JP2010102857A - 膜電極接合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】額縁状の絶縁補強膜6と、外縁部が絶縁補強膜6の内周部と重なるように配置された電解質膜1と、絶縁補強膜6の内辺と電解質膜1とが接する段差部分に配置した電解質樹脂層7と、電解質膜1を両側から挟む触媒層2,3と、触媒層2,3のさらに外側両面に配置したガス拡散層4,5とを備える膜電極接合体の製造方法において、触媒層を形成した第1ガス拡散層5の触媒層側に電解質膜1を配置する第1工程と、電解質膜1の外縁部と絶縁補強膜6の内周部とが重なるように絶縁補強膜6を配置する第2工程と、絶縁補強膜6の内辺に電解質樹脂層7を配置する第3工程と、触媒層を形成した第2ガス拡散層4の触媒層側を電解質膜1に当接させる第4工程とを順に行う。
【選択図】図1
Description
(A)前記触媒層を形成した第1ガス拡散層の前記触媒層側に前記電解質膜を配置する第1工程と、前記電解質膜の外縁部と前記額縁状の絶縁補強膜の内周部とが重なるように前記額縁状の絶縁補強膜を配置する第2工程と、前記額縁状の絶縁補強膜の内辺に前記電解質樹脂層を配置する第3工程と、前記触媒層を形成した第2ガス拡散層の触媒層側を前記電解質膜に当接させる第4工程とを順に行うこととする(請求項1)。
(B)または、前記触媒層を形成した第2ガス拡散層の触媒層側に前記額縁状の絶縁補強膜を配置する第1工程と、前記額縁状の絶縁補強膜の内辺に前記電解質樹脂層を配置する第2工程と、前記額縁状の絶縁補強膜の内周部と前記電解質膜の外縁部とが重なるように前記電解質膜を配置する第3工程と、前記触媒層を形成した第1ガス拡散層の前記触媒層側と前記電解質膜を当接させる第4工程とを順に行うこととする(請求項2)。
本発明に係る膜電極接合体製造方法の最良の実施形態としては、額縁状の絶縁補強膜と、外縁部が前記額縁状の絶縁補強膜の内周部と重なるように配置された電解質膜と、前記額縁状の絶縁補強膜の内辺と前記電解質膜とが接する段差部分に配置した電解質樹脂層と、前記電解質膜を両側から挟む触媒層と、前記触媒層のさらに外側両面に配置したガス拡散層とを備える膜電極接合体の製造方法において、前記触媒層を形成した第1ガス拡散層の前記触媒層側に前記電解質膜を配置する第1工程と、前記電解質膜の外縁部と前記額縁状の絶縁補強膜の内周部とが重なるように前記額縁状の絶縁補強膜を配置する第2工程と、前記額縁状の絶縁補強膜の内辺に前記電解質樹脂層を配置する第3工程と、前記触媒層を形成した第2ガス拡散層の触媒層側を前記電解質膜に当接させる第4工程とを順に行うことが望ましい(A)。
また、本発明に係る膜電極接合体製造方法の別の実施形態としては、額縁状の絶縁補強膜と、外縁部が前記額縁状の絶縁補強膜の内周部と重なるように配置された電解質膜と、前記額縁状の絶縁補強膜の内辺と前記電解質膜とが接する段差部分に配置した電解質樹脂層と、前記電解質膜を両側から挟む触媒層と、前記触媒層のさらに外側両面に配置したガス拡散層とを備える膜電極接合体の製造方法において、前記触媒層を形成した第2ガス拡散層の触媒層側に前記額縁状の絶縁補強膜を配置する第1工程と、前記額縁状の絶縁補強膜の内辺に前記電解質樹脂層を配置する第2工程と、前記額縁状の絶縁補強膜の内周部と前記電解質膜の外縁部とが重なるように前記電解質膜を配置する第3工程と、前記触媒層を形成した第1ガス拡散層の前記触媒層側と前記電解質膜を当接させる第4工程とを順に行うこととしてもよい(B)。
(1) 白金担持量40%の白金担持カーボン10gとパーフロロスルフォン酸樹脂 5%アルコール溶液100gを混合して触媒ペーストを作製した。次いで、作製したこの触媒ペーストを拡散層上に塗布し、温度80℃、湿度20%において12時間乾燥することによりカソード触媒層3/第1ガス拡散層5複合体を作製した。得られたカソード触媒層中3の白金重量は0.3 mg/cm2となった。
