JP4367470B2 - 固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜とその製造方法および膜電極接合体 - Google Patents

固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜とその製造方法および膜電極接合体 Download PDF

Info

Publication number
JP4367470B2
JP4367470B2 JP2006236160A JP2006236160A JP4367470B2 JP 4367470 B2 JP4367470 B2 JP 4367470B2 JP 2006236160 A JP2006236160 A JP 2006236160A JP 2006236160 A JP2006236160 A JP 2006236160A JP 4367470 B2 JP4367470 B2 JP 4367470B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrolyte
membrane
electrolyte membrane
resin
sealing rib
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006236160A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008059927A (ja
Inventor
弘 鈴木
喜隆 木野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2006236160A priority Critical patent/JP4367470B2/ja
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to EP11166114.6A priority patent/EP2357698B1/en
Priority to CN2007800318760A priority patent/CN101512805B/zh
Priority to PCT/IB2007/002482 priority patent/WO2008029243A1/en
Priority to CA2660981A priority patent/CA2660981C/en
Priority to US12/438,012 priority patent/US8273498B2/en
Priority to EP07825028.9A priority patent/EP2082449B1/en
Publication of JP2008059927A publication Critical patent/JP2008059927A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4367470B2 publication Critical patent/JP4367470B2/ja
Priority to US13/592,539 priority patent/US20130071556A1/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028—Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0284—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0286—Processes for forming seals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0289—Means for holding the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
    • H01M8/1044—Mixtures of polymers, of which at least one is ionically conductive
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
    • H01M8/1053—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends consisting of layers of polymers with at least one layer being ionically conductive
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1058—Polymeric electrolyte materials characterised by a porous support having no ion-conducting properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1065—Polymeric electrolyte materials characterised by the form, e.g. perforated or wave-shaped
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1067—Polymeric electrolyte materials characterised by their physical properties, e.g. porosity, ionic conductivity or thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1069—Polymeric electrolyte materials characterised by the manufacturing processes
    • H01M8/1083—Starting from polymer melts other than monomer melts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1069—Polymeric electrolyte materials characterised by the manufacturing processes
    • H01M8/1086—After-treatment of the membrane other than by polymerisation
    • H01M8/109—After-treatment of the membrane other than by polymerisation thermal other than drying, e.g. sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1069—Polymeric electrolyte materials characterised by the manufacturing processes
    • H01M8/1086—After-treatment of the membrane other than by polymerisation
