JP2008140745A - Membrane electrode assembly manufacturing jig and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体高分子電解質型燃料電池の膜電極接合体の製造に使用する膜電極接合体製造治具および膜電極接合体製造治具を使用して膜電極接合体を製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a membrane electrode assembly manufacturing jig used for manufacturing a membrane electrode assembly of a solid polymer electrolyte fuel cell and a method of manufacturing a membrane electrode assembly using the membrane electrode assembly manufacturing jig It is.
固体高分子型燃料電池は、パーフルオロスルホン酸樹脂膜などの固体高分子電解質膜を、電解質に用いる燃料電池であり、固体高分子電解質膜は、その両主面にアノードおよびカソードの電極を形成した膜電極接合体として、燃料電池に組み込まれる。アノードおよびカソードの各電極は、ガス拡散層としての働きを有するカーボンペーパーなどの電極基材上に、触媒層を形成したものである。対向するアノード、カソードの両電極間に、固体高分子電解質膜を挟持して、押圧および加熱するホットプレス法により、電極と固体高分子電解質膜とを接合して、膜電極接合体を得ることができる。 A polymer electrolyte fuel cell is a fuel cell that uses a solid polymer electrolyte membrane such as a perfluorosulfonic acid resin membrane as an electrolyte. The solid polymer electrolyte membrane has anode and cathode electrodes formed on both main surfaces thereof. The membrane electrode assembly is incorporated into a fuel cell. Each of the anode and cathode electrodes is obtained by forming a catalyst layer on an electrode base material such as carbon paper that functions as a gas diffusion layer. A membrane electrode assembly is obtained by joining a solid polymer electrolyte membrane between the opposing anode and cathode electrodes and joining the electrode and the solid polymer electrolyte membrane by a hot press method of pressing and heating. Can do.
特許文献1には、膜電極接合体の製造方法の一例が開示されている。電極やカーボンペーパーは高価であるため、なるべく使用量が少ない方が望ましい。そこで、膜電極接合体は、固体高分子電解質膜より面積の小さい両電極を固体高分子電解質膜の両主面の中央部に配置され、固体高分子電解質膜の周縁部が被覆されないように配置されている。この周縁部は、被覆された部分より機械的強度が劣る。そのため、膜電極接合体を燃料電池に組み込む作業において破損したり、あるいは、燃料電池の運転中にアノードおよびカソードへ供給されるガスに圧力差が生じた場合、破断したりすることがある。このため、特許文献2は、固体高分子電解質膜の周縁部を補強膜で被覆し、その機械的強度を向上させる技術を開示している。
補強膜を用いた膜電極接合体の構造断面図を図4に示す。固体高分子電解質膜1と補強膜2は、対向する第1電極3と第2電極4によって挟まれている。ここで、第1電極3がアノードであるときは第2電極4がカソードとなり、第1電極3がカソードであるときは第2電極4がアノードとなる。補強膜2として、厚みが5μmないし50μmであるフッ素樹脂フィルムなどを用いることができる。補強膜2は中央部に貫通孔を有する額縁状であるため、貫通孔の部分において固体高分子電解質膜1と第1電極3が直接接触し、ホットプレス法により接合される。
FIG. 4 shows a structural cross-sectional view of a membrane electrode assembly using a reinforcing membrane. The solid
また、貫通孔の大きさは第1電極3より小さいので、第1電極3の周縁部に補強膜2と第1電極3の重畳部分5が存在する。そのため、補強膜2は、重畳部分5において、第1電極3と固体高分子電解質膜1の間に保持、固定される。
図4では、補強膜2を、固体高分子電解質膜1と第1電極3との間に配しているが、固体高分子電解質膜1と第2電極4との間に配することもできる。このように、補強膜2を固体高分子電解質膜1のいずれか一方の主面に配すること、あるいは、その両主面に配することによって、固体高分子電解質膜の周縁部を補強膜で被覆し、その機械的強度を向上させることができる。
In FIG. 4, the
以上のように、補強膜を膜電極接合体に用いることで、電極によって被覆されない固体高分子電解質膜の周縁部分の機械的強度を増すことができるため、燃料電池の製造過程や運転中に生じる固体高分子電解質膜の破損を防止する効果が得られる。しかし、補強膜の使用には、以下のような問題点がある。
補強膜は、厚みが5μmないし50μmであって薄く柔らかいため、位置合わせが難しく、積層時に電極と補強膜の前記重畳部分にしわができやすい。特に、補強膜を一度で重ねることができず、前記重畳部分の一部分について重ね、次に、残りの部分について重ねることとなった場合に、しわが生じやすい。そして、前記重畳部分の補強膜にしわが生じたまま、補強膜を電極と固体高分子電解質膜の間に保持、固定させた場合、補強膜の他の部分にも、しわが広がり、重ねた補強膜と固体高分子電解質膜の密着性が悪くなり、固体高分子電解質膜の機械的強度を増すことができない。
As described above, since the mechanical strength of the peripheral portion of the solid polymer electrolyte membrane not covered with the electrode can be increased by using the reinforcing membrane for the membrane electrode assembly, it occurs during the manufacturing process or operation of the fuel cell. The effect of preventing damage to the solid polymer electrolyte membrane is obtained. However, the use of the reinforcing membrane has the following problems.
