CN105264702A - 用于增强电解质膜的制造方法和制造增强电解质膜的制造设备 - Google Patents

用于增强电解质膜的制造方法和制造增强电解质膜的制造设备 Download PDF

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Abstract

在制造设备(100)中，带状电解质聚合物(1)在被布置到背板(1b)的状态下被输送。第一增强膜(2)在被布置到背板(2b)的状态下被输送，并且在第一粘着部(31)中与带状电解质聚合物(1)粘着。在第一热压结合部(32)中，带状电解质聚合物(1)和第一增强膜(2)被热压缩。此时，熔融电解质聚合物到达第一增强膜(2)及其背板(2b)之间，并且在第一增强膜(2)及其背板(2b)之间的第一粘合度变得高于在带状电解质聚合物(1)及其背板(1b)之间的第二粘合度。第一剥离部(33)在这种状态下从带状电解质聚合物(1)剥离背板(1b)。

Description

用于增强电解质膜的制造方法和制造增强电解质膜的制造设备
技术领域
本发明涉及一种用于增强电解质膜的制造方法和一种制造增强电解质膜的制造设备。
背景技术
作为已经被用于固体聚合物型燃料电池(在下文中，简单地称作“燃料电池”)的电解质膜，在其中结合多孔增强部件的增强电解质膜是已知的(以下示出的日本专利申请公报No.2008-004344(JP2008-004344A)和日本专利申请公报No.2008-277288(JP2008-277288A))。根据JP2008-004344A的技术，在被输送以粘着到彼此的两片带状多孔增强膜的汇合处，电解质树脂在两个多孔增强膜之间流动并且膜被压接，因此增强电解质膜得以制造。根据JP2008-277288A的技术，带状电解质膜被从正被输送的带状增强膜的两个表面叠置并且这些带状电解质膜被热压结合，因此，增强电解质膜得以制造。
现在，当在纵向方向上输送带状部件时，所谓的颈缩可能发生，其中当拉伸应力在输送方向上被施加到带状部件时，带状部件在宽度方向上收缩并且变形。在增强电解质膜的制造步骤中，当在带状部件诸如电解质膜或者增强部件的输送期间发生这种颈缩时，带状部件的强度功能劣化，并且增强电解质膜和使用增强电解质膜的燃料电池的耐久性很可能劣化。如果在输送期间被施加带状部件的拉伸应力受到控制以抑制颈缩的发生，则很可能输送控制变得复杂并且设备变得昂贵。
因此，在增强电解质膜的制造步骤中，仍然存在改进带状部件诸如电解质膜和增强部件的输送方法的空间。除了以上之外，在增强电解质膜的传统制造步骤中，已经要求了步骤的便利性和简化、更低的成本、资源节约、装置小型化和操纵性质的改进。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种用于增强电解质膜的制造方法，该增强电解质膜被用在燃料电池中，并且具有布置在其内部的多孔增强部件。该制造方法包括：(a)步骤，将带状电解质聚合物在布置在第一背板的表面上的状态下在作为输送方向的所述带状电解质聚合物的纵向方向上输送，其中所述带状电解质聚合物是第一电解质聚合物的带状体；(b)步骤：将第一带状增强部件在布置在第二背板的表面上的状态下在所述输送方向上输送，并且将所述第一带状增强部件布置在所述带状电解质聚合物的表面上，其中所述第一带状增强部件是带状体；和(c)步骤，在所述步骤(b)之后，在利用存在于第二背板和第一带状增强部件之间的第二电解质聚合物使得所述第二背板和所述第一带状增强部件之间的第一粘合度高于所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的第二粘合度的状态下，从所述带状电解质聚合物剥离所述第一背板。根据该制造方法，通过使用第一背板和第二背板，在输送期间带状电解质聚合物和带状增强部件能够受到保护。此外，第一背板从带状电解质聚合物的剥离变得容易，并且伴随剥离的输送故障的发生能够受到抑制。
步骤(c)可以包括使得在第二背板和第一带状增强部件之间的第一粘合度高于在第一背板和带状电解质聚合物之间的第二粘合度的步骤，其中通过经由第一背板和第二背板热压结合带状电解质聚合物和第一带状增强部件，形成带状电解质聚合物的第一电解质聚合物被含浸在第一带状增强部件内部并且使第一电解质聚合物到达在第二背板和第一带状增强部件之间的界面，从而第一电解质聚合物功能用作第二电解质聚合物。即，第一电解质聚合物可以是第二电解质聚合物。根据该制造方法，由于结合带状电解质聚合物和第一带状增强部件的热压结合步骤，在第一带状增强部件和第二背板之间的第一粘合度能够增加，因此，能够方便此后执行的第一背板从带状电解质聚合物的剥离。
该制造方法可以进一步包括(d)步骤：在第一背板被剥离的带状电解质聚合物的表面上布置并且热压结合第二带状增强部件。根据该制造方法，能够获得在带状电解质聚合物的两个表面上引入带状增强部件的增强电解质膜。
在上述步骤(c)之前，在第一带状增强部件和第二背板之间的第一粘合度可以低于在带状电解质聚合物和第一背板之间的第二粘合度。根据该制造方法，当第二背板被布置在第一带状增强部件的表面上时，无需将其间的粘合度设定为是高的，因此，第二背板能够被容易地布置于第一带状增强部件。
在上述步骤(a)之前，将所述第一带状增强部件布置在用于输送的第三背板的表面上，所述第三背板具有比上述步骤(c)中的热压结合温度低的耐热温度，上述步骤(a)可以包括如下步骤：用具有比上述步骤(c)中的热压结合温度高的耐热温度的所述第二背板交换用于输送的所述第三背板。根据该制造方法，作为在于带状电解质聚合物的表面上布置第一带状增强部件之前使用的第二背板，能够使用具有较低的耐热性的材料。因此，关于在于带状电解质聚合物的表面上布置第一带状增强部件之前使用的第二背板，能够聚焦于到第一带状增强部件的粘合度地选择材料。
因为通过在第一带状增强部件和第二背板之间预先布置包含第三电解质聚合物的中间层，在上述步骤(b)之前，将在第二背板和第一带状增强部件之间的第一粘合度预先设定为比在第一背板和带状电解质聚合物之间的第二粘合度高，所以上述步骤(b)可以包括压接带状电解质聚合物和第一带状增强部件，使得在带状电解质聚合物和第一带状增强部件之间的第三粘合度高于在第一背板和带状电解质聚合物之间的第二粘合度的步骤。在这里，第三电解质聚合物用作第二电解质聚合物。即，第三电解质聚合物可以是第二电解质聚合物。根据该制造方法，即使在带状电解质聚合物和第一带状增强部件被形成为一体之前，第一背板仍然能够易于从带状电解质聚合物剥离。此外，能够使得在带状电解质聚合物和第一带状增强部件被形成为一体之后增强电解质膜的表面性质是优良的。
上述制造方法可以进一步包括步骤(e)：在第一背板被剥离的带状电解质聚合物的表面上布置第二带状增强部件，并且热压结合带状电解质聚合物和第一带状增强部件和第二带状增强部件。根据该制造方法，能够获得第一带状增强部件和第二带状增强部件被压接在其两个表面上的增强电解质膜。
