JP2022158098A - Method for manufacturing electrode sheet - Google Patents

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JP2022158098A JP2021062763A JP2021062763A JP2022158098A JP 2022158098 A JP2022158098 A JP 2022158098A JP 2021062763 A JP2021062763 A JP 2021062763A JP 2021062763 A JP2021062763 A JP 2021062763A JP 2022158098 A JP2022158098 A JP 2022158098A
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Abstract

To provide a method for manufacturing an electrode sheet, by which time for a MEA fabrication step can be shortened.SOLUTION: A method for manufacturing an electrode sheet to be used for a membrane-electrode assembly, and having a catalyst layer formed on a sheet member comprises the steps of: applying the catalyst layer to a first sheet member in such a way that a peripheral edge of the first sheet member is left, thereby forming the electrode sheet having the catalyst layer on the first sheet member; heating the electrode sheet; and cooling the electrode sheet. At least in the step of cooling the electrode sheet, a second sheet member larger having an area larger than that of the catalyst layer is disposed on a face of the first sheet member on a side where the catalyst layer is formed with the electrode sheet depressurized, and the second sheet member is caused to adhere to the peripheral edge of the first sheet member.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、電極シートの製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing an electrode sheet.

燃料電池(FC)は、1つの単セル又は複数の単セル(以下、セルと記載する場合がある)を積層した燃料電池スタック(以下、単にスタックと記載する場合がある)で構成され、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化剤ガスとの電気化学反応によって電気エネルギーを取り出す発電装置である。なお、実際に燃料電池に供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスは、酸化・還元に寄与しないガスとの混合物である場合が多い。特に酸化剤ガスは酸素を含む空気である場合が多い。
なお、以下では、燃料ガスや酸化剤ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。また、単セル、及び、単セルを積層した燃料電池スタックのいずれも、燃料電池と呼ぶ場合がある。
この燃料電池の単セルは、通常、膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を備える。
膜電極接合体は、固体高分子型電解質膜(以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ)の両面に、それぞれ、触媒層及びガス拡散層(GDL、以下単に拡散層と記載する場合がある)が順に形成された構造を有している。そのため、膜電極接合体は、膜電極ガス拡散層接合体(MEGA)と称される場合がある。
単セルは、必要に応じて当該膜電極ガス拡散層接合体の両面を挟持する2枚のセパレータを有する。セパレータは、通常、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路としての溝が形成された構造を有している。なお、このセパレータは電子伝導性を持ち、発電した電気の集電体としても機能する。
燃料電池の燃料極(アノード)では、ガス流路及びガス拡散層から供給される燃料ガスとしての水素(H)が触媒層の触媒作用によりプロトン化し、電解質膜を通過して酸化剤極(カソード)へと移動する。同時に生成した電子は、外部回路を通って仕事をし、カソードへと移動する。カソードに供給される酸化剤ガスとしての酸素(O)は、カソードの触媒層でプロトンおよび電子と反応し、水を生成する。生成した水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水はガス拡散層を透過して、系外へと排出される。
A fuel cell (FC) is composed of a fuel cell stack (hereinafter sometimes simply referred to as a stack) in which one single cell or a plurality of single cells (hereinafter sometimes referred to as cells) are stacked, and hydrogen It is a power generation device that extracts electrical energy through an electrochemical reaction between a fuel gas such as gas and an oxidant gas such as oxygen. It should be noted that the fuel gas and oxidant gas that are actually supplied to the fuel cell are often mixtures with gases that do not contribute to oxidation/reduction. In particular, the oxidant gas is often air containing oxygen.
In the following, the fuel gas and the oxidant gas may be simply referred to as "reactant gas" or "gas" without particular distinction. Also, both a single cell and a fuel cell stack in which single cells are stacked may be referred to as a fuel cell.
A single cell of this fuel cell usually includes a membrane electrode assembly (MEA).
A membrane electrode assembly has a catalyst layer and a gas diffusion layer (GDL, hereinafter sometimes simply referred to as a diffusion layer) on both sides of a polymer electrolyte membrane (hereinafter also simply referred to as "electrolyte membrane"). It has a structure formed in order. Therefore, the membrane electrode assembly is sometimes called a membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA).
A single cell has two separators sandwiching both sides of the membrane electrode gas diffusion layer assembly, if necessary. The separator usually has a structure in which grooves are formed as flow paths for the reaction gas on the surface in contact with the gas diffusion layer. This separator has electronic conductivity and also functions as a current collector for the generated electricity.
At the fuel electrode (anode) of the fuel cell, hydrogen (H 2 ) as fuel gas supplied from the gas flow path and the gas diffusion layer is protonated by the catalytic action of the catalyst layer, passes through the electrolyte membrane, and reaches the oxidant electrode ( cathode). The co-generated electrons do work through an external circuit and travel to the cathode. Oxygen (O 2 ) as an oxidant gas supplied to the cathode reacts with protons and electrons in the catalyst layer of the cathode to produce water. The produced water gives moderate humidity to the electrolyte membrane, and excess water permeates the gas diffusion layer and is discharged out of the system.

