(57)【要約】【課題】電極面積を確保しながら、電解質膜とガスケットとの接着性を向上させることができる、燃料電池を提供する。【解決手段】膜／電極接合体１１の電解質膜１２とガスケット２１，２２との間に、アイオノマーからなる接着層４１が介在される。これにより、電解質膜１２とガスケット２１，２２との接着性を向上させることができる。電解質膜１２とガスケット２１，２２とが接着層４１の接着力で接着されるので、電解質膜１２とガスケット２１，２２との接触面積を大きく確保する必要がない。また、接着層４１は、電解質膜１２の周縁部であって、アノード１３およびカソード１４の外側を取り囲む部分に設けられる。そのため、アノード１３およびカソード１４の面積を大きく確保することができる。【選択図】図１
2015069769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に電極を貼り合わせて構成された膜／電極接合体と、
前記膜／電極接合体に前記電極を挟んで対向配置されるガスケットと、
前記電解質膜の周縁部であって前記電極の外側を取り囲む部分と前記ガスケットとの間に介在される接着層とを含み、
前記接着層は、アイオノマーからなる、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車に搭載される燃料電池は、複数の単位セルが積み重ねられたセルスタック構造を有している。各単位セルは、電解質膜の一方面および他方面にそれぞれアノード（燃料極）およびカソード（酸素極）を接合してなる膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）をセパレータで挟み込むことにより構成されている。
【０００３】
アノード側のセパレータの膜／電極接合体と対向する面には、燃料流路が形成されている。カソード側のセパレータの膜／電極接合体と対向する面には、空気流路が形成されている。各単位セルにおいて、燃料流路および空気流路にそれぞれ液体燃料および空気が流れることにより、膜／電極接合体に燃料および空気が供給されて、電気化学反応（発電反応）が生じ、その電気化学反応による起電力が発生する。
【０００４】
膜／電極接合体とセパレータとの間には、ガスケットが介在されている。ガスケットが膜／電極接合体の電解質膜およびセパレータに密着することにより、ガスケットと膜／電極接合体の電解質膜とに挟まれる部分およびガスケットとセパレータとに挟まれる部分が封止されている。これにより、燃料電池からの燃料および空気の漏洩が防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−３０３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、膜／電極接合体の電解質膜に対するガスケットの接着性が弱く、ガスケットと電解質膜とが剥がれることがある。電解質膜とガスケットとの接着力を確保するためには、電解質膜に対するガスケットの接触面積を大きくすればよい。しかしながら、その接触面積を大きくすると、その分、電極面積が小さくなり、燃料電池の性能が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、電極面積を確保しながら、電解質膜とガスケットとの接着性を向上させることができる、燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る燃料電池は、電解質膜の両側に電極を貼り合わせて構成された膜／電極接合体と、膜／電極接合体に電極を挟んで対向配置されるガスケットと、電解質膜の周縁部であって電極の外側を取り囲む部分とガスケットとの間に介在される接着層とを含み、接着層は、アイオノマーからなる。
【０００９】
この構成によれば、膜／電極接合体の電解質膜とガスケットとの間に、アイオノマーからなる接着層が介在される。これにより、電解質膜とガスケットとの接着性を向上させることができる。
【００１０】
電解質膜とガスケットとが接着層の接着力で接着されるので、電解質膜とガスケットとの接触面積を大きく確保する必要がない。また、接着層は、電解質膜の周縁部であって、電極の外側を取り囲む部分に設けられる。そのため、電極の面積を大きく確保することができる。さらに、接着層が電極の外側に設けられるので、接着層が有する抵抗成分を無視することができる。よって、燃料電池の発電性能を確保することができる。
【００１１】
接着層は、膜／電極接合体に供給される燃料（たとえば、ヒドラジンなどの強アルカリ）と接触する。たとえ接着層が燃料との接触により溶けて、溶けた接着層が電極に付着しても、アイオノマーは電極の材料としても用いられるものであるので、燃料電池の発電性能の低下を招くことを防止できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電極面積を確保しながら、電解質膜とガスケットとの接着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池の単位セルの構成を示す図解的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池１の単位セル２の構成を示す図解的な断面図である。
【００１６】
燃料電池１は、所定数（たとえば、１００〜２００個）の単位セル２が一方向に積層された、いわゆるセルスタックを有している。セルスタックは、その積層方向の両側から出力端子付の集電板によって挟まれ、さらにその両外側からエンドプレートによって挟まれている。
【００１７】
単位セル２は、膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode
Assembly）１１を備えている。膜／電極接合体１１は、電解質膜１２の一方面の中央部にアノード（燃料極）１３を貼り合わせ、電解質膜１２の他方面の中央部にカソード（酸素極）１４を貼り合わせて一体化したものである。電解質膜１２は、たとえば、アニオン（ＯＨ−）を透過させる性質を有する。アノード１３およびカソード１４は、触媒を担持する触媒担体により形成されている。触媒担体には、たとえば、アイオノマーがバインダとして混入されている。アノード１３およびカソード１４は、電解質膜１２よりも小さいサイズに形成されている。これにより、電解質膜１２の周縁とアノード１３およびカソード１４の周縁との間には、間隔が空いており、電解質膜１２は、アノード１３およびカソード１４と接触していない周縁部１５を有している。
【００１８】
膜／電極接合体１１の両側には、ガス拡散層一体型のガスケット２１，２２が配置されている。
【００１９】
アノード１３側に配置されたアノード側ガスケット２１は、ガス拡散層（ＧＤＬ：Gas
Diffusion Layer）２３と、ガス拡散層２３の周囲を取り囲むガスケット部２４とを一体的に有している。ガスケット部２４は、たとえば、ゴムなどの弾性を有する材料からなる。ガスケット部２４は、電解質膜１２の周縁部１５と対向する環状をなしている。ガスケット部２４の膜／電極接合体１１側と反対側の面には、断面略三角形状の突条２５が全周にわたって形成されている。
【００２０】
カソード１４側に配置されたカソード側ガスケット２２は、ガス拡散層２６と、ガス拡散層２６の周囲を取り囲むガスケット部２７とを一体的に有している。ガスケット部２７は、たとえば、ゴムなどの弾性を有する材料からなる。ガスケット部２７は、電解質膜１２の周縁部１５と対向し、周縁部１５の外形よりも大きい外形を有する環状をなしている。ガスケット部２７の膜／電極接合体１１側の面には、その周端部に、断面略三角形状の突条２８が全周にわたって形成されている。また、ガスケット部２７の膜／電極接合体１１側と反対側の面には、断面略三角形状の突条２９が二重環状に形成されている。
【００２１】
アノード側ガスケット２１に対して膜／電極接合体１１と反対側には、アノード側セパレータ３１が配置されている。アノード側セパレータ３１には、アノード側ガスケット２１と対向する部分に、たとえば、葛折り状に屈曲した凹溝からなる燃料流路３２が形成されている。燃料流路３２には、燃料電池１の発電時に、燃料（たとえば、ヒドラジン）が供給される。
【００２２】
カソード側ガスケット２２に対して膜／電極接合体１１と反対側には、カソード側セパレータ３３が配置されている。カソード側セパレータ３３には、カソード側ガスケット２２と対向する部分に、たとえば、葛折り状に屈曲した凹溝からなるエア流路３４が形成されている。エア流路３４には、燃料電池１の発電時に、エアが供給される。
【００２３】
そして、電解質膜１２の周縁部１５の両面には、接着層４１が全周にわたって形成されている。接着層４１は、アイオノマーからなり、たとえば、塗布により形成されている。
【００２４】
アノード側ガスケット２１のガスケット部２４およびカソード側ガスケット２２のガスケット部２７は、接着層４１を介して、電解質膜１２の周縁部１５に接合される。また、アノード側セパレータ３１およびカソード側セパレータ３３に互いに近接する方向の大きな力が加えられて、アノード側セパレータ３１とカソード側セパレータ３３とが圧着される。これにより、アノード側ガスケット２１の突条２５がアノード側セパレータ３１に押しつけられ、カソード側ガスケット２２の突条２８が膜／電極接合体１１を越えてアノード側セパレータ３１に押しつけられる。また、カソード側ガスケット２２の突条２９がカソード側セパレータ３３に押しつけられる。その結果、アノード側ガスケット２１のガスケット部２４およびカソード側ガスケット２２のガスケット部２７により、アノード側セパレータ３１とカソード側セパレータ３３との間が封止される。また、アノード側ガスケット２１のガス拡散層２３およびカソード側ガスケット２２のガス拡散層２６により、それぞれアノード側ガスケット２１の燃料流路３２およびカソード側ガスケット２２のエア流路３４が積層方向から閉塞される。
【００２５】
以上のように、膜／電極接合体１１の電解質膜１２とガスケット２１，２２との間に、アイオノマーからなる接着層４１が介在される。これにより、電解質膜１２とガスケット２１，２２との接着性を向上させることができる。
【００２６】
電解質膜１２とガスケット２１，２２とが接着層４１の接着力で接着されるので、電解質膜１２とガスケット２１，２２との接触面積を大きく確保する必要がない。また、接着層４１は、電解質膜１２の周縁部であって、アノード１３およびカソード１４の外側を取り囲む部分に設けられる。そのため、アノード１３およびカソード１４の面積を大きく確保することができる。さらに、接着層４１がアノード１３およびカソード１４の外側に設けられるので、接着層４１が有する抵抗成分を無視することができる。よって、燃料電池１の発電性能を確保することができる。
【００２７】
接着層４１は、膜／電極接合体１１に供給される燃料（たとえば、ヒドラジンなどの強アルカリ）と接触する。たとえ接着層４１が燃料との接触により溶けて、溶けた接着層４１がアノード１３およびカソード１４に付着しても、アイオノマーはアノード１３およびカソード１４の材料としても用いられているので、燃料電池１の発電性能の低下を招くことを防止できる。
【００２８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。また、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１    燃料電池
１１  膜／電極接合体
１２  電解質膜
１３  アノード（電極）
１４  カソード（電極）
１５  周縁部
２１  ガスケット
２２  ガスケット
４１  接着層
【図１】
2015069769.tif 000003