本发明的第二方面涉及一种制造增强电解质膜的制造设备，所述增强电解质膜被用在燃料电池中，并且所述增强电解质膜具有布置在其内部的增强部件。该制造设备包括：输送部，所述输送部将带状电解质聚合物在布置在第一背板的表面上的状态下在作为输送方向的所述带状电解质聚合物的纵向方向上输送，其中所述带状电解质聚合物是第一电解质聚合物的带状体；增强部件布置部，所述增强部件布置部将第一带状增强部件在布置在第二背板的表面上的状态下在所述输送方向上输送，并且将所述第一带状增强部件布置在所述带状电解质聚合物的表面上，其中所述第一带状增强部件是增强部件的带状体；和背板剥离部，所述背板剥离部被布置在所述增强部件布置部的后段中，并且在利用存在于第二背板和第一带状增强部件之间的第二电解质聚合物使得所述第二背板和所述第一带状增强部件之间的第一粘合度高于所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的第二粘合度的状态下，所述背板剥离部从所述带状电解质聚合物剥离所述第一背板。
上述多个构成元件并不是必要地不可缺少的，并且为了解决部分或者全部的问题，或者，为了实现部分或者全部的在本说明书中描述的效果，在该多个构成元件中的构成元件的一部分能够被更改、去除、与新的其它构成元件交换，并且有限内容的局部去除能够执行。此外，为了解决部分或者全部的上述问题，或者，为了实现部分或者全部的在本说明书中描述的效果，能够组合部分或者全部的上述技术特征和部分或者全部的在上述本发明的另一个方面中包括的技术特征。
还能够以除了用于增强电解质膜的制造方法之外的各种模式实现本发明。例如，本发明能够以制造增强电解质膜的制造设备、根据上述制造方法和制造设备制造的增强电解质膜、用于实现制造方法和制造设备的计算机程序和记录计算机程序的非暂时性记录介质的模式实现。
附图说明
将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似的数字表示类似的元件，并且其中：
图1是示出作为第一实施例的制造增强电解质膜的制造设备的结构的概略视图；
图2是示出由处理部执行的步骤的过程的过程图表；
图3是示出在第一粘着部中的步骤的概略视图；
图4是示出在第一热压结合部和第一剥离部中的步骤的概略视图；
图5是示出在第二粘着部、第二热压结合部和第二剥离部中的步骤的概略视图；
图6是示出在水解处理部中的步骤的概略视图；
图7是示出总结增强电解质膜的样本的性能评价测试的结果的表格的解释性视图；
图8是示出在制造设备的步骤期间在各部件之间的粘合度的90°剥离测试的测量结果的解释性视图；
图9是用于描述90°剥离测试的方法的概略视图；
图10是示出根据第二实施例的制造增强电解质膜的制造设备的结构的概略图表；
图11是示出根据第二实施例的制造增强电解质膜的制造设备的结构的概略视图；
图12是示出由第二实施例的处理部执行的步骤的过程的过程图表；
图13是示出在第一粘着部和第一剥离部中的步骤的内容的概略视图；
图14是示出在第二粘着部、第一热压结合部和第二剥离部中的步骤的内容的概略视图；
图15是示出在第三粘着部和第三剥离部中的步骤的内容的概略视图；
图16是示出在第四粘着部、第二热压结合部和第四剥离部中的步骤的内容的概略视图；
图17是示出在第一剥离部中剥离用于输送的背板之前通过在各部件之间的粘合度的90°剥离测试测量的的结果的解释性图表；
图18是示出作为第三实施例的制造增强电解质膜的制造设备的结构的概略视图；
图19是示出在第三实施例的处理部中执行的步骤的过程的过程图表；
图20是示出在第一粘着部和第一剥离部中的步骤的内容的概略视图；
图21是示出在第二粘着部中的步骤的内容的概略视图；并且
图22是示出在热压结合部和第二剥离部中的步骤的内容的概略视图。
具体实施方式
A.第一实施例：图1是示出作为本发明第一实施例的制造增强电解质膜的制造设备100的结构的概略图表。制造设备100通过连续地输送带状部件制造增强电解质膜，在增强电解质膜的内部结合多孔增强部件。制造设备100包括电解质聚合物供应部10、第一增强膜供应部20、第二增强膜供应部21、处理部30和水解处理部40。
电解质聚合物供应部10向处理部30供应被布置到背板1b的带状电解质聚合物1。更加具体地，电解质聚合物供应部10利用输送辊(省略了在图中示出)向处理部30输送在被布置到背板1b的状态下缠绕成卷的带状电解质聚合物1。电解质聚合物供应部10可以被构造成使得分别缠绕成卷的带状电解质聚合物1和背板1b在相互粘着之后被输送到处理部30。
带状电解质聚合物1是在通过在带中的水解处理被赋予质子传导性之前通过模制电解质聚合物形成的部件。电解质聚合物是为燃料电池形成电解质膜的氟化离子交换树脂，并且由全氟磺酸基聚合物诸如Nafion(注册商标)形成。带状电解质聚合物1的厚度例如优选地大约5到15μm并且更加优选地大约5到10μm。当带状电解质聚合物1的厚度在该范围内时，能够在燃料电池中确保充分的质子传导性。
带状电解质聚合物1的背板1b理想地具有能够抑制带状电解质聚合物1由于输送而受到损坏和劣化的程度的厚度和刚度。此外，背板1b优选地具有能够在处理部30中承受热压结合步骤(以下描述)的程度的耐热性。具体地，背板1b的最大连续操作温度优选地高于230℃。此外，背板1b的表面可以是相对粗糙的，并且其表面粗糙度(Ra)可以是大约400到2000nm。
在本实施例中，背板1b是由以下聚四氟乙烯(PTFE)形成的。
<形成背板1b的PTFE>
弹性模量：大约0.3到0.5GPa
厚度：大约45到55μm
表面粗糙度(Ra)：大约900到1100nm
最大连续操作温度：大约250到270℃
在这里，在带状电解质聚合物1和背板1b之间的粘合度优选地确保带状电解质聚合物1的支撑性质。此外，在带状电解质聚合物1和第一增强膜2被热压结合之后，在带状电解质聚合物1和背板1b之间的粘合度优选地被调整为不高于在第一增强膜2和背板2b之间的粘合度。其原因将在下面描述。
能够通过背板1b的种类和表面性质、当粘着时的挤压力、挤压时间和温度来调整在带状电解质聚合物1和背板1b之间的粘合度。具体地，在带状电解质聚合物1和背板1b之间的粘合度可以被调整到能够在90°剥离测试中获得0.8到1.2N/cm的测量结果的程度。
第一增强膜供应部20向处理部30供应处于被布置到背板2b的状态下的带状第一增强膜2，并且第二增强膜供应部21向处理部30供应处于被布置到背板3b的状态下的带状第二增强膜3。更加具体地，第一增强膜供应部20和第二增强膜供应部21每个均利用驱动辊(省略了在图中示出)向处理部30输送在被布置到背板2b和3b的状态下缠绕成卷的第一增强膜2和第二增强膜3。第一增强膜供应部20和第二增强膜供应部21可以被形成为使得作为分离体制备的第一增强膜2和第二增强膜3与背板2b和3b在相互粘着之后被输送到处理部30。
第一增强膜2和第二增强膜3是其中能够含浸熔融电解质聚合物的多孔带状增强部件。在本实施例中，第一增强膜2和第二增强膜3每个均由以下膨胀PTFE(ePTFE)形成。当第一增强膜2和第二增强膜3利用以下ePTFE形成时，能够易于制造能够组合适当的厚度和强度的增强电解质膜。
<形成第一增强膜2和第二增强膜3的ePTFE>
