JP2017037759A - Method for producing electrode sheet - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an electrode sheet that is formed in manufacturing an MEA, in which the deformation of a catalyst layer due to heat treatment can be suppressed.SOLUTION: The present invention relates to a method for producing an electrode sheet 40 which is used for an MEA 11 and in which a catalyst layer 20 containing an electrolyte is formed on a sheet member 30. In the method, the catalyst layer is applied on the sheet member to form the electrode sheet, the electrode sheet is heated and then cooled in the ambient atmosphere, the electrode sheet being cooled in a restricted state at least during cooling.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電極シートの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an electrode sheet.

昨今では燃料電池を搭載した自動車の販売が開始されている。燃料電池は二酸化炭素や窒素酸化物などの温室効果ガスを排出しないことから、環境への負荷が少なく、今後もさらなる研究開発が想定される。燃料電池は、電解質膜にアノード側とカソード側の触媒層を設けた膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly 以下MEAと記載)にアノードガスとカソードガスを供給して反応させることによって発電を生じさせる。   Nowadays, sales of automobiles equipped with fuel cells have begun. Since fuel cells do not emit greenhouse gases such as carbon dioxide and nitrogen oxides, they have less environmental impact, and further research and development are expected in the future. A fuel cell generates power by supplying an anode gas and a cathode gas to a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) in which a catalyst layer on the anode side and the cathode side is provided on an electrolyte membrane and reacting them.

MEAの製造には、一例として触媒層を転写シート上に形成して転写シートに乾燥、熱処理を行い、転写シートをプロトン交換膜に転写する、といった技術がある(特許文献1参照)。特許文献1では触媒層とプロトン交換膜とを接合する前に熱処理を行い、当該熱処理よりも低い温度で加熱及び加圧を行なっている。   For example, the MEA can be manufactured by forming a catalyst layer on a transfer sheet, drying and heat-treating the transfer sheet, and transferring the transfer sheet to a proton exchange membrane (see Patent Document 1). In Patent Document 1, heat treatment is performed before joining the catalyst layer and the proton exchange membrane, and heating and pressurization are performed at a temperature lower than the heat treatment.

特開2004−288391号公報JP 2004-288391 A

転写シートに塗布された触媒層は熱処理後、室温まで冷却される。特許文献1にかかる方法のように熱処理、加熱及び加圧を行なったとしても、当該冷却の際に触媒層および転写シートには熱的影響によって反りが発生することがある。このように触媒層に反りが発生した場合、アノードとカソードを電解質膜に位置合わせする際において例えば角の部位を認識することが難しくなり、位置決め作業に時間がかかってしまうといった問題がある。   The catalyst layer applied to the transfer sheet is cooled to room temperature after the heat treatment. Even if heat treatment, heating, and pressurization are performed as in the method according to Patent Document 1, warpage may occur in the catalyst layer and the transfer sheet due to thermal effects during the cooling. When the catalyst layer is warped as described above, there is a problem that it becomes difficult to recognize, for example, a corner portion when aligning the anode and the cathode with the electrolyte membrane, and the positioning work takes time.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、熱処理による触媒層の変形を抑制できる、MEAを製造する際に形成される電極シートの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electrode sheet formed when manufacturing an MEA, which can suppress deformation of the catalyst layer due to heat treatment. .

上記目的を達成する本発明は、膜電極接合体に用いられ、電解質を含む触媒層を、シート部材に形成した電極シートの製造方法であって、前記触媒層をシート部材に塗布して前記電極シートを形成し、前記電極シートに加熱を行い、その後大気雰囲気中で冷却を行い、前記電極シートは、少なくとも前記冷却の際に拘束した状態で冷却される。   The present invention that achieves the above object is a method for producing an electrode sheet that is used in a membrane electrode assembly and has a catalyst layer containing an electrolyte formed on a sheet member, the catalyst layer being applied to the sheet member and the electrode A sheet is formed, the electrode sheet is heated, and then cooled in an air atmosphere, and the electrode sheet is cooled in a state of being restrained at least during the cooling.

本発明にかかる電極シートの製造方法は、上記のように少なくとも加熱後における電極シートの冷却の際に電極シートを拘束した状態で冷却するように構成している。加熱によって触媒層に含まれる水分は揮発し、大気雰囲気中における冷却の際に吸湿によって触媒層に反りが生じ得る。これについて、少なくとも冷却の際にシート部材を拘束した状態で冷却することによって、シート部材に形成された触媒層の変形を抑制し、アノードやカソードの電解質膜への位置決め作業などを円滑に行うことができる。   The electrode sheet manufacturing method according to the present invention is configured to cool the electrode sheet in a restrained state at least when the electrode sheet is cooled after heating as described above. Moisture contained in the catalyst layer is volatilized by heating, and the catalyst layer may warp due to moisture absorption during cooling in the air atmosphere. With respect to this, at least when the sheet member is cooled, the sheet member is cooled in a restrained state, thereby suppressing the deformation of the catalyst layer formed on the sheet member and smoothly performing the positioning operation of the anode and the cathode to the electrolyte membrane. Can do.

本発明の一実施形態に係るMEAの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of MEA which concerns on one Embodiment of this invention. MEAを用いる燃料電池の要部について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the principal part of the fuel cell using MEA. 図3(A)は触媒インクをシート部材に塗布する塗布部について説明する図、図3(B)は触媒インクに熱処理を行なう熱処理部について説明する図、図3(C)は乾燥させた触媒層を電解質膜に積層する積層部について説明する図である。3A is a view for explaining an application portion for applying a catalyst ink to a sheet member, FIG. 3B is a view for explaining a heat treatment portion for performing heat treatment on the catalyst ink, and FIG. 3C is a dried catalyst. It is a figure explaining the laminated part which laminates | stacks a layer on an electrolyte membrane. 図4(A)〜図4(C)は本発明の実施形態1にかかるMEAの製造方法に用いられる、シート部材に塗布した触媒層を冷却する際に用いられる拘束部を示す斜視図、正面図、平面図である。4 (A) to 4 (C) are a perspective view and a front view showing a restraint portion used when cooling the catalyst layer applied to the sheet member, which is used in the MEA manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure and a top view. 図5(A)、図5(B)は実施形態1の変形例にかかる拘束部を示す斜視図、正面図、図5(C)、図5(D)は同変形例にかかる拘束部の一部を下側から見上げた斜視図、底面図である。5A and 5B are a perspective view and a front view showing a restraint portion according to a modification of the first embodiment, and FIGS. 5C and 5D are views of the restraint portion according to the modification. It is the perspective view and bottom view which looked up at a part from the lower side. 図6(A)〜図6(C)は本発明の実施形態2においてシート部材に塗布した触媒層を冷却する際に用いられる装置の要部を示す斜視図、側面図、平面図、図6(D)は図6(C)の6D−6D線に沿う断面図である。6 (A) to 6 (C) are a perspective view, a side view, a plan view, and FIG. 6 showing a main part of an apparatus used for cooling the catalyst layer applied to the sheet member in Embodiment 2 of the present invention. (D) is sectional drawing which follows the 6D-6D line | wire of FIG.6 (C). 図7(A)、図7(B)は本発明の実施形態3においてシート部材に塗布した触媒層を冷却する際に用いられる装置の要部を示す斜視図、側面図である。7 (A) and 7 (B) are a perspective view and a side view showing the main part of the apparatus used when cooling the catalyst layer applied to the sheet member in Embodiment 3 of the present invention. 図8(A)〜図8(D)は本発明の実施形態4においてシート部材に塗布した触媒層を冷却する際に用いられる装置の要部を示す斜視図、側面図である。8 (A) to 8 (D) are a perspective view and a side view showing the main part of the apparatus used when cooling the catalyst layer applied to the sheet member in Embodiment 4 of the present invention. 図9(A)〜図9(C)は本発明の実施形態5においてシート部材に塗布した触媒層を冷却する際に用いられる装置の要部を示す斜視図、側面図、平面図、図9(D)は実施形態5における挟持部を示す正面図である。9 (A) to 9 (C) are a perspective view, a side view, a plan view, and FIG. 9 showing a main part of an apparatus used for cooling the catalyst layer applied to the sheet member in Embodiment 5 of the present invention. (D) is a front view which shows the clamping part in Embodiment 5. FIG. 図10(A)、図10(B)は本発明の実施形態6においてシート部材に塗布した触媒層を冷却する際に用いられる装置の要部を示す斜視図、平面図、図10(C)は実施形態6における挟持部を示す正面図である。10 (A) and 10 (B) are a perspective view, a plan view, and FIG. 10 (C) showing an essential part of an apparatus used for cooling the catalyst layer applied to the sheet member in Embodiment 6 of the present invention. These are front views which show the clamping part in Embodiment 6. FIG. 図11(A)〜図11(C)は本発明の実施形態7においてシート部材に塗布した触媒層を冷却する際に用いられる装置の要部を示す斜視図、平面図、側面図である。FIG. 11A to FIG. 11C are a perspective view, a plan view, and a side view showing the main part of the apparatus used when cooling the catalyst layer applied to the sheet member in Embodiment 7 of the present invention. 本発明の実施例および比較例にかかる触媒層の冷却後の形状および変形量等を示す表である。It is a table | surface which shows the shape after a cooling, the deformation amount, etc. of the catalyst layer concerning the Example and comparative example of this invention.

(実施形態1)
以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。
(Embodiment 1)
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The sizes and ratios of the members in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may be different from the actual sizes and ratios.

図1は本発明の実施形態1に係るMEAの製造方法を示すフローチャートである。本実施形態に係る燃料電池を含むMEAの製造方法について図1を参照して概説すれば、アノード11bまたはカソード11cに含まれる触媒層20をシート部材30に塗布して電極シート40を形成し、電極シート40に加熱を行ない、その後大気雰囲気中で冷却を行う。電極シート40は少なくとも冷却の際に拘束された状態で冷却される。以下、詳述する。   FIG. 1 is a flowchart showing a MEA manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention. An outline of a method for manufacturing an MEA including a fuel cell according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1. The electrode layer 40 is formed by applying the catalyst layer 20 included in the anode 11b or the cathode 11c to the sheet member 30; The electrode sheet 40 is heated and then cooled in an air atmosphere. The electrode sheet 40 is cooled in a restrained state at least during cooling. Details will be described below.

(MEA)
図2はMEAを用いる燃料電池の要部について示す断面図である。本実施形態に係る製造方法によって製造されるMEAは燃料電池において電気化学反応によってエネルギーを発生させる際に用いられる燃料電池セル10の構成要素である。まず、MEAについて以下に説明する。
(MEA)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of a fuel cell using MEA. The MEA manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment is a constituent element of the fuel cell 10 used when energy is generated by an electrochemical reaction in the fuel cell. First, the MEA will be described below.

MEA11は、供給された酸素と水素を化学反応させて電力を生成する。MEA11は、図2に示すように、電解質膜11aの片側にアノード11bを接合し、もう一方の側にカソード11cを接合して形成している。電解質膜11aは、たとえば、固体の高分子材料からなり、薄板状に形成している。   The MEA 11 generates electric power by chemically reacting the supplied oxygen and hydrogen. As shown in FIG. 2, the MEA 11 is formed by joining the anode 11b to one side of the electrolyte membrane 11a and joining the cathode 11c to the other side. The electrolyte membrane 11a is made of, for example, a solid polymer material and is formed in a thin plate shape.

固体高分子材料には、たとえば、水素イオンを伝導し、湿潤状態で良好な電気伝導性を有するフッ素系樹脂を用いている。アノード11bは、触媒層20、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、電解質膜11aよりも若干小さい薄板状に形成している。カソード11cは、触媒層20、撥水層、およびガス拡散層を積層して構成し、アノード11bと同様の大きさで薄板状に形成している。   As the solid polymer material, for example, a fluorine-based resin that conducts hydrogen ions and has good electrical conductivity in a wet state is used. The anode 11b is formed by laminating a catalyst layer 20, a water repellent layer, and a gas diffusion layer, and is formed in a thin plate shape slightly smaller than the electrolyte membrane 11a. The cathode 11c is formed by laminating a catalyst layer 20, a water repellent layer, and a gas diffusion layer, and is formed in a thin plate shape with the same size as the anode 11b.

