JP4369410B2 - 電解質構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基材の表面に電解質膜を形成してなる膜付基材から電解質膜の剥離を抑える電解質構造体の製造方法の改良に関する。

近年、電解質構造体をもつ燃料電池は、低温で作動し出力密度が高く小型化が可能であるという特徴を有することから、車載用電源などへの応用が期待され、その研究開発が盛んに行われている。

燃料電池の電解質構造体は、基材の表面に電解質膜及び触媒材を形成してなる積層体であり、この電解質構造体を均質、安価で且つ大量に製造する技術を確立することの重要性が高まっている。

従来、基材の表面に電解質膜を形成してなる膜付基材に、触媒材を転写する電解質構造体の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１９６０７０公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１０は従来の技術の基本構成を説明する図であり、電解質構造体の製造装置１００は、電解質膜１０１を巻き出す巻き出しローラ１０２と、触媒材１０３を一面に担持する触媒担持フィルム１０４を巻き出す巻き出しローラ１０５と、加熱加圧ローラ１０７、１０７及び剥離ローラ１０９と、触媒付電解質膜１１１を巻き取る巻き取りローラ１１２と、剥離したフィルム１０８を巻き取る巻き取りローラ１１３を備え、加熱し加圧した加熱加圧ローラ１０７、１０７で電解質膜１０１と触媒担持フィルム１０４を一体化した後、剥離ローラ１０９で触媒材１０３をフィルム１０８から外すことにより触媒付電解質膜１１１を得るという装置である。

しかし、電解質膜１０１は吸湿性及び撥水性に富んでいるため、湿分を大量に吸湿又は脱湿すると電解質１０１が膨張又は収縮する量は大きくなる。
湿分を大量に吸湿又は脱湿することにより、電解質膜１０１上に一体化した触媒材１０３が剥離したり、電解質膜１０１が反ったり、あるいは、電解質膜１０１上の触媒材１０３にしわが発生するなどの問題が残る。
触媒材１０３の剥離、しわや電解質膜１０１の反りの発生を抑制することが望まれる。

そこで、本発明は、電解質膜からの触媒材の剥離や電解質膜の反りを抑制可能な電解質構造体の製造方法を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、基材の片面に電解質膜を形成してなる膜付基材を準備する準備工程と、基材から前記電解質膜が剥離することを防止するため電解質膜の縁と基材の間に剥離防止テープを貼付けるテープ貼付工程と、剥離防止テープで押さえた電解質膜のおもて面に第１触媒材を塗布して触媒付基材を得る第１塗布工程と、触媒付基材から基材を除去することで片面触媒付電解質膜を得る基材除去工程と、片面触媒付電解質膜を上下反転する反転工程と、片面触媒付電解質膜のうら面に第２触媒材を塗布して電解質膜の両面に触媒材が付いた電解質構造体を得る第２塗布工程とからなり、テープ貼付工程と第１塗布工程との間に膜付基材の縁を切断して基準線を得るトリム工程を設けると共に、反転工程と第２塗布工程との間に基準線を基準に片面触媒付電解質膜を位置決めする位置決め工程を設けることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、テープ貼付工程において、電解質膜の縁と基材の間に剥離防止テープを貼付けたので、電解質膜の縁の基材への接着強度を大幅に向上することができ、膜付基材から電解質膜の剥離を抑制することができる。

剥離防止テープにより電解質膜の縁の基材への接着強度が大幅に向上するため、第１触媒材を塗布時に電解質膜が湿分を吸湿又は脱湿して膨張又は収縮しても、基材と電解質膜の間に歪みは発生し難く、電解質膜の反りを防止することができる。

加えて、膜付基材の基準線を得るトリム工程を設けたので、膜付部材に基準を付加することができる。また、電解質膜を位置決めする位置決め工程を設けたので、トリム工程で形成した基準を利用して、電解質膜の位置決めを容易に行うことができ、電解質膜のおもて面とうら面の所定の位置に容易且つ正確に触媒材を塗布することが可能となるという利点がある。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１は本発明に係る膜付基材の準備工程を説明する図であり、基材２１の表面に電解質膜２２を形成してなる膜付部材２３は、ロール状のロール部材２４の形で供給されるものであり、このロール部材２４を巻き出すことにより膜付部材２３を準備する。
すなわち、準備工程１１において、基材２１の片面２１ａに電解質膜２２を形成してなる膜付基材２３を準備する。

基材２１の片面２１ａに形成した電解質膜２２は、ロール部材２４の巻き出し方向に、連続的に配置するものである。
電解質膜２２の幅方向の長さは、基材２１の幅よりも小さい。

