CN102823041A - 膜电极组件制造装置和膜电极组件的制造方法 - Google Patents

膜电极组件制造装置和膜电极组件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种膜电极组件制造装置和膜电极组件的制造方法，所述膜电极组件制造装置可以在利用热辊方法的同时，制造出固体高分子电解质膜与催化剂层的粘接性高、不产生褶皱的高质量的膜电极组件。所述膜电极组件制造装置包括：预热单元，用于对在转印基材的一个面上承载有催化剂层而成的催化剂层承载基材（12）和固体高分子电解质膜（10）进行预热；热压接单元，用于对催化剂层承载基材（12）和固体高分子电解质膜（10）进行加热和加压，并形成一体化的接合部件（14）；和剥离单元，用于从接合部件（14）上剥离转印基材（16）。

Description

膜电极组件制造装置和膜电极组件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种膜电极组件（MEA：membrane-electrode assembly）制造装置和膜电极组件的制造方法。
背景技术
以往，作为膜电极组件的制造方法，提出了将催化剂层承载基材和固体高分子电解质膜用热压机等进行热压接后、再剥离转印基材的方法。
例如，在专利文献1中，公开了使用热压机的方法和使用热辊（热压辊）的方法。在上述使用热辊的方法中，使较长的固体高分子电解质膜与配置在其两侧的承载有催化剂层的较长的催化剂层承载基材进行接触，并用一对热压辊进行热压接，由此将固体高分子电解质膜与催化剂层接合为一体，之后使用一对剥离辊，将承载有催化剂层的转印基材从催化剂层上剥离。
另一方面，上述使用热压机的方法是，使用热压机将承载于催化剂层承载基材上的催化剂层转印到固体高分子电解质膜的方法。若比较上述两种方法，则使用热辊进行转印的方法，由于能连续进行催化剂层转印到固体高分子电解质膜，所以与使用热压机进行转印的方法相比，能够提高制造速度。
上述使用热辊进行转印的方法，由于对上述膜电极组件进行热压接的时间短，因此存在固体高分子电解质膜与催化剂层的粘接较弱的问题。对于该问题，在专利文献2中，在通过热辊进行热压接之前，利用预热加热器将固体高分子电解质膜预热，并进行热压接，由此制作了粘接强度高的膜电极组件。另外，通过事先对承载有催化剂层的转印基材进行冷却，而且热压接后也同样对膜电极组件进行冷却，从而降低转印基材与催化剂层的剥离强度，并进行更好的转印。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-64574号公报
专利文献2：日本特开2001-196070号公报
发明内容
然而，一般的固体高分子电解质膜通过加热，伸长率变得非常大。经热压接已被伸长的固体高分子电解质膜和催化剂层承载基材，因不再受到加热而在外部气体的冷却下发生收缩。由于固体高分子电解质膜和催化剂层承载基材因热所致的伸长率不同，所以因收缩差而产生褶皱。若冷却后从固体高分子电解质膜和催化剂层承载基材成为一体化后的接合部件上剥离催化剂层承载基材时，则确认出在固体高分子电解质膜上产生了褶皱。
特别是在将一般的固体高分子电解质膜加热到软化温度（比玻璃化转变温度低30度以上至50度以下左右的温度）以上的情况下，伸长率变得非常大。在包括预热单元的制造装置的情况下，预热时固体高分子电解质膜和催化剂层承载基材会伸长，并确认出因伸长率之差而在所制造的膜电极组件上产生褶皱。在膜电极组件上产生褶皱对其后的制造工序带来不良影响，并使膜电极组件的质量下降。
本发明是鉴于上述观点而做出的，其目的在于提供一种膜电极组件制造装置和膜电极组件的制造方法，所述膜电极组件制造装置可以在利用热辊方法的同时，制造出固体高分子电解质膜与催化剂层的粘接性高、不产生褶皱的高质量的膜电极组件。
作为用于解决上述课题的方法，技术方案1所述的发明是一种膜电极组件制造装置，其是对由催化剂层和固体高分子电解质膜构成的膜电极组件进行制造的膜电极组件制造装置，其特征在于，包括：预热单元，用于对在转印基材的一个面上承载有所述催化剂层而成的催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行预热；热压接单元，用于对所述催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行加热和加压，而形成一体化的接合部件；和剥离单元，用于从所述接合部件上剥离所述转印基材。
另外，技术方案2所述的发明是技术方案1所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，还包括温度调节单元，用于在从所述接合部件上剥离所述转印基材之前，对所述接合部件进行温度调节。
另外，技术方案3所述的发明是技术方案2所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，所述剥离单元是使所述转印基材与所述膜电极组件沿大致相反的方向移动，并从所述接合部件上剥离所述转印基材的单元。