基础重量：大约0.1到0.3mg/cm2
强度：大约0.5到2.0N/mm(在10％应变下)
期望第一增强膜2和第二增强膜3的背板2b和3b每个均具有能够抑制由于第一强膜2和第二增强膜3的输送而发生损坏和劣化的程度的厚度和刚度。此外，背板2b和3b优选地具有在能够处理部30中承受热压结合步骤(以下描述)的程度的耐热性。具体地，背板2b和3b的最大连续操作温度优选地高于230℃。此外，背板2b和3b的表面优选地是相对光滑的，例如，其表面粗糙度(Ra)优选地是大约100到200nm。因此，能够抑制背板2b和3b被剥离的增强电解质膜的表面性质劣化。
现在，在本实施例中形成第一增强膜2和第二增强膜3的ePTFE通常不易于确保与背板的粘合度。这是因为构成ePTFE的氟树脂具有难以确保与其它部件的粘合度的性质并且ePTFE被形成为多孔体。
然而，根据本实施例的制造设备100和制造方法，当被供应到处理部30时，在第一增强膜2和第二增强膜3与背板2b和背板3b之间的粘合度可以是相对低的。在第一增强膜2和第二增强膜3与背板2b和背板3b的之间的粘合度可以具有使得第一增强膜2和第二增强膜3与背板2b和背板3b勉强地粘着的程度。
这是因为当被供应到处理部30时，即使当在第一增强膜2和第二增强膜3与背板2b和背板3b之间的粘合度是低的时，通过经历热压结合步骤，在这两者之间的粘合度仍然能够增加(在下面更加详细地描述)。具体地，当被供应到处理部30时在第一增强膜2和第二增强膜3与背板2b和背板3b之间的粘合度可以具有能够在90°剥离测试中获得大约0.01到0.05N/cm的测量值的程度。
在本实施例中，背板2b和背板3b是由以下描述的全氟烷氧基树脂(PFA)形成的。在以下描述的PFA的情形中，即使当第一增强膜2和第二增强膜3由ePTFE形成时，也能够确保至少能够确保第一增强膜2和第二增强膜3的支撑性质的粘合度和能够承受热压结合步骤的耐热性。
<形成背板2b和背板3b的PFA>
弹性模量：大约0.3到0.5GPa
厚度：大约45到55μm
表面粗糙度(Ra)：大约100到200μm
最大连续操作温度：大约250到270℃
在带状电解质聚合物1的纵向方向上输送带状电解质聚合物1的同时，处理部30通过热压结合在带状电解质聚合物1的每个表面中引入第一增强膜2和第二增强膜3中的每个并且一体地形成带状电解质聚合物1以及第一增强膜2和第二增强膜3。在处理部30中，第一粘着部31、第一热压结合部32、第一剥离部33、第二粘着部34、第二热压结合部35和第二剥离部36在带状电解质聚合物1的输送方向上按照这个次序布置。
图2是示出在处理部30中执行的步骤的过程的过程图表。图3到图5是用于解释在图2所示处理部30中执行的各步骤的内容的概略图表。图3到图5每一幅均利用概略截面视图对于每个步骤概略地示意当每个带状部件被沿着宽度方向切割时在处理部30中被处理的带状部件的状态。在下文中，将利用图1和图2到图5作为参考图表顺序地描述处理部30的构成部31到36中的每个构成部中的步骤的内容。
处理部30从电解质聚合物供应部10接收被布置到背板1b的带状电解质聚合物1的供应，并且从第一增强膜供应部20接收被布置到背板2b的第一增强膜2的供应(图2的步骤1)。带状电解质聚合物1和第一增强膜2被输送到第一粘着部31。
图3是示出在第一粘着部31中执行的步骤的内容的概略视图。在第一粘着部31中，挤压辊31r使得带状电解质聚合物1和第一增强膜2相互面接触并且紧密接触(步骤2)。相互粘着的带状电解质聚合物1和第一增强膜2在被夹在两片背板1b和2b之间的状态下被输送到第一热压结合部32。
图4是示出在第一热压结合部32和第一剥离部33中执行的步骤的内容的概略视图。在第一热压结合部32中，热辊32r热压缩带状电解质聚合物1和第一增强膜2(步骤3)。在该步骤中，形成带状电解质聚合物1的电解质聚合物利用由于热辊32r产生的热压力而熔化并且被含浸到第一增强膜2的微小孔中。因此，第一增强膜2被引入带状电解质聚合物1的内部，并且第一增强膜2和带状电解质聚合物1被形成为一体。在下文中，与第一增强膜2形成为一体并且其一个表面被增强的带状电解质聚合物1被称为“单表面增强膜1r”。
从热辊32r放出的单表面增强膜1r在被夹在两片背板1b和2b之间的状态下被输送到第一剥离部33。第一剥离部33利用剥离辊33r从单表面增强膜1r剥离并且回收背板1b(步骤4)。
在这里，在热压结合步骤中，带状电解质聚合物1的电解质聚合物渗入至第一增强膜2和背板2b之间。更加具体地，带状电解质聚合物1的电解质聚合物在第一增强膜2和背板2b之间的界面中渗入到第一增强膜2的微小孔。然后，因为渗入的电解质聚合物的功能与粘结剂一样，所以在第一增强膜2和背板2b之间的粘合度变得显著地高。另外，如上所述，在带状电解质聚合物1和背板1b之间的粘合度被预先调整为低于在热辊32r的放出之后在第一增强膜2和背板2b之间的粘合度。
因此，在第一剥离部33中，能够在单表面增强膜1r的支撑性质由于背板2b而得以确保的状态下从单表面增强膜1r剥落背板1b。相应地，当背板1b被剥离时，能够抑制输送故障发生，输送故障使得由于背板2b从单表面增强膜1r的剥落，单表面增强膜1r受到损坏并且劣化。在第一剥离部33中背板1b被剥离的单表面增强膜1r被输送到第二粘着部34。
图5是示出在第二粘着部34、第二热压结合部35和第二剥离部36的每个中执行的步骤的内容的概略视图。第二粘着部34从第二增强膜供应部21接收粘着了背板3b的第二增强膜3的供应(步骤5)。第二粘着部34利用挤压辊34r使得背板1b被剥离的单表面增强膜1r的表面和第二增强膜3相互面接触并且紧密接触(步骤6)。相互粘着并且被两片背板2b和3b夹持的单表面增强膜1r和第二增强膜3被输送到第二热压结合部35。
在第二热压结合部35中，单表面增强膜1r和第二增强膜3被热辊35r热压结合(步骤7)。在这个步骤中，利用由于热辊32r产生的热压力，以与步骤3相同的方式，第二增强膜3侵入单表面增强膜1r的内部中并且单表面增强膜1r和第二增强膜3被形成为一体。在下文中，带状电解质聚合物1被称为“双表面增强膜1rr”，其中，在第二热压结合部35中第二增强膜3与该带状电解质聚合物1形成为一体并且带状电解质聚合物1的两个表面被第一增强膜2和第二增强膜3增强。
从热辊35r放出的双表面增强膜1rr在被两片背板2b和3b夹持的状态下被输送到第二剥离部36。在第二剥离部36中，剥离辊36r从双表面增强膜1rr剥离并且回收在第一增强膜2一侧上的背板2b(步骤8)。双表面增强膜1rr在受到背板3b支撑的状态下被输送到水解处理部40。在被输送到水解处理部40之前，背板3b可以被适合于水解处理的另一个背板替代。
图6是示出在水解处理部40中的步骤的类似于图3到图5的概略视图。在水解处理部40中，水解处理被应用于增强双侧膜1rr，质子传导性被赋予双表面增强膜1rr的电解质聚合物，并且增强电解质膜1c由此完成。水解处理的具体内容如以下所示。双表面增强膜1rr浸在碱性溶液中并且是电解质聚合物具有的侧链末端的-S02F基被变性为-S03Na基。然后，在利用水清洁双表面增强膜1rr之后，将所得物浸在酸性溶液中，在前一步骤中变性的-S03Na基进一步变性为-S03H基。
