[0042]根据如以上那样构成的本实施方式的膜电极接合体10，在催化剂层15中，第一层Cl中的与电解质膜11相接的第一部分Pl的离聚物量Vl少于第二层C2中的与气体扩散层18相接的第三部分P3的离聚物量V3，因此能够减少催化剂层15整体的厚度。通常，在三维空间内，根据位置，为了使每单位体积的离聚物的量增大或减少预定量，需要一定程度的距离。另外，通常离聚物的量越少则与相邻的层的紧贴力越下降。但是，在与电解质膜11相接的第一部分P1，电解质膜11包含离聚物。即使减少第一部分Pl的离聚物量VI，由于电解质膜11包含的离聚物发挥修复功能用，因此与电解质膜11之间的紧贴力不会减少。因此，即使第一部分Pl的离聚物量Vl少于第三部分P3的离聚物量V3，也能够在保持与电解质膜11之间的紧贴力的状态下，减少催化剂层15整体的厚度。因此，根据该膜电极接合体10，能够起到减小厚度的效果。
[0043]另外，根据膜电极接合体10，当将催化剂层15的厚度设为D时，与气体扩散层18相接的第二层C2的厚度为0.05 -D以下，因此厚度减薄，相应地能够减少离聚物量，能够提高排水性。由此，第二层C2与气体扩散层18之间的含水量减少，气体扩散阻力降低，因此燃料电池的发电性能提高。如上所述，当由于使第三部分P3的离聚物量多于第二部分P2的离聚物量而减弱排水性时，能够抑制高温运转时的干燥，但是反之在低温运转时，水分会过度地滞留于气体扩散层，反而处于发电性能下降的倾向。因此，如上所述，使第二层C2的厚度为0.05.D以下来提高发电性能是有效的。
[0044]图5是表示第二层C2的厚度与气体扩散阻力之间的关系的曲线图。将单电池温度设为55°C，将阳极侧及阴极侧的露点温度设为60°C /60°C，作为阳极气体而以0.5L/min供给氢气，作为阴极气体而以1.0L/min供给1%氧和99%氮的混合气体，通过极限电流密度法来求出气体扩散阻力(单位:SeC/m)，由此得到了上述曲线图。根据该曲线图也可知，当第二层C2的厚度低于0.05.D时，气体扩散阻力为较低的值且稳定。
[0045]E.变形例:
[0046]另外，上述实施方式的构成要素中的、权利要求书的独立权利要求记载的要素以外的要素是附加性的要素，可以适当省略。另外，并不限于本发明的上述实施例和实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式实施，例如也能够进行如下的变形。
[0047]E-1.第一变形例:
[0048]在上述实施方式中，阴极催化剂层15和阳极催化剂层14都具有第一及第二层，但也可以是仅阴极催化剂层和阳极催化剂层中的任一方的催化剂层具有第一及第二层。在该情况下，不具有第一及第二层的催化剂层可以通过公知的方法来制作。例如，将包含铂、碳粒子、离聚物的催化剂形成浆料向电解质膜面上喷雾并使其干燥，由此来制作催化剂层。
[0049]E-2.第二变形例:
[0050]在上述实施方式中，设为在第二层C2中，随着从第三部分P3朝向第二部分P2而离聚物量从V3向V2逐渐减少，但是也可以取而代之而采用从第三部分P3到第二部分P2整体减少，但是在一部分存在增加的部位的结构。另外，设为在第一层Cl中，随着从第二部分P2朝向第一部分Pl而离聚物量从V2向Vl逐渐增加，但也可以取而代之而采用从第二部分P2到第一部分Pl整体增加，但是在一部分存在减少的部位的结构。此外，也可以取代离聚物量逐渐减少或增加的结构而采用使离聚物量逐级减少或增加的结构。总之，只要是第一部分Pl的离聚物量Vl多于第二部分P2的离聚物量V2且第三部分P3的离聚物量V3多于第一部分Pl的离聚物量Vl的结构即可。
[0051]E-3.第三变形例:
[0052]上述实施方式使用了铂作为催化剂，但并不限于此，能够采用促进电化学反应的各种催化剂。例如，可以采用铂、钒、钯等贵金属或者包含这样的贵金属的合金等。
[0053]E-4.第四变形例:
[0054]在上述实施方式中，使用了碳粒子作为担载催化剂的载体，但并不限于此，也可以采用导电性良好的各种材料。例如，可以采用不锈钢等金属。另外，不必非要使用载体，也可以通过催化剂和离聚物构成催化剂层。
[0055]本发明并不限于上述实施方式和变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，为了解决上述课题的一部分或全部，或者为了实现上述效果的一部分或全部，可以适当地对
【发明内容】
部分记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、变形例中的技术特征进行替换或组合。另外，上述实施方式及各变形例的构成要素中的、除了独立权利要求记载的要素以外的要素是附加性的要素，可以适当省略。
[0056]附图标记说明
[0057]L...单电池
[0058]10…膜电极接合体
[0059]11…电解质膜
[0060]12…阴极
[0061]13…阳极
[0062]14…阳极催化剂层
[0063]15…阴极催化剂层
[0064]16…阳极气体扩散层
[0065]18…阴极气体扩散层
[0066]20…分隔件
[0067]22…分隔件
[0068]30?34…贯通孔
[0069]150…碳粒子
[0070]152…催化剂(铂)
[0071]154…离聚物
[0072]156…空隙
[0073]CL...第一层
[0074]C2…第二层
[0075]Pl…第一部分
[0076]Vl…离聚物量
[0077]P2…第二部分
[0078]V2…离聚物量
[0079]P3…第三部分
[0080]V3…离聚物量
【主权项】
1.一种膜电极接合体，具备: 电解质膜； 催化剂层，形成于所述电解质膜的面上，并包含催化剂和离聚物；及 气体扩散层，形成于所述催化剂层的与所述电解质膜相反一侧的面上， 所述催化剂层具有与所述电解质膜相接的第一层和与所述气体扩散层相接的第二层，在所述第一层中与所述电解质膜相接的第一部分的离聚物量多于在所述第一层中与所述第二层相接的第二部分的离聚物量， 在所述第二层中与所述气体扩散层相接的第三部分的离聚物量多于所述第一部分的离聚物量。2.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其中， 当将所述催化剂层的厚度设为D时，所述第二层的厚度为0.05.D以下。3.一种燃料电池，具备权利要求1或2所述的膜电极接合体和夹持所述膜电极接合体的一对分隔件。
【专利摘要】本发明提供膜电极接合体及燃料电池，能够防止膜电极接合体整体的厚度增大。本发明的膜电极接合体具备：电解质膜；催化剂层，形成于上述电解质膜的面上，并包含催化剂和离聚物；及气体扩散层，形成于上述催化剂层的与上述电解质膜相反一侧的面上。上述催化剂层具有与上述电解质膜相接的第一层和与上述气体扩散层相接的第二层。上述第一层中与上述电解质膜相接的第一部分的离聚物量多于上述第一层中与上述第二层相接的第二部分的离聚物量。上述第二层中与上述气体扩散层相接的第三部分的离聚物量多于上述第一部分的离聚物量。
【IPC分类】H01M8/1004
【公开号】CN105609845
【申请号】CN201510770770
【发明人】滨野将人, 吉川大雄, 西田恒政
【申请人】丰田自动车株式会社
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年11月12日
【公告号】CA2909932A1, DE102015118426A1, US20160141695