JP4600500B2 - Manufacturing method of fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、複合型電解質膜、膜電極接合体、燃料電池、及びのこれらの製造方法に係り、特に、多電解質からなる電解質層と、多孔質の高分子材に電解質が含浸された補強層とを少なくとも備えた複合型電解質膜、膜電極接合体、燃料電池、及びのこれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a composite electrolyte membrane, a membrane electrode assembly, a fuel cell, and a method for producing them, and in particular, an electrolyte layer composed of a polyelectrolyte and a reinforcing layer in which a porous polymer material is impregnated with an electrolyte. The present invention relates to a composite electrolyte membrane, a membrane electrode assembly, a fuel cell, and a method for producing them.

電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池は、低温における作動が可能であり、かつ、小型軽量化が可能であるため、自動車などの移動体への適用が検討されている。特に、固体高分子型燃料電池を搭載した燃料電池自動車はエコロジーカーとして社会的な関心が高まっている。   A polymer electrolyte fuel cell using an electrolyte membrane can be operated at a low temperature, and can be reduced in size and weight. Therefore, application to a moving body such as an automobile is being studied. In particular, fuel cell vehicles equipped with polymer electrolyte fuel cells are gaining social interest as ecological cars.

このような固体高分子型燃料電池は、図14に示すように、膜電極接合体(MEA)95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96,96で挟持して、単セルと呼ばれる1つの燃料電池90を形成している。膜電極接合体95は、イオン交換膜である電解質膜91の一方側にアノード側の電極(アノード触媒層)93aを積層し、他方の側にカソード側の電極(カソード触媒層)93bを積層した構造であり、アノード触媒層93aとカソード触媒層93bには、それぞれ拡散層94a,94bが配置されている。   As shown in FIG. 14, such a polymer electrolyte fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA) 95 as main components, and includes a fuel (hydrogen) gas passage and an air gas passage. One fuel cell 90 called a single cell is formed by being sandwiched between separators 96 and 96. In the membrane electrode assembly 95, an anode side electrode (anode catalyst layer) 93a is laminated on one side of an electrolyte membrane 91 which is an ion exchange membrane, and a cathode side electrode (cathode catalyst layer) 93b is laminated on the other side. In the structure, diffusion layers 94a and 94b are disposed in the anode catalyst layer 93a and the cathode catalyst layer 93b, respectively.

ところで、電解質膜91は、膜強度を確保するために、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの多孔質の高分子材からなる補強層を備えており、該補強層には電解質が含浸されている。このような補強層を含む複合型の電解質膜は、例えば、図13(a)に示すようなキャスト成膜法により製造されている(特許文献1参照)。   By the way, the electrolyte membrane 91 includes a reinforcing layer made of a porous polymer material such as polytetrafluoroethylene (PTFE) in order to ensure the strength of the membrane, and the reinforcing layer is impregnated with an electrolyte. Yes. A composite type electrolyte membrane including such a reinforcing layer is manufactured, for example, by a cast film forming method as shown in FIG. 13A (see Patent Document 1).

具体的には、まず、バッキングシート81を搬送しながら、その一方の面に電解質ポリマと溶媒を調合した電解質を塗布後、乾燥させる。次に、乾燥した電解質層の表面に、多孔質の高分子材からなる補強シート82を配置する。この配置状態で、電解質層と補強シート81とを少なくとも加圧することにより、補強シート82の一方の面から電解質を多孔質の高分子材に含浸させる。さらに、補強シート82の他方の面に、電解質を塗布し、乾燥させることにより、バッキングシート81上に、多孔質の高分子材からなる補強層と、該補強層に含浸した電解質とを少なくとも備えた、複合型電解質膜91を製造することができる。   Specifically, first, while the backing sheet 81 is conveyed, an electrolyte prepared by mixing an electrolyte polymer and a solvent is applied to one surface of the backing sheet 81 and then dried. Next, a reinforcing sheet 82 made of a porous polymer material is disposed on the surface of the dried electrolyte layer. In this arrangement state, the electrolyte layer and the reinforcing sheet 81 are at least pressurized so that the porous polymer material is impregnated with the electrolyte from one surface of the reinforcing sheet 82. Furthermore, an electrolyte is applied to the other surface of the reinforcing sheet 82 and dried to provide at least a reinforcing layer made of a porous polymer material on the backing sheet 81 and an electrolyte impregnated in the reinforcing layer. In addition, the composite electrolyte membrane 91 can be manufactured.