如以上示出地，根据本实施例的制造设备100和制造方法，带状电解质聚合物1与第一增强膜2和第二增强膜3分别地在其每个受到背板1b、2b和3b支撑的状态下被输送。因此，能够抑制带状电解质聚合物1与第一增强膜2和第二增强膜3由于输送而受到损坏并且劣化。特别地，根据本实施例的制造设备100，即使当由仅仅通过施加2.0N或者更小的拉伸应力便产生应变的ePTFE形成第一增强膜2和第二增强膜3时，也能够抑制其损坏和劣化发生。
此外，根据本实施例的制造设备100和制造方法，当从单表面增强膜1r剥离背板1b时，因为确保了在另一侧上的背板2b和单表面增强膜1r之间的粘合度，所以确保了单表面增强膜1r的支撑性质。因此，能够抑制伴随背板1b的剥离的输送故障发生。
图7是示出总结了增强电解质膜的样本的性能评价测试的结果的表格的解释性图表。本发明的发明人利用在输送期间模拟产生了颈缩的增强膜制备了增强电解质膜的样本s1到s4。为了评价样本s1到s4中的每个样本的性能，测量了由于膨胀引起的尺寸变化率和有限循环数目。
在图7中在各样本s1到s4中的“颈缩频率”是在制备各样本s1到s4并且产生颈缩之前当在纵向方向(MD方向)上向样本s1到s4中的每个样本的增强膜施加拉伸应力时每个增强膜的在宽度方向(TD方向)上的尺寸收缩率。颈缩频率表示在样本s1到s4中的每个样本的增强膜中产生的颈缩的频率。
如以下示出地测量由于膨胀引起的尺寸变化率。
[1]将切割成8cm正方形的样本s1到s4中的每个样本置于是基准条件的干燥环境(温度：25℃，相对湿度：50％RH)下并且测量在TD方向上的尺寸。在下文中，此时测量的尺寸称为“干燥尺寸”。
[2]接着，样本s1到s4中的每个样本被浸入100℃的热水中并且在100℃的热水中膨胀1小时，并且，在此之后，测量在TD方向上的尺寸。在下文中，此时测量的尺寸称为“膨胀尺寸”。
[3]利用干燥尺寸的测量值X和膨胀尺寸的测量值Y，根据以下公式(A)计算由于膨胀引起的尺寸变化率R。
尺寸变化率R(％)＝100(Y/X)-100···(A)
在利用样本s1到s4中的每个样本制备的每个膜片电极组件的干燥和湿润耐久测试中如以下示出地测量有限循环数目。
<制备膜片电极组件的方法>
[1]在样本s1到s4中的每个样本的两个表面上，利用喷射方法涂覆载有碳的催化剂和氟化离聚物的分散溶液并且由此形成催化剂电极。
[2]在样本s1到s4中的每个样本的催化剂电极上，布置碳纤维基础材料作为气体扩散层。
<干燥和湿润耐久测试的条件>
[1]在预定时刻通过以5分钟为周期交替地切换而交替地向样本s1到s4中的每个样本的膜片电极组件供应湿润氮气和干燥氮气时，检测样本s1到s4中的每个样本的气体渗透性。
[2]当在气体渗透性检查中测量到的气体渗透量(横向泄露量)变成规定值或更大时，获取直至此时切换湿润氮气的供应和干燥氮气的供应的循环数目作为有限循环数目。
在样本具有较大的颈缩频率时，由于膨胀引起的尺寸变化率R变大。这是因为颈缩频率越大，增强膜的在TD方向上的强度变得越低。此外，在干燥和湿润耐久测试中，在样本具有较大的颈缩频率时，有限循环数目变小。这是因为，当样本具有较大的颈缩频率时，由于增强膜强度的劣化，由于干燥和湿润状态的改变，膨胀和收缩的变化量变大。
如上所述，通过试验确认了在输送期间在增强膜中产生的颈缩频率越大，增强电解质膜性能劣化的可能性越大。因此，在制造增强电解质膜的步骤中，类似在本实施例的制造设备100中地，理想地在受到背板支撑的状态下输送增强膜。
图8是示出总结了通过在制造设备100中的制造过程中在各部件之间的粘合度的90°剥离测试测得的结果的表格的解释性图表。图9是描述了90°剥离测试的方法的概略视图。通过90°拉伸测试确认当利用以下示出的材料形成第一增强膜2与两个背板1b和2b时在制造设备100中的制造过程中在各部件之间的粘合度。弹性模量是利用由Toyo公司制造的NanointenderG200测得的值。此外，表面粗糙度(Ra)是利用由Olympus公司制造的激光显微镜OLS4000测得的值。
<第一增强膜2>
材料：ePTFE
<带状电解质聚合物1的背板1b>
材料：PTFE
弹性模量：0.4GPa
厚度：50μm
表面粗糙度(Ra)：1000nm
最大连续操作温度：260℃
<第一增强膜2的背板2b>
材料：PFA
弹性模量：0.4GPa
厚度：50μm
表面粗糙度(Ra)：160nm
最大连续操作温度：260℃
在供应到处理部30之前，带状电解质聚合物1和背板1b在以下示出的条件下粘着。此外，第一增强膜2和背板2b也在类似的条件下粘着。
温度：25℃
挤压力：0.4MPa
挤压时间：10分钟
在第一粘着部31中，第一增强膜2和带状电解质聚合物1在以下条件下粘着。
温度：25℃
挤压力：0.4MPa
挤压时间：10分钟
在第一热压结合部32中，第一增强膜2和带状电解质聚合物1在以下条件下热压结合。
温度：230℃
挤压力：0.5MPa
挤压时间：10分钟
<90°剥离测试的内容>在90°剥离测试中，是测试对象的膜片部件A和B相互粘着，膜片部件A被固定在基部上，并且测量当在竖直向上方向上拉拽部分地剥离的膜片部件B的一端时的拉力(图9)。图9中的粘合度的测量值是通过从图9中的各材料A和B的组合切出的具有1cm的宽度和10cm的长度的样本的90°剥离测试获得的测量值。
作为90°剥离测试的结果，当从第一增强膜供应部20供应到处理部30时，在第一增强膜2(ePTFE)和背板2b(PFA)之间的粘合度是0.02N/cm。在另一方面，当从电解质聚合物供应部10供应到处理部30时在带状电解质聚合物1和背板1b(PTFE)之间的粘合度是1.0N/cm。此外，在于第一粘着部31中粘着之后在带状电解质聚合物1和第一增强膜2(ePTFE)之间的粘合度是0.1N/cm。
在于第一热压结合部32中经历热压结合步骤之后在单表面增强膜1r和背板2b(PFA)之间的粘合度是1.4N/cm并且变成显著地高于热压结合步骤的预先步骤的值。在另一方面，在经历热压结合步骤之后在单表面增强膜1r和背板1b(PTFE)之间的粘合度是1.2N/cm，即，通过热压结合步骤仅仅稍微地提高了粘合度。
类似于此地，当经历热压结合步骤时，在第一增强膜2和背板2b之间的粘合度变得显著地高并且高于在带状电解质聚合物1和背板1b之间的粘合度。如上所述，这是因为渗入在第一增强膜2和背板2b之间的电解质聚合物用作粘结剂。结果，在带状电解质聚合物1及其背板1b之间的粘合度变得高于在单表面增强膜1r和背板1b之间的粘合度。
如上所述，根据本实施例的制造设备100和制造方法，因为在第一剥离部33中，在单表面增强膜1r和背板1b之间的粘合度变高，所以能够容易地从单表面增强膜1r剥离出背板1b。因此，能够抑制伴随背板1b的剥离的输送故障发生。