図２は電解質膜の縁を剥離防止テープで貼付けるテープ貼付工程を説明する図であり、テープ貼付工程１２は、一対の貼付ローラ２７、２７（下側の貼付ローラ２７は図示せず。）を備え、貼付ローラ２７、２７の間に膜付基材２３及び左右の剥離防止テープ３１、３１を通し、一対の貼付ローラ２７、２７により、膜付基材２３に剥離防止テープ３１、３１を貼付けるというものである。

すなわち、テープ貼付工程１２において、基材２１から電解質膜２２が剥離することを防止するため電解質膜２２の縁２２ｂ、２２ｂと基材２１の間に剥離防止テープ３１、３１を貼付ける。

図３は膜付基材の縁を切断して基準線を得るトリム工程を説明する図であり、
トリム工程１３は、膜付基材２３の下面３３を支持する下型３４と、膜付基材２３の上面３５を保持する上型３６と、上型３６の外面３７に沿って上下運動可能に設ける切刃部３８を備え、下型３４の上に剥離防止テープ３１、３１を貼付けた膜付基材２３を載せ、上型３６で押さえ、切刃部３８を下降させ膜付基材２３の縁３９を切断して基準線４１を得るというものである。
すなわち、トリム工程１３において、テープ貼付工程１２（図２参照）と第１塗布工程１４（図３参照）との間に膜付基材２３の縁３９を切断して基準線４１を得る。

図４は電解質膜のおもて面に第１触媒材を塗布して触媒付基材を得る第１塗布工程を説明する図であり、膜付基材２３の基準線４１を第１位置決め部材４２に当てることで、第１触媒材４３の塗布位置を位置決めし、電解質膜２２のおもて面４４に第１触媒材４３を塗布する。
すなわち、第１塗布工程１４において、剥離防止テープ３１で押さえた電解質膜２２のおもて面４４に第１触媒材４３を塗布して触媒付基材４７を得る。

図５は触媒付基材から基材を除去する基材除去工程及び片面触媒付電解質膜を上下反転する反転工程を説明する図である。
基材除去工程１５は、例えば、図示せぬ基材剥離ローラ及び基材巻き取りローラを備え、触媒付基材４７を送り、基材剥離ローラで触媒付基材４７から基材２１を剥がしながら、基材２１を図示せぬ基材巻き取りローラで巻き取ることで基材２１を除去して片面触媒付電解質膜４６を得ることができる。
反転工程１６は、例えば、図示せぬ反転用ローラを介在させることで、片面触媒付電解質膜４６を容易に反転させることができる。

すなわち、基材除去工程１５において、触媒付基材４７から基材２１を除去することで片面触媒付電解質膜４６を得る。そして、反転工程１６において、片面触媒付電解質膜４６を上下反転する。

図６は片面触媒付電解質膜を位置決めする位置決め工程を説明する図であり、
位置決め工程１７は、第２位置決め部材５１を備え、反転した片面触媒付電解質膜４６の基準線４１を第２位置決め部材５１に当て、片面触媒付電解質膜４６を位置決めするというものである。
位置決め工程１７において、反転工程１６（図５参照）と第２塗布工程１８（図７参照）との間に基準線４１を基準に片面触媒付電解質膜４６を位置決めする。

テープ貼付工程１２（図２参照）と第１塗布工程１４（図４参照）との間に膜付基材２３の基準線４１を得るトリム工程１３を設けると共に、反転工程１６と第２塗布工程１８との間に基準線４１を基準に電解質膜２２を位置決めする位置決め工程１７を設けたので、第１塗布工程１４と第２塗布工程１８の各々の工程において、電解質膜２２の位置決めを行うことができる。

第１塗布工程１４と第２塗布工程１８の各工程で電解質膜２２の位置決めを行うことで、電解質膜２２のおもて面４４とうら面４５の所定の位置に容易且つ正確に触媒材４３を塗布することができる。

図７は電解質膜のうら面に第２触媒材を塗布して電解質構造体を得る第２塗布工程を説明する図であり、膜付基材２３の基準線４１を第２位置決め部材５１に当てることで、第２触媒材４３の塗布位置を位置決めし、電解質膜２２のうら面４５に第２触媒材５３を塗布する。

すなわち、第２塗布工程１８において、片面触媒付電解質膜４６のうら面５２に第２触媒材５３を塗布して電解質膜２２の両面に触媒材が付いた電解質構造体６０を得る。

図８は本発明に係る電解質構造体の製造フロー図である。
先ず、準備工程１１において、膜付基材２３（図１参照）を準備し、次に、テープ貼付工程１２において、電解質膜２２（図２参照）の縁２２ｂと基材２１の間に剥離防止テープ３１を貼付け、トリム工程１３において、膜付基材２３（図３参照）の縁を切断して基準線４１を得、第１塗布工程１４において、電解質膜２２（図４参照）のおもて面４４に第１触媒材４３を塗布し、基材除去工程１５において、触媒付基材４７（図５参照）から基材２１を除去し、反転工程１６において、電解質膜２２（図５参照）を上下反転し、位置決め工程１７において、基準線４１（図６参照）を基準に電解質膜２２を位置決めし、最後に、第２塗布工程１８において、電解質膜２２（図７参照）のうら面５２に第２触媒材５３を塗布し、電解質構造体６０を得る。

