JP2007103122A - Manufacturing method of electrode and electrode manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用電解質膜の表面に粉状の電極触媒材料を付着させた後、当該電極触媒材料を燃料電池用電解質膜に定着させる燃料電池の電極製造方法および電極製造装置に関する。 The present invention relates to an electrode manufacturing method and an electrode manufacturing apparatus for a fuel cell in which a powdered electrode catalyst material is adhered to the surface of a fuel cell electrolyte membrane and then the electrode catalyst material is fixed to the fuel cell electrolyte membrane.
固体高分子電解質型燃料電池は、イオン交換膜からなる電解質膜と、この電解質膜の一面に配置されたアノードおよび電解質膜の他面に配置されたカソードからなる膜−電極アセンブリ(MEA:Membrane−Electrode Assembly)と、アノード・カソードに燃料ガス(水素)および酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための流体流路を形成するセパレータとを複数重ねて構成されるセル積層体を備える。アノード、カソードは電解質膜に面する触媒層を有し、触媒層とセパレータとの間には拡散層が設けられる。固体高分子電解質型燃料電池では、アノード側では、水素ガスがイオン化され、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では、酸素と水素イオンおよび電子から水を生成する反応が行われる。 A solid polymer electrolyte fuel cell includes a membrane-electrode assembly (MEA: Membrane-) composed of an electrolyte membrane composed of an ion exchange membrane, an anode disposed on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode disposed on the other surface of the electrolyte membrane. A cell stack including a plurality of Electrode Assemblies) and a separator that forms a fluid flow path for supplying fuel gas (hydrogen) and oxidizing gas (oxygen, usually air) to the anode and cathode is provided. The anode and cathode have a catalyst layer facing the electrolyte membrane, and a diffusion layer is provided between the catalyst layer and the separator. In a solid polymer electrolyte fuel cell, hydrogen gas is ionized on the anode side, the hydrogen ions move through the electrolyte membrane to the cathode side, and on the cathode side, a reaction that generates water from oxygen, hydrogen ions, and electrons is performed. Is called.
一般的に、この燃料電池の製造過程において、触媒層は、電解質膜の両面あるいは拡散層の片面に電極触媒材料を塗布することにより形成される。この電極触媒材料の塗布方法としては、従来から種々の方法が提案されている。例えば、粉末状の電極触媒材料(電極触媒)に電荷を付与し、当該帯電した電極触媒材料を所定パターンに帯電した感光ドラム上に静電付着させ、さらに、静電付着した感光ドラム上の電極触媒材料を燃料電池用電解質膜(燃料電池用隔膜)の表面に転写して定着させる方法などが知られている(例えば、特許文献1など)。この場合、電極触媒材料の定着は、電極触媒材料が付着した燃料電池用電解質膜および電極触媒材料を加熱加圧することで実現している。加熱することで、電極触媒材料が軟化し、比較的、低圧力でも電解質膜に定着されやすくなる。 Generally, in the manufacturing process of the fuel cell, the catalyst layer is formed by applying an electrode catalyst material to both surfaces of the electrolyte membrane or one surface of the diffusion layer. Various methods for applying the electrode catalyst material have been proposed. For example, an electric charge is applied to a powdered electrode catalyst material (electrode catalyst), the charged electrode catalyst material is electrostatically attached to a photosensitive drum charged in a predetermined pattern, and further, the electrode on the electrostatic drum is electrostatically attached. A method of transferring and fixing a catalyst material on the surface of an electrolyte membrane for fuel cells (a membrane for fuel cells) is known (for example, Patent Document 1). In this case, the fixing of the electrode catalyst material is realized by heating and pressurizing the fuel cell electrolyte membrane to which the electrode catalyst material is adhered and the electrode catalyst material. By heating, the electrode catalyst material is softened and is easily fixed to the electrolyte membrane even at a relatively low pressure.