Since the reinforcing film has a thickness of 5 μm to 50 μm and is thin and soft, alignment is difficult, and the overlapping portion of the electrode and the reinforcing film is likely to be wrinkled during lamination. In particular, wrinkles are likely to occur when the reinforcing films cannot be overlapped at one time, but are overlapped over a portion of the overlapped portion and then overlapped over the remaining portion. When the reinforcing membrane is held and fixed between the electrode and the solid polymer electrolyte membrane while wrinkles are generated in the overlapping portion of the reinforcing membrane, the wrinkles spread to other portions of the reinforcing membrane, and the overlapped reinforcement The adhesion between the membrane and the solid polymer electrolyte membrane is deteriorated, and the mechanical strength of the solid polymer electrolyte membrane cannot be increased.
そこで、本発明は、補強膜を用いる膜電極接合体の製造において、補強膜にしわを生じることなく膜電極接合体を製造する膜電極接合体製造治具および膜電極接合体製造方法を提供とすることを課題とする。 Accordingly, the present invention provides a membrane electrode assembly manufacturing jig and a membrane electrode assembly manufacturing method for manufacturing a membrane electrode assembly without producing wrinkles in the reinforcing membrane in the manufacture of a membrane electrode assembly using a reinforcing membrane. The task is to do.
補強膜のしわは、補強膜を、前記重畳部分の一部分について重ね、次に、残りの部分について重ねたときに、生じやすいが、前記重畳部分の全面について、同時に、電極に接触させるときは、しわを生じることなく重ねることができる。このため、本発明は、補強膜を、前記重畳部分の全面について、同時に、電極に接触させて重ねることを可能とする手段により、しわの発生を防止し、上記課題を解決しようとするものである。 The wrinkles of the reinforcing film are likely to occur when the reinforcing film is overlapped for a part of the overlapping portion and then overlapped for the remaining portion, but when the entire surface of the overlapping portion is simultaneously brought into contact with the electrode, Can be stacked without wrinkles. For this reason, the present invention is intended to solve the above problems by preventing the generation of wrinkles by means that enables the reinforcing film to be simultaneously overlapped with the electrodes on the entire surface of the overlapping portion. is there.
請求項1に記載の発明は、固体高分子電解質膜と、額縁状の補強膜とを、第1電極および第2電極で挟持して得られる膜電極接合体を製造するために使用する膜電極接合体製造治具であって、前記第1電極と同じ平面形状の第1加圧部を上面に凸状に形成した第1加圧板と、前記第1加圧部が嵌合する貫通孔を形成した第1枠体と、積重した前記第1電極、前記補強膜、前記固体高分子電解質膜および前記第2電極を介して前記第1加圧板に対向して配置される第2加圧板と、前記第1枠体上面の高さの位置を、前記第1加圧部の上面に載置した第1電極の上面より高い位置から、前記載置した第1電極の上面以下の位置へ移動する第1枠体上面高さ変更手段を備えることを特徴とする。
本発明によれば、第1枠体上面の高さの位置は、第1枠体上面高さ変更手段の作用により、第1加圧部の上面に載置した第1電極の上面より高い位置から、当該載置した第1電極の上面と等しい位置に移動する。ここで、第1加圧部の上面に載置した第1電極の上面より高い位置に第1枠体上面がある状態で、第1枠体の上面に補強膜を載置するときは、補強膜が第1電極に接触することはない。そして、さらに固体高分子電解質膜および第2電極を補強膜の上に積重する。第2電極の上に第2加圧板を載置するときには、第1枠体上面高さ変更手段の作用により、第1枠体の上面は、第1電極の上面以下の位置へ移動する。望ましくは、第1枠体の上面は、第1電極の上面とほぼ等しい位置へ移動させる。このとき、第1枠体上面に載置された補強膜は、第1電極に接触し、重なる。
The invention according to
According to the present invention, the position of the height of the upper surface of the first frame body is a position higher than the upper surface of the first electrode placed on the upper surface of the first pressure member by the action of the first frame upper surface height changing means. To the same position as the upper surface of the placed first electrode. Here, when the reinforcing film is placed on the upper surface of the first frame body in a state where the upper surface of the first frame body is at a position higher than the upper surface of the first electrode placed on the upper surface of the first pressurizing unit, the reinforcing film The membrane does not contact the first electrode. Further, the solid polymer electrolyte membrane and the second electrode are stacked on the reinforcing membrane. When the second pressure plate is placed on the second electrode, the upper surface of the first frame moves to a position below the upper surface of the first electrode by the action of the first frame upper surface height changing means. Desirably, the upper surface of the first frame is moved to a position substantially equal to the upper surface of the first electrode. At this time, the reinforcing film placed on the upper surface of the first frame contacts and overlaps the first electrode.
以上において、補強膜が第1枠体の上面に載置されるときに第1電極とは接触しないため、しわは発生しない。そして、第2加圧板が載置されたときに補強膜は第1電極に接触することとなるが、前記重畳部分の全面について、同時に接触し、重ねられるため、しわを生じることはない。従って、本発明によれば、第1枠体上面高さ変更手段の作用により、補強膜を前記重畳部分の全面について、同時に、電極に接触させて重ねることが可能となり、補強膜にしわの発生を生じることなく、膜電極接合体を製造することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の膜電極接合体製造治具において、前記第1枠体上面高さ変更手段は、前記第1加圧部を除いた前記加圧板の上面と、前記第1枠体の下面に接して設けられたことを特徴とする。
本発明によれば、前記第1加圧部を除いた前記加圧板の上面と前記第1枠体上面高さ変更手段とが接する加圧板側接部と、前記第1枠体の下面と前記第1枠体上面高さ変更手段とが接する第1枠体側接部との距離を、前記第1枠体上面高さ変更手段自体を圧縮または膨張させることで、補強膜が第1枠体の上面に載置されるときには第1電極と補強膜が接触しないように第1枠体を持ち上げておくことができる。そして、第2加圧板が載置されたときに補強膜は第1電極に接触することとなる。そうすると、前記重畳部分の全面について、同時に接触し、重ねられるため、しわを生じることはない。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の膜電極接合体製造治具において、前記第1枠体上面高さ変更手段は、前記第1加圧部を除いた前記加圧板の上面に凹状に設けた第1加圧板上面窪みと、前記第1枠体の下面に凹状に設けた第1枠体下面窪みに接して設けられ、前記加圧板の上面と前記第1枠体の下面を接触させた状態で、前記第1加圧板上面窪みと前記第1枠体下面窪みで形成される空間に前記第1枠体上面高さ変更手段が収納可能に配置されることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の膜電極接合体製造治具において、前記第1枠体上面高さ変更手段は、前記加圧板の外周側面と、前記第1枠体の外周側面に接して設けられたことを特徴とする。
請求項3および4に記載の発明によれば、加圧時には、前記加圧板の上面と前記第1枠体の下面を接触させるので、位置の再現性がよくなる。
In the above, wrinkles do not occur because the reinforcing film does not come into contact with the first electrode when placed on the upper surface of the first frame. When the second pressure plate is placed, the reinforcing film comes into contact with the first electrode. However, since the entire surface of the overlapping portion is simultaneously contacted and overlapped, wrinkles do not occur. Therefore, according to the present invention, it is possible to overlap the reinforcing film over the entire surface of the overlapped portion simultaneously with the electrode by the action of the first frame upper surface height changing means, and the reinforcing film is wrinkled. A membrane / electrode assembly can be produced without causing any problems.
According to a second aspect of the present invention, in the membrane electrode assembly manufacturing jig according to the first aspect, the first frame upper surface height changing means includes an upper surface of the pressure plate excluding the first pressure member. And in contact with the lower surface of the first frame.
