JP2013084457A - 電解質膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定の間隔を空けて配置された2つの第1の接着部材を同一の面に備える第1の支持材と、所定の間隔を空けて配置された2つの第2の接着部材を同一の面に備える第2の支持材とを用意し、第1の支持材に第1の補強材を、第2の支持材に第2の補強材をそれぞれの支持材の備える接着部材の間を跨いで配置する。第1の補強材と第2の補強材とを電解質膜を介して貼り合わせた後、第1の接着部材の所定の接着層から第2の支持材と第2の接着部材と第1の補強材と電解質膜と第2の補強材とを分離し、第1の補強材と電解質膜と第2の補強材とを、第2の接着部材の間で切断する。
【選択図】図9
Description
図1は、本発明の一実施形態としての製造方法によって製造された電解質膜を備える、燃料電池100の概略構成を示す部分断面図である。この燃料電池100は、反応ガスとして燃料ガス(例えば水素)と酸化剤ガス(例えば酸素)の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池100は、複数の単セル30が積層されたスタック構造を有する。
B−1.電解質膜の製造方法:
図2は、補強材12を備える電解質膜10の製造方法を示すフローチャートである。以下、図2に示す電解質膜の製造方法の各ステップを、図3〜図11を用いて説明する。なお、ステップS10は本願の第1工程に、ステップS20は本願の第2工程に、ステップS50は本願の第3工程に、ステップS60は本願の第4工程に、ステップS70は本願の第5工程にそれぞれ対応している。
図12は、図2のフローチャートに示されたステップS90について説明するための模式図である。ステップS90では、ステップS60において第2の中間部材60が分離された後の第1の中間部材50から、第1の接着部材3aの一部と第1の補強材12aの一部を剥離する。具体的には、本実施形態においては、上記ステップS60において第1の支持材4a上に残存した接着層3aaと、接着層3aa上の第1の補強材12a(以降、第1の支持材4a上に残存した接着層3aaと第1の補強材12aをまとめて「第1の端材」ともいう)を第1の支持材4a上から剥離する。第1の端材が剥離されると、第1の支持材4a上には接着層3ab、3acおよび3adのみが残るため、第1の端材が剥離された第1の支持材4aを上記ステップS10で用いる第1の支持材4aとして再利用することができる。なお、ステップS90では、接着層3aaが第1の補強材12aを第1の支持材4a上にネックインやシワ、たわみなく配置するために十分な面積を有していれば、第1の補強材12aのみを第1の支持材4a上から剥離して、接着層3aaの一部と接着層3ab、3acおよび3adを備える第1の支持材4aを上記ステップS10で用いる第1の支持材4aとして再利用してもよい。
図15は、本実施形態において作製した電解質膜10と比較対象の電解質膜とのネックイン量の測定結果を示した図である。比較対象の電解質膜は支持材4と全面で密着した電解質膜であり、次のように作製した。まず、第1の支持材4a上にフィルム状の第1の接着部材3aを全面に貼り合わせて、その上に直接第1の補強材12aを配置した。同様に、第2の支持材4c上にフィルム状の第2の接着部材3cを全面に貼り合わせて、その上に直接第2の補強材12cを配置した。次に、第1の支持材4a上の第1の補強材12aと、第2の支持材4c上の第2の補強材12cとを、電解質膜材前駆体11fを介して重ね合わせて、図3、図4および図9で示した幅「L2」と同じ幅をカッター9で切断し、電解質膜材前駆体11fの両面に補強材12が、補強材12の両面にフィルム状の接着部材3が、接着部材3の両面に支持材4が貼り合わされた積層体を作製した。最後に、この積層体から、第1の接着部材3aおよび第1の支持材4aと、第2の接着部材3cおよび第2の支持材4cとを剥離して、第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cが貼り合わされた電解質膜を得た。このようにして作製した電解質膜を、比較対象の電解質膜とした。電解質膜のネックイン量は、それぞれの電解質膜をカッター9で切断する幅(カット幅)を基準として、作製後の電解質膜の幅を測定することにより、基準に対して収縮した割合を以下の式(1)にて算出した。
第1実施形態においては、ステップS40において切り込みを入れた接着層3aaと接着層3abとの間において、第1の中間部材50から第2の中間部材60を分離していたが、切り込みを入れずに、第2の中間部材60を分離することもできる。
第1実施形態においては、ステップS40において第1の支持材4aの備える第1の接着部材3aの間を跨いで配置された第1の補強材12aの表面側から接着層3aaと3abとの間までを、カッター9にて切断したが、第1の補強材12aの上にさらに電解質膜材前駆体11fを重ね合わせた後にカッター9にて切断してもよい。
