JP2019530169A

JP2019530169A - 燃料電池用膜電極接合体の製造方法

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Publication number: JP2019530169A
Application number: JP2019515603A
Authority: JP
Inventors: ジンホワイ; ジュンヨンキム
Original assignee: コーロンインダストリーズインク
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2037-09-29
Also published as: JP6895512B2; CN109792067A; KR102160536B1; EP3522277A1; US11108069B2; KR20180036625A; EP3522277A4; US20190245230A1; CN109792067B; EP3522277B1

Abstract

本発明は、転写工程で電極の全体面積に均一な圧力を加えて製品の均一性を確保する燃料電池用膜電極接合体の製造方法に関する。本発明による燃料電池用膜電極接合体の製造方法は、電極スラリーを支持体にコーティングして電極層を形成する電極形成ステップと、電極層を電解質膜の両面に各々整列して熱と圧力を加えて転写させる転写ステップと、支持体を除去するステップとを含み、転写ステップで伸縮性素材の気体圧加圧板に気体圧を加えて電極層を電解質膜に転写させる。本発明によれば、転写工程で電極の全体面積に均一な圧力を加えて製品の均一性を確保することによって、品質を向上させて燃料電池の性能を高める効果がある。

Description

本発明は、燃料電池用膜電極接合体の製造方法に関し、詳細には転写工程で電極の全体面積に均一な圧力を加えて製品の均一性を確保する燃料電池用膜電極接合体の製造方法に関する。

一般に、燃料電池は、燃料の酸化によって生じる化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる電池のことを言い、基本的には、普通の化学電池と似ているが、閉められた系の内部で電池反応をする化学電池とは異なり、反応物が外部から連続的に供給され、反応生成物が連続的に系の外部に除去されながら電池反応をするようになる。

このような燃料電池は、高温（５００〜７００℃）で作動する溶融炭酸塩電解質型燃料電池、２００℃程度で作動するリン酸電解質型燃料電池、１００℃ないし常温で作動するアルカリ電解質型燃料電池と高分子電解質型燃料電池などがあり、そのうち、高分子電解質型燃料電池は、また水素ガスを燃料として使用する水素イオン交換膜燃料電池（ＰｒｏｔｏｎＥｘｃｈａｎｇｅＭｅｍｂｒａｎｅＦｕｅｌＣｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）、液状のメタノールを燃料として使用する直接メタノール燃料電池（ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈａｎｏｌＦｕｅｌＣｅｌｌ：ＤＭＦＣ）などに区分される。

特に、前記高分子電解質型燃料電池は、石油エネルギーを代えることができる清浄エネルギー源として注目されており、なによりも出力密度とエネルギー転換効率が高いうえに常温でも作動が可能なために、電気自動車、家庭用発電システム、レジャー用電気器具などの分野に幅広く使用可能である。

このような燃料電池の構成を添付した図１を参照して述べると、最も内側に膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ-ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）が位置し、この膜電極接合体は、水素陽イオン（Ｐｒｏｔｏｎ）を移動させうる高分子電解質膜１０と、この電解質膜の両面に水素と酸素が反応できるように塗布された電極層、すなわちカソード１２（空気極（ｃａｔｈｏｄｅ））及びアノード１４（燃料極（ａｎｏｄｅ））から構成されている。

また、前記電極膜の外側の部分、すなわちカソード１２及びアノード１４が位置した外側の部分には、ガス拡散層（ＧＤＬ：ＧａｓＤｉｆｆｕｓｉｏｎＬａｙｅｒ）１６及びガスケット（Ｇａｓｋｅｔ）１８が順に積層され、前記ガス拡散層１６の外側の方向には燃料を供給し、反応により発生した水を排出するように流路（ＦｌｏｗＦｉｅｌｄ）が形成された分離板２０が位置し、最外側には、上述の各構成を支持固定させるためのエンドプレート（Ｅｎｄｐｌａｔｅ）３０が結合される。

したがって、前記燃料電池スタックのアノード１４では、水素の酸化反応が行われて、水素イオン（Ｐｒｏｔｏｎ）と電子（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）が発生するようになり、このときに生成された水素イオンと電子は、各々電解質膜１０と分離板２０を介してカソード１２へ移動するようになって、前記カソード１２では、アノード１４から移動した水素イオンと電子、空気中の酸素が参加する電気化学反応を介して水を生成し、このような電子の流れから最終生成された電気エネルギーは、前記エンドプレート３０の集電板（図示せず）を通じて電気エネルギーを必要とする負荷に供給される。

