CN105510387A - 检查装置 - Google Patents

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CN105510387A CN201510648899.2A CN201510648899A CN105510387A CN 105510387 A CN105510387 A CN 105510387A CN 201510648899 A CN201510648899 A CN 201510648899A CN 105510387 A CN105510387 A CN 105510387A
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伊藤祐介
吉川大雄
壶阪健二
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Abstract

本发明提供一种检查装置，检查具有阶梯部的工件，在该检查装置中抑制了温度上升。检查具有阶梯部(115)的工件(100)的检查装置(20)具备：一对电极板(220、230)，夹持上述工件(100)并对上述工件(100)施加电压，且包含配置于上述阶梯部(115)侧的第一电极板(220)和配置于上述工件(100)的上述阶梯部(115)的相反侧的第二电极板(230)；及传热部件(240)，以在上述阶梯部和上述第一电极板(220)之间不会产生间隙的方式配置。

Description

检查装置
本申请主张基于2014年10月14日提出的申请编号2014-209771号的日本申请的优先权，并通过参照将其全部公开内容引入本申请。
技术领域
本发明涉及一种检查膜电极接合体等工件的检查装置。
背景技术
JP2002-90346A中记载了检查陶瓷片有无贯通孔等缺陷的检查装置。该检查装置由平行配置的两片电极板夹持陶瓷片的两面，通过检查在该电极间施加了直流高电压时产生的放电电流，检查该陶瓷片中有无缺陷。
发明内容
但是，在将以往的检查装置用于燃料电池的膜电极接合体的检查的情况下，存在以下的课题：膜电极接合体包含碳材料和水分。因此，在施加电压时，碳和水进行如下反应，有电流流动并进行发热。
C+2H2O→CO2+4H++4e-
在此，燃料电池的膜电极接合体(工件)为了确保外缘部的绝缘性，具有带阶梯部的结构。因此，在以往的检查装置中，阶梯部和电极之间会产生间隙。由于该间隙作为空气隔热层发挥功能，因此有可能无法使阶梯部中的热量充分散发而使温度上升，使工件劣化。
本发明为了解决上述课题的至少一部分而作出，能够按照如下方式实现。
(1)根据本发明的一方式，提供一种检查具有阶梯部的工件的检查装置。该检查装置具备：一对电极板，夹持上述工件并对上述工件施加电压，且包含配置于上述阶梯部侧的第一电极板和配置于上述工件的上述阶梯部的相反侧的第二电极板；及传热部件，以在上述阶梯部和上述第一电极板之间不会产生间隙的方式配置。若在阶梯部和一对电极板中的上述阶梯部侧的第一电极板之间存在间隙，则在该间隙内存在隔热性高的空气。在对工件施加电压而使工件的阶梯部的温度上升的情况下，由于空气作为隔热材料发挥功能而无法传递热量，因此，可能会使工件的阶梯部的温度过度上升而使工件劣化。根据该方式，由于能够使用传热部件使阶梯部的热量散发，因此，能够抑制阶梯部的温度上升，并能够抑制工件的劣化。
(2)在上述方式的检查装置中，也可以是，上述传热部件为氟树脂制的片材。氟树脂是具有绝缘性且热量和化学性能稳定的物质，具有空气的10倍的导热率，因此，优选作为传热部件。
(3)在上述方式的检查装置中，也可以是，上述第一电极板具有与上述传热部件形成一体且能够与上述阶梯部嵌合的形状，并与上述阶梯部接触。电极板通常由金属形成，且比空气的导热性大。在该方式中，一电极板具有与传热部件形成一体且能够与上述阶梯部嵌合的形状，由于与上述阶梯部接触，因此也作为传热部件发挥功能，能够抑制阶梯部的温度上升，并能够抑制工件的劣化。