しかしながら、従来の方法では、燃料電池用電解質膜を押圧する押圧ローラを加熱することで、電極触媒材料を加熱していた。この場合、押圧ローラと接触している部分は効率的に加熱されるものの、押圧ローラと接触していない部分については加熱されにくい。そのため、電極触媒材料の軟化が生じにくく、加圧力を高める必要が生じてくる。しかし、加圧力を高めると、電極触媒材料の劣化や、電極触媒材料が燃料電池用電解質膜に食い込むことによる燃料電池用電解質膜の劣化が生じるという問題がある。この問題を解消するために、押圧ローラの温度を高めて押圧ローラに接触していない部分も効率的に加熱し、電極触媒材料の効率的な軟化を促進することも考えられる。しかし、この場合は、押圧ローラと接触する部分が過剰に加熱されることになり、やはり、電極触媒材料および燃料電池用電解質膜の劣化を招く。 However, in the conventional method, the electrode catalyst material is heated by heating a pressure roller that presses the fuel cell electrolyte membrane. In this case, the portion in contact with the pressing roller is efficiently heated, but the portion not in contact with the pressing roller is hardly heated. Therefore, it is difficult for the electrode catalyst material to be softened, and it is necessary to increase the pressure. However, when the applied pressure is increased, there is a problem in that the electrode catalyst material is deteriorated and the fuel cell electrolyte membrane is deteriorated due to the electrode catalyst material biting into the fuel cell electrolyte membrane. In order to solve this problem, it is conceivable that the temperature of the pressure roller is increased to efficiently heat the portion not in contact with the pressure roller to promote efficient softening of the electrode catalyst material. However, in this case, the portion in contact with the pressing roller is excessively heated, and again, the electrode catalyst material and the fuel cell electrolyte membrane are deteriorated.
そこで、本発明では、燃料電池の品質をより向上でき得る電極の製造方法を提供することを目的とする。特に、電極触媒材料の定着段階における電極触媒材料および燃料電池用電解質膜の品質劣化を防止することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electrode manufacturing method that can further improve the quality of a fuel cell. In particular, it is an object to prevent quality deterioration of the electrode catalyst material and the fuel cell electrolyte membrane in the fixing stage of the electrode catalyst material.
本発明の電極製造方法は、燃料電池用電解質膜の表面に粉状の電極触媒材料を付着させた後、当該電極触媒材料を燃料電池用電解質膜に定着させる燃料電池の電極製造方法であって、燃料電池用電解質膜の付着面に電極触媒材料を付着させる付着工程と、前記付着面に向かって高温蒸気を噴霧するとともに、前記燃料電池用電解質膜を加圧することにより電極触媒材料を燃料電池用電解質膜に定着させる定着工程とを有することを特徴とする。 The electrode manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing a fuel cell electrode in which a powdered electrode catalyst material is adhered to the surface of a fuel cell electrolyte membrane, and then the electrode catalyst material is fixed to the fuel cell electrolyte membrane. An adhesion step of depositing an electrode catalyst material on the adhesion surface of the fuel cell electrolyte membrane; spraying high temperature steam toward the adhesion surface; and pressurizing the fuel cell electrolyte membrane to apply the electrode catalyst material to the fuel cell And a fixing step of fixing to the electrolyte membrane.
好適な態様では、高温蒸気は、燃料電池用電解質膜を加圧する加圧体の内部から噴霧される。この場合、加圧体の加圧面は、加圧体の内部から外部へ高温蒸気を通過させる複数の孔が均等に形成された硬質材料からなることが望ましい。また、加圧体は、外部から供給された流体を加熱して高温蒸気を生成する温度調節が可能な過熱手段を内蔵することも望ましい。 In a preferred embodiment, the high-temperature steam is sprayed from the inside of the pressurizing body that pressurizes the fuel cell electrolyte membrane. In this case, it is desirable that the pressurizing surface of the pressurizing body is made of a hard material in which a plurality of holes through which high-temperature steam passes from the inside of the pressurizing body to the outside are uniformly formed. Further, it is desirable that the pressurizing body incorporates an overheating means capable of adjusting the temperature for heating the fluid supplied from the outside to generate high-temperature steam.
他の好適な態様では、高温蒸気は、加圧体により加圧される直前に噴霧される。 In another preferred embodiment, the high temperature steam is sprayed immediately before being pressurized by the pressurized body.
高温蒸気の温度調整が可能であることが望ましい。また、加圧体は、燃料電池用電解質膜および電極触媒材料を劣化させない程度の温度および圧力で押圧することが望ましい。具体的には、加圧体は、約140℃以下の温度、かつ、約20kgf/cm以下の圧力で燃料電池用電解質膜を加熱、加圧することが望ましい。 It is desirable that the temperature of the high-temperature steam can be adjusted. The pressurizing body is preferably pressed at a temperature and pressure that do not deteriorate the electrolyte membrane for fuel cells and the electrode catalyst material. Specifically, it is desirable that the pressurized body heats and pressurizes the fuel cell electrolyte membrane at a temperature of about 140 ° C. or less and a pressure of about 20 kgf / cm or less.
また、高温蒸気は、燃料電池用電解質膜および電極触媒材料を劣化させない、かつ、電極触媒材料を軟化させる程度の温度であることが望ましい。具体的には、高温蒸気は、約100℃から200℃の温度であることが望ましい。 In addition, the high-temperature steam is desirably a temperature that does not deteriorate the electrolyte membrane for a fuel cell and the electrode catalyst material and softens the electrode catalyst material. Specifically, the high temperature steam is desirably at a temperature of about 100 ° C to 200 ° C.