膜電極接合体（ＭＥＡ、ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）を製造するためには、高分子電解質膜の両面にアノード（Ａｎｏｄｅ）とカソード（Ｃａｔｈｏｄｅ）電極を位置させる技術が必要である。その技術は、大きくＣＣＳ（ＣａｔａｌｙｓｔＣｏａｔｅｄＳｕｂｓｔｒａｔｅ）方式とＣＣＭ（ＣａｔａｌｙｓｔＣｏａｔｅｄＭｅｍｂｒａｎｅ）方式とに分けられる。ＣＣＳ方式は、ＭＰＬ（ＭｉｃｒｏＰｏｒｏｕｓＬａｙｅｒ）を含んだガス拡散層（ＧＤＬ、ＧａｓＤｉｆｆｕｓｉｏｎＬａｙｅｒ）に触媒層を形成した後、高分子電解質膜（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）とホットプレス（Ｈｏｔ-ｐｒｅｓｓｉｎｇ）を介して接合する方式で、ＣＣＭ方式は、主に触媒層を高分子電解質膜（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）に直に接合させる方法のことをいう。

ＣＣＭ方式は、直接コーティング（ＤｉｒｅｃｔＣｏａｔｉｎｇ）方式と、デカールラミネーション（ＤｅｃａｌＬａｍｉｎａｔｉｏｎ）方式とに分けられるが、直接コーティング（ＤｉｒｅｃｔＣｏａｔｉｎｇ）方式は、電極スラリーをＭｅｍｂｒａｎｅに直接コーティングして電極を形成する方式であり、デカールラミネーション（ＤｅｃａｌＬａｍｉｎａｔｉｏｎ）方式は、コーティング基材フィルムに電極層を形成した後、熱と圧力を加えて高分子電解質膜（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）に転写させる方式である。

直接コーティング方式は、高価の転写フィルムを使用しなくても良く、転写工程を除去できるので、価格低減及び工程単純化において長所があるが、電解質膜が触媒スラリーと接触するか、または水分に露出した時に容易に変わる特性によって、量産のための公正性確保が困難であるという短所がある。

デカールラミネーション（ＤｅｃａｌＬａｍｉｎａｔｉｏｎ）方式は、触媒、イオノマー及び溶媒が混合された電極スラリーをテフロン、イミドフィルム（Ｉｍｉｄｅｆｉｌｍ）などのような離型フィルムの支持体上にコーティングし乾燥して電極層（アノード及びカソード）を生成した後、電極層を電解質膜（イオン伝導膜）の両面に各々整列した後、熱と圧力を加えて転写させる工程を利用する方法である。デカールラミネーション（ＤｅｃａｌＬａｍｉｎａｔｉｏｎ）方式は、一般に平板型ホットプレス（Ｈｏｔｐｒｅｓｓ）またはロール型プレス（ＲｏｌｌＰｒｅｓｓ）を利用して、電極を高分子電解質膜（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）に転写させる。

このようにＣＣＭ方式でデカールラミネーションをする時、一般に平板型プレスまたはロール型プレスを利用して熱転写を実施する場合には、電極の全体面積に均一な圧力を加えるのが難しく、これにより製品の均一性を確保し難く、品質が低下して燃料電池の性能が低下するという問題点があった。

韓国公開特許第２００４-０１０４８３９号（公開日：２００４．１２．１３．）韓国公開特許第２００７-００３９３６０号（公開日：２００７．０４．１１．）韓国公開特許第２００９-０１３２４２０号（登録日：２００９．１２．３０．）韓国公開特許第２０１３-００５０１５４号（公開日：２０１３．０５．１５．）

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は転写工程で電極の全体面積に均一な圧力を加えて製品の均一性を確保する燃料電池用膜電極接合体の製造方法を提供することにある。

本発明による燃料電池用膜電極接合体の製造方法は、電極スラリーを支持体にコーティングして電極層を形成する電極形成ステップと、電極層を電解質膜の両面に各々整列して、熱と圧力を加えて転写させる転写ステップと、支持体を除去するステップとを含み、転写ステップにおいて伸縮性素材の気体圧加圧板に気体圧を加えて、電極層を電解質膜に転写させる。