    • H01M8/1093—After-treatment of the membrane other than by polymerisation mechanical, e.g. pressing, puncturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜とその製造方法、および該電解質膜を備えた膜電極接合体と燃料電池セルに関する。
燃料電池の一形態として固体高分子形燃料電池が知られている。固体高分子形燃料電池は他の形態の燃料電池と比較して作動温度が低く（８０℃〜１００℃程度）、低コスト、コンパクト化が可能なことから、自動車の動力源等として期待されている。
固体高分子形燃料電池は、図８に示すように、膜電極接合体（ＭＥＡ）５０を主要な構成要素とし、それを燃料（水素）ガス流路および空気ガス流路を備えたセパレータ５１，５１で挟持して、単セルと呼ばれる１つの燃料電池セル５２を形成している。膜電極接合体５０は、イオン交換膜である固体高分子電解質膜５５の一方側にアノード側の触媒層５６ａとガス拡散層５７ａからなるアノード側ガス拡散電極５８ａを積層し、他方の側にカソード側の触媒層５６ｂとガス拡散層５７ｂからなるアノード側ガス拡散電極５８ｂを積層した構造を有する。
単セル５２において、ガス拡散電極５８ａ，５８ｂとセパレータ５１の間のガス流路を確保しつつ、セル外部へのガスの漏洩や燃料ガスと酸化剤ガスの混入を防止することが必要となる。膜電極接合体５０では、電解質膜５５の表面にガス拡散電極５８ａ，５８ｂが積層されることから膜電極接合体５０に段差が形成され、セパレータ５１で膜電極接合体５０を挟持して燃料電池セル５２を形成する場合に、その段差に起因して形成される隙間をシールする必要がある。通常、そのために、ガス拡散電極５８ａ，５８ｂの端部側から延出する電解質膜５５の上にシール用の樹脂材料５９をセパレータ５１に達する高さに塗布し、加熱硬化することによりシール部を構成してシール性を確保するようにしている。
燃料電池セル５２における前記段差に起因する隙間をシールするための他の技術として、特許文献１には、図９に示すように、電解質膜５５のガス拡散電極５８ａ，５８ｂの端部から側方に延出して部分５５ａを覆うようにして、突起５９ｂを有するゴム状の弾性体等からなるシール材５９ａを設け、セパレータ５１で膜電極接合体５０を挟持して燃料電池セル５２としたときに、該突起５９ｂがセパレータ５１に形成した凹部５１ａ内に圧着された状態で入り込むようにしている。
なお、固体高分子型燃料電池セルにおいて、電解質膜としては、電解質樹脂（イオン交換樹脂）であるパーフルオロスルホン酸ポリマーの薄膜（米国、デュポン社、ナフィオン膜）が主に用いられる。また、電解質樹脂単独の薄膜では十分な強度が得られないことから、特許文献２に記載のように、多孔質補強膜（例えば、ＰＴＦＥやポリオレフィン樹脂等を延伸して作成した薄膜）に、溶媒に溶解したポリマー（電解質樹脂）を含浸させ、乾燥後に電解質ポリマーにイオン交換基を導入するようにした補強型電解質膜も知られている。
特開平２００６−４６７７号公報 特開平９−１９４６０９号公報
前記のように、膜電極接合体に形成される段差に起因して生じる、電解質膜とセパレータとの間の隙間をシールするために、従来の燃料電池セルでは、別材料であるシール材を電解質膜の縁部に塗布するか、別材料であるシール材で電解質膜の縁部を被覆するようにしている。シール材を塗布し加熱硬化させる方法は、シール材の塗布ムラによる漏れの発生が生じやすく、また、長時間の加熱・加熱硬化が必要となるために、膜電極接合体にダメージを与えやすい。また、シール材の加熱硬化ムラによる漏れも発生する。
ゴム状の弾性体等からなるシール材で電解質膜の縁部を覆うようにしたシール手段の場合は、シール材がセパレータ側に圧着されることで高いシール効果が得られるものと期待できるが、その製造は容易でない。また、シール材との位置ずれが生じやすい不都合もある。
また、いずれにしても、従来の燃料電池セルでのシール技術には、電解質膜とは異なる材料を電解質膜とセパレータとの間に介在させるようにしており、電解質膜とシール材との間に界面が形成されるのを避けられず、そこからシール破壊が生じる恐れがある。
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池セルにおいて、膜電極接合体を構成する電解質膜とセパレータとの間に形成される隙間を、より完全に封止することでできる電解質膜およびその製造方法を提供することを目的とする。また、その電解質膜を用いた膜電極接合体と燃料電池セルを提供することを目的とする。
本発明による電解質膜は、固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜であって、基本的に、当該電解質膜に、溶融して電解質膜と一体化する樹脂または電解質樹脂による所定高さのシール用リブが一体成形されていることを特徴とする。多孔質補強膜を備えた補強型の電解質膜であってもよい。シール用リブの高さは、この電解質膜を用いて膜電極接合体とするときのガス拡散電極の厚さに応じて設定されるが、通常の固体高分子型の燃料電池セルで用いる膜電極接合体の場合であれば、１０〜５００μｍの範囲である。
電解質膜を構成する電解質樹脂は、従来使用されている電解質樹脂であってよいが、後に説明する製造方法を採用する場合には、熱劣化しないフッ素型電解質樹脂が好ましく、その場合、製造された電解質膜に対して、従来知られた方法により加水分解処理などによる電解質ポリマーにイオン交換性を付与する処理が施されて、電解質膜とされる。
本発明による電解質膜では、シール用リブは電解質膜本体と界面のない状態で一体に成形されるので、両者間での安定したシール性が確保される。
本発明はさらに本発明による電解質膜を備えた膜電極接合体として、上記した電解質膜と、該電解質膜の両面に積層されたガス拡散電極とを備えた膜電極接合体であって、前記電解質膜は前記ガス拡散電極より大きく形成されてガス拡散電極の端部から側方に延出しており、前記所定高さのシール用リブは前記電解質膜の延出部に前記ガス拡散電極の厚さを超える高さで一体成形されている膜電極接合体を開示する。
本発明はさらに、上記した膜電極接合体とそれを挟持するセパレータとを有し、前記電解質膜に一体成形されたシール用リブの頂部がセパレータに衝接いる構成を備えることを特徴とする燃料電池セルをも開示する。
上記の膜電極接合体および燃料電池セルでは、高いシール性が確保できるので、燃料電池セル外部へのガスの漏洩や燃料ガスと酸化剤ガスの混入（ガスクロス）が生じるのを確実に抑制することができる。
本発明は、上記した電解質膜を製造する方法の第１の形態として、樹脂吐出口の両側縁近傍に前記シール用リブに対応する深さの凹溝を有しているダイを用い、加熱溶融した電解質樹脂を前記ダイの樹脂吐出口から押し出すことにより、長尺状の電解質膜の両側縁近傍に電解質樹脂による所定高さのシール用リブを一体成形する工程を少なくとも含むことを特徴とする電解質膜の製造方法を開示する。
上記第１の形態の製造方法において、従来知られた混練押出し装置により加熱溶融させた電解質樹脂がダイに送られ、加熱溶融した電解質樹脂がダイの樹脂吐出口から薄膜状かつ長尺状に連続して押し出される。ダイの樹脂吐出口の両側縁近傍には、製造しようとする電解質膜に形成する前記シール用リブに対応する深さの凹溝が形成されており、押し出される溶融電解質樹脂の両側縁近傍には、電解質膜本体と一体にシール用リブが凸状に形成される。前記したように、この製造方法による場合は、電解質樹脂として、熱劣化しないフッ素型電解質樹脂を用いることが望ましく、その場合、押し出し後に、冷却および加水分解処理などによる電解質ポリマーにイオン交換性を付与する処理が施されて、電解質膜となる。
