JP2006269122A - Membrane electrode assembly and its manufacturing method, fuel cell, and electronic equipment - Google Patents

Membrane electrode assembly and its manufacturing method, fuel cell, and electronic equipment Download PDF

Info

Publication number
JP2006269122A
JP2006269122A JP2005082138A JP2005082138A JP2006269122A JP 2006269122 A JP2006269122 A JP 2006269122A JP 2005082138 A JP2005082138 A JP 2005082138A JP 2005082138 A JP2005082138 A JP 2005082138A JP 2006269122 A JP2006269122 A JP 2006269122A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
membrane
cathode
anode
electrode assembly
conductive layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005082138A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norihiro Ochi
教博 越智
Tomohisa Yoshie
智寿 吉江
Koutaro Saito
功太郎 齋藤
Hironori Kanbara
啓則 神原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2005082138A priority Critical patent/JP2006269122A/en
Publication of JP2006269122A publication Critical patent/JP2006269122A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a membrane electrode assembly realizing a fuel cell having flexibility and capable of making thin while high adhesion is kept, to provide a manufacturing method of the membrane electrode assembly, and to provide a fuel cell and electronic equipment. <P>SOLUTION: The membrane electrode assembly is formed by stacking an anode flexible membrane, an anode conductive layer, an anode catalyst layer, an electrolyte membrane, a cathode catalyst layer, a cathode conductive layer, and a cathode flexible membrane in order, and uniting them, and the manufacturing method of the membrane electrode assembly, the fuel cell using the membrane electrode assembly, and the electronic equipment are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池の膜電極複合体およびその製造方法、ならびに当該膜電極複合体を用いた燃料電池、電子機器に関する。   The present invention relates to a membrane electrode assembly for a fuel cell, a method for producing the same, and a fuel cell and an electronic device using the membrane electrode assembly.

近年、情報化社会を支える携帯用電子機器の電源として、単独の発電装置として効率がよいことから、燃料電池に対する期待が高まっている。燃料電池は、アノード極において燃料を、カソード極において空気中の酸素を、それぞれ電気化学的に酸化・還元し、この反応を通じて発電する。また、前記反応の逆反応を利用することで純水を電気分解し、水素と酸素を発生させる電気分解装置も検討されている。   In recent years, as a power source for portable electronic devices that support the information-oriented society, the efficiency of a single power generation device is high, and therefore, expectations for fuel cells are increasing. The fuel cell electrochemically oxidizes and reduces fuel at the anode electrode and oxygen in the air at the cathode electrode, and generates electricity through this reaction. In addition, an electrolysis apparatus that generates hydrogen and oxygen by electrolyzing pure water by utilizing a reverse reaction of the above reaction has been studied.

多種ある燃料電池の中でも、電解質として固体高分子イオン交換膜を用いる固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell、以下「PEFC」)は、電解質膜が薄膜であること、また反応温度が100℃以下と、リン酸型や固体酸化物型などの燃料電池に比べ比較的低温である。このため、大掛かりな補機類を必要としないことから、小型な燃料電池システムの実現が可能である。   Among various types of fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as “PEFC”) using a solid polymer ion exchange membrane as an electrolyte has a thin electrolyte membrane and a reaction temperature of 100 ° C. The temperature is relatively low as compared with the following fuel cells such as phosphoric acid type and solid oxide type. For this reason, since a large-scale auxiliary machine is not required, a small fuel cell system can be realized.

一方、メタノールから直接プロトンを取り出すことにより発電を行う、直接メタノール型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell、以下「DMFC」)は、改質器を必要としないこと、また、ガス燃料に比べ体積エネルギー密度の高い液体メタノールを使用することから、水素に代表される高圧ガスボンベに比べ燃料容器を小さくすることが可能である。このため、小型機器用電源への応用、特に、携帯機器用の二次電池代替用途という観点で注目が集まっている。また、DMFCは燃料が液体であるため、従来の燃料電池システムではデッドスペースとなっていた狭い婉曲空間部を燃料スペースとして使用することが可能であり、デザインに制約を受けずに、携帯用小型電子機器に利用可能であるというメリットを有する。   On the other hand, a direct methanol fuel cell (hereinafter referred to as “DMFC”) that generates electricity by directly extracting protons from methanol does not require a reformer, and has a volumetric energy density compared to gas fuel. Therefore, it is possible to make the fuel container smaller than a high-pressure gas cylinder represented by hydrogen. For this reason, attention is attracting attention from the viewpoint of application to a power supply for small equipment, in particular, a secondary battery alternative use for portable equipment. In addition, since DMFC is a liquid fuel, it is possible to use a narrow curved space as a fuel space, which was a dead space in conventional fuel cell systems. It has the merit that it can be used for electronic equipment.

このような状況に応じて、薄型化、小型化を図ったDMFCの従来例が、たとえば特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された燃料電池は、膜電極複合体と、基板と、筐体とを有する。膜電極複合体は、電解質膜と、燃料極と、空気極とで構成される。基板は、可撓性を有しかつ導体のパターニングが可能な、厚みの薄い材料を用いて形成される。基板は、片面に、膜電極複合体の両面に対応して1組の導電層および引き出し電極がパターニング形成される。膜電極複合体を間に挟んで、基板を折り畳んで、膜電極複合体を1組の導電層で挟持した構造を有する。このような構成により、集電体となる導電層が形成された可撓性基板の厚みを薄くすることができるため、燃料電池を薄型化、小型化することが可能である。
特開2004−200064号公報
For example, Patent Document 1 discloses a conventional DMFC that is reduced in thickness and size in accordance with such a situation. The fuel cell disclosed in Patent Document 1 includes a membrane electrode assembly, a substrate, and a housing. The membrane electrode assembly is composed of an electrolyte membrane, a fuel electrode, and an air electrode. The substrate is formed using a thin material having flexibility and capable of patterning a conductor. The substrate is formed by patterning a pair of conductive layers and extraction electrodes on one side corresponding to both sides of the membrane electrode assembly. The substrate is folded with the membrane electrode assembly sandwiched therebetween, and the membrane electrode assembly is sandwiched between a pair of conductive layers. With such a structure, the thickness of the flexible substrate on which the conductive layer serving as a current collector is formed can be reduced, so that the fuel cell can be reduced in thickness and size.
JP 2004-200064 A

しかしながら、特許文献1に記載された構成では、締結部材で半体を締結し、基板の外側に筐体を設け押し付け圧を要する構造を有し、燃料極および空気極と導体層の密着性を確保する必要が求められる。このような構成においては、全面に均一な押し付け圧を確保することが求められる。そのため、半体から構成される筐体には、剛性が求められ、ある程度の厚みが必要となり、燃料電池の薄型化、小型化が制限されてしまう。また、均一な押し付け圧を確保する面積が増大するほど、筐体にはより高い剛性が求められるため、筐体の厚みが増大し、薄型化、小型化が難しい。   However, in the configuration described in Patent Document 1, a half body is fastened by a fastening member, a housing is provided outside the substrate, and a pressing pressure is required, and the adhesion between the fuel electrode, the air electrode, and the conductor layer is improved. It is necessary to secure it. In such a configuration, it is required to ensure a uniform pressing pressure on the entire surface. For this reason, the casing formed of a half body is required to have rigidity and a certain thickness is required, which limits the reduction in thickness and size of the fuel cell. Further, as the area for ensuring a uniform pressing pressure increases, the casing is required to have higher rigidity. Therefore, the thickness of the casing increases and it is difficult to reduce the thickness and size.

また、基板は可撓性を有しているものの、筐体が剛性を有しているため、結果的に燃料電池は可撓性を有しない。このため、燃料電池のデザインは制限されてしまう。   In addition, although the substrate has flexibility, since the casing has rigidity, the fuel cell does not have flexibility as a result. This limits the design of the fuel cell.

また、特許文献1の発明の実施形態に記載のように、カーボンペーパーからなる燃料極もしくは空気極を用いた際には、前記剛性を有した筐体により、全面に均一な押し付け圧を確保しないと、カーボンペーパーの面厚方向の抵抗が高くなってしまい、良好な発電特性が得られない。   Further, as described in the embodiment of Patent Document 1, when a fuel electrode or an air electrode made of carbon paper is used, a uniform pressing pressure is not ensured over the entire surface by the casing having rigidity. Then, the resistance in the surface thickness direction of the carbon paper increases, and good power generation characteristics cannot be obtained.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、良好な密着性を確保しつつ、可撓性を有する薄型化可能な燃料電池を実現できる膜電極複合体およびその製造方法を提供することである。また当該膜電極複合体を用いた燃料電池、電子機器を提供することもその目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to provide a membrane electrode capable of realizing a flexible and thin fuel cell while ensuring good adhesion. It is to provide a composite and a method for producing the same. It is another object of the present invention to provide a fuel cell and an electronic device using the membrane electrode assembly.

本発明の膜電極複合体は、アノード可撓性膜、アノード導電層、アノード触媒層、電解質膜、カソード触媒層、カソード導電層、カソード可撓性膜が順次積層され、一体形成された構造を備えることを特徴とする。   The membrane electrode assembly of the present invention has a structure in which an anode flexible membrane, an anode conductive layer, an anode catalyst layer, an electrolyte membrane, a cathode catalyst layer, a cathode conductive layer, and a cathode flexible membrane are sequentially laminated and integrally formed. It is characterized by providing.

ここにおいて、カソード可撓性膜が絶縁性であることが好ましい。   Here, the cathode flexible membrane is preferably insulative.

また本発明の膜電極複合体は、アノード可撓性膜およびカソード可撓性膜が100℃以上の耐熱性を有する高分子膜であることが好ましい。   In the membrane electrode assembly of the present invention, the anode flexible membrane and the cathode flexible membrane are preferably polymer membranes having heat resistance of 100 ° C. or higher.

本発明の膜電極複合体におけるアノード可撓性膜およびカソード可撓性膜の少なくともいずれかがポリイミドであることが好ましい。   In the membrane electrode assembly of the present invention, at least one of the anode flexible membrane and the cathode flexible membrane is preferably polyimide.

本発明の膜電極複合体は、以下の(1)〜(4)のいずれかの構成であることがさらに好ましい。
(1)カソード可撓性膜に多孔質材が一体形成されている、
(2)アノード可撓性膜に多孔質材が一体形成されている、
(3)アノード可撓性膜およびカソード可撓性膜のいずれかの表面に親水層が形成されている、
(4)アノード可撓性膜およびカソード可撓性膜のいずれかの表面に撥水層が形成されている。
The membrane electrode assembly of the present invention preferably has any of the following configurations (1) to (4).
(1) A porous material is integrally formed on the cathode flexible membrane.
(2) A porous material is integrally formed on the anode flexible membrane.
(3) A hydrophilic layer is formed on the surface of either the anode flexible membrane or the cathode flexible membrane.
(4) A water repellent layer is formed on the surface of either the anode flexible membrane or the cathode flexible membrane.

ここで、上記(2)の構成の膜電極複合体は、液体燃料を用いる燃料電池に特に好適に使用することができる。   Here, the membrane electrode assembly having the configuration (2) can be particularly preferably used for a fuel cell using liquid fuel.

本発明の膜電極複合体におけるアノード導電層およびカソード導電層は、Au、Ag、Pt、Ni、Cu、Al、WおよびTiからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含んだ金属箔であるのが好ましい。   The anode conductive layer and the cathode conductive layer in the membrane electrode assembly of the present invention are metal foils containing at least one element selected from the group consisting of Au, Ag, Pt, Ni, Cu, Al, W and Ti. Is preferred.

また、前記アノード導電層およびカソード導電層は、Au、Pt、PdおよびRuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含んだ貴金属により被覆されているのが、好ましい。   The anode conductive layer and the cathode conductive layer are preferably covered with a noble metal containing at least one element selected from the group consisting of Au, Pt, Pd and Ru.

本発明における前記アノード可撓性膜およびカソード可撓性膜と前記アノード導電層およびカソード導電層との組み合わせは、ポリイミド膜と銅箔であることが好ましい。   The combination of the anode flexible membrane and cathode flexible membrane and the anode conductive layer and cathode conductive layer in the present invention is preferably a polyimide film and a copper foil.

また本発明は、以下の(1)〜(5)の少なくともいずれかの特徴を有する、上述した本発明の膜電極複合体を製造する方法も提供する。
(1)可撓性膜と導電層を一体形成しパンチングにより複数の開孔を形成する、
(2)可撓性膜と導電層を一体形成しフォトエッチングにより複数の開孔を形成する、
(3)可撓性膜と導電層を一体形成し集光レーザにより開孔を形成する、
(4)可撓性膜と導電層を一体形成し、前記導電層をマスクとしてレーザを照射し複数の開孔を形成する、
(5)触媒層の形成された電解質膜と、可撓性膜と導電層とを一体形成し開孔の形成された集電極とをロール状に巻き、ヒートローラを用いて熱圧着する。
The present invention also provides a method for producing the above-described membrane electrode assembly of the present invention having at least one of the following characteristics (1) to (5).
(1) A flexible film and a conductive layer are integrally formed, and a plurality of openings are formed by punching.
(2) A flexible film and a conductive layer are integrally formed, and a plurality of openings are formed by photoetching.
(3) A flexible film and a conductive layer are integrally formed and an aperture is formed by a focused laser;
(4) A flexible film and a conductive layer are integrally formed, and a plurality of apertures are formed by irradiating a laser using the conductive layer as a mask.
(5) The electrolyte membrane on which the catalyst layer is formed, the flexible membrane and the conductive layer are integrally formed and a collector electrode having an opening is wound in a roll shape, and thermocompression bonded using a heat roller.

