JP2016091980A - Method for manufacturing membrane-electrode assembly - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の膜電極接合体(MEA)の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a membrane electrode assembly (MEA) of a fuel cell.
燃料電池の主要部は、電解質膜、触媒層、および拡散層を積層接合した膜電極接合体である。膜電極接合体の量産工程において、触媒層を形成した補助シート付きの電解質膜と拡散層とを接合する工程では、接合後に補助シートを剥離する。 The main part of the fuel cell is a membrane electrode assembly in which an electrolyte membrane, a catalyst layer, and a diffusion layer are laminated and joined. In the mass production process of the membrane / electrode assembly, in the process of joining the electrolyte membrane with the auxiliary sheet on which the catalyst layer is formed and the diffusion layer, the auxiliary sheet is peeled after the joining.
膜電極接合体の製造に関連する技術としては、例えば、触媒層が前記電解質膜に転写された後、電解質膜及び触媒層転写シートを加熱しながら基材シート(補助シート)を剥離する剥離工程と、触媒層上にガス拡散層を接合する工程と、を有する膜電極接合体の製造方法が開示されている(特許文献1参照)。 As a technique related to the manufacture of a membrane electrode assembly, for example, after the catalyst layer is transferred to the electrolyte membrane, a peeling step of peeling the base material sheet (auxiliary sheet) while heating the electrolyte membrane and the catalyst layer transfer sheet And a step of bonding a gas diffusion layer on the catalyst layer, a method for producing a membrane electrode assembly is disclosed (see Patent Document 1).
ところで、特許文献1の膜電極接合体の製造方法では、電解質膜及び触媒層転写シートを加熱しながら補助シートを剥離した後に、拡散層を接合している。
By the way, in the manufacturing method of the membrane electrode assembly of
しかしながら、補助シート付きの電解質膜に、片極の触媒層および拡散層を順に積層接合した後、補助シートを剥離しようとすると、触媒層と拡散層との界面から剥がれてしまう。すなわち、触媒層と拡散層との密着力が弱いため、膜電極接合体から補助シートのみを剥離することができない。 However, after the one-layer catalyst layer and the diffusion layer are sequentially laminated and bonded to the electrolyte membrane with the auxiliary sheet, the auxiliary sheet is peeled off from the interface between the catalyst layer and the diffusion layer. That is, since the adhesive force between the catalyst layer and the diffusion layer is weak, it is not possible to peel only the auxiliary sheet from the membrane electrode assembly.
本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、所望の界面以外の界面から剥離してしまうことを防止する膜電極接合体の製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for producing a membrane electrode assembly that prevents peeling from an interface other than a desired interface.
上記目的を達成するために、本発明に係る膜電極接合体の製造方法は、バックシート層、電解質膜層、触媒層、および拡散層の順に積層するとともに、前記電解質膜層と前記拡散層とを部分的に接着させた状態で積層接合し、前記積層接合後に、前記バックシート層を前記電解質膜層から剥離することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a membrane electrode assembly according to the present invention includes a backsheet layer, an electrolyte membrane layer, a catalyst layer, and a diffusion layer, which are laminated in this order, and the electrolyte membrane layer and the diffusion layer. Are laminated and bonded, and the backsheet layer is peeled off from the electrolyte membrane layer after the lamination.
本発明によれば、電解質膜と拡散層とが密着する領域により、電解質膜から拡散層までの密着力が高まるため、バックシート層を電解質膜層から剥離する際、電解質膜層から拡散層までの間のいずれかの界面で剥離することを抑制でき、バックシート層のみを剥離することができる。 According to the present invention, the adhesion between the electrolyte membrane and the diffusion layer is enhanced by the region where the electrolyte membrane and the diffusion layer are in close contact. Therefore, when the backsheet layer is peeled from the electrolyte membrane layer, the electrolyte membrane layer to the diffusion layer It can suppress that it peels in either interface between, and can peel only a back seat | sheet layer.