B.第二实施例：图10和图11是示出作为本发明第二实施例的制造增强电解质膜的制造设备100A的结构的概略视图。在图10和图11中的每幅图中，为了方便起见分开地示出了制造设备100A的前段侧和后段侧。在根据第二实施例的制造设备100A中，在第一增强膜2和第二增强膜3到带状电解质聚合物1的热压结合之前，第一增强膜2和第二增强膜3的背板被替代。
第二实施例的制造设备100A包括电解质聚合物供应部10、第一增强膜供应部20A和第二增强膜供应部21A、第一背板供应部22和第二背板供应部23、处理部30A和水解处理部40。电解质聚合物供应部10具有与在第一实施例中描述的类似的结构并且向处理部30A供应被布置到背板1bt的带状电解质聚合物1。带状电解质聚合物1和背板1b是由与在第一实施例中描述的相同的材料形成的。
除了被供应到处理部30A的第一增强膜2和第二增强膜3的背板不同之外，第一增强膜供应部20A和第二增强膜供应部21A每个均具有与在第一实施例中描述的第一增强膜供应部20和第二增强膜供应部21类似的结构。第一增强膜供应部20A和第二增强膜供应部21A每个向处理部30A供应被布置到供应背板2bf、3bf的第一增强膜2和第二增强膜3。第一增强膜2和第二增强膜3与在第一实施例中描述的增强膜相同并且利用多孔膜片部件诸如ePTFE形成。
在第二实施例中，第一增强膜2和第二增强膜2和3每个被布置到的供应背板2bf、3bf利用具有比在第一实施例中描述的背板2b和3b的刚度高的刚度的树脂部件形成。因此，在输送到处理部30A期间，能够更加可靠地在第一增强膜2和第二增强膜3中抑制扭曲和劣化诸如颈缩发生。
供应背板2bf、3bf由例如以下描述的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成。当使用以下PET时，即使当由难以获得与树脂材料的粘合度的ePTFE形成第一增强膜2和第二增强膜3时，仍然能够确保能够至少确保支撑性质的粘合度。
<形成背板2bf和3bf的PET>
弹性模量：大约3到5GPa
厚度：大约30到50μm
表面粗糙度(Ra)：大约20到40nm
在这里，在第一增强膜2和供应背板2bf之间的粘合度被调整为低于在带状电解质聚合物1和背板1b之间的粘合度以及在被热压结合之前的第一增强膜2和带状电解质聚合物1之间的粘合度。此外，在第二增强膜3和供应背板3bf之间的粘合度被调整为低于在单表面增强膜1r和背板2b之间的粘合度。其原因将在下面描述。
因此，在第一增强膜2和第二增强膜3与供应背板2bf、3bf之间的粘合度可以是相对低的。具体地，在第一增强膜2和第二增强膜3与供应背板2bf、3bf之间的粘合度可以具有在90°剥离测试中能够获得0.01到0.03N/cm的测量结果的程度。
此外，如在以下描述地，在第二实施例的制造设备100A中，在热压结合步骤之前，供应背板2bf、3bf被具有高耐热性的背板2b和3b替代。因此，供应背板2bf、3bf可以由具有低耐热性的材料形成。
第一背板供应部22和第二背板供应部23每个向处理部30A供应用于替代的背板2b和背板3b。背板2b和背板3b理想地具有能够承受在热压结合步骤中的加热温度的程度的耐热性并且可以与在第一实施例中粘着到第一增强膜2和第二增强膜3的背板相同。在下文中，背板2b和背板3b特别地被称作“耐热背板2b和耐热背板3b”。
在第一增强膜2和第二增强膜3的供应背板2bf、3bf被耐热背板2b和3b替代之后，处理部30A通过热压结合使第一增强膜2和第二增强膜3与带状电解质聚合物1形成为一体。处理部30A包括在带状电解质聚合物1的输送方向依次布置的第一粘着部50、第一剥离部51、第二粘着部52、第一热压结合部53、第二剥离部54、第三粘着部55、第三剥离部56、第四粘着部57、第二热压结合部58和第四剥离部59。
图12是示出在第二实施例的处理部30A中执行的步骤的过程的过程图表。图13到图16是描述在图12所示处理部30A中执行的每个步骤的内容的概略图表。在图13到图16中的每幅图中，均利用概略截面视图对于每个步骤概略地示意当每个带状部件被沿着宽度方向切割时在第二实施例的处理部30A中被处理的带状部件的状态。在下文中，将参考图10、图11和图12到图16顺序地描述在第二实施例的处理部30A的构成部50到59的每个中执行的步骤的内容。
处理部30A从电解质聚合物供应部10接收被布置到背板1b的带状电解质聚合物1的供应并且从第一增强膜供应部20A接收被布置到供应背板2bf的第一增强膜2的供应(图12的步骤11)。带状电解质聚合物1和第一增强膜2被输送到第一粘着部50。
图13是示出在第一粘着部50和第一剥离部51中的步骤的内容的概略视图。第一粘着部50利用挤压辊50r使得带状电解质聚合物1和第一增强膜2相互面接触并且紧密接触(步骤12)。第一粘着部50被挤压辊50r加压使得在带状电解质聚合物1和第一增强膜2之间的粘合度变得至少比在第一增强膜2和供应背板2bf之间的粘合度高。在于第一粘着部50中加压之后在带状电解质聚合物1和第一增强膜2之间的粘合度可以具有能够在90°剥离测试中获得0.05到0.15N/cm的测量值的程度。
相互粘着的带状电解质聚合物1和第一增强膜2在被夹在两片背板1b和2bf之间的状态下被输送到第一剥离部51。第一剥离部51利用剥离辊51r从第一增强膜2的表面剥离并且回收供应背板2bf(步骤13)。如上所述，在第一增强膜2和供应背板2bf之间的粘合度被调整为低于在带状电解质聚合物1和背板1b之间的粘合度以及在第一增强膜2和带状电解质聚合物1之间的粘合度。即，在这个阶段，在第一增强膜2和供应背板2bf之间的粘合度小于在其它部件之间的粘合度。因此，能够易于从第一增强膜2剥离出供应背板2bf。
在供应背板2bf被剥离之后第一增强膜2和带状电解质聚合物1在被布置到背板1b的状态下被输送到第二粘着部52。此时，因为第一增强膜2受到带状电解质聚合物1和背板1b支撑，所以能够抑制输送故障诸如颈缩发生。
图14是示出在第二粘着部52、第一热压结合部53和第二剥离部54中的步骤的内容的概略图表。第二粘着部52从第一背板供应部22接收耐热背板2b的供应并且利用挤压辊52r在第一增强膜2的表面上粘着背板2b(步骤14)。
如上所述，因为第一增强膜2受到带状电解质聚合物1及其背板1b支撑，所以在第二粘着部52中赋予的在耐热背板2b和第一增强膜2之间的粘合度可以是相对低的。具体地，在耐热背板2b和第一增强膜2之间的粘合度可以具有能够在90°剥离测试中获得0.01到0.03N/cm的测量结果的程度。在被夹在具有高耐热性的两个背板1b和2b之间的状态下，带状电解质聚合物1和第一增强膜2被输送到第一热压结合部53。
第一热压结合部53利用热辊53r热压缩带状电解质聚合物1和第一增强膜2，并且产生单表面增强膜1r(步骤15)。如还在第一实施例中描述地，在热压结合部中，电解质聚合物渗入在第一增强膜2和耐热背板2b之间。因此，在第一增强膜2和耐热背板2b之间的粘合度变得显著地高并且变得高于在带状电解质聚合物1和背板1b之间的粘合度。单表面增强膜1r在被夹在两个背板1b和2b之间的状态下被输送到第二剥离部54。