他の本発明である電極製造装置は、燃料電池用電解質膜の表面に粉状の電極触媒材料を付着させた後、当該電極触媒材料を燃料電池用電解質膜に定着させる燃料電池の電極製造装置であって、燃料電池用電解質膜の付着面に電極触媒材料を付着させる付着手段と、付着された電極触媒材料を燃料電池用電解質膜に定着させる定着手段と、を備え、定着手段は、付着された電極触媒材料に向かって高温蒸気を噴霧する噴霧手段と、燃料電池用電解質膜を加圧する加圧手段と、を備えることを特徴とする。 Another electrode manufacturing apparatus according to the present invention is a fuel cell electrode manufacturing apparatus in which a powdered electrode catalyst material is attached to the surface of a fuel cell electrolyte membrane and then the electrode catalyst material is fixed to the fuel cell electrolyte membrane. An adhesion means for adhering the electrode catalyst material to the adhesion surface of the fuel cell electrolyte membrane, and a fixing means for fixing the adhered electrode catalyst material to the fuel cell electrolyte membrane. Spraying means for spraying high temperature steam toward the electrocatalyst material formed, and pressurizing means for pressurizing the electrolyte membrane for fuel cells.
本発明によれば、電極触媒材料の定着の際に、高温蒸気を噴霧するため、電極触媒材料が均等に加熱され、当該電極触媒材料表面が軟化しやすい。その結果、電極触媒材料や燃料電池用電解質膜の劣化を防止しつつ安定した定着が実現できる。ひいては、より高品質の燃料電池を得ることができる。 According to the present invention, when the electrode catalyst material is fixed, the high temperature steam is sprayed, so that the electrode catalyst material is heated evenly and the surface of the electrode catalyst material is easily softened. As a result, stable fixing can be realized while preventing deterioration of the electrode catalyst material and the fuel cell electrolyte membrane. As a result, a higher quality fuel cell can be obtained.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。はじめに、固体高分子電解質型燃料電池10(以下「燃料電池10」と略す)について、簡単に説明する。図1は、燃料電池10の概略構成を示す断面図である。燃料電池10は、イオン交換膜からなる電解質膜12と、その一面に積層されたアノード14(電極)と、他面に積層されたカソード16(電極)とで構成される膜−電極アセンブリを備えている。各膜−電極アセンブリは、アノード14、カソード16に燃料ガス流路26を形成するセパレータ22により矜持されてセルとされる。セパレータ22には、セルを冷却するための冷媒(通常、冷却水)が流れる冷媒流路24も形成される。複数枚のセルが重ねられてセル積層体とされて燃料電池10を形成する。アノード14側では、水素ガスがイオン化され、水素イオンは電解質膜12を通過してカソード16側に移動する。カソード16側では、移動してきた水素イオンと、酸素および電子に反応して、水が生成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the solid polymer electrolyte fuel cell 10 (hereinafter abbreviated as “
アノード14、カソード16は、電極触媒層20および拡散層18から構成されている。拡散層18は、通気性と導電性を併せ持つ層で、セパレータ22と電極触媒層20との間に配されている。電極触媒層20は、触媒貴金属(例えば、Ptなど)を担持したカーボン粉末(電極触媒材料)から構成され、導電性を備えている。電極触媒層20は電解質膜12を矜持するように、電解質膜12の両側に配されている。この電極触媒層20は、電解質膜12の両面に電極触媒材料を塗布、あるいは、拡散層18の片面に電極触媒材料を塗布することにより形成される。