転写ステップにおいて気体圧加圧板に気体圧を加える時に、気体が充填されたチャンバーを使用する。チャンバーに充填される気体は、空気にすることが好ましい。気体圧加圧板は、シリコンパッドまたはシリコンゴムパッドを使用することが好ましい。
転写ステップでは、支持体の上側に気体圧加圧板を配置し、支持体と気体圧加圧板との間を真空で密着させた後、上側で気体が充填されたチャンバーを使用して気体圧と温度を印加して加圧する。

転写温度は、５０〜２００℃にし、転写圧力は、５〜２００ｋｇｆ／ｃｍ^２にすることが好ましい。
支持体は、テフロンフィルム、イミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリオレフィンフィルム、塩素またはフッ素置換ポリオレフィンフィルム、過フッ素化ポリオレフィン共重合体フィルム、及びビニル系高分子フィルムからなる群より選ばれたいずれか一つを使用する。

電極スラリーは、触媒、イオノマーまたはカーボン系物質、溶媒を含むスラリーを使用する。
電極形成ステップでは、電極スラリーを支持体上に５〜２００μｍの厚さにコーティングする。電極形成ステップは、コーティング後に常温〜１５０℃で自然乾燥、真空乾燥、熱風乾燥、ＮＩＲ乾燥または過熱蒸気乾燥を実施するステップを含む。

本発明による膜電極接合体の製造方法によれば、転写工程で電極の全体面積に均一な圧力を加えて製品の均一性を確保することによって、品質を向上させて燃料電池の性能を高める効果がある。

一般的な燃料電池の概略構成図である。本発明の実施形態による燃料電池用膜電極接合体の製造方法を示すフローチャートである。本発明の実施形態による燃料電池用膜電極接合体の製造方法を示す工程図である。図２の転写ステップにおいて気体圧による圧着（気体圧着）で転写する例を示す図である。同じ厚さの製品を圧着する時、従来のプレスで圧着する方法を示した説明図である。同じ厚さの製品を圧着する時、本発明の気体圧着方法を示した説明図である。互いに異なる厚さの製品を圧着する時、従来のプレスで圧着する方法を示した説明図である。互いに異なる厚さの製品を圧着する時、本発明の気体圧着方法を示した説明図である。従来のプレスで圧着する方法によって製造された膜電極接合体Ｍ１と本発明の気体圧着方法によって製造された膜電極接合体Ｍ２の定電流条件での交流インピーダンスを比較して示したグラフである。従来のプレスで圧着する方法によって製造された膜電極接合体Ｍ１と本発明の気体圧着方法によって製造された膜電極接合体Ｍ２の定電流条件での交流インピーダンスを比較して示したグラフである。

以下、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者が容易に実施できるように本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は、様々な形態で具現化されることができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明の実施の形態による燃料電池用膜電極接合体は、リン酸電解質型燃料電池（ＰＡＦＣ）、高分子電解質型燃料電池として水素イオン交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）と直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）と高温用ＰＥＭＦＣなど、多様な電解質型燃料電池に適用されることができる。

図２は、本発明の実施形態による燃料電池用膜電極接合体の製造方法を示すフローチャートで、図３は、本発明の実施形態による燃料電池用膜電極接合体の製造方法を示す工程図である。図示のように、本発明の燃料電池用膜電極接合体の製造方法は、電極スラリー用意ステップ（Ｓ１１０）と、電極形成ステップ（Ｓ１２０）と、転写ステップ（Ｓ１３０）と、支持体除去ステップ（Ｓ１４０）とを含む。

電極スラリー用意ステップ（Ｓ１１０）は、触媒、イオノマーまたはカーボン系物質、溶媒を混合して電極スラリーを用意するステップである。電極スラリーは、触媒、イオノマーまたはカーボン系物質、溶媒を含む混合物に限定されずに、燃料電池で電極層または触媒層を形成するためのスラリーとして利用するものであれば、使用可能である。
触媒は、白金、ルテニウム、オスミウム、白金-ルテニウム合金、白金-オスミウム合金、白金-パラジウム合金、白金-Ｍ合金及びこれらの混合物からなる群より選ばれる１種または２種以上のものが好ましく、さらに好ましくは、白金、白金-ルテニウム合金、白金-オスミウム合金、白金-パラジウム合金、白金-Ｍ合金を使用することができ、最も好ましくは、白金を利用することである。このとき、前記Ｍは、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれる遷移金属であることが好ましい。