第二剥离部54利用剥离辊54r从单表面增强膜1r剥离并且回收背板1b(步骤16)。如上所述，因为在第一增强膜2和耐热背板2b之间的粘合度是显著地高的，所以在第二剥离部54中，能够在确保单表面增强膜1r的支撑性质的状态下剥离背板1b。背板1b被剥离的单表面增强膜1r在被耐热背板2b支撑的状态下被输送到第三粘着部55。
图15是示出在第三粘着部55和第三剥离部56中的步骤的内容的概略图表。第三粘着部55从第二增强膜供应部21A接收被布置到供应背板3bf的第二增强膜3的供应(步骤17)。然后，第三粘着部55利用挤压辊55r使得第二增强膜3与单表面增强膜1r的暴露表面(在与第一增强膜2相反的一侧上的表面)紧密接触(步骤18)。在第三粘着部55中的挤压条件和在第一粘着部50中的挤压条件可以是相同的。
第三剥离部56利用剥离辊56r从第二增强膜3剥离供应背板3bf(步骤19)。如上所述，在第二增强膜3和供应背板3bf之间的粘合度被调整为低于在第三粘着部55中赋予的在第二增强膜3和单表面增强膜1r之间的粘合度。因此，供应背板3bf能够易于剥离并且能够抑制伴随供应背板3bf的剥离的输送故障发生。供应背板3bf被剥离的单表面增强膜1r被输送到第四粘着部57。
图16是示出在第四粘着部57、第二热压结合部58和第四剥离部59中的步骤的内容的概略图表。第四粘着部57从第二背板供应部23接收耐热背板3b的供应，并且利用挤压辊57r使得背板3b与第一增强膜2的表面粘着(步骤20)。第四粘着部57中的挤压条件可以与第二粘着部52中的挤压条件相同。第二增强膜3被粘着到的单表面增强膜1r在被夹在两个耐热背板2b和3b之间的状态下被输送到第二热压结合部58。
第二热压结合部58利用热辊58r热压缩单表面增强膜1r和第二增强膜3，以产生双表面增强膜1rr(步骤21)。双表面增强膜1rr在被该两个耐热背板2b和3b夹持的状态下被输送到第四剥离部59。第四剥离部59利用剥离辊59r从双表面增强膜1rr剥离被布置在第一增强膜2的一侧上的耐热背板2b(步骤22)。
双表面增强膜1rr在受到耐热背板3b支撑的状态下被输送到水解处理部40。水解处理部40向双表面增强膜1rr赋予质子传导性并且增强电解质膜由此完成。在水解处理部40中执行的步骤与在第一实施例中描述的相同(图6)。
如上所述，在第二实施例的制造设备100Α中，用于第一增强膜2和第二增强膜3的供应的背板2bf和背板3bf在处理部30A中的热压结合步骤之前被耐热背板2b和3b替代。因此，根据第二实施例的制造设备100A，具有低耐热性的材料能够被用作第一增强膜2和第二增强膜3的供应背板2bf、3bf，并且背板材料的选择范围能够扩大。
图17是示出通过在于处理部30A的第一剥离部51中剥离供应背板2bf之前在各部件之间的粘合度的90°剥离测试测得的结果的表格的解释性图表。在试验中，带状电解质聚合物1、其背板2b和第一增强膜2是由与在图8中描述的90°拉伸测试中的材料相同的材料形成的。此外，供应背板2bf是由以下示出的材料形成的。弹性模量是利用由Toyo公司制造的NanointenderG200的测量值，并且表面粗糙度(Ra)是利用由Olympus公司制造的激光显微镜OLS4000的测量值。
<用于供应的背板2bf>
材料：PET
弹性模量：4GPa
厚度：38μm
表面粗糙度(Ra)：30nm
在被供应到处理部30A之前第一增强膜2和供应背板2bf在以下条件下粘着。
温度：25℃
挤压力：0.4MPa
挤压时间：10分钟
在第一粘着部50中，带状电解质聚合物1和第一增强膜2在以下条件下粘着。
温度：25℃
挤压力：0.4MPa
挤压时间：10分钟
在与在图8中描述的90°拉伸测试相同的条件下执行90°剥离测试。结果，当被供应到处理部30A时在第一增强膜2(ePTFE)和供应背板2bf(PET)之间的粘合度是0.02N/cm。即使在第一粘着部50处的挤压步骤之后，在第一增强膜2(ePTFE)和供应背板2bf(PET)之间的粘合度也很少是不同的。
在另一方面，在于第一剥离部51中剥离供应背板2bf之前在带状电解质聚合物1和第一增强膜2(ePTFE)之间的粘合度是0.1N/cm。此外，在带状电解质聚合物1和背板2b(PTFE)之间的粘合度是1.0N/cm。
因此，当ePTFE被用作第一增强膜2时，如果如上所述的PET被用作供应背板2bf，则在第一剥离部51中，在第一增强膜2和供应背板2bf之间的粘合度变得小于在其它带状部件之间的粘合度。因此，供应背板2bf能够易于从第一增强膜2剥离。
C.第三实施例：图18是示出作为本发明第三实施例的制造增强电解质膜的制造设备100B的结构的概略图表。在第三实施例的制造设备100B中，第一增强膜2和第二增强膜3在相同的热压结合步骤中与带状电解质聚合物1形成为一体。第三实施例的制造设备100B包括电解质聚合物供应部10B、第一增强膜供应部20B和第二增强膜供应部21B、处理部30B和水解处理部40。
除了当带状电解质聚合物1被输送到处理部30B时背板的材料不同之外，电解质聚合物供应部10B具有与在第二实施例中描述的电解质聚合物供应部10相同的结构。由电解质聚合物供应部10B供应的带状电解质聚合物1与在第二实施例中描述的相同。在本第三实施例中，带状电解质聚合物1被布置到的背板1bB理想地利用其与带状电解质聚合物1的粘合度能够被调整为低于与在第二实施例中描述的背板1b的粘合度的材料形成。此外，第三实施例的背板1bB在耐热性方面可以低于在第二实施例中描述的背板1b。
第三实施例的背板1bB是由例如以下描述的聚丙烯(PP)形成的。
<形成背板1bB的PP>
弹性模量：大约0.6到0.8GPa
厚度：大约40到60μm
表面粗糙度(Ra)：大约400到600nm
最大连续操作温度：大约120到140℃
在第三实施例中，在带状电解质聚合物1和背板1bB之间的粘合度被预先调整为低于在第一粘着部60中相互粘着的带状电解质聚合物1和第一增强膜2之间的粘合度。具体地，在带状电解质聚合物1和背板1bB之间的粘合度可以具有能够在90°拉伸测试中获得0.02到0.10N/cm的测量结果的程度。通过试验确认，当由以下描述的PP和带状电解质聚合物1形成背板1bB并且背板1bB在以下挤压条件下粘着时，能够获得在上述范围中的粘合度。
<形成背板1bB的PP的实例>
弹性模量：0.7GPa
厚度：50μm
表面粗糙度(Ra)：500nm
最大连续操作温度：130℃
<在带状电解质聚合物1和背板1bB之间的挤压条件>
温度：25℃
挤压力：0.4MPa
除了被输送到处理部30B的带状部件的结构不同之外，第一增强膜供应部20B和第二增强膜供应部21B中的每个增强膜供应部均具有与在第二实施例中描述的第一增强膜供应部20A和第二增强膜供应部21A相同的结构。第一增强膜供应部20B和第二增强膜供应部21B中的每个增强膜供应部向处理部30B供应第一增强膜2和第二增强膜3，该第一增强膜2和第二增强膜3在中间层5被夹持在该第一增强膜2和第二增强膜3以及耐热背板2b和耐热背板3b之间的情况下被布置到耐热背板2b和耐热背板3b。