アノード11bおよびカソード11cの触媒層20は溶媒にアイオノマおよび触媒粒子を含ませたいわゆる触媒インクを乾燥、熱処理して得られる。   The catalyst layer 20 of the anode 11b and the cathode 11c is obtained by drying and heat-treating a so-called catalyst ink in which an ionomer and catalyst particles are contained in a solvent.

溶媒は、例えば、水道水、純水、イオン交換水、蒸留水等の水、シクロヘキサノール、メタノール、エタノール、n−プロパノール(n−プロピルアルコール)、イソプロパノール(IPA)、n−ブタノール、sec−ブタノール、イソブタノール、およびtert−ブタノール等の炭素数1〜4の低級アルコール、プロピレングリコール、ベンゼン、トルエン、キシレン等であるが、これらに限定されない。これらの他にも、酢酸ブチルアルコール、ジメチルエーテル、エチレングリコール等が溶媒として用いられてもよい。これらの溶剤は、1種を単独で使用してもあるいは2種以上の混合液の状態で使用してもよい。   Examples of the solvent include tap water, pure water, ion exchange water, distilled water, and the like, cyclohexanol, methanol, ethanol, n-propanol (n-propyl alcohol), isopropanol (IPA), n-butanol, sec-butanol. , Isobutanol, tert-butanol and other lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms, propylene glycol, benzene, toluene, xylene and the like, but are not limited thereto. Besides these, butyl acetate alcohol, dimethyl ether, ethylene glycol, and the like may be used as a solvent. These solvents may be used alone or in the form of a mixture of two or more.

アイオノマとしては、例えば、フッ素系高分子電解質材料、および炭化水素系高分子電解質材料を挙げることができるが、これらに限定されない。フッ素系高分子電解質材料としては、例えば、ナフィオン(登録商標)、アシプレックス(登録商標)、フレミオン(登録商標)等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー、パーフルオロカーボンホスホン酸系ポリマー、トリフルオロスチレンスルホン酸系ポリマー、エチレンテトラフルオロエチレン−g−スチレンスルホン酸系ポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオリド−パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー等が挙げられる。炭化水素系高分子電解質材料としては、例えば、スルホン化ポリエーテルスルホン(S−PES)、スルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、ホスホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、スルホン化ポリスチレン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン(SPEEK)、スルホン化ポリフェニレン(S−PP)等が挙げられる。   Examples of the ionomer include, but are not limited to, a fluorine-based polymer electrolyte material and a hydrocarbon-based polymer electrolyte material. Examples of the fluoropolymer electrolyte material include perfluorocarbon sulfonic acid polymers such as Nafion (registered trademark), Aciplex (registered trademark), and Flemion (registered trademark), perfluorocarbon phosphonic acid polymers, and trifluorostyrene sulfonic acid. Examples thereof include an ethylene-based polymer, an ethylenetetrafluoroethylene-g-styrenesulfonic acid-based polymer, an ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, and a polyvinylidene fluoride-perfluorocarbonsulfonic acid-based polymer. Examples of the hydrocarbon-based polymer electrolyte material include sulfonated polyethersulfone (S-PES), sulfonated polyaryletherketone, sulfonated polybenzimidazole alkyl, phosphonated polybenzimidazole alkyl, sulfonated polystyrene, and sulfonated. Examples include polyetheretherketone (SPEEK) and sulfonated polyphenylene (S-PP).

触媒粒子は、少なくとも触媒作用を有する物質を含み、例えば、触媒作用を有する触媒金属と、これを担持する触媒担体と、を有する。   The catalyst particles include at least a substance having a catalytic action, and include, for example, a catalytic metal having a catalytic action and a catalyst carrier that supports the catalytic metal.

触媒金属は、例えば白金含有触媒金属であるが、これに限定されない。白金含有触媒金属としては、例えば、白金(Pt)の単体粒子、または白金粒子とルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、タングステン(W)、鉛(Pb)、鉄(Fe)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、バナジウム(V)、モリブデン(Mo)、ガリウム(Ga)及びアルミニウム(Al)からなる群より選ばれる少なくとも1種の他の金属粒子との混合物、白金と他の金属との合金等を挙げることができる。   The catalyst metal is, for example, a platinum-containing catalyst metal, but is not limited thereto. Examples of the platinum-containing catalyst metal include platinum (Pt) simple particles, or platinum particles and ruthenium (Ru), iridium (Ir), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), tungsten (W). Lead (Pb), iron (Fe), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), vanadium (V), molybdenum (Mo), gallium (Ga) and aluminum (Al) A mixture with at least one other metal particle selected from the group consisting of, an alloy of platinum and another metal, and the like can be mentioned.

触媒担体は、例えば、電子伝導性を有し、主成分がカーボンからなる。触媒担体としては、例えば、カーボンブラック(ケッチェンブラック、オイルファーネスブラック、チャネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなど)、活性炭等からなるカーボン粒子が挙げられるが、これらに限定されない。   The catalyst carrier has, for example, electronic conductivity, and the main component is carbon. Examples of the catalyst carrier include, but are not limited to, carbon particles made of carbon black (Ketjen black, oil furnace black, channel black, lamp black, thermal black, acetylene black, etc.), activated carbon, and the like.

アノード11bおよびカソード11cのガス拡散層は、たとえば、充分なガス拡散性および導電性を有する炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパ、またはカーボンフェルトから形成している。   The gas diffusion layers of the anode 11b and the cathode 11c are formed of, for example, carbon cloth, carbon paper, or carbon felt woven with yarns made of carbon fibers having sufficient gas diffusibility and conductivity.

なお、MEA11の構成要素ではないが、セパレータ13、14は、図2に示し、積層された複数の燃料電池セル10において隣り合うMEA11を隔離しつつ、MEA11で発生した電力を通電させている。   Although not a constituent element of the MEA 11, the separators 13 and 14, as shown in FIG. 2, energize the electric power generated in the MEA 11 while isolating the adjacent MEAs 11 in the stacked fuel cells 10.

(MEAの製造装置)
次にMEAの製造装置について説明する。図3(A)は触媒インクをシート部材に塗布する塗布部について説明する図、図3(B)は触媒インクに熱処理を行なう熱処理部について説明する図、図3(C)は乾燥させた触媒層を電解質膜に積層する積層部について説明する図である。図4(A)〜図4(C)は本発明の実施形態1にかかるMEAの製造方法に用いられる、シート部材に塗布した触媒インクを冷却する際に用いられる拘束部を示す斜視図、正面図、平面図である。
(MEA production equipment)
Next, an MEA manufacturing apparatus will be described. 3A is a view for explaining an application portion for applying a catalyst ink to a sheet member, FIG. 3B is a view for explaining a heat treatment portion for performing heat treatment on the catalyst ink, and FIG. 3C is a dried catalyst. It is a figure explaining the laminated part which laminates | stacks a layer on an electrolyte membrane. 4A to 4C are a perspective view and a front view showing a restraining portion used when cooling the catalyst ink applied to the sheet member, which is used in the MEA manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure and a top view.

本実施形態に係るMEAの製造装置について図3〜図4を参照して概説すれば、MEAの材料となる触媒層を触媒インク20の状態でシート部材30に塗布する塗布部110と、シート部材30と共に触媒インク20の乾燥および熱処理を行なう熱処理部120と、触媒インク20が塗布されたシート部材30を拘束する拘束部130と、熱処理された触媒層20を冷却する冷却部(不図示)と、乾燥した触媒層20を電解質膜11aに積層させる積層部140と、を有する。   The MEA manufacturing apparatus according to this embodiment will be briefly described with reference to FIGS. 3 to 4. An application unit 110 that applies a catalyst layer, which is a material of MEA, to the sheet member 30 in the state of the catalyst ink 20, and the sheet member 30 and a heat treatment part 120 for drying and heat-treating the catalyst ink 20, a restraint part 130 for restraining the sheet member 30 coated with the catalyst ink 20, and a cooling part (not shown) for cooling the heat-treated catalyst layer 20. A laminated portion 140 for laminating the dried catalyst layer 20 on the electrolyte membrane 11a.

実施形態1において触媒インク20が一時的に塗布されるシート部材30は、一つのシート部材30に触媒インク20が単体で塗布される、いわゆる枚葉状のシート部材として構成している。以下、詳述する。   In the first embodiment, the sheet member 30 to which the catalyst ink 20 is temporarily applied is configured as a so-called sheet-like sheet member in which the catalyst ink 20 is applied alone to one sheet member 30. Details will be described below.

(塗布部)
塗布部110は、図3(A)に示すようにインクの供給圧を調整可能なアプリケータ111を備える。アプリケータ111から吐出された触媒インク20はPTFEなどの材料を含む転写シートとして構成したシート部材30に塗布される。なお、シート部材30に触媒インク20を塗布できれば、触媒インク20を塗布する構成はアプリケータに限定されない。
(Applying part)
The application unit 110 includes an applicator 111 that can adjust the ink supply pressure, as shown in FIG. The catalyst ink 20 discharged from the applicator 111 is applied to a sheet member 30 configured as a transfer sheet containing a material such as PTFE. As long as the catalyst ink 20 can be applied to the sheet member 30, the configuration for applying the catalyst ink 20 is not limited to the applicator.

なお、触媒インク20をシート部材30に塗布する前の触媒インクの調整は従来公知のものと同様であるため、説明を省略する。   The adjustment of the catalyst ink before applying the catalyst ink 20 to the sheet member 30 is the same as that conventionally known, and thus the description thereof is omitted.

(熱処理部)
熱処理部120は、図3(B)に示すように温度調整が可能なヒーター121を備える。本実施形態における熱処理とは、加熱のような工程を指し、熱処理によって触媒層20は触媒層20に含まれるガラス転移温度以上に加熱されて機械的強度などが向上する。ヒーター121は、具体的に電熱ヒーターなどを挙げることができるが、触媒インク20の熱処理および乾燥を行なうことができれば、電熱ヒーターに限定されない。乾燥の際にはヒーター121を用いて触媒インク20中の溶媒成分が一部、あるいは全部が揮発して乾燥が行われる。なお、熱処理と乾燥とは別々の処理として行ってもよいし、ひとつの処理の中で熱処理と乾燥とを合わせて行ってもよい。
(Heat treatment part)
The heat treatment section 120 includes a heater 121 capable of adjusting the temperature as shown in FIG. The heat treatment in the present embodiment refers to a process such as heating, and the catalyst layer 20 is heated to a temperature higher than the glass transition temperature included in the catalyst layer 20 by the heat treatment, and the mechanical strength and the like are improved. Specific examples of the heater 121 include an electric heater, but the heater 121 is not limited to an electric heater as long as the heat treatment and drying of the catalyst ink 20 can be performed. At the time of drying, a part or all of the solvent component in the catalyst ink 20 is volatilized by using the heater 121 and drying is performed. Note that the heat treatment and the drying may be performed as separate treatments, or the heat treatment and the drying may be performed together in one treatment.

(拘束部)
拘束部130は、乾燥、熱処理の行なわれた触媒層20を含む電極シート40を冷却する際に特に用いる。拘束部130は、図4(A)〜図4(C)に示すように電極シート40を拘束する部材を設置するテーブル131と、テーブル131において電極シート40を載置させる載置部132と、シート部材30において載置部132が接触する面と逆側の面にて接触する接触部133と、接触部133を電極シート40の厚さ方向に移動可能にする可動部134と、可動部134を支持する支持部135と、を有する。拘束部130において上述した接触部133、可動部134、および支持部135は、図4(A)〜図4(C)に示すように対になって構成している。
(Restraining part)
The restraining portion 130 is particularly used when the electrode sheet 40 including the catalyst layer 20 that has been dried and heat-treated is cooled. As shown in FIGS. 4A to 4C, the restraining unit 130 includes a table 131 on which a member that restrains the electrode sheet 40 is placed, a placement unit 132 on which the electrode sheet 40 is placed on the table 131, In the sheet member 30, a contact portion 133 that makes contact on the surface opposite to the surface on which the placement portion 132 contacts, a movable portion 134 that enables the contact portion 133 to move in the thickness direction of the electrode sheet 40, and a movable portion 134. And a support portion 135 that supports the. In the restraining part 130, the contact part 133, the movable part 134, and the support part 135 described above are configured in pairs as shown in FIGS. 4 (A) to 4 (C).