本発明の作用を説明する。
図２に戻って、膜付基材２３を準備する工程と第１触媒材４３を塗布する工程との間に、電解質膜２２の縁を基材２１に剥離防止テープ３１で貼付けるテープ貼付工程１２を設け、電解質膜２２の縁２２ｂの基材２１への接着強度を大幅に向上することができ、基材２１から電解質膜２２が剥離することを防止することができる。

電解質膜２２の縁２２ｂの基材２１への接着強度が大幅に向上するため、第１触媒材４３を塗布時に電解質膜２２が湿分を吸着して膨張し、基材２１と電解質膜２２の間に応力が発生した場合においても、剥離防止テープ３１が電解質膜２２を支持するため、基材２１からの電解質膜２２の剥離や電解質膜２２の反りなどを防止することができる。

加えて、この剥離防止テープ３１、３１を基材２１の代わりに使用することができれば、電解質膜２２のおもて面４４（図５参照）に第１触媒材４３を塗布した後、電解質膜２２のうら面４５に第２触媒材４３を塗布する第２塗布工程１８（図７参照）に連続的に供給することができる。

この結果、１つのラインで電解質膜２２のおもて面４４及びうら面４５に触媒材４３、５３が塗布可能となり、電解質構造体６０の製造コストを低減すると共に、必要なラインスペースを節減することができる。

図９は図１の別実施例図であり、基材２１の表面に電解質膜２２Ｂ・・・（・・・は複数を示す。）を形成してなる膜付部材２３Ｂは、ロール状のロール部材２４Ｂの形で供給されるものであり、このロール部材２４Ｂを巻き出すことにより膜付部材２３Ｂを準備する。
図１と異なる点は、基材２１の片面２１ａに形成した電解質膜２２Ｂ・・・は、ロール部材２４Ｂの巻き出し方向に、断続的に配置する点である。

尚、トリム工程及び位置決め工程は、製造量などに応じて省略することは差し支えないものとする。

本発明は、燃料電池用の電解質構造体の製造に好適である。

本発明に係る膜付基材の準備工程を説明する図である。 電解質膜の縁を剥離防止テープで貼付けるテープ貼付工程を説明する図である。 膜付基材の縁を切断して基準線を得るトリム工程を説明する図である。 電解質膜のおもて面に第１触媒材を塗布して触媒付基材を得る第１塗布工程を説明する図である。 触媒付基材から基材を除去する基材除去工程及び片面触媒付電解質膜を上下反転する反転工程を説明する図である。 片面触媒付電解質膜を位置決めする位置決め工程を説明する図である。 電解質膜のうら面に第２触媒材を塗布して電解質構造体を得る第２塗布工程を説明する図である。 本発明に係る電解質構造体の製造フロー図である。 図１の別実施例図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。

符号の説明

１１…準備工程、１２…テープ貼付工程、１３…トリム工程、１４…第１塗布工程、１５…基材除去工程、１６…反転工程、１７…位置決め工程、１８…第２塗布工程、１９…膜付基材、２１…基材、２２、２２Ｂ…電解質膜、２２ｂ…電解質膜の縁、２３、２３Ｂ…膜付基材、３１…剥離防止テープ、４１…基準線、４３…第１触媒材、４４…電解質膜のおもて面、４５…電解質膜のうら面、４６…片面触媒付電解質膜、６０…電解質構造体。

Claims (1)

1. 基材の片面に電解質膜を形成してなる膜付基材を準備する準備工程と、
   前記基材から前記電解質膜が剥離することを防止するため前記電解質膜の縁と前記基材の間に剥離防止テープを貼付けるテープ貼付工程と、
   前記剥離防止テープで押さえた電解質膜のおもて面に第１触媒材を塗布して触媒付基材を得る第１塗布工程と、
   前記触媒付基材から前記基材を除去することで片面触媒付電解質膜を得る基材除去工程と、
   前記片面触媒付電解質膜を上下反転する反転工程と、
   前記片面触媒付電解質膜のうら面に第２触媒材を塗布して電解質膜の両面に触媒材が付いた電解質構造体を得る第２塗布工程と、
   からなり、
   前記テープ貼付工程と第１塗布工程との間に前記膜付基材の縁を切断して基準線を得るトリム工程を設けると共に、前記反転工程と前記第２塗布工程との間に前記基準線を基準に前記片面触媒付電解質膜を位置決めする位置決め工程を設けることを特徴とする電解質構造体の製造方法。

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