According to the present invention, the pressure plate side contact portion where the upper surface of the pressure plate excluding the first pressure portion contacts the first frame body upper surface height changing means, the lower surface of the first frame body, and the The distance between the first frame body upper surface height changing means and the first frame body side contact portion is compressed or expanded by compressing or expanding the first frame upper surface height changing means itself. When placed on the upper surface, the first frame can be lifted so that the first electrode and the reinforcing film do not come into contact with each other. When the second pressure plate is placed, the reinforcing film comes into contact with the first electrode. If it does so, since it will contact and overlap simultaneously about the whole surface of the said superimposition part, a wrinkle will not be produced.
A third aspect of the present invention is the membrane electrode assembly manufacturing jig according to the second aspect, wherein the first frame upper surface height changing means is an upper surface of the pressure plate excluding the first pressure member. A first pressure plate upper surface depression provided in a concave shape and a first frame lower surface depression provided in a concave shape on the lower surface of the first frame body, and an upper surface of the pressure plate and a lower surface of the first frame body. The first frame upper surface height changing means is storably disposed in a space formed by the first pressure plate upper surface depression and the first frame lower surface depression in a state where the first pressure plate upper surface depression is in contact with each other. .
According to a fourth aspect of the present invention, in the membrane electrode assembly manufacturing jig according to the first aspect, the first frame upper surface height changing means includes an outer peripheral side surface of the pressure plate and the first frame body. It is provided in contact with the outer peripheral side surface.
According to the third and fourth aspects of the present invention, the position reproducibility is improved because the upper surface of the pressure plate and the lower surface of the first frame body are brought into contact with each other during pressurization.
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項に記載の膜電極接合体製造治具において、前記第1枠体上面高さ変更手段が、弾性体であることを特徴とする。
弾性体は、第1加圧部の上面に載置した第1電極の上面より第1枠体の上面を高い位置とするように第1枠体を支持する。
本発明によれば、第2加圧板が載置されるときには、その荷重を受けて弾性体が縮小するため、第1枠体上面の高さの位置は、第1加圧部の上面に載置した第1電極の上面とほぼ等しい位置に移動する。以上において、弾性体は、その弾性作用によって、第1枠体上面の高さの位置を移動するものであり、第1枠体上面に載置した補強膜を、しわを生じることなく、電極に重ねることを可能とする。
The invention according to
The elastic body supports the first frame so that the upper surface of the first frame is positioned higher than the upper surface of the first electrode placed on the upper surface of the first pressure unit.
According to the present invention, when the second pressure plate is placed, the elastic body is reduced by receiving the load, so the height position of the upper surface of the first frame body is placed on the upper surface of the first pressure portion. It moves to a position substantially equal to the upper surface of the placed first electrode. In the above, the elastic body moves the height position of the upper surface of the first frame body by its elastic action, and the reinforcing film placed on the upper surface of the first frame body is applied to the electrode without causing wrinkles. It is possible to overlap.
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の膜電極接合体製造治具において、前記弾性体が、バネであることを特徴とする。
本発明によれば、第1加圧板上面の第1加圧部以外の箇所、または第1枠体の下面に設けられたバネは、第1枠体を支持し、第1枠体上面の高さの位置を、第1加圧部の上面に載置した第1電極の上面より高い位置とする。そして、第2加圧板が載置されるときには、その荷重を受けて、バネが縮小するため、第1枠体上面の高さの位置は、第1加圧部の上面に載置した第1電極の上面とほぼ等しい位置に移動する。以上において、バネは、その弾性作用によって、第1枠体上面の高さの位置を移動するものであり、第1枠体上面に載置した補強膜を、しわを生じることなく、電極に重ねることを可能とする。
請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項に記載の膜電極接合体製造冶具において、前記第2加圧板は、前記第2電極と同じ平面形状の第2加圧部と、前記第2加圧部が嵌合する貫通孔を形成した第2枠体とからなることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the membrane electrode assembly manufacturing jig according to
According to the present invention, the spring provided on the lower surface of the first pressure plate on the upper surface of the first pressure plate or on the lower surface of the first frame supports the first frame, and the height of the upper surface of the first frame is high. This position is set to a position higher than the upper surface of the first electrode placed on the upper surface of the first pressure unit. When the second pressure plate is placed, the spring shrinks in response to the load. Therefore, the height position of the upper surface of the first frame body is the first position placed on the upper surface of the first pressure portion. It moves to a position almost equal to the upper surface of the electrode. In the above, the spring moves the position of the height of the upper surface of the first frame body by its elastic action, and the reinforcing film placed on the upper surface of the first frame body is overlaid on the electrode without causing wrinkles. Make it possible.