燃料電池車両(以下車両と記載する場合がある)に車載されて用いられる燃料電池の構成材料に関して種々の研究がなされている。
例えば特許文献1では、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が開示されている。
BACKGROUND ART Various studies have been made on constituent materials of fuel cells mounted on fuel cell vehicles (hereinafter sometimes referred to as "vehicles").
For example, Patent Literature 1 discloses a method for manufacturing an electrode sheet, which is used for a membrane electrode assembly and in which a catalyst layer containing an electrolyte is formed on a sheet member.

特許文献2では、グリーンシートの積層体の表面に変形を生じさせず、グリーンシートの積層体を簡単に吸着ヘッドから取り外すことができるとともに、保持基板とグリーンシートの積層体との熱収縮の違いによる反りの発生を防止できるグリーンシートの積層方法が開示されている。 In Patent Document 2, the green sheet laminate can be easily removed from the suction head without causing deformation on the surface of the green sheet laminate, and the difference in thermal contraction between the holding substrate and the green sheet laminate is disclosed. A green sheet stacking method capable of preventing the occurrence of warpage due to

特開2017-037759号公報JP 2017-037759 A 特開2003-203823号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-203823

膜電極接合体(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た電極シートに乾燥、熱処理を行い、電極シートの触媒層を電解質膜に転写する、といった技術がある。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。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、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。
転写シート(樹脂フィルム)は製造する際にのみ使用される補強材であり、最終的なMEAの構成材ではないため、できるだけ少ない材料すなわち薄く作られることが望まれるが、樹脂フィルムを薄くすることでより熱変形しやすくなる問題がある。上記特許文献1の図4によると、縦または横の一方向を拘束しながら冷却するとしているが、上記のように一方向のみの拘束では、拘束されていない方向の変形が抑制できない虞がある。
As an example of manufacturing a membrane electrode assembly (MEA), there is a technique in which an electrode sheet having a catalyst layer formed on a transfer sheet is dried and heat-treated, and the catalyst layer of the electrode sheet is transferred to an electrolyte membrane. After the heat treatment, the catalyst layer applied to the transfer sheet is cooled to room temperature. During the cooling, the catalyst layer and the transfer sheet may warp due to thermal effects. When the catalyst layer is warped in this way, there is a problem that it takes time to align the anode and the cathode with the electrolyte membrane.
The transfer sheet (resin film) is a reinforcing material used only during manufacturing, and is not a component of the final MEA. There is a problem that it is more likely to be thermally deformed. According to FIG. 4 of the above Patent Document 1, cooling is performed while constraining one direction vertically or horizontally, but there is a possibility that deformation in the direction not constrained cannot be suppressed by constraining only one direction as described above. .

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、MEA作製工程の時間を短縮することができる電極シートの製造方法を提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and a main object of the present disclosure is to provide a method of manufacturing an electrode sheet that can shorten the time required for the MEA manufacturing process.

本開示の電極シートの製造方法は、膜電極接合体に用いられ、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、
前記触媒層を第1のシート部材に、前記第1のシート部材の周縁部を残すように塗布することにより前記第1のシート部材上に前記触媒層を有する前記電極シートを形成する工程、
前記電極シートを加熱する工程、
前記電極シートの冷却を行う工程、を有し、
前記電極シートの少なくとも冷却を行う工程において、前記電極シートが減圧された状態で、前記第1のシート部材の前記触媒層が形成された側の面に前記触媒層の面積より大きい面積の第2のシート部材を配置し、前記第1のシート部材の前記周縁部と前記第2のシート部材とを接着することを特徴とする。
A method for manufacturing an electrode sheet according to the present disclosure is a method for manufacturing an electrode sheet used for a membrane electrode assembly, in which a catalyst layer is formed on a sheet member,
forming the electrode sheet having the catalyst layer on the first sheet member by applying the catalyst layer to the first sheet member so as to leave the peripheral edge portion of the first sheet member;
heating the electrode sheet;
a step of cooling the electrode sheet,
In the step of at least cooling the electrode sheet, in a state in which the electrode sheet is decompressed, a second cooling layer having an area larger than that of the catalyst layer is formed on the surface of the first sheet member on which the catalyst layer is formed. are placed, and the peripheral portion of the first sheet member and the second sheet member are bonded together.