本発明は、上述した本発明の膜電極複合体と、当該膜電極複合体のアノード触媒層に液体燃料を供給する燃料供給手段とを有する燃料電池も提供する。   The present invention also provides a fuel cell comprising the above-described membrane electrode assembly of the present invention and a fuel supply means for supplying liquid fuel to the anode catalyst layer of the membrane electrode assembly.

また本発明は、上述した本発明の燃料電池を、当該燃料電池のカソード可撓性膜側が大気に接するように搭載した電子機器も提供する。   The present invention also provides an electronic device in which the above-described fuel cell of the present invention is mounted such that the cathode flexible membrane side of the fuel cell is in contact with the atmosphere.

本発明はさらに、上述した本発明の燃料電池を、ヒンジ部に搭載した電子機器も提供する。   The present invention further provides an electronic device in which the above-described fuel cell of the present invention is mounted on a hinge portion.

本発明の膜電極複合体によれば、集電極と触媒層が隣接して一体形成されてなる構造を有する。このため、外部からの押え圧のない状態においても、集電極と触媒層の良好な導電性を確保した膜電極複合体を歩留まりよく製造することが可能である。   The membrane electrode assembly of the present invention has a structure in which the collector electrode and the catalyst layer are integrally formed adjacent to each other. For this reason, it is possible to manufacture a membrane electrode assembly with good yield, which ensures good conductivity of the collector electrode and the catalyst layer, even in the absence of an external pressing pressure.

また、本発明の膜電極複合体では、可撓性膜と導電層が一体形成された可撓性を有する集電極と電解質膜とが、触媒層に直接一体形成されていることにより、折り曲げても、良好な出力電圧を維持でき、膜電極複合体のサイズや形に制限を受けないデザイン性の高い燃料電池設計が可能となる。   Further, in the membrane electrode assembly of the present invention, the flexible collector electrode and the electrolyte membrane in which the flexible membrane and the conductive layer are integrally formed and the electrolyte membrane are directly formed on the catalyst layer, so that it is bent. However, it is possible to maintain a good output voltage and to design a fuel cell with high design without being restricted by the size and shape of the membrane electrode assembly.

また、外部雰囲気により収縮・膨潤する電解質膜に集電極が追従するため、剥離が生じにくく密着性を向上させられ、長期信頼性を確保することが可能になる。   In addition, since the collector electrode follows the electrolyte membrane that contracts and swells in the external atmosphere, it is difficult for peeling to occur and adhesion can be improved, and long-term reliability can be ensured.

さらには、膜電極複合体が可撓性を有するため、たとえば、電子機器のヒンジ部や可動部に、本発明における膜電極複合体を設置することが可能となる。ウェアラブル機器用途にも利用することができる。   Furthermore, since the membrane electrode assembly is flexible, for example, the membrane electrode assembly according to the present invention can be installed in a hinge portion or a movable portion of an electronic device. It can also be used for wearable device applications.

以下、本発明にかかる膜電極複合体構造について、直接メタノール型燃料電池を例にとり、図面を参照して説明するが、これにより決して限定されるものではない。   Hereinafter, the membrane electrode assembly structure according to the present invention will be described with reference to the drawings, taking a direct methanol fuel cell as an example, but is not limited thereto.

図1は、本発明の好ましい第1の例の膜電極複合体を模式的に示す分解斜視図であり、図2は図1に示す膜電極複合体を上部よりみた平面図である。また、図3は、図2の切断面線III−IIIからみた断面図である。本発明の膜電極複合体1は、アノード可撓性膜2a、アノード導電層3a、アノード触媒層7a、電解質膜6、カソード導電層3b、カソード可撓性膜2bが順次積層され一体形成されている。ここにおける「一体形成」とは、前記膜電極複合体1の各部材が外部から圧力を加えなくとも分離しない状態のことをいい、具体的には化学結合やアンカー効果や粘着力により接合された状態のことをいう。   FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing a membrane electrode assembly of a preferred first example of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the membrane electrode assembly shown in FIG. 1 as viewed from above. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along section line III-III in FIG. In the membrane electrode assembly 1 of the present invention, an anode flexible membrane 2a, an anode conductive layer 3a, an anode catalyst layer 7a, an electrolyte membrane 6, a cathode conductive layer 3b, and a cathode flexible membrane 2b are sequentially laminated and integrally formed. Yes. Here, “integral formation” refers to a state in which each member of the membrane electrode assembly 1 is not separated even if no pressure is applied from the outside, specifically, bonded by a chemical bond, an anchor effect, or an adhesive force. It means a state.

本発明の膜電極複合体1におけるアノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bは、アノード導電層3aおよびカソード導電層3bを機械的に補強し保護する機能を基本的に有する。アノード導電層3aおよびカソード導電層3bの厚さが薄くても、それぞれアノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bにより補強し、容易に取り扱うことを可能にするために、アノード可撓性膜2aとアノード導電層3a、カソード可撓性膜2bとカソード導電層3bとは、膜電極複合体1を一体形成する前に一体形成されていることが好ましい。さらには、アノード可撓性膜2aとアノード導電層3aに形成される開孔4およびカソード可撓性膜2bとカソード導電層3bに形成される開孔4の位置精度を確保するために、後述する開孔4を形成する前に一体形成されていることがより好ましい。   The anode flexible membrane 2a and the cathode flexible membrane 2b in the membrane electrode assembly 1 of the present invention basically have a function of mechanically reinforcing and protecting the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b. In order to reinforce the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b with the anode flexible membrane 2a and the cathode flexible membrane 2b, respectively, and to enable easy handling even when the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b are thin, The membrane 2a, the anode conductive layer 3a, the cathode flexible membrane 2b, and the cathode conductive layer 3b are preferably integrally formed before the membrane electrode assembly 1 is integrally formed. Furthermore, in order to ensure the positional accuracy of the apertures 4 formed in the anode flexible membrane 2a and the anode conductive layer 3a and the apertures 4 formed in the cathode flexible membrane 2b and the cathode conductive layer 3b, a description will be given later. More preferably, the opening 4 is integrally formed before the opening 4 is formed.

前記アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bは前記機能を有し可撓性を示す膜であれば、特に限定されないが、少なくともカソード可撓性膜2b(好適にはアノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bの両方)は、絶縁性を有することが好ましい。アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bは、100℃以上の耐熱性を有する高分子膜であることが好ましい。これにより、膜電極複合体を後述する熱圧着により一体形成する工程において、アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bが軟化することがなく、アノード導電層3aおよびカソード導電層3bを機械的に補強し保護する機能と、電気的に絶縁する機能を失うことがなく、また、後述する開孔4を閉鎖してしまう問題がなくなる。このような、100℃以上の耐熱性を有する高分子膜を形成する材料としては、たとえば、ポリイミド、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどを挙げることができるが、耐熱性および可撓性に優れたポリイミドが特に好ましい。   The anode flexible membrane 2a and the cathode flexible membrane 2b are not particularly limited as long as they have the above functions and exhibit flexibility, but at least the cathode flexible membrane 2b (preferably the anode flexible membrane 2b) Both the membrane 2a and the cathode flexible membrane 2b) preferably have insulating properties. The anode flexible film 2a and the cathode flexible film 2b are preferably polymer films having heat resistance of 100 ° C. or higher. Thereby, in the process of integrally forming the membrane electrode assembly by thermocompression bonding described later, the anode flexible film 2a and the cathode flexible film 2b are not softened, and the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b are machined. The function to reinforce and protect and the function to electrically insulate are not lost, and the problem of closing the opening 4 described later is eliminated. Examples of the material for forming such a polymer film having a heat resistance of 100 ° C. or higher include polyimide, polyarylate, polyether ether ketone, polyether imide, polyether sulfone, polyphenylene oxide, and polytetrafluoroethylene. Polyvinylidene fluoride and the like can be mentioned, and polyimide having excellent heat resistance and flexibility is particularly preferable.

アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bの厚みは、電気的に絶縁する機能を確保するため1μm以上の厚みであることが好ましい。また、後述する開孔4からメタノールおよび酸素の十分な供給を確保するため1.0mm以下の厚みであることが好ましく、さらには、容易に折り曲げることのできる0.3mm以下の厚みであることがより好ましい。なお、アノード導電層3aおよびカソード導電層3bの補強を確保するため、アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bの厚みは10μm以上であるのが好ましい。   The anode flexible membrane 2a and the cathode flexible membrane 2b preferably have a thickness of 1 μm or more in order to ensure an electrically insulating function. Moreover, in order to ensure sufficient supply of methanol and oxygen from the opening 4 described later, the thickness is preferably 1.0 mm or less, and further, the thickness is 0.3 mm or less that can be easily bent. More preferred. In order to ensure reinforcement of the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b, the anode flexible film 2a and the cathode flexible film 2b preferably have a thickness of 10 μm or more.

アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bの厚みが上述のように選ばれることによって、可撓性を有し容易に折り曲げることが可能となるとともに、アノード導電層3aおよびカソード導電層3bの厚さが薄くても、それぞれアノード可撓性膜2aおよびアノード可撓性膜2bにより補強されているため、容易に取り扱うことが可能となり、膜電極複合体1として一体形成するときの歩留まりが向上する。さらには、膜電極複合体1として一体形成したときにアノード導電層3aおよびカソード導電層3bが露出することを防止し、外部と電気的に絶縁することが可能となり安全性が向上する。   By selecting the thickness of the anode flexible film 2a and the cathode flexible film 2b as described above, the anode flexible film 2a and the cathode conductive layer 3b are flexible and can be easily bent. Even if the thickness of the membrane electrode is thin, it is reinforced by the anode flexible membrane 2a and the anode flexible membrane 2b, respectively, so that it can be easily handled, and the yield when integrally forming the membrane electrode assembly 1 is increased. improves. Furthermore, when the membrane electrode assembly 1 is integrally formed, the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b are prevented from being exposed, and can be electrically insulated from the outside, thereby improving safety.

本発明の膜電極複合体1におけるアノード導電層3aおよびカソード導電層3bは、それぞれアノード触媒層7aおよびカソード触媒層7bと電子授受を行う機能と、電気的配線の機能とを有し、それぞれ前記アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bの一方の面に一体形成されている。   The anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b in the membrane electrode assembly 1 of the present invention have a function of performing electron transfer with the anode catalyst layer 7a and the cathode catalyst layer 7b and a function of electrical wiring, respectively. It is integrally formed on one surface of the anode flexible membrane 2a and the cathode flexible membrane 2b.

アノード導電層3aおよびカソード導電層3bの材料としては、配線としての電圧降下を抑制するためAu、Ag、Pt、Ni、Cu、Al、WおよびTiからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含んだ金属箔を用いることが好ましく、さらには、非常に良好な延伸性を有するAu、Cuであることがより好ましい。   The material of the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b includes at least one element selected from the group consisting of Au, Ag, Pt, Ni, Cu, Al, W and Ti in order to suppress a voltage drop as a wiring. It is preferable to use a metal foil, and more preferably Au or Cu having very good stretchability.

アノード導電層3aおよびカソード導電層3bの厚みは、用いる金属材料の比抵抗の値によっても異なるが、配線としての電圧低下を抑制するため0.1μm以上の厚みであることが好ましく、膜電極複合体を後述する熱圧着により一体形成する工程において、断線を抑制するため3μm以上の厚みであることがより好ましい。このような厚みに選ばれたアノード導電層3aおよびカソード導電層3bを用いることにより、配線で電圧降下を小さくすることができ、高い出力電圧を得ることが可能となる。また、後述する開孔4からメタノールおよび酸素の十分な供給を確保するため、アノード導電層3aおよびカソード導電層3bの厚みは、1.0mm以下であるのが好ましく、さらには、容易に折り曲げることのできる0.1mm以下の厚みであることがより好ましい。   The thickness of the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b varies depending on the specific resistance value of the metal material used, but is preferably 0.1 μm or more in order to suppress a voltage drop as a wiring. In the step of integrally forming the body by thermocompression bonding described later, the thickness is more preferably 3 μm or more in order to suppress disconnection. By using the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b selected to have such a thickness, a voltage drop can be reduced by wiring, and a high output voltage can be obtained. In addition, in order to ensure a sufficient supply of methanol and oxygen from the opening 4 described later, the thickness of the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b is preferably 1.0 mm or less, and further, it can be easily bent. More preferably, the thickness is 0.1 mm or less.

