CN115149057A - 发电电池和带树脂框的膜电极组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发电电池和带树脂框的膜电极组件。发电电池(10)具有带树脂框的膜电极组件(12)。带树脂框的膜电极组件(12)的阴极电极(26)的平面尺寸比阳极电极(24)大。阳极电极(24)的外周部位于第1缓冲部(39)和燃料气体流路(38)之间。阴极电极(26)的外周部被配置在树脂框部件(22)和第2缓冲部(41)之间。据此，能抑制每个单体电池的厚度增大，同时能抑制缓冲部中的压力损失增大，从而提高缓冲部的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电电池和带树脂框的膜电极组件。
背景技术
现有技术中，已知一种具有膜电极组件(MEA)和分别被配置在MEA的两侧的隔板(双极板：Bipolar Plate)的燃料电池(发电电池)。在MEA中，在由高分子离子交换膜构成的电解质膜的一个面上配置有阳极电极，在电解质膜的另一个面上配置有阴极电极。一般，通过层叠规定数量的发电电池来构成燃料电池堆。燃料电池堆例如作为车载用燃料电池堆而被组装到燃料电池车辆(燃料电池电动汽车等)中。
燃料电池具有反应气体流路、连通孔和缓冲部，其中，所述反应气体流路使反应气体沿着膜电极组件的发电区域流动；所述连通孔使反应气体沿着燃料电池的层叠方向流动；所述缓冲部用于在反应气体流路和连通孔之间将反应气体沿流路宽度方向分流或合流。(例如参照日本发明专利公开公报特开2006-172924号)。
发明内容
然而，有时阳极电极的外周部和阴极电极的外周部被配置在与缓冲部重叠的位置。在该情况下，存在阳极电极和阴极电极的部位处的缓冲部的深度(流路高度)受到限制。因此，压力损失变大，发电区域中的气体分配不均匀。另一方面，如果优先确保缓冲部的深度，则燃料电池的每个单体电池的厚度增大。
鉴于上述情况，希望能够抑制每个单体电池的厚度增大，同时抑制缓冲部的压力损失增大，从而提高缓冲部的性能。
本发明的目的在于解决上述技术问题。
本发明的第1方式是一种发电电池，具有带树脂框的膜电极组件、第1隔板和第2隔板，其中，所述带树脂框的膜电极组件具有膜电极组件和接合于所述膜电极组件的外周部的树脂框部件；所述第1隔板被层叠于所述带树脂框的膜电极组件的一个面上；所述第2隔板被层叠于所述带树脂框的膜电极组件的另一个面上，所述膜电极组件具有电解质膜、第1电极和第2电极，其中，所述第1电极被配置在所述电解质膜的一个面上；所述第2电极被配置在所述电解质膜的另一个面上，且平面尺寸比所述第1电极大，所述第1隔板具有第1反应气体流路、第1连通孔和第1缓冲部，其中，所述第1反应气体流路与所述膜电极组件的发电区域相向，用于使第1反应气体流动；所述第1连通孔沿厚度方向贯穿所述发电电池；所述第1缓冲部将所述第1反应气体流路与所述第1连通孔连通，所述第2隔板具有第2反应气体流路、第2连通孔和第2缓冲部，其中，所述第2反应气体流路与所述膜电极组件的所述发电区域相向，用于使第2反应气体流动；所述第2连通孔沿厚度方向贯穿所述发电电池；所述第2缓冲部将所述第2反应气体流路与所述第2连通孔连通，所述第1电极的外周部位于所述第1缓冲部和所述第1反应气体流路之间，所述第2电极的外周部在所述带树脂框的膜电极组件与所述第2隔板的层叠方向上被配置在所述树脂框部件和所述第2缓冲部之间。
本发明的第2方式是一种带树脂框的膜电极组件，具有膜电极组件和接合于所述膜电极组件的外周部的树脂框部件，所述膜电极组件具有电解质膜、第1电极和第2电极，其中，所述第1电极被配置在所述电解质膜的一个面上；所述第2电极被配置在所述电解质膜的另一个面上，且平面尺寸比所述第1电极大，所述第1电极具有第1电极催化剂层和第1气体扩散层，其中，所述第1电极催化剂层被配置在所述电解质膜的一个面上；所述第1气体扩散层与所述第1电极催化剂层重叠，所述第2电极具有第2电极催化剂层和第2气体扩散层，其中，所述第2电极催化剂层被配置在所述电解质膜的另一个面上；所述第2气体扩散层与所述第2电极催化剂层重叠且平面尺寸比所述第1气体扩散层大，由所述电解质膜、所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层构成催化剂涂敷膜，所述树脂框部件具有第1框状片材和与所述第1框状片材接合的第2框状片材，所述催化剂涂敷膜的外周部的所述电解质膜、所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层被所述第1框状片材的内周部和所述第2框状片材的内周部夹持，所述树脂框部件具有不与所述催化剂涂敷膜重叠的非重叠部，所述第1气体扩散层的外周端位于比所述非重叠部靠内侧的位置，所述第2气体扩散层的外周部与所述非重叠部重叠。