さらに、このように製造された複合型電解質膜91は、図13(b)に示すように、例えば、バッキングシート81上に形成されたアノード及びカソードの触媒層93a,93bを、冶具を用いて、加熱及び加圧することにより転写し、複合型電解質膜91の表面にさらに触媒層93a,93bを形成する。   Further, as shown in FIG. 13B, the composite electrolyte membrane 91 manufactured in this way is formed by using, for example, an anode and a cathode catalyst layer 93a, 93b formed on a backing sheet 81 using a jig. Then, transfer is performed by heating and pressurizing, and further catalyst layers 93 a and 93 b are formed on the surface of the composite electrolyte membrane 91.

特開2006−147257号公報JP 2006-147257 A

しかし、上述したキャスト成膜法は、異なる工程において、補強シートの一方の面と他方の面とに、電解質を含浸させるので、同じ電解質ポリマと溶媒を調合した電解質を用いたとしても、複合型電解質膜の一方の面側と他方の面側の膜特性にばらつきが生じる場合があり、均質な特性を得ることが難しいことがあった。   However, since the cast film formation method described above impregnates the electrolyte on one side and the other side of the reinforcing sheet in different steps, even if an electrolyte prepared by mixing the same electrolyte polymer and solvent is used, the composite type There may be variations in the film characteristics between the one surface side and the other surface side of the electrolyte membrane, and it may be difficult to obtain uniform characteristics.

また、各面に対して電解質を塗布し、溶媒を乾燥させる工程を含むので、精度の高い一定の膜厚を有した電解質膜を得ることが難しい場合があった。さらに、製造機器の精度によっては、塗布した電解質に対して補強シートが所望の箇所からずれる場合もあり、特にアノード及びカソードの触媒層の配置においては、その位置ずれが生じ易い。   Moreover, since the process of apply | coating an electrolyte with respect to each surface and drying a solvent is included, it may be difficult to obtain the electrolyte membrane with a fixed film thickness with high precision. Furthermore, depending on the accuracy of the manufacturing equipment, the reinforcing sheet may be displaced from a desired location with respect to the applied electrolyte, and in particular, the displacement of the anode and cathode catalyst layers is likely to occur.

このように、電解質膜の両面が、均質な膜特性を得られない場合、及び、電解質膜の厚み及び触媒層の位置の精度が所望の範囲を満たさない場合には、セル製造時の組み付け不良や、燃料電池発電時の性能のばらつきが発生する場合がある。   As described above, when both sides of the electrolyte membrane cannot obtain uniform membrane characteristics, and when the accuracy of the thickness of the electrolyte membrane and the position of the catalyst layer does not satisfy the desired range, assembly failure at the time of cell production In addition, there may be variations in performance during fuel cell power generation.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、膜内の電解質の特性の均一化を図るとともに、安定した寸法精度で製造することができる複合型電解質膜、膜電極接合体、燃料電池、及びのこれらの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to make the characteristics of the electrolyte in the membrane uniform and to manufacture with a stable dimensional accuracy. An object of the present invention is to provide an electrolyte membrane, a membrane electrode assembly, a fuel cell, and a method for producing them.

前記課題を解決すべく、本発明に係る複合型電解質膜の製造方法は、電解質からなる電解質シートと、多孔質の高分子材からなる補強シートと、を加熱して積層して、前記電解質層と補強層とを含む積層体を形成する積層工程と、前記積層体の表面が重なり合うように、前記積層体を折り曲げる折り曲げ工程と、折り曲げた積層体を前記電解質が溶解するまで加熱して、前記電解質を前記補強層に含浸させる含浸工程と、前記含浸させた積層体の電解質を加水分解する加水分解工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a method for producing a composite electrolyte membrane according to the present invention includes heating an electrolyte sheet made of an electrolyte and a reinforcing sheet made of a porous polymer material, and laminating the electrolyte layer. And a step of forming the laminate including the reinforcing layer, a folding step of folding the laminate so that the surfaces of the laminate overlap, and heating the folded laminate until the electrolyte is dissolved, It includes at least an impregnation step of impregnating the reinforcing layer with an electrolyte and a hydrolysis step of hydrolyzing the electrolyte of the impregnated laminate.

本発明に係る複合型電解質膜の製造方法によれば、積層工程において、電解質シートを補強シートに接合することにより一体化して、補強層と電解質層とを含む積層体を形成することができる。積層体が形成されるのであれば、2つのシートの積層方法は特に限定されