JP2004172095A - 膜−電極構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体高分子電解質膜2は、その内周側に位置する触媒層3,4により挟持されており、一方の面が、触媒層3,4と、接着性支持層9とにより被覆されている。接着性支持層9は分子構造中にフッ素原子を有する接着剤からなる。前記接着剤は、硬化後に150%以上の引張破断伸びを備える。触媒層3,4と接着性支持層9とを被覆する多孔質拡散層5,6を備え、接着性支持層9は接着剤浸透層10により拡散層6と一体化している。固体高分子電解質膜2の接着性支持層9により被覆される部分に、最大高さRmaxが3〜20μmの範囲にある凹凸を形成し、該凹凸が形成された部分に、接着性支持層9を、加熱下に押圧して接合する。
【選択図】 図3
Description
または、前記接着剤として、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチル(3,3,3−トリフルオロプロピル)ポリシロキサン(粘度1.0Pa・s、珪素原子結合ビニル基含有量1.0重量%)100重量部、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルハイドロジェンシロシキ(3,3,3−トリフルオロプロピル)ポリシロキサン(粘度0.01Pa・s、珪素原子結合ビニル基含有量0.5重量%)3.5重量部、フェロセン0.01重量部を撹拌し、脱泡したものに、反応触媒として、ビス(1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン)白金触媒を、白金が分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチル(3,3,3−トリフルオロプロピル)ポリシロキサンに対して重量比で5ppmとなるように添加したものを挙げることができる。
または、前記接着剤として、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチル(3,3,3−トリフルオロプロピル)ポリシロキサン(粘度1.0Pa・s、珪素原子結合ビニル基含有量1.0重量%)100重量部、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルハイドロジェンシロシキ(3,3,3−トリフルオロプロピル)ポリシロキサン(粘度0.01Pa・s、珪素原子結合ビニル基含有量0.5重量%)3.5重量部、フェロセン0.01重量部を撹拌し、脱泡したものに、反応触媒として、ビス(1,3−ジビニル−1,1−3テトラメチルジシロキサン)白金触媒を、白金が分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチル(3,3,3−トリフルオロプロピル)ポリシロキサンに対して重量比で5ppmとなるように添加したものを挙げることができる。
次に、式(3)で示されるオリゴマー28.4重量部、2,5−ジクロロ−4’−(4−フェノキシ)フェノキシベンゾフェノン29.2重量部、ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケルジクロリド1.37重量部、ヨウ化ナトリウム1.36重量部、トリフェニルホスフィン7.34重量部、亜鉛末11.0重量部をフラスコに取り、乾燥窒素置換した。次に、N−メチル−2−ピロリドンを加え、80℃に加熱して撹拌下に4時間重合を行った。重合溶液をテトラヒドロフランで希釈し、塩酸/メタノールで凝固させ回収した。回収物に対してメタノール洗浄を繰り返し、テトラヒドロフランに溶解した。これをメタノールで再沈殿して精製し、濾集したポリマーを真空乾燥して、式(2)で示されるポリアリーレン化合物を得た(収率96%)。
(1)触媒層3,4が同一の大きさを備え固体高分子電解質膜2を挟んで外周縁が一致するように積層されている点。
(2)多孔質拡散層5が触媒層3の外周縁から外方に延在されている点。
(3)固体高分子電解質膜2と多孔質拡散層6とが接着性支持層9の外周縁から外方に延在されている点。
(4)触媒層4の外周縁と接着性支持層9の内周縁との間に間隙9aが設けられている点。
本比較例では、式(1)で示されるポリマーに代えて、分子内にフッ素原子を含まないイソブチレン樹脂(鐘淵化学工業株式会社製、商品名:エピオン)を用いた以外は実施例1と全く同一にして接着剤を調製した。
本比較例では、実施例1で用いた接着剤に代えて、分子内にフッ素原子を含まないシリコーン系接着剤(株式会社スリーボンド製、商品名:1209)を用いた以外は、実施例1と全く同一にして図1に示す膜−電極構造体1aと、図5に示す膜−電極構造体11aとを製造し、実施例1と全く同一にして接着性支持層9の剥離強度を求めた。結果を表1に示す。