另外，技术方案4所述的发明是技术方案3所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，所述剥离单元是兼用作所述温度调节单元的单元。
另外，技术方案5所述的发明是技术方案4所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，所述预热单元是在使所述催化剂层承载基材与所述固体高分子电解质膜相接触的状态下进行预热的单元。
另外，技术方案6所述的发明是技术方案5所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，所述剥离单元是从所述接合部件的两个面上剥离所述转印基材的单元。
另外，技术方案7所述的发明是技术方案1所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，所述预热单元由第一预热单元所构成，所述第一预热单元用于在使所述催化剂层承载基材与所述固体高分子电解质膜相接触的状态下预热至所述固体高分子电解质膜的软化温度以下。
另外，技术方案8所述的发明是技术方案7所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，所述热压接单元由第一热压接单元和第二热压接单元所构成，所述第一热压接单元用于在所述固体高分子电解质膜的软化温度的附近，对所述催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行加热和加压，而形成所述催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行一体化后的接合部件前体；所述第二热压接单元用于在所述固体高分子电解质膜的玻璃化转变温度附近的温度下，对所述接合部件前体进行加热和加压，并形成接合部件。
另外，技术方案9所述的发明是技术方案8所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，还包括第二预热单元，用于将所述接合部件前体预热到所述固体高分子电解质膜的玻璃化转变温度以上至热分解温度以下的温度。
另外，技术方案10所述的发明是一种膜电极组件的制造方法，其是对由催化剂层和固体高分子电解质膜构成的膜电极组件进行制造的膜电极组件制造方法，其特征在于，包括：预热工序，用于对在转印基材的一个面上承载有所述催化剂层而成的催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行预热；热压接工序，用于对所述催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行加热和加压，而形成一体化的接合部件；和剥离工序，用于从所述接合部件上剥离所述转印基材。
另外，技术方案11所述的发明是技术方案10所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，还包括温度调节工序，用于在从所述接合部件上剥离所述转印基材之前，对所述接合部件进行温度调节。
另外，技术方案12所述的发明是技术方案11所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，所述剥离工序是使所述转印基材与所述膜电极组件沿大致相反的方向移动，并从所述接合部件上剥离所述转印基材的工序。
另外，技术方案13所述的发明是技术方案12所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，所述剥离工序是兼用作所述温度调节工序的工序。
另外，技术方案14所述的发明是技术方案13所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，所述预热工序是在使所述催化剂层承载基材与所述固体高分子电解质膜相接触的状态下进行预热的工序。
另外，技术方案15所述的发明是技术方案14所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，所述剥离工序是从所述接合部件的两个面上剥离所述转印基材的工序。
另外，技术方案16所述的发明是技术方案10所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，所述预热工序由第一预热工序构成，所述第一预热工序用于在使所述催化剂层承载基材与所述固体高分子电解质膜相接触的状态下预热到所述固体高分子电解质膜的软化温度以下。
另外，技术方案17所述的发明是技术方案16所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，所述热压接工序由第一热压接工序和第二热压接工序构成，所述第一热压接工序用于在所述固体高分子电解质膜的软化温度的附近，对所述催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行加热和加压，而形成所述催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行一体化后的接合部件前体；所述第二热压接工序用于在所述固体高分子电解质膜的玻璃化转变温度附近的温度下，对所述接合部件前体进行加热和加压，并形成接合部件。