以上説明したように、上述した種々の実施形態における電解質膜10の製造方法によれば、補強材12および電解質膜材前駆体11fは、支持材4を用いて搬送されるので、搬送中のネックインやシワ、たわみなどの変形が抑制された電解質膜10を製造することができる。電解質膜10は、分離された第2の支持材4cが備える第2の接着部材3cの間を跨いで配置された第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cとを、第2の接着部材3cの間で切断して作製される。したがって、電解質膜10から支持材4を剥離する際に生じる電解質膜10のネックインやシワ、たわみなどの変形を抑制することができる。その結果、本実施形態の電解質膜10を備える燃料電池は、高温状態と低温状態を繰り返しても、セル電圧の低下が抑制され、耐久性が高い。また、第1の補強材12aと第2の補強材12cとを電解質膜材前駆体11fを介して貼り合わせる際に、第1の補強材12aおよび第2の補強材12cをそれぞれ第1の支持材4aおよび第2の支持材4cで保持したまま貼り合わせることができるので、補強材12が支持材4に支持されていない時間を減少することができ、補強材12に生じるネックインやシワ、たわみを抑制することができる。したがって、電解質膜10の製造ラインにおいて、補強材12を供給する箇所などを所望の箇所にすることが可能になるので、電解質膜10の製造ラインの設計の自由度を高めることができる。さらに、上述した種々の実施形態における電解質膜10の製造方法は、比較的高価な支持材4を電解質膜10の製造に再利用することが可能である。そのため、電解質膜10の製造コストを低減することができる。よって、電解質膜の品質の向上と、設計の自由度の向上と、製造コストの低減とを同時に達成することができる。
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。例えば、以下のような変形が可能である。
3c…第2の接着部材
3aa、3ab、3ac、3ad、…接着層
4a…第1の支持材
4c…第2の支持材
9…カッター
10…電解質膜
11…電解質膜材
11f…電解質膜材前駆体
12a…第1の補強材
12c…第2の補強材
20…膜電極接合体
30…単セル
31a…アノード側電極
31c…カソード側電極
32a…アノード側ガス拡散層
32c…カソード側ガス拡散層
33a…アノード側セパレータ
33c…カソード側セパレータ
34a…燃料ガス流路
34c…酸化剤ガス流路
50…第1の中間部材
60…第2の中間部材
100…燃料電池
L1a、L1c…接着層が支持材上に配置される間隔
L2…支持材から電解質膜を切断する幅
Claims (5)
- 補強材を備える電解質膜の製造方法であって、
複数の接着層が第1の接着強度で多層に接着された第1の接着部材が同一面上に所定の間隔を空けて少なくとも2つ配置された第1の支持材と、第2の接着部材が同一面上に所定の間隔を空けて少なくとも2つ配置された第2の支持材と、を用意する第1工程と、
前記少なくとも2つの第1の接着部材上に前記第1の接着強度よりも大きな第2の接着強度で該少なくとも2つの第1の接着部材の間を跨いで第1の補強材を接着し、前記少なくとも2つの第2の接着部材上に該少なくとも2つの第2の接着部材の間を跨いで第2の補強材を接着する第2工程と、
前記第1の接着部材上の前記第1の補強材と、前記第2の接着部材上の前記第2の補強材とを電解質膜を介して貼り合わせることで、前記電解質膜が、前記第1の補強材および前記第2の補強材によって狭持され、さらに、前記第1の接着部材の接着された前記第1の支持材と前記第2の接着部材の接着された前記第2の支持材とによって狭持された第1の中間部材を生成する第3工程と、
前記各第1の接着部材中の所定の接着層間を剥離することで、前記第1の中間部材から、前記第2の支持材と前記少なくとも2つの第2の接着部材と前記第2の補強材と前記電解質膜と前記第1の補強材と前記第1の接着部材の一部とを有する第2の中間部材を分離する第4工程と、
前記第2の中間部材の前記少なくとも2つの第2の接着部材の間で、該少なくとも2つの第2の接着部材上の前記第1の補強材と前記電解質膜と前記第2の補強材とを切断する第5工程と、
を備える製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法であって、
前記第3工程よりも前に、さらに、前記第1の接着部材上に接着された前記第1の補強材の表面から前記第1の接着部材中の前記所定の接着層間まで切り込みを入れる工程を備える、製造方法。 - 請求項1または2に記載の製造方法であって、
前記第4工程において前記第2の中間部材が分離された前記第1の中間部材の少なくとも一部を、前記第1工程で用意する前記第1の支持材として用いる、製造方法。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の製造方法であって、
前記第5工程において前記第1の補強材と前記電解質膜と前記第2の補強材とが切断された後の前記第2の中間部材から、前記第2の支持材と該第2の支持材上に配置された前記第2の接着部材とを分離し、該分離された前記第2の支持材と該第2の支持材上に配置された前記第2の接着部材とを、前記第1工程で用意する前記第2の支持材として用いる、製造方法。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の製造方法であって、
さらに、前記第5工程において切断された前記第1の補強材と前記電解質膜と前記第2の補強材とに電解質を含浸して、イオン伝導性を付与する工程を備える、製造方法。
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JP2010149507A (ja) * | 2008-11-18 | 2010-07-08 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 積層フィルム、高分子電解質膜及び燃料電池 |
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