A seventh aspect of the present invention is the membrane electrode assembly manufacturing jig according to any one of the first to sixth aspects, wherein the second pressure plate is a second pressure having the same planar shape as the second electrode. And a second frame having a through hole into which the second pressure member is fitted.
本発明によれば、前記第2枠体が前記固体高分子電解質膜を上から積重するので、第2枠体の中央部にある貫通孔に内接させて前記第2電極を配置すると第2電極の位置決めが容易になる。
請求項8に記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項に記載の膜電極接合体製造治具を使用して、前記第1加圧部を前記第1枠体の貫通孔に嵌合した状態で、前記第1加圧部上面に前記第1電極を載置する第1工程と、前記第1工程に引き続き、前記第1枠体上面の高さの位置を前記第1加圧部の上面に載置した第1電極の上面より高い位置にした状態で、前記第1枠体の上面に前記補強膜、前記固体高分子電解質膜および前記第2電極をこの順で積重する第2工程と、前記第2工程に引き続き、前記第1電極、前記補強膜、前記固体高分子電解質膜および前記第2電極を、対向する第1加圧板と第2加圧板とにより挟み、押圧および加熱する第3工程を実行する事を特徴とする。
According to the present invention, since the second frame body stacks the solid polymer electrolyte membrane from above, when the second electrode is arranged in contact with the through hole in the central portion of the second frame body, Positioning of the two electrodes is facilitated.
An eighth aspect of the present invention is the membrane electrode assembly manufacturing jig according to any one of the first to sixth aspects, wherein the first pressurizing portion is formed in the through hole of the first frame body. Following the first step of placing the first electrode on the upper surface of the first pressurizing portion in the engaged state, and the first step, the height position of the upper surface of the first frame body is set to the first additional portion. The reinforcing membrane, the solid polymer electrolyte membrane, and the second electrode are stacked in this order on the upper surface of the first frame body in a state of being higher than the upper surface of the first electrode placed on the upper surface of the pressure portion. The second step, and, following the second step, sandwiching the first electrode, the reinforcing membrane, the solid polymer electrolyte membrane and the second electrode between the opposing first pressure plate and the second pressure plate, The third step of pressing and heating is performed.
本発明によれば、請求項1から6のいずれか1項に記載の膜電極接合体製造治具を使用して、前記第1工程、第2工程および第3工程により、膜電極接合体を製造するときは、第1枠体上面高さ変更手段の作用により、第1枠体上面の高さの位置が移動する。このため、第1枠体上面に載置した補強膜を、しわを生じることなく、電極に重ねることが可能となり、しわのない補強膜を備えた膜電極接合体を製造することができる。
請求項9に記載の発明は、請求項7に記載の膜電極接合体製造治具を使用して、前記第1加圧部を前記第1枠体の貫通孔に嵌合し、かつ、前記第1枠体上面の高さの位置を、前記第1加圧部の上面に載置した第1電極の上面より高い位置にした状態で、前記第1加圧部上面に第1電極を載置する第1工程と、前記第1枠体の上面に前記補強膜、前記固体高分子電解質膜をこの順で積重する第2a工程と、前記固体高分子電解質膜の上面に前記第2枠体を置き前記第2枠体の中央の貫通孔をガイドとして前記第2電極を前記固体高分子電解質膜の上面に積重する第2b工程と、積重した前記第1電極、前記補強膜、前記固体高分子電解質膜および前記第2電極を、対向する第1加圧板と第2加圧部とにより挟み、押圧および加熱する第3a工程をこの順に実行する事を特徴とする。
本発明によれば、第2電極を置く前に第2枠体が置かれているため、第2電極を第2枠体の中央部に設けられた貫通孔の内壁に沿って第2電極を置くことが容易にできる。
According to the present invention, using the membrane electrode assembly manufacturing jig according to any one of
The invention according to claim 9 uses the membrane electrode assembly manufacturing jig according to
According to the present invention, since the second frame is placed before placing the second electrode, the second electrode is placed along the inner wall of the through hole provided in the center of the second frame. Easy to put on.