テーブル131は、載置部132、接触部133、可動部134、支持部135を設置するための構成である。載置部132は、テーブル131に設置された平板状の部位であり、電極シート40を設置するための構成である。支持部135は電極シート40を上側から押圧するための可動部134および接触部133を移動可能に支持するための構成である。   The table 131 is configured to install the placement unit 132, the contact unit 133, the movable unit 134, and the support unit 135. The placement unit 132 is a flat plate-like portion installed on the table 131 and has a configuration for installing the electrode sheet 40. The support part 135 is a structure for movably supporting the movable part 134 and the contact part 133 for pressing the electrode sheet 40 from above.

可動部134は支持部135に対して図4(B)において上下移動可能に構成されている。別の言い方をすれば、可動部134は載置部132に対して接近離間移動可能に構成されている。本実施形態において支持部135には可動部134を移動させるための不図示のモーターが内蔵されているが、可動部134を移動させることができれば、可動部134を移動させる構成はモーターに限定されない。接触部133はアーム状の可動部134における移動方向における端部に設けられている。   The movable portion 134 is configured to be vertically movable with respect to the support portion 135 in FIG. In other words, the movable part 134 is configured to be movable toward and away from the mounting part 132. In the present embodiment, the support unit 135 incorporates a motor (not shown) for moving the movable unit 134, but the configuration for moving the movable unit 134 is not limited to the motor as long as the movable unit 134 can be moved. . The contact portion 133 is provided at an end portion in the moving direction of the arm-shaped movable portion 134.

本実施形態においてシート部材30は、矩形状に構成されている。接触部133は平板状に形成され、シート部材30における4辺の中でも1つ離れた辺、本実施形態では矩形状の4辺における向かい合う2辺を載置部132と共に挟持するように構成している。   In the present embodiment, the sheet member 30 is configured in a rectangular shape. The contact part 133 is formed in a flat plate shape, and is configured so as to sandwich the opposite side of the four sides of the sheet member 30, in the present embodiment, two opposite sides of the rectangular shape together with the placement unit 132. Yes.

接触部133は、シート部材30において触媒インク20が塗布されていない外方の部位に接触して押圧するように構成している。   The contact portion 133 is configured to contact and press the outer portion of the sheet member 30 where the catalyst ink 20 is not applied.

(積層部)
積層部140は、図3(C)に示すようにシート部材30に塗布された触媒層20を電解質膜11aに転写し、回転可能に保持された一対のローラー141、142を有する。ローラー141、142によって、図3(C)に示すようにシート部材30に塗布された触媒層20は電解質膜11aに転写される。電解質膜に触媒インクを塗布した構成はCCM(Catalyst Coated Membrane CCM)とも呼ばれる。
(Laminated part)
As shown in FIG. 3C, the stacking unit 140 has a pair of rollers 141 and 142 that transfer the catalyst layer 20 applied to the sheet member 30 to the electrolyte membrane 11a and are held rotatably. The catalyst layer 20 applied to the sheet member 30 is transferred onto the electrolyte membrane 11a by the rollers 141 and 142 as shown in FIG. The structure in which the catalyst ink is applied to the electrolyte membrane is also called CCM (Catalyst Coated Membrane CCM).

電解質膜11aに触媒インク20が転写されたら、ローラー141、142と同様のローラーによって、ガス拡散層が電解質膜11aに取り付けられる。これによってMEA11が形成される。   When the catalyst ink 20 is transferred to the electrolyte membrane 11a, the gas diffusion layer is attached to the electrolyte membrane 11a by a roller similar to the rollers 141 and 142. As a result, the MEA 11 is formed.

(冷却部)
熱処理された触媒層20を冷却する冷却部は、載置部132上において触媒インク20が塗布されたシート部材30を大気雰囲気に所定時間放置することによって構成している。しかし、冷却部の構成は上記に限定されず、雰囲気温度を上昇させずに大気雰囲気中において送風機などを用いて強制的に冷却を行うことによって構成してもよい。
(Cooling section)
The cooling unit that cools the heat-treated catalyst layer 20 is configured by leaving the sheet member 30 coated with the catalyst ink 20 on the placement unit 132 in an air atmosphere for a predetermined time. However, the configuration of the cooling unit is not limited to the above, and may be configured by forcibly cooling using a blower or the like in the air atmosphere without increasing the ambient temperature.

(MEAの製造方法)
次に本実施形態にかかるMEAの製造方法の中でも触媒インクをシート部材に塗布してから電解質膜に転写するまでの工程について説明する。なお、その他の工程については従来と同様であるため説明を省略する。
(Method for producing MEA)
Next, in the MEA manufacturing method according to the present embodiment, a process from application of the catalyst ink to the sheet member to transfer to the electrolyte membrane will be described. The other steps are the same as those in the prior art, and will not be described.

図1を参照して本実施形態に係るMEAの製造方法について概説すれば、触媒インクの塗布(ステップST1)と、触媒インクの乾燥・熱処理(ステップST2)と、電極シートの拘束および冷却(ステップST3)と、拘束の解除(ステップST4)と、を有する。   An outline of the MEA manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1. Application of the catalyst ink (step ST1), drying / heat treatment of the catalyst ink (step ST2), restraint and cooling of the electrode sheet (step) ST3) and release of constraint (step ST4).

まず、触媒インク20の塗布の際には、上述した塗布部110によってシート部材30に調製された触媒インク20が塗布され、電極シート40が形成される(ステップST1)。乾燥の際には例えば熱処理炉などにおいてヒーター121によって触媒インク20が乾燥し、乾燥後または同時に、電解質のガラス転移温度以上、分解温度以下において熱処理が行なわれる(ステップST2)。本実施形態において触媒インク20を乾燥して出来た構成は触媒層と呼ぶことにする。   First, when the catalyst ink 20 is applied, the catalyst ink 20 prepared on the sheet member 30 is applied by the application unit 110 described above to form the electrode sheet 40 (step ST1). At the time of drying, for example, the catalyst ink 20 is dried by the heater 121 in a heat treatment furnace or the like, and after or simultaneously with the drying, heat treatment is performed at a temperature higher than the glass transition temperature of the electrolyte and lower than the decomposition temperature (step ST2). In the present embodiment, a configuration obtained by drying the catalyst ink 20 is referred to as a catalyst layer.

乾燥後、電極シート40は拘束部130の載置部132に載置される。そして、可動部134がシート部材30が載置された載置部132に接近し、電極シート40が載置部132と接触部133によって挟持される。電極シート40は、大気雰囲気において載置部132と接触部133によって挟持された状態にて冷却が行われる(ステップST3)。冷却が終了したら、可動部134を電極シート40から離間させ、接触部133と載置部132による挟持を解除し、拘束部130による拘束を解除する(ステップST4)。拘束による解除は電解質のガラス転移温度以下において行なわれる。   After drying, the electrode sheet 40 is placed on the placement portion 132 of the restraining portion 130. Then, the movable portion 134 approaches the placement portion 132 on which the sheet member 30 is placed, and the electrode sheet 40 is sandwiched between the placement portion 132 and the contact portion 133. The electrode sheet 40 is cooled while being sandwiched between the placement portion 132 and the contact portion 133 in the air atmosphere (step ST3). When the cooling is finished, the movable part 134 is separated from the electrode sheet 40, the holding by the contact part 133 and the placing part 132 is released, and the restriction by the restricting part 130 is released (step ST4). Release by restraint is performed below the glass transition temperature of the electrolyte.

(作用効果)
次に本実施形態に係る作用効果について説明する。本実施形態では触媒インク20を塗布して形成した電極シート40に加熱を行い、その後大気雰囲気中にて冷却を行う。電極シート40は少なくとも冷却の際に平坦に拘束した状態で冷却するように構成している。加熱によって触媒層20に含まれる水分は揮発し、大気雰囲気中における冷却の際に吸湿によって触媒層20には反りが生じ得る。
(Function and effect)
Next, the function and effect according to this embodiment will be described. In this embodiment, the electrode sheet 40 formed by applying the catalyst ink 20 is heated, and then cooled in the air atmosphere. The electrode sheet 40 is configured to cool at least in a state of being constrained flatly at the time of cooling. Moisture contained in the catalyst layer 20 is volatilized by heating, and the catalyst layer 20 may be warped due to moisture absorption during cooling in the air atmosphere.

これに対し、本実施形態では少なくとも冷却の際に拘束部130で電極シート40を平坦に拘束することによって、触媒層20に反りが生じることを防止し、アノード11bやカソード11cの電解質膜11aへの位置決め等を精度よく行なうことができる。   On the other hand, in the present embodiment, the electrode sheet 40 is restrained flatly by the restraining portion 130 at least during cooling, thereby preventing the catalyst layer 20 from warping, and to the electrolyte membrane 11a of the anode 11b and the cathode 11c. Can be accurately positioned.

また、拘束部130は電極シート40を厚さ方向に拘束するように構成している。触媒層20に生じる反りは、特に触媒層20の厚さ方向に生じる。そのため、拘束部130によって電極シート40を厚さ方向に拘束することによって触媒層20に反りが生じることを効果的に防止できる。   In addition, the restraining portion 130 is configured to restrain the electrode sheet 40 in the thickness direction. The warp generated in the catalyst layer 20 occurs particularly in the thickness direction of the catalyst layer 20. Therefore, it is possible to effectively prevent warping of the catalyst layer 20 by restraining the electrode sheet 40 in the thickness direction by the restraining portion 130.

また、電極シート40への厚さ方向への拘束は、可動部134によって接触部133を載置部132に接近させ、電極シート40の厚さ方向に荷重を付加することによって達成することができる。   Further, the restraint in the thickness direction on the electrode sheet 40 can be achieved by causing the contact portion 133 to approach the placement portion 132 by the movable portion 134 and applying a load in the thickness direction of the electrode sheet 40. .

また、上記では拘束部130によって電極シート40における触媒層20が設けられている箇所よりも外方を挟持するように構成している。そのため、拘束部130によって電極シート40を拘束したとしても、出来上がる触媒層20において拘束による跡が形成されることがない。そのため、触媒層20の反りなどの変形を防止するとともに触媒層20の品質についても良好なものとすることができる。   Further, in the above, the outer side is configured to be sandwiched by the restraining portion 130 rather than the portion of the electrode sheet 40 where the catalyst layer 20 is provided. Therefore, even if the electrode sheet 40 is constrained by the constraining portion 130, no trace due to the confinement is formed in the resulting catalyst layer 20. Therefore, deformation such as warpage of the catalyst layer 20 can be prevented and the quality of the catalyst layer 20 can be improved.

また、拘束部130は矩形状の電極シート40において少なくとも2以上離れた辺、本実施形態では特に対向する二辺を接触部133を用いて挟持することによって反りによる変形を防止することができる。   Moreover, the restraint part 130 can prevent the deformation | transformation by a curvature by pinching the edge | side which separated at least 2 or more in the rectangular-shaped electrode sheet 40 using the contact part 133 in this embodiment especially two sides which oppose.

また、拘束部130は、枚葉状に構成されたシート部材30を平板状の載置部132および平板状の一対の接触部133によって挟持することによって、シート部材30の反りなどの変形を抑制することができる。   In addition, the restraining portion 130 suppresses deformation such as warpage of the sheet member 30 by holding the sheet member 30 configured in a sheet shape between the flat plate-like placement portion 132 and the pair of flat contact portions 133. be able to.