根据本发明，第1电极的外周部位于第1缓冲部与第1反应气体流路之间，第2电极的外周部被配置在树脂框部件与所述第2缓冲部之间。因此，第1电极的外周部不重叠于第1缓冲部，从而易于确保第1缓冲部的深度(流路高度)。因此，能抑制每个单体电池的厚度增大，同时能抑制缓冲部中的压力损失增大，从而提高缓冲部的性能。
根据参照附图说明的以下的实施方式的说明，上述的目的、特征和优点应容易地理解。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的发电电池的立体分解图。
图2是图1所示的发电电池的剖视图。
图3是第2隔板的俯视图。
图4是另一方式(第1变形例)所涉及的发电电池的剖视图。
图5是另一方式(第2变形例)所涉及的发电电池的剖视图。
具体实施方式
如图1所示，发电电池(燃料电池)10具有带树脂框的膜电极组件(下面称为“带树脂框的MEA12”)和分别被配置在带树脂框的MEA12的两侧的隔板14。发电电池10例如是横向长(或者纵向长)的长方形的固体高分子型燃料电池。
多个发电电池10例如在水平方向(箭头A方向)或者铅垂方向(箭头C方向)上层叠，并且被施加层叠方向的紧固载荷(压缩载荷)，从而构成燃料电池堆。燃料电池堆例如作为车载用燃料电池堆而被搭载于燃料电池电动汽车上(未图示)。
在发电电池10的箭头B方向(水平方向)上的一端部设置有氧化剂气体入口连通孔18a、冷却介质入口连通孔20a和燃料气体出口连通孔16b。氧化剂气体入口连通孔18a供给氧化剂气体，例如含氧气体。冷却介质入口连通孔20a供给冷却介质。燃料气体出口连通孔16b排出燃料气体，例如含氢气体。氧化剂气体入口连通孔18a、冷却介质入口连通孔20a和燃料气体出口连通孔16b沿层叠方向、即箭头A方向贯穿发电电池10，且沿箭头C方向(铅垂方向)排列设置。
在发电电池10的箭头B方向上的另一端部设置有供给燃料气体的燃料气体入口连通孔16a、排出冷却介质的冷却介质出口连通孔20b和排出氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔18b。燃料气体入口连通孔16a、冷却介质出口连通孔20b和氧化剂气体出口连通孔18b沿层叠方向、即箭头A方向贯穿发电电池10，且沿箭头C方向排列设置。
在发电电池10中，带树脂框的MEA12被金属制成的隔板14夹持。下面，还将配设在带树脂框的MEA12的一个面侧的隔板14称为“第1隔板14a”。将配设在带树脂框的MEA12的另一个面侧的隔板14称为“第2隔板14b”。第1隔板14a和第2隔板14b为横向长(或者纵向长)的长方形。
带树脂框的MEA12具有膜电极组件12a(下面称为“MEA12a”)和树脂框部件22，该树脂框部件22与MEA12a的外周部接合，并且以遍及整周的方式包围该外周部。
如图2所示，MEA12a具有：电解质膜23；阳极电极24，其被设置在电解质膜23的一个面上；和阴极电极26，其被设置在电解质膜23的另一个面上。电解质膜23例如是固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。固体高分子电解质膜例如为含有水分的全氟磺酸薄膜。电解质膜23被阳极电极24和阴极电极26夹持。电解质膜23除了使用氟类电解质之外，还可以使用HC(烃)类电解质。树脂框部件22是其内周部与MEA12a的外周部接合的平面形状为长方形的框状树脂膜(副垫片：subgasket)。
如图1所示，在树脂框部件22、第1隔板14a和第2隔板14b各自在箭头B方向上的一端部设置有燃料气体出口连通孔16b、氧化剂气体入口连通孔18a和冷却介质入口连通孔20a。在树脂框部件22、第1隔板14a和第2隔板14b各自在箭头B方向上的另一端部设置有燃料气体入口连通孔16a、氧化剂气体出口连通孔18b和冷却介质出口连通孔20b。
隔板14通过将例如钢板、不锈钢板、铝板、电镀处理钢板或金属表面被实施了用于防腐蚀的表面处理的金属薄板的截面冲压成形为波形而构成。第1隔板14a的外周部与第2隔板14b的外周部通过焊接、钎焊、铆接等接合为一体。彼此接合的第1隔板14a和第2隔板14b构成接合隔板32。在彼此相邻的第1隔板14a与第2隔板14b之间，与冷却介质入口连通孔20a和冷却介质出口连通孔20b连通的冷却介质流路42沿箭头B方向延伸形成。
在第1隔板14a的面向带树脂框的MEA12的表面14as上设置有与燃料气体入口连通孔16a和燃料气体出口连通孔16b连通的燃料气体流路38。具体而言，燃料气体流路38形成在第1隔板14a和带树脂框的MEA12之间。燃料气体流路38是与MEA12a的发电区域相向且用于使燃料气体流动的流路。燃料气体流路38具有沿箭头B方向延伸的多条流路用突起38a。各流路用突起38a也可以呈波状。在这些流路用突起38a之间形成有多条流路槽。