また、前記アノード導電層3aおよび/またはカソード導電層3bの腐食が問題となる場合には、表面に酸性水溶液雰囲気下または酸素雰囲気下で金属イオンが溶出せず、不導体層を形成しない耐腐食性を有するAu、Pt、PdおよびRuなどの貴金属にてアノード導電層3aおよび/またはカソード導電層3bを被覆してなるのが、好ましい。これにより、後述するアノード触媒層7a、カソード触媒層7bの電解質および電解質膜6に溶出した金属イオンが混入する恐れがなくなる。さらには、不導体層を形成することがないため、膜電極複合体1の長期信頼性を得ることが可能となる。また、前記コーティングは可撓性を有するため、本発明におけるアノード導電層3aおよびカソード導電層3bの可撓性を損なうことがない。   Further, when corrosion of the anode conductive layer 3a and / or the cathode conductive layer 3b becomes a problem, corrosion resistance that does not elute metal ions on the surface in an acidic aqueous solution atmosphere or an oxygen atmosphere and does not form a nonconductive layer. The anode conductive layer 3a and / or the cathode conductive layer 3b is preferably covered with a noble metal such as Au, Pt, Pd, and Ru having the property. As a result, there is no possibility that metal ions eluted into the electrolyte of the anode catalyst layer 7a and the cathode catalyst layer 7b, which will be described later, and the electrolyte membrane 6 are mixed. Furthermore, since no non-conductive layer is formed, the long-term reliability of the membrane electrode assembly 1 can be obtained. Further, since the coating has flexibility, the flexibility of the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b in the present invention is not impaired.

前記アノード可撓性膜2aとアノード導電層3a、およびカソード可撓性膜2bとアノード導電層3bは、それぞれ燃料電池の発電雰囲気下で密着性の低下しない接着剤を用いて一体形成することができる。発電条件下として、有機高分子を主成分とした接着剤を用いることが好ましい。さらには、前記有機高分子としてイミドを主成分とした接着剤がよい。また、前記可撓性膜2a,2bまたは導電層3a,3bのどちらか一方に、他方を直接形成する場合においては、前記接着剤を用いずとも一体形成することができる。   The anode flexible film 2a and the anode conductive layer 3a, and the cathode flexible film 2b and the anode conductive layer 3b may be integrally formed using an adhesive that does not deteriorate the adhesion in the power generation atmosphere of the fuel cell. it can. As a power generation condition, it is preferable to use an adhesive mainly composed of an organic polymer. Furthermore, an adhesive mainly composed of imide is preferable as the organic polymer. Further, when the other is directly formed on one of the flexible films 2a and 2b or the conductive layers 3a and 3b, the flexible films 2a and 2b can be integrally formed without using the adhesive.

上述のようにアノード可撓性膜2aとアノード導電層3aとが一体形成されたアノード集電極5aおよびカソード可撓性膜2bとカソード導電層3bとが一体形成されたカソード集電極5bは、非常に優れた可撓性を示し、折り曲げても、アノード可撓性膜2aとアノード導電層3aとの界面、ならびに、カソード可撓性膜2bとカソード導電層3bとの界面に隔離が生じ難い。   As described above, the anode collector electrode 5a in which the anode flexible membrane 2a and the anode conductive layer 3a are integrally formed and the cathode collector electrode 5b in which the cathode flexible membrane 2b and the cathode conductive layer 3b are integrally formed are Even if it is bent, the interface between the anode flexible film 2a and the anode conductive layer 3a and the interface between the cathode flexible film 2b and the cathode conductive layer 3b are hardly separated.

また、前記アノード集電極5aおよびカソード集電極5bは、アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bがポリイミドで形成され、アノード導電層3aおよびカソード導電層3bが銅箔からなる組み合わせが最も好ましい。このような構成をとることにより、電子機器などに用いられるフレキシブル基板の既存装置を用いてアノード集電極5aおよびカソード集電極5bを作製することができ、製造コストを下げることが可能となる。   The anode collector electrode 5a and the cathode collector electrode 5b are most preferably a combination in which the anode flexible film 2a and the cathode flexible film 2b are made of polyimide, and the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b are made of copper foil. preferable. By adopting such a configuration, it is possible to produce the anode collector electrode 5a and the cathode collector electrode 5b by using an existing apparatus for a flexible substrate used in an electronic device or the like, and it is possible to reduce the manufacturing cost.

本発明の膜電極複合体1において、アノード集電極5a(アノード可撓性膜2aおよびアノード導電層3a)およびカソード集電極5b(カソード可撓性膜3aおよびカソード導電層3b)には、開孔4が形成されてなる。開孔4はアノード集電極5aおよびカソード集電極5bの厚み方向に貫通孔を形成していればよく、その形状は特に制限されないが、開口率が10%〜95%の範囲内であることが好ましい。ここで、アノード集電極5aの開口率とは、アノード触媒層7aの面積をS、アノード集電極5aに形成された開孔4の面積の総和をSとしたとき、S/S×100で計算される値で定義される。また、カソード集電極5bの開口率も同様に定義される。 In the membrane electrode assembly 1 of the present invention, the anode collector electrode 5a (the anode flexible membrane 2a and the anode conductive layer 3a) and the cathode collector electrode 5b (the cathode flexible membrane 3a and the cathode conductive layer 3b) 4 is formed. The opening 4 only needs to form a through hole in the thickness direction of the anode collector electrode 5a and the cathode collector electrode 5b, and the shape thereof is not particularly limited, but the aperture ratio may be in the range of 10% to 95%. preferable. Here, the aperture ratio of the anode collector electrode 5a, when the area of the anode catalyst layer 7a S A, the sum of the areas of apertures 4 formed on the anode collector electrode 5a was S B, S B / S A It is defined by a value calculated by x100. Further, the aperture ratio of the cathode collector electrode 5b is similarly defined.

なお、アノード触媒層7aへメタノールを、カソード触媒層7bへ酸素を十分に供給するためには、前記開口率は40%以上であることがより好ましい。また開口率が大きくなると、アノード導電層3aおよびカソード導電層3bの抵抗が増加したり、アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bの補強性が失われたりするため、前記開口率は90%以下であることがより好ましい。このように40〜90%のより好適な範囲内の開口率とすることで、メタノールおよび酸素の供給不足による出力電圧の低下を抑制した膜電極複合体1の作製が可能となる。   In order to sufficiently supply methanol to the anode catalyst layer 7a and oxygen to the cathode catalyst layer 7b, the opening ratio is more preferably 40% or more. Further, when the aperture ratio increases, the resistance of the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b increases, or the reinforcement of the anode flexible film 2a and the cathode flexible film 2b is lost. More preferably, it is 90% or less. Thus, by setting the aperture ratio within a more preferable range of 40 to 90%, it is possible to manufacture the membrane electrode assembly 1 in which the decrease in the output voltage due to insufficient supply of methanol and oxygen is suppressed.

図4は、本発明の前記膜電極複合体1におけるアノード触媒層7aの機能を説明するための断面の模式図である。本発明において、「アノード触媒層」とは、外部から供給された物質が化学反応を起こし、プロトンと電子を生成する層のことをいい、「カソード触媒層」とは、外部から供給された物質がプロトンと電子を取り込み、化学反応を起こし、水を生成する層のことをいう。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the function of the anode catalyst layer 7a in the membrane electrode assembly 1 of the present invention. In the present invention, the “anode catalyst layer” refers to a layer in which a substance supplied from outside causes a chemical reaction to generate protons and electrons, and the “cathode catalyst layer” refers to a substance supplied from outside. Refers to a layer that takes in protons and electrons, causes a chemical reaction, and produces water.

図4に示すように、アノード触媒層7aは、アノード触媒粒子8がアノード導電性粒子9に担持されたアノード触媒担持導電性粒子と電解質10とから構成される。アノード触媒層7aでは、アノード触媒粒子8はメタノールから二酸化炭素とプロトンと電子を生成する機能を有し、電解質10は生成したプロトンを電解質膜6へ伝導する機能を有し、アノード導電性粒子9は生成した電子をアノード導電層3aへ導電する機能を有する。   As shown in FIG. 4, the anode catalyst layer 7 a is composed of anode catalyst-supporting conductive particles in which anode catalyst particles 8 are supported on anode conductive particles 9 and an electrolyte 10. In the anode catalyst layer 7a, the anode catalyst particles 8 have a function of generating carbon dioxide, protons and electrons from methanol, the electrolyte 10 has a function of conducting the generated protons to the electrolyte membrane 6, and anode conductive particles 9 Has a function of conducting the generated electrons to the anode conductive layer 3a.

図示していないが、カソード触媒層7bでは、カソード触媒粒子は酸素とプロトンと電子から水を生成する機能を有し、電解質は電解質膜からカソード触媒粒子近傍にプロトンを伝導する機能を有し、カソード導電性粒子はカソード触媒粒子近傍にカソード導電層から電子を導電する機能を有する。   Although not shown, in the cathode catalyst layer 7b, the cathode catalyst particles have a function of generating water from oxygen, protons and electrons, and the electrolyte has a function of conducting protons from the electrolyte membrane to the vicinity of the cathode catalyst particles, The cathode conductive particles have a function of conducting electrons from the cathode conductive layer in the vicinity of the cathode catalyst particles.

一般に、アノード触媒粒子8およびカソード触媒粒子は白金を主成分とした貴金属粒子から構成され、アノード導電性粒子9およびカソード触媒粒子はカーボン粒子から構成される。   In general, the anode catalyst particles 8 and the cathode catalyst particles are composed of noble metal particles mainly composed of platinum, and the anode conductive particles 9 and the cathode catalyst particles are composed of carbon particles.

アノード触媒層7aおよびカソード触媒層7bの厚みは、プロトン伝導の抵抗および電子導電の抵抗を小さくし、内部までメタノールまたは酸素の供給を行うために0.1mm以下であることが好ましく、十分な触媒担持量を得ることにより、出力電圧を向上させるために、0.1μm以上であることが好ましい。   The thickness of the anode catalyst layer 7a and the cathode catalyst layer 7b is preferably 0.1 mm or less in order to reduce the resistance of proton conduction and the resistance of electronic conduction and supply methanol or oxygen to the inside, and sufficient catalyst In order to improve the output voltage by obtaining the carrying amount, it is preferably 0.1 μm or more.

本発明の膜電極複合体1の構造によれば、アノード触媒層7aに隣接するように、アノード導電層3aおよび電解質膜6が一体形成され、カソード触媒層7bに隣接するように、カソード導電層3bおよび電解質膜6が一体形成されているため、プロトンおよび電子は容易に外部との授受を行うことができ、各界面における電圧低下を抑制することが可能となる。また、電解質10が接着剤となりアノード導電層3aおよびカソード導電層3bと高い密着性が得られるため、折り曲げても界面に剥離が生じ難い。   According to the structure of the membrane electrode assembly 1 of the present invention, the anode conductive layer 3a and the electrolyte membrane 6 are integrally formed so as to be adjacent to the anode catalyst layer 7a, and the cathode conductive layer is adjacent to the cathode catalyst layer 7b. Since 3b and the electrolyte membrane 6 are integrally formed, protons and electrons can be easily exchanged with the outside, and voltage drop at each interface can be suppressed. Further, since the electrolyte 10 serves as an adhesive and high adhesion to the anode conductive layer 3a and the cathode conductive layer 3b is obtained, the interface does not easily peel off even when bent.

本発明の膜電極複合体1における電解質膜6は、アノード触媒層7aおよびカソード触媒層7bで生成した電子を導電せずに、プロトンのみを伝導する機能を有する。電解質膜6の材料は、燃料電池の高い発電特性を得るために、プロトン伝導率が10-5S/cm以上であることが好ましく、より好ましくは、パーフルオロスルホン酸ポリマーや炭化水素系ポリマーなどのプロトン伝導率が10-3S/cm以上の高分子電解質膜を用いることが望ましい。なお、電解質膜6のプロトン伝導率は、電解質膜6を金属極で挟み、相対湿度90%以上の雰囲気下で100kHzの交流測定から算出された値を指す。 The electrolyte membrane 6 in the membrane electrode assembly 1 of the present invention has a function of conducting only protons without conducting electrons generated in the anode catalyst layer 7a and the cathode catalyst layer 7b. The material of the electrolyte membrane 6 preferably has a proton conductivity of 10 −5 S / cm or more, more preferably a perfluorosulfonic acid polymer or a hydrocarbon polymer, in order to obtain high power generation characteristics of the fuel cell. It is desirable to use a polymer electrolyte membrane having a proton conductivity of 10 −3 S / cm or more. The proton conductivity of the electrolyte membrane 6 is a value calculated from AC measurement at 100 kHz in an atmosphere with a relative humidity of 90% or more with the electrolyte membrane 6 sandwiched between metal electrodes.

電解質膜6の膜厚は、抵抗を小さくすることで高い出力電圧を得るために、200μm以下を用いることが好ましく、燃料のクロスオーバーによる出力電圧の低下や強度が弱くなり長期安定性が得られなくなることから、1μm以上が望ましい。このように選ばれた厚みの電解質膜6を用いることにより、可撓性を示し、折り曲げることが可能となる。   The thickness of the electrolyte membrane 6 is preferably 200 μm or less in order to obtain a high output voltage by reducing the resistance, and the long-term stability can be obtained because the output voltage is lowered and the strength is weakened due to fuel crossover. Since it disappears, 1 μm or more is desirable. By using the electrolyte membrane 6 having a thickness selected in this way, flexibility can be exhibited and bending can be performed.