The
図2は、本発明の実施形態である電極製造装置30の概略構成図である。この電極製造装置30は、電解質膜12(あるいは拡散層18)に粉状の電極触媒材料を塗布して電極触媒層20を形成する装置である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an
この電極製造装置30は、シート状に形成された電解質膜12を順次下流に送りながら、当該電解質膜12の表面に粉末状の電極触媒材料50を転写、定着させる。電解質膜12は、パーフルオロスルフォン酸膜などの薄膜であり、種々の搬送手段により上流側(図2における左側)から下流側(図2における右側)へと搬送される。図2では、搬送手段の一例として駆動ローラ38および従動ローラ36からなる搬送手段を図示している。この搬送手段において、駆動ローラ38は下流側に、従動ローラ36は上流側に、それぞれ、設けられている。駆動ローラ38には電極触媒材料50の転写・定着後の電解質膜12が巻きつけられており、従動ローラ36には転写・定着前の電解質膜12が巻き付けられている。そして、駆動ローラ38が回転して電解質膜12を巻き取ると、この巻き取り動作に連動して従動ローラ36が駆動して電極触媒材料50転写・定着前の電解質膜12を下流側へと送る。
The
従動ローラ36と駆動ローラ38との間には、転写部32および定着部34が設けられている。転写部32では、粉末状の電極触媒材料50が静電気力により電解質膜12の表面に転写される。また、定着部34では、電極触媒材料50が転写された電解質膜12が加熱、加圧されて、当該電極触媒材料50の定着が図られる。
A
転写部32には、電極触媒材料50の転写を行うための感光ドラム40が設けられている。感光ドラム40は、少なくとも表面層がアモルファスシリコン系、アモルファスセレン系のような材料で覆われている回転体である。この感光ドラム40は、順次、搬送される電解質膜12の上面に近接するように、かつ、その軸心が電解質膜12の搬送方向に直行するように配置されている。この感光ドラム40は、図示しない制御手段により、その駆動が制御されており、電解質膜12の搬送速度と同期した周速度で回転駆動する。感光ドラム40に対向する位置には、圧接ローラが設けられており、感光ドラム40と協働して電解質膜12を矜持、搬送している。この圧接ローラも制御手段により駆動制御されており、電解質膜12の搬送速度と動機した周速度で回転駆動する。
The
感光ドラム40の近傍には、帯電ローラ42が設けられている。帯電ローラ42は、図示しない制御手段により制御されており、交流と直流を重畳した電圧をかけることにより感光ドラム40を帯電させる。図2では、感光ドラム40をプラスに帯電させる場合を例示している。帯電ローラ42より感光ドラム40の回転下流側には、投光装置44が設けられている。この投光装置44は、従来から知られている静電複写機と同様の構成と機能を有するものであり、投光した領域を除電することができる。投光装置44は、制御手段の指示に応じて、感光ドラム40の表面の所定領域に対して投光を行い、所定領域のみを除電させる。これにより、感光ドラム40の表面には所定のパターンに帯電させられた静電潜像が形成される。
A charging
帯電ローラ42より更に感光ドラム40の回転下流側には、電極触媒材料50が収容された収容体46が設けられている。この収容体46のうち、感光ドラム40に近接する位置には、電極触媒材料50を排出するための排出口48が設けられる。静電印加電極56により帯電させられた電極触媒材料は、この排出口48を通って感光ドラム40表面へと飛翔する。
On the further downstream side of the
現像ローラ52は、収容体46の内部において、感光ドラム40に近接配置されている。この現像ローラ52は、図示しない制御手段からの指示に従い、感光ドラム40と略同速度で回転駆動している。現像ローラ52は、導電性であるが、その表面はポリテトラフルオロエチレン、シリコンなどの絶縁皮膜で覆われている。
The developing
この現像ローラ52には、電荷供給電源58のプラス極に接続されており、その表面が帯電させられる。一方、電荷供給電源58のマイナス極は、静電印加電極56へと接続されている。静電印加電極56は、収容体46の内部に設けられた導電体であり、収容体46に収容された粉末状の電極触媒材料50をマイナスに帯電させる。
The developing
マイナスに帯電した電極触媒材料50は、プラスに帯電した現像ローラ52の表面に均一に付着する。現像ローラ52に付着した電極触媒材料50は、当該現像ローラ52の回転に伴い感光ドラム40近傍へと移動する。感光ドラム40は、プラスに帯電しているため、当該感光ドラム40近傍に移動した電極触媒材料50(マイナスに帯電)は、クーロン力により、感光ドラム40(の静電潜像)へと飛翔し、付着する。これにより、感光ドラム40の表面には、電極触媒材料50による所定のパターンの像(電極触媒層20)が形成される。形成された電極触媒層20(像)は、感光ドラム40の回転とともに、搬送されている電解質膜12に接触し、当該電解質膜12の表面に転写される。
The