イオノマーは、エチレンとアクリル酸またはメタクリル酸の共重合体を金属イオン（Ｃａ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｚｎ^２＋等）で架橋したポリマーであって、フタラジノンとフェノール基を含む単量体と少なくとも１種のスルホン化芳香族化合物の反応生成物、すなわちスルホン化ポリ（フタラジノンエーテルケトン）、スルホン化ポリ（フタラジノンまたはスルホン）、スルホン化芳香族重合体化合物と、テトラフルオロエチレンとフルオロビニルエーテルの共重合体などが使用可能である。

カーボン系物質は、炭素粉末、カーボンブラック、カーボンファイバー、フラーレン、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー、カーボンナノホーン、カーボンナノリング及びこれらの混合物からなる群より選ばれる１種以上のものが好ましいが、これに限定されるものではない。
溶媒は、水、または炭素数１ないし５の飽和または不飽和炭化水素を主鎖として含むアルコールから選択された１種または２種以上の混合物を使用することができ、これに限定されずに、当業界で通常的に利用するものであれば、どれでも利用可能である。

電極スラリーは、分散程度と粘度はコーターを利用した電極層（触媒層）の形成に極めて重要である。電極スラリーの粘度は、１０ｃｐｓ〜２０，０００ｃｐｓに調節するのが好ましく、使用される溶媒の種類によって低粘度においてコーティング特性が優れた水またはアルコール溶媒系電極スラリーがあり、高粘度においてコーティング特性が優れた有機溶媒系電極スラリーがある。
電極形成ステップ（Ｓ１２０）は、電極スラリーを支持体１１０にコーティングして電極層１２０を形成するステップである。電極形成ステップ（Ｓ１２０）では、電極スラリーを支持体１１０上に５〜２００μｍの厚さにコーティングする。電極形成ステップ（Ｓ１２０）は、コーティング後、常温〜１５０℃で自然乾燥、真空乾燥、熱風乾燥、ＮＩＲ乾燥、または過熱蒸気乾燥などを実施するステップを含む。

支持体１１０は、テフロンフィルム、イミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリオレフィンフィルム、塩素またはフッ素置換ポリオレフィンフィルム、過フッ素化ポリオレフィン共重合体フィルム、及びビニル系高分子フィルムからなる群より選ばれたいずれか一つを使用する。
電極スラリーを支持体（基材）上にコーティングする時には、分散された電極スラリーを連続的または間歇的にコーター（ｃｏａｔｅｒ）に移送させた後、支持体（基材）上に１０〜２００μｍの乾燥厚に均一に塗布することが好ましい。さらに詳細には、分散された電極スラリーをポンプを介して連続的にダイ（ｄｉｅ）、グラビア（ｇｒａｖｕｒｅ）、バー（ｂａｒ）、コンマコーター（ｃｏｍｍａｃｏａｔｅｒ）などのコーターに移送した後、これを支持体（基材）上に均一に電極層（触媒層）のＷｅｔ厚が５〜２００μｍ、さらに好ましくは１０〜１００μｍに塗布し、一定の温度に維持された乾燥炉を通過させながら溶媒を揮発させる。支持体上に電極スラリーを塗布及び乾燥する方法は、上記の方法に限定されない。

電極形成ステップ（Ｓ１２０）において、電極層１２０の乾燥は、常温〜１５０℃で５分から２４時間の間に乾燥することが好ましい。
電極形成ステップ（Ｓ１２０）後には、乾燥された電極層１２０及び支持体１１０を必要な大きさにカットして、転写ステップ（Ｓ１３０）を行うことができる（図４参照）。図３の工程図では、支持体１１０がカットされない状態を示す。