另外，技术方案18所述的发明是技术方案17所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，还包括第二预热工序，所述第二预热工序用于在所述第一热压接工序之后，将所述接合部件前体预热到所述固体高分子电解质膜的玻璃化转变温度以上至热分解温度以下的温度。
根据本发明的膜电极组件制造装置和膜电极组件制造方法，将催化剂层承载基材和固体高分子电解质膜进行预热，并使固体高分子电解质膜和催化剂层伸长后进行热压接，由此能够防止在膜电极组件上形成褶皱。而且，能够提高固体高分子电解质膜与催化剂层的粘接强度，在剥离转印基材时能够防止催化剂层从固体高分子电解质膜上剥离。
进而，在从接合部件上剥离转印基材之前，通过对接合部件的温度进行调节，由此即使在热压接后，接合部件被外部气体冷却，也能够防止在膜电极组件上形成褶皱的同时，能够提高固体高分子电解质膜与催化剂层的粘接强度，在剥离转印基材时能够防止催化剂层从固体高分子电解质膜上剥离。
另外，根据本发明的膜电极组件制造装置和膜电极组件的制造方法，将对催化剂层承载基材和固体高分子电解质膜进行加热的预热工序分为两步，其中夹有预压接工序，由此能够制作出无褶皱的接合部件前体。之后进行预热2，再进行热压接，由此能够防止在膜电极组件上形成褶皱的同时，能够制作出固体高分子电解质膜与催化剂层的高粘接强度的接合部件。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的膜电极组件制造装置的示意图。
图2是本发明第二实施方式的膜电极组件制造装置的示意图。
图3（a）是膜电极组件的示意图，图3（b）是接合部件的示意图。
图4是本发明第一实施方式的膜电极组件的制造工序图。
图5是本发明第二实施方式的膜电极组件的制造工序图。
图6是本发明第一实施方式的膜电极组件制造装置的变形例的结构示意图。
图7是本发明第二实施方式的膜电极组件制造装置的变形例的结构示意图。
具体实施方式
（膜电极组件制造装置）
接下来，说明本发明的一个实施方式。此外，本发明的实施方式并不限于以下所记载的实施方式，也可以基于本领域技术人员的知识加以设计方面的变更等变形，进行了这种变形的实施方式也包含在本发明实施方式的范围中。
图1是用于说明本发明第一实施方式的膜电极组件制造装置20的示意图。膜电极组件制造装置20包括：开卷辊22，用于释放固体高分子电解质膜10；一对张力除去辊24，用于除去所释放的固体高分子电解质膜10的张力；开卷辊26，用于释放在一个面上承载有催化剂层的催化剂层承载基材12；预热加热器28，用于在使固体高分子电解质膜10与接触该固体高分子电解质膜10的催化剂层承载基材12相接触的状态下进行预热；一对热压辊30，用于对固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12进行加热和加压，并制成接合部件14；温度调节加热器44，用于对接合部件14进行温度调节；剥离辊36，用于从接合部件14上剥离转印基材16；剥离角度设定辊38，用于设定转印基材16的剥离角度；收卷辊42，用于卷取转印基材16；和收卷辊40，用于卷取剥离转印基材16而成的膜电极组件18。
图2是用于说明本发明第二实施方式的膜电极组件制造装置20的示意图。膜电极组件制造装置20包括：开卷辊22，用于释放固体高分子电解质膜10；一对张力除去辊24，用于除去所释放的固体高分子电解质膜10的张力；开卷辊26，用于释放在一个面承载有催化剂层的催化剂层承载基材12；预热加热器27，用于在使固体高分子电解质膜10与接触该固体高分子电解质膜10的催化剂层承载基材12相接触的状态下，预热至软化温度以下；一对预压辊29，用于对固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12进行加热和加压，并制成接合部件前体13；预热加热器28，用于使接合部件前体13升温至玻璃化转变温度以上、且热分解温度以下；一对热压辊30，用于对接合部件前体13进行加热加压，并制成接合部件14；温度调节加热器44，用于对接合部件14进行温度调节；剥离辊36，用于从接合部件14上剥离转印基材16；剥离角度设定辊38，用于设定转印基材16的剥离角度；收卷辊42，用于卷取转印基材16；和收卷辊40，用于卷取剥离转印基材16而成的膜电极组件18。
图2（a）是膜电极组件18的示意图。另外，图2（b）是接合部件14的示意图。如图2（a）所示，膜电极组件18由固体高分子电解质膜10和在其两个面设置的催化剂层50构成。膜电极组件18是通过如下方式形成的：如图2（b）所示，在固体高分子电解质膜10的两个面上，将催化剂层承载基材12的承载有催化剂层的面贴合在固体高分子电解质膜10一侧，而形成接合部件14，之后，再剥离转印基材16。