本開示の電極シートの製造方法によれば、MEA作製工程の時間を短縮することができる。 According to the electrode sheet manufacturing method of the present disclosure, the time required for the MEA manufacturing process can be shortened.

図1は、本開示の製造方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flow chart showing an example of the manufacturing method of the present disclosure. 図2は、本開示の製造方法により製造したワークである電極シートの斜視画像(上図)と側面視画像(下図)である。FIG. 2 shows a perspective image (upper figure) and a side view image (lower figure) of an electrode sheet, which is a work manufactured by the manufacturing method of the present disclosure. 図3は、従来の製造方法により製造したワークである電極シートの斜視画像(上図)と側面視画像(下図)である。FIG. 3 shows a perspective image (upper figure) and a side view image (lower figure) of an electrode sheet, which is a work manufactured by a conventional manufacturing method.

本開示の電極シートの製造方法は、膜電極接合体に用いられ、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、
前記触媒層を第1のシート部材に、前記第1のシート部材の周縁部を残すように塗布することにより前記第1のシート部材上に前記触媒層を有する前記電極シートを形成する工程、
前記電極シートを加熱する工程、
前記電極シートの冷却を行う工程、を有し、
前記電極シートの少なくとも冷却を行う工程において、前記電極シートが減圧された状態で、前記第1のシート部材の前記触媒層が形成された側の面に前記触媒層の面積より大きい面積の第2のシート部材を配置し、前記第1のシート部材の前記周縁部と前記第2のシート部材とを接着することを特徴とする。
A method for manufacturing an electrode sheet according to the present disclosure is a method for manufacturing an electrode sheet used for a membrane electrode assembly, in which a catalyst layer is formed on a sheet member,
forming the electrode sheet having the catalyst layer on the first sheet member by applying the catalyst layer to the first sheet member so as to leave the peripheral edge portion of the first sheet member;
heating the electrode sheet;
a step of cooling the electrode sheet,
In the step of at least cooling the electrode sheet, in a state in which the electrode sheet is decompressed, a second cooling layer having an area larger than that of the catalyst layer is formed on the surface of the first sheet member on which the catalyst layer is formed. are placed, and the peripheral portion of the first sheet member and the second sheet member are bonded together.

本開示によれば、電極シートの触媒層を別の樹脂シートでサンドイッチした状態で真空(減圧)封入し、気圧差を利用して等方的に拘束する。これにより、電極シートを等方的に拘束することが可能となり、異方的な変形も抑制され、その後の触媒層の電解質膜への転写等を行うMEA作製工程での電解質膜と触媒層との位置合わせが容易となり、MEA作製工程の短縮につながる。
具体的には、電極シートを第2のシート部材である非粘着シート(テフロンシート等)でカバーし、吸着パレットで非粘着シートを真空吸着することで、ワーク(加工対象)を真空固定し、入熱時に発生するワークの熱変形を抑制することができる。熱接着後もワークの熱変形が抑制されるため、ワークの反りなどの変形が少ない状態を維持できる。
According to the present disclosure, the catalyst layer of the electrode sheet is sandwiched between separate resin sheets, sealed in a vacuum (reduced pressure), and isotropically restrained using the pressure difference. As a result, the electrode sheet can be isotropically restrained, and anisotropic deformation is also suppressed. Alignment becomes easy, leading to shortening of the MEA manufacturing process.
Specifically, the electrode sheet is covered with a non-adhesive sheet (such as a Teflon sheet) that is a second sheet member, and the non-adhesive sheet is vacuum-sucked with a suction pallet, thereby fixing the work (processing target) in vacuum, It is possible to suppress thermal deformation of the work that occurs when heat is input. Since the thermal deformation of the work is suppressed even after thermal bonding, the work can be kept in a state of less deformation such as warping.