転写ステップ（Ｓ１３０）は、電極層１２０を電解質膜１３０の両面に各々整列して熱と圧力を加えて転写させるステップである。転写ステップ（Ｓ１３０）では、伸縮性素材の気体圧加圧板ＦＰに気体圧を加えて、電極層１２０を電解質膜１３０に転写させる。転写ステップ（Ｓ１３０）において気体圧加圧板ＦＰに気体圧を加える時には、電極形成ステップ（Ｓ１２０）にて電極スラリーを支持体１１０にコーティング汗電極層１２０を電解質膜に接するように配置し、ベース板ＢＰに固着させた後、支持体１１０の上側に気体圧加圧板ＦＰを配置し、支持体１１０と気体圧加圧板ＦＰとの間を真空で密着させた後、上側で気体が充填されたチャンバーＣＨを使用して、気体圧と温度を印加して加圧する。

チャンバーＣＨに充填される気体は、空気にすることが好ましいが、これに限定されずに窒素など多様な気体が使用されることができる。気体は、コンプレッサーＣＰから供給されるようにする。気体圧加圧板ＦＰは、シリコンパッドまたはシリコンゴムパッドを使用することが好ましいが、これに限定されずに伸縮性のある多様な素材が使用されることができる。ベース板ＢＰは、金属材など硬質板からなっており、ベース板ＢＰには、加熱と冷却をしてくれることができるヒーターと冷却ラインが構成される。

チャンバーＣＨは、長方形を基本として多様な形態で備えられることができる。チャンバーＣＨには、シーリングのためのＯリング（Ｏ-Ｒｉｎｇ）部分またはその他シーリング方法の部分が付加され、チャンバーＣＨとＯリング圧力の間にはΔＰ（Ｄｅｌｔａｐｒｅｓｓｕｒｅ）が維持されるようにする。チャンバーＣＨの下側には、真空を維持する真空ホール（ＶａｃｕｕｍＨｏｌｅ）とポンプが備えられる。真空は、支持体１１０と気体圧加圧板ＦＰの密着性を確保するために必要であるから、真空ホールから多様な形態への真空ラインが必要である。

一方、チャンバーＣＨには、気体の加熱と冷却のためのヒーターと冷却ラインが備えられ、内部圧力を維持するのに役立つ増圧バルブとベント用ソレノイドバルブなど多様な圧力機器及び圧力調節機器が備えられる。
このように転写ステップ（Ｓ１３０）にて伸縮性素材の気体圧加圧板ＦＰにチャンバーＣＨを使用して気体圧と温度を印加して、電極層１２０を電解質膜１３０に転写させるようになると、転写不良率が減少し、位置別圧力分布を均一にして（図５ｂを参照）、製品の品質向上（界面抵抗減少、界面結着特性向上）が可能である。また、互いに厚さが異なる電極層を同時にラミネーションすることが可能になり（図６ｂを参照）、多数の電極層を積層して転写が可能である。

電解質膜１３０は、イオン伝導性メンブレインであって、フィルムを形成できる程度の機械的強度及び高い電気化学的安定性を有する物質であれば、特別な制限なしで使用されることができる。また、前記イオン伝導性電解質膜は、炭化水素系高分子電解質膜、フッ素系高分子電解質膜及びこれらのうち、いずれか一つ以上の混合物または共重合体を使用することができる。フッ素系高分子電解質膜の具体的な例には、テトラフルオロエチレンとフルオロビニルエーテルの共重合体がある。フルオロビニルエーテルモイエティは、水素イオンを伝導する機能を有する。前記共重合体は、デュポン（Ｄｕｐｏｎｔ）社がナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）という商品名で販売しているから、商業的に入手可能である。

転写温度は、５０〜２００℃にし、転写圧力は、５〜２００ｋｇｆ／ｃｍ^２にすることが好ましい。転写温度が５０℃未満であると、支持体（基材）上の電極層が転写が正しく行われなく、２００℃を超過すると、電解質膜内のイオノマーの変性で電極層の構造変性がおきるおそれがある。転写圧力が５ｋｇｆ／ｃｍ^２未満であると、支持体（基材）から電解質膜へ転写が起きないで、２００ｋｇｆ／ｃｍ^２を超過すると、電極層（触媒層）が過度に圧着して、電解質膜に物理的損傷または電極層内の気孔構造の崩壊で性能低下の原因になることができる。