本発明による電解質膜の製造方法の第２の形態は、多孔質補強膜が通過する膜通過路と、該膜通過路の出口部の両側縁近傍に形成される前記シール用リブに対応する深さの凹溝と、該膜通過路を通過する多孔質補強膜の両側に位置する樹脂吐出口とを有するダイを用い、前記膜通過路に多孔質補強膜を通過させながら、加熱溶融した電解質樹脂を前記ダイの樹脂吐出口から押し出して多孔質補強膜に溶融電解質樹脂を含浸させ、樹脂を含浸した多孔質補強膜が膜通過路の出口部を通過するときに、該樹脂を含浸した多孔質補強膜の両側縁近傍に電解質樹脂による所定高さのシール用リブを一体成形して長尺状の補強型電解質膜としてダイから押し出す工程を少なくとも含むことを特徴とする。
この製造方法は、いわゆる補強型電解質膜を製造する場合の方法である。使用する電解質樹脂およびダイに加熱溶融した電解質樹脂を供給する方法は、前記した第１の形態の製造方法と同じであってよい。使用する多孔質補強膜は、従来から使用されているものをそのまま用いることができ、例として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やポリオレフィン樹脂等を１軸方向または２軸方向に延伸して作成した多孔質補強膜が挙げられる。厚さは５〜５０μｍ程度が好ましい。
この場合も、ダイから押し出される多孔質補強膜を備えた電解質膜の両側縁近傍には、電解質膜本体と一体にシール用リブが凸状に形成される。前記したように、この製造方法による場合も、電解質樹脂として、熱劣化しないフッ素型電解質樹脂を用いることが望ましく、その場合、押し出し後に、冷却および加水分解処理などによる電解質ポリマーにイオン交換性を付与する処理が施されて、補強型電解質膜となる。
上記したいずれの製造方法による場合も、長尺状の電解質膜の両側縁近傍にシール用リブが一体成形された電解質膜が得られる。燃料電池セル用の電解質膜として実際に用いる場合には、該長尺状の電解質膜を所定の幅で裁断し矩形状の電解質膜とする。その場合、裁断した方の２つの側辺近傍にはシール用リブが形成されていない。該両側辺に対して、前記特許文献１あるいは特許文献２等に記載される従来法によるシール技術を採用して、燃料電池セルを構成することもできる。しかしその場合、全周縁において、均一なシール性を確保することが困難となる。
それを解決するための電解質膜の製造方法として、本発明は、上記のようにして製造された両側縁近傍に電解質樹脂による所定高さのシール用リブを一体成形した長尺状の電解質膜を所定幅で裁断して矩形状電解質膜とする工程と、矩形状電解質膜におけるシール用リブが一体成形されていない２つの側辺に沿って重畳部を形成する工程と、少なくとも形成した重畳部を例えば加熱ダイを用いて挟み込み加熱溶融させて電解質樹脂による所定高さのシール用リブ電解質膜に一体形成する工程、とをさらに含むことを特徴とする膜電極接合体の製造方法をも開示する。
上記の製造方法において、重畳部を形成する工程は、当該側辺側を側縁に沿って折り曲げるあるいは丸め込む等の手法により行うことができる。重畳して厚みの増した箇所を例えば加熱ダイで挟み込みこむことにより、その領域の電解質樹脂は再び溶融し、加熱ダイに形成した凹溝の形状に応じたシール用リブが電解質膜本体と一体化して形成される。その後、必要な場合には、加水分解処理等を行うことにより、４周に電解質膜本体と一体化した電解質樹脂からなるシール用リブを形成した電解質膜が得られる。加熱ダイに形成する凹溝形状は、当該側縁に求められるシール用リブの形状に応じて、適宜設定する。
本発明は、本発明による電解質膜の他の製造方法として、前記シール用リブを備えない電解質膜を作成する工程と、作成した電解質膜におけるシール用リブを形成すべき部位に溶融して電解質膜と一体化する樹脂粒子または電解質樹脂粒子を散布する工程と、および、散布した前記樹脂粒子または電解質樹脂粒子を加熱溶融して前記樹脂粒子または電解質樹脂による所定高さのシール用リブを電解質膜に一体成形する工程、とを少なくとも含むことを特徴とする電解質膜の製造方法をも開示する。
この製造方法では、出発材料として上記したようなシール用リブを備えない従来から用いられている電解質膜を用いる。この電解質膜の製造方法は任意であり制限はない。溶融電解質樹脂をダイから押し出して得られる平坦な電解質膜でもよい。多孔質補強膜を備えた補強型電解質膜であってもよい。
電解質膜におけるシール用リブを形成すべき部位に所要厚みに溶融して電解質膜と一体化する樹脂粒子または電解質樹脂粒子を散布する。溶融して電解質膜と一体化する樹脂粒子としては、例えばフッ素系樹脂であるＰＦＡ，ＦＥＰ，ＥＴＦＥ，ＰＶＤＦなどが挙げられる。散布する電解質樹脂粒子は、加熱溶融により電解質膜本体と一体化することを条件に、任意の電解質樹脂粒子を用いることができる。電解質膜本体を形成する電解質樹脂と同じ樹脂の粒子であることは、より好ましい。樹脂粒子の粒径は１０μｍ以上であることが作業性の点から好ましい。
散布した樹脂粒子または電解質樹脂粒子を例えば加熱ダイで挟み込み、加熱溶融させることにより、所定高さのシール用リブが電解質膜に一体成形される。この場合も、シール用リブの高さは、電解質膜を用いて膜電極接合体とするときのガス拡散電極の厚さに応じて設定されるが、通常の固体高分子型燃料電池セルで用いる膜電極接合体の場合であれば、１０〜５００μｍの範囲である。
なお、この製造方法は、単膜としての電解質膜に対して適用してもよく、その場合には、シール用リブが一体成形された電解質膜に対してガス拡散電極を形成して膜電極接合体とされる。また、予め膜電極接合体を形成し、該膜電極接合体のガス拡散電極の端部から側方に延出している電解質膜に対してこの製造方法を適用することもできる。いずれの場合も、樹脂粒子は加熱溶融処理がされるので、熱劣化しないフッ素型電解質樹脂粒子を用いることが望ましく、その場合、シール用リブが一体成形された電解質膜（あるいは膜電極接合体）に対して、加水分解処理などによる電解質ポリマーにイオン交換性を付与する処理が施される。
本発明は、本発明による電解質膜のさらに他の製造方法として、シール用リブを備えない電解質膜を作成する工程と、作成した電解質膜おけるシール用リブを形成すべき部位を除いた部位を電解質膜の軟化点以上の温度でプレスする工程、とを少なくとも含むことを特徴とする電解質膜の製造方法をも開示する。この製造方法によれば、より簡単な工程で所定高さのシール用リブが一体成形された電解質膜を得ることができる。プレスする領域は、プレス後の電解質膜を用いて膜電極接合体とするときに、ガス拡散電極が形成される領域のみであってもよい。その場合、ガス拡散電極の厚みにほぼ等しい深さだけ、電解質膜をプレスして両側に凹陥部を形成することがより好ましい。
本発明によれば、燃料電池セルとしたときに、セルのシール性向上を図ることのできる電解質膜および膜電極接合体が得られる。また、シール性の向上した燃料電池セルが得られる。