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Embodiments of the present invention will be described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
まず、図1を参照して、本発明の実施の形態に係る積層体(膜電極接合体)100の構成について説明する。図1は本発明の実施の形態の積層体の積層工程において、電解質膜の下面視および側面視の模式図である。 First, with reference to FIG. 1, the structure of the laminated body (membrane electrode assembly) 100 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic diagram of a bottom view and a side view of an electrolyte membrane in a stacking process of a laminate according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施の形態に係る積層体100は、少なくとも4層以上の複数の層を備え、第1の層10、第2の層20、第3の層30、および第4の層40が順に積層接合される。本実施の形態に係る積層体100としては、例えば、燃料電池の膜電極接合体(MEA)が挙げられる。本実施の形態において、第1の層10はバックシート層(補助シート)、第2の層20は電解質膜層、第3の層30は触媒層、および第4の層40は拡散層に対応する。これらの複数の層10,20,30,40は順に積層接合され、接合後に第1の層(バックシート層)10が第2の層(電解質膜層)20から剥離される。
As shown in FIG. 1, the
本実施の形態に係る積層体100において、第3の層(触媒層)30と第4の層(拡散層)40との密着力は、第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)40との密着力よりも小さい性質を有する(図2参照)。
In the
図1(A)(B)に示すように、本実施の形態に係る積層体100中の少なくとも一部は、第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)40とが密着する領域21を備える。具体的には、第2の層(電解質膜層)20の下層に第3の層(触媒層)30を積層する際、第3の層(触媒層)30から第2の層(電解質膜層)20の一部が露出するように、当該第3の層(触媒層)30が積層される。第3の層(触媒層)30の下層には第4の層(拡散層)40が積層されるため(図1(C)参照)、第2の層(電解質膜層)20の露出部分が、第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)40とが密着する領域21となる。
As shown in FIGS. 1A and 1B, at least part of the
本実施の形態に係る積層体(膜電極接合体)100の製造方法は、例えば、ロール・ツー・ロール装置1を用いて実施される。第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)40とが密着する領域21、即ち、第2の層(電解質膜層)20の露出部分は、積層体100の移送方向Fの先端部に形成されることが好ましい。
The manufacturing method of the laminated body (membrane electrode assembly) 100 according to the present embodiment is performed using, for example, a roll-to-
次に、図1、図2、および図4を参照して、本発明の実施の形態に係る積層体(膜電極接合体)100の作用について説明する。図1(C)に示すように、本実施の形態に係る積層体100の製造方法は、ロール・ツー・ロール装置1を用いて実施される。第2の層(電解質膜層)20は、単独では10μmの極薄膜である。第2の層(電解質膜層)20の納入時は、枚葉式・ロール式に関わらず、その上面に適度な密着性を有する第1の層(バックシート層)10が重ね合わせられて補強されている。第2の層(電解質膜層)20は皺が発生しやすいので、積層体100の積層工程中におけるハンドリングにも、細心の注意が必要である。皺の発生原因としては、湿度伸縮による寸法変化やロール間張力による延伸などが挙げられる。
Next, with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 4, the operation of the multilayer body (membrane electrode assembly) 100 according to the embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1C, the method for manufacturing the
したがって、積層体100の積層工程中においても第2の層(電解質膜層)20に何らかの補強を施すことが好ましい。しかし、新たなバックシート層の装着はコスト増につながり、また密着性の問題が残る。そこで、元々第2の層(電解質膜層)20の納入時に付属している第1の層(バックシート層)10をそのまま用いて、第3の層(触媒層)30および第4の層(片極の拡散層)40の積層を行う。
Therefore, it is preferable to apply some reinforcement to the second layer (electrolyte membrane layer) 20 even during the stacking process of the
すなわち、第1の層(バックシート層)10付きの第2の層(電解質膜層)20の下層には、第3の層(触媒層)30が積層される。第2の層(電解質膜層)20の下層に第3の層(触媒層)30を積層する際、第3の層(触媒層)30から第2の層(電解質膜層)20の一部を露出させて形成する。第2の層(電解質膜層)20の露出部分が、第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)40とが密着する領域21となる。
That is, the third layer (catalyst layer) 30 is laminated below the second layer (electrolyte membrane layer) 20 with the first layer (backsheet layer) 10. When the third layer (catalyst layer) 30 is laminated below the second layer (electrolyte film layer) 20, a part of the second layer (electrolyte film layer) 20 from the third layer (catalyst layer) 30. And exposed. The exposed portion of the second layer (electrolyte membrane layer) 20 becomes a
さらに、第3の層(触媒層)30の下層には、第4の層(拡散層)40が積層される。これら第1の層(バックシート層)10、第2の層(電解質膜層)20、第3の層(触媒層)30、および第4の層(片極の拡散層)40は、3対のプレスロール61a,61b、62a,62b、63a,63bを通過する間に押圧接合される。上記密着する領域21において、第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)40とが密着している。