支持体を除去するステップ（Ｓ１４０）は、転写ステップ後に支持体１１０を除去するステップである。支持体１１０を除去し、必要によってカットすると、膜電極接合体１００が完成される。
図５ａ及び図５ｂは、同じ厚さの製品を圧着する時、従来のプレスで圧着する方法（図５ａ）と本発明の気体圧着方法（図５ｂ）とを比較して示した説明図であり、図６ａ及び図６ｂは、互いに異なる厚さの製品を圧着する時、従来のプレスで圧着する方法（図６ａ）と本発明の気体圧着方法（図６ｂ）とを比較して示した説明図である。

図５ａと図５ｂ、図６ａと図６ｂに示すように、本発明で伸縮性素材の気体圧加圧板に気体圧（空圧等）を加えて圧着した場合には、平板型プレスまたはロール型プレスを使用した場合に比べて、図５ａに示すように傾くか、または図６ａに示すように部分的に互いに異なる厚さの製品を圧着する時に傾く現象が発生しなくなり、図５ｂ及び図６ｂに示すように、全体の圧着面に均一な面圧分布を有するように加圧できる。

図７及び図８は、従来のプレスで圧着する方法によって製造された膜電極接合体Ｍ１と本発明の気体圧着方法によって製造された膜電極接合体Ｍ２の定電流条件での交流インピーダンスを比較して示したグラフである。
インピーダンス測定値は、電気化学的インピーダンス分光法（ＥＩＳ、ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＩｍｐｅｄａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で加速ストレス試験（ＡＳＴ、ＡｃｃｌｅｒａｔｅｄＳｔｒｅｓｓＴｅｓｔ）後の結果値を表し、グラフで横ｘ軸は、インピーダンス実数部Ｚ’であり、縦ｙ軸は、インピーダンス虚数部Ｚ”である。インピーダンス曲線が横ｘ軸と会う点での実数部値がオーム抵抗（ｏｈｍｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）であって、高分子電解質膜抵抗及び界面抵抗が含まれている抵抗成分である。図７は、０．３Ａ／ｃｍ^２の電流密度で測定された値をグラフ化したことであり、図８は、１Ａ／ｃｍ^２の電流密度で測定された値をグラフ化したことである。

表示したように、本発明の気体圧着方法によって製造された膜電極接合体Ｍ２のオーム抵抗値が従来のプレスで圧着する方法によって製造された膜電極接合体Ｍ１のオーム抵抗値より小さく現れることが分かり、したがって、本発明の気体圧着方法によって製造された膜電極接合体Ｍ２の熱化が少なく抵抗が減少して、出力性能が向上することが分かる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されず、本発明の実施形態から当該発明が属する技術分野における通常の知識を有した者による容易に変更されて均等であると認められる範囲のすべての変更を含む。

Claims

電極スラリーを支持体にコーティングして電極層を形成する電極形成ステップと、
前記電極層を電解質膜の両面に各々整列して、熱と圧力を加えて転写させる転写ステップと、
前記支持体を除去するステップとを含み、
前記転写ステップにおいて伸縮性素材の気体圧加圧板に気体圧を加えて、電極層を電解質膜に転写させることを特徴とする燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
前記転写ステップにおいて前記気体圧加圧板に気体圧を加える時に、気体が充填されたチャンバーを使用することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
前記チャンバーに充填される気体は、空気にすることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
前記気体圧加圧板は、シリコンパッドまたはシリコンゴムパッドを使用することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
前記転写ステップでは、前記支持体の上側に前記気体圧加圧板を配置し、前記支持体と前記気体圧加圧板との間を真空で密着させた後、上側で気体が充填されたチャンバーを使用して気体圧と温度を印加して加圧することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
前記転写ステップの転写温度は、５０〜２００℃にし、転写圧力は、５〜２００ｋｇｆ／ｃｍ^２にすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
前記支持体は、テフロン（登録商標）フィルム、イミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリオレフィンフィルム、塩素またはフッ素置換ポリオレフィンフィルム、過フッ素化ポリオレフィン共重合体フィルム、及びビニル系高分子フィルムからなる群より選ばれたいずれか一つを使用することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
前記電極スラリーは、触媒、イオノマーまたはカーボン系物質、溶媒を含むスラリーを使用することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
前記電極形成ステップでは、前記電極スラリーを前記支持体上に５〜２００μｍの厚さにコーティングすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
前記電極形成ステップは、コーティング後に常温〜１５０℃で自然乾燥、真空乾燥、熱風乾燥、ＮＩＲ乾燥または過熱蒸気乾燥を実施するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。