在第1隔板14a的表面14as上设置有第1入口缓冲部39a和第1出口缓冲部39b，其中，所述第1入口缓冲部39a将燃料气体入口连通孔16a和燃料气体流路38连通(连接)；所述第1出口缓冲部39b将燃料气体流路38和燃料气体出口连通孔16b连通(连接)。第1入口缓冲部39a将从燃料气体入口连通孔16a导入的燃料气体在燃料气体流路38的宽度方向上分流(分配)。第1出口缓冲部39b将通过燃料气体流路38后的燃料气体在燃料气体流路38的宽度方向上汇集，并向燃料气体出口连通孔16b输送。
第1入口缓冲部39a和第1出口缓冲部39b各自具有向树脂框部件22突出的多个凸部50。在图1中，多个凸部50为多个线状引导流路用突起50t。多个凸部50也可以为呈点状分散配置的多个凸起(emboss)。下面，有时将第1入口缓冲部39a和第1出口缓冲部39b统称为“第1缓冲部39”。
在第1隔板14a的表面14as上，用于防止流体(燃料气体、氧化剂气体或冷却介质)漏出的第1密封线44与第1隔板14a一体设置。第1密封线44被设置在第1隔板14a的外周部。第1密封线44向树脂框部件22鼓出(突出)。第1密封线44与树脂框部件22气密或液密地抵接。
第1密封线44具有多个凸棱密封结构45。多个凸棱密封结构45具有波形的周缘凸棱密封件45a和多个连通孔凸棱部45b，其中，所述周缘凸棱密封件45a包围燃料气体流路38；所述连通孔凸棱部45b单独包围连通孔16a、16b、18a、18b、20a、20b。周缘凸棱密封件45a包围燃料气体流路38、燃料气体入口连通孔16a和燃料气体出口连通孔16b，使该流路38和连通孔16a，16b彼此连通。周缘凸棱密封件45a和连通孔凸棱部45b的平面形状也可以是直线形。
如图3所示，在第2隔板14b的面向带树脂框的MEA12的表面14bs上设置有与氧化剂气体入口连通孔18a和氧化剂气体出口连通孔18b连通的氧化剂气体流路40。具体而言，氧化剂气体流路40形成在第2隔板14b和带树脂框的MEA12之间。氧化剂气体流路40是与MEA12的发电区域相向且用于使氧化剂气体流动的流路。氧化剂气体流路40具有沿箭头B方向延伸的多条流路用突起40a。各流路用突起40a也可以为波形。在这些流路用突起40a之间形成有多条流路槽。
在第2隔板14b的表面14bs上设置有第2入口缓冲部41a和第2出口缓冲部41b，其中，所述第2入口缓冲部41a将氧化剂气体入口连通孔18a和氧化剂气体流路40连通(连接)；所述第2出口缓冲部41b将氧化剂气体流路40和氧化剂气体出口连通孔18b连通(连接)。第2入口缓冲部41a将从氧化剂气体入口连通孔18a导入的氧化剂气体在氧化剂气体流路40的宽度方向上分流(分配)。第2出口缓冲部41b将通过氧化剂气体流路40后的氧化剂气体在氧化剂气体流路40的宽度方向上汇集，并向氧化剂气体出口连通孔18b输送。
第2入口缓冲部41a和第2出口缓冲部41b各自具有向树脂框部件22突出的多个凸部52。在图3中，多个凸部52为多个线状引导流路用突起52t。多个凸部52也可以为呈点状分散配置的多个凸起。下面，有时将第2入口缓冲部41a和第2出口缓冲部41b统称为“第2缓冲部41”。
在第2隔板14b的表面14bs上，为了防止流体漏出，第2密封线46与第2隔板14b一体设置。第2密封线46被设置在第2隔板14b的外周部。第2密封线46向树脂框部件22鼓出。第2密封线46与树脂框部件22气密或液密地抵接。
第2密封线46具有多个凸棱密封结构47。多个凸棱密封结构47具有波形的周缘凸棱密封件47a和单独包围连通孔16a、16b、18a、18b、20a、20b的多个连通孔凸棱部47b。周缘凸棱密封件47a包围氧化剂气体流路40、氧化剂气体入口连通孔18a和氧化剂气体出口连通孔18b，使该流路40和连通孔18a，18b彼此连通。周缘凸棱密封件47a和连通孔凸棱部47b的平面形状也可以是直线形。
接着，参照图2，对带树脂框的MEA12的具体结构进行说明。
阳极电极24具有被接合于电解质膜23的一个面23a上的第1电极催化剂层24a和被层叠于第1电极催化剂层24a的第1气体扩散层24b。第1气体扩散层24b的厚度比第1电极催化剂层24a的厚度厚得多。阴极电极26具有被接合于电解质膜23的另一个面23b的第2电极催化剂层26a和被层叠于第2电极催化剂层26a的第2气体扩散层26b。第2气体扩散层26b的厚度比第2电极催化剂层26a的厚度厚得多。由电解质膜23、第1电极催化剂层24a、和第2电极催化剂层26a构成催化剂涂敷膜27(CCM:Catalyst Coated Membrane)。阴极电极26的平面尺寸大于阳极电极24的平面尺寸。具体而言，构成阴极电极26的一部分的第2气体扩散层26b的平面尺寸大于构成阳极电极24的一部分的第1气体扩散层24b平面尺寸大。