定着部34は、転写部32より下流側に設けられており、電解質膜12に転写された電極触媒層20を、電解質膜12に定着させる。図3は、定着部34の構成を示す図である。定着部34は、電解質膜12を加熱、加圧する定着ローラ60と、当該定着ローラ60に対向配置された対向ローラ62とから構成される。定着ローラ60は、電極触媒材料50が転写された電解質膜12の上面に近接するように、かつ、その軸心が電解質膜12の搬送方向に直行するように配置されている。対向ローラ62は、定着ローラ60に対向する位置に設けられており、定着ローラ60と協働して電解質膜12を矜持している。
The fixing
対向ローラ62の外表面は、スポンジやゴムなどの弾性材料から形成されている。弾性材料で対向ローラ62の外表面を形成することにより、電解質膜12と定着ローラ60および対向ローラ62との接触性を高めることができる。また、弾性材料の弾性変形により、過剰な加圧力を除去することができるので、適切な圧力での電解質膜12の加圧が可能となる。
The outer surface of the facing
定着ローラ60は、中空の略円筒部材であり、制御手段の指示に応じて回転駆動する回転体である。この定着ローラ60の外表面は、多孔質部材64からなる。多孔質部材64は、耐熱性と伝熱性の高い材料、例えば、金属材料などからなり、多数の貫通孔64aが均等に形成されている。定着ローラ60の外表面をかかる多孔質部材64で構成することにより、後述する高温蒸気70を、定着ローラ60の内部から外部へ噴霧できる。多孔質部材64(すなわち、定着ローラ60の外表面)には図示しないヒータが接続されており、その温度が適宜、調節できるようになっている。また、定着ローラ60の回転軸66は、図示しない上下移動機構に接続されており、その高さが適宜、変更できる。この回転軸66の高さ変更により、電解質膜12への加圧力を適宜、調整できる。
The fixing
定着ローラ60の内部からは、高温蒸気70が噴霧される。高温蒸気70は、定着ローラ60の外部で生成された後に定着ローラ60内部に封入されてもよいし、定着ローラ60の内部で生成されてもよい。ただし、いずれの場合でも、高温蒸気70の量と温度を調整できる機構を備えていることが望ましい。本実施形態では、定着ローラ60の内部で高温蒸気70を生成する構成となっている。この場合における定着ローラ60の内部構成について簡単に説明する。定着ローラ60の内部には、水等の高温蒸気70の原料となる流体を供給するための流体供給路68と、当該流体を加熱して蒸気に変換するヒータ65と、が設けられる。
流体供給路68は、外部から定着ローラ60内部に挿通されたパイプ等であり、この流体供給路68を通じて流体(例えば、水や水蒸気など)が定着ローラ60内部に供給される。この流体経路は、高温蒸気70により形状変形等しない程度の耐熱性を備えた材質からなることが望ましい。
The
ヒータ65は、供給された流体を加熱して高温蒸気70へと変化させる。このヒータ65は、十分に高温(例えば、100℃〜200℃)の蒸気を生成できる程度の加熱能力を備えていることが望ましい。また、適宜、加熱温度を変えることにより生成される高温蒸気70の温度を調節できることが望ましい。さらに、ヒータ65は、単一でもよいが、複数であれば、なお望ましい。ヒータ65を複数とすることにより、定着ローラ60の内部を均等に加熱することができ、その結果、場所に関わらず、一定温度の高温蒸気70を生成することができる。生成された高温蒸気70は、定着ローラ60の内部空間に充満した後、当該定着ローラ60の外表面に形成された貫通孔64aを通じて外部へと噴霧される。
The
ここで、既述したとおり、定着ローラ60は、電極触媒層20が転写された電解質膜12に接触して加圧する。したがって、電極触媒層20が転写された電解質膜12は、定着ローラ60の内部から噴霧される高温蒸気70を受けることになる。この高温蒸気70の噴霧により、電極触媒層20および電解質膜12の品質を向上させつつ、電極触媒層20の定着を安定して行うことができる。これに、以下で詳説する。
Here, as described above, the fixing
図4は、電極触媒層20が転写され、その定着がなされる前の電解質膜12の様子を示すイメージ図である。また、図3は良好に電極触媒層20の定着がなされた電解質膜12の様子を、図4は定着不良となった電解質膜12の様子を示すイメージ図である。
FIG. 4 is an image diagram showing the state of the
電極触媒層20は、既述の通り、カーボン50aでPt等の触媒貴金属50bを担持した電極触媒材料50の粉末である。また、電極触媒材料50の粉末には、電極触媒材料50同士および電解質膜12と電極触媒材料50との接着性を高めるべく、樹脂成分が混入されている。転写直後において、この電極触媒材料50は、電解質膜12の上面に均等に付着しているにすぎず、電極触媒材料50同士、および、電解質膜12と電極触媒材料50との接着性は小さい。
As described above, the
従来から、この電極触媒材料50を電解質膜12に定着させるために、加熱した定着ローラ60で電極触媒材料50を加熱、加圧している。加熱により電極触媒材料50の表面が軟化し、加圧(20kgf/cm〜200kgf/cm)により電解質膜12に密着する。適切な加熱、加圧により良好に定着がなされた電極触媒材料50は、図5に図示するように、電解質膜12の上面において均等に広がり、電解質膜12に密着する。
Conventionally, in order to fix the