固体高分子电解质膜10是在湿润状态下显示出良好的质子导电性的高分子材料。催化剂层承载基材12是在转印基材16的一个面上形成了催化剂层50，所述催化剂层50是通过承载了由铂或铂与其他金属的合金所构成的催化剂的粉末碳和树脂而形成的。
以下，虽然列举了构成固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12的材料的具体例，但本发明并不限于这些例子。
作为构成固体高分子电解质膜10的高分子材料，具体而言，可以使用氟类高分子电解质、烃类高分子电解质。作为氟类高分子电解质，例如，可以使用杜邦公司制造的Nafion（注册商标）、旭硝子株式会社制造的Flemion（注册商标）、旭化成株式会社制造的Aciplex（注册商标）、戈尔公司制造的Gore Select（注册商标）等。作为烃类高分子电解质膜，可以使用磺化聚醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚醚醚砜、磺化聚硫化物、磺化聚苯等电解质膜。其中，作为高分子电解质膜，可以优选使用杜邦公司制造的Nafion（注册商标）系材料。作为烃类高分子电解质膜，可以使用磺化聚醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚醚醚砜、磺化聚硫化物、磺化聚苯等电解质膜。
固体高分子电解质膜10的厚度形成为10μm以上至300μm以下的程度。
作为构成催化剂层50的树脂，可以使用与上述高分子材料相同的树脂。
另外，作为构成催化剂层50的催化剂，除了可以使用铂、钯、钌、铱、铑、锇这样的铂族元素以外，还可以使用铁、铅、铜、铬、钴、镍、锰、钒、钼、镓、铝等金属或者铂与它们的合金、或它们的氧化物、复合氧化物等。其中，更优选铂、铂合金。另外，若催化剂的粒径过大，则催化剂的活性降低，若粒径过小，则催化剂的稳定性降低，因此，催化剂的粒径优选为0.5nm以上至20nm以下。
另外，作为构成催化剂层50的粉末碳，只要是微粒状、具有导电性、且不侵入催化剂，就没有特别限定。具体而言，可以使用碳黑、石墨、黑铅、活性炭、碳纤维、碳纳米管、富勒烯等。粉末碳的粒径，可优选使用10nm以上至100nm以下的比催化剂更小的粒径。
转印基材16只要在其表面能够形成催化剂层50、并且能够将已形成的催化剂层50转印到固体高分子电解质膜10上即可，对其没有特别限定，例如，转印基材16可以使用聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙二酰脲芳族聚酰胺、聚酰胺（尼龙）、聚砜、聚醚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等高分子膜。另外，还可以使用乙烯四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚四氟乙烯等耐热性的氟树脂。
张力除去辊24以与因热压辊30的旋转所致的固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12的输送速度同步的方式，进行旋转。而且，在用热压辊30进行热压接时，不使张力作用于固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12。通过这样操作，能够抑制在热压接时的固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12的变形。另外，张力除去辊24还具有使固体高分子电解质膜10与催化剂层承载基材12相接触的功能。
预热加热器27在使固体高分子电解质膜10与催化剂层承载基材12相接触的状态下，能够加热到在固体高分子电解质膜10的软化温度以下的60度以上至120度以下的范围内所设定的温度。
一对预压辊29为，在两个预压辊29的内部设置有用于加热表面的加热器31B。另外，在一个预压辊29上，安装有使压力作用于预压辊之间的加压装置32B。对加热器31B进行调节，以使预压辊29的表面处于受到加压的固体高分子电解质膜10的软化温度附近的60度以上至120度以下的范围内。另外，对加压装置32B进行调节，以使作用于热压辊29之间的压力处于10MPa以上至100MPa以下的范围内。预压辊29形成如图2所示的能够上下同时加热的方式。于是，在使固体高分子电解质膜10与催化剂层承载基材12相接触的状态下，通过预热加热器27进行预热，并通过预压辊29进行预压接，从而能够将催化剂层50和固体高分子电解质膜10制成无褶皱的具有稳定形状的接合部件前体13。
预热加热器28能够将接合部件前体13，加热到在固体高分子电解质膜10的玻璃化转变温度以上至热分解温度以下、具体为80度以上至140度以下的范围内所设定的温度。
一对热压辊30为，在两个热压辊30的内部设置有用于加热表面的加热器31。另外，在一个热压辊30上，安装有使压力作用于热压辊之间的加压装置32。对加热器31进行调节，以便处于受到加压的固体高分子电解质膜10的玻璃化转变温度附近的80度以上至140度以下的范围内。另外，对加压装置32进行调节，以使作用于热压辊30之间的压力处于10MPa以上至100MPa以下的范围内。热压辊30形成如图1、图2所示的能够上下同时加热的方式。于是，在使固体高分子电解质膜10与催化剂层承载基材12相接触的状态下，通过预热加热器27或28进行预热，并通过热压辊30进行热压接，从而能够使催化剂层50与固体高分子电解质膜10的粘接强度提高。