(2) 白金担持量30%、ルテニウム担持量15%の白金ルテニウム担持カーボン10gとパーフロロスルフォン酸樹脂5%アルコール溶液100gを混合して触媒ペーストを作製した。次いで、作製したこの触媒ペーストを第2ガス拡散層4上に塗布し、温度80℃、湿度20%において12時間乾燥することによりアノード触媒層2/第2ガス拡散層4複合体を作製した。得られたアノード触媒層2中の白金重量は0.2 mg/cm2となった。
(3) 上記(1)のごとく作製されたカソード触媒層3/拡散層5複合体のカソード触媒層3側に対して、片面に支持フィルムが付いた電解質膜1(商品名 Nafion112,デュポン社製(米国))を、この支持フィルムが付いていない側の電解質膜1とカソード触媒層3が重なるように配置した(第1工程)。その後、転写温度140℃,転写圧力0.2 MPaで熱圧着した。熱圧着後、電解質膜1の支持フィルムを剥離することにより電解質膜1/カソード触媒層3/第1ガス拡散層5複合体を作製した。
(4) 上記(3)のごとく作製された電解質膜1/カソード触媒層3/第1ガス拡散層5複合体の電解質膜1側に額縁状の絶縁補強膜6を配設した。(第2工程)
(5)その後、絶縁補強膜6/電解質膜1/カソード触媒層3/第1ガス拡散層5複合体の額縁状の絶縁補強膜6の内辺に液状の電解質樹脂をスプレーにより塗布し、電解質樹脂層7/絶縁補強膜6/電解質膜1/カソード触媒層3/第1ガス拡散層5複合体を作製した(第3工程)。なお、電解質樹脂をスプレーする代わりに、固形の電解質樹脂層7を配置することとしてもよい。
(6) 上記(2)のごとく作製されたアノード触媒層2/第2ガス拡散層4複合体のアノード触媒層2側を、上記(5)のごとく作製された電解質樹脂層7/絶縁補強膜6/電解質膜1/カソード触媒層3/第1ガス拡散層5複合体の電解質膜1側に当接させた(第4工程)。
(7)その後、上記(6)のごとく作製された第1ガス拡散層5/カソード触媒層3/電解質膜1/電解質樹脂層7/絶縁補強膜6/アノード触媒層2/第2ガス拡散層4複合体を、転写温度160℃,転写圧力0.3 MPaで熱圧着することにより、膜電極接合体を作製した。
(1) 白金担持量40%の白金担持カーボン10gとパーフロロスルフォン酸樹脂 5%アルコール溶液100gを混合して触媒ペーストを作製した。次いで、作製したこの触媒ペーストを拡散層上に塗布し、温度80℃、湿度20%において12時間乾燥することによりカソード触媒層3/第1ガス拡散層5複合体を作製した。得られたカソード触媒層中3の白金重量は0.3 mg/cm2となった。
(2) 白金担持量30%、ルテニウム担持量15%の白金ルテニウム担持カーボン10gとパーフロロスルフォン酸樹脂 5%アルコール溶液100gを混合して触媒ペーストを作製した。次いで、作製したこの触媒ペーストを第2ガス拡散層4上に塗布し、温度80℃、湿度20%において12時間乾燥することによりアノード触媒層2/第2ガス拡散層4複合体を作製した。得られたアノード触媒層2中の白金重量は0.2 mg/cm2となった。
(3)上記(2)のごとく作製されたアノード触媒層2/第2ガス拡散層4複合体のアノード触媒層2側に額縁状の絶縁補強膜6を配置し、絶縁補強膜6/アノード触媒層2/第2ガス拡散層4複合体を作製した(第1工程)。
(4)その後、上記(3)のごとく作製された絶縁補強膜6/アノード触媒層2/第2ガス拡散層4複合体の額縁状の絶縁補強膜6の内辺に液状の電解質樹脂をスプレーにより塗布し、電解質樹脂層7/絶縁補強膜6/アノード触媒層2/第2ガス拡散層4複合体を作製した(第2工程)。なお、電解質樹脂をスプレーする代わりに、固形の電解質樹脂層7を配置することとしてもよい。