例如，表面担载有铂合金的多孔碳粒子与离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布在第1气体扩散层24b的表面上，从而形成第1电极催化剂层24a。例如，表面担载有铂合金的多孔碳粒子与离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布在第2气体扩散层26b的表面上，从而形成第2电极催化剂层26a。第1电极催化剂层24a和第2电极催化剂层26a的平面形状均为长方形。
第1电极催化剂层24a的平面尺寸大于第2电极催化剂层26a的平面尺寸。因此，第1电极催化剂层24a的外周部在该外周部的整周均从第2电极催化剂层26a的外周端向外侧突出。第1电极催化剂层24a的平面尺寸与电解质膜23的平面尺寸大致相同。第2电极催化剂层26a的平面尺寸小于电解质膜23的平面尺寸。因此，第2电极催化剂层26a的外周端在该外周端的整周均位于比电解质膜23的外周端靠内侧的位置。
第1气体扩散层24b和第2气体扩散层26b由碳纸或碳布等形成。第1气体扩散层24b和第2气体扩散层26b的平面形状均是长方形。第1气体扩散层24b的平面尺寸与电解质膜23的平面尺寸和第1电极催化剂层24a的平面尺寸大致相同。虽然未图示，但在第1气体扩散层24b和第2气体扩散层26b各自的电解质膜23侧的整个表面上形成微孔层。
树脂框部件22具有两张框状片材(树脂片材)。具体而言，树脂框部件22具有第1框状片材22a和被接合于第1框状片材22a的第2框状片材22b。在MEA12a中，比树脂框部件22的内周端(第1框状片材22a的内周端22ae和第2框状片材22b的内周端22be)靠内侧的区域是发电区域。
第1框状片材22a和第2框状片材22b由树脂材料构成。作为第1框状片材22a和第2框状片材22b的组成材料，例如可以列举出PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(液晶聚合物)、PVDF(聚偏氟乙烯)、有机硅树脂、氟树脂、m-PPE(改性聚苯醚树脂)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、改性聚烯烃或PI(聚酰亚胺)等。
第1框状片材22a和第2框状片材22b通过粘接层22c而在第1框状片材22a和第2框状片材22b的整周均直接接合。第1框状片材22a的平面尺寸与第2框状片材22b的平面尺寸彼此大致相同。第1框状片材22a的平面尺寸与第2框状片材22b的平面尺寸也可以互不相同。第1框状片材22a的厚度与第2框状片材22b的厚度彼此大致相同。第1框状片材22a的厚度与第2框状片材22b的厚度也可以互不相同。
树脂框部件22的内周部和阳极电极24的外周部重叠的重叠部54与台阶部38s重叠，该台阶部38s被设置于构成燃料气体流路38的流路用突起38a。重叠部54是第1框状片材22a的内周部与第1气体扩散层24b的外周部重叠的部位。台阶部38s分别设置于流路用突起38a的气体流动方向(箭头B方向)上的一端部和另一端部。台阶部38s从基板部15a的突出高度比流路用突起38a的一般部38n低。一般部38n是流路用突起38a中的比台阶部38s靠内侧的部分。台阶部38s将第1气体扩散层24b的外周部向第2气体扩散层26b推压。
阳极电极24的外周部(第1电极催化剂层24a的外周部和第1气体扩散层24b的外周部)位于第1缓冲部39和燃料气体流路38之间。因此，第1缓冲部39的凸部50与树脂框部件22直接抵接，而没有隔着第1气体扩散层24b的外周部。
另一方面，阴极电极26的外周部(第2气体扩散层26b的外周部)在带树脂框的MEA12与第2隔板14b的层叠方向上被配置在树脂框部件22与第2缓冲部41之间。因此，第2缓冲部41的凸部52与第2气体扩散层26b抵接，支承第2气体扩散层26b。构成氧化剂气体流路40的流路用突起40a具有台阶部40s。台阶部40s被设置在流路用突起40a的气体流动方向(箭头B方向)上的端部。台阶部40s从基板部15b的突出高度比一般部40n从基板部15b的突出高度低。一般部40n是比台阶部40s靠内侧的部分。台阶部40s在比第2缓冲部41的凸部52靠内侧的位置将第2气体扩散层26b向第1气体扩散层24b推压。
如上所述，第1气体扩散层24b的外周部位于第1缓冲部39与燃料气体流路38之间，第2气体扩散层26b的外周部位于树脂框部件22与第2缓冲部41之间。第2缓冲部41的深度H2(流路高度)比第1缓冲部39的深度H1(流路高度)深。即，第2缓冲部41的凸部52的突出高度比第1缓冲部39的凸部50的突出高度高。第1缓冲部39的深度H1(凸部50的突出高度)可以与燃料气体流路38的流路用突起38a的突出高度T1相同，或者也可以与突出高度T1不同。第2缓冲部41的深度H2(凸部52的突出高度)比氧化剂气体流路40的流路用突起40a的突出高度T2高。此外，第2缓冲部41的深度H2也可以与流路用突起40a的突出高度T2相同。