また、シート部材30に対する加熱は、触媒層を構成する電解質のガラス転移温度以上であり、分解温度以下に構成される。本発明者らは、触媒層20をガラス転移温度以上に加熱した際の冷却において触媒層20の反りが顕著に見られることを発見した。そのため、触媒層20をガラス転移温度以上に加熱した際に電極シート40を拘束した状態で少なくとも冷却を行うことによって、触媒層20の反りを効果的に防止することができる。また、電極シート40の加熱温度を電解質の分解温度以下とすることによって、触媒層の組成が変化することを防止しつつ、燃料電池が形成された際の電池性能を向上させることができる。   Moreover, the heating with respect to the sheet | seat member 30 is more than the glass transition temperature of the electrolyte which comprises a catalyst layer, and is comprised below decomposition temperature. The present inventors have found that the warpage of the catalyst layer 20 is noticeable in cooling when the catalyst layer 20 is heated to the glass transition temperature or higher. Therefore, warping of the catalyst layer 20 can be effectively prevented by performing at least cooling in a state where the electrode sheet 40 is restrained when the catalyst layer 20 is heated to the glass transition temperature or higher. In addition, by setting the heating temperature of the electrode sheet 40 to be equal to or lower than the decomposition temperature of the electrolyte, it is possible to improve the cell performance when the fuel cell is formed while preventing the composition of the catalyst layer from changing.

また、拘束部130による電極シート40の拘束の解除は、触媒層20を構成する電解質のガラス転移温度以下の温度にて行なわれる。触媒層20の変形は、触媒層20をガラス転移温度以上のような高温に加熱した際に顕著に生じうる。そのため、拘束部130による拘束の解除をガラス転移温度以下の温度にて行なうことによって、拘束の解除後に触媒層20が変形してしまうことを抑制することができる。   Further, the restraint of the electrode sheet 40 by the restraining portion 130 is released at a temperature equal to or lower than the glass transition temperature of the electrolyte constituting the catalyst layer 20. The deformation of the catalyst layer 20 can be noticeable when the catalyst layer 20 is heated to a high temperature such as the glass transition temperature or higher. Therefore, it is possible to prevent the catalyst layer 20 from being deformed after the restraint is released by releasing the restraint by the restraining portion 130 at a temperature equal to or lower than the glass transition temperature.

(実施形態1の変形例)
図5(A)、図5(B)は実施形態1の変形例にかかる拘束部を示す斜視図、正面図、図5(C)、図5(D)は同変形例にかかる拘束部の一部を下から見上げた斜視図、底面図である。実施形態1では、接触部133が対になってシート部材30の4辺のうちの2辺と当接し、載置部132と共に電極シート40を挟持する実施形態について説明した。しかし、上記以外にも以下のような構成を採用することもできる。
(Modification of Embodiment 1)
5A and 5B are a perspective view and a front view showing a restraint portion according to a modification of the first embodiment, and FIGS. 5C and 5D are views of the restraint portion according to the modification. It is the perspective view and bottom view which looked up at a part from the bottom. In the first embodiment, the embodiment in which the contact portion 133 is paired and abuts against two of the four sides of the sheet member 30 to sandwich the electrode sheet 40 together with the placement portion 132 has been described. However, in addition to the above, the following configuration can also be adopted.

本変形例において拘束部130aは、図5(A)〜図5(D)に示すように、テーブル131と、載置部132と、可動部134と、支持部135と、電極シート40の外周と接触して載置部132と共に電極シート40を挟持する接触部136と、を有する。   In this modified example, the restraining portion 130a includes the table 131, the placement portion 132, the movable portion 134, the support portion 135, and the outer periphery of the electrode sheet 40, as shown in FIGS. 5 (A) to 5 (D). And a contact portion 136 that holds the electrode sheet 40 together with the placement portion 132.

なお、実施形態1の変形例では接触部133、可動部134、および支持部135が対になって構成しておらず、特に接触部136の構成が実施形態1の接触部133と異なっている。その他の構成は実施形態1と同様であるため、説明を省略する。   In the modification of the first embodiment, the contact portion 133, the movable portion 134, and the support portion 135 are not configured as a pair, and in particular, the configuration of the contact portion 136 is different from the contact portion 133 of the first embodiment. . Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

本変形例において接触部136は、矩形状のシート部材30において触媒層20の配置された箇所よりも外方において接触する。接触部136は、図5(C)、図5(D)に示すように、矩形状の外周部分がシート部材30との接触部分となっている、いわゆるフレーム形状に構成している。このような接触部136を可動部134によって可動させ、載置部132と接触部136とによって電極シート40を挟持することができる。   In the present modification, the contact portion 136 is in contact outside the portion where the catalyst layer 20 is disposed in the rectangular sheet member 30. As shown in FIGS. 5C and 5D, the contact portion 136 has a so-called frame shape in which a rectangular outer peripheral portion is a contact portion with the sheet member 30. Such a contact portion 136 can be moved by the movable portion 134, and the electrode sheet 40 can be sandwiched between the placement portion 132 and the contact portion 136.

このように枚葉状に構成された電極シート40をフレーム状の接触部136と載置部132とを用いて挟持することによって、実施形態1の接触部133を用いる場合よりもシート部材30をより強固に挟持することができる。よって、従来の冷却の際に生じる反りなどの変形をより効果的に抑制することができる。   By sandwiching the electrode sheet 40 configured in this way using the frame-shaped contact portion 136 and the mounting portion 132, the sheet member 30 can be made more than when the contact portion 133 of the first embodiment is used. It can be firmly held. Therefore, it is possible to more effectively suppress deformation such as warpage that occurs during conventional cooling.

(実施形態2)
図6(A)〜図6(C)は本発明の実施形態2に係るMEAの製造方法においてシート部材に塗布した触媒層を冷却する際に用いられる装置の要部を示す斜視図、側面図、平面図、図6(D)は図6(C)の6D−6D線に沿う断面図である。実施形態1では触媒インク20を塗布した枚葉状のシート部材30を平板形状の載置部132および接触部133によって挟持する実施形態について説明した。しかし、上記以外にも以下のような構成を採用することができる。
(Embodiment 2)
6 (A) to 6 (C) are a perspective view and a side view showing a main part of an apparatus used when cooling the catalyst layer applied to the sheet member in the MEA manufacturing method according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 6D is a cross-sectional view taken along line 6D-6D of FIG. 6C. In the first embodiment, the embodiment in which the sheet-like sheet member 30 to which the catalyst ink 20 is applied is sandwiched between the flat plate-like mounting portion 132 and the contact portion 133 has been described. However, in addition to the above, the following configuration can be adopted.

実施形態2における電極シート60は、図6(A)などに示すように枚葉状ではなく、長尺状に構成されたシート部材50に触媒層20が配置される。実施形態2における電極シートの製造装置は、図6(A)〜図6(D)に示すように長尺状の電極シート60を搬送する搬送部210と、電極シート60を搬送方向にガイドし、電極シート60の横断方向における端部を挟持するためのレール部材220と、レール部材220と共に電極シート60が横断方向に収縮しないように保持する保持部230と、を有する。   In the electrode sheet 60 according to the second embodiment, as shown in FIG. 6A and the like, the catalyst layer 20 is disposed on a sheet member 50 configured in a long shape, not in a sheet shape. The electrode sheet manufacturing apparatus according to the second embodiment guides the electrode sheet 60 in the conveyance direction, as shown in FIGS. 6A to 6D, and a conveyance unit 210 that conveys the long electrode sheet 60. The rail member 220 for sandwiching the end portion in the transverse direction of the electrode sheet 60 and the holding portion 230 for holding the electrode sheet 60 so as not to contract in the transverse direction together with the rail member 220 are provided.

なお、図6(A)〜図6(D)には図示していないが、実施形態2にかかる電極シートの製造装置は図3に示す塗布部110と、熱処理部120と、積層部140と、を有しているが、実施形態1と同様であるため、説明を省略する。また、実施形態2以降において長尺状の電極シート60を搬送する際の図示は、電極シート60の搬送方向を搬送方向Xとし、搬送方向Xと交差する電極シート60の横断方向を横断方向Yと表記する。   Although not illustrated in FIGS. 6A to 6D, the electrode sheet manufacturing apparatus according to the second embodiment includes an application unit 110, a heat treatment unit 120, and a stacking unit 140 illustrated in FIG. 3. However, since it is the same as that of Embodiment 1, description is abbreviate | omitted. In addition, in the second and subsequent embodiments, when the long electrode sheet 60 is conveyed, the conveyance direction of the electrode sheet 60 is a conveyance direction X, and the transverse direction of the electrode sheet 60 intersecting the conveyance direction X is the transverse direction Y. Is written.

搬送部210は、長尺状の電極シート60を搬送方向Xに移動させるためのいわゆるローラーである。搬送部210は、図6(A)、図6(B)に示すように、電極シート60の一部と接触しながら、電極シート60を搬送方向Xにおける上流から下流へと搬送する。図6(B)において電極シート60は下側から左斜め上に搬送され、搬送部210に巻き付けられて水平方向右側へ搬送される。しかし、電極シート60を搬送できれば電極シート60の搬送方向は図5(A)〜図5(C)に限定されず、例えば上記以外にも例えば終始水平方向に搬送してもよい。   The transport unit 210 is a so-called roller for moving the long electrode sheet 60 in the transport direction X. The transport unit 210 transports the electrode sheet 60 from upstream to downstream in the transport direction X while contacting a part of the electrode sheet 60 as shown in FIGS. In FIG. 6 (B), the electrode sheet 60 is conveyed diagonally to the left from the lower side, wound around the conveying unit 210, and conveyed rightward in the horizontal direction. However, if the electrode sheet 60 can be conveyed, the conveyance direction of the electrode sheet 60 is not limited to FIG. 5 (A) to FIG. 5 (C).

レール部材220は、本実施形態において電極シート60の長手方向に延びて電極シート60の搬送をガイドする。レール部材220は、図6(D)に示すように、電極シート60の横断方向Yにおける両端部に配置された一対の棒状の部材である。図6(C)においてレール部材220の断面形状は円形状に形成されている。しかし、電極シート60の端部を引っ掛けて挟持することができれば、形状は図6(D)以外にも例えば多角形であってもよい。   In this embodiment, the rail member 220 extends in the longitudinal direction of the electrode sheet 60 and guides the conveyance of the electrode sheet 60. As shown in FIG. 6D, the rail member 220 is a pair of rod-like members disposed at both ends in the transverse direction Y of the electrode sheet 60. In FIG. 6C, the rail member 220 has a circular cross-sectional shape. However, the shape of the electrode sheet 60 may be, for example, a polygon other than that shown in FIG.

保持部230は、図6(B)などに示されているように電極シート60の搬送方向Xにおいて複数箇所並べて設けられており、電極シート60の横断方向Yにおける両端部に設けられている。保持部230は、図6(D)などに示すように回転可能なローラーを有し、レール部材220と共に電極シート60の両端部における各々の端部を挟持する。   As shown in FIG. 6B and the like, the holding unit 230 is provided in a plurality of places in the conveying direction X of the electrode sheet 60, and is provided at both ends in the transverse direction Y of the electrode sheet 60. The holding part 230 has a rotatable roller as shown in FIG. 6D and the like, and sandwiches each end part at both ends of the electrode sheet 60 together with the rail member 220.

図6(D)では保持部230の回転軸Cが横断方向Yに対して傾斜しているが、電極シート60の収縮を防止できれば図6(D)に示す場合に限定されず、例えば回転軸が横断方向Yと平行であってもよい。実施形態2における冷却は、電極シート60がレール部材220および保持部230を通過する際に行なわれる。   In FIG. 6D, the rotation axis C of the holding unit 230 is inclined with respect to the transverse direction Y. However, the contraction of the electrode sheet 60 is not limited to the case shown in FIG. May be parallel to the transverse direction Y. The cooling in the second embodiment is performed when the electrode sheet 60 passes through the rail member 220 and the holding unit 230.

このように、電極シート60が長尺状である場合には、搬送方向Xと交差する横断方向Yにおける電極シート60の両端部を挟持することによって、冷却中の電極シート60を構成する触媒層20の反りなどの変形を抑制することができる。本実施形態においては、上記のようにレール部材220に電極シート60の両端部を巻き付け、レール部材220と保持部230を構成するローラーとによって挟持しながら電極シート60を搬送することによって反りなどの変形を防止することができる。   Thus, when the electrode sheet 60 is long, the catalyst layer constituting the electrode sheet 60 being cooled by sandwiching both ends of the electrode sheet 60 in the transverse direction Y intersecting the transport direction X Deformation such as 20 warpage can be suppressed. In the present embodiment, both ends of the electrode sheet 60 are wound around the rail member 220 as described above, and the electrode sheet 60 is transported while being sandwiched between the rail member 220 and the rollers constituting the holding unit 230, thereby causing warpage or the like. Deformation can be prevented.