第一增强膜2和第二增强膜3与在第二实施例中描述的增强膜相同并且是由多孔膜片部件诸如ePTFE形成的。第一增强膜2和第二增强膜3的每个被布置到的耐热背板2b和耐热背板3b与在第二实施例中描述的耐热背板相同并且是由具有高耐热性的树脂薄膜诸如PFA形成的。
中间层5用作在第一增强膜2和第二增强膜3与耐热背板2b和耐热背板3b之间赋予粘合度的粘结层。中间层5是由与形成带状电解质聚合物1的电解质聚合物相同种类或者类似的电解质聚合物形成的。形成中间层5的电解质聚合物在各增强膜2和3与各耐热背板2b和3b之间的界面中侵入各增强膜2和3的微小孔中。通过利用涂覆工具诸如模具式涂布机在第一增强膜2和第二增强膜3或者耐热背板2b和耐热背板3b的粘附表面上涂覆电解质聚合物的溶液而形成中间层5。第一增强膜供应部20B和第二增强膜供应部21B每个可以具有在布置中间层5之后粘着第一增强膜2和第二增强膜3以及耐热背板2b和耐热背板3b的粘着部。
在这里，由中间层5赋予的在第一增强膜2和耐热背板2b之间的粘合度被调整为高于在从聚合物供应部10B供应的带状电解质聚合物1及其背板1bB之间的粘合度。具体地，在第一增强膜2和第二增强膜3与耐热背板2b和耐热背板3b之间的粘合度可以被设定为能够在90°剥离测试中获得0.1到0.5N/cm的测量值的程度。因此，背板2b能够容易地从带状电解质聚合物1剥离，这是在以下描述的处理部30B中执行的。
处理部30B在被输送的带状电解质聚合物1的两侧上布置并且热压缩第一增强膜2和第二增强膜3以将它们形成为一体并且形成双表面增强膜1rr。处理部30B包括在带状电解质聚合物1的输送方向上依次布置的第一粘着部60、第一剥离部61、第二粘着部62、热压结合部63和第二剥离部64。
图19是示出由第三实施例的处理部30B执行的步骤的过程的过程图表。图20到图22每一幅是描述在图19所示处理部30A中执行的各步骤的内容的概略图表。在图20到图22中的每幅图中，均利用概略截面视图对于每个步骤概略地示意当每个带状部件被沿着宽度方向切割时在第三实施例的处理部30B中被处理的带状部件的状态。在下文中，将利用图18和图19到图22作为参考绘图顺序地描述第三实施例的处理部30B的构成部60到64中的每个构成部的步骤的内容。
处理部30B从电解质聚合物供应部10B接收被布置到背板1bB的带状电解质聚合物1的供应(图19的步骤31)。此外，处理部30B从第一增强膜供应部20B接收经由中间层5布置在耐热背板2b上的第一增强膜2的供应。带状电解质聚合物1和第一增强膜2被输送到第一粘着部60。
图20是示出在第一粘着部60和第一剥离部61中的步骤的内容的概略图表。第一粘着部60利用挤压辊60r使得带状电解质聚合物1和第一增强膜2相互面接触并且紧密接触(步骤32)。在被夹在背板1bB和耐热背板2b之间的状态下，相互粘着的带状电解质聚合物1和第一增强膜2被输送到第一剥离部61。
第一剥离部61利用剥离辊61r从带状电解质聚合物1剥离并且回收背板1bB(步骤33)。如上所述，在带状电解质聚合物1和背板1bB之间的粘合度被预先调整为低于在带状电解质聚合物1和第一增强膜2之间的粘合度以及在第一增强膜2和耐热背板2b之间的粘合度。因此，在第一剥离部61中，背板1bB能够被容易地剥离。背板1bB被剥离的带状电解质聚合物1在受到第一增强膜2和耐热背板2b支撑的状态中被输送到第二粘着部62。
图21是示出在第二粘着部62中的步骤的内容的概略图表。第二粘着部62从第二增强膜供应部21B接收经由中间层5布置在耐热背板3b上的第二增强膜3的供应(步骤34)。在第二粘着部62中，挤压辊62r使得带状电解质聚合物1的暴露表面(在与第一增强膜2相反的一侧上的表面)和第二增强膜3紧密接触(步骤35)。在第二粘着部62中的挤压条件可以与在第一粘着部60中的挤压条件相同。第一增强膜2和第二增强膜3与带状电解质聚合物1的层压板部件在被夹在耐热背板2b和3b之间的状态下被输送到热压结合部63。
图22是示出在热压结合部63和第二剥离部64中的步骤的内容的概略图表。在热压结合部63中，热辊63r热压缩带状电解质聚合物1与第一增强膜2和第二增强膜3，并且双表面增强膜1rr得以产生(步骤36)。在热压结合步骤中，熔化的带状电解质聚合物1的电解质聚合物在第一增强膜2和第二增强膜3中含浸，并且熔化的中间层5的电解质聚合物在第一增强膜2和第二增强膜3中含浸。因此，根据第三实施例的制造设备100B，因为由中间层5的电解质聚合物形成的薄膜层形成在双表面增强膜1rr的两个表面上，所以在双表面增强膜1rr中能够确保优良的表面性质。
双表面增强膜1rr在被两个耐热背板2b和3b夹持的状态下被输送到第二剥离部64。在第二剥离部64中，剥离辊64r从双表面增强膜1rr剥离在第一增强膜2侧上的耐热背板2b(步骤37)。被布置到耐热背板3b的双表面增强膜1rr被输送到水解处理部40。在水解处理部40中，质子传导性被赋予双表面增强膜1rr，并且增强电解质膜完成。在水解处理部40中执行的步骤与在第一实施例中描述的相同(图6)。
如上所述，根据第三实施例的制造设备100B，能够在确保与耐热背板2b和耐热背板3b的粘合度之后输送第一增强膜2和第二增强膜3。此外，因为包含电解质聚合物的中间层5被布置在第一增强膜2和第二增强膜3与耐热背板2b和耐热背板3b之间，所以能够获得具有优良表面性质的双表面增强膜1rr。此外，根据第三实施例的制造设备100B，因为第一增强膜2和第二增强膜3能够在相同步骤中在带状电解质聚合物1上被热压缩，所以与第一增强膜2和第二增强膜3被分开地热压缩的结构相比较，步骤数目能够减小。
D.变型
D1.变型1：
在上述各实施例中，第一增强膜2和第二增强膜3由ePTFE形成。然而，第一增强膜2和第二增强膜2和3可以由除了ePTFE之外的材料形成。此外，在上述各实施例中，第一增强膜2和第二增强膜3的背板由PFA或PET形成。然而，第一增强膜2和第二增强膜3的背板可以由除了PFA和PET之外的材料形成。
D2：变型2：
在每个实施例中，背板1b、2b、3b、2bf、3bf、2bB和3bB中的任意一个均由单层薄膜部件形成。然而，背板1b、2b、3b、2bf、3bf、2bB和3bB中的每个背板可以具有多个不同的材料层被堆叠的多层结构。在该情形中，经历热压结合步骤的背板优选地具有具有高耐热性(最大连续地操作温度：例如大约200到270℃)和光滑表面性质(表面粗糙度(Ra)：例如大约10到800nm)的两个最外层。因此，在带状电解质聚合物1与第一增强膜2和第二增强膜3之间的热压结合步骤能够得到响应并且能够确保在热压结合步骤之后单表面增强膜1r和双表面增强膜1rr的优良表面性质。
D3.变型3：
实施例的制造设备100、100A和100B中的每个制造设备制造通过在带状电解质聚合物1的两个表面中引入第一增强膜2和第二增强膜3而增强两个表面侧的增强电解质膜。然而，上述每个实施例的制造设备100、100A和100B每个可以制造通过在带状电解质聚合物1的一个表面中引入第一增强膜2获得的仅仅一个表面侧被增强的增强电解质膜。
D4.变型4：