本発明の膜電極複合体1は、カソード可撓性膜に多孔質材が一体形成されてなるのが好ましい。図5は、図3に示した膜電極複合体1のカソード可撓性膜2bの、カソード導電層3bが形成されている面とは反対側の面にカソード多孔質材11を一体形成させてなる例を模式的に示す図である。図5に示す例では、カソード多孔質材11を前記膜電極複合体1のカソード可撓性膜2bと一体形成することで、カソード可撓性膜2bにカソード多孔質材11が積層される。すなわち、カソード多孔質材11とカソード可撓性膜2bとカソード導電層3bとカソード触媒層7bと電解質膜6が、この順番で積層されている。   The membrane electrode assembly 1 of the present invention is preferably formed by integrally forming a porous material on a cathode flexible membrane. FIG. 5 shows that the cathode porous material 11 is integrally formed on the surface of the cathode flexible membrane 2b of the membrane electrode assembly 1 shown in FIG. 3 opposite to the surface on which the cathode conductive layer 3b is formed. It is a figure which shows typically an example. In the example shown in FIG. 5, the cathode porous material 11 is laminated on the cathode flexible membrane 2 b by integrally forming the cathode porous material 11 with the cathode flexible membrane 2 b of the membrane electrode assembly 1. That is, the cathode porous material 11, the cathode flexible membrane 2b, the cathode conductive layer 3b, the cathode catalyst layer 7b, and the electrolyte membrane 6 are laminated in this order.

図5に示すように、カソード可撓性膜2bにカソード多孔質材11が積層されていることにより、カソード触媒層7bにおいて生成した水はカソード導電層3bとカソード可撓性膜2bの開孔4を通過して、カソード多孔質材11へ吸収され、外部へ発散される構造となる。   As shown in FIG. 5, the cathode porous material 11 is laminated on the cathode flexible membrane 2b, so that the water generated in the cathode catalyst layer 7b is opened in the cathode conductive layer 3b and the cathode flexible membrane 2b. 4 is absorbed into the cathode porous material 11 and emitted to the outside.

カソード多孔質材11は、面厚方向に多数の貫通孔を有し、折り曲げることが可能であれば材料は特に限定されないが、繊維不織布やクロス、発泡させた高分子フィルム、ガラスクロスなどを用いることが好ましい。たとえば、繊維状のフッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、プラスチックなどの不織布を用いることができる。   The cathode porous material 11 has a large number of through-holes in the surface thickness direction, and the material is not particularly limited as long as it can be bent, but a fiber nonwoven fabric, cloth, foamed polymer film, glass cloth, or the like is used. It is preferable. For example, a nonwoven fabric such as a fibrous fluorine-based resin, a hydrocarbon-based resin, or a plastic can be used.

カソード多孔質材11の厚さは、膜電極複合体1として薄型にするため、無加圧状態で1mm以下を用いることが好ましく、また、酸素の十分な供給を確保するため1μm以上が望ましい。   The thickness of the cathode porous material 11 is preferably 1 mm or less in a non-pressurized state in order to make the membrane electrode assembly 1 thin, and is preferably 1 μm or more in order to ensure sufficient supply of oxygen.

カソード多孔質材11をカソード可撓性膜2bに一体形成することにより、カソード触媒層7bで生成した水が開孔4から容易にカソード多孔質材11に吸収され、外部への放出が容易に行われるため、空気中の酸素供給を妨げることがなくなり、高い出力電圧を維持することが可能となる。   By integrally forming the cathode porous material 11 on the cathode flexible membrane 2b, water generated in the cathode catalyst layer 7b is easily absorbed into the cathode porous material 11 from the apertures 4 and is easily released to the outside. As a result, the supply of oxygen in the air is not hindered, and a high output voltage can be maintained.

また、図示していないが、アノード可撓性膜2aの、アノード導電層3aが形成されている面とは反対の面に、アノード多孔質材を一体形成させることもできる。アノード多孔質材はアノード可撓性膜2aと積層されていることにより、メタノール水溶液は重力や遠心力などの外部からの力によらず、アノード多孔質材に吸収され、アノード可撓性膜2aとアノード導電層3aの開孔4を通過して、アノード触媒層7a全面に均一に供給する構造となる。またアノード多孔質材とアノード集電極5aの開孔4が隣接することにより、メタノール水溶液の供給が均一に行われ、高い出力電圧を維持することが可能となる。このように、アノード可撓性膜2aに多孔質材が一体形成されてなる膜電極複合体は、直接メタノール型燃料電池に代表される液体燃料を用いる燃料電池に特に好適に用いることができるものである。   Although not shown, an anode porous material can be integrally formed on the surface of the anode flexible membrane 2a opposite to the surface on which the anode conductive layer 3a is formed. Since the anode porous material is laminated with the anode flexible membrane 2a, the methanol aqueous solution is absorbed by the anode porous material regardless of external force such as gravity or centrifugal force, and the anode flexible membrane 2a. In other words, the anode conductive layer 3a is uniformly supplied to the entire surface of the anode catalyst layer 7a through the openings 4 of the anode conductive layer 3a. Further, since the anode porous material and the opening 4 of the anode collector electrode 5a are adjacent to each other, the aqueous methanol solution can be supplied uniformly and a high output voltage can be maintained. Thus, the membrane electrode assembly in which the porous material is integrally formed on the anode flexible membrane 2a can be particularly suitably used for a fuel cell using a liquid fuel represented by a direct methanol fuel cell. It is.

前記アノード多孔質材とアノード可撓性膜2aおよびカソード多孔質材11とカソード可撓性膜2bは、燃料電池の発電雰囲気下で密着性の低下しない接着剤を用いて一体形成することができる。発電条件として、たとえば温度60℃、相対湿度40%の酸性雰囲気下が上げられる。前記接着剤として、有機高分子を主成分とした接着剤を用いることが好ましい。さらには、前記有機高分子としてイミドを主成分とした接着剤がよい。   The anode porous material and the anode flexible membrane 2a and the cathode porous material 11 and the cathode flexible membrane 2b can be integrally formed using an adhesive that does not lower the adhesion in the power generation atmosphere of the fuel cell. . As a power generation condition, for example, an acidic atmosphere with a temperature of 60 ° C. and a relative humidity of 40% is raised. As the adhesive, an adhesive mainly composed of an organic polymer is preferably used. Furthermore, an adhesive mainly composed of imide is preferable as the organic polymer.

また、前記アノード多孔質材およびカソード多孔質材11に用いられる高分子繊維もしくは、ガラス繊維をアノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bの表面に植毛して一体形成することもできる。これにより、非常に優れた密着性が得られ、可撓性を有し、折り曲げても剥離を生じにくくさせることが可能となる。   Alternatively, polymer fibers or glass fibers used for the anode porous material and the cathode porous material 11 can be integrally formed by flocking the surfaces of the anode flexible membrane 2a and the cathode flexible membrane 2b. Thereby, very excellent adhesion can be obtained, and it has flexibility and can be made difficult to peel even when bent.

本発明の膜電極複合体1は、アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bのいずれかの表面に撥水層を形成するようにしてもよい。   In the membrane electrode assembly 1 of the present invention, a water repellent layer may be formed on the surface of either the anode flexible membrane 2a or the cathode flexible membrane 2b.

高濃度メタノール水溶液を燃料として用いる場合には、アノード触媒層7aにおけるメタノール濃度が高くなり、電解質膜6中をメタノールが透過する現象(メタノールクロスオーバー現象)が著しく起こり、発電効率が低下してしまう。そのため、アノード可撓性膜2a表面に撥水性の機能を付与することにより、アノード触媒層7aに必要以上のメタノールが供給されることを抑制することが可能となる。   When a high-concentration aqueous methanol solution is used as fuel, the methanol concentration in the anode catalyst layer 7a increases, and a phenomenon in which methanol permeates through the electrolyte membrane 6 (methanol crossover phenomenon) occurs remarkably, resulting in a decrease in power generation efficiency. . Therefore, it is possible to suppress supply of more methanol than necessary to the anode catalyst layer 7a by imparting a water repellency function to the surface of the anode flexible film 2a.

また、燃料電池の発電量が大きくなった場合には、カソード触媒層7bにおいて生成する水が多量になるため、カソード触媒層7bが水により濡れてしまう現象(フラッディング現象)が著しく起こり、発電効率が低下してしまう。そのため、カソード可撓性膜2b表面に撥水性の機能を付与することにより、カソード触媒層7b全面がぬれてしまうことを抑制することが可能となる。   In addition, when the power generation amount of the fuel cell is increased, a large amount of water is generated in the cathode catalyst layer 7b, so that the phenomenon that the cathode catalyst layer 7b gets wet with water (flooding phenomenon) occurs remarkably, and power generation efficiency is increased. Will fall. Therefore, it is possible to prevent the entire surface of the cathode catalyst layer 7b from getting wet by providing a water repellent function to the surface of the cathode flexible film 2b.

また、本発明の膜電極複合体1は、アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bのいずれかの表面に親水層を形成するようにしてもよい。   In the membrane electrode assembly 1 of the present invention, a hydrophilic layer may be formed on the surface of either the anode flexible membrane 2a or the cathode flexible membrane 2b.

アノード可撓性膜2a表面に親水性の機能を付与することにより、アノード触媒層7aにメタノール水溶液を均一に供給することが可能となる。   By imparting a hydrophilic function to the surface of the anode flexible membrane 2a, it becomes possible to uniformly supply a methanol aqueous solution to the anode catalyst layer 7a.

またカソード可撓性膜2b表面に親水性の機能を付与することにより、カソード触媒層7bで生成した水を吸収し、カソード可撓性膜2b表面を用いて大気中に発散することが可能となる。   Further, by imparting a hydrophilic function to the surface of the cathode flexible membrane 2b, it is possible to absorb water generated in the cathode catalyst layer 7b and to diverge it into the atmosphere using the surface of the cathode flexible membrane 2b. Become.

アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bへの撥水性または親水性の機能の付与は、燃料電池として使用する発電量と、温度、湿度などの使用環境などにより適切な組み合わせを採用することができる。   For imparting water-repellent or hydrophilic functions to the anode flexible membrane 2a and the cathode flexible membrane 2b, an appropriate combination is adopted depending on the power generation amount used as a fuel cell and the usage environment such as temperature and humidity. be able to.

撥水性または親水性の機能を付与する方法としては、前記機能を示す高分子を主成分とする層を形成する方法が挙げられる。   Examples of a method for imparting a water repellency or hydrophilic function include a method of forming a layer mainly composed of a polymer exhibiting the above function.

図6は、図3に示した膜電極複合体1において、アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bの表面に、それぞれアノード親水層14aおよびカソード親水層14bを形成した例を示す図である。アノード親水層14aおよびカソード親水層14bは、SiO2やTiO2などの親水性を有する粒子と有機高分子からなるコンポジット層や、水酸基、スルホン基、カルボニル基およびアミド基などの親水性を示す官能基を有する有機高分子層を用いることができる。 FIG. 6 is a diagram showing an example in which the anode hydrophilic layer 14a and the cathode hydrophilic layer 14b are formed on the surfaces of the anode flexible membrane 2a and the cathode flexible membrane 2b, respectively, in the membrane electrode assembly 1 shown in FIG. It is. The anode hydrophilic layer 14a and the cathode hydrophilic layer 14b are a composite layer composed of hydrophilic particles such as SiO 2 and TiO 2 and an organic polymer, or a functional group exhibiting hydrophilic properties such as a hydroxyl group, a sulfone group, a carbonyl group, and an amide group. An organic polymer layer having a group can be used.

また、図示していないが、前記アノード親水層14aおよびカソード親水層14bの代わりに、アノード撥水層およびカソード撥水層として、PTFE(PolyTetraFuluoroEthylene)に代表されるフッ素系樹脂を主成分とする有機高分子層を撥水層として用いることもできる。   In addition, although not shown in the drawing, instead of the anode hydrophilic layer 14a and the cathode hydrophilic layer 14b, as an anode water repellent layer and a cathode water repellent layer, an organic material mainly composed of a fluorine-based resin typified by PTFE (PolyTetraFluoroEthylene) is used. A polymer layer can also be used as the water repellent layer.

また、前記アノード/カソード撥水層またはアノード/カソード親水層14a,14bは必ずしも層として形成されている必要はなく、たとえば、アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bの表面を改質する方法も挙げられる。アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bは、ドライ雰囲気中でレーザ照射することにより、表面に撥水性を付与することができ、水溶液中でレーザ照射することにより、表面に親水性を付与することができる。また、アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bの表面を薬液で化学的に処理し、水酸基、スルホン酸器、カルボニル基およびアミド基などの親水性を示す官能基を化学結合させることもできる。   The anode / cathode water repellent layer or the anode / cathode hydrophilic layers 14a and 14b are not necessarily formed as layers. For example, the surfaces of the anode flexible film 2a and the cathode flexible film 2b are modified. The method of doing is also mentioned. The anode flexible film 2a and the cathode flexible film 2b can impart water repellency to the surface by laser irradiation in a dry atmosphere, and the surface can be made hydrophilic by laser irradiation in an aqueous solution. Can be granted. Further, the surfaces of the anode flexible membrane 2a and the cathode flexible membrane 2b are chemically treated with a chemical solution to chemically bond functional groups having hydrophilicity such as hydroxyl groups, sulfonic acid units, carbonyl groups, and amide groups. You can also.

このような、アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bの表面改質により、前記撥水性および親水性を付与することで、前記膜電極複合体1の厚みをほとんど増加させずに、前記アノード多孔質材およびカソード多孔質材11を形成することによる機能と同じ機能を付与することが可能となる。これにより、アノード多孔質材およびカソード多孔質材11を用いる必要がなくなるため、アノード多孔質材およびカソード多孔質材11が剥離する虞がなくなるとともに、工程の簡素化が可能となる。   By imparting the water repellency and hydrophilicity by such surface modification of the anode flexible membrane 2a and the cathode flexible membrane 2b, the thickness of the membrane electrode assembly 1 is hardly increased. The same function as that obtained by forming the anode porous material and the cathode porous material 11 can be provided. This eliminates the need to use the anode porous material and the cathode porous material 11, thereby eliminating the possibility of the anode porous material and the cathode porous material 11 being peeled off and simplifying the process.