(実施形態3)
図7(A)、図7(B)は本発明の実施形態3に係るMEAの製造方法においてシート部材に塗布した触媒層を冷却する際に用いられる装置の要部を示す斜視図、側面図である。実施形態2では長尺状の電極シート60の両端部をレール部材220および保持部230によって挟持する実施形態について説明したが、上記以外にも以下のような構成を採用することができる。
(Embodiment 3)
FIGS. 7A and 7B are a perspective view and a side view showing a main part of an apparatus used for cooling the catalyst layer applied to the sheet member in the MEA manufacturing method according to Embodiment 3 of the present invention. It is. Although Embodiment 2 demonstrated embodiment which clamps the both ends of the elongate electrode sheet 60 with the rail member 220 and the holding | maintenance part 230, the following structures other than the above are employable.

実施形態3に係る電極シートの製造装置は、図7(A)、図7(B)に示すように、長尺状の電極シート60を搬送するための搬送部310と、搬送部310と共に一つの部材にて搬送中の電極シート60を挟持する回転部320と、を有する。なお、図7(A)、7(B)には図示していないが、実施形態3にかかる電極シートの製造装置は図3に示す塗布部110と、熱処理部120と、積層部140と、を有しているが、実施形態1と同様であるため、説明を省略する。   As shown in FIGS. 7A and 7B, the electrode sheet manufacturing apparatus according to the third embodiment includes a transport unit 310 for transporting the long electrode sheet 60 and a transport unit 310. And a rotating part 320 that sandwiches the electrode sheet 60 being conveyed by one member. Although not shown in FIGS. 7A and 7B, the electrode sheet manufacturing apparatus according to the third embodiment includes an application unit 110, a heat treatment unit 120, a stacking unit 140, and a stacking unit 140 illustrated in FIG. However, since it is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

搬送部310は、図7(A)等に示すようローラー形状を有し、上流から送られる長尺状の電極シート60の一部と接触し、回転によって電極シート60を下流へと搬送する。搬送部310の横断方向Yにおける両端部には、図7(A)に示すように電極シート60と接触する接触部311、312が設けられており、それ以外の部分は触媒インク20の部分と接触しないように構成されている。   The transport unit 310 has a roller shape as shown in FIG. 7A and the like, contacts a part of the long electrode sheet 60 sent from the upstream, and transports the electrode sheet 60 downstream by rotation. As shown in FIG. 7A, contact portions 311 and 312 that come into contact with the electrode sheet 60 are provided at both ends in the transverse direction Y of the transport portion 310, and the other portions are the portions of the catalyst ink 20. It is configured not to touch.

回転部320は、図7(A)などに示すように、電極シート60と接触し、移動によって電極シート60を搬送するベルト321と、ベルト321を移動可能に保持する一対の保持部322と、回転可能に構成されベルト321を回転によって移動させる不図示のローラーと、を有する。   As shown in FIG. 7A and the like, the rotating unit 320 is in contact with the electrode sheet 60 and transports the electrode sheet 60 by movement, and a pair of holding units 322 that hold the belt 321 movably. And a roller (not shown) configured to rotate and move the belt 321 by rotation.

ベルト321は、回転部320が備える不図示のローラーによって移動可能に構成される。ベルト321は触媒層20が塗布されていない側において電極シート60と接触し、搬送部310のローラーによる回転と同期して移動することによって電極シート60を下流へと移動させる。保持部322は、ベルト321を移動可能に保持し、不図示のローラーを回転可能に保持する。   The belt 321 is configured to be movable by a roller (not shown) included in the rotating unit 320. The belt 321 contacts the electrode sheet 60 on the side where the catalyst layer 20 is not applied, and moves the electrode sheet 60 downstream by moving in synchronization with the rotation of the transport unit 310 by the roller. The holding unit 322 holds the belt 321 so as to be movable, and holds a roller (not shown) so as to be rotatable.

また、回転部320には冷却のための構成として、冷却水を循環させるための機器が内蔵されている。回転部320がこのように構成されることによって、電極シート60は回転部320を通過する際に冷却される。電極シート60を搬送する際にローラー状の搬送部310を構成する接触部311、312とベルト321とを用いて電極シート60を挟持することによって、上記実施形態と同様に触媒層20の反りなどの変形を抑制することができる。   The rotating unit 320 has a built-in device for circulating the cooling water as a configuration for cooling. By configuring the rotation unit 320 in this way, the electrode sheet 60 is cooled when passing through the rotation unit 320. When the electrode sheet 60 is conveyed, the electrode sheet 60 is sandwiched by using the contact portions 311 and 312 constituting the roller-shaped conveyance unit 310 and the belt 321, thereby warping the catalyst layer 20 as in the above embodiment. Can be suppressed.

(実施形態4)
図8(A)、図8(B)は本発明の実施形態4にかかるMEAの製造方法においてシート部材に塗布した触媒インク(触媒層)を冷却する際に用いられる装置の要部を示す斜視図、側面図である。実施形態1では枚葉状の電極シート40の二辺を挟持し、実施形態2、3では長尺状の電極シート60の横断方向Yにおける両端部を挟持する実施形態について説明した。しかし、上記以外にも以下のような構成を採用することができる。
(Embodiment 4)
FIGS. 8A and 8B are perspective views showing essential parts of an apparatus used when cooling the catalyst ink (catalyst layer) applied to the sheet member in the MEA manufacturing method according to Embodiment 4 of the present invention. It is a figure and a side view. In the first embodiment, the two sides of the sheet-like electrode sheet 40 are sandwiched, and in the second and third embodiments, the both ends in the transverse direction Y of the long electrode sheet 60 are sandwiched. However, in addition to the above, the following configuration can be adopted.

実施形態4にかかる電極シートの製造装置は、図8(A)、図8(B)に示すようにシート部材50を送り出すローラー410と、シート部材50を巻き取るローラー420と、電極シート60の一方の面において接触し、共同して電極シート60を挟持する挟持部430、440と、を有する。なお、図8(A)、図8(B)には図示していないが、実施形態4にかかる電極シートの製造装置は図3に示す塗布部110と、熱処理部120と、積層部140と、を有しているが、実施形態1と同様であるため、説明を省略する。   The electrode sheet manufacturing apparatus according to the fourth embodiment includes a roller 410 that feeds out the sheet member 50, a roller 420 that winds up the sheet member 50, and an electrode sheet 60 as shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B). There are clamping portions 430 and 440 that are in contact with each other and clamp the electrode sheet 60 together. Although not shown in FIGS. 8A and 8B, the electrode sheet manufacturing apparatus according to the fourth embodiment includes a coating unit 110, a heat treatment unit 120, and a stacking unit 140 illustrated in FIG. However, since it is the same as that of Embodiment 1, description is abbreviate | omitted.

ローラー410は、長尺状のシート部材50を送り出す側のローラーであり、ローラー420はローラー410から供給されたシート部材50を巻き取る側のローラーである。挟持部430は、図8(B)に示すように、ローラー410とローラー420との間に配置され、長尺状の電極シート60と一部接触し、電極シート60を移動させるベルト431と、ベルト431を回転によって移動させる複数のローラー432と、を有する。挟持部430は、電極シート60の一方の面側に配置され、図8(B)では電極シート60の下方に配置している。図8(A)、図8(B)において塗布部および熱処理部は図示していないが、ローラー410から挟持部430、440に至るまでに配置される。   The roller 410 is a roller on the side of feeding the long sheet member 50, and the roller 420 is a roller on the side of winding up the sheet member 50 supplied from the roller 410. As shown in FIG. 8 (B), the sandwiching portion 430 is disposed between the roller 410 and the roller 420, partially contacts the elongated electrode sheet 60, and moves the electrode sheet 60. A plurality of rollers 432 for moving the belt 431 by rotation. The sandwiching portion 430 is disposed on one surface side of the electrode sheet 60 and is disposed below the electrode sheet 60 in FIG. 8A and 8B, the application part and the heat treatment part are not shown, but they are arranged from the roller 410 to the sandwiching parts 430 and 440.

ベルト431は、無端状のベルトであり、挟持部440と共に電極シート60を挟持して下流へと搬送する。ローラー432は、ベルト431を回転させるための構成であり、図8(B)では14個設けているが、ベルト431を回転できればローラーの個数や配置は上記に限定されない。   The belt 431 is an endless belt, and sandwiches the electrode sheet 60 together with the sandwiching portion 440 and conveys it downstream. The rollers 432 are configured to rotate the belt 431, and 14 rollers are provided in FIG. 8B. However, the number and arrangement of the rollers are not limited to the above as long as the belt 431 can be rotated.

挟持部440は、図8(B)に示すように電極シート60について挟持部430とは反対側の面に配置される。挟持部440は、挟持部430のベルト431と共に電極シート60を移動させるベルト441と、ベルト441を回転によって移動させるローラー442と、ベルト441上に設けられ少なくとも冷却時において触媒インク20を含む電極シート60を挟持する押さえ部443と、を有する。   As shown in FIG. 8B, the sandwiching portion 440 is disposed on the surface opposite to the sandwiching portion 430 with respect to the electrode sheet 60. The clamping unit 440 includes a belt 441 that moves the electrode sheet 60 together with the belt 431 of the clamping unit 430, a roller 442 that moves the belt 441 by rotation, and an electrode sheet that is provided on the belt 441 and includes the catalyst ink 20 at least during cooling. And a pressing portion 443 for clamping 60.

ベルト441は、挟持部430におけるベルト431と同様であり、ローラー442は挟持部430のローラー432と同様であるため、説明を省略する。押さえ部443は、ベルト441上に設けられるフレーム状の形状である。押さえ部443は、図5(C)などにおける接触部136の形状と類似した形状に構成している。押さえ部443は、ベルト441において複数配置され、ベルト431、441の送り速度を調整することによって触媒層20よりも外方においてシート部材50と接触し、電極シート60を拘束する。   The belt 441 is the same as the belt 431 in the clamping unit 430, and the roller 442 is the same as the roller 432 of the clamping unit 430, and thus description thereof is omitted. The pressing portion 443 has a frame shape provided on the belt 441. The pressing portion 443 is configured in a shape similar to the shape of the contact portion 136 in FIG. A plurality of pressing portions 443 are arranged on the belt 441, and come into contact with the sheet member 50 outside the catalyst layer 20 by adjusting the feeding speeds of the belts 431 and 441 to restrain the electrode sheet 60.

上記のような構成を備えた装置において、ローラー410からシート部材50を送り出し、塗布部110によって触媒インク20を供給し、熱処理部120によって熱処理を行ない、大気雰囲気においてて冷却を行う。冷却の際には挟持部440の押さえ部443と挟持部430のベルト431とによって電極シート60を挟持しながら搬送を行う。このように構成することによって、実施形態2、3と同様に長尺状の電極シート60を構成する触媒層20の反りなどの変形を抑制することができる。なお、上記では押さえ部443を挟持部440にのみ設けたが、挟持部430にも同様に設けてもよいし、挟持部430、440の両方に設けてもよい。   In the apparatus having the above-described configuration, the sheet member 50 is sent out from the roller 410, the catalyst ink 20 is supplied by the coating unit 110, the heat treatment is performed by the heat treatment unit 120, and the cooling is performed in an air atmosphere. When cooling, the electrode sheet 60 is conveyed while being clamped by the pressing portion 443 of the clamping unit 440 and the belt 431 of the clamping unit 430. By comprising in this way, deformation | transformation, such as curvature of the catalyst layer 20 which comprises the elongate electrode sheet 60 similarly to Embodiment 2, 3, can be suppressed. In the above description, the pressing portion 443 is provided only in the holding portion 440. However, the holding portion 430 may be provided in the same manner, or may be provided in both the holding portions 430 and 440.