以下、図面を参照して本発明を実施の形態に基づき説明する。図１ａ，ｂは本発明による電解質膜の一例を模式的に示す図、図１ｃは本発明による膜電極接合体の一例を模式的に示す図、図１ｄ，ｅは本発明による燃料電池セルの一例の断面を模式的に示す図である。図２と図３は本発明による電解質膜を製造する方法の第１の形態を模式的に説明する図、図４は本発明による電解質膜を製造する方法の第２の形態を模式的に説明する図、図５は本発明による電解質膜を製造する方法の第３の形態を模式的に説明する図、図６および図７は本発明による電解質膜を製造する方法のさらに他の形態を模式的に説明する図である。
図１ａに斜視図を、図１ｂに図１ａのｂ−ｂ線による断面図示すように、この固体高分子電解質膜１０は全体として矩形状であり、矩形状である電解質膜本体１１の４つの側縁に沿うようにして、その両面に、電解質膜本体１１を構成する電解質樹脂と同じ電解質樹脂からなるシール用リブ１２ａ〜１２ｄが一体に成形されている。また、この例において、電解質膜１０は延伸ＰＴＦＥのような多孔質補強膜１３を備えており、補強型電解質膜とされている。多孔質補強膜１３は省略することもできる。また、シール用リブ１２は、４つの側縁のすべてに沿って形成されなくてもよく、対向する２つの側縁のみに、シール用リブ１２ａ、１２ｂあるいは１２ｃ，１２ｄが形成されていてもよい。
図１ｃには、前記電解質膜１０とガス拡散電極２３ａ，２３ｂからなる膜電極接合体２０の断面が模式的に示される。電解質膜１０の一方の面にアノード側の触媒層２１ａとガス拡散層２２ａからなるアノード側ガス拡散電極２３ａが積層され、他方の面にカソード側の触媒層２１ｂとガス拡散層２２ｂからなるアノード側ガス拡散電極２３ｂが積層されている。電解質膜１０はガス拡散電極２３ａ，２３ｂより大きく、ガス拡散電極２３ａ，２３ｂの４つの端部から側方に延出している。そして、シール用リブ１２ａ〜１２ｄは電解質膜本体１１の前記延出部に、ガス拡散電極２３ａ，２３ｂの厚さを超える高さで一体成形されている。通常の固体高分子型燃料電池セルにおいて、シール用リブ１２ａ〜１２ｄの高さは１０〜５００μｍの範囲である。
図１ｃに示す膜電極接合体２０を用いて燃料電池セル３０を形成する。図１ｄに示すように、膜電極接合体２０の両側に、ガス流路３１を備えたセパレータ３２が配置され、必要に応じて、シール用リブ１２ａ〜１２ｄには微量の接着剤が塗布される。その状態で全体を加圧して圧接することにより、図１ｅに示す燃料電池セル３０とされる。前記したように、この燃料電池セル３０は、シール用リブ１２ａ〜１２ｄが電解質膜本体１１と同じ電解質樹脂で電解質膜本体１１に一体成形されており、高いシール性が確保される。なお、シール用リブを構成する樹脂は、加熱溶融することにより電解質膜本体１１と一体化する樹脂であればよく、電解質膜本体１１を構成すると同じ電解質樹脂である必要はない。例えば、例えばフッ素系樹脂であるＰＦＡ，ＦＥＰ，ＥＴＦＥ，ＰＶＤＦなどを例として挙げることができる。
次ぎに、本発明による電解質膜を製造する方法の一態様を、図２，図３を用いて説明する。この製造方法では、電解質樹脂としてフッ素型電解質樹脂が用いられ、その樹脂粒子が従来知られた樹脂混練押し出し装置（不図示）に投入されて加熱・混練される。それにより溶融した電解質樹脂ｐが、図２ａに示すように、ダイ１に圧送られる。ダイ１は図２ｂにその断面を示す形状の樹脂吐出口２を有しており、そこから電解質樹脂ｐが押し出される。
図２ｂに示すように、樹脂吐出口２は全体として縦幅ａに比して横幅ｂが大きい扁平形状であり、その横幅方向の両側縁近傍には凹溝３ａ，３ａが形成されている。従って、ダイ１に送り込まれた溶融電解質樹脂ｐは、図２ａに示すように、厚みａ、横幅ｂである長尺状の電解質薄膜１１ａとして樹脂吐出口２から押し出され、図２ｃに図２ａのｃ−ｃに沿う断面を示すように、押し出された電解質薄膜１１ａの両面には、その両側辺に沿うようにして、樹脂吐出口２に形成した凹溝３ａ，３ａの形状に応じた形状の突条１１ｂ、１１ｂが一体に形成される。なお、図では凹溝３ａ，３ａの断面形状を半円形状として示したが、断面形状は、三角形状、楕円形状、矩形状など任意の形状であってよい。
長尺状の電解質薄膜１１ａは、冷却後に、図３ａに示すように、所定の縦長さｃで裁断され矩形状の電解質膜１０ａとされる。この電解質膜１０ａと図１ａ，ｂに示した電解質膜１０とを対比すると、電解質薄膜１１ａが電解質膜本体１１に相当し、２つの突条１１ｂ、１１ｂがシール用リブ１２ａ，１２ｂに相当する。裁断した２つの側辺１４側にはシール用リブを備えないが、燃料電池セルの形態によってはこの形状で電解質膜として使用することもできる。
図１ａ，ｂに示す電解質膜１０のように、４つの側縁に沿ってシール用リブを有する電解質膜とする場合には、図３ｂに示すように、前記裁断した２つの側辺１４，１４に沿って丸め込むあるいは折り曲げる等により、重畳した部分１５を形成する。次ぎに、加熱ダイ等を用いて、少なくとも形成した重畳部１５を加熱溶融する。それにより、図３ｃに示すように、電解質膜本体１１の裁断側の２つの側辺１４，１４に沿って、シール用リブ１６，１６が電解質膜１１と一体化した状態で成形され、図３ｄに示すように、４周にシール用リブを備えた電解質膜１０ｂとなる。なお、この電解質膜１０ｂは図１ａ，ｂに示した電解質膜１０から多孔質補強膜１３を除いたものに相当しており、図３ｄでは、相当する部材には、図１ａで用いたと同じ符号を付している。
次ぎに、図１ａ、ｂに示した多孔質補強膜１３を持つ電解質膜１０を製造する場合の製造方法の一形態を、図４に基づき説明する。この方法では、図４ａに示す形状のダイ１Ａを用いる。ダイ１Ａは、前記した多孔質補強膜１３が通過する膜通過路４と、該膜通過路４を通過する多孔質補強膜１３の両側に位置する樹脂吐出口５ａ，５ｂとを有している。各樹脂吐出口５ａ，５ｂは樹脂供給路６ａ，６ｂに連通しており、該樹脂供給路６ａ，６ｂには、電解質樹脂の混練押し出し装置から、例えばフッ素型電解質である加熱溶融した電解質樹脂ｐが所定圧の下で供給される。前記膜通過路４の出口部７の形状は、図２に示したダイ１の樹脂吐出口２と同様であり、図４ｂに示すように、全体として縦幅ａに比して横幅ｂが大きい扁平形状であり、その横幅方向の両側縁近傍には凹溝３ａ，３ａが形成されている。
樹脂供給路６ａ，６ｂに供給された溶融電解質樹脂ｐは、各樹脂吐出口５ａ，５ｂから所定圧で押し出され、多孔質補強膜１３内に両側から含浸すると共に、当該樹脂ｐの粘弾性により作られる押し出し力により、樹脂ｐを含浸した多孔質補強膜１３は前記膜通過路４の出口部７から補強型電解質薄膜１１ｃとして長尺状に押し出される。押し出される補強型電解質薄膜１１ｃは、図４ｃに断面を示すように、厚みａ、横幅ｂであり、かつ内部に多孔質補強膜１３を有している。また、補強型電解質薄膜１１ｃの両面には、その両側辺に沿うようにして、樹脂吐出口７に形成した凹溝３ａ，３ａの形状に応じた形状の突条１１ｂ、１１ｂが一体に形成される。なお、この場合も、凹溝３ａ，３ａの断面形状は、三角形状、楕円形状、矩形状など任意の形状であってよい。説明は省略するが、得られた長尺状の電解質薄膜１１ｃは、先に図３に基づき説明したと同様な処理が施されて、図１ａに示す補強型電解質膜１０とされる。