第三实施例的制造设备100B在相同步骤中同时将第一增强膜2和第二增强膜3热压缩到带状电解质聚合物1。然而，第三实施例的制造设备100B可以分开地执行第一增强膜2和第二增强膜3到带状电解质聚合物1的热压结合步骤。
D5.变型5：
根据第三实施例，中间层5被形成为覆盖在各增强膜2和3与耐热背板2b和3b之间的整个界面。然而，中间层5可以不被形成为覆盖在各增强膜2和3与背板2b和3b之间的整个界面。中间层5可以被形成为在各增强膜2和3与各耐热背板之间的多个位置中分散。
本发明不限于上述的实施例、实例和变型，并且在不从本发明的主旨偏离的范围中，能够以各种构造实现。例如，实施例、实例和变型中的技术特征能够可选地被替代或者组合以解决部分或者全部上述问题，或者实现部分或者全部上述效果。此外，除非在说明书中描述为是不可缺少的，否则技术特征能够可选地被消除。

Claims (10)

1.一种制造增强电解质膜的制造方法，所述增强电解质膜被用在燃料电池中，并且所述增强电解质膜具有布置在其内部的增强部件，所述制造方法包括：
(a)步骤：将带状电解质聚合物在布置在第一背板的表面上的状态下在作为输送方向的所述带状电解质聚合物的纵向方向上输送，其中所述带状电解质聚合物是第一电解质聚合物的带状体；
(b)步骤：将第一带状增强部件在布置在第二背板的表面上的状态下在所述输送方向上输送，并且将所述第一带状增强部件布置在所述带状电解质聚合物的表面上，其中所述第一带状增强部件是带状体；和
(c)步骤：在所述步骤(b)之后，在通过在所述第二背板和所述第一带状增强部件之间存在的第二电解质聚合物使得所述第二背板和所述第一带状增强部件之间的第一粘合度高于所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的第二粘合度的状态下，从所述带状电解质聚合物剥离所述第一背板。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中：
所述步骤(c)包括如下步骤：使在所述第二背板和所述第一带状增强部件之间的所述第一粘合度高于在所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的所述第二粘合度，其中通过经由所述第一背板和所述第二背板热压缩所述带状电解质聚合物和所述第一带状增强部件，使形成所述带状电解质聚合物的所述第一电解质聚合物含浸到所述第一带状增强部件的内部并且使所述第一电解质聚合物到达在所述第二背板和所述第一带状增强部件之间的界面，从而所述第一电解质聚合物用作所述第二电解质聚合物。
3.根据权利要求2所述的制造方法，进一步包括：
(d)步骤：在所述第一背板被剥离的所述带状电解质聚合物的表面上布置并且热压缩第二带状增强部件。
4.根据权利要求2或3所述的制造方法，其中：
在所述步骤(c)之前，在所述第二背板和所述第一带状增强部件之间的所述第一粘合度低于在所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的所述第二粘合度。
5.根据权利要求2到4中的任一项所述的制造方法，其中：
在所述步骤(a)之前，将所述第一带状增强部件布置在用于输送的第三背板的表面上，所述第三背板具有比所述步骤(c)中的热压结合温度低的耐热温度，并且
所述步骤(a)包括如下步骤：用具有比所述步骤(c)中的热压结合温度高的耐热温度的所述第二背板代替所述第三背板。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其中：
通过在所述第一带状增强部件和所述第二背板之间预先布置包含第三电解质聚合物的中间层，在所述步骤(b)之前，将在所述第二背板和所述第一带状增强部件之间的所述第一粘合度预先设定为比在所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的所述第二粘合度高，所述第三电解质聚合物用作所述第二电解质聚合物，并且
所述步骤(b)包括如下步骤：挤压所述带状电解质聚合物和所述第一带状增强部件，使得在所述带状电解质聚合物和所述第一带状增强部件之间的第三粘合度要高于在所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的所述第二粘合度。
7.根据权利要求6所述的制造方法，进一步包括：
(e)步骤：在所述第一背板被剥离的所述带状电解质聚合物的表面上布置第二带状增强部件，并且热压缩所述带状电解质聚合物和所述第一带状增强部件和所述第二带状增强部件。
8.一种制造增强电解质膜的制造设备，所述增强电解质膜被用在燃料电池中，并且所述增强电解质膜具有布置在其内部的增强部件，所述制造设备包括：
输送部，所述输送部将带状电解质聚合物在布置在第一背板的表面上的状态下在作为输送方向的所述带状电解质聚合物的纵向方向上输送，其中所述带状电解质聚合物是第一电解质聚合物的带状体；
增强部件布置部，所述增强部件布置部将第一带状增强部件在布置在第二背板的表面上的状态下在所述输送方向上输送，并且将所述第一带状增强部件布置在所述带状电解质聚合物的表面上，其中所述第一带状增强部件是带状体；和
背板剥离部，所述背板剥离部被布置在所述增强部件布置部的后段中，并且在通过在所述第二背板和所述第一带状增强部件之间存在的第二电解质聚合物所述第二背板和所述第一带状增强部件之间的第一粘合度被设定为高于所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的第二粘合度的状态下，所述背板剥离部从所述带状电解质聚合物剥离所述第一背板。
9.根据权利要求8所述的制造设备，进一步包括：
热压结合部，所述热压结合部被布置在所述增强部件布置部和所述背板剥离部之间，通过经由所述第一背板和所述第二背板热压缩所述带状电解质聚合物和所述第一带状增强部件而将形成所述带状电解质聚合物的所述第一电解质聚合物含浸在所述第一带状增强部件中，使得所述第一电解质聚合物到达所述第二背板和所述第一带状增强部件之间，从而所述第一电解质聚合物用作所述第二电解质聚合物，并且使得在所述第二背板和所述第一带状增强部件之间的所述第一粘合度高于在所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的所述第二粘合度。
10.根据权利要求8所述的制造设备，其中：
通过在所述第一带状增强部件和所述第二背板之间布置包含第三电解质聚合物的中间层，并且使得所述第三电解质聚合物用作所述第二电解质聚合物，在输送到所述增强部件布置部之前，将在所述第二背板和所述第一带状增强部件之间的所述第一粘合度预先设定为比在所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的所述第二粘合度高；并且
在所述增强部件布置部中，所述带状电解质聚合物和所述第一带状增强部件被挤压，使得在所述带状电解质聚合物和所述第一带状增强部件之间的第三粘合度高于在所述第一背板和所述带状电解质聚合物之间的所述第二粘合度。
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