(5)上記(4)のごとく作製された電解質樹脂層7/絶縁補強膜6/アノード触媒層2/第2ガス拡散層4複合体のアノード触媒層2側に対して、片面に支持フィルムが付いた電解質膜1(商品名 Nafion112,デュポン社製(米国))を、この支持フィルムが付いていない側の電解質膜1とアノード触媒層2が重なるように配置し、かつ、額縁状の絶縁補強膜6の内周部と電解質膜1の外縁部とが重なるように電解質膜1を配置した(第3工程)。その後、転写温度160℃,転写圧力 0.3 MPaで熱圧着した。熱圧着後、電解質膜1の支持フィルムを剥離することにより電解質膜1/電解質樹脂層7/絶縁補強膜6/アノード触媒層2/第2ガス拡散層4複合体を作製した。
(6)上記(1)のごとく作製されたカソード触媒層3/第1ガス拡散層5複合体のカソード触媒層3側を、上記(5)のごとく作製された電解質膜1/電解質樹脂層7/絶縁補強膜6/アノード触媒層2/第2ガス拡散層4複合体の電解質膜1側に当接させた(第4工程)。
(7)その後、上記(6)のごとく作製された第1ガス拡散層5/カソード触媒層3/電解質膜1/電解質樹脂層7/絶縁補強膜6/アノード触媒層2/第2ガス拡散層4複合体を、転写温度160℃,転写圧力 0.3 MPaで熱圧着することにより、膜電極接合体を作製した。
しかし、(B)の方法は額縁状の絶縁補強膜と電解質樹脂層を配置した後で電解質膜を配置するので、(A)の方法に比べて(B)の方法は、額縁状の絶縁補強膜6と電解質樹脂層7との間を平坦にすることが難しく、電解質膜1を配置する際に位置決めしにくいという問題点があるため、(A)の方法がより望ましい。
本発明の膜電極接合体の製造方法を用いれば、上記発明の実施例のように長期にわたり発電運転を継続できる固体高分子形燃料電池が得られるので、本製造方法は種々の分野に適用される燃料電池の製造方法として効果的に使用される。
2 アノード触媒層
3 カソード触媒層
4 第2ガス拡散層
5 第1ガス拡散層
6,6A,6B,6c 絶縁補強膜
7 電解質樹脂層
A 外側第二触媒層と固体高分子電解質膜との重なり部(本発明の段差部分に類似する部分)
Claims (2)
- 額縁状の絶縁補強膜と、外縁部が前記額縁状の絶縁補強膜の内周部と重なるように配置された電解質膜と、前記額縁状の絶縁補強膜の内辺と前記電解質膜とが接する段差部分に配置した電解質樹脂層と、前記電解質膜を両側から挟む触媒層と、前記触媒層のさらに外側両面に配置したガス拡散層とを備える膜電極接合体の製造方法において、
前記触媒層を形成した第1ガス拡散層の前記触媒層側に前記電解質膜を配置する第1工程と、前記電解質膜の外縁部と前記額縁状の絶縁補強膜の内周部とが重なるように前記額縁状の絶縁補強膜を配置する第2工程と、前記額縁状の絶縁補強膜の内辺に前記電解質樹脂層を配置する第3工程と、前記触媒層を形成した第2ガス拡散層の触媒層側を前記電解質膜に当接させる第4工程とを順に行うことを特徴とする膜電極接合体の製造方法。 - 額縁状の絶縁補強膜と、外縁部が前記額縁状の絶縁補強膜の内周部と重なるように配置された電解質膜と、前記額縁状の絶縁補強膜の内辺と前記電解質膜とが接する段差部分に配置した電解質樹脂層と、前記電解質膜を両側から挟む触媒層と、前記触媒層のさらに外側両面に配置したガス拡散層とを備える膜電極接合体の製造方法において、
前記触媒層を形成した第2ガス拡散層の触媒層側に前記額縁状の絶縁補強膜を配置する第1工程と、前記額縁状の絶縁補強膜の内辺に前記電解質樹脂層を配置する第2工程と、前記額縁状の絶縁補強膜の内周部と前記電解質膜の外縁部とが重なるように前記電解質膜を配置する第3工程と、前記触媒層を形成した第1ガス拡散層の前記触媒層側と前記電解質膜を当接させる第4工程とを順に行うことを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
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