次ぎに、本発明による電解質膜を製造する方法の第３の形態を、図５を参照して説明する。ここでは、出発材料として、図５ａに示すように、前記したシール用リブを備えない電解質薄膜１０ｓを用いる。電解質薄膜１０ｓは任意の方法で製造したものでよく、図示しないが、多孔質補強膜を備えるものでもよい。この電解質薄膜１０ｓにおけるシール用リブ１２を形成すべき部位に、図５ｂに斜視図および断面図を示すように、好ましくは粒径１０μｍ以上の加熱溶融可能な樹脂粒子ｐａを所定の厚みに散布する。図示の例では、電解質薄膜１０ｓに複数個のガス通過口１７を形成し、その周囲に加熱溶融可能な樹脂粒子ｐａを散布するようにしているが、上記した電解質膜１０，１０ａのように４つの側辺に沿うようにして線状に加熱溶融可能な樹脂粒子ｐａを散布してもよい。散布する加熱溶融可能な樹脂粒子ｐａは、加熱溶融により電解質薄膜１０ｓと一体化することを条件に、任意の加熱溶融可能な樹脂粒子を用いることができる。例えば、フッ素系樹脂であるＰＦＡ，ＦＥＰ，ＥＴＦＥ，ＰＶＤＦなどが挙げられる。加熱溶融可能な樹脂粒子が電解質薄膜１０ｓを形成する電解質樹脂の同じ樹脂の粒子であることがより望ましい。
次ぎに、図５ｃに示すように、散布した加熱溶融可能な樹脂粒子ｐａを、凹溝８を形成した加熱部９ａ，９ａを備えた加熱ダイ９，９で挟み込み、加熱溶融させる。それにより、電解質薄膜１０ｓには、溶融した樹脂粒子ｐａによる所定高さのシール用リブ１２が一体に成形され、図５ｄに示すように、本発明によるシール用リブ付の電解質膜１０ｂが得られる。なお、この場合も、シール用リブ１２の高さは、当然に、電解質膜１０ｂを用いて膜電極接合体とするときのガス拡散電極の厚さに応じて設定される。
図示しないが、図５ｄに示す電解質膜１０ｂに対して、ガス拡散電極２３ａ，２３ｂを積層することにより膜電極接合体３０とされる。また、予め、電解質薄膜１０ｓにガス拡散電極２３ａ，２３ｂを積層した膜電極接合体２０（図１参照）を形成しておき、該膜電極接合体のガス拡散電極の端部から側方に延出している電解質薄膜１０ａの領域における必要箇所に前記のようにして電解質樹脂粒子ｐａを散布し、加熱溶融処理を施すようにしてもよい。
図６は、本発明による電解質膜の製造方法のさらに他の態様を示している。この態様は前記図２に基づき説明した第１の形態を改良したものであり、図６ａに示すようにしてダイ１を用いて長尺状に電解質薄膜１１ａを押し出す過程で、図６ｂに示すように、所定のタイミングで、ダイ１の樹脂吐出口２を所定幅に拡開し、所定時間後に元に戻す操作を反復する。それにより、図６ｃに示すように、押し出される電解質薄膜１１ａの横幅方向に、樹脂吐出口２が拡開している間だけ厚さが厚くなった領域１１ｄが形成される。
この方法によれば、長尺状に電解質薄膜１１ａの長手方向にはダイ１に形成した凹部３ａ，３ａに基づく２本の凸条１１ｂ，１１ｂが一体成形され、それと同時に、幅方向には所定の間隔でダイ１の開き幅と開き時間に応じた高さと幅の厚さが厚くなった領域１１ｄを形成することができる。そのために、得られる長尺状の電解質薄膜１１ａを単に所定箇所で裁断するのみで、図６ｄに示す形状の電解質膜１０ｂとすることができる。なお、図６ｄにおいて対応する部材には図１ａと同じ符号を付している。
図７は、本発明による電解質膜の製造方法のさらに他の２つの態様を示している。ここでは、従来知られた方法により、膜全体がほぼ同一膜厚の電解質膜を予備成形体として作成し、作成した電解質膜おける少なくともシール用リブを形成すべき部位を除いた部位を当該電解質膜の軟化点以上の温度で熱圧プレスして、ガス拡散電極の厚さ程度だけ膜厚を薄くするようにしている。電解質膜の膜厚が薄くされた領域にはガス拡散電極が形成され、周囲の膜厚の厚い部分はシール用リブとしての機能を果たす。
具体的には、例えば、側鎖末端基−ＳＯ２Ｆ型電解質前駆体樹脂により例えば膜厚１０〜１００μｍ程度のシール用リブを備えないほぼ同一膜厚の電解質薄膜（予備成形体）１０ｓを作り、それを図７ａに示すように、上下に熱盤４１，４１を持つ加熱プレス盤４０により、当該電解質樹脂の軟化点以上の温度で、周辺部を残して熱圧プレスする。それにより、図７ｂに示すように、熱圧プレスされた箇所は薄肉の電解質膜本体部１１となり、周辺部は厚みを保ったシール用リブ領域１２とされた電解質膜１０が得られる。
電解質膜本体部１１には加水分解処理を施し、側鎖末端基を−ＳＯ２Ｆから−ＳＯ２Ｈに置換する。その領域にガス拡散電極（不図示）が形成されて単セルとされる。周囲のシール用リブ領域１２は厚さも厚く、かつ前駆体樹脂のままで維持されるので、電極周囲に集中しやすい応力に十分に耐えうる強い強度の電解質膜が得られる。
図７ｃは他の成形方法を示しており、ここでは、予備成形体として、ほぼ同一膜厚の帯状電解質薄膜（予備成形体）１０ｓを予め用意し、それを電極形状の凸部４３を設けた上下一対の加熱ロール４４，４４の間に通過させるようにしている。上下一対の加熱ロール４４，４４が回転することにより、帯状電解質薄膜（予備成形体）１０ｓの表裏には連続的に厚さの薄くされた領域（薄肉の電解質膜本体部１１）がロール形成され、周辺部は厚みを保ったシール用リブ領域１２として残される。所要の大きさに裁断することにより、図７ｂに示したと同様な電解質膜が得られる。
なお、図７に示した製造態様において、電解質薄膜（予備成形体）１０ｓとして、多孔質補強膜を備える電解質膜を用いることも当然に可能である。
図１ａは本発明による電解質膜の一例を模式的に示す図、図１ｂは図１ａのｂ−ｂ線による断面図、図１ｃは本発明による膜電極接合体の一例を模式的に示す断面図、図１ｄは本発明による燃料電池セルの一例を製造する過程を示す模式的断面図、図１ｅは製造後の燃料電池セルを模式的に示す断面図。 本発明による電解質膜を製造する方法の第１の形態を模式的に説明する図であり、図２ａは電解質薄膜がダイから長尺状に押し出される状態を示しており、図２ｂはダイの樹脂吐出口を断面で示しており、図２ｃは図２ａのｃ−ｃ線による断面であり、押し出された電解質薄膜を断面で示している。 図２で得られた電解質膜をさらに加工する態様を示しており、図３ａは所定幅に裁断された電解質膜を、図３ｂはその側辺に重畳部を形成する状態を、図３ｃは重畳部を加熱処理した後の状態を、図３ｄは加工処理後の電気脂質膜をそれぞれ示している。 本発明による電解質膜を製造する方法の第２の形態を模式的に説明する図であり、図４ａは補強型電解質薄膜がダイから長尺状に押し出される状態を示しており、図４ｂはダイの膜通過路出口部を断面で示しており、図４ｃは押し出された電解質薄膜を断面で示している。 本発明による電解質膜を製造する方法の第３形態を模式的に説明する図であり、図５ａ〜図５ｄはその製造過程をそれぞれ説明している。 本発明による電解質膜を製造する方法のさらに他の態様を模式的に説明する図であり、図６ａ〜図３ｃはその製造過程をそれぞれ説明し、図６ｄは得られた電解質膜を示している。 本発明による電解質膜を製造する方法のさらに他の２つの態様を模式的に説明する図であり、図７ａは加熱プレス盤を用いる態様を、図７ｃはロールプレスを用いる態様を模式的に示している。 従来の燃料電池セルの一例を示す模式的断面図。 従来の燃料電池セルの他の例を示す模式的断面図。
符号の説明
ｐ…溶融電解質樹脂、ｐａ…電解質樹脂粒子、１，１Ａ…ダイ、２…樹脂吐出口、３ａ，３ａ…凹溝、４…膜通過路、５ａ，５ｂ…樹脂吐出口、６ａ，６ｂ…樹脂供給路、７…膜通過路の出口部、９…加熱ダイ、１０，１０ｂ…固体高分子電解質膜、１０ａ…矩形状の電解質膜、１０ｓ…シール用リブを備えない電解質薄膜、１１…電解質膜本体、１１ａ…長尺状の電解質薄膜、１１ｂ…電解質樹脂からなる突条、１１ｃ…長尺状の補強型電解質薄膜、１２，１２ａ〜１２ｄ，１６…シール用リブ、１３…多孔質補強膜、１４…裁断した側の２つの側辺、１５…電解質樹脂が重畳した部分、１７…ガス通過口、２０…膜電極接合体、２３ａ，２３ｂ…ガス拡散電極、３０…燃料電池セル、３１…ガス流路、３２…セパレータ