Further, a fourth layer (diffusion layer) 40 is laminated below the third layer (catalyst layer) 30. The first layer (back sheet layer) 10, the second layer (electrolyte membrane layer) 20, the third layer (catalyst layer) 30, and the fourth layer (unipolar diffusion layer) 40 have three pairs. The
そして、本実施の形態に係る積層体100の積層工程では、第1の層(バックシート層)10付きの第2の層(電解質膜層)20に、第3の層(触媒層)30、および第4の層(拡散層)40を順に積層接合した後、第1の層(バックシート層)10を剥離する。
And in the lamination process of the laminated
ここで、図2は触媒層−拡散層間、電解質膜層−拡散層間、および電解質膜層−バックシート層間の密着力の説明図である。図2において、Aは第2の層(電解質膜層)20と第1の層(バックシート層)10との密着力である。第1の層(バックシート層)10のみを剥離するには、第2の層(電解質膜層)20と第1の層(バックシート層)10との密着力Aよりも、他の層同士の密着力が大きいことを要する。第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)40との密着力は、第2の層(電解質膜)20と第1の層(バックシート層)10との密着力Aよりも大きい。 Here, FIG. 2 is an explanatory view of the adhesion force between the catalyst layer-diffusion layer, the electrolyte membrane layer-diffusion layer, and the electrolyte membrane layer-backsheet layer. In FIG. 2, A is the adhesive force between the second layer (electrolyte membrane layer) 20 and the first layer (backsheet layer) 10. In order to peel only the first layer (backsheet layer) 10, other layers than the adhesion A between the second layer (electrolyte membrane layer) 20 and the first layer (backsheet layer) 10 It is necessary that the adhesive strength of is large. The adhesion between the second layer (electrolyte membrane layer) 20 and the fourth layer (diffusion layer) 40 is the adhesion between the second layer (electrolyte membrane) 20 and the first layer (backsheet layer) 10. Greater than A.
本実施の形態に係る積層体100の製造方法によれば、第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)40とが密着する領域21により、第2の層(電解質膜層)20から第4の層(拡散層)40の密着力が高まる。さらに、当該密着する領域21は、図1に示すように、積層体100の移送方向Fの先端部に存在している。したがって、第1の層(バックシート層)10を第2の層(電解質膜層)20から剥離する際、第2の層(電解質膜層)20から第4の層(片極の拡散層)40の間で剥離するのを抑制でき、当該第1の層(バックシート層)10のみを先端部から良好に剥離することができる。
According to the method for manufacturing laminate 100 according to the present embodiment, second region (electrolyte layer) is formed by
次に、本実施の形態に係る積層体100の作用効果を確認するため、比較形態ととして、第2の層(電解質膜層)20と第4の層(片極の拡散層)40とが密着する領域を有しない積層体300について説明する。図4は比較形態の積層体の積層工程において、電解質膜層の側面視および下面視の模式図である。
Next, in order to confirm the effect of the
図4に示すように、比較形態の積層体300は、第2の層(電解質膜層)20の下面全体に第3の層(触媒層)30が形成されている。したがって、比較形態の積層体300は、第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)40とが密着する領域を有しない。
As shown in FIG. 4, in the
第3の層(触媒層)30と第4の層(片極の拡散層)40との密着力は、第2の層(電解質膜層)20と第4の層(片極の拡散層)40との密着力よりも小さい性質を有する(図2参照)。したがって、第1の層(バックシート層)10付きの第2の層(電解質膜層)20に、第3の層(触媒層)30、第4の層(拡散層)40を順に積層接合した後、第1の層(バックシート層)10を剥離しようとすると、第3の層(触媒層)30と第4の層(拡散層)40との密着力が弱いため、当該第3の層(触媒層)30と第4の層(拡散層)40との界面から剥がれて、第1の層(バックシート層)10のみを剥離することができない。
The adhesion between the third layer (catalyst layer) 30 and the fourth layer (unipolar diffusion layer) 40 is the same as that of the second layer (electrolyte membrane layer) 20 and the fourth layer (unipolar diffusion layer). It has a property smaller than the adhesive strength with 40 (see FIG. 2). Accordingly, the third layer (catalyst layer) 30 and the fourth layer (diffusion layer) 40 are sequentially laminated and joined to the second layer (electrolyte membrane layer) 20 with the first layer (backsheet layer) 10. Thereafter, when the first layer (backsheet layer) 10 is to be peeled off, the adhesion between the third layer (catalyst layer) 30 and the fourth layer (diffusion layer) 40 is weak. The