次に、本発明の膜電極複合体1を用いた燃料電池を、直接液体供給型燃料電池を例にあげて説明する。図7は、膜電極複合体1を用いた直接液体供給型燃料電池20の断面の模式図を示す。図7に示す例の燃料電池20は、前記膜電極複合体1のアノード極側に燃料供給材21と排気孔22が設けられたカバーフィルム23が積層され、燃料供給材21の一端は液体貯蔵タンク24に充填された液体燃料に接触している。   Next, a fuel cell using the membrane electrode assembly 1 of the present invention will be described by taking a direct liquid supply type fuel cell as an example. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a direct liquid supply fuel cell 20 using the membrane electrode assembly 1. In the fuel cell 20 of the example shown in FIG. 7, a cover film 23 provided with a fuel supply material 21 and an exhaust hole 22 is laminated on the anode electrode side of the membrane electrode assembly 1, and one end of the fuel supply material 21 is a liquid storage. The tank 24 is in contact with the liquid fuel filled.

本発明の燃料電池20において、燃料供給材21は、膜電極複合体1のアノード極側に液体貯蔵タンク24から液体燃料を供給する機能を有する。燃料供給材21は、液体燃料を吸収し可撓性を有していれば材料は特に限定されないが、繊維不織布やガラスクロス、発泡させた高分子フィルム、ガラスクロスなどを用いることが好ましい。たとえば、繊維状のフッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、エンジニアリングプラスチックなどの不織布を用いることができる。   In the fuel cell 20 of the present invention, the fuel supply material 21 has a function of supplying liquid fuel from the liquid storage tank 24 to the anode electrode side of the membrane electrode assembly 1. The material of the fuel supply material 21 is not particularly limited as long as it absorbs liquid fuel and has flexibility. However, it is preferable to use a fiber nonwoven fabric, a glass cloth, a foamed polymer film, a glass cloth, or the like. For example, nonwoven fabrics such as fibrous fluorine-based resins, hydrocarbon-based resins, and engineering plastics can be used.

本発明の燃料電池20において、カバーフィルム23は、液体燃料24の揮発や漏洩を抑制する機能を有する。前記カバーフィルム23は、前記機能を有し可撓性および液体燃料に対して不透性を示す膜であれば、特に限定されないが、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホンなどからなる高分子膜であることが好ましく、さらには、耐熱性を有し可撓性に優れたポリイミドであることがより好ましい。   In the fuel cell 20 of the present invention, the cover film 23 has a function of suppressing volatilization and leakage of the liquid fuel 24. The cover film 23 is not particularly limited as long as it has the above function and is flexible and impermeable to liquid fuel, but is made of polyethylene, polyethylene terephthalate, polyetheretherketone, polyethersulfone, or the like. The polymer film is preferably a polyimide film, and more preferably a polyimide having heat resistance and excellent flexibility.

本発明の燃料電池20において、排気孔22は、発生した二酸化炭素を排出する機能を有し、カバーフィルム23に少なくとも1箇所以上形成されてなることが好ましい。これにより、本発明の燃料電池20は可撓性を失うことがなく、折り曲げた状態や湾曲させた状態でも良好な出力電圧を得ることが可能となる。   In the fuel cell 20 of the present invention, the exhaust hole 22 has a function of discharging the generated carbon dioxide, and is preferably formed in at least one place on the cover film 23. As a result, the fuel cell 20 of the present invention does not lose flexibility, and a good output voltage can be obtained even in a bent state or a bent state.

図8は、図7に示した本発明の燃料電池20を用いた電子機器25の一例を模式的に示す図である。図8には、燃料電池20を電子機器25のヒンジ部26に搭載してなる例を示している。   FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of an electronic device 25 using the fuel cell 20 of the present invention shown in FIG. FIG. 8 shows an example in which the fuel cell 20 is mounted on the hinge portion 26 of the electronic device 25.

本発明の電子機器25において、燃料電池スタック28は取り出し電圧が1〜4V程度になるように、燃料電池20が数個直列に接続され、DC/DCコンバータ29に接続され3.7V程度の電圧に昇圧または降圧され、電子機器25に接続されている。   In the electronic device 25 of the present invention, the fuel cell stack 28 has several fuel cells 20 connected in series and connected to the DC / DC converter 29 so that the extraction voltage is about 1 to 4V, and a voltage of about 3.7V. And is connected to the electronic device 25.

燃料電池20はアノード集電極側が電子機器25に接するように搭載され、カソード集電極側が大気に接するように搭載され、一部がヒンジ部26に配置されている。燃料電池20には、燃料電池カートリッジ27から、液体燃料が供給される。   The fuel cell 20 is mounted such that the anode collector electrode side is in contact with the electronic device 25, the cathode collector electrode side is mounted so as to be in contact with the atmosphere, and a part is disposed on the hinge portion 26. Liquid fuel is supplied to the fuel cell 20 from the fuel cell cartridge 27.

燃料電池カートリッジ27は、電子機器25に接続されることにより内部の液体燃料が燃料電池20に供給される機能を有し、大気中の酸素が取り込める機能を有する。   The fuel cell cartridge 27 has a function of supplying liquid fuel therein to the fuel cell 20 by being connected to the electronic device 25, and a function of taking in oxygen in the atmosphere.

本発明により、アノード可撓性膜2aとアノード導電層3aとが一体形成された可撓性を有するアノード集電極5aと電解質膜6とが、アノード触媒層7aに直接一体形成され、カソード可撓性膜2bとカソード導電層3bとが一体形成された可撓性を有するカソード集電極5bと電解質膜6とが、カソード触媒層7bに直接一体形成されていることにより、膜電極複合体1は折り曲げても、良好な出力電圧を維持でき、膜電極複合体1のサイズや形に制限されないデザイン性の高い燃料電池設計が可能となる。   According to the present invention, a flexible anode collector electrode 5a in which the anode flexible membrane 2a and the anode conductive layer 3a are integrally formed, and the electrolyte membrane 6 are directly formed on the anode catalyst layer 7a. The cathode electrode 5b and the electrolyte membrane 6 having flexibility, in which the conductive membrane 2b and the cathode conductive layer 3b are integrally formed, are directly formed on the cathode catalyst layer 7b. Even if it is bent, it is possible to maintain a good output voltage, and it is possible to design a fuel cell with high design that is not limited by the size and shape of the membrane electrode assembly 1.

また、外部雰囲気により収縮・膨潤する電解質膜6にアノード集電極5aおよびカソード集電極5bが追従するため、剥離が生じにくく密着性を向上させられ、長期信頼性を確保することが可能となる。   In addition, since the anode collector electrode 5a and the cathode collector electrode 5b follow the electrolyte membrane 6 that contracts and swells in the external atmosphere, peeling is unlikely to occur and adhesion can be improved, and long-term reliability can be ensured.

さらには、膜電極複合体1が可撓性を有するため、たとえば、電子機器のヒンジ部や可動部に、本発明における膜電極複合体1を設置することが可能となる。ウェアラブル機器用途にも利用することが可能となる。   Furthermore, since the membrane electrode assembly 1 has flexibility, for example, the membrane electrode assembly 1 according to the present invention can be installed in a hinge part or a movable part of an electronic device. It can also be used for wearable device applications.

本発明の膜電極複合体は、上述したような構造を備えるものであれば、その製造方法は特に制限されるものではないが、以下のような本発明の膜電極複合体の製造方法で製造されたものであるのが好ましい。   The method for producing the membrane electrode assembly of the present invention is not particularly limited as long as it has the above-described structure, but is produced by the following method for producing a membrane electrode assembly of the present invention. It is preferred that

すなわち、本発明は、〔1〕可撓性膜と導電層とを一体形成し、集電極を作成する工程(集電極作成工程)と、〔2〕集電極に複数の開孔を形成する工程(開孔形成工程)と、〔3〕触媒層を形成する工程(触媒層形成工程)と、〔4〕集電極と電解質膜とを触媒層を挟んで一体形成する工程(一体形成工程)とを少なくとも含む、膜電極複合体の製造方法を提供する。以下、各工程について説明する。   That is, the present invention includes: [1] a step of integrally forming a flexible film and a conductive layer to create a collector electrode (collector electrode creation step); and [2] a step of forming a plurality of apertures in the collector electrode. (Open hole forming step), [3] a step of forming a catalyst layer (catalyst layer forming step), and [4] a step of integrally forming the collector electrode and the electrolyte membrane with the catalyst layer interposed therebetween (integral forming step), A method for producing a membrane electrode assembly is provided. Hereinafter, each step will be described.

〔1〕集電極作成工程
集電極作成工程として、たとえば、可撓性膜表面に高分子系接着液をロールコーティングなどにより所定の厚みに形成し、ヒートローラにより、接着液を塗布した可撓性膜面と導電層とを重ね合わせて熱圧着させることにより、集電極を作成する工程を採用することができる。これにより、連続的に集電極を作成することができ、安価に製造することが可能となる。
[1] Collecting electrode preparation process As the collecting electrode preparation process, for example, a flexible adhesive in which a polymer adhesive liquid is formed on the surface of the flexible film to a predetermined thickness by roll coating and the adhesive liquid is applied by a heat roller. A step of creating a collector electrode can be employed by superimposing the film surface and the conductive layer and thermocompression bonding. Thereby, a collector electrode can be produced continuously and can be manufactured at low cost.

また、導電層にイミド系樹脂をロールコーティングなどにより所定の厚みに形成し、高分子化させることにより可撓性膜と一体形成し、集電極を作成することもできる。これにより、上述したヒートローラを用いる場合の効果に加え、可撓性膜の厚みを薄くすることが可能となるとともに、密着性を向上させることが可能となる。   Alternatively, an imide-based resin may be formed on the conductive layer to a predetermined thickness by roll coating or the like and polymerized so as to be integrally formed with the flexible film to produce a collector electrode. Thereby, in addition to the effect in the case of using the heat roller described above, the thickness of the flexible film can be reduced and the adhesion can be improved.

〔2〕開孔形成工程
開孔形成工程では、前記〔1〕集電極作成工程により得られた集電極に、パンチング法、エッチング法、レーザ法などを用いて、平面に複数の開孔を形成する工程を採用することができる。
[2] Opening formation step In the opening formation step, a plurality of openings are formed on a flat surface by using a punching method, an etching method, a laser method, or the like on the collector electrode obtained in the above [1] collector electrode creation step. It is possible to adopt a process to do.

パンチング法によれば、所定の開孔パターンを形成するための金型を作成し、これを集電極に押し当て打ち抜くことにより、開孔を形成することができる。これにより、特別な装置を用いずとも、複数の開孔を一度に形成することができ、安価に加工することが可能となる。また、熱がかからない機械加工であるため、選択する集電極の材料、材質にとらわれることがない開孔の形成が可能となる。   According to the punching method, an opening can be formed by creating a mold for forming a predetermined opening pattern and pressing and punching it to the collector electrode. Thereby, even if it does not use a special apparatus, a several hole can be formed at once, and it becomes possible to process cheaply. Further, since machining is not applied with heat, it is possible to form a hole that is not restricted by the material of the collector electrode to be selected.

またエッチング法を採用する場合、プリント配線技術などに用いられるフォトエッチング工程を用いることができる。集電極のどちらか一方の面に、感光性のレジストを塗布またはラミネートして感光層を形成し、露光により残すべき集電極のレジストパターンを形成し、現像、エッチングすることで、開孔を形成することができる。これにより、複数の開孔を一度に形成することができるとともに、微細な開孔パターンを加工することが可能となる。   In the case where an etching method is employed, a photoetching process used in a printed wiring technique or the like can be used. A photosensitive resist is applied or laminated on either side of the collector electrode to form a photosensitive layer, and a resist pattern for the collector electrode to be left by exposure is formed, then developed and etched to form an opening. can do. Thereby, it is possible to form a plurality of apertures at a time and to process a fine aperture pattern.

レーザ法を採用する場合、エキシマ、炭酸ガス、キセノンなどのレーザを用い、開孔を形成することができる。このとき、集光レーザを用い、単開孔ごとに集電極をX−Yステージ上で移動させ、所定の開孔パターンを形成することができる。このようなレーザにより開孔を形成する方法では、前記エッチング法を採用した場合の効果に加え、可撓性膜を精度よく加工することが可能となる。   When the laser method is employed, an opening can be formed by using a laser such as excimer, carbon dioxide, or xenon. At this time, by using a condensing laser, the collecting electrode can be moved on the XY stage for each single opening to form a predetermined opening pattern. In such a method of forming an opening with a laser, in addition to the effect obtained when the etching method is employed, the flexible film can be processed with high accuracy.