发明效果
此外，本发明还能够以多种形式实现。例如，除检查膜电极接合体等工件的检查装置外，还能够以检查装置的散热结构等方式实现。
附图说明
图1是表示膜电极接合体的检查装置的概略结构的说明图。
图2是放大表示实施方式的一对电极板和夹持于其间的膜电极接合体的说明图。
图3是放大表示比较例的一对电极板和夹持于其间的膜电极接合体的说明图。
图4是表示电解质膜的膜厚和耐电压的关系的说明图。
图5是表示膜电极接合体中不含有异物时的电流的测定波形的一例的图。
图6是表示膜电极接合体中含有异物时的电流的测定波形的一例的图。
图7是表示湿度、电压施加速度和在膜电极接合体中流动的峰值电流的关系的说明图。
图8是表示本发明的变形例的说明图。
图9是表示本发明的另一变形例的说明图。
具体实施方式
图1是表示膜电极接合体的检查装置的概略结构的说明图。检查装置20具备直流电源200、电流检测器210、一对电极板220、230、测力传感器260、底座270和按压机构280。电极板220、230配置在底座270上，并夹持膜电极接合体100(也称为“工件100”。)。直流电源200通过在电极板220、230之间供给电压而对膜电极接合体100施加电压。电流检测器210检测在电极板220、230间流动的电流。在电极板220上配置测力传感器260，进而，在其上配置有按压机构280。按压机构280对膜电极接合体100施加面压。测力传感器260将施加到膜电极接合体100的面压作为电信号而输出。能够根据测力传感器260的输出信号来测定施加到膜电极接合体100的面压。
图2是放大表示一对电极板和夹持于其间的膜电极接合体的说明图。膜电极接合体100是检查装置20的检查对象。膜电极接合体100具备电解质膜110、阴极侧催化剂层120、阳极侧催化剂层130、阴极侧气体扩散层140和阳极侧气体扩散层150。以包围膜电极接合体100的外缘的方式配置有两片传热片240、250。
电解质膜110是具有质子导电性的电解质膜。作为电解质膜110，例如可使用如全氟碳磺酸聚合物那样的氟系电解质树脂(离子交换树脂)。阴极侧催化剂层120和阳极侧催化剂层130具有载持催化剂(例如铂金)的碳。在本实施方式中，在电解质膜110的第一面111的整个区域涂布阳极侧催化剂层130。另一方面，阴极侧催化剂层120仅涂布在电解质膜110的第二面112中的部分区域(发电区域)。这是因为，与阴极侧催化剂层120相比，阳极侧催化剂层130的每单位面积的催化剂量较少。典型的是，阳极侧催化剂层130的每单位面积的催化剂量在阴极侧催化剂层120的每单位面积的催化剂量的1/2以下，例如也可以为约1/3。因此，即使在电解质膜110的第一面111的整个区域上涂布催化剂也不会过度浪费。而且，这是因为，与仅将阳极侧催化剂层130涂布在电解质膜110的第一面111的部分区域上相比，将阳极侧催化剂层130涂布在电解质膜110的第一面111的整个区域的涂布工序更为简单。另外，通过将阴极侧催化剂层120仅涂布在电解质膜110的第二面112中的部分区域(发电区域)，能够确保膜电极接合体100的外缘部的绝缘性。
在阴极侧催化剂层120上配置有阴极侧气体扩散层140，在阳极侧催化剂层130上配置有阳极侧气体扩散层150。阴极侧气体扩散层140和阳极侧气体扩散层150由碳纸形成。但是，阴极侧气体扩散层140和阳极侧气体扩散层150也可以取代碳纸而由碳无纺布形成。
在膜电极接合体100的电解质膜110的第二面112的外缘部不存在阴极侧催化剂层120、阴极侧气体扩散层140。即，膜电极接合体100在外缘部具备阶梯部115。阶梯部115由阴极侧气体扩散层140的表面141、阴极侧气体扩散层140的侧面142和电解质膜110的第二面112构成。