また、FC製造工程において、樹脂シート(3層シート)とMEGAとを熱接着によって一体化する工程があるが、樹脂シート側にも熱が伝熱し、且つ樹脂シートの融点と熱接着時の温度が近いため、樹脂シートが熱変形し、ワーク全体が反り上がり、図面規格値(反り量10mm以下)を満足できない問題がある。
本開示によれば、FC製造工程において、樹脂シート(3層シート)とMEGAを熱接着させるために熱を入力する場合、熱変形しやすい樹脂シートの上に薄い非粘着シート(第2のシート部材に相当)を覆い、ワークと一緒に吸着固定することで、入熱が入っても、樹脂シートの熱変形を低減できる。
In addition, in the FC manufacturing process, there is a process of integrating the resin sheet (three-layer sheet) and MEGA by thermal bonding, but heat is also transferred to the resin sheet side, and the melting point of the resin sheet and the temperature at the time of thermal bonding is close, the resin sheet is thermally deformed and the entire work is warped, and there is a problem that the drawing standard value (a warp amount of 10 mm or less) cannot be satisfied.
According to the present disclosure, in the FC manufacturing process, when heat is input to thermally bond the resin sheet (three-layer sheet) and MEGA, a thin non-adhesive sheet (second sheet) is placed on the easily deformable resin sheet. (equivalent to a member) is covered and fixed together with the work by suction, even if heat is input, thermal deformation of the resin sheet can be reduced.

電極シートは、膜電極接合体に用いられ、触媒層をシート部材に形成してなる。 Electrode sheets are used in membrane electrode assemblies, and are formed by forming a catalyst layer on a sheet member.

図1は、本開示の製造方法の一例を示すフローチャートである。
本開示の電極シートの製造方法は、(1)塗布工程、(2)加熱工程、(3)冷却工程、を有する。
FIG. 1 is a flow chart showing an example of the manufacturing method of the present disclosure.
The manufacturing method of the electrode sheet of the present disclosure has (1) a coating step, (2) a heating step, and (3) a cooling step.

(1)塗布工程
塗布工程は、前記触媒層を第1のシート部材に、前記第1のシート部材の周縁部を残すように塗布することにより前記第1のシート部材上に前記触媒層を有する前記電極シートを形成する工程である。
塗布する触媒層は、触媒インクの状態であってもよい。触媒インクは、電気化学反応を促進する触媒、プロトン伝導性を有する電解質、電子伝導性を有する担体、溶媒等を含む。
(1) Application step In the application step, the catalyst layer is applied to the first sheet member so as to leave the peripheral edge portion of the first sheet member, thereby forming the catalyst layer on the first sheet member. It is a step of forming the electrode sheet.
The catalyst layer to be applied may be in the form of a catalyst ink. The catalyst ink contains a catalyst that promotes an electrochemical reaction, an electrolyte with proton conductivity, a carrier with electron conductivity, a solvent, and the like.

触媒としては、例えば、白金(Pt)、及び、Ptと他の金属とから成る合金(例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したPt合金)等を用いることができる。 Examples of catalysts that can be used include platinum (Pt) and alloys of Pt and other metals (for example, Pt alloys containing cobalt, nickel, etc.).

電解質としては、プロトン伝導性を有するものであってもよく、フッ素系樹脂等であってもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、Nafion(登録商標)等のパーフルオロスルホン酸系樹脂等を用いてもよい。アイオノマとしては、例えば、Nafion(登録商標)等のパーフルオロスルホン酸系樹脂であってもよい。 The electrolyte may be one having proton conductivity, or may be a fluororesin or the like. As the fluorine-based resin, for example, a perfluorosulfonic acid-based resin such as Nafion (registered trademark) may be used. The ionomer may be, for example, a perfluorosulfonic acid resin such as Nafion (registered trademark).