請求項1から7のいずれか1項に記載の発明によれば、膜電極接合体製造治具に設けられた第1枠体上面高さ変更手段の作用により、第1枠体上面の高さの位置は、第1加圧部の上面に載置した第1電極の上面より高い位置から当該載置した第1電極の上面と等しい位置に移動する。その結果、補強膜は、第1電極に接触することなく第1枠体上面に載置され、そして、第2加圧板が載置されるときに、前記重畳部分の全面について同時に第1電極に重ねられるため、しわを生じることがない。このため、本発明の膜電極接合体製造治具の使用により、しわのない補強膜を備えた膜電極接合体の製造が可能となる。
According to the invention of any one of
また、請求項8に記載の発明によれば、請求項1から6のいずれか1項に記載の膜電極接合体製造治具を使用して、前記第1工程、第2工程および第3工程により、膜電極接合体を製造するときは、第1枠体上面高さ変更手段の作用により、第1枠体上面の高さの位置が移動する。このため、本製造方法によれば、第1枠体上面に載置した補強膜を、しわを生じることなく、電極に重ねることが可能となり、しわのない補強膜を備えた膜電極接合体を製造することができる。
According to the invention described in
また、請求項9に記載の発明によれば、第1枠体上面に載置した補強膜を、しわを生じることなく、電極に重ねることが可能となり、しわのない補強膜を備えた膜電極接合体を製造することができる。さらに、第2電極を第2枠体の中央部に設けられた貫通孔の内壁に沿って第2電極を置くことができるので、第2電極の位置決めが容易にできる。 According to the invention of claim 9, the reinforcing film placed on the upper surface of the first frame body can be overlaid on the electrode without causing wrinkles, and the membrane electrode having the reinforcing film without wrinkles is provided. A joined body can be manufactured. Furthermore, since the second electrode can be placed along the inner wall of the through hole provided at the center of the second frame, the second electrode can be easily positioned.
本発明の実施例について、図面をもとに、以下に説明する。符号は、各図面間で共通であり、重複する部分の記載は省略して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The reference numerals are common between the drawings, and description of overlapping parts is omitted.
図1は、膜電極接合体を加圧する状態における本発明の膜電極接合体製造治具の構造断面図である。
本発明の膜電極接合体製造治具は、固体高分子電解質膜1と、中央に貫通孔を設けた額縁状の補強膜2とを、第1電極3および第2電極4で挟持して得られる膜電極接合体を製造するために使用する膜電極接合体製造治具であって、前記第1電極3と同じ平面形状の第1加圧部11aを上面に凸状に形成した第1加圧板11と、前記第1加圧部11aが嵌合する貫通孔12aを形成した第1枠体12と、積重した前記第1電極3、前記補強膜2、前記固体高分子電解質膜1および前記第2電極4を介して前記第1加圧板11に対向して配置される第2加圧板14と、前記第1枠体上面12bの高さの位置を、前記第1加圧部上面11bに載置した第1電極上面13aより高い位置から、前記載置した第1電極上面13a以下の位置へ移動する第1枠体上面高さ変更手段13を備えている。そして、前記第1枠体上面高さ変更手段13は、前記第1加圧部11aを除いた前記加圧板の上面11cと、前記第1枠体下面12cに接して設けられている。第1枠体上面高さ変更手段13は、弾性体であることが望ましく、特にバネを使用することがより望ましい。
なお、前記第1枠体上面高さ変更手段を、前記加圧板の外周側面と、前記第1枠体の外周側面に接して設けることとしてもよい。
FIG. 1 is a structural cross-sectional view of a membrane / electrode assembly manufacturing jig of the present invention in a state where a membrane / electrode assembly is pressurized.
The membrane / electrode assembly manufacturing jig of the present invention is obtained by sandwiching a solid
The first frame upper surface height changing means may be provided in contact with the outer peripheral side surface of the pressure plate and the outer peripheral side surface of the first frame body.