温度调节加热器44是将接合部件14调节到在60度以上至120度以下的范围内所设定的温度。另外，温度调节加热器44能够将温度调节到比热压接的温度低20度左右的温度。
对剥离辊36、剥离角度设定辊38的位置、直径进行调节，以便能够将通过剥离辊36进行剥离的转印基材16与膜电极组件18沿大致相反的方向移动。例如，以剥离辊36的直径为30mm以下、所剥离的转印基材16与膜电极组件18的角度大致为180度的方式，进行调节。
（膜电极组件的制造方法）
接下来，对通过本实施方式的膜电极组件制造装置20制造的膜电极组件18的各工序进行说明。
图4是列举出膜电极组件18的制造工序的第一实施方式的制造工序图。另外，图5是列举出膜电极组件18的制造工序的第二实施方式的制造工序图。在膜电极组件18的制造中，首先，通过张力除去辊24，使得从开卷辊22中释放的固体高分子电解质膜10以及从开卷辊26中释放的催化剂层承载基材12相接触，并且除去张力。在使已被除去张力的固体高分子电解质膜10与催化剂层承载基材12相接触的状态下，通过预热加热器27进行预热（工序S10）。在60度以上至120度以下的范围内所设定的温度下，进行该预热。另外，以下也将工序S10的预热记作预热工序或预热工序1。
固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12的预热，是在通过张力除去辊24使两者接触的状态下进行的。此时，将相互接触的固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12输送到预热加热器28的内部。在使固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12相接触的状态下进行预热，是为了使固体高分子电解质膜10与承载在催化剂层承载基材12上的催化剂层50进行粘合，并提高固体高分子电解质膜10与催化剂层50的粘接强度，从而无褶皱地进行贴合。
其次，已被预热后的固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12，在直接相互接触的状态下由具有加热器31B和加压装置32B的预压辊29进行加热和加压（热压）。已被加热、加压后的固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12，形成接合部件前体13（工序S11）。此外，在本实施方式中，也将工序S11的热压记作预压接。预压接是在与预热工序1的设定温度相同的温度（60度以上至120度以下）范围内所设定的温度下进行的。加压是在10MPa以上至100MPa以下的范围内所设定的压力下进行的。其理由是，由于如果以低于预热工序1的温度进行预压接，则在后面的工序中，在固体高分子电解质膜10和催化剂层50上会产生褶皱，因而无法制作膜电极组件。而且，也是由于在高于预热工序1的温度范围的温度下，固体电解质膜因热而变形，并产生褶皱。对于预压接的加压，在压力比10MPa以上至100MPa以下的范围更低的情况下，粘接力不足而无法制作接合部件前体13，在比10MPa以上至100MPa以下的压力范围更高的情况下，接合部件前体13因高压力而发生劣化。
接着，接合部件前体13被预热加热器28加热到固体高分子电解质膜10的玻璃化转变温度以上、至热分解温度以下的温度（工序S12）。玻璃化转变温度以上至热分解温度以下的具体温度为，在80度以上至140度以下的范围内所设定的温度。另外，也将工序S12的预热记作预热工序2。通过进行工序S12，能够使固体高分子电解质膜10与催化剂层50的粘接强度提高。
然后，已被预热的处于接触状态的固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12、或者接合部件前体13，由热压辊30进行加热和加压（热压），并形成接合部件14（工序S13）。此外，在本实施方式中，也将工序S13的热压记作热压接。热压接是在80度以上至140度以下的范围内所设定的温度、且在10MPa以上至100MPa以下的范围内所设定的压力下进行的。在低于上述范围的温度下，固体高分子电解质膜10与催化剂层50的结合较差，无法制作膜电极组件，而在高于上述范围的温度下，固体电解质膜因热而变形，并发生劣化。另外，关于压力也是同样的，在压力低于上述范围的情况下，无法制作膜电极组件，而在压力高于上述范围的情况下，膜电极组件因高压力而发生劣化。
接合部件14由温度调节加热器44调节到比热压接的温度低20度左右的温度（工序S14）。然后，通过剥离辊36，从接合部件14上剥离转印基材16（工序S15）。通过以上的工序，可制作膜电极组件18。此外，将所完成的膜电极组件18卷绕在收卷辊42上，并将剥离下来的转印基材16卷绕在收卷辊40上。