担体は、カーボン(カーボン担体)であってもよい。カーボン(カーボン担体)は、例えば、一般に市販されている炭素材料等であってもよい。炭素材料としては、例えば、ケッチェンブラック(商品名:ケッチェン・ブラック・インターナショナル社製)、バルカン(商品名:Cabot社製)、ノーリット(商品名:Norit社製)、ブラックパール(商品名:Cabot社製)、アセチレンブラック(商品名:Chevron社製)、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノウォール、カーボンナノファイバー、カーボンアロイ等が挙げられる。
カーボン担体は、形状が粒子状であるカーボン担体粒子であってもよい。
カーボン担体粒子の平均粒径は、特に限定されないが、10nm~10μmであってもよい。
The support may be carbon (carbon support). Carbon (carbon support) may be, for example, a commercially available carbon material. Carbon materials include, for example, Ketjen Black (trade name: manufactured by Ketjen Black International), Vulcan (trade name: manufactured by Cabot), Norit (trade name: manufactured by Norit), Black Pearl (trade name: Cabot (manufactured by Chevron), acetylene black (trade name: manufactured by Chevron), carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanowalls, carbon nanofibers, carbon alloys, and the like.
The carbon support may be carbon support particles that are particulate in shape.
The average particle size of the carbon carrier particles is not particularly limited, but may be 10 nm to 10 μm.

溶媒としては、特に限定されず、使用される電解質等によって適宜選択すればよい。溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、プロピレングリコール、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミド等を用いてもよい。溶媒としては、2種類以上の混合物を用いてもよい。 The solvent is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the electrolyte used and the like. Examples of solvents that can be used include water, methanol, ethanol, propanol, propylene glycol, N,N-dimethylformamide, N,N-diethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N,N-diethylacetamide, and the like. . As a solvent, a mixture of two or more kinds may be used.

触媒インクの塗布方法は特に限定されず、従来公知の方法を採用することができる。触媒インクの塗布方法は、ドクターブレード法、メタルマスク印刷法、静電塗布法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、及びスクリーン印刷法等が挙げられる。 A method for applying the catalyst ink is not particularly limited, and a conventionally known method can be adopted. Methods of applying the catalyst ink include a doctor blade method, a metal mask printing method, an electrostatic coating method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a gravure coating method, and a screen printing method.

第1のシート部材としては、自己支持性を有するものを適宜選択して用いることができ、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の樹脂等を用いることができる。 As the first sheet member, one having self-supporting properties can be appropriately selected and used, and for example, a resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used.

(2)加熱工程
加熱工程は、前記電極シートを加熱する工程である。
加熱方法は、第1のシート部材と触媒層を熱接着することができれば特に限定されず、ヒーター等を用いて電極シートを加熱してもよい。また、加熱工程において、触媒インクを乾燥してもよい。
(2) Heating step The heating step is a step of heating the electrode sheet.
The heating method is not particularly limited as long as the first sheet member and the catalyst layer can be thermally bonded, and the electrode sheet may be heated using a heater or the like. Moreover, in the heating step, the catalyst ink may be dried.

(3)冷却工程
冷却工程は、前記電極シートの冷却を行う工程である。
冷却方法は、特に限定されず、常温下、減圧ポンプ等を用いての減圧下又は真空下で所定時間放置して電極シートを冷却してもよい。
(3) Cooling Step The cooling step is a step of cooling the electrode sheet.
The cooling method is not particularly limited, and the electrode sheet may be cooled by leaving it at room temperature, under reduced pressure using a decompression pump or the like, or under vacuum for a predetermined time.

本開示においては、少なくとも冷却工程において、電極シートが減圧された状態で、第1のシート部材の触媒層が形成された側の面に触媒層の面積より大きい面積の第2のシート部材を配置し、第1のシート部材の周縁部と第2のシート部材とを接着する。したがって、第1のシート部材の周縁部と第2のシート部材とを減圧して接着させた状態で、電極シートを冷却する。
具体的には、ワークである電極シートの触媒層を形成した面を第2のシート部材であるテフロンシートで覆い、吸着パレットによる吸着によって、第1のシート部材と第2のシート部材で覆われた内部を真空にし、第1のシート部材の周縁部と第2のシート部材とを減圧して接着させた状態で、外気圧で触媒層を押さえ込んでもよい。
必要に応じて、加熱工程においても電極シートが減圧された状態で、第1のシート部材の触媒層が形成された側の面に触媒層の面積より大きい面積の第2のシート部材を配置し、第1のシート部材の周縁部と第2のシート部材とを接着してもよい。したがって、第1のシート部材の周縁部と第2のシート部材とを減圧して接着させた状態で、電極シートを加熱してもよい。
In the present disclosure, at least in the cooling step, the second sheet member having an area larger than the area of the catalyst layer is arranged on the surface of the first sheet member on which the catalyst layer is formed while the electrode sheet is decompressed. Then, the peripheral portion of the first sheet member and the second sheet member are adhered. Therefore, the electrode sheet is cooled while the peripheral portion of the first sheet member and the second sheet member are adhered to each other under reduced pressure.
Specifically, the surface of the electrode sheet, which is the workpiece, on which the catalyst layer is formed is covered with the Teflon sheet, which is the second sheet member, and is covered with the first sheet member and the second sheet member by adsorption with the adsorption palette. The inside may be evacuated, and the catalyst layer may be pressed by external air pressure in a state in which the peripheral edge portion of the first sheet member and the second sheet member are adhered under reduced pressure.
If necessary, a second sheet member having an area larger than that of the catalyst layer is placed on the surface of the first sheet member on which the catalyst layer is formed, while the electrode sheet is depressurized even in the heating step. , the peripheral portion of the first sheet member and the second sheet member may be adhered. Therefore, the electrode sheet may be heated while the peripheral portion of the first sheet member and the second sheet member are adhered to each other under reduced pressure.