催化剂涂敷膜27的外周部的电解质膜23、第1电极催化剂层24a和第2电极催化剂层26a被第1框状片材22a的内周部与第2框状片材22b的内周部夹持。
第1框状片材22a的内周部在该内周部的整周均具有与MEA12a的外周部重叠的第1重叠部22ak。第1框状片材22a的内周端22ae位于比第1气体扩散层24b的外周端24be靠内侧的位置。第1框状片材22a的内周部被阳极电极24和电解质膜23夹持。设置于第1框状片材22a的内周部的粘接层22c与电解质膜23的一个面23a抵接。
第2框状片材22b的内周部具有与MEA12a的外周部重叠的第2重叠部22bk。第2框状片材22b的内周端22be位于比第2气体扩散层26b的外周端26be靠内侧的位置。第2框状片材22b的内周部被阴极电极26和电解质膜23夹持。设置于第2框状片材22b的内周部的粘接层22c与电解质膜23的另一个面23b抵接。
树脂框部件22具有不与催化剂涂敷膜27重叠的非重叠部22f。非重叠部22f是树脂框部件22中比催化剂涂敷膜27的外周端靠外侧的部分。第1气体扩散层24b的外周端24be位于比树脂框部件22的非重叠部22f靠内侧的位置(非重叠部22f与燃料气体流路38之间)。另一方面，第2气体扩散层26b的外周部与树脂框部件22的非重叠部22f重叠。
如图3所示，第2气体扩散层26b的平面尺寸大于第1气体扩散层24b的平面尺寸。因此，第2气体扩散层26b的外周部在该外周部的整周均从第1气体扩散层24b的外周端24be向外侧突出。在图3中，第1突出尺寸L1是第2气体扩散层26b在长方形的发电电池10(图1)的长边方向上从第1气体扩散层24b向外侧突出的长度。发电电池10的长边方向是燃料气体流路38和氧化剂气体流路40的长度方向(箭头B方向)。第2突出尺寸L2是第2气体扩散层26b在发电电池10的短边方向上从第1气体扩散层24b向外侧突出的长度。发电电池10的短边方向是燃料气体流路38和氧化剂气体流路40的宽度方向(箭头C方向)。第1突出尺寸L1大于第2突出尺寸L2。此外，第2突出尺寸L2也可以为零。即，在发电电池10的短边方向上，第1气体扩散层24b的尺寸与第2气体扩散层26b的尺寸可以相同。
下面，对如此构成的发电电池10的动作进行说明。
如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔18a供给含氧气体等氧化剂气体。向燃料气体入口连通孔16a供给含氢气体等燃料气体。向冷却介质入口连通孔20a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。
因此，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔18a被导入到第2隔板14b的氧化剂气体流路40。氧化剂气体沿着氧化剂气体流路40在箭头B方向上移动，而被供给到MEA12a的阴极电极26。另一方面，燃料气体从燃料气体入口连通孔16a被导入到第1隔板14a的燃料气体流路38。燃料气体沿着燃料气体流路38在箭头B方向上移动，而被供给到MEA12a的阳极电极24。被供给到发电电池10的燃料气体的压力高于被供给到发电电池10的氧化剂气体的压力。因此，第1缓冲部39中流入压力比第2缓冲部41中流入的氧化剂气体高的燃料气体。
在MEA12a中，被供给到阴极电极26的氧化剂气体和被供给到阳极电极24的燃料气体在第2电极催化剂层26a和第1电极催化剂层24a内进行电化学反应而被消耗。由此进行发电。
接着，在图1中，氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔18b在箭头A方向上被排出。同样，燃料气体沿着燃料气体出口连通孔16b在箭头A方向上被排出。
冷却介质从冷却介质入口连通孔20a被导入到第1隔板14a与第2隔板14b之间的冷却介质流路42。冷却介质沿着冷却介质流路42在箭头B方向上流动。冷却介质将MEA12a冷却之后，从冷却介质出口连通孔20b排出。
本实施方式起到如下作用效果。
在本实施方式中，如图2所示，阳极电极24的外周部位于第1缓冲部39和燃料气体流路38之间，阴极电极26的外周部被配置在树脂框部件22和第2缓冲部41之间。因此，阳极电极24(第1气体扩散层24b)的外周部不重叠于第1缓冲部39，从而易于确保第1缓冲部39的深度H1(流路高度)。因此，能抑制每个单体电池的厚度增大，同时能抑制第1缓冲部39中的压力损失增大。由此，能提高第1缓冲部39的性能。
第1缓冲部39中流入压力比第2缓冲部41中流入的氧化剂气体高的燃料气体。因此，在树脂框部件22上，从第1缓冲部39侧向第2缓冲部41作用基于气压差P的重复应力。在该情况下，树脂框部件22被第2气体扩散层26b的外周部支承。因此，能抑制基于气压差P的重复应力而导致的树脂框部件22的损伤。另外，能使树脂框部件22的厚度更薄。