(実施形態5)
図9(A)〜図9(C)は、本発明の実施形態5においてシート部材に塗布した触媒インク(触媒層)を冷却する際に用いられる装置の要部を示す斜視図、側面図、平面図、図9(D)は実施形態5における挟持部を示す正面図である。実施形態2では長尺状の電極シート60の横断方向Yにおける両端部をレール部材220と保持部230とによって挟持する実施形態について説明した。しかし、上記だけでなく、以下のような構成を採用することも可能である。
(Embodiment 5)
9 (A) to 9 (C) are a perspective view, a side view, and a side view showing a main part of an apparatus used when cooling the catalyst ink (catalyst layer) applied to the sheet member in Embodiment 5 of the present invention. FIG. 9D is a front view showing the holding portion in the fifth embodiment. Embodiment 2 demonstrated embodiment which clamps the both ends in the cross direction Y of the elongate electrode sheet 60 with the rail member 220 and the holding | maintenance part 230. As shown in FIG. However, in addition to the above, the following configuration may be employed.

実施形態5に係る電極シートの製造装置は、図9(A)〜図9(D)に示すように、シート部材50を送り出すローラー510と、シート部材50を巻き取るローラー520と、ローラー510およびローラー520の間に設けられ、シート部材50をローラー510からローラー520へと搬送するベルト530と、ベルト530の内方に接触して設けられ、ベルト530を回転により移動させる複数のローラー540と、シート部材50の横断方向Yにおける各々の端部を挟持する挟持部550と、を有する。   As shown in FIGS. 9A to 9D, the electrode sheet manufacturing apparatus according to Embodiment 5 includes a roller 510 that feeds out the sheet member 50, a roller 520 that winds up the sheet member 50, a roller 510, and A belt 530 provided between the rollers 520 and conveying the sheet member 50 from the rollers 510 to the rollers 520, a plurality of rollers 540 provided in contact with the inside of the belt 530 and moving the belt 530 by rotation; And a sandwiching portion 550 that sandwiches each end portion of the sheet member 50 in the transverse direction Y.

なお、図9(A)〜図9(D)には図示していないが、実施形態2にかかる電極シートの製造装置は図3に示す塗布部110と、熱処理部120と、積層部140と、を有しているが、実施形態1と同様であるため、説明を省略する。また、ローラー510、520は実施形態4のローラー410、420と同様であり、ベルト530は実施形態4のベルト431と同様であり、ローラー540は実施形態4のローラー432と同様であるため、説明を省略する。   Although not shown in FIGS. 9A to 9D, the electrode sheet manufacturing apparatus according to the second embodiment includes the coating unit 110, the heat treatment unit 120, and the stacking unit 140 illustrated in FIG. However, since it is the same as that of Embodiment 1, description is abbreviate | omitted. The rollers 510 and 520 are the same as the rollers 410 and 420 of the fourth embodiment, the belt 530 is the same as the belt 431 of the fourth embodiment, and the roller 540 is the same as the roller 432 of the fourth embodiment. Is omitted.

挟持部550は、図9(D)に示すように、回転可能に構成され、シート部材50と接触しながらシート部材50をローラー520へと移動させる回転部551、552と、回転部551、552を回転可能に支持する支持部553と、を有する。   As shown in FIG. 9D, the sandwiching unit 550 is configured to be rotatable, and the rotating units 551 and 552 that move the sheet member 50 to the roller 520 while being in contact with the sheet member 50, and the rotating units 551 and 552. And a support portion 553 that rotatably supports the.

挟持部550は、ベルト530の側方に対になって配置される。支持部553は、回転部551、552を回転させる軸を備えた構成である。支持部553において回転部551、552を回転させるモーターなどの構成は内蔵して構成しているが、別途支持部5553の近傍に備え付けてもよい。   The sandwiching portions 550 are arranged in pairs on the sides of the belt 530. The support portion 553 is configured to include a shaft that rotates the rotating portions 551 and 552. Although the structure of the motor etc. which rotate the rotation parts 551 and 552 in the support part 553 is comprised, it may comprise separately in the vicinity of the support part 5553.

回転部551、552は、断面が円形状のローラー形状の部材である。回転部551はベルト530の上部に配置されるシート部材50と接触し、回転部552はベルト530と接触する。回転部551、552は、図9(C)に示す平面視においてシート部材50の搬送方向Xと直交でも平行でもなく、斜めに配置されている。回転部551、552は、図9(C)に示すように、搬送方向Xにおける下流に向かうほど、外方に配置するように構成している。   The rotating parts 551 and 552 are roller-shaped members having a circular cross section. The rotating portion 551 contacts the sheet member 50 disposed on the upper portion of the belt 530, and the rotating portion 552 contacts the belt 530. The rotating portions 551 and 552 are arranged obliquely, not perpendicularly or parallel to the conveying direction X of the sheet member 50 in the plan view shown in FIG. 9C. The rotating parts 551 and 552 are configured to be arranged outward as they go downstream in the transport direction X, as shown in FIG.

このように構成されることによって、電極シート60がローラー510からローラー520へ搬送されると、挟持部550の回転部551、552は電極シート60およびベルト530の移動に伴って回転する。回転部551、552は、搬送方向Xに対して傾斜して配置しているため、シート部材50を搬送方向Xに搬送するだけでなく、電極シート60を横断方向Yにおける外方に引っ張る張力を生じさせる。そのため、上記実施形態と同様に搬送中に電極シート60が熱処理や冷却などされても、触媒層20が収縮することを抑制して反りなどの変形を抑制することができる。   With this configuration, when the electrode sheet 60 is conveyed from the roller 510 to the roller 520, the rotating units 551 and 552 of the clamping unit 550 rotate with the movement of the electrode sheet 60 and the belt 530. Since the rotating parts 551 and 552 are arranged to be inclined with respect to the transport direction X, not only the sheet member 50 is transported in the transport direction X, but also the tension that pulls the electrode sheet 60 outward in the transverse direction Y. Cause it to occur. Therefore, even if the electrode sheet 60 is subjected to heat treatment or cooling during conveyance as in the above embodiment, the catalyst layer 20 can be prevented from contracting and deformation such as warpage can be suppressed.

(実施形態6)
図10(A)、図10(B)は、本発明の実施形態6においてシート部材に塗布した触媒インク(触媒層)を冷却する際に用いられる装置の要部を示す斜視図、平面図、図10(C)は実施形態6における挟持部を示す正面図である。実施形態5では挟持部550を構成する回転部551、552をシート部材50の搬送方向Xに対して斜めに配置する実施形態について説明した。しかし、以下のような構成を採用することも可能である。
(Embodiment 6)
FIGS. 10A and 10B are a perspective view, a plan view, and a plan view showing an essential part of an apparatus used for cooling the catalyst ink (catalyst layer) applied to the sheet member in Embodiment 6 of the present invention. FIG. 10C is a front view showing the clamping portion in the sixth embodiment. In the fifth embodiment, the embodiment has been described in which the rotating units 551 and 552 constituting the clamping unit 550 are arranged obliquely with respect to the conveyance direction X of the sheet member 50. However, it is possible to adopt the following configuration.

本実施形態にかかる電極シートの製造装置について図10(A)〜図10(C)を参照して概説すれば、シート部材50を送り出すローラー610と、シート部材50を巻き取るローラー620と、ローラー610およびローラー620の間に設けられ、シート部材50をローラー610からローラー620へと搬送するベルト(不図示)と、ベルトの内方に接触して設けられ、ベルトを回転により回転移動させるローラー(不図示)と、シート部材50の搬送方向Xと交差する横断方向Yにおける端部を挟持する複数の挟持部630と、シート部材50の搬送に合わせて複数の挟持部630を移動させる移動部640、650と、を有する。   The electrode sheet manufacturing apparatus according to the present embodiment will be outlined with reference to FIGS. 10A to 10C. A roller 610 that feeds out the sheet member 50, a roller 620 that winds up the sheet member 50, and a roller 610 and a roller 620, a belt (not shown) that conveys the sheet member 50 from the roller 610 to the roller 620, and a roller that is in contact with the inside of the belt and rotates the belt by rotation ( (Not shown), a plurality of clamping units 630 that clamp end portions in the transverse direction Y intersecting the conveyance direction X of the sheet member 50, and a moving unit 640 that moves the plurality of clamping units 630 in accordance with the conveyance of the sheet member 50. , 650.

なお、図10(A)〜図10(C)には図示していないが、実施形態6にかかる電極シートの製造装置は図3に示す塗布部110と、熱処理部120と、積層部140と、を有しているが、実施形態1と同様であるため、説明を省略する。また、ローラー610、620は実施形態5のローラー510、520と同様であり、ローラー610とローラー620の間に配置される不図示のベルトと当該ベルトを動作させる不図示のローラーは実施形態5のベルト530およびローラー540と同様であるため、説明を省略する。   Although not illustrated in FIGS. 10A to 10C, the electrode sheet manufacturing apparatus according to the sixth embodiment includes an application unit 110, a heat treatment unit 120, and a stacking unit 140 illustrated in FIG. 3. However, since it is the same as that of Embodiment 1, description is abbreviate | omitted. The rollers 610 and 620 are the same as the rollers 510 and 520 of the fifth embodiment, and a belt (not shown) disposed between the roller 610 and the roller 620 and a roller (not shown) for operating the belt are the same as those of the fifth embodiment. Since it is the same as that of the belt 530 and the roller 540, the description is omitted.

挟持部630は、図10(C)に示すように移動部640または移動部650に取り付けられる取り付け部631と、シート部材50の片側と接触する固定部632と、シート部材50において固定部632とは逆側の面に接触し、固定部632に対して接近離間移動可能である可動部633と、を有する。   As shown in FIG. 10C, the sandwiching portion 630 includes a moving portion 640 or an attaching portion 631 attached to the moving portion 650, a fixing portion 632 that contacts one side of the sheet member 50, and a fixing portion 632 in the sheet member 50. Has a movable portion 633 that contacts the opposite surface and is movable toward and away from the fixed portion 632.

取り付け部631は、例えばUの字形状に形成され、移動部640、650に取り付けられて挟持部630を移動可能に構成している。しかし、移動部640、650に取り付けることができれば、取り付け部位の形状はUの字に限定されない。固定部632は、L字状に形成されて水平部分がシート部材50との接触部分を構成し、垂直部分が可動部633の取り付け部分を構成している。可動部633は固定部632の垂直部分に取り付けられ、固定部632に対して接近離間可能に構成されている。   The attachment part 631 is formed in a U-shape, for example, and is attached to the moving parts 640 and 650 so that the holding part 630 can be moved. However, as long as it can be attached to the moving parts 640 and 650, the shape of the attachment part is not limited to the U-shape. The fixed portion 632 is formed in an L shape, the horizontal portion forms a contact portion with the sheet member 50, and the vertical portion forms a mounting portion of the movable portion 633. The movable portion 633 is attached to a vertical portion of the fixed portion 632 and is configured to be able to approach and separate from the fixed portion 632.

移動部640は、図10(B)において平面視した際に閉じた形状に形成されたベルト641と、ベルト641を回転させるローラー642,643と、を有する。ベルト641は無端状に構成され、上部に挟持部630が取り付けられる。ローラー642、643は無端状のベルト641を回転させるための構成であり、ローラー642が搬送方向Xの上流側(図10(B)の下方)に配置され、ローラー643が搬送方向Xにおける下流側(図10(B)の上方)に配置される。図10(B)に示すように上流側に配置したローラー642は下流側に配置したローラー643よりも横断方向Yにおいて電極シート60に接近して配置している。   The moving unit 640 includes a belt 641 formed in a closed shape when viewed in plan in FIG. 10B, and rollers 642 and 643 that rotate the belt 641. The belt 641 is configured in an endless shape, and a holding portion 630 is attached to the upper portion. The rollers 642 and 643 are configured to rotate the endless belt 641, the roller 642 is arranged on the upstream side in the transport direction X (below in FIG. 10B), and the roller 643 is downstream in the transport direction X (Above FIG. 10B). As shown in FIG. 10B, the roller 642 disposed on the upstream side is disposed closer to the electrode sheet 60 in the transverse direction Y than the roller 643 disposed on the downstream side.

移動部650は、ベルト651と、ローラー652、653と、を有する。ベルト651は図10(B)に示すようにベルト641と対称に配置しており、その他の点はベルト641と同様であるため説明を省略する。ローラー652、653はローラー642、643と同様であるため説明を省略する。   The moving unit 650 includes a belt 651 and rollers 652 and 653. The belt 651 is disposed symmetrically with the belt 641 as shown in FIG. 10B, and the other points are the same as the belt 641, and thus description thereof is omitted. Since the rollers 652 and 653 are the same as the rollers 642 and 643, description thereof is omitted.