以上、説明したように、本実施の形態に係る積層体(膜電極接合体)100の製造方法によれば、第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)40とが密着する領域21を備えることにより、第2の層(電解質膜層)20から第4の層(拡散層)40の密着力が高まる。したがって、第1の層(バックシート層)10を第2の層(電解質膜層)20から剥離する際、第2の層(電解質膜層)20から第4の層(拡散層)40の間で剥離するのを抑制でき、第1の層(バックシート層)10のみを剥離することができる。すなわち、本実施の形態によれば、膜電極接合体(MEA)の積層工程において、バックシート層付きの電解質膜層に、片極の触媒層、拡散層を順に積層接合した後、バックシート層のみを剥離することができるという優れた効果を奏する。
〔その他の実施の形態〕
As described above, according to the method for manufacturing the laminate (membrane electrode assembly) 100 according to the present embodiment, the second layer (electrolyte membrane layer) 20, the fourth layer (diffusion layer) 40, By providing the area |
[Other Embodiments]
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。 Although the present invention has been described by the embodiments as described above, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques should be apparent to those skilled in the art.
図3は、本発明の他の実施の形態において、電解質膜層の下面視および側面視の模式図である。例えば、上記実施の形態に係る積層体(膜電極接合体)100の製造方法では、当該積層体100の移送方向Fの先端部に第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)40とが密着する領域21を形成しているが(図1参照)、図3のように構成してもよい。図3に示すように、第2の層(電解質膜層)20の移送方向Fの中間部を露出させて、第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)とが密着する領域21を形成してもよい。
FIG. 3 is a schematic view of the electrolyte membrane layer in a bottom view and a side view in another embodiment of the present invention. For example, in the manufacturing method of the laminate (membrane electrode assembly) 100 according to the above-described embodiment, the second layer (electrolyte membrane layer) 20 and the fourth layer ( Although the
他の実施の形態の積層体(膜電極接合体)の製造方法によれば、第1の層(バックシート層)10を剥離する際、当該積層体の途中までは第3の層(触媒層)30と第4の層(拡散層)との界面で剥がれてしまう。しかし、当該積層体の中間部の第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)とが密着する領域21に至ると、第2の層(電解質膜層)20と第4の層(拡散層)との密着力により、第1の層(バックシート層)のみを剥離させることができるようになる。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
According to the method for manufacturing a laminated body (membrane electrode assembly) according to another embodiment, when the first layer (back sheet layer) 10 is peeled off, the third layer (catalyst layer) is partway through the laminated body. ) 30 and peeled off at the interface between the fourth layer (diffusion layer). However, when reaching the
上記の実施の形態では、装置形態としてロール・ツー・ロール装置を例示して説明したが、装置形態はロール・ツー・ロール装置に限定されず、例えば、ロールで材料搬入してプレスロールによる押圧接合後に裁断する装置形態を採用してもよい。 In the above embodiment, the roll-to-roll device has been exemplified and described as the device form. However, the device form is not limited to the roll-to-roll device. You may employ | adopt the apparatus form cut | judged after joining.
10 第1の層(バックシート層)
20 第2の層(電解質膜層)
21 密着する領域
30 第3の層(触媒層)
40 第4の層(拡散層)
100 積層体(膜電極接合体)
10 1st layer (back sheet layer)
20 Second layer (electrolyte membrane layer)
21 Adhering
40 Fourth layer (diffusion layer)
100 laminate (membrane electrode assembly)
Claims (1)
バックシート層、電解質膜層、触媒層、および拡散層の順に積層するとともに、前記電解質膜層と前記拡散層とを部分的に接着させた状態で積層接合し、
前記積層接合後に、前記バックシート層を前記電解質膜層から剥離すること、を特徴とする膜電極接合体の製造方法。 A method for producing a membrane electrode assembly, comprising:
While laminating in order of the backsheet layer, electrolyte membrane layer, catalyst layer, and diffusion layer, laminating and joining the electrolyte membrane layer and the diffusion layer partially bonded,
A method for producing a membrane / electrode assembly, comprising: peeling off the backsheet layer from the electrolyte membrane layer after the lamination joining.
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