本比較例では、実施例1で用いた接着剤に代えて、分子内にフッ素原子を含まないシリコーン系接着剤(株式会社スリーボンド製、商品名:1211)を用いた以外は、実施例1と全く同一にして図1に示す膜−電極構造体1aと、図5に示す膜−電極構造体11aとを製造し、実施例1と全く同一にして接着性支持層9の剥離強度を求めた。結果を表1に示す。
本比較例では、ヒュームドシリカの配合量を30部とした以外は、実施例1と全く同一にして接着剤を調製した。前記接着剤について、実施例1と全く同一にして硬化後の引張破断伸びを測定したところ、120%であった。
本比較例では、ヒュームドシリカの配合量を40部とした以外は、実施例1と全く同一にして接着剤を調製した。前記接着剤について、実施例1と全く同一にして硬化後の引張破断伸びを測定したところ、90%であった。
表1から、分子内にフッ素分子を含む接着剤からなる接着性支持層9(実施例1,3)は、燃料電池運転中の高温、高湿環境を想定した処理を200サイクル繰り返した後でも剥離強度が高く良好な接着強度を得ることができることが明らかである。これに対し、分子内にフッ素分子を含まない接着剤からなる接着性支持層9(比較例1〜3)は、初期剥離強度が低く、前記処理により容易に剥離し、十分な接着強度を得ることができないことが明らかである。
(1)触媒層3,4が同一の大きさを備え固体高分子電解質膜2を挟んで外周縁が一致するように積層されている点。
(2)多孔質拡散層5が触媒層3の外周縁から外方に延在されている点。
(3)固体高分子電解質膜2と多孔質拡散層6とが接着性支持層9の外周縁から外方に延在されている点。
(4)触媒層4と接着性支持層9との間に間隙9aが設けられている点。
Claims (10)
- 触媒層を備える1対の電極と、両電極の該触媒層により挟持された固体高分子電解質膜とを備え、
該触媒層は、該固体高分子電解質膜の外周縁よりも内周側に位置し、
該固体高分子電解質膜の少なくとも一方の面が、該触媒層と、該触媒層の外周側に全周に亘って設けられ該固体高分子電解質膜に接着して該固体高分子電解質膜を支持する接着性支持層とにより被覆されている膜−電極構造体であって、
該接着性支持層は分子構造中にフッ素原子を有する接着剤からなることを特徴とする膜−電極構造体。 - 前記接着剤は、硬化後に150%以上の引張破断伸びを備えることを特徴とする請求項1記載の膜−電極構造体。
- 前記接着剤は、ポリシロキサン化合物と、少なくとも2個のアルケニル基を備える分子とを含むことを特徴とする請求項1または請求項2記載の膜−電極構造体。
- 前記触媒層と前記接着性支持層とを被覆する拡散層を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の膜−電極構造体。
- 前記拡散層は多孔質からなり、前記接着性支持層は、前記接着剤が該拡散層に浸透してなる接着剤浸透層により、該拡散層と一体化されていることを特徴とする請求項4記載の膜−電極構造体。
- 前記接着剤浸透層は、前記多孔質からなる拡散層が該接着性支持層を被覆する領域で、該拡散層の空孔部に対する充填率が30〜100%となる範囲で、前記接着剤が該拡散層に浸透して形成されていることを特徴とする請求項5記載の膜−電極構造体。
- 前記一方の触媒層の外周縁は、前記固体高分子電解質膜を挟んで、少なくとも一部分が他方の触媒層の外周縁と相異なる部分に位置していることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の膜−電極構造体。
- 前記一方の触媒層の外周縁は、前記固体高分子電解質膜を挟んで、他方の触媒層の外周縁よりも内周側に位置していることを特徴とする請求項7記載の膜−電極構造体。
- 触媒層を備える1対の電極と、両電極の該触媒層により挟持された固体高分子電解質膜とを備え、
該触媒層は、該固体高分子電解質膜の外周縁よりも内周側に位置し、
該固体高分子電解質膜の少なくとも一方の面が、該触媒層と、接着性支持層とにより被覆されており、該接着性支持層は該触媒層の外周側に全周に亘って設けられ該固体高分子電解質膜に接着して支持する膜−電極構造体の製造方法であって、
高分子電解質溶液から固体高分子電解質膜を形成する工程と、
該固体高分子電解質膜の該接着性支持層により被覆される部分に、表面粗さの最大高さRmaxが3〜20μmの範囲にある凹凸を形成する工程と、
シート状支持体上に、分子構造中にフッ素原子を有する接着剤を塗布し、乾燥させて該接着性支持層を形成する工程と、
該固体高分子電解質膜の該凹凸が形成された部分に、該シート状支持体上に形成された接着性支持層を、加熱下に押圧して接合する工程とを備えることを特徴とする膜−電極構造体の製造方法。 - 前記接着剤は、ポリシロキサン化合物と、少なくとも2個のアルケニル基を備える分子とを含むことを特徴とする請求項9記載の膜−電極構造体の製造方法。
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