このように構成することによって、複数の挟持部630がシート部材50を挟持すると、移動部640、650がシート部材50から横断方向Yに離間する。挟持部630に挟持されたシート部材50は下流に搬送されると、挟持部630が横断方向Yにおいてシート部材50から離間することによって、電極シート60はより横断方向Yに引っ張られる。そのため、電極シート60は挟持部630によって横断方向Yに張力がかけられることになる。よって、上記実施形態と同様に冷却の際に電極シート60の触媒層20に反りなどが生じることを抑制することができる。   With this configuration, when the plurality of sandwiching portions 630 sandwich the sheet member 50, the moving portions 640 and 650 are separated from the sheet member 50 in the transverse direction Y. When the sheet member 50 sandwiched by the sandwiching unit 630 is conveyed downstream, the sandwiching unit 630 is separated from the sheet member 50 in the transverse direction Y, whereby the electrode sheet 60 is further pulled in the transverse direction Y. Therefore, the electrode sheet 60 is tensioned in the transverse direction Y by the sandwiching portion 630. Therefore, it can suppress that the catalyst layer 20 of the electrode sheet 60 generate | occur | produces the curvature etc. in the case of cooling similarly to the said embodiment.

(実施形態7)
図11(A)〜図11(C)は本発明の実施形態7においてシート部材に塗布した触媒インク(触媒層)を冷却する際に用いられる装置の要部を示す斜視図、平面図、側面図である。実施形態1〜6では電極シート40または電極シート60の面に交差する方向から電極シート40または電極シート60を挟持する実施形態について説明したが、以下のような構成を採用することも可能である。
(Embodiment 7)
11 (A) to 11 (C) are a perspective view, a plan view, and a side view showing an essential part of an apparatus used for cooling the catalyst ink (catalyst layer) applied to the sheet member in Embodiment 7 of the present invention. FIG. Although Embodiment 1-6 demonstrated embodiment which clamps the electrode sheet 40 or the electrode sheet 60 from the direction which cross | intersects the surface of the electrode sheet 40 or the electrode sheet 60, the following structures are also employable. .

実施形態7にかかる電極シートの製造装置は、図11(A)〜図11(C)に示すように、シート部材50を送り出すローラー710と、シート部材50を巻き取るローラー720と、ローラー710とローラー720の間に配置され、長尺状のシート部材50と一部接触し、シート部材50を搬送方向Xに移動させるベルト730と、ベルト730を動作させるローラー740と、シート部材50がベルト730上を通過している間に電極シート60をベルト730に吸引させる吸引機構750と、を有する。   As shown in FIGS. 11A to 11C, the electrode sheet manufacturing apparatus according to the seventh embodiment includes a roller 710 that sends out the sheet member 50, a roller 720 that winds up the sheet member 50, and a roller 710. A belt 730 disposed between the rollers 720 and partially contacting the elongated sheet member 50 to move the sheet member 50 in the conveying direction X, a roller 740 for operating the belt 730, and the sheet member 50 being the belt 730. A suction mechanism 750 that sucks the electrode sheet 60 onto the belt 730 while passing through the top.

なお、図11(A)〜図11(C)には図示していないが、実施形態7にかかる電極シートの製造装置は図3に示す塗布部110と、熱処理部120と、積層部140と、を有しているが、実施形態1と同様であるため、説明を省略する。また、ローラー710、720は実施形態5のローラー510、520と同様であり、ローラー740は実施形態5のローラー540と同様であるため、説明を省略する。   Although not shown in FIGS. 11A to 11C, the electrode sheet manufacturing apparatus according to the seventh embodiment includes an application unit 110, a heat treatment unit 120, and a stacking unit 140 illustrated in FIG. 3. However, since it is the same as that of Embodiment 1, description is abbreviate | omitted. Moreover, since the rollers 710 and 720 are the same as the rollers 510 and 520 of the fifth embodiment, and the roller 740 is the same as the roller 540 of the fifth embodiment, description thereof is omitted.

ベルト730は、図11(A)、図11(B)に示すように、吸引機構750を作動させることによってベルト730に電極シート60を吸引できるように表面に無数の小孔を設けている。小孔は図11(A)、図11(B)において破線にて示し、円形状に構成し、横断方向および搬送方向に規則正しく並んで設けている。しかし、電極シート60を吸引できれば、小孔の形状や配置は上記に限定されない。   As shown in FIGS. 11A and 11B, the belt 730 has numerous small holes on its surface so that the electrode sheet 60 can be sucked into the belt 730 by operating the suction mechanism 750. The small holes are indicated by broken lines in FIGS. 11A and 11B, are configured in a circular shape, and are regularly arranged in the transverse direction and the conveying direction. However, the shape and arrangement of the small holes are not limited to the above as long as the electrode sheet 60 can be sucked.

吸引機構750は、ベルト730にシート部材50を吸着させるための吸引力を発生させる。吸引機構750は、図11(A)などに示すように吸引力を生じさせるための空間を外部と隔離して形成する筐体を有する。   The suction mechanism 750 generates a suction force for attracting the sheet member 50 to the belt 730. The suction mechanism 750 includes a housing that forms a space for generating a suction force so as to be isolated from the outside, as shown in FIG.

筐体は、複数のベルト730における小孔と通じる開口部を備えるように構成している。筐体は不図示の吸引機と接続されることによって筐体の内部を負圧にし、電極シート60が通過するベルト730の表面に吸引力を生じさせる。なお、吸引機構においても電極シート60をベルト730に吸着させることができれば、吸引機構の態様は上記に限定されない。   The housing is configured to include openings that communicate with the small holes in the plurality of belts 730. The casing is connected to a suction machine (not shown) to create a negative pressure inside the casing and generate a suction force on the surface of the belt 730 through which the electrode sheet 60 passes. In the suction mechanism, the mode of the suction mechanism is not limited to the above as long as the electrode sheet 60 can be adsorbed to the belt 730.

このように、搬送中の電極シート60に吸引力を作用させることによって、実施形態1〜6において電極シート40または電極シート60を挟持した場合と同様に触媒層20に反りなどの変形が生じることを抑制することができる。   In this way, by applying a suction force to the electrode sheet 60 being conveyed, the catalyst layer 20 is deformed, such as warping, as in the case where the electrode sheet 40 or the electrode sheet 60 is sandwiched in the first to sixth embodiments. Can be suppressed.

(実施例)
次に触媒層の反りなどの変形の抑制について実験にて確認を行なったので、以下に説明する。本実施例では、電極の触媒に空孔容積が2.16cc/g:空孔のモード半径(窒素吸着法(DH法))により得られる微分細孔分布曲線においてピーク値(最大頻度)をとる点の空孔半径が2.13nm;およびBET比表面積が1596m/gであるカーボン担体を使用した。担体の作製は特開2009−35598号公報などに記載の方法による。
(Example)
Next, since it confirmed by experiment about suppression of deformation | transformation, such as curvature of a catalyst layer, it demonstrates below. In this example, the pore volume of the electrode catalyst is 2.16 cc / g: the peak value (maximum frequency) is obtained in the differential pore distribution curve obtained by the pore mode radius (nitrogen adsorption method (DH method)). A carbon support with a point void radius of 2.13 nm; and a BET specific surface area of 1596 m 2 / g was used. The carrier is produced by the method described in JP-A-2009-35598.

また、上記担体を用いて、これに触媒金属として平均粒半径1.15nmの白金(Pt)を担持率が50重量%となるように担持させて触媒粉末を得た。すなわち、白金濃度4.6質量%のジニトロジアンミン白金硝酸溶液を1000g(白金含有量46g)に担体を46gを浸漬させ攪拌後、還元剤として100%エタノールを100ml添加した。そして、ろ過、乾燥することにより担持率が50重量%の触媒粉末を得た。その後、水素雰囲気下において温度900℃に1時間保持し、触媒粉末を得た。   Further, using the above support, platinum (Pt) having an average particle radius of 1.15 nm as a catalyst metal was supported on the support so as to have a support rate of 50% by weight to obtain a catalyst powder. That is, 46 g of the carrier was immersed in 1000 g (platinum content: 46 g) of a dinitrodiammine platinum nitric acid solution having a platinum concentration of 4.6% by mass and stirred, and then 100 ml of 100% ethanol was added as a reducing agent. And it filtered and dried and obtained the catalyst powder whose loading rate is 50 weight%. Then, it hold | maintained at the temperature of 900 degreeC in hydrogen atmosphere for 1 hour, and obtained the catalyst powder.

イオン交換水と混合した上記で作製した触媒粉末と高分子電解質としてのアイオノマー分散液(Nafion(登録商標)D2020、EW1100g/mol、Dupont社製)とを、カーボン担体とアイオノマーとの重量比(I/C)が1.3となるように混合した。さらに溶媒としてn−プロピルアルコール溶液をイオン交換水と前記n−プロピルアルコール溶液の重量比の割合が(前記イオン交換水)/(前記n−プロピルアルコール溶液)=9/1となり、固形分率(Pt+カーボン担体+アイオノマー)が11重量%となるよう添加して、カソード触媒インクを調製した。ここで、EW(Equivalent Weight)とは、プロトン伝導性を有する交換基の当量重量を表している。当量重量は、イオン交換基1当量あたりのイオン交換基の乾燥重量であり、「g/eq」の単位で表される。   The catalyst powder prepared above mixed with ion-exchanged water and the ionomer dispersion (Nafion (registered trademark) D2020, EW1100 g / mol, manufactured by Dupont) as a polymer electrolyte were mixed with a weight ratio (I / C) was mixed to 1.3. Furthermore, the ratio of the weight ratio of the n-propyl alcohol solution as the solvent to the ion-exchanged water and the n-propyl alcohol solution was (the ion-exchanged water) / (the n-propyl alcohol solution) = 9/1, and the solid content ( A cathode catalyst ink was prepared by adding 11% by weight of Pt + carbon carrier + ionomer). Here, EW (Equivalent Weight) represents the equivalent weight of the exchange group having proton conductivity. The equivalent weight is the dry weight of ion exchange groups per equivalent of ion exchange groups, and is expressed in units of “g / eq”.

上記の仕様にて調製した触媒インクは、アプリケータを使用してPTFEを含む厚さ100μmの転写シートに塗布した。触媒層の大きさは□50mm×50mmである。目標塗布重量は0.35mg−Pt/cmである。 The catalyst ink prepared according to the above specifications was applied to a transfer sheet having a thickness of 100 μm containing PTFE using an applicator. The size of the catalyst layer is □ 50 mm × 50 mm. The target application weight is 0.35 mg-Pt / cm 2 .

上記にて作製した触媒インクおよび転写シートを熱処理前からSUSで出来た板状部材にて挟持することによって荷重を付加し、拘束した。その後、オーブン内で180℃30分間熱処理を行い、室温まで冷却したタイミングで上記拘束を解除した。   A load was applied and restrained by sandwiching the catalyst ink and transfer sheet prepared above with a plate-like member made of SUS before heat treatment. Thereafter, heat treatment was performed in an oven at 180 ° C. for 30 minutes, and the above restraint was released at the timing when the temperature was cooled to room temperature.

触媒層は大気雰囲気で室温保管し、吸湿など平衡状態に達したと思われる時間(1日間程度)経過させた後に触媒層のたわみを測定した。たわみの測定は、触媒層を平らな台上に設置して、触媒層の付いた転写シートの設置面からの高さをスケールにて測定した。   The catalyst layer was stored at room temperature in an air atmosphere, and the deflection of the catalyst layer was measured after a period of time (about one day) that seems to have reached an equilibrium state such as moisture absorption. The deflection was measured by placing the catalyst layer on a flat table and measuring the height from the installation surface of the transfer sheet with the catalyst layer on a scale.