なお、本発明の製造方法において、複数の開孔は一度に形成されることが好ましい。たとえば、可撓性膜上にフォトエッチング工程を用いて、所定の開孔パターンのレジストマスクを形成し、CVD法、PVD法、めっき法などにより導電層を堆積させた後に、マスクを剥離する。次に、導電層を開孔パターンのマスクとして、開孔を形成する領域全面にレーザ照射を行う。これにより、可撓性膜に複数の開孔を一度に形成することが可能となる。   In the production method of the present invention, it is preferable that the plurality of openings are formed at a time. For example, a resist mask having a predetermined opening pattern is formed on the flexible film using a photoetching process, and after depositing a conductive layer by a CVD method, a PVD method, a plating method, or the like, the mask is peeled off. Next, using the conductive layer as a mask for the opening pattern, laser irradiation is performed on the entire region where the opening is to be formed. This makes it possible to form a plurality of apertures in the flexible membrane at once.

また、メタルマスクを介してレーザ照射し、可撓性膜に開孔を形成した後に、スパッタ法や蒸着法を用いて物理的に導電層を形成することにより、耐薬品性のない接着剤および導電層を用いることが可能となる。   In addition, after forming a hole in the flexible film by irradiating with a laser through a metal mask, a conductive layer is physically formed using a sputtering method or a vapor deposition method. A conductive layer can be used.

さらには、所定の導電層のパターニングがなされたフレキシブルプリント基板を用い、導電層面から全面にレーザを照射することにより、導電層がマスクとなり、所定の開孔パターンを形成できる。これにより、特別なマスクを用いずとも、開孔を形成することができ、工程を省略することが可能となる。   Furthermore, by using a flexible printed board on which a predetermined conductive layer has been patterned and irradiating the entire surface from the surface of the conductive layer with a laser, the conductive layer can be used as a mask to form a predetermined hole pattern. Thereby, an opening can be formed without using a special mask, and the process can be omitted.

〔3〕触媒層形成工程
触媒層形成工程としては、たとえば、触媒粒子と導電性粒子と電解質を有機溶媒に分散させたペーストを、バーコート法、スクリーン印刷法またはスプレーコーティング法などを用いて均一に塗布し、ペースト中の有機溶媒を除去して形成する工程を採用することができる。これにより、多数の細孔を有した触媒層を形成することができ、有効な触媒粒子の表面積を増加させることが可能となる。
[3] Catalyst layer forming step As the catalyst layer forming step, for example, a paste in which catalyst particles, conductive particles and an electrolyte are dispersed in an organic solvent is uniformly applied using a bar coating method, a screen printing method or a spray coating method. It is possible to employ a step of applying to and removing the organic solvent in the paste. As a result, a catalyst layer having a large number of pores can be formed, and the surface area of effective catalyst particles can be increased.

また、前記触媒層は電解質膜表面に形成してもよく、集電極の導電層表面に形成してもよい。これにより、予め電解質膜または導電層に触媒層が一体形成されるため、接着性のよい界面を得ることが可能となる。   The catalyst layer may be formed on the surface of the electrolyte membrane, or may be formed on the surface of the conductive layer of the collector electrode. Thereby, since the catalyst layer is integrally formed with the electrolyte membrane or the conductive layer in advance, it is possible to obtain an interface with good adhesion.

さらには、プラスチックフィルムなど(図示せず)に触媒層を形成した後に、電解質膜や集電極の導電層に転写することによって形成することもできる。このような製造方法では、予め触媒層を別に形成しておくことができ、触媒粒子と導電性粒子の分散性を向上させるために、電解質膜のプロトン伝導率を低下させてしまう有機溶媒や導電層の表面に絶縁層を形成させてしまう有機溶媒であっても、前記ペーストの溶媒として用いることが可能となる。   Furthermore, it can also be formed by forming a catalyst layer on a plastic film or the like (not shown) and then transferring it to the electrolyte layer or the conductive layer of the collector electrode. In such a manufacturing method, the catalyst layer can be separately formed in advance, and in order to improve the dispersibility of the catalyst particles and the conductive particles, an organic solvent or a conductive material that decreases the proton conductivity of the electrolyte membrane. Even an organic solvent that forms an insulating layer on the surface of the layer can be used as a solvent for the paste.

〔4〕一体形成工程
一体形成工程としては、たとえば、熱圧着することにより膜電極複合体を一体形成する工程を採用することができる。たとえば、前記〔3〕触媒層形成工程において触媒層の形成された電解質膜の触媒層面と、前記〔1〕集電極作成工程と〔2〕開孔形成工程において形成された平面に複数の開孔を有する集電極の導電層面を接するように配置して、ホットプレス機を用いて、電解質膜や触媒層の電解質の軟化温度やガラス転移温度を超える温度で熱圧着する工程を採用することができる。
[4] Integrated Formation Step As the integral formation step, for example, a step of integrally forming the membrane electrode assembly by thermocompression bonding can be employed. For example, a plurality of apertures are formed in the catalyst layer surface of the electrolyte membrane in which the catalyst layer is formed in the [3] catalyst layer forming step, and in the plane formed in the [1] collector electrode creating step and [2] aperture forming step. It is possible to employ a process of thermocompression bonding at a temperature exceeding the softening temperature or glass transition temperature of the electrolyte of the electrolyte membrane or the catalyst layer using a hot press machine. .

上述したように、本発明の膜電極複合体に係る全ての部材は可撓性を有している。そのため、前記熱圧着による一体形成工程を採用することにより、各界面に凹凸が存在した場合であっても、一体形成することが可能となる。また、より高い密着性を確保するために、熱圧着工程のプレス圧を高く設定しても、部材が破壊されることがない。   As described above, all members according to the membrane electrode assembly of the present invention have flexibility. Therefore, by adopting the integral forming step by the thermocompression bonding, it is possible to integrally form even when there are irregularities at each interface. Moreover, in order to ensure higher adhesiveness, even if the press pressure in the thermocompression bonding step is set high, the member is not destroyed.

また、たとえば、図9に示すように、ホットプレス面に所定の凹凸のプレス盤15を形成しておくことにより、膜電極複合体1を三次元的に一体形成することができる。これにより、単位面積に形成される触媒層の面積を増大させることができ、出力電圧を向上させることが可能となるとともに、膜電極複合体1の可撓性を向上させることが可能となる。   Further, for example, as shown in FIG. 9, the membrane electrode assembly 1 can be integrally formed in a three-dimensional manner by forming a press plate 15 having predetermined irregularities on the hot press surface. Thereby, the area of the catalyst layer formed in the unit area can be increased, the output voltage can be improved, and the flexibility of the membrane electrode assembly 1 can be improved.

また、図10に示すように、前記触媒層形成済みの電解質膜16と、前記開孔形成済みの集電極17とをロール状に巻いておき、ヒートローラ18を用いて熱圧着する工程を採用できる。これにより、前記ホットプレス機を用いた製造方法の効果に加え、連続的に膜電極複合体1の一体形成が可能となる。   Further, as shown in FIG. 10, a process is adopted in which the electrolyte membrane 16 with the catalyst layer formed and the collector electrode 17 with the holes formed are wound in a roll shape and thermocompression bonded using a heat roller 18. it can. Thereby, in addition to the effect of the manufacturing method using the said hot press machine, the membrane electrode assembly 1 can be integrally formed continuously.

多孔質材を形成する場合、この多孔質材の一体形成工程は、前記〔4〕一体形成工程により多孔質材の機能を失うことのないように、〔4〕一体形成工程の後工程であることが好ましい。   When forming a porous material, the integral forming step of the porous material is a subsequent step of the [4] integral forming step so that the function of the porous material is not lost by the [4] integral forming step. It is preferable.

多孔質材を一体形成する工程として、たとえば、可撓性膜表面に高分子系接着液を転写法などにより所定の厚みに形成し、接着液を塗布した可撓性膜と多孔質材とを貼り合わす方法が例示される。これにより前記〔4〕一体形成工程での熱圧着により、多孔質材中の細孔や可撓性膜の開孔を閉塞することがなく、一体形成することが可能となる。   As a step of integrally forming the porous material, for example, a flexible adhesive film formed by forming a polymer adhesive liquid on the surface of the flexible film to a predetermined thickness by a transfer method, etc., and applying the adhesive liquid and the porous material The method of bonding is illustrated. As a result, the thermocompression bonding in the [4] integral forming step enables the integral formation without blocking the pores in the porous material and the openings in the flexible membrane.

しかし、多孔質材として、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニルサルファイトなどのエンジニアリングプラスチックからなる耐熱性を有する多孔質材を用いる場合には、〔4〕一体形成工程の前に可撓性膜と一体形成してもよい。   However, when a porous material having heat resistance made of engineering plastics such as polyimide, polyetheretherketone, polyphenyl sulfite is used as the porous material, [4] flexible film before the integral forming step And may be integrally formed.

以上の製造方法により作成された膜電極複合体は、各界面に十分な密着性を得ることができ、折り曲げた状態でも良好な出力電圧を維持することが可能となる。また、微細な開孔パターンを形成することができ、メタノールおよび酸素の供給不足による出力電圧の低下を抑えることが可能となる。さらには、外部雰囲気により収縮・膨潤する電解質膜に集電極が追従するため、剥離が生じにくく、長期信頼性を確保することが可能となる。   The membrane electrode assembly produced by the above manufacturing method can obtain sufficient adhesion at each interface, and can maintain a good output voltage even in a bent state. In addition, a fine hole pattern can be formed, and a decrease in output voltage due to insufficient supply of methanol and oxygen can be suppressed. Furthermore, since the collector electrode follows the electrolyte membrane that contracts and swells due to the external atmosphere, peeling does not easily occur, and long-term reliability can be ensured.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

<実施例1>
電解質膜として、40×40mm、厚さ約175μmのNafion117(デュポン社製)を用いた。
<Example 1>
As the electrolyte membrane, Nafion 117 (manufactured by DuPont) having a size of 40 × 40 mm and a thickness of about 175 μm was used.

触媒ペーストを以下の手順で作成した。Pt保持量32.5wt%、Ru担持量が16.9wt%のPtRu粒子とカーボン粒子からなる触媒担持カーボン粒子(TEC66E50、田中貴金属社製)と、20wt%のNafionのアルコール溶液(アルドリッチ社製)と、イソプロパノールと、アルミナボールを所定の割合でPTFE製の容器に入れ、攪拌機を用いて500rpmで50分間の混合を行うことにより、カソード触媒ペーストを作成した。また、Pt担持量46.8wt%のPt粒子とカーボン粒子からなる触媒担持カーボン粒子(TEC10E50E、田中貴金属社製)を用いて、前記アノード触媒ペーストと同様に、カソード触媒ペーストを作成した。   A catalyst paste was prepared by the following procedure. Catalyst-carrying carbon particles (TEC66E50, manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) composed of PtRu particles and carbon particles having a Pt retention amount of 32.5 wt% and a Ru loading amount of 16.9 wt%, and an alcohol solution of 20 wt% Nafion (produced by Aldrich) Then, isopropanol and alumina balls were put into a PTFE container at a predetermined ratio and mixed at 500 rpm for 50 minutes using a stirrer to prepare a cathode catalyst paste. Further, a cathode catalyst paste was prepared in the same manner as the anode catalyst paste using catalyst-supported carbon particles (TEC10E50E, manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) composed of Pt particles having a Pt support amount of 46.8 wt% and carbon particles.

前記アノード触媒ペーストをNafion117の一方の面に、触媒担持量が2mg/cm2となるように、23×23mmの形状のスクリーン印刷版を用いて、前記Nafion117の中心に形成するようにスクリーン印刷した。その後、触媒ペーストを室温にて乾燥させて、約20μmの厚みのアノード触媒層を形成した。 The anode catalyst paste was screen-printed on one surface of Nafion 117 so as to be formed at the center of Nafion 117 using a screen printing plate having a shape of 23 × 23 mm so that the amount of catalyst supported was 2 mg / cm 2 . . Thereafter, the catalyst paste was dried at room temperature to form an anode catalyst layer having a thickness of about 20 μm.

同様に、Nafion117のもう一方の面の中心に、アノード触媒層と重なり合うように、前記カソード触媒ペーストをスクリーン印刷し、約20μmの厚さのカソード触媒層を形成した。   Similarly, the cathode catalyst paste was screen-printed at the center of the other surface of Nafion 117 so as to overlap the anode catalyst layer to form a cathode catalyst layer having a thickness of about 20 μm.

集電極は、厚さ50μm、サイズ40×50mmのポリイミド膜に、ポリイミド溶液(東レ社製)をバーコート法により所定の厚みに塗布し、厚み10μm、サイズ23×50mmの銅箔をそれぞれの中心に重ね合わせ、所定の温度でヒートロールすることにより一体形成した。   The collector electrode is a polyimide film having a thickness of 50 μm and a size of 40 × 50 mm, a polyimide solution (manufactured by Toray Industries, Inc.) is applied to a predetermined thickness by a bar coating method, and a copper foil having a thickness of 10 μm and a size of 23 × 50 mm is centered on each And integrally formed by heat rolling at a predetermined temperature.

前記集電極をレーザ加工機にセットし、波長248nmのエキシマレーザを被加工面で300μmφになるように集光した。また、エネルギー密度は被加工面で約3J/cm2となるように調整し、開孔を形成した。用いた開孔パターンは、径300μmφ、ピッチ350μmとし、前記集電極の銅箔が一体形成された23×23mmの領域に形成した。また、開孔後、銅箔上に厚さ約1μmの金メッキ層を形成した。 The collector electrode was set in a laser processing machine, and an excimer laser having a wavelength of 248 nm was condensed so as to be 300 μmφ on the processing surface. In addition, the energy density was adjusted to be about 3 J / cm 2 on the surface to be processed to form holes. The hole pattern used had a diameter of 300 μmφ and a pitch of 350 μm, and was formed in a 23 × 23 mm region where the copper foil of the collector electrode was integrally formed. Further, after the opening, a gold plating layer having a thickness of about 1 μm was formed on the copper foil.