しかし、従来の加熱した定着ローラ60による加熱、加圧では、適切な加熱、加圧が困難であり、定着不良となる場合が多かった。例えば、電極触媒材料50の表面が軟化する前に過剰な圧力で加圧することにより、図6に示すように、電極触媒材料50が電解質膜12に食い込み、電解質膜12を劣化させる場合があった。また、逆に、加圧力が小さすぎて電極触媒材料50が電解質膜12に密着しないと、電解質膜12から電極触媒材料50が脱落するという問題が生じる。かかる加圧力の不適による定着不良には、加熱温度も深く関係している。適切な温度に加熱されると、電極触媒材料50の表面、より具体的には、電極触媒材料50の表面にある樹脂成分が軟化し、電極触媒材料50同士、および、電極触媒材料50と電解質膜12との接着性が向上する。しかし、加熱が足りず、電極触媒材料50の樹脂成分が十分に軟化していないと、十分な接着性が得られず、既述の食い込みや脱落という問題が生じる。したがって、適切な加熱は、良好な定着において必要不可欠であった。
However, in the conventional heating and pressurization by the
しかしながら、定着ローラ60の加熱で電極触媒材料50を加熱していた従来方法では、適切な加熱は困難であった。これについて図7を用いて説明する。図7は、従来での定着方法における電極触媒材料50の温度分布を示すイメージ図である。図7では、温度が高いほど濃い色で図示している。また、見易さのために電極触媒材料50を球形で図示している。
However, in the conventional method in which the
従来では、定着ローラ60を高温(約80℃〜200℃)に過熱することにより、電極触媒材料50を加熱している。そのため、電極触媒材料50のうち、当該定着ローラ60と接触している部分は、高温になる。しかし、定着ローラ60と直接接触していない部分には、熱が伝わりにくく、結果として適切な温度まで上昇しない。その結果、十分な接着性が得られず、既述したような食い込みや脱落が生じていた。もちろん、定着ローラ60の温度を上げることにより、当該定着ローラ60から離れた部分も適切な温度にすることは可能である。しかし、その場合は、定着ローラ60と直接接触する部分の温度が高くなりすぎ、その熱により触媒粉末が劣化するという問題が生じていた。
Conventionally, the
そこで、本実施形態では、定着ローラ60の内部から高温蒸気70を噴霧して電極触媒材料50を均等に適切な温度に加熱している。これについて、図8を用いて説明する。図8は本実施形態における電極触媒材料50の温度分布を示すイメージ図である。図8においても、温度が高いほど濃い色で図示している。
Therefore, in this embodiment, the
本実施形態の場合、定着ローラ60の内部から高温蒸気70が噴霧される。高温蒸気70は、流体であり、電極触媒材料50の全周囲に広がることができる。したがって、電極触媒材料50は、高温蒸気70で取り囲まれることになる。高温蒸気70で取り囲まれた電極触媒材料50は、均等に加熱される。これは、定着ローラ60に直接接触していない電極触媒材料50も同様である。その結果、電極触媒材料50の表面が、軟化しやすくなる。また、高温蒸気70は、定着ローラ60から生じる熱と異なり、広い範囲に広がることができる。
In the case of this embodiment, high-
つまり、本実施形態のように、高温蒸気70を噴霧することにより、電極触媒材料50を均等に加熱することができる。そのため、電極触媒材料50の樹脂成分の軟化が生じやすくなり、比較的、小さい加圧力でも、電極触媒材料50を電解質膜12に定着させることができる。その結果、電極触媒材料50の食い込みや脱落のない、良好な定着が可能となる。
That is, as in this embodiment, the
なお、本実施形態の場合、電極触媒材料50は高温蒸気70により加熱される。したがって、定着ローラ60は、比較的、低温(例えば、60℃〜140℃)であってもよい。定着ローラ60を低温にすることにより、電極触媒材料50および電解質膜12の熱による劣化を防止でき、より高品質の電極を得ることができる。
In the present embodiment, the
次に、この電極製造装置30での電極製造の流れについて簡単に説明する。電極を製造する場合は、予め、転写部32の収容体46に粉末状の電極触媒材料50を投入しておく。また、電解質膜12を駆動ローラ38および従動ローラ36にセットし、搬送可能な状態にしておく。
Next, the flow of electrode manufacturing in the
続いて、静電印加用電源の電源を投入し、収容体46内部の電極触媒材料50をマイナス、現像ローラ52をプラスに帯電させる。また、定着ローラ60の内部に流体を供給するとともに、内蔵のヒータ65の電源を入れて、高温蒸気70の生成を開始する。
Subsequently, the electrostatic application power source is turned on, and the