树脂框部件22具有第1框状片材22a和与第1框状片材22a接合的第2框状片材22b。通过这样的贴合结构，能减薄树脂框部件22与阳极电极24和阴极电极26的重叠部而抑制高低差的扩大。另外，能提高树脂框部件22的强度。
催化剂涂敷膜27的外周部的电解质膜23、第1电极催化剂层24a和第2电极催化剂层26a被第1框状片材22a的内周部和第2框状片材22b的内周部夹持。因此，能防止来自于隔板14的铁成分(Fe污染物)经由催化剂涂敷膜27的外端部进入电解质膜23(发电区域)。其结果，能抑制电解质膜23的劣化。
树脂框部件22的内周部与阳极电极24的外周部重叠的重叠部54与流路用突起38a的比一般部38n低的台阶部38s重叠。因此，能避免重叠部54处的局部的表面压力上升。
在图4所示的方式(第1变形例)所涉及的发电电池10A的带树脂框的MEA12A中，第1电极催化剂层24a的外周部和第2电极催化剂层26a的外周部被配置在第1框状片材22a的内周部与第2框状片材22b的内周部之间。第1电极催化剂层24a的外周部被配置在第1框状片材22a的内周部与电解质膜23的外周部之间。第1框状片材22a的内周部通过粘接层22c与第1电极催化剂层24a的外周部接合。第2电极催化剂层26a的外周部被配置在第2框状片材22b的内周部与电解质膜23的外周部之间。第2框状片材22b的内周部通过粘接层22c接合于第2电极催化剂层26a的外周部和电解质膜23的外周部(另一个面23b)。因此，在第2电极催化剂层26a的外端面与电解质膜23的外端面之间填充有粘接层22c。
在图5所示的方式(第2变形例)所涉及的发电电池10B的带树脂框的MEA12B中，树脂框部件60由一张树脂制成的框状片材62构成。框状片材62通过粘接层22c与电解质膜23的外周部接合。根据图5所示的方式，能简化树脂框部件60的结构。
上述实施方式可概括如下。
上述实施方式公开了一种发电电池(10)，具有带树脂框的膜电极组件(12)、第1隔板(14a)和第2隔板(14b)，其中，所述带树脂框的膜电极组件(12)具有膜电极组件(12a)和接合于所述膜电极组件的外周部的树脂框部件(22)；所述第1隔板(14a)被层叠于所述带树脂框的膜电极组件的一个面上；所述第2隔板(14b)被层叠于所述带树脂框的膜电极组件的另一个面上，所述膜电极组件具有电解质膜、第1电极(24)和第2电极(26)，其中，所述第1电极(24)被配置在所述电解质膜的一个面上；所述第2电极(26)被配置在所述电解质膜的另一个面上，且平面尺寸比所述第1电极大，所述第1隔板具有第1反应气体流路(38)、第1连通孔(16a、16b)和第1缓冲部(39)，其中，所述第1反应气体流路(38)与所述膜电极组件的发电区域相向，用于使第1反应气体流动；所述第1连通孔(16a、16b)沿厚度方向贯穿所述发电电池；所述第1缓冲部(39)将所述第1反应气体流路与所述第1连通孔连通，所述第2隔板具有第2反应气体流路(40)、第2连通孔(18a、18b)和第2缓冲部(41)，其中，所述第2反应气体流路(40)与所述膜电极组件的所述发电区域相向，用于使第2反应气体流动；所述第2连通孔(18a、18b)沿厚度方向贯穿所述发电电池；所述第2缓冲部(41)将所述第2反应气体流路与所述第2连通孔连通，所述第1电极的外周部位于所述第1缓冲部和所述第1反应气体流路之间，所述第2电极的外周部在所述带树脂框的膜电极组件与所述第2隔板的层叠方向上被配置在所述树脂框部件和所述第2缓冲部之间。
所述第2缓冲部的深度(H2)比所述第1缓冲部的深度(H1)深。
所述第1缓冲部中流入压力比所述第2缓冲部中流入的所述第2反应气体高的所述第1反应气体。
所述树脂框部件具有第1框状片材(22a)和与所述第1框状片材接合的第2框状片材(22b)。
所述第1电极具有被配置在所述电解质膜的一个面上的第1电极催化剂层(24a)，所述第2电极具有被配置在所述电解质膜的另一个面上的第2电极催化剂层(24a)，由所述电解质膜、所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层构成催化剂涂敷膜(27)，所述催化剂涂敷膜的外周部的所述电解质膜、所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层被所述第1框状片材的内周部和所述第2框状片材的内周部夹持。