以上の膜電極接合体製造治具を使用して、以下の工程により、しわのない補強膜を備えた膜電極接合体を製造することができる。
図2は、膜電極接合体製作中における本発明の膜電極接合体製造治具の一部の構造断面図である。
(第1工程)まず、第1工程では、第1加圧部11を第1枠体12の貫通孔に嵌合した状態で、前記第1加圧部上面11bに第1電極3を載置する。ここで、第1枠体12は、第1枠体上面の高さを変える手段13により、支持されている。このとき、第1枠体上面12bの高さは、第1加圧部上面11bに載置された第1電極上面3aの高さより、高い。
(第2工程)第1工程に引き続き第2工程では、第1枠体上面の高さの位置を前記第1加圧部の上面に載置した第1電極の上面より高い位置にした状態で、前記第1枠体の上面に補強膜、固体高分子電解質膜および第2電極をこの順で積重する。図2には、第1電極3と補強膜2を置いた際の膜電極接合体製造治具の状態が示されている。第1枠体12は、第1枠体上面高さ変更手段13によって支持され、第1枠体上面12bの高さ位置は、第1加圧部上面11bに載置された第1電極上面3aより、高い位置にある。このため、第1枠体の上面12bに、補強膜2を載置するときに、補強膜2と第1電極3との間には、空隙が存在し、補強膜2は、第1電極3に接触することはないので、しわを生じることはない。
(第3工程)第2工程に引き続き第3工程では、前記第1電極、補強膜、固体高分子電解質膜および第2電極を、対向する第1加圧板と第2加圧板とにより挟み、押圧および加熱する。より詳細には、前記挟む過程で、第1枠体上面高さ変更手段13により支持された第1枠体12は、第2加圧板14を介した押圧力を受けると、第1枠体12の上面12bの高さ位置は、第1加圧部の上面11bに載置された第1電極3の上面3aより高い位置から、第1電極3の上面3a以下の位置へ移動される。このとき、第1枠体12の上面12bに載置された補強膜2は、固体高分子電解質膜1、第2電極4とともに降下し、第1加圧部の上面11bに載置された第1電極3に重なることとなる。この補強膜2が第1電極3に重なるときに、補強膜2は、重畳部分5の全面について、同時に、接触して、重なるため、補強膜2にしわを生じることはない。また、第2加圧板14自体の重量で第1枠体12の上面12bの高さ位置が、第1加圧部の上面11bに載置された第1電極3の上面3aより高い位置から、第1電極3の上面3a以下の位置へ移動される場合であっても、同様の効果を奏する。次に、積重した前記第1電極3,補強膜2,固体高分子電解質膜1および第2電極4を、対向する第1加圧部11aと第2加圧板14とにより、押圧しながら加熱し、固体高分子電解質膜1と第1電極3および固体高分子電解質膜1と第2電極4とを接合して、膜電極接合体を製造する。押圧および加熱条件は、3.9MPa、140℃、3〜5分で実施することが望ましい。
Using the above membrane electrode assembly manufacturing jig, a membrane electrode assembly having a wrinkle-free reinforcing film can be manufactured by the following steps.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the membrane electrode assembly manufacturing jig of the present invention during manufacture of the membrane electrode assembly.
(First Step) First, in the first step, the
(Second Step) In the second step following the first step, the height of the upper surface of the first frame body is set higher than the upper surface of the first electrode placed on the upper surface of the first pressure member. The reinforcing membrane, the solid polymer electrolyte membrane, and the second electrode are stacked in this order on the upper surface of the first frame. FIG. 2 shows a state of the membrane electrode assembly manufacturing jig when the
(Third Step) In the third step following the second step, the first electrode, the reinforcing membrane, the solid polymer electrolyte membrane, and the second electrode are sandwiched between the opposing first pressure plate and the second pressure plate and pressed. And heat. More specifically, when the
図3は、本発明に係る膜電極接合体製造冶具の別形態の構造断面を示すものである。図3は、図1の膜電極接合体製造冶具に下記部分に変更を加えたものである。
まず、第1枠体上面高さ変更手段13は、第1加圧部を除いた加圧板の上面11cに凹状に設けた第1加圧板上面窪み11d、および/または、第1枠体の下面に凹状に設けた第1枠体下面窪み12dに接して設けられ、前記加圧板の上面と前記第1枠体の下面を接触させた状態で、前記第1加圧板上面窪み11dと前記第1枠体下面窪み12dで形成される空間に前記第1枠体上面高さ変更手段13が収納可能に配置されている。
さらに、図1にあった第2加圧板14は、第2枠体14aと、第2加圧部14bに分離されている。
FIG. 3 shows a structural cross section of another embodiment of the membrane / electrode assembly manufacturing jig according to the present invention. FIG. 3 shows the membrane electrode assembly manufacturing jig of FIG.