図12は、本発明の実施例または比較例にかかる方法にて触媒層を冷却した後の形状および変形量等について示す表である。本実施例では図12の(2)に示すように矩形状の触媒層の対向する2辺を拘束するか、または図12(3)に示すように矩形状の触媒層の4辺を拘束した。一方、比較例は図12の(1)に示すように拘束を全く行なっていない状態とした。   FIG. 12 is a table showing the shape, deformation, and the like after the catalyst layer is cooled by the method according to the example of the present invention or the comparative example. In this embodiment, two opposing sides of the rectangular catalyst layer are constrained as shown in FIG. 12 (2), or four sides of the rectangular catalyst layer are constrained as shown in FIG. 12 (3). . On the other hand, as shown in FIG. 12 (1), the comparative example was not restrained at all.

本実験では上記のように180℃30分間の熱処理を行い、大気雰囲気にて保管後の触媒層のたわみ量を測定すると共に、変形前の矩形状の触媒層の辺および角が目視にて認識できるかを確認した。触媒層の辺の認識については冷却前の元の辺の直線性が維持できていて、かつ、触媒層の角については隣り合う2辺から元の角の場所が推定できる場合には○とし、それ以外の場合は×と判断した。   In this experiment, heat treatment was performed at 180 ° C. for 30 minutes as described above, the amount of deflection of the catalyst layer after storage in the air atmosphere was measured, and the sides and corners of the rectangular catalyst layer before deformation were visually recognized. I confirmed that it was possible. Regarding the recognition of the side of the catalyst layer, the linearity of the original side before cooling can be maintained, and the corner of the catalyst layer is set to ○ when the location of the original corner can be estimated from two adjacent sides, In other cases, it was judged as x.

図12に示すように、比較例にあたる(1)では(2)および(3)に比べて平面視した際の形状が大幅に変形していることが確認できた。つまり、(1)では触媒層が極めて大きく変形し、触媒層の元の辺や角を認識することは難しいことが確認できた。   As shown in FIG. 12, in the comparative example (1), it was confirmed that the shape in plan view was significantly deformed compared to (2) and (3). That is, in (1), it was confirmed that the catalyst layer was extremely deformed and it was difficult to recognize the original sides and corners of the catalyst layer.

これに対し、実施例にあたる(2)や(3)では(1)に比べて触媒層を平面視した形状がほとんど変形していないことが確認でき、たわみ量も(1)と比べると20%にも達しておらず、元の辺や角の位置を認識できることが確認できた。このように、本実施形態にかかる方法を用いれば、冷却後の触媒層の変形を効果的に抑制できることが確認できた。   On the other hand, in the examples (2) and (3) corresponding to the examples, it can be confirmed that the shape of the catalyst layer in plan view is hardly deformed compared to (1), and the deflection amount is 20% compared to (1). It was confirmed that the original sides and corner positions could be recognized. Thus, it was confirmed that the deformation of the catalyst layer after cooling can be effectively suppressed by using the method according to the present embodiment.

なお、本実施形態は上述した実施形態にのみ限定されず、特許請求の範囲において種々の変更が可能である。上記実施形態では触媒インクをPTFEなどの転写シートに塗布する実施形態について説明したが、これに限定されない。上記以外にも電解質膜に直接塗布してもよいし、MEAを構成するガス拡散層(GDLとも呼ばれる)に塗布してもよい。
また、上記では冷却の際に電極シートの触媒層よりも外方の部分を拘束する実施形態について説明した。しかし、これに限定されず、冷却よりも前の工程である熱処理の際から冷却工程まで電極シート40を拘束するようにしてもよい。また、実施形態1では枚葉状の電極シート40において向かい合う2辺または4辺の外周を拘束する実施形態について説明した。しかし、これに限定されず、触媒層よりも外方を拘束すれば、上記以外にも電極シート40の4隅を拘束するように構成してもよい。
In addition, this embodiment is not limited only to embodiment mentioned above, A various change is possible in a claim. In the above embodiment, the embodiment in which the catalyst ink is applied to a transfer sheet such as PTFE has been described. However, the present invention is not limited to this. In addition to the above, it may be applied directly to the electrolyte membrane, or may be applied to a gas diffusion layer (also referred to as GDL) constituting the MEA.
In the above description, the embodiment in which the outer portion of the electrode sheet than the catalyst layer is constrained during cooling has been described. However, it is not limited to this, You may make it restrain the electrode sheet 40 from the time of the heat processing which is a process before cooling to a cooling process. In the first embodiment, the embodiment in which the outer peripheries of two sides or four sides facing each other in the sheet-like electrode sheet 40 is constrained has been described. However, the present invention is not limited to this, and it may be configured to constrain the four corners of the electrode sheet 40 in addition to the above, as long as the outside of the catalyst layer is constrained.

10 燃料電池セル、
11 MEA、
11a 電解質膜、
11b アノード、
11c カソード、
110 塗布部、
120 熱処理部、
130 拘束部、
131 テーブル、
132 載置部、
133、136 接触部、
134 可動部、
135 支持部、
140 積層部、
20 触媒インク(触媒層)、
30、50 シート部材、
40、60 電極シート、
13、14 セパレータ。
10 Fuel cell,
11 MEA,
11a electrolyte membrane,
11b anode,
11c cathode,
110 application part,
120 heat treatment section,
130 restraint section,
131 tables,
132 mounting section,
133, 136 contact part,
134 movable parts,
135 support,
140 Laminating part,
20 catalyst ink (catalyst layer),
30, 50 sheet member,
40, 60 electrode sheet,
13, 14 Separator.

Claims (18)

膜電極接合体に用いられ、電解質を含む触媒層を、シート部材に形成した電極シートの製造方法であって、
前記触媒層をシート部材に塗布して前記電極シートを形成し、
前記電極シートに加熱を行い、その後大気雰囲気中で冷却を行い、
前記電極シートは、少なくとも前記冷却の際に前記シート部材を拘束した状態で冷却される電極シートの製造方法。
A method for producing an electrode sheet, which is used in a membrane electrode assembly and has a catalyst layer containing an electrolyte formed on a sheet member,
Applying the catalyst layer to a sheet member to form the electrode sheet;
Heating the electrode sheet, then cooling in an air atmosphere,
The said electrode sheet is a manufacturing method of the electrode sheet cooled in the state which restrained the said sheet member at least in the case of the said cooling.
前記電極シートは、前記冷却の際に前記電極シートの厚さ方向に拘束される請求項1に記載の電極シートの製造方法。   The said electrode sheet is a manufacturing method of the electrode sheet of Claim 1 restrained in the thickness direction of the said electrode sheet in the case of the said cooling. 前記拘束は、前記電極シートの厚さ方向に荷重を付加することによって行われる請求項1または2に記載の電極シートの製造方法。   The electrode sheet manufacturing method according to claim 1, wherein the restraint is performed by applying a load in a thickness direction of the electrode sheet. 前記電極シートは、前記拘束の際に前記触媒層よりも前記電極シートの面方向における外方に離れた位置を拘束される請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極シートの製造方法。   The method for producing an electrode sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode sheet is constrained at a position separated outward in the surface direction of the electrode sheet from the catalyst layer during the restraint. . 前記拘束は、前記電極シートを挟持することによって行われる請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極シートの製造方法。   The said restraint is a manufacturing method of the electrode sheet of any one of Claims 1-4 performed by clamping the said electrode sheet. 前記電極シートは複数の辺を備えた多角形状を有し、
前記拘束は、前記複数の辺における向かい合う2以上の辺を挟持することによって行なわれる請求項6に記載の電極シートの製造方法。
The electrode sheet has a polygonal shape with a plurality of sides,
The method of manufacturing an electrode sheet according to claim 6, wherein the restraint is performed by sandwiching two or more sides facing each other in the plurality of sides.
前記電極シートは枚葉状に形成され、複数の辺を備えた多角形状を有し、
前記拘束は、前記電極シートの面方向に離れた位置を板状部材で挟持して行われる請求項5に記載の電極シートの製造方法。
The electrode sheet is formed in a sheet shape and has a polygonal shape with a plurality of sides,
The electrode sheet manufacturing method according to claim 5, wherein the restraint is performed by sandwiching a position separated in a surface direction of the electrode sheet by a plate-like member.
前記電極シートは、長尺状に形成されて搬送され、前記電極シートの搬送方向と交差する横断方向における両端部を拘束されながら搬送される請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極シートの製造方法。   The electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode sheet is formed and transported while being transported and restrained at both ends in a transverse direction intersecting the transport direction of the electrode sheet. Sheet manufacturing method. 前記電極シートは、前記搬送方向に延びて設けられるレール部材に前記電極シートの前記両端部を巻き付け、前記レール部材と回転可能なローラーとによって挟持されながら搬送される請求項8に記載の電極シートの製造方法。   The electrode sheet according to claim 8, wherein the electrode sheet is conveyed while being wound between the rail member and a rotatable roller, with the both ends of the electrode sheet wound around a rail member provided extending in the conveying direction. Manufacturing method. 前記電極シートは、前記電極シートにおける前記両端部を回転可能なローラーおよびベルト状部材によって挟持されながら搬送される請求項8に記載の電極シートの製造方法。   The said electrode sheet is a manufacturing method of the electrode sheet of Claim 8 conveyed while being pinched | interposed by the roller and belt-shaped member which can rotate the said both ends in the said electrode sheet. 前記電極シートは挟持され、前記横断方向に張力をかけられながら搬送される請求項8に記載の電極シートの製造方法。   The method for producing an electrode sheet according to claim 8, wherein the electrode sheet is sandwiched and conveyed while being tensioned in the transverse direction. 前記拘束は、前記電極シートを枠状に形成されたフレーム部材を用いて挟持することによって行われる請求項5に記載の電極シートの製造方法。   The said restraint is a manufacturing method of the electrode sheet of Claim 5 performed by pinching the said electrode sheet using the frame member formed in frame shape. 前記電極シートは枚葉状に形成され、複数の辺を備えた多角形状を有し、
前記拘束は、前記フレーム部材を用いて前記電極シートの前記複数の辺を挟持することによって行われる請求項12に記載の電極シートの製造方法。
The electrode sheet is formed in a sheet shape and has a polygonal shape with a plurality of sides,
The electrode sheet manufacturing method according to claim 12, wherein the restraint is performed by sandwiching the plurality of sides of the electrode sheet using the frame member.
前記電極シートは、長尺状に形成されて搬送され、前記フレーム部材を用いて前記電極シートの外周を挟持されながら搬送される請求項12に記載の電極シートの製造方法。   The electrode sheet manufacturing method according to claim 12, wherein the electrode sheet is formed in a long shape and conveyed, and conveyed while sandwiching an outer periphery of the electrode sheet using the frame member. 前記拘束は、前記電極シートを吸引することによって行われる請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極シートの製造方法。   The said restraint is a manufacturing method of the electrode sheet of any one of Claims 1-4 performed by attracting | sucking the said electrode sheet. 前記電極シートに対する加熱は、前記電解質のガラス転移温度以上かつ前記電解質の分解温度以下で行われる請求項1〜15のいずれか1項に記載の電極シートの製造方法。   The method for manufacturing an electrode sheet according to any one of claims 1 to 15, wherein the heating of the electrode sheet is performed at a temperature not lower than a glass transition temperature of the electrolyte and not higher than a decomposition temperature of the electrolyte. 前記冷却の後において前記電極シートの前記拘束を解除し、
前記解除は、前記触媒層に用いられる電解質のガラス転移温度以下で行われる請求項1〜16のいずれか1項に記載の電極シートの製造方法。
Release the restraint of the electrode sheet after the cooling,
The said cancellation | release is a manufacturing method of the electrode sheet of any one of Claims 1-16 performed below below the glass transition temperature of the electrolyte used for the said catalyst layer.
前記シート部材は、前記電解質膜、前記膜電極接合体に含まれ前記触媒層に流れる流体を拡散させるガス拡散層、または前記触媒層を前記電解質膜に転写する際に用いられる転写シートである請求項1〜17のいずれか1項に記載の電極シートの製造方法。   The sheet member is a transfer sheet used when transferring the electrolyte layer, a gas diffusion layer contained in the membrane electrode assembly and diffusing a fluid flowing in the catalyst layer, or the catalyst layer to the electrolyte membrane. Item 18. The method for producing an electrode sheet according to any one of Items 1 to 17.
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