所述第1电极具有第1电极催化剂层(24a)和第1气体扩散层(24b)，其中，所述第1电极催化剂层(24a)被配置在所述电解质膜的一个面上；所述第1气体扩散层(24b)与所述第1电极催化剂层重叠，所述第2电极具有第2电极催化剂层(26a)和第2气体扩散层(26b)，其中，所述第2电极催化剂层(26a)被配置在所述电解质膜的另一个面上；所述第2气体扩散层(26b)与所述第2电极催化剂层重叠且平面尺寸比所述第1气体扩散层大，所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层的平面尺寸互不相同，所述第1框状片材的内周部具有与所述膜电极组件的外周部重叠的第1重叠部(22ak)，并且被所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层中较大的电极催化剂层与所述第1气体扩散层夹持，所述第2框状片材的内周部具有与所述膜电极组件的所述外周部重叠的第2重叠部(22bk)，并且被所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层中较小的电极催化剂层与所述第2气体扩散层夹持。
所述第1框状片材和所述第2框状片材通过粘接层(22c)接合。
被设置于所述第1框状片材的内周部的所述粘接层与所述较大的电极催化剂层抵接，被设置于所述第2框状片材的内周部的所述粘接层与所述较小的电极催化剂层抵接。
所述树脂框部件由一张框状片材(62)构成。
所述第2电极在所述第1反应气体流路和所述第2反应气体流路的长度方向上比所述第1电极向外侧突出的第1突出尺寸(L1)大于所述第2电极在所述第1反应气体流路和所述第2反应气体流路的宽度方向上比所述第1电极向外侧突出的第2突出尺寸(L2)。
所述第1缓冲部或所述第2缓冲部具有引导流路用突起(50t、52t)和凸起中的一方或双方。
所述树脂框部件的内周部与所述第1电极的外周部重叠的重叠部(54)位于比所述第1反应气体流路靠外侧的位置。
上述实施方式公开了一种带树脂框的膜电极组件(12)，具有膜电极组件(12a)和接合于所述膜电极组件的外周部的树脂框部件(22)，所述膜电极组件具有电解质膜(23)、第1电极(24)和第2电极(26)，其中，所述第1电极(24)被配置在所述电解质膜的一个面上；所述第2电极(26)被配置在所述电解质膜的另一个面上，且平面尺寸比所述第1电极大，所述第1电极具有第1电极催化剂层(24a)和第1气体扩散层(24b)，其中，所述第1电极催化剂层(24a)被配置在所述电解质膜的一个面上；所述第1气体扩散层(24b)与所述第1电极催化剂层重叠，所述第2电极具有第2电极催化剂层(26a)和第2气体扩散层(26b)，其中，所述第2电极催化剂层(26a)被配置在所述电解质膜的另一个面上；所述第2气体扩散层(26b)与所述第2电极催化剂层重叠且平面尺寸比所述第1气体扩散层大，由所述电解质膜、所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层构成催化剂涂敷膜(27)，所述树脂框部件具有第1框状片材(22a)和与所述第1框状片材接合的第2框状片材(22b)，所述催化剂涂敷膜的外周部的所述电解质膜、所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层被所述第1框状片材的内周部和所述第2框状片材的内周部夹持，所述树脂框部件具有不与所述催化剂涂敷膜重叠的非重叠部(22f)，所述第1气体扩散层的外周端(24be)位于比所述非重叠部靠内侧的位置，所述第2气体扩散层的外周部与所述非重叠部重叠。
本发明并不限定于上述实施方式，能在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改变。
Claims (13)
1.一种发电电池，具有带树脂框的膜电极组件、第1隔板和第2隔板，其中，
所述带树脂框的膜电极组件具有膜电极组件和接合于所述膜电极组件的外周部的树脂框部件；
所述第1隔板被层叠于所述带树脂框的膜电极组件的一个面上；
所述第2隔板被层叠于所述带树脂框的膜电极组件的另一个面上，
其特征在于，
所述膜电极组件具有电解质膜、第1电极和第2电极，其中，所述第1电极被配置在所述电解质膜的一个面上；所述第2电极被配置在所述电解质膜的另一个面上，且平面尺寸比所述第1电极大，
所述第1隔板具有第1反应气体流路、第1连通孔和第1缓冲部，其中，所述第1反应气体流路与所述膜电极组件的发电区域相向，用于使第1反应气体流动；所述第1连通孔沿厚度方向贯穿所述发电电池；所述第1缓冲部将所述第1反应气体流路与所述第1连通孔连通，
所述第2隔板具有第2反应气体流路、第2连通孔和第2缓冲部，其中，所述第2反应气体流路与所述膜电极组件的所述发电区域相向，用于使第2反应气体流动；所述第2连通孔沿厚度方向贯穿所述发电电池；所述第2缓冲部将所述第2反应气体流路与所述第2连通孔连通，
所述第1电极的外周部位于所述第1缓冲部和所述第1反应气体流路之间，
所述第2电极的外周部在所述带树脂框的膜电极组件与所述第2隔板的层叠方向上被配置在所述树脂框部件和所述第2缓冲部之间。