電極触媒材料50が帯電し、定着ローラ60から高温蒸気70が噴霧されれば、感光ドラム40、駆動ローラ38等を駆動し、電極の製造を開始する。駆動ローラ38の駆動により、電解質膜12は、順次、下流側へと搬送される。感光ドラム40の表面には、帯電ローラ42、投光装置44により静電潜像が形成される。この静電潜像は、感光ドラム40の回転に伴い、収容体46の排出口48近傍へと移動する。収容体46内部の現像ローラ52はプラスに帯電されており、マイナスに帯電した電極触媒材料50が均等に付着している。この現像ローラ52が回転して感光ドラム40に近接すると、当該現像ローラ52に付着していた電極触媒材料50は、クーロン力により感光ドラム40(静電潜像)へと飛翔する。その結果、感光ドラム40表面には、所定パターンの像(電極触媒層20)が形成される。
When the
感光ドラム40表面に形成された電極触媒層20は、感光ドラム40の回転により、電解質膜12へと転写される。転写された電極触媒層20は、下流へと送られ、定着部34において、その定着がなされる。
The
定着部34の定着ローラ60および対向ローラ62は、電極触媒層20が転写された電解質膜12を矜持して加圧する。このとき、定着ローラ60の内部からは、高温蒸気70が噴霧される。高温蒸気70は、電解質膜12上の電極触媒材料50の周囲を取り囲み、これを均等に加熱する。この均等な加熱により電極触媒材料50の樹脂成分の軟化が生じやすくなる。その結果、比較的、低圧力での加圧でも高い接着性を得ることができ、安定した定着が図られる。そして、電極触媒材料50の食い込みや脱落の無い、高品質の電極を得ることができる。そして、以上の流れで、電極触媒層20が塗布された電解質膜12を適切な長さで切断すれば、終了となる。
The fixing
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、より高品質の燃料電池10電極を得ることができる。より具体的には、定着における電極触媒材料50の食い込みや脱落等を防止できる。
As is clear from the above description, according to the present embodiment, a higher
なお、本実施形態では、定着ローラ60の内部から高温蒸気70を噴霧しているが、加圧される直前の電極触媒材料50に噴霧できるのであれば、他の場所から高温蒸気70を噴霧してもよい。例えば、図9に示すように、定着ローラ60の直前(上流側)に、高温蒸気70を噴霧する噴霧器80を設け、当該噴霧器80から高温蒸気70を噴霧するようにしてもよい。噴霧器80としては、周知の各種スプレー装置など、高温蒸気70を噴霧できるものであれば、特に限定されない。ただし、噴霧される高温蒸気70の温度や量を調整できる機構を備えていることが望ましい。
In the present embodiment, the
また、当然ながら、定着ローラ60の内部からの蒸気噴霧と、定着ローラ60の直前での蒸気噴霧と、を併用してもよい。両者を併用することにより、電極触媒材料50を、より長時間、高温蒸気70の中に置くことができる。換言すれば、電極触媒材料50の表面は、より長時間、加熱されることになり、より軟化が生じやすくなる。その結果、より安定した定着が実現できる。
Of course, the vapor spray from the inside of the fixing
10 燃料電池、12 電解質膜、14 アノード、16 カソード、18 拡散層、20 電極触媒層、22 セパレータ、30 電極製造装置、32 転写部、34 定着部、40 感光ドラム、50 電極触媒材料、60 定着ローラ、64 多孔質部材、64a 貫通孔、65 ヒータ、66 回転軸、70 高温蒸気、80 噴霧器。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
燃料電池用電解質膜の付着面に電極触媒材料を付着させる付着工程と、
前記付着面に向かって高温蒸気を噴霧するとともに、前記燃料電池用電解質膜を加圧することにより電極触媒材料を燃料電池用電解質膜に定着させる定着工程と、
を有することを特徴とする電極製造方法。 A method for producing a fuel cell electrode, comprising attaching a powdered electrode catalyst material to the surface of a fuel cell electrolyte membrane and then fixing the electrode catalyst material to the fuel cell electrolyte membrane,
An attachment step of attaching an electrode catalyst material to the attachment surface of the fuel cell electrolyte membrane;
A fixing step of spraying high temperature steam toward the adhesion surface and fixing the electrode catalyst material to the fuel cell electrolyte membrane by pressurizing the fuel cell electrolyte membrane;
The electrode manufacturing method characterized by having.