電極シートの減圧方法は、例えば、吸着パレットによる吸着、減圧ポンプによる減圧等の方法が挙げられる。
電極シートが減圧された状態とは、吸着パレットによる第1のシート部材の周縁部と第2のシート部材の吸着によって、第1のシート部材と第2のシート部材で覆われた内部を真空にした状態であってもよい。
電極シートは少なくとも冷却の際に第1のシート部材の周縁部と第2のシート部材とを減圧して接着させた状態で冷却することによって、触媒層に反りが生じることを防止し、アノードやカソードの電解質膜への位置決め等を精度よく行なうことができる。
第2のシート部材は、テフロンシート等の非粘着シート等であってもよい。非粘着シートとすることにより。減圧状態で触媒層を密閉して接着することができ且つ、冷却後に第1のシート部材からの離間が容易である。
第1のシート部材及び第2のシート部材の厚さは、特に限定されず、50μmであってもよい。
Examples of the decompression method for the electrode sheet include methods such as adsorption using an adsorption palette and decompression using a decompression pump.
The state in which the electrode sheet is decompressed means that the inside covered with the first sheet member and the second sheet member is evacuated by the adsorption of the peripheral portion of the first sheet member and the second sheet member by the adsorption palette. It may be in a state where
The electrode sheet is cooled at least in a state in which the peripheral edge portion of the first sheet member and the second sheet member are adhered to each other under a reduced pressure during cooling, thereby preventing the catalyst layer from warping, thereby preventing the anode and the electrode sheet from being warped. Positioning of the cathode to the electrolyte membrane, etc. can be performed with high accuracy.
The second sheet member may be a non-adhesive sheet such as a Teflon sheet. By using a non-adhesive sheet. The catalyst layer can be sealed and adhered under reduced pressure, and can be easily separated from the first sheet member after cooling.
The thicknesses of the first sheet member and the second sheet member are not particularly limited, and may be 50 μm.

電極シートの冷却が終了したら、電極シートから第2のシート部材を離間し、触媒層を電極シートの第1のシート部材から電解質膜の両面に転写接合し、膜電極接合体を形成してもよい。触媒層はカソード触媒層であってもよく、アノード触媒層であってもよい。
電極シートが用いられる膜電極接合体は、アノード触媒層、電解質膜、カソード触媒層をこの順に有する。
カソード(酸化剤極)は、カソード触媒層を含む。
アノード(燃料極)は、アノード触媒層を含む。
カソード触媒層及びアノード触媒層をまとめて触媒層と称する。
触媒層は、例えば、上記電気化学反応を促進する触媒、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有する担体等を備えていてもよい。
電解質膜は、固体高分子電解質膜であってもよい。固体高分子電解質膜としては、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜等のフッ素系電解質膜、及び、炭化水素系電解質膜等が挙げられる。電解質膜としては、例えば、ナフィオン膜(デュポン社製)等であってもよい。
After cooling the electrode sheet, the second sheet member is separated from the electrode sheet, and the catalyst layer is transferred and joined from the first sheet member of the electrode sheet to both surfaces of the electrolyte membrane to form a membrane electrode assembly. good. The catalyst layer may be a cathode catalyst layer or an anode catalyst layer.
A membrane electrode assembly using an electrode sheet has an anode catalyst layer, an electrolyte membrane, and a cathode catalyst layer in this order.
The cathode (oxidant electrode) includes a cathode catalyst layer.
The anode (fuel electrode) includes an anode catalyst layer.
The cathode catalyst layer and the anode catalyst layer are collectively referred to as catalyst layers.
The catalyst layer may include, for example, a catalyst that promotes the electrochemical reaction, an electrolyte with proton conductivity, and a carrier with electron conductivity.
The electrolyte membrane may be a solid polymer electrolyte membrane. Examples of solid polymer electrolyte membranes include fluorine-based electrolyte membranes such as perfluorosulfonic acid thin films containing water, and hydrocarbon-based electrolyte membranes. As the electrolyte membrane, for example, a Nafion membrane (manufactured by DuPont) may be used.