Claims (6)

  1. 固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜であり、該電解質膜に所定高さのシール用リブが一体成形されている電解質膜を製造する方法であって、樹脂吐出口の両側縁近傍に前記シール用リブに対応する深さの凹溝を有するダイを用い、加熱溶融した電解質樹脂を前記ダイの樹脂吐出口から押し出すことにより、長尺状の電解質膜の両側縁近傍に電解質樹脂による所定高さのシール用リブを一体成形する工程を少なくとも含むことを特徴とする電解質膜の製造方法。
  2. 固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜であり、多孔質補強膜を備えかつ該電解質膜に所定高さのシール用リブが一体成形されている電解質膜を製造する方法であって、
    多孔質補強膜が通過する膜通過路と、該膜通過路の出口部の両側縁近傍に形成した前記シール用リブに対応する深さの凹溝と、該膜通過路を通過する多孔質補強膜の両側に位置する樹脂吐出口とを有するダイを用い、
    前記膜通過路に多孔質補強膜を通過させながら、加熱溶融した電解質樹脂を前記ダイの樹脂吐出口から押し出して多孔質補強膜に溶融電解質樹脂を含浸させ、樹脂を含浸した多孔質補強膜が膜通過路の出口部を通過するときに、該樹脂を含浸した多孔質補強膜の両側縁近傍に電解質樹脂による所定高さのシール用リブを一体成形して長尺状の補強型電解質膜としてダイから押し出す工程を少なくとも含むことを特徴とする電解質膜の製造方法。
  3. 請求項１または２に記載の電解質膜の製造方法であって、製造された両側縁近傍に電解質樹脂による所定高さのシール用リブを一体成形した長尺状の電解質膜を所定幅で裁断して矩形状電解質膜とする工程と、該矩形状電解質膜におけるシール用リブが一体成形されていない２つの側辺に沿って重畳部を形成する工程と、および、少なくとも形成した重畳部を加熱ダイで挟み込み溶融させて電解質樹脂による所定高さのシール用リブを電解質膜に一体に形成する工程、とをさらに含むことを特徴とする電解質膜の製造方法。
  4. 固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜であり、該電解質膜に所定高さのシール用リブが一体成形されている電解質膜を製造する方法であって、前記シール用リブを備えない電解質膜を作成する工程と、作成した電解質膜におけるシール用リブを形成すべき部位に溶融して電解質膜と一体化する樹脂粒子または電解質樹脂粒子を散布する工程と、および、
    散布した前記樹脂粒子または電解質樹脂粒子を加熱溶融して前記樹脂粒子または電解質樹脂による所定高さのシール用リブを電解質膜に一体成形する工程、とを少なくとも含むことを特徴とする電解質膜の製造方法。
  5. 散布する溶融して電解質膜と一体化する樹脂粒子または電解質樹脂粒子として、粒径が１０μｍ以上のものを用いることを特徴とする請求項４に記載の電解質膜の製造方法。
  6. 固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜であり、該電解質膜に所定高さのシール用リブが一体成形されている電解質膜を製造する方法であって、前記シール用リブを備えない電解質膜を作成する工程と、作成した電解質膜おける少なくともシール用リブを形成すべき部位を除いた部位を電解質膜の軟化点以上の温度でプレスする工程、とを少なくとも含むことを特徴とする電解質膜の製造方法。
JP2006236160A 2006-08-31 2006-08-31 固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜とその製造方法および膜電極接合体 Expired - Fee Related JP4367470B2 (ja)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006236160A JP4367470B2 (ja) 2006-08-31 2006-08-31 固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜とその製造方法および膜電極接合体
CN2007800318760A CN101512805B (zh) 2006-08-31 2007-08-29 固体聚合物燃料电池用电解质膜，其制造方法及膜电极组合件
PCT/IB2007/002482 WO2008029243A1 (en) 2006-08-31 2007-08-29 Solid polymer fuel cell-purpose electrolyte membrane, production method therefor, and membrane-electrode assembly
CA2660981A CA2660981C (en) 2006-08-31 2007-08-29 Solid polymer fuel cell-purpose electrolyte membrane, production method therefor, and membrane-electrode assembly
EP11166114.6A EP2357698B1 (en) 2006-08-31 2007-08-29 Solid polymer fuel cell-purpose electrolyte membrane, production method therefor and membrane-electrode assembly
US12/438,012 US8273498B2 (en) 2006-08-31 2007-08-29 Solid polymer fuel cell-purpose electrolyte membrane, production method therefor, and membrane-electrode assembly
EP07825028.9A EP2082449B1 (en) 2006-08-31 2007-08-29 Production method for solid polymer fuel cell-purpose electrolyte membrane
US13/592,539 US20130071556A1 (en) 2006-08-31 2012-08-23 Solid Polymer Fuel Cell-Purpose Electrolyte Membrane, Production Method Therefor, and Membrane-Electrode Assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006236160A JP4367470B2 (ja) 2006-08-31 2006-08-31 固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜とその製造方法および膜電極接合体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008059927A JP2008059927A (ja) 2008-03-13
JP4367470B2 true JP4367470B2 (ja) 2009-11-18