根据以上说明的本实施方式的膜电极组件制造装置20和膜电极组件的制造方法，在将固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12进行热压之前，利用张力除去辊24使固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12预先进行接触，之后，通过预热加热器27进行预热，由此能够提高固体高分子电解质膜10与催化剂层50的粘接强度。
特别是通过预热加热器27预热至固体高分子电解质膜10的软化温度以下，并通过预压辊29进行预压接，能够将固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12加工成无褶皱的接合部件前体13。进而，通过预热加热器28，将接合部件前体13加热到固体高分子电解质膜10的玻璃化转变温度以上、至热分解温度以下的温度，并用热压辊30进行压接，由此能够制作出固体高分子电解质膜10与催化剂层50之间的粘接较强的接合部件14。
另外，通过温度调节加热器44对催化剂层承载基材12进行温度调节之后，再进行从接合部件14中剥离转印基材16，由此能够防止因外部气体等的冷却而产生的膜电极组件18的褶皱。
特别是通过温度调节加热器44，将催化剂层承载基材12调节到比热压辊30低20度的温度后，再进行从接合部件14中剥离转印基材16，由此能够防止因外部气体等的冷却而产生的膜电极组件18的褶皱。
另外，通过使剥离辊36的直径为30mm以下，同时使转印基材16与膜电极组件18具有大致180度的角度，由此能够使转印基材16的剥离性提高，并能够制造具有良好形状的膜电极组件18。
在作为本实施方式的膜电极组件制造装置20中，虽然通过张力除去辊24使催化剂层承载基材12与固体高分子电解质膜10相接触，并进行预热，但是也可以对各个催化剂层承载基材12和固体高分子电解质膜10，分别进行该预热。但在本实施方式中，优选如图1、图2所示，在催化剂层承载基材12与固体高分子电解质膜10相接触的状态下进行预热。此外，在图1、图2中，虽然在使固体高分子电解质膜10与催化剂层承载基材12相接触的状态下，从两个面进行预热，但是也可以在使固体高分子电解质膜10与催化剂层承载基材12相接触的状态下，仅从一个面进行预热。
另外，在作为本实施方式的膜电极组件制造装置20中，由于预热加热器27的设定温度是根据固体高分子电解质膜10、催化剂层承载基材12的材料而确定的，所以根据情况，并不限于上述的在60度以上至120度以下的范围内所设定的温度，只要适当设定与固体高分子电解质膜10、催化剂层承载基材12的材料相适应的温度即可。但是，预热加热器27的设定温度更优选为，固体高分子电解质膜10的软化温度以下。
另外，在作为本实施方式的膜电极组件制造装置20中，由于预热加热器28的设定温度是根据固体高分子电解质膜10、催化剂层承载基材12的材料而确定的，所以根据情况，并不限于上述的在80度以上至140度以下的范围内所设定的温度，只要适当设定与固体高分子电解质膜10、催化剂层承载基材12的材料相适应的温度即可。但是，预热加热器28的设定温度更优选为，固体高分子电解质膜10的玻璃化转变温度以上至热分解温度以下。
另外，在作为本实施方式的膜电极组件制造装置20中，由于预压辊29的表面温度或压力是根据固体高分子电解质膜10、催化剂层承载基材12的材料而确定的，所以根据情况，并不限于上述的在60度以上至120度以下的范围内所设定的温度、或者在10MPa以上至100MPa以下的范围内所设定的压力，只要适当设定与固体高分子电解质膜10、催化剂层承载基材12的材料相适应的温度或压力即可。但是，预压辊29的表面温度更优选为，固体高分子电解质膜10的软化温度的附近。
另外，在作为本实施方式的膜电极组件制造装置20中，由于热压辊30的表面温度或压力是根据固体高分子电解质膜10、催化剂层承载基材12的材料而确定的，所以根据情况，并不限于上述的在80度以上至140度以下的范围内所设定的温度、或者在10MPa以上至100MPa以下的范围内所设定的压力，只要适当设定与固体高分子电解质膜10、催化剂层承载基材12的材料相适应的温度或压力即可。但是，热压辊30的表面温度更优选为，固体高分子电解质膜10的玻璃化转变温度的附近。
另外，在作为本实施方式的膜电极组件制造装置20中，虽然通过温度调节加热器44对接合部件14进行了温度调节，但也可以通过缩短热压辊30与剥离辊36的输送时间，从而使接合部件14保持为原来的较高温度。另外，在图1、图2中，虽然从接合部件14的两个面进行温度调节，但也可以仅从一个面进行温度调节。
另外，在作为本实施方式的膜电极组件制造装置20中，虽然将剥离辊36的直径设定为30mm以下，但根据催化剂层50与转印基材16的粘接强度以及催化剂层与固体高分子电解质膜10的粘接强度的大小，也可以使用直径大于30mm的剥离辊。
另外，在作为本实施方式的膜电极组件制造装置20中，虽然可以进行调节以使得通过剥离辊36进行剥离的转印基材16与膜电极组件18具有大致为180度的角度，但考虑到转印基材16的剥离性，也可以进行调节以使其成为180度以外的角度。
另外，在作为本实施方式的膜电极组件制造装置20中，虽然通过温度调节加热器44调节了接合部件14的温度，但也可以在剥离辊36的内部安装加热器，在进行温度调节的同时进行剥离。
另外，只要作为本实施方式的膜电极组件制造装置20至少包括预热单元、热压接单元和剥离单元即可，所述预热单元对催化剂层承载基材12和固体高分子电解质膜10进行预热（例如，预热加热器27就相当于预热单元）；所述热压接单元用于形成接合部件14（例如，热压辊30就相当于热压接单元）；所述剥离单元用于从接合部件14上剥离转印基材16（例如，剥离辊36就相当于剥离单元）。
进而，为了进一步表现出本发明的效果，可以在这些结构上，单独追加或者组合追加多个如下的单元：即、对接合部件14进行温度调节的温度调节单元（例如，温度调节加热器44就相当于温度调节单元）；形成接合部件前体13的第一热压接单元（例如，预压辊29就相当于第一热压接单元）；对接合部件前体13进行预热的第二预热单元（例如，预热加热器28就相当于第二预热单元）等。
（变形例）
虽然在作为本实施方式的膜电极组件制造装置20中，已制造出在固体高分子电解质膜10的一个面上接合催化剂层50而成的膜电极组件18，但也可以制造出在固体高分子电解质膜10的两个面上接合催化剂层50而成的膜电极组件18B。
图6、图7分别是用于说明第一实施方式、第二实施方式的膜电极组件制造装置20的变形例即膜电极组件制造装置20B的示意图。如图所示，膜电极组件制造装置20B为，通过张力除去辊24，使得从开卷辊22释放的固体高分子电解质膜10与从两个开卷辊26A、26B释放的两片催化剂层承载基材12A、12B相接触，并且除去张力。
接着，通过预热加热器27，对进行接触的固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12A、12B进行预热，并通过具有加热器31和加压装置32的热压辊30进行热压接。
或者，通过预热加热器27，将进行接触的固体高分子电解质膜10和催化剂层承载基材12A、12B预热至软化温度以下，再通过具有加热器31D和加压装置32D的预压辊29进行预压接，并形成接合部件前体13B。之后，通过预热加热器28，将接合部件前体13B加热到固体高分子电解质膜10的玻璃化转变温度以上至热分解温度以下的温度。通过具有加热器31C和加压装置32C的热压辊30，对已被加热的接合部件前体13B进行热压接。
通过温度调节加热器44，将利用热压接进行接合的接合部件14B调节到比热压辊30低20度的温度。之后，通过两个剥离辊36A、36B与两个剥离角度设定辊38A、38B，将转印基材16A、16B从接合部件14B上剥离，制作成在固体高分子电解质膜10的两个面上接合有催化剂的膜电极组件18B。此外，将膜电极组件18B卷绕在收卷辊40上，并将两片转印基材16A、16B分别卷绕在收卷辊42A、42B 上。
根据以上说明的变形例的膜电极组件制造装置20B，能够制造出将催化剂层50以良好的形状接合在固体高分子电解质膜10的两个面上的膜电极组件18B。
工业可利用性
本发明能够有效地制造具有优异质量的膜电极组件（MEA）。
附图标记说明
10：固体高分子电解质膜
12、12A、12B：催化剂层承载基材
13、13B：接合部件前体
14、14B：接合部件
16、16A、16B：转印基材
18、18B：膜电极组件
20、20、20B：膜电极组件制造装置
22：开卷辊
24：张力除去辊
26、26A、26B：开卷辊
27、28：预热加热器
29：预压辊
30：热压辊
31、31B、31C、31D：加热器
32、32B、32C、32D：加压装置
36、36A、36B：剥离辊
38、38A、38B：剥离角度设定辊
40：收卷辊
42、42A、42B：收卷辊
44：温度调节加热器
50：催化剂层

Claims (18)

1.一种膜电极组件制造装置，其用于制造由催化剂层和固体高分子电解质膜构成的膜电极组件，所述膜电极组件制造装置的特征在于，包括：
预热单元，用于对在转印基材的一个面上承载有所述催化剂层而成的催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行预热；
热压接单元，用于对所述催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行加热和加压而形成一体化的接合部件；
剥离单元，用于从所述接合部件上剥离所述转印基材。
2.如权利要求1所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，还包括：
温度调节单元，用于在从所述接合部件上剥离所述转印基材之前，对所述接合部件进行温度调节。
3.如权利要求2所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，
所述剥离单元是使所述转印基材与所述膜电极组件沿大致相反的方向移动，并从所述接合部件上剥离所述转印基材的单元。
4.如权利要求3所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，