传热片240具有框架形状。能够在传热片240的框架形状的内侧嵌入阴极侧催化剂层120和阴极侧气体扩散层140。传热片240与膜电极接合体100的电解质膜110的第二面112中的构成阶梯部115的部分无缝连接。传热片250具有框架形状。能够在传热片250的框架形状的内侧嵌入阳极侧催化剂层130和阳极侧气体扩散层150。传热片240、250由特氟隆(テフロン)(注册商标)那样的氟树脂形成。氟树脂是具有绝缘性且热量和化学性能稳定的物质。如后述那样，传热片240、250被用作用于使膜电极接合体100产生的热量散发的传热部件。氟树脂具有空气的约10倍的导热率。若是具有绝缘性且导热率比空气足够高的(例如5倍以上)材料，则也可以由除氟树脂以外的其它材料形成传热片240、250。例如，传热片240、250也可以由氮化铝、氧化铝那样的陶瓷类材料形成。
图3是放大表示比较例的一对电极板和夹持于其间的膜电极接合体的说明图。比较例在没有配置两片传热片240、250这一点上与实施方式不同。
在检查膜电极接合体100的情况下，通过电极板220、230，对膜电极接合体100施加预定的面压而施加电压。膜电极接合体100的电解质膜110、阴极侧催化剂层120、阳极侧催化剂层130含有水分，阴极侧催化剂层120、阳极侧催化剂层130具备载持催化剂的碳。在该状态下，如对膜电极接合体100施加电压，则会引起以下式(1)的反应，并有电流流动。
C+2H2O→CO2+4H++4e-(1)
当电流在膜电极接合体100中流动时，膜电极接合体100会发热。在膜电极接合体100中流动的电流越大，则该发热越大。膜电极接合体100产生的热量按照图2、图3所示的箭头那样移动。在图3所示的比较例中，膜电极接合体100的阶梯部115中的电解质膜110的第二面112上为空气，构成阶梯部115的一部分的第二面112不与任一处接触。即，该第二面112部分的上侧由空气隔热，难以散热。因此，在阶梯部115中，膜电极接合体100可能会劣化。相对于此，在图2所示的实施方式中，在阶梯部115的上侧配置有传热片240。热量从阶梯部115通过传热片240散发到第一电极板220。因此，阶梯部115不会产生热量，能够抑制膜电极接合体100的劣化。根据实验，在未使用传热片240、250的情况下，在膜电极接合体的外缘(阶梯部115)，电解质膜110产生了变色、熔融，但在使用了传热片240、250的情况下，电解质膜110没有产生变色、熔融。
图4是表示电解质膜的膜厚和耐电压的关系的说明图。可知，电解质膜110的膜厚越薄，则耐电压(达到绝缘破坏的电压)越小，膜厚越厚，则耐电压越大。若电解质膜110中含有异物，则包含异物的部分的电解质膜110的膜厚变薄。在包含异物的部分，由于膜厚较薄，因此，会因较低的电压引起绝缘破坏，耐电压变低。通过耐电压的大小，能够评价电解质膜110的膜厚(最薄的膜厚)。
图5表示膜电极接合体100中不含有异物时的电流的测定波形的一例，图6表示膜电极接合体100中含有异物时的电流的测定波形的一例。在膜电极接合体100中含有异物的情况下，在该部分，电解质膜110的膜厚变薄。在实验中，由电极板220、230夹持约250cm2的膜电极接合体100，施加1Mpa的面压，以0.2V/sec的速度提高电压并进行施加。在膜电极接合体100中不含有异物的情况下，如图5所示，即使施加至膜电极接合体100的电压提高至5V的强度，也不会产生绝缘破坏，而在膜电极接合体100中包含异物的情况下，如图6所示，在将施加至膜电极接合体100的电压提高至约3V时，会产生绝缘破坏。在图6所示的例子中，可认为膜电极接合体100的电解质膜110的膜厚由于异物而变薄至约3μm。由上可知，根据本实施方式，通过对膜电极接合体100施加5V以下的电压，能够检查电解质膜110上是否存在膜厚在3μm以下的较薄的部分。
图7是表示湿度、电压施加速度和在约13cm2的膜电极接合体中流动的峰值电流的关系的说明图。湿度是指配置有检查装置的气氛的相对湿度(％RH)。不管气氛的相对湿度如何，电压施加速度越大，则在膜电极接合体100中流动的峰值电流越大。因此，优选电压施加速度较小。此外，若电压施加速度较小，则电荷总量(对电流进行时间积分而得到的值)变多，上述的式(1)的碳氧化引起的影响变大，因此，优选不会使电压施加速度过度变小。