2.根据权利要求1所述的发电电池，其特征在于，
所述第2缓冲部的深度比所述第1缓冲部的深度深。
3.根据权利要求2所述的发电电池，其特征在于，
所述第1缓冲部中流入压力比所述第2缓冲部中流入的所述第2反应气体高的所述第1反应气体。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的发电电池，其特征在于，
所述树脂框部件具有第1框状片材和与所述第1框状片材接合的第2框状片材。
5.根据权利要求4所述的发电电池，其特征在于，
所述第1电极具有被配置在所述电解质膜的一个面上的第1电极催化剂层，
所述第2电极具有被配置在所述电解质膜的另一个面上的第2电极催化剂层，
由所述电解质膜、所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层构成催化剂涂敷膜，
所述催化剂涂敷膜的外周部的所述电解质膜、所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层被所述第1框状片材的内周部和所述第2框状片材的内周部夹持。
6.根据权利要求4所述的发电电池，其特征在于，
所述第1电极具有第1电极催化剂层和第1气体扩散层，其中，所述第1电极催化剂层被配置在所述电解质膜的一个面上；所述第1气体扩散层与所述第1电极催化剂层重叠，
所述第2电极具有第2电极催化剂层和第2气体扩散层，其中，所述第2电极催化剂层被配置在所述电解质膜的另一个面上；所述第2气体扩散层与所述第2电极催化剂层重叠且平面尺寸比所述第1气体扩散层大，
所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层的平面尺寸互不相同，
所述第1框状片材的内周部具有与所述膜电极组件的外周部重叠的第1重叠部，并且被所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层中较大的电极催化剂层与所述第1气体扩散层夹持，
所述第2框状片材的内周部具有与所述膜电极组件的所述外周部重叠的第2重叠部，并且被所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层中较小的电极催化剂层与所述第2气体扩散层夹持。
7.根据权利要求6所述的发电电池，其特征在于，
所述第1框状片材和所述第2框状片材通过粘接层接合。
8.根据权利要求7所述的发电电池，其特征在于，
被设置于所述第1框状片材的内周部的所述粘接层与所述较大的电极催化剂层抵接，
被设置于所述第2框状片材的内周部的所述粘接层与所述较小的电极催化剂层抵接。
9.根据权利要求1所述的发电电池，其特征在于，
所述树脂框部件由一张框状片材构成。
10.根据权利要求1所述的发电电池，其特征在于，
所述第2电极在所述第1反应气体流路和所述第2反应气体流路的长度方向上比所述第1电极向外侧突出的第1突出尺寸大于所述第2电极在所述第1反应气体流路和所述第2反应气体流路的宽度方向上比所述第1电极向外侧突出的第2突出尺寸。
11.根据权利要求1所述的发电电池，其特征在于，
所述第1缓冲部或所述第2缓冲部具有引导流路用突起和凸起中的一方或双方。
12.根据权利要求1所述的发电电池，其特征在于，
所述树脂框部件的内周部与所述第1电极的外周部重叠的重叠部位于比所述第1反应气体流路靠外侧的位置。
13.一种带树脂框的膜电极组件，具有膜电极组件和接合于所述膜电极组件的外周部的树脂框部件，其特征在于，
所述膜电极组件具有电解质膜、第1电极和第2电极，其中，所述第1电极被配置在所述电解质膜的一个面上；所述第2电极被配置在所述电解质膜的另一个面上，且平面尺寸比所述第1电极大，
所述第1电极具有第1电极催化剂层和第1气体扩散层，其中，所述第1电极催化剂层被配置在所述电解质膜的一个面上；所述第1气体扩散层与所述第1电极催化剂层重叠，
所述第2电极具有第2电极催化剂层和第2气体扩散层，其中，所述第2电极催化剂层被配置在所述电解质膜的另一个面上；所述第2气体扩散层与所述第2电极催化剂层重叠且平面尺寸比所述第1气体扩散层大，
由所述电解质膜、所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层构成催化剂涂敷膜，
所述树脂框部件具有第1框状片材和与所述第1框状片材接合的第2框状片材，
所述催化剂涂敷膜的外周部的所述电解质膜、所述第1电极催化剂层和所述第2电极催化剂层被所述第1框状片材的内周部和所述第2框状片材的内周部夹持，
所述树脂框部件具有不与所述催化剂涂敷膜重叠的非重叠部，
所述第1气体扩散层的外周端位于比所述非重叠部靠内侧的位置，
所述第2气体扩散层的外周部与所述非重叠部重叠。
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