JP2009245795A - 固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1基板上に固定された電解質膜の第1基板側の面の反対面に第1触媒含有ペーストを塗工し、次いで、電解質膜に塗工された第1触媒含有ペーストを乾燥させる、第1触媒層形成工程と、第1触媒層とゴム状弾性を有する第2基板とが接し、かつ、第1触媒層と電解質膜と第1基板とからなる積層体と第2基板との間に空隙を生じさせることなく、積層体を第2基板に固定させた後、電解質膜の第1触媒層が形成された面の反対面に、第2触媒含有ペーストを塗工し、次いで電解質膜に塗工された第2触媒含有ペーストを乾燥させる、第2触媒層形成工程と、を含む膜・電極接合体の製造方法。
【選択図】 図3
Description
(1)ガス拡散層(GDL)とも呼ばれる電極基材に触媒層を塗工により形成する方法
(2)デカール法(フィルム上に形成した触媒層を電解質膜に転写する方法)
(3)電解質膜に触媒含有ペーストを直接塗工する方法
第1基板上に固定された電解質膜の前記第1基板側の面の反対面に第1触媒含有ペーストを塗工し、次いで、前記電解質膜に塗工された前記第1触媒含有ペーストを乾燥させる、第1触媒層形成工程と、
前記第1触媒層とゴム状弾性を有する第2基板とが接し、かつ、前記第1触媒層と前記電解質膜と前記第1基板とからなる積層体と前記第2基板との間に空隙を生じさせることなく、前記積層体を前記第2基板に固定させた後、前記電解質膜の前記第1触媒層が形成された面の反対面に、第2触媒含有ペーストを塗工し、次いで、前記電解質膜に塗工された前記第2触媒含有ペーストを乾燥させる、第2触媒層形成工程と、を含む。
前記電解質膜と、
前記電解質膜の一方の主面に接して配置された第1触媒層と、
前記電解質膜の他方の主面に接して配置された第2触媒層とを含み、
前記電解質膜のうちの、前記第1触媒層と前記第2触媒層のうちの少なくとも一方と接した部分において、最も厚い箇所の厚みをT1とし、最も薄い箇所の厚みをT2とすると、
前記T2が前記T1の80%以上である。
PET基板にキャスト成形されている電解質膜(NAFION212CS、デュポン社製)に、その一部が第1触媒層の平面形状に対応して切り抜かれたテンシルマスクを重ね、上記電解質膜の露出部分に下記組成の触媒含有ペーストをスプレーで塗工した後、塗布された触媒含有ペーストを風乾(室温)して、第1触媒層(厚さ32μm)を形成した。触媒含有ペーストは、Pt担持量が0.5mg/cm2となるよう塗工した。
[触媒含有ペーストの組成]
触媒(TEC10E70TPM、田中貴金属(株)製) 1重量部
電解質(nafionDE2020 CS) 0.25重量部
水 2重量部
n−ブタノール 6重量部
シリコンゴム基板を上記積層体に圧着させたことに代えて、PET基板(ルミラーX−S10、厚み200μm、東レ(株)製)を上記積層体に熱圧着(100℃、30kgf/cm2)させたこと以外は実施例1と同様にして、3層MEAを得た。
PETフィルム(ルミラーX43、厚み50μm、東レ(株)製)に、実施例1で用いた触媒含有ペーストをスプレーで塗工した後、塗工された触媒含有ペーストを風乾(室温)して、第1触媒層(厚さ30μm)を形成した。触媒含有ペーストは、Pt担持量が0.5mg/cm2となるよう塗工した。また、上記PETフィルムとは別のPETフィルム(ルミラーX43、厚み50μm、東レ(株)製)に、実施例1で用いた触媒含有ペーストをスプレーで塗工した後、塗工された触媒含有ペーストを風乾(室温)して、第2触媒層(厚さ30μm)を形成した。触媒含有ペーストは、Pt担持量が0.5mg/cm2となるよう塗工した。次に、電解質膜(NAFION212CS、デュポン社製)の一方の主面に第1触媒層を、他方の主面に第2触媒層を、それぞれ配置し、プレス機(プレス板の温度:130℃)で熱転写して、3層MEAを得た。
[サンプル作製]
実施例および比較例の3層MEAをエポキシ樹脂で樹脂封止し、3層MEAの断面が観察できるよう、封止樹脂および3層MEAを研磨して、断面を形成した。
[SEMの観察条件]
電子顕微鏡JIB―4500(日本電子社製)を用いて100倍の倍率で上記断面を観察した。
図4〜図6に示されるように、第1触媒層または第2触媒層の周縁部と接した部分の厚み(電解質膜のうちの、第1触媒層と第2触媒層のうちの少なくとも一方と接した部分において、最も薄い箇所の厚み)T2と、第1触媒層および前記第2触媒層の中央部と接した部分の厚み(電解質膜のうちの、第1触媒層と第2触媒層のうちの少なくとも一方と接した部分において、最も厚い箇所の厚み)T1を、断面SEM写真(100倍)より測定した値から換算して得た。尚、サンプルは、実施例1、比較例1および比較例2の各々について5点作製した。T1およびT2は5つのサンプルの平均値である。T1およびT2を表1に示した。
4 第1触媒層
4’ 第2触媒層
5 第1電極基材
7 第2電極基材
8 燃料極
6 空気極
2 第1基板
3 第2基板
10 積層体
Claims (7)
- 第1基板上に固定された電解質膜の前記第1基板側の面の反対面に第1触媒含有ペーストを塗工し、次いで、前記電解質膜に塗工された前記第1触媒含有ペーストを乾燥させる、第1触媒層形成工程と、
前記第1触媒層とゴム状弾性を有する第2基板とが接し、かつ、前記第1触媒層と前記電解質膜と前記第1基板とからなる積層体と前記第2基板との間に空隙を生じさせることなく、前記積層体を前記第2基板に固定させた後、前記電解質膜の前記第1触媒層が形成された面の反対面に、第2触媒含有ペーストを塗工し、次いで、前記電解質膜に塗工された前記第2触媒含有ペーストを乾燥させる、第2触媒層形成工程と、を含む固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法。 - 前記第2基板のJIS K 6253に準拠して測定されたゴム硬度が、20〜80である請求項1に記載の固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法。
- 前記第2基板の前記積層体と接する面が、シリコンゴムまたはフッ素ゴムを含む請求項1または2に記載の固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法。
- 前記第2基板の厚さが、20μm〜1000μmである請求項1〜3のいずれかの項に記載の固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法。
- 前記第2触媒層形成工程において、熱をかけない圧着により前記積層体を前記第2基板に固定する請求項1〜4のいずれかの項に記載の固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法。
- 前記第1基板が、ゴム状弾性体である請求項1〜5のいずれかの項に記載の固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかの項に記載の固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法により形成された固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体であって、
前記電解質膜と、
前記電解質膜の一方の主面に接して配置された第1触媒層と、
前記電解質膜の他方の主面に接して配置された第2触媒層とを含み、
前記電解質膜のうちの、前記第1触媒層と前記第2触媒層のうちの少なくとも一方と接した部分において、最も厚い箇所の厚みをT1とし、最も薄い箇所の厚みをT2とすると、
前記T2が前記T1の80%以上である、固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体。
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