前記集電極を2枚用い、開孔パターンの形成された領域と、Nafion117の触媒層が形成された領域が一致するように、銅箔面と触媒層面を接触させるように挟み、130℃、10kgf/cm2で2分間のホットプレス処理することにより、膜電極複合体を作製した。 Using the two collector electrodes, the copper foil surface and the catalyst layer surface are sandwiched so that the region where the aperture pattern is formed and the region where the catalyst layer of Nafion 117 is formed are in contact with each other. A membrane electrode assembly was prepared by hot pressing at / cm 2 for 2 minutes.

次に、この膜電極複合体をアノード触媒層が内側になるように中心で約90°に折り曲げた状態で、中心がくりぬかれたL字状のアクリル板にカソード触媒層側を接しさせ、四角柱の上部が開放されたアクリル製の容器にアノード触媒層側を接しさせ、膜電極複合体の触媒層の外周部を固定した。前記アクリル容器に上部から3mol/Lのメタノール水溶液をアノード触媒層が全て漬かるように供給し、カソード触媒層は大気に開放させた。測定条件は40℃相対湿度40%であり、0.1A/cm2負荷条件で発電を行ったところ、10分後の出力電圧は0.30Vであった。また、そのままの負荷条件での連続運転を行ったところ、30日後の出力電圧は0.29Vであり、剥離は生じていなかった。 Next, in a state where the membrane electrode assembly is bent at about 90 ° at the center so that the anode catalyst layer is on the inside, the cathode catalyst layer side is brought into contact with the L-shaped acrylic plate with the center cut out. The anode catalyst layer side was brought into contact with an acrylic container whose upper part of the prism was opened, and the outer peripheral part of the catalyst layer of the membrane electrode composite was fixed. A 3 mol / L aqueous methanol solution was supplied to the acrylic container from above so that the anode catalyst layer was completely immersed, and the cathode catalyst layer was opened to the atmosphere. Measurement conditions were 40 ° C. and a relative humidity of 40%. When power was generated under a load of 0.1 A / cm 2 , the output voltage after 10 minutes was 0.30 V. Further, when the continuous operation was performed under the same load condition, the output voltage after 30 days was 0.29 V, and no peeling occurred.

実施例1の結果から、本発明の膜電極複合体は折り曲げた状態においても出力電圧を得ることができ、長期にわたって、剥離が生じることもなく、出力を維持することができることが分かった。   From the results of Example 1, it was found that the membrane electrode assembly of the present invention can obtain an output voltage even in a bent state, and can maintain the output without causing separation over a long period of time.

<実施例2>
カソード多孔質材として、厚み300μm、サイズ23×23mmのエーテル系ウレタンを用いた。前記実施例1において作製した膜電極複合体のカソード電極側のポリイミド膜面上に、転写法を用いてポリイミド溶液(東レ社製)を塗布し、触媒層と重なるように前記エーテル系ウレタンを重ね、室温で10kgf/cm2で圧着することにより、多孔質材を一体形成し、厚み約550μmの膜電極複合体を作製した。
<Example 2>
As the cathode porous material, ether urethane having a thickness of 300 μm and a size of 23 × 23 mm was used. A polyimide solution (manufactured by Toray Industries, Inc.) is applied onto the surface of the polyimide film on the cathode electrode side of the membrane electrode composite produced in Example 1, and the ether-based urethane is overlaid so as to overlap the catalyst layer. The porous material was integrally formed by pressure bonding at 10 kgf / cm 2 at room temperature, and a membrane electrode assembly having a thickness of about 550 μm was produced.

実施例1と同様の条件で測定したところ、10分後の出力電圧は0.32Vであった。また、実施例1と同様の条件で連続運転を行ったところ、30日後の出力電圧は0.29Vであり、剥離は生じていなかった。   When measured under the same conditions as in Example 1, the output voltage after 10 minutes was 0.32V. Moreover, when the continuous operation was performed under the same conditions as in Example 1, the output voltage after 30 days was 0.29 V, and no peeling occurred.

実施例1と実施例2との比較から、カソード電極側において、ポリイミド膜と多孔質材を一体形成することにより、出力電圧が向上することが分かった。   From a comparison between Example 1 and Example 2, it was found that the output voltage was improved by integrally forming the polyimide film and the porous material on the cathode electrode side.

<実施例3>
アノード電極側にアノード多孔質材として厚み300μm、サイズ23×23mmのエーテル系ウレタンを用いたこと以外は、実施例2と同様に膜電極複合体を作製した。
<Example 3>
A membrane electrode assembly was produced in the same manner as in Example 2 except that ether-based urethane having a thickness of 300 μm and a size of 23 × 23 mm was used as the anode porous material on the anode electrode side.

実施例1と同様の条件で測定したところ、10分後の出力電圧は0.34Vであった。また、実施例1と同様の条件で連続運転を行ったところ、30日後の出力電圧は0.32Vであり、剥離は生じていなかった。   When measured under the same conditions as in Example 1, the output voltage after 10 minutes was 0.34V. Moreover, when the continuous operation was performed under the same conditions as in Example 1, the output voltage after 30 days was 0.32 V, and no peeling occurred.

実施例1と実施例3の比較から、アノード電極側において、ポリイミド膜と多孔質材を一体形成することにより、出力電圧が向上することが分かった。   From a comparison between Example 1 and Example 3, it was found that the output voltage was improved by integrally forming the polyimide film and the porous material on the anode electrode side.

<実施例4>
前記実施例1において作製したアノード集電極をアノード可撓性膜面が水面に向くように、水面から約5mmの深さにセットし、波長248nmのエキシマレーザをアノード可撓性膜面で、エネルギー密度が約0.3J/cm2となるように調整し、0.5秒間照射することにより、親水性処理を行った。
<Example 4>
The anode current collector prepared in Example 1 was set to a depth of about 5 mm from the water surface so that the anode flexible membrane surface was directed to the water surface, and an excimer laser with a wavelength of 248 nm was applied to the anode flexible membrane surface at the energy level. The hydrophilic treatment was performed by adjusting the density to be about 0.3 J / cm 2 and irradiating for 0.5 seconds.

また、窒素ドライ雰囲気中にて、同条件にてカソード集電極のカソード可撓性膜面にエキシマレーザを照射することにより撥水性処理を施した。   Further, the water repellent treatment was performed by irradiating the excimer laser on the cathode flexible film surface of the cathode collector electrode under the same conditions in a nitrogen dry atmosphere.

前記アノード集電極およびカソード集電極を2枚用い、実施例1と同条件で一体形成し、厚み約300μmの膜電極複合体を作製した。   Two anode collector electrodes and two cathode collector electrodes were integrally formed under the same conditions as in Example 1 to produce a membrane electrode composite having a thickness of about 300 μm.

実施例1と同様の条件で測定したところ、10分後の出力電圧は0.36Vであった。また、実施例1と同様の条件で連続運転を行ったところ、30日後の出力電圧は0.35Vであり、剥離は生じていなかった。   When measured under the same conditions as in Example 1, the output voltage after 10 minutes was 0.36V. Moreover, when continuous operation was performed under the same conditions as in Example 1, the output voltage after 30 days was 0.35 V, and no peeling occurred.

実施例2と実施例4の比較から、カソード可撓性膜面に撥水層を形成し、アノード可撓性膜面に親水性を形成することにより、良好な出力電圧を保ったまま、薄型化できることが分かった。   From the comparison between Example 2 and Example 4, the water repellent layer is formed on the surface of the cathode flexible membrane and the hydrophilicity is formed on the surface of the anode flexible membrane, thereby reducing the thickness while maintaining a good output voltage. I found out that

<実施例5>
開孔径0.5mmφ、ピッチ1.0mmの開孔パターンが23×23mmの領域に形成された金型を作製し、プレス機を用いて押し付け圧5kgf/cm2で、パンチングすることにより集電極の開孔を形成したこと以外は、実施例1と同様にして膜電極複合体を作製した。
<Example 5>
A die having an opening pattern of 0.5 mmφ and a pitch pattern of 1.0 mm formed in an area of 23 × 23 mm is manufactured and punched with a pressing pressure of 5 kgf / cm 2 using a press machine. A membrane electrode assembly was produced in the same manner as in Example 1 except that the openings were formed.

実施例1と同様の条件で測定したところ、10分後の出力電圧は0.20Vであった。また、実施例1と同様の条件で連続運転を行ったところ、30日後の出力電圧は0.18Vであり、剥離は生じていなかった。   When measured under the same conditions as in Example 1, the output voltage after 10 minutes was 0.20V. Moreover, when the continuous operation was performed under the same conditions as in Example 1, the output voltage after 30 days was 0.18 V, and no peeling occurred.

これにより、本発明の膜電極複合体は、非常に大面積に一度に複数の開孔を形成できることにより、安価に開孔を有した集電極を作製することができ、このような集電極を用いても、良好な出力特性が得られることが分かった。   As a result, the membrane electrode assembly of the present invention can form a plurality of apertures at once in a very large area, thereby making it possible to produce a collector electrode having apertures at a low cost. It was found that good output characteristics can be obtained even when used.

<実施例6>
集電極の可撓性膜に光溶解型のポジレジスト膜を製膜し、開孔径100μmφ、ピッチ250μmの開孔パターンが23×23mmの領域に形成されるフォトマスクを備えた紫外線露光装置により感光した。炭酸ナトリウム系のアルカリ現像液により、開孔パターンのレジストを除去した後、反応性イオンエッチングにより、集電極の開孔を形成した。最後に、フォトマスクを介さずに紫外線を露光することにより、レジスト膜を剥離させ、洗浄した。このような集電極を用いたこと以外は、実施例1と同様にして膜電極複合体を作製した。
<Example 6>
A photodissolvable positive resist film is formed on the flexible film of the collector electrode, and is exposed by an ultraviolet exposure apparatus equipped with a photomask in which an opening pattern with an opening diameter of 100 μmφ and a pitch of 250 μm is formed in a 23 × 23 mm region did. After removing the resist of the opening pattern with a sodium carbonate-based alkaline developer, the opening of the collector electrode was formed by reactive ion etching. Finally, the resist film was peeled off and washed by exposing it to ultraviolet rays without passing through a photomask. A membrane electrode assembly was produced in the same manner as in Example 1 except that such a collector electrode was used.

実施例1と同様の条件で測定したところ、10分後の出力電圧は0.26Vであった。また、実施例1と同様の条件で連続運転を行ったところ、30日後の出力電圧は0.25Vであり、剥離は生じていなかった。   When measured under the same conditions as in Example 1, the output voltage after 10 minutes was 0.26V. Further, when continuous operation was performed under the same conditions as in Example 1, the output voltage after 30 days was 0.25 V, and no peeling occurred.

これにより、本発明における膜電極複合体は、微細な開孔パターンを形成することができ、高い開口率を有する集電極の作製が可能であることが分かった。   Thus, it was found that the membrane electrode assembly according to the present invention can form a fine aperture pattern and can produce a collector electrode having a high aperture ratio.

<実施例7>
径300μmφ、ピッチ350μmで銅箔非形成領域を有したフレキシブルプリント基板を用い、エネルギー密度が銅箔面で約3J/cm2となるように調整した波長248nmのエキシマレーザを銅箔面側から照射し、可撓性膜に開孔を形成したこと以外は、実施例1と同様に、膜電極複合体を作製した。
<Example 7>
Using a flexible printed circuit board with a diameter of 300 μmφ and a pitch of 350 μm and having a copper foil non-formation region, an excimer laser with a wavelength of 248 nm adjusted so that the energy density is about 3 J / cm 2 on the copper foil surface is irradiated from the copper foil surface side Then, a membrane electrode assembly was produced in the same manner as in Example 1 except that an opening was formed in the flexible membrane.