所述剥离单元是兼用作所述温度调节单元的单元。
5.如权利要求4所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，
所述预热单元是在使所述催化剂层承载基材与所述固体高分子电解质膜相接触的状态下进行预热的单元。
6.如权利要求5所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，
所述剥离单元是从所述接合部件的两个面上剥离所述转印基材的单元。
7.如权利要求1所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，
所述预热单元由第一预热单元所构成，所述第一预热单元用于在使所述催化剂层承载基材与所述固体高分子电解质膜相接触的状态下，预热到所述固体高分子电解质膜的软化温度以下。
8.如权利要求7所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，
所述热压接单元由第一热压接单元和第二热压接单元所构成，所述第一热压接单元用于在所述固体高分子电解质膜的软化温度的附近，对所述催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行加热和加压而形成所述催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行一体化后的接合部件前体；所述第二热压接单元用于在所述固体高分子电解质膜的玻璃化转变温度附近的温度下，对所述接合部件前体进行加热和加压而形成接合部件。
9.如权利要求8所述的膜电极组件制造装置，其特征在于，还包括：
第二预热单元，用于将所述接合部件前体预热到所述固体高分子电解质膜的玻璃化转变温度以上至热分解温度以下的温度。
10.一种膜电极组件的制造方法，其用于制造由催化剂层和固体高分子电解质膜构成的膜电极组件，其特征在于，包括：
预热工序，用于对在转印基材的一个面上承载有所述催化剂层而成的催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行预热；
热压接工序，用于对所述催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行加热和加压而形成一体化的接合部件；
剥离工序，用于从所述接合部件上剥离所述转印基材。
11.如权利要求10所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，还包括：
温度调节工序，用于在从所述接合部件上剥离所述转印基材之前，对所述接合部件进行温度调节。
12.如权利要求11所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，
所述剥离工序是使所述转印基材与所述膜电极组件沿大致相反的方向移动，并从所述接合部件上剥离所述转印基材的工序。
13.如权利要求12所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，
所述剥离工序是兼用作所述温度调节工序的工序。
14.如权利要求13所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，
所述预热工序是在使所述催化剂层承载基材与所述固体高分子电解质膜相接触的状态下进行预热的工序。
15.如权利要求14所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，
所述剥离工序是从所述接合部件的两个面上剥离所述转印基材的工序。
16.如权利要求10所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，
所述预热工序由第一预热工序构成，所述第一预热工序用于在使所述催化剂层承载基材与所述固体高分子电解质膜相接触的状态下，预热到所述固体高分子电解质膜的软化温度以下。
17.如权利要求16所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，
所述热压接工序由第一热压接工序和第二热压接工序构成，所述第一热压接工序用于在所述固体高分子电解质膜的软化温度的附近，对所述催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行加热和加压，而形成所述催化剂层承载基材和所述固体高分子电解质膜进行一体化后的接合部件前体；所述第二热压接工序用于在所述固体高分子电解质膜的玻璃化转变温度附近的温度下，对所述接合部件前体进行加热和加压，并形成接合部件。
18.如权利要求17所述的膜电极组件的制造方法，其特征在于，还包括：
第二预热工序，所述第二预热工序用于在所述第一热压接工序之后，将所述接合部件前体预热到所述固体高分子电解质膜的玻璃化转变温度以上至热分解温度以下的温度。
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