First, the first frame upper surface
Further, the second pressure plate 14 shown in FIG. 1 is separated into a second frame 14a and a second pressure portion 14b.
次に、前記膜電極接合体製造治具を使用して膜電極接合体を製造する方法を説明する。
(第1工程)まず、第1工程では、第1加圧部11を第1枠体12の貫通孔に嵌合した状態で、前記第1加圧部上面11bに第1電極3を載置する。ここで、第1枠体12は、第1枠体上面の高さを変える手段13により、支持されている。このとき、第1枠体上面12bの高さは、第1加圧部上面11bに載置された第1電極上面3aの高さより、高い。
Next, a method for producing a membrane electrode assembly using the membrane electrode assembly production jig will be described.
(First Step) First, in the first step, the
(第2a工程)第1工程に引き続いて第2a工程では、前記第1枠体の上面に前記補強膜、前記固体高分子電解質膜をこの順で積重する。第1枠体12は、第1枠体上面高さ変更手段13によって支持され、第1枠体上面12bの高さ位置は、第1加圧部上面11bに載置された第1電極上面3aより、高い位置にある。このため、第1枠体の上面12bに、補強膜2を載置するときに、補強膜2と第1電極3との間には、空隙が存在し、補強膜2は、第1電極3に接触することはないので、しわを生じることはない。
(Step 2a) Subsequent to Step 1, in Step 2a, the reinforcing membrane and the solid polymer electrolyte membrane are stacked in this order on the upper surface of the first frame. The
(第2b工程)第2a工程に引き続いて第2b工程では、前記固体高分子電解質膜1の上面に前記第2枠体14aを置き、前記第2枠体14aの中央の貫通孔をガイドとして前記第2電極4を前記固体高分子電解質膜1の上面に積重する。より詳細には、前記挟む過程で、第1枠体上面高さ変更手段13により支持された第1枠体12は、第2枠体14aの自重により押圧力を受けると、第1枠体12の上面12bの高さ位置は、第1加圧部の上面11bに載置された第1電極3の上面3aより高い位置から、第1電極3の上面3a以下の位置へ移動される。このとき、第1枠体12の上面12bに載置された補強膜2は、固体高分子電解質膜1とともに降下し、第1加圧部の上面11bに載置された第1電極3に重なることとなる。この補強膜2が第1電極3に重なるときに、補強膜2は、重畳部分5の全面についてほぼ同時に接触して重なるため、補強膜2にしわを生じることはない。
(第3a工程)第2b工程に引き続いて第3a工程では、第2枠体14aの中央の貫通孔をガイドとして、第2電極4上に第2加圧部14bを置き、積重した前記第1電極3、補強膜2、固体高分子電解質膜1および第2電極4を、対向する第1加圧部11aと第2加圧部14bとにより挟み、押圧および加熱して、固体高分子電解質膜1と第1電極3および固体高分子電解質膜1と第2電極4とを接合して、膜電極接合体を製造する。押圧および加熱条件は、3.9MPa、140℃、3〜5分で実施することが望ましい。
(Step 2b) Subsequent to the step 2a, in the step 2b, the second frame body 14a is placed on the upper surface of the solid
(Step 3a) Subsequent to step 2b, in step 3a, the second pressurizing portion 14b is placed on the
1 固体高分子電解質膜
2 補強膜
3 第1電極
3a 第1電極上面
4 第2電極
5 補強膜と第1電極の重畳部分
11 第1加圧板
11a 第1加圧部
11b 第1加圧部上面
11c 第1加圧部を除いた加圧板の上面
11d 第1加圧板上面窪み
12 第1枠体
12a 第1枠体の貫通孔
12b 第1枠体上面
12c 第1枠体下面
12d 第1枠体下面窪み
13 第1枠体上面高さ変更手段
14 第2加圧板
14a 第2枠体
14b 第2加圧部
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006328583A JP2008140745A (en) | 2006-12-05 | 2006-12-05 | Membrane electrode assembly manufacturing jig and method |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010257925A (en) * | 2009-03-31 | 2010-11-11 | Eneos Celltech Co Ltd | Tool for manufacturing membrane-electrode assembly |
JP2015198010A (en) * | 2014-04-01 | 2015-11-09 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing device for fuel battery |
-
2006
- 2006-12-05 JP JP2006328583A patent/JP2008140745A/en active Pending
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