另外，由坐标图可知，若相对湿度在40％RH以下，则在膜电极接合体100中流动的峰值电流中不存在较大的不同。因此，相对湿度可以较小，优选在40％RH以下。此外，可认为，若气氛的相对湿度较小，则水分会从电解质膜110、阴极侧催化剂层120、阳极侧催化剂层130蒸发，难以引起上述式(1)的反应，峰值电流变小。因此，代替减小气氛的相对湿度，例如优选在对膜电极接合体100施加电压(例如5V)前对膜电极接合体100进行加热并减少膜电极接合体100的水分。例如，也可以在温度80℃下对膜电极接合体100加热30秒钟。
以上，根据本实施方式，检查装置20具备传热片240、250，将传热片240、250用作传热部件，使膜电极接合体100的阶梯部115产生的热量散发。因此，膜电极接合体100的阶梯部115不会产生热量，能够抑制膜电极接合体100的劣化。另外，在本实施方式中，使用氟树脂制的片材作为传热片240、250。氟树脂是具有绝缘性且热量和化学性能稳定的物质，由于具有空气的10倍的导热率，因此，优选作为传热部件。
变形例：
图8是表示本发明的变形例的说明图。与图2所示的实施方式相比，图8所示的变形例在不具备传热片250这一点上不同。根据该变形例，阶梯部115也与传热片240相接，因此，能够经由传热片240使阶梯部115的热量散发。此外，在图8中，传热片240的外缘的大小与膜电极接合体100的外缘的大小大致相同，但也可以如图2的传热片240所示，比膜电极接合体100的外缘的大小大。
图9是表示本发明的另一变形例的说明图。与图2所示的实施方式相比，图9所示的变形例不具备传热片240、250，取而代之，第一电极板220的形状不同。在图9所示的变形例中，第一电极板220在膜电极接合体100侧具有能够与阶梯部115嵌合的凹部225。即，在凹部225中嵌入膜电极接合体100的阴极侧催化剂层120和阴极侧气体扩散层140。即，第一电极板220具有使图2所示的本实施方式的电极板220和传热片240形成为一体的形状。根据该变形例，由于第一电极板220与阶梯部115接触，因此能够经由电极板220使阶梯部115的热量散发。此外，第二电极板230也可以具备嵌入阳极侧催化剂层130和阳极侧气体扩散层150的凹部。
以上，基于几个实施例对本发明的实施方式进行了说明，但上述发明的实施方式是为了便于理解本发明，并未限定本发明。当然，在不脱离主旨和权利要求的情况下，可以对本发明进行变更和改良，且其等价物包含在本发明中。
附图标记说明
20…检查装置
100…膜电极接合体(工件)
110…电解质膜
111…第一面
112…第二面
115…阶梯部
120…阴极侧催化剂层
130…阳极侧催化剂层
140…阴极侧气体扩散层
141…阴极侧气体扩散层的表面
142…阴极侧气体扩散层的侧面
150…阳极侧气体扩散层
200…直流电源
210…电流检测器
220…电极板
225…凹部
230…电极板
240…传热片
250…传热片
260…测力传感器
270…底座
280…按压机构

Claims (3)

1.一种检查装置，检查具有阶梯部的工件，所述检查装置具备：
一对电极板，夹持所述工件并对所述工件施加电压，且包含配置于所述阶梯部侧的第一电极板和配置于所述工件的所述阶梯部的相反侧的第二电极板；及
传热部件，以在所述阶梯部和所述第一电极板之间不会产生间隙的方式配置。
2.根据权利要求1所述的检查装置，其中，
所述传热部件为氟树脂制的片材。
3.根据权利要求1所述的检查装置，其中，
所述第一电极板具有与所述传热部件形成一体且能够与所述阶梯部嵌合的形状，并与所述阶梯部接触。
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