高温蒸気は、燃料電池用電解質膜を加圧する加圧体の内部から噴霧されることを特徴とする電極製造方法。 The electrode manufacturing method according to claim 1,
The high temperature steam is sprayed from the inside of a pressurizing body that pressurizes the electrolyte membrane for a fuel cell.
高温蒸気は、加圧体により加圧される直前に噴霧されることを特徴とする電極製造方法。 The electrode manufacturing apparatus according to claim 1 or 2,
The high-temperature steam is sprayed immediately before being pressurized by a pressurizing body.
高温蒸気の温度調整が可能であることを特徴とする電極製造方法。 The electrode manufacturing method according to any one of claims 1 to 3,
An electrode manufacturing method characterized in that temperature adjustment of high-temperature steam is possible.
加圧体の加圧面は、加圧体の内部から外部へ高温蒸気を通過させる複数の孔が均等に形成された硬質材料からなることを特徴とする電極製造方法。 The electrode manufacturing method according to claim 2,
The electrode manufacturing method, wherein the pressing surface of the pressing body is made of a hard material in which a plurality of holes for allowing high-temperature steam to pass from the inside to the outside of the pressing body are formed uniformly.
加圧体は、外部から供給された流体を加熱して高温蒸気を生成する温度調節が可能な過熱手段を内蔵することを特徴とする電極製造方法。 6. The electrode manufacturing method according to claim 2 or 5, wherein the pressurizing body includes an overheating means capable of adjusting a temperature by heating a fluid supplied from the outside to generate high temperature steam. Production method.
加圧体は、燃料電池用電解質膜および電極触媒材料を劣化させない程度の温度および圧力で押圧することを特徴とする電極製造方法。 The electrode manufacturing method according to any one of claims 1 to 6,
A method for producing an electrode, wherein the pressurizing body is pressed at a temperature and pressure that do not deteriorate the electrolyte membrane for a fuel cell and the electrode catalyst material.
加圧体は、約140℃以下の温度、かつ、約20kgf/cm以下の圧力で燃料電池用電解質膜を加熱、加圧することを特徴とする電極製造方法。 The electrode manufacturing method according to claim 7,
An electrode manufacturing method comprising heating and pressurizing an electrolyte membrane for a fuel cell at a temperature of about 140 ° C. or less and a pressure of about 20 kgf / cm or less.
高温蒸気は、燃料電池用電解質膜および電極触媒材料を劣化させない、かつ、電極触媒材料を軟化させる程度の温度であることを特徴とする電極製造方法。 The electrode manufacturing method according to any one of claims 1 to 8,
The electrode manufacturing method, wherein the high-temperature steam has a temperature that does not deteriorate the electrolyte membrane for a fuel cell and the electrode catalyst material and softens the electrode catalyst material.
高温蒸気は、約100℃から200℃の温度であることを特徴とする電極製造方法。 The electrode manufacturing method according to claim 9,
The method for producing an electrode, wherein the high-temperature steam has a temperature of about 100 ° C to 200 ° C.
燃料電池用電解質膜の付着面に電極触媒材料を付着させる付着手段と、
付着された電極触媒材料を燃料電池用電解質膜に定着させる定着手段と、
を備え、定着手段は、
付着された電極触媒材料に向かって高温蒸気を噴霧する噴霧手段と、
燃料電池用電解質膜を加圧する加圧手段と、
を備えることを特徴とする電極製造装置。 An electrode manufacturing apparatus for a fuel cell, in which a powdered electrode catalyst material is attached to the surface of a fuel cell electrolyte membrane, and then the electrode catalyst material is fixed to the fuel cell electrolyte membrane,
An attachment means for attaching an electrode catalyst material to an attachment surface of an electrolyte membrane for a fuel cell;
Fixing means for fixing the attached electrode catalyst material to the fuel cell electrolyte membrane;
The fixing means is
Spraying means for spraying high temperature steam toward the deposited electrocatalyst material;
A pressurizing means for pressurizing the fuel cell electrolyte membrane;
An electrode manufacturing apparatus comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005290075A JP2007103122A (en) | 2005-10-03 | 2005-10-03 | Manufacturing method of electrode and electrode manufacturing device |
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JP2010238641A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Honda Motor Co Ltd | Method and device for manufacturing membrane electrode assembly |
KR101272512B1 (en) * | 2010-12-03 | 2013-06-10 | 현대자동차주식회사 | Device and method for manufacturing membrane-electrode assembly |
CN109573157A (en) * | 2018-11-16 | 2019-04-05 | 江苏联通纪元印务股份有限公司 | A kind of cigarette packing box film coating process |
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2005
- 2005-10-03 JP JP2005290075A patent/JP2007103122A/en active Pending
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