実施例1と同様の条件で測定したところ、10分後の出力電圧は0.31Vであった。また、実施例1と同様の条件で連続運転を行ったところ、30日後の出力電圧は0.30Vであり、剥離は生じていなかった。これにより、本発明の膜電極複合体は、微細な開孔パターンを形成することができ、高い開口率を有する集電極の作製が可能であることが分かった。   When measured under the same conditions as in Example 1, the output voltage after 10 minutes was 0.31V. Moreover, when the continuous operation was performed under the same conditions as in Example 1, the output voltage after 30 days was 0.30 V, and no peeling occurred. Thus, it was found that the membrane electrode assembly of the present invention can form a fine aperture pattern and can produce a collector electrode having a high aperture ratio.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の好ましい例の膜電極複合体を模式的に示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows typically the membrane electrode assembly of the preferable example of this invention. 図1に示す膜電極複合体を上部よりみた平面図である。It is the top view which looked at the membrane electrode assembly shown in FIG. 1 from the upper part. 図2の切断面線III−IIIからみた断面図である。It is sectional drawing seen from the cut surface line III-III of FIG. 本発明の前記膜電極複合体1におけるアノード触媒層7aの機能を説明するための断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section for demonstrating the function of the anode catalyst layer 7a in the said membrane electrode assembly 1 of this invention. 図3に示した膜電極複合体1のカソード可撓性膜2bの、カソード導電層3bが形成されている面とは反対側の面にカソード多孔質材11を一体形成させてなる例を模式的に示す図である。3 schematically shows an example in which the cathode porous material 11 is integrally formed on the surface of the cathode flexible membrane 2b of the membrane electrode assembly 1 shown in FIG. 3 opposite to the surface on which the cathode conductive layer 3b is formed. FIG. 図3に示した膜電極複合体1において、アノード可撓性膜2aおよびカソード可撓性膜2bの表面に、それぞれアノード親水層14aおよびカソード親水層14bを形成した例を示す図である。4 is a diagram showing an example in which an anode hydrophilic layer 14a and a cathode hydrophilic layer 14b are formed on the surfaces of an anode flexible membrane 2a and a cathode flexible membrane 2b in the membrane electrode assembly 1 shown in FIG. 膜電極複合体1を用いた直接液体供給型燃料電池20の断面を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a cross section of a direct liquid supply type fuel cell 20 using a membrane electrode assembly 1. FIG. 図7に示した本発明の燃料電池20を用いた電子機器25の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the electronic device 25 using the fuel cell 20 of this invention shown in FIG. 本発明の膜電極複合体の好適な製造方法の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the suitable manufacturing method of the membrane electrode assembly of this invention. 本発明の膜電極複合体の好適な製造方法の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the suitable manufacturing method of the membrane electrode assembly of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 膜電極複合体、2a アノード可撓性膜、2b カソード可撓性膜、3a アノード導電層、3b カソード導電層、4 開孔、5a アノード集電極、5b カソード集電極、6 電解質膜、7a アノード触媒層、7b カソード触媒層、8 アノード触媒粒子、9 アノード導電性粒子、10 電解質、11 カソード多孔質材、14a アノード親水層、14b カソード親水層、20 燃料電池、21 燃料供給材、22 排気孔、23 カバーフィルム、24 液体貯蔵タンク、25 電子機器、26 ヒンジ部、27 液体燃料カートリッジ、28 燃料電池スタック、29 DC/DCコンバータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Membrane electrode composite, 2a Anode flexible membrane, 2b Cathode flexible membrane, 3a Anode conductive layer, 3b Cathode conductive layer, 4 Aperture, 5a Anode collector electrode, 5b Cathode collector electrode, 6 Electrolyte membrane, 7a Anode Catalyst layer, 7b Cathode catalyst layer, 8 Anode catalyst particle, 9 Anode conductive particle, 10 Electrolyte, 11 Cathode porous material, 14a Anode hydrophilic layer, 14b Cathode hydrophilic layer, 20 Fuel cell, 21 Fuel supply material, 22 Exhaust hole , 23 Cover film, 24 Liquid storage tank, 25 Electronic equipment, 26 Hinge part, 27 Liquid fuel cartridge, 28 Fuel cell stack, 29 DC / DC converter.

Claims (19)

アノード可撓性膜、アノード導電層、アノード触媒層、電解質膜、カソード触媒層、カソード導電層、カソード可撓性膜が順次積層され、一体形成された構造を備える膜電極複合体。   A membrane electrode composite having a structure in which an anode flexible membrane, an anode conductive layer, an anode catalyst layer, an electrolyte membrane, a cathode catalyst layer, a cathode conductive layer, and a cathode flexible membrane are sequentially laminated. カソード可撓性膜が絶縁性であることを特徴とする請求項1に記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the cathode flexible membrane is insulative. アノード可撓性膜およびカソード可撓性膜が100℃以上の耐熱性を有する高分子膜であることを特徴とする請求項1に記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the anode flexible membrane and the cathode flexible membrane are polymer membranes having heat resistance of 100 ° C or higher. アノード可撓性膜およびカソード可撓性膜の少なくともいずれかがポリイミドであることを特徴とする請求項1に記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to claim 1, wherein at least one of the anode flexible membrane and the cathode flexible membrane is polyimide. カソード可撓性膜に多孔質材が一体形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 4, wherein a porous material is integrally formed on the cathode flexible membrane. アノード可撓性膜に多孔質材が一体形成されてなり、液体燃料を用いる燃料電池に使用されるものである、請求項1〜4のいずれかに記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 4, wherein a porous material is integrally formed on the anode flexible membrane, and is used for a fuel cell using liquid fuel. アノード可撓性膜およびカソード可撓性膜のいずれかの表面に親水層が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 4, wherein a hydrophilic layer is formed on the surface of either the anode flexible membrane or the cathode flexible membrane. アノード可撓性膜およびカソード可撓性膜のいずれかの表面に撥水層が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の膜電極複合体。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 4, wherein a water repellent layer is formed on the surface of either the anode flexible membrane or the cathode flexible membrane. アノード導電層およびカソード導電層がAu、Ag、Pt、Ni、Cu、Al、WおよびTiからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含んだ金属箔であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の膜電極複合体。   9. The anode conductive layer and the cathode conductive layer are metal foils containing at least one element selected from the group consisting of Au, Ag, Pt, Ni, Cu, Al, W and Ti. The membrane electrode assembly according to any one of the above. アノード導電層およびカソード導電層がAu、Pt、PdおよびRuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含んだ貴金属により被覆されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の膜電極複合体。   10. The anode conductive layer and the cathode conductive layer are covered with a noble metal containing at least one element selected from the group consisting of Au, Pt, Pd and Ru. Membrane electrode composite. 前記アノード可撓性膜およびカソード可撓性膜と前記アノード導電層およびカソード導電層との組み合わせが、ポリイミド膜と銅箔であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の膜電極複合体。   The film according to any one of claims 1 to 10, wherein a combination of the anode flexible film and the cathode flexible film and the anode conductive layer and the cathode conductive layer is a polyimide film and a copper foil. Electrode complex. 請求項1〜11のいずれかに記載の膜電極複合体を製造する方法であって、可撓性膜と導電層を一体形成しパンチングにより複数の開孔を形成することを特徴とする、膜電極複合体の製造方法。   A method for producing a membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 11, characterized in that a flexible membrane and a conductive layer are integrally formed and a plurality of apertures are formed by punching. A method for producing an electrode composite. 請求項1〜11のいずれかに記載の膜電極複合体を製造する方法であって、可撓性膜と導電層を一体形成しフォトエッチングにより複数の開孔を形成することを特徴とする、膜電極複合体の製造方法。   A method for producing a membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 11, wherein the flexible membrane and the conductive layer are integrally formed, and a plurality of apertures are formed by photoetching. A method for producing a membrane electrode assembly. 請求項1〜11のいずれかに記載の膜電極複合体を製造する方法であって、可撓性膜と導電層を一体形成し集光レーザにより開孔を形成することを特徴とする、膜電極複合体の製造方法。   A method for producing a membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 11, wherein the flexible membrane and the conductive layer are integrally formed, and the aperture is formed by a focused laser. A method for producing an electrode composite. 請求項1〜11のいずれかに記載の膜電極複合体を製造する方法であって、可撓性膜と導電層を一体形成し、前記導電層をマスクとしてレーザを照射し複数の開孔を形成することを特徴とする、膜電極複合体の製造方法。   A method for producing a membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 11, wherein a flexible membrane and a conductive layer are integrally formed, and a plurality of apertures are formed by irradiating a laser using the conductive layer as a mask. A method for producing a membrane electrode assembly, comprising forming the membrane electrode assembly. 請求項1〜11のいずれかに記載の膜電極複合体を製造する方法であって、触媒層の形成された電解質膜と、可撓性膜と導電層とを一体形成し開孔の形成された集電極とをロール状に巻き、ヒートローラを用いて熱圧着することを特徴とする、膜電極複合体の製造方法。   A method for producing a membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 11, wherein the electrolyte membrane on which the catalyst layer is formed, the flexible membrane and the conductive layer are integrally formed to form an opening. A method for producing a membrane electrode assembly, wherein the collector electrode is wound into a roll shape and thermocompression bonded using a heat roller. 請求項1〜11のいずれかに記載の膜電極複合体と、当該膜電極複合体のアノード触媒層に液体燃料を供給する燃料供給手段とを有する燃料電池。   A fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 11 and fuel supply means for supplying liquid fuel to an anode catalyst layer of the membrane electrode assembly. 請求項17に記載の燃料電池を、当該燃料電池のカソード可撓性膜側が大気に接するように搭載した電子機器。   An electronic device in which the fuel cell according to claim 17 is mounted so that the cathode flexible membrane side of the fuel cell is in contact with the atmosphere. 請求項17に記載の燃料電池を、ヒンジ部に搭載した電子機器。   The electronic device which mounted the fuel cell of Claim 17 in the hinge part.
JP2005082138A 2005-03-22 2005-03-22 Membrane electrode assembly and its manufacturing method, fuel cell, and electronic equipment Withdrawn JP2006269122A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005082138A JP2006269122A (en) 2005-03-22 2005-03-22 Membrane electrode assembly and its manufacturing method, fuel cell, and electronic equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005082138A JP2006269122A (en) 2005-03-22 2005-03-22 Membrane electrode assembly and its manufacturing method, fuel cell, and electronic equipment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006269122A true JP2006269122A (en) 2006-10-05

Family

ID=37204868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005082138A Withdrawn JP2006269122A (en) 2005-03-22 2005-03-22 Membrane electrode assembly and its manufacturing method, fuel cell, and electronic equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006269122A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007136067A1 (en) 2006-05-23 2007-11-29 Shiseido Company Ltd. External preparation for skin
JP2008198588A (en) * 2007-02-14 2008-08-28 Samsung Electro Mech Co Ltd Unit cell for fuel cell, its manufacturing method, and fuel cell system
JP2009532848A (en) * 2006-04-03 2009-09-10 ユニバーシティー、オブ、デラウェア Nano-based gas diffusion media
US8273496B2 (en) 2007-01-25 2012-09-25 Sharp Kabushiki Kaisha Fuel cell containing a cathode diffusion layer having a fabric structure
JP2013543222A (en) * 2010-09-30 2013-11-28 ユーティシー・パワー・コーポレーション Hot pressed direct deposition catalyst layer
KR101845784B1 (en) 2016-05-26 2018-05-18 현대자동차주식회사 Producing apparatus for a MEA for a fuel cell and producing method therefor

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009532848A (en) * 2006-04-03 2009-09-10 ユニバーシティー、オブ、デラウェア Nano-based gas diffusion media
WO2007136067A1 (en) 2006-05-23 2007-11-29 Shiseido Company Ltd. External preparation for skin
US8273496B2 (en) 2007-01-25 2012-09-25 Sharp Kabushiki Kaisha Fuel cell containing a cathode diffusion layer having a fabric structure
JP2008198588A (en) * 2007-02-14 2008-08-28 Samsung Electro Mech Co Ltd Unit cell for fuel cell, its manufacturing method, and fuel cell system
JP2013543222A (en) * 2010-09-30 2013-11-28 ユーティシー・パワー・コーポレーション Hot pressed direct deposition catalyst layer
US9735441B2 (en) 2010-09-30 2017-08-15 Audi Ag Hot pressed, direct deposited catalyst layer
KR101845784B1 (en) 2016-05-26 2018-05-18 현대자동차주식회사 Producing apparatus for a MEA for a fuel cell and producing method therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4565644B2 (en) Polymer electrolyte membrane for fuel cell, membrane-electrode assembly, fuel cell system, and method for manufacturing membrane-electrode assembly
CN104428938B (en) Ion-conductive membranes
CA2539602C (en) Catalyst-coated membrane with integrated sealing material and membrane-electrode assembly produced therefrom
WO2002059996A1 (en) Polymer electrolyte film and method for preparation of the same, and solid polymer type fuel cell using the same
WO2009139370A1 (en) Fuel cell and fuel cell layer
WO2005088749A1 (en) Membrane electrode assembly, method for producing the same, and solid state polymer fuel cell
KR100722093B1 (en) Membrane-electrode assembly for fuel cell, method for manufacturing the same, and fuel cell system comprising the same
JP5024386B2 (en) Fuel cell single cell
JP2011204609A (en) Fuel cell layer, fuel cell system, and method for manufacturing the fuel cell layer
JP2006269122A (en) Membrane electrode assembly and its manufacturing method, fuel cell, and electronic equipment
US8304142B2 (en) Fuel cell
JP2014096375A (en) Method of producing polymer electrolyte membrane for fuel cell, membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell
JP2006012816A (en) Separator for fuel cell, its manufacturing method, and fuel cell comprising it
US20050191517A1 (en) Separator and direct methanol type fuel cell therewith
JP4768261B2 (en) Basic fuel cell element to limit methanol passing through the electrolyte layer
JP5309115B2 (en) Fuel supply adjustment film, printed circuit board, and fuel cell
JP2008198384A (en) Fuel cell
CA2633347C (en) Fuel cell including a hydrogen permeable membrane as anode and manufacturing method of the same
JP2009037919A (en) Fuel cell and its manufacturing method, and fuel-cell stack
JP2009170387A (en) Manufacturing method of membrane-electrode assembly
JP2008269847A (en) Ink for fuel cell catalyst layer, its manufacturing method, and membrane electrode assembly for fuel cell
JP2008282672A (en) Fuel cell and its manufacturing method
JP2005174770A (en) Fuel cell
JP2007073347A (en) Fuel cell
JP2008153040A (en) Fuel cell, fuel cell system, and control method of fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080603