図2は、本開示の製造方法により製造したワークである電極シートの斜視画像(上図)と側面視画像(下図)である。本開示の電極シートは、上記塗布工程、加熱工程、冷却工程を行い、冷却工程時に電極シートが減圧された状態で、第1のシート部材の触媒層が形成された側の面に触媒層の面積より大きい面積の第2のシート部材を配置し、第1のシート部材の周縁部と第2のシート部材とを減圧して接着させた状態で電極シートの冷却を行うことにより製造した。
図2に示すように、熱変形によるワークの最大反り量は7mmまで低減していることがわかる。
図3は、従来の製造方法により製造したワークである電極シートの斜視画像(上図)と側面視画像(下図)である。なお、従来の電極シートは、冷却工程時に電極シートに第2のシート部材を配置せず、且つ、電極シートを減圧しなかったこと以外は、本開示の製造方法と同様の方法で電極シートを製造した。
図3に示すように、熱変形により、ワークの最大反り量は31mmと大きく、図面規格値を満足しないことがわかる。
FIG. 2 shows a perspective image (upper figure) and a side view image (lower figure) of an electrode sheet, which is a work manufactured by the manufacturing method of the present disclosure. The electrode sheet of the present disclosure is subjected to the coating step, the heating step, and the cooling step, and in a state in which the electrode sheet is depressurized during the cooling step, the catalyst layer is formed on the side of the first sheet member on which the catalyst layer is formed. A second sheet member having an area larger than that of the second sheet member was arranged, and the electrode sheet was cooled while the peripheral edge portion of the first sheet member and the second sheet member were adhered under reduced pressure.
As shown in FIG. 2, it can be seen that the maximum amount of warpage of the workpiece due to thermal deformation is reduced to 7 mm.
FIG. 3 shows a perspective image (upper figure) and a side view image (lower figure) of an electrode sheet, which is a work manufactured by a conventional manufacturing method. The conventional electrode sheet was manufactured in the same manner as the manufacturing method of the present disclosure, except that the second sheet member was not placed on the electrode sheet during the cooling process and the electrode sheet was not decompressed. manufactured.
As shown in FIG. 3, due to thermal deformation, the maximum amount of warpage of the work is as large as 31 mm, which does not satisfy the drawing standard value.

Claims (1)

膜電極接合体に用いられ、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、
前記触媒層を第1のシート部材に、前記第1のシート部材の周縁部を残すように塗布することにより前記第1のシート部材上に前記触媒層を有する前記電極シートを形成する工程、
前記電極シートを加熱する工程、
前記電極シートの冷却を行う工程、を有し、
前記電極シートの少なくとも冷却を行う工程において、前記電極シートが減圧された状態で、前記第1のシート部材の前記触媒層が形成された側の面に前記触媒層の面積より大きい面積の第2のシート部材を配置し、前記第1のシート部材の前記周縁部と前記第2のシート部材とを接着することを特徴とする電極シートの製造方法。
A method for manufacturing an electrode sheet used in a membrane electrode assembly and having a catalyst layer formed on a sheet member, comprising:
forming the electrode sheet having the catalyst layer on the first sheet member by applying the catalyst layer to the first sheet member so as to leave the peripheral edge portion of the first sheet member;
heating the electrode sheet;
a step of cooling the electrode sheet,
In the step of at least cooling the electrode sheet, in a state in which the electrode sheet is decompressed, a second cooling layer having an area larger than that of the catalyst layer is formed on the surface of the first sheet member on which the catalyst layer is formed. and bonding the peripheral portion of the first sheet member to the second sheet member.
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