜電極結(jié)合體1處于同一平面上外接的一對墊片51、52；在兩端部在厚度方向上設置有用來供給和排出燃料、氧化劑及冷卻水的各種歧管的燃料隔板3B及氧化劑隔板2B。此外，在燃料隔板3B和墊片51、52及氧化劑隔板2B和墊片51、52的接觸面上使用EPDM制的O形密封圈53進行密封。
膜電極結(jié)合體1，因為與實施例1的膜電極結(jié)合體1一樣，其說明省略。
墊片51、52由聚乙烯制作，厚度與膜電極結(jié)合體1的厚度相同。另外，當兩個墊片51、52排列成為與膜電極結(jié)合體1的兩端部外接時，其組合外形與燃料隔板3B的外形相等。
于是，在一個墊片51上在厚度方向上貫通設置燃料供給歧管54a、氧化劑排出歧管55a及冷卻水供給歧管56a。另外，在另一個墊片52上在厚度方向上貫通設置燃料排出歧管57a、氧化劑供給歧管58a及冷卻水排出歧管59a。
燃料隔板3B及氧化劑隔板2B是在石墨板(東海石墨公司制)上通過機械加工設置氣體流路和冷卻水路的部件。
另外，在單電池組裝時，在燃料隔板3B及氧化劑隔板2B的兩端部上在厚度方向上設置燃料供給歧管54b、54c；氧化劑排出歧管55b、55c；冷卻水供給歧管56b、56c；燃料排出歧管57b、57c；氧化劑供給歧管58b、58c以及冷卻水排出歧管59b、59c以便與設置于兩個墊片51、52上的各種歧管導通。
另外，在與燃料隔板3B的膜電極結(jié)合體1對置的面(以下稱其為對置面)60a的相反面(以下稱其為相反面)61a上設置有與燃料供給歧管54b連通的供給連通溝62a及與燃料排出歧管57b連通的排出連通溝63a。此供給連通溝62a及排出連通溝63a，經(jīng)由位于密封部5的燃料隔板3B部分一直延伸到位于發(fā)電部4的燃料隔板3B部分。于是，從相反面61a通過燃料隔板3B貫通到對置面60a而連接的供給貫通孔64a和排出貫通孔65a設置在位于供給連通溝62a和排出連通溝63a的各自的發(fā)電部4中的端部。此外，在對置面60a中，設置有連接供給貫通孔64a和排出貫通孔65a的蛇形燃料流路66。
于是，供給的燃料，從燃料供給歧管54b經(jīng)由相反面61a的供給連通溝62a、供給貫通孔64a、對置面60a的燃料流路66、排出貫通孔65a、相反面61a的排出連通溝63a從燃料排出歧管57b排出。
另外，氧化劑隔板2B，也與燃料隔板3B一樣，在與氧化劑隔板2B的膜電極結(jié)合體1對置的面(以下稱其為對置面)60b的相反面(以下稱其為相反面)61b上設置有與氧化劑供給歧管58c連通的供給連通溝62b及與氧化劑排出歧管55c連通的排出連通溝63b。此供給連通溝62b及排出連通溝63b，經(jīng)由位于密封部5的氧化劑隔板2B部分一直延伸到位于發(fā)電部4的氧化劑隔離板2B的部分m。于是，從相反面61b通過氧化劑隔板2B貫通到對置面60b而連接的供給貫通孔64b及排出貫通孔65b設置在位于供給連通溝62b及排出連通溝63b的發(fā)電部4的端部。此外，在對置面60b中，設置有連接供給貫通孔64b和排出貫通孔65b的蛇形氧化劑流路67。
于是，供給的氧化劑，從氧化劑供給歧管58c經(jīng)由相反面61b的供給連通溝62b、供給貫通孔64b、對置面60b的氧化劑流路67、排出貫通孔65b、相反面61b的排出連通溝63b從氧化劑排出歧管55c排出。
此外，氧化劑隔板2B，在相反面61b中，設置有連接冷卻水供給歧管56c和冷卻水排出歧管59c的蛇形冷卻流路68。
另一方面，為了與實施例9比較起見，制作了比較例1的單電池。比較例1的單電池，在實施例9的單電池的墊片51、52省略了這一點上不同。取而代之的是比較例1的膜電極結(jié)合體的電解質(zhì)膜6的外形，如圖18所示，與燃料隔板3B的外形相等。對圍繞燃料電極基材10及氧化劑電極基材9的電解質(zhì)膜6的部分設置有從兩面壓著的口字狀的厚度為250μm的氟樹脂墊片69。于是，在此壓著的氟樹脂墊片69上在厚度方向上貫通設置有未圖示的燃料供給歧管、未圖示的氧化劑排出歧管、冷卻水供給歧管56d、未圖示的燃料排出歧管、未圖示的氧化劑供給歧管以及冷卻水排出歧管59d。因為其他與實施例1的膜電極結(jié)合體1一樣，同樣的部分的說明予以省略。
使用檢漏計對此實施例9和比較例1的單電池進行了泄漏量測定，都沒有氣體泄漏。
然而，在比較例1的單電池中，因為電解質(zhì)膜6暴露在冷卻水供給歧管56d及冷卻水排出歧管59d中，作為冷卻水，不能使用包含大量污染電解質(zhì)膜6的離子的液體及可使電解質(zhì)膜6膨脹、溶解的溶劑。
另一方面，在實施例9的單電池中，因為冷卻水路只與聚乙烯制的墊片51、52和石墨的氧化劑隔板2B、3B相接觸，聚乙烯及石墨顯示出對水及乙撐二醇的耐久性。另外，因為電解質(zhì)膜6不與冷卻水相接觸，所以電解質(zhì)膜6不會受到冷卻水中的離子的污染。
另外，因為由電解質(zhì)膜6及電極基材9、10這樣的高價材料形成的部分是以必需的最小限度的大小構(gòu)成，所以可以提供便宜的燃料電池。
這樣，因為燃料及氧化劑用的流路不是設置在氧化劑隔板2B、3B和膜電極結(jié)合體1的密封支撐部11、12的界面上，在此界面中可以對膜電極結(jié)合體1進行密封。因此，設置各種歧管的墊片51、52可以用便宜的材料代替。
此外，因為在墊片51、52上不施加電位，所以不會受到腐蝕的影響。
此外，因為冷卻水和電解質(zhì)膜6不直接接觸，可以使用純水以外的冷卻水。
此外，因為可以使用包含乙撐二醇等的水作為冷卻水，所以可以使用符合防凍等燃料電池的特性的冷卻水。
圖19為從與使用本發(fā)明的實施例10的單電池的燃料隔板的膜電極結(jié)合體相接的面觀察時的平面圖。圖20為圖19的EE剖面的燃料隔板的剖面圖。圖21為從與使用本發(fā)明的實施例10的單電池的氧化劑隔板的膜電極結(jié)合體相接的面的反對側(cè)觀察時的平面圖。圖22為與實施例10的單電池的圖19一樣的EE剖面中的剖面圖。
實施例10的單電池，與實施例9的單電池在燃料隔板3C及氧化劑隔板2C方面不同，因為其他都一樣，所以對同樣的部分賦予相同的編號，其說明則省略。
燃料隔板3C，如圖19和圖20所示，在實施例9的燃料隔板3B的相反面61a上設置有從氧化劑供給歧管58b延伸的供給連通溝62c和從氧化劑排出歧管55b延伸的排出連通溝63c。此供給連通溝62c的延伸端位于圖21所示的氧化劑隔板2C的供給貫通孔64b上，排出連通溝63c的延伸端位于氧化劑隔板2C的排出貫通孔65b上。
另一方面，氧化劑隔板2C，如圖21所示，設置成為貫通位于發(fā)電部4上的供給貫通孔64b和排出貫通孔65b，并且連通供給貫通孔64b和排出貫通孔65b的氧化劑流路67設置于對置面60b上。
于是，實施例10的單電池，如圖22所示，與實施例9的單電池的氧化劑的供給和排出的路徑不同。氧化劑，從氧化劑供給歧管58b經(jīng)過供給連通溝62c、供給貫通孔64b、氧化劑流路67、排出貫通孔65b及排出連通溝63c流入氧化劑排出歧管55b。
這樣，因為只對燃料隔板的兩面和氧化劑隔板的單面進行機械加工就可以了，所以可以削減加工費用。
另外，對燃料隔板的兩面上施加溝加工，但即使是對氧化劑隔板的兩面進行溝加工，加工費也可以削減。
圖23為示出本發(fā)明的實施例11的單電池的層疊的情況的示圖。
實施例11的單電池，在采用彈性變形的柔性樹脂71代替實施例9的單電池的EPDM(三元乙丙橡膠)制O形密封圈53這一點上不同，因為其他與實施例9一樣，對同樣的部分賦予相同的標號，其說明則省略。
彈性變形的柔性樹脂71，可以使用，例如，EPDM制的硅橡膠狀樹脂，但也不限定于此。
這樣，因為通過對各種歧管的周圍采用彈性變形的柔性樹脂進行密封，可以將表面壓力可靠地施加于膜電極結(jié)合體，所以可以防止施加于單電池上的壓力在各種歧管的周圍被吸收而使表面壓力不能作用到膜電極結(jié)合體的情況。
另外，因為對位于密封部的膜電極結(jié)合體進行填充的樹脂可與對各種歧管的周圍進行密封的樹脂不同，所以可以采用與其相應的樹脂。填充的樹脂，可以考慮在大于等于燃料電池的運行溫度并小于等于電解質(zhì)膜的耐熱溫度下熔融而進入到電極基材的內(nèi)部的特性及對空氣、氫氣及在化學反應中生成的水的特性而進行選擇。另一方面，對歧管周圍進行密封的樹脂，因為不需要溶解，可以考慮密封性優(yōu)異的特性及對乙撐二醇等有機溶劑的耐油性而進行選擇。
另外，雖然說明的示例是將墊片50的全部表面利用柔性樹脂與燃料隔板3及氧化劑隔板2進行粘接，但只在各種歧管的周圍進行密封也可得到同樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，具有膜電極結(jié)合體，在該膜電極結(jié)合體中具有在固體高分子電解質(zhì)膜的中央部分從兩面結(jié)合的陰極催化劑層和陽極催化劑層，再以比上述陰極催化劑層面積更大的燃料電極基材和比上述陽極催化劑層面積更大的氧化劑電極基材從兩面夾持，其特征在于在上述燃料電極基材中，將圍繞上述陰極催化劑層的燃料密封支撐部的空孔的一部分或全部用樹脂進行填充，在上述氧化劑電極基材中，將圍繞上述陽極催化劑層的氧化劑密封支撐部的空孔的一部分或全部用樹脂進行填充，且上述燃料密封支撐部和上述氧化劑密封支撐部用上述樹脂和上述固體高分子電解質(zhì)膜粘接起來。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于上述陰極催化劑層的框狀的外緣部和上述陽極催化劑層的框狀的外緣部分別用上述樹脂填充，上述陰極催化劑層的外緣部和上述陽極催化劑層的外緣部分別用上述樹脂粘接到上述固體高分子電解質(zhì)膜上。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池，其特征在于上述陰極催化劑層的外緣部和上述陽極催化劑層的外緣部的框?qū)挻笥诘扔?.5mm且小于等于5mm。
4.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于上述氧化劑電極基材或上述燃料電極基材中的至少一個的外周端部位于上述固體高分子電解質(zhì)膜的外周端部的內(nèi)側(cè)。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于上述氧化劑電極基材、上述燃料電極基材及上述固體高分子電解質(zhì)膜的外周端部用上述樹脂包圍。
6.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于上述樹脂是具有比燃料電池運行時到達的最高溫度還高的熔點的熱塑性樹脂。
7.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于上述燃料密封支撐部及上述氧化劑密封支撐部的空孔的大于等于50體積％的部分用上述樹脂填充。
8.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于上述燃料密封支撐部及上述氧化劑密封支撐部，與上述固體高分子電解質(zhì)膜之間的剝離強度大于等于0.3N/cm。
9.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于具有從兩側(cè)夾持上述膜電極結(jié)合體的氧化劑隔板及燃料隔板，上述氧化劑電極基材用上述樹脂粘接到上述氧化劑隔板上，上述燃料電極基材用上述樹脂粘接到上述燃料隔板上。
10.如權(quán)利要求9所述的燃料電池，其特征在于上述陽極催化劑層的外緣部用上述樹脂粘接到上述氧化劑隔板上，上述陰極催化劑層的外緣部用上述樹脂粘接到上述燃料隔板上。
11.如權(quán)利要求9所述的燃料電池，其特征在于填充上述氧化劑密封支撐部的樹脂是在上述固體高分子電解質(zhì)膜和上述氧化劑隔板之間連接的連續(xù)樹脂膜，填充上述燃料密封支撐部的樹脂是在上述固體高分子電解質(zhì)膜和上述燃料隔板之間連接的連續(xù)樹脂膜。
12.如權(quán)利要求9所述的燃料電池，其特征在于上述燃料隔板和上述氧化劑隔板分別具有設置在上述陽極催化劑層的外側(cè)以及上述燃料隔板和上述氧化劑隔板重疊的位置上的、供給或排出燃料及氧化劑的各種歧管；在與上述膜電極結(jié)合體對置面的相反面的上述氧化劑密封支撐部重疊的部分上從上述各種歧管向著表面方向延伸設置的供給連通溝及排出連通溝；在與上述陽極催化劑層重疊的部分上從上述相反面貫通上述對置面并與上述供給連通溝及上述排出連通溝分別連接設置的供給貫通孔及排出貫通孔；在上述對置面上設置成使上述供給貫通孔和上述排出貫通孔連通的流路。
13.如權(quán)利要求12所述的燃料電池，其特征在于上述燃料隔板和上述氧化劑隔板分別還具有設置在上述膜電極結(jié)合體的外側(cè)以及上述燃料隔板和上述氧化劑隔板重疊的位置上的供給和排出冷卻水的冷卻水供給歧管及冷卻水排出歧管；以及在與上述膜電極結(jié)合體對置面的相反面上設置成使上述冷卻水供給歧管和上述冷卻水排出歧管連通的冷卻流路；且該燃料電池還具有配置于上述膜電極結(jié)合體的旁邊，在與上述氧化劑隔板的各種歧管重疊的位置上設置了各種歧管的墊片。
14.一種燃料電池的制造方法，其特征在于包括在將框狀的熱塑性樹脂片層疊在電極基材板上之后，從兩面加壓加熱使上述熱塑性樹脂片熔融，使熱塑性樹脂在上述電極基材板上填充成框狀的工序；在由上述熱塑性樹脂填充的上述電極基材板的框狀的部分圍繞的上述電極基材板的中央部的單面上，印刷陰極催化劑漿料并進行干燥，形成設置了陰極催化劑層的燃料電極基材的工序；在由上述熱塑性樹脂填充的上述電極基材板的框狀的部分圍繞的上述電極基材板的中央部的單面上，印刷陽極催化劑漿料并進行干燥，形成設置了陽極催化劑層的氧化劑電極基材的工序；使上述燃料電極基材和上述氧化劑電極基材在上述固體高分子電解質(zhì)膜的兩面上層疊，使得上述陰極催化劑層及上述陽極催化劑層與固體高分子電解質(zhì)膜相接，形成層疊體的工序；以及從上述層疊體的兩面加壓加熱，使上述熱塑性樹脂再熔融并使上述燃料電極基材及上述氧化劑電極基材分別與上述固體高分子電解質(zhì)膜粘接，制造膜電極結(jié)合體的工序。
15.如權(quán)利要求14所述的燃料電池的制造方法，其特征在于還包括在上述膜電極結(jié)合體的上下層疊燃料隔板和氧化劑隔板，形成單電池層疊體，從上述單電池層疊體的上下加壓加熱，同時利用上述熱塑性樹脂粘接上述燃料隔板和上述燃料電極基材以及上述氧化劑隔板和上述氧化劑電極基材，制造單電池的工序。
全文摘要
提供一種燃料電池及其制造方法，具有可確保充分的電化學活性區(qū)，可以可靠地進行氣密封接，且均勻地支持固體高分子電解質(zhì)膜的電極基材的密封部。該燃料電池具有膜電極結(jié)合體，在該膜電極結(jié)合體中具有在固體高分子電解質(zhì)膜的中央部分從兩面結(jié)合的陰極催化劑層和陽極催化劑層，再以比上述陰極催化劑層面積更大的燃料電極基材和比上述陽極催化劑層面積更大的氧化劑電極基材從兩面夾持，在上述燃料電極基材中，將圍繞上述陰極催化劑層的燃料密封支撐部的空孔的一部分或全部用樹脂進行填充，在上述氧化劑電極基材中，將圍繞上述陽極催化劑層的氧化劑密封支撐部的空孔的一部分或全部用樹脂進行填充，且上述燃料密封支撐部和上述氧化劑密封支撐部用上述樹脂和上述固體高分子電解質(zhì)膜粘接起來。
文檔編號H01M8/24GK1612391SQ20041008796
公開日2005年5月4日 申請日期2004年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月27日
發(fā)明者廣井治, 福本久敏, 吉岡省二, 前田秀雄, 漆畑廣明, 栗木宏德, 西村隆 申請人:三菱電機株式會社