膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池的制作方法

本公开涉及膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池。

背景技术：

1、作为有助于解决环境问题和能源问题的电池，燃料电池备受关注。燃料电池利用氢等燃料与氧等氧化剂的化学反应来生成电力。在燃料电池当中，由于固体高分子型燃料电池能够在低温下工作和小型化，因此被期待应用于便携式电源、家庭用电源、车载用电源等。

2、固体高分子型燃料电池具备膜电极接合体，该膜电极接合体具有：作为阳极的燃料电极、作为阴极的空气电极、以及夹在燃料电极与空气电极之间的高分子电解质膜。燃料电极和空气电极各自具备电极催化剂层和气体扩散层的层叠体。向燃料电极供给含氢的燃料气体，向空气电极供给含氧的氧化剂气体。结果，在燃料电极和空气电极中发生下述(式1)和(式2)所示的电极反应，生成电力。

3、燃料电极：h2→2h++2e-···(式1)

4、空气电极：1/2o2+2h++2e-→h2o···(式2)

5、即，如式1所示，通过电极催化剂层所含的催化剂的作用，由供给到燃料电极的燃料气体产生质子和电子。质子通过电极催化剂层和高分子电解质膜所含的高分子电解质传导，经由高分子电解质膜而移动到空气电极。电子从燃料电极被取出至外部回路，经由外部回路而移动到空气电极。在空气电极中，如式2所示，氧化剂气体与从燃料电极移动来的质子以及电子反应而生成水。由此，电子流过外部回路而产生电流。

6、为了提高固体高分子型燃料电池的输出功率，提高膜电极接合体中的气体的扩散性和发电时生成的水的排水性是重要的。例如，在专利文献1中，通过在电极催化剂层中含有粒径彼此不同的碳粒子，实现了电极催化剂层的气体扩散性的提高。另外，在专利文献2中，通过控制电极催化剂层中所含有的碳纤维的比例和纤维长度，实现了电极催化剂层的气体扩散性和排水性的提高。另外，在专利文献3中，通过控制气体扩散层中所含有的碳粉末的尺寸等，实现了气体扩散层的排水性的提高。

7、现有技术文献

8、专利文献

9、专利文献1：日本特开平10-241703号公报

10、专利文献2：日本专利第5537178号公报

11、专利文献3：国际公开第2017/170355号

技术实现思路

1、本发明所要解决的课题

2、在固体高分子型燃料电池中，期望在提高输出功率的同时能够在低湿环境或高湿环境等各种环境下驱动。为了实现这样的要求，重要的是，在提高膜电极接合体的排水性的同时以膜电极接合体不会过于干燥的方式适当地保持膜电极接合体所保持的水分量。特别是，在燃料电极和空气电极中，有无因发电引起的水的产生等、与水分有关的条件不同，因此要求考虑了燃料电极和空气电极的差异的膜电极接合体的改良。

3、用于解决课题的手段

4、用于解决上述课题的膜电极接合体具备：高分子电解质膜、夹着所述高分子电解质膜且与该高分子电解质膜的面接触的一对电极催化剂层即第1电极催化剂层和第2电极催化剂层、层叠于所述第1电极催化剂层而构成燃料电极的气体扩散层即燃料电极扩散层、以及层叠于所述第2电极催化剂层而构成空气电极的气体扩散层即空气电极扩散层，表示所述空气电极扩散层的厚度方向上的透气阻力的gurley值为80秒以下，并且小于表示所述燃料电极扩散层的厚度方向上的透气阻力的gurley值。

5、根据上述构成，在空气电极中促进生成水的排水以抑制溢流的产生，另一方面，与空气电极相比，水分在燃料电极中难以逃逸，从而抑制了干燥。结果，可以适当地保持膜电极接合体所保持的水分量的平衡，从而在低湿环境和高湿环境中均获得良好的发电性能。

6、解决上述课题的固体高分子型燃料电池具备：上述膜电极接合体、和夹着所述膜电极接合体的一对隔板。

7、根据上述构成，能够在加湿条件不同的多个环境中均获得良好的发电性能。

8、发明的效果

9、根据本公开，能够在加湿条件不同的多个环境中均获得良好的发电性能。

技术特征：

1.一种膜电极接合体，具备：

2.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其中，

3.根据权利要求2所述的膜电极接合体，其中，

4.根据权利要求2或3所述的膜电极接合体，其中，

5.一种固体高分子型燃料电池，具备：

技术总结
一种膜电极接合体，具备：高分子电解质膜、夹着高分子电解质膜且与该高分子电解质膜的面接触的一对电极催化剂层即第1电极催化剂层和第2电极催化剂层、层叠于第1电极催化剂层而构成燃料电极的气体扩散层即燃料电极扩散层、以及层叠于第2电极催化剂层而构成空气电极的气体扩散层即空气电极扩散层。表示空气电极扩散层的厚度方向上的透气阻力的Gurley值为80秒以下，并且小于表示燃料电极扩散层的厚度方向上的透气阻力的Gurley值。

技术研发人员：岸克行
受保护的技术使用者：凸版印刷株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15