Family

ID=38896912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006236160A Expired - Fee Related JP4367470B2 (ja) 2006-08-31 2006-08-31 固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜とその製造方法および膜電極接合体

Country Status (6)

Country Link
US (2) US8273498B2 (ja)
EP (2) EP2082449B1 (ja)
JP (1) JP4367470B2 (ja)
CN (1) CN101512805B (ja)
CA (1) CA2660981C (ja)
WO (1) WO2008029243A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022071684A1 (ko) * 2020-09-29 2022-04-07 코오롱인더스트리 주식회사 고분자 전해질막, 이를 포함하는 막-전극 어셈블리 및 연료 전지

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5359341B2 (ja) * 2009-02-13 2013-12-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池構成材の製造方法
JP5505500B2 (ja) * 2010-06-15 2014-05-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池、燃料電池の製造方法
WO2013084256A1 (ja) * 2011-12-06 2013-06-13 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
KR101620155B1 (ko) * 2014-01-22 2016-05-12 현대자동차주식회사 연료전지 셀 및 그 제조 방법
CN106463746B (zh) * 2014-03-24 2019-06-04 庄信万丰燃料电池有限公司 膜密封组件
GB201405209D0 (en) * 2014-03-24 2014-05-07 Johnson Matthey Fuel Cells Ltd Process
GB201515870D0 (en) * 2015-09-08 2015-10-21 Johnson Matthey Fuel Cells Ltd Process
EP3472885A4 (en) * 2016-06-15 2020-06-17 3M Innovative Properties Company COMPONENT OF A MEMBRANE ELECTRODE ARRANGEMENT AND METHOD FOR PRODUCING AN ARRANGEMENT
DE102017101276A1 (de) * 2017-01-24 2018-07-26 Audi Ag Bipolarplatten-Dichtungsanordnung sowie Brennstoffzellenstapel mit einer solchen
JP6427215B2 (ja) * 2017-03-07 2018-11-21 本田技研工業株式会社 固体高分子型燃料電池用フィルム成形品のプレス加工方法及びプレス加工装置
CN109847974B (zh) * 2018-11-23 2021-07-09 一汽解放汽车有限公司 一种质子交换膜燃料电池膜电极喷涂夹具及使用该夹具制备膜电极的方法
EP4026621A4 (en) * 2019-09-04 2023-10-04 NOK Corporation METHOD FOR PRODUCING A SEAL
DE102019216876A1 (de) * 2019-10-31 2021-05-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Membran-Elektroden-Einheit
DE102020207918B4 (de) 2020-06-25 2023-11-16 Vitesco Technologies GmbH Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung
DE102020207919A1 (de) 2020-06-25 2021-12-30 Vitesco Technologies GmbH Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung
DE102020212103A1 (de) 2020-09-25 2022-03-31 Vitesco Technologies GmbH Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung
DE102020212104A1 (de) 2020-09-25 2022-03-31 Vitesco Technologies GmbH Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung
DE102020212764A1 (de) 2020-10-09 2022-04-14 Vitesco Technologies GmbH Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung
DE102021119029A1 (de) 2021-07-22 2023-01-26 Vitesco Technologies GmbH Metallische Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Bipolarplatte
DE102021119054A1 (de) 2021-07-22 2023-01-26 Vitesco Technologies GmbH Vorrichtung zum Halten eines plattenförmigen Bauteils bei einem Prüfen und/oder Bearbeiten des Bauteils, sowie Verwendung hierfür
DE102021214297B4 (de) 2021-12-14 2023-08-17 Vitesco Technologies GmbH Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstapel

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0629032A (ja) 1992-07-08 1994-02-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 高分子電解質膜及びその製造法
JPH09194609A (ja) 1996-01-25 1997-07-29 Sumitomo Electric Ind Ltd イオン交換膜およびその製造方法
JPH09283163A (ja) 1996-04-11 1997-10-31 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 高分子固体電解質型燃料電池用電解質膜、その製作方法及び燃料電池セルの電極部に対する電解質膜のガスシール方法
EP1156546B1 (en) * 1997-07-16 2003-10-08 Ballard Power Systems Inc. Method of making a resilient seal for membrane electrode assembly (MEA) in an electrochemical fuel cell
JP2000243413A (ja) * 1999-02-23 2000-09-08 Sanyo Electric Co Ltd 固体高分子型燃料電池用電解質膜及びこれを用いた固体高分子型燃料電池
JP2001185163A (ja) * 1999-12-28 2001-07-06 Asahi Glass Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池用のガス拡散電極の製造方法
CN1210828C (zh) * 2000-02-08 2005-07-13 松下电器产业株式会社 高分子电解质型燃料电池
JP3542550B2 (ja) 2000-07-19 2004-07-14 本田技研工業株式会社 燃料電池用シールの成形方法
JP4907773B2 (ja) 2001-02-07 2012-04-04 旭化成イーマテリアルズ株式会社 フッ素系イオン交換膜の製造方法
JP4600632B2 (ja) 2001-08-24 2010-12-15 Ｎｏｋ株式会社 燃料電池用構成部品
KR100494402B1 (ko) * 2001-10-16 2005-06-13 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 고분자 전해질형 연료전지
JP2004119269A (ja) 2002-09-27 2004-04-15 Toyota Motor Corp 燃料電池用電解質膜及びその製造方法
WO2005006480A2 (de) * 2003-07-14 2005-01-20 Umicore Ag & Co. Kg Membran-elektroden-einheit für die wasserelektrolyse
JP2005085594A (ja) 2003-09-09 2005-03-31 Fuji Electric Holdings Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池及びその製造方法
JP4575658B2 (ja) 2003-11-28 2010-11-04 トヨタ自動車株式会社 イオン交換膜の製造装置および製造方法
JP2005243293A (ja) 2004-02-24 2005-09-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用の固体高分子電解質膜
JP2006004677A (ja) 2004-06-15 2006-01-05 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 燃料電池
DE102004028857A1 (de) * 2004-06-15 2006-01-12 Carl Freudenberg Kg Substrat mit integrierter Dichtung
JP4736787B2 (ja) 2005-12-20 2011-07-27 トヨタ自動車株式会社 固体高分子形燃料電池における膜電極接合体および補強型電解質膜の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022071684A1 (ko) * 2020-09-29 2022-04-07 코오롱인더스트리 주식회사 고분자 전해질막, 이를 포함하는 막-전극 어셈블리 및 연료 전지

Also Published As

Publication number Publication date
EP2357698B1 (en) 2015-09-16
CA2660981C (en) 2011-11-22
US20130071556A1 (en) 2013-03-21
CA2660981A1 (en) 2008-03-13
EP2082449B1 (en) 2016-01-06
WO2008029243A1 (en) 2008-03-13
US8273498B2 (en) 2012-09-25
CN101512805B (zh) 2012-05-09
EP2357698A1 (en) 2011-08-17
EP2082449A1 (en) 2009-07-29
US20100173222A1 (en) 2010-07-08
CN101512805A (zh) 2009-08-19
JP2008059927A (ja) 2008-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4367470B2 (ja) 固体高分子型燃料電池セル用の電解質膜とその製造方法および膜電極接合体
JP4099519B2 (ja) 燃料電池用膜電極接合体、高分子電解質型燃料電池用セル、高分子電解質型燃料電池及び膜電極接合体の製造方法
US8703360B2 (en) Method for producing an electrode-membrane-frame assembly
JP5023570B2 (ja) 補強型電解質膜および膜電極接合体の製造方法
CN109148913B (zh) 燃料电池和制造燃料电池的方法
US11038190B2 (en) Membrane electrode assembly, fuel cell comprising assembly of this type and motor vehicle comprising said fuel cell
JP5344786B2 (ja) 燃料電池セパレータ及びその製造方法
US20110171562A1 (en) Process for forming a membrane-subgasket assembly using vacuum sealing
WO2018034085A1 (ja) 燃料電池用セパレータ一体ガスケットの製造方法
US8202666B2 (en) Unit cell assembly, fuel cell, and method for manufacturing unit cell assembly
US8313680B2 (en) Method of producing fuel cell
JP2010123491A (ja) 膜電極接合体の製造装置
JP2008010350A (ja) 高分子電解質型燃料電池用単電池
WO2008029818A1 (en) Electrolyte membrane, membrane electrode assembly, and methods for manufacturing the same
JP2009123381A (ja) 固体高分子型燃料電池の電解質膜構造体およびその製造方法
JP5211418B2 (ja) 電解質膜の製造方法
JP2005085594A (ja) 固体高分子電解質型燃料電池及びその製造方法
JP5162925B2 (ja) 燃料電池モジュールの製造方法および燃料電池の製造方法
JP2007311094A (ja) カバープレート付きセパレータ及びそれを備える燃料電池
JP2011044399A (ja) 燃料電池
JP2009266692A (ja) 単セルアセンブリ、燃料電池、および、それらの製造方法
JP6329799B2 (ja) 積層体の製造方法
JP2015220039A (ja) 燃料電池のセル構造、燃料電池のセル構造の製造方法、および燃料電池
JP2016131085A (ja) 燃料電池とその製造方法
JP2006172816A (ja) 燃料電池および燃料電池の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20081105

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090113

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090313

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090407

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090702

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20090716

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090804

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090817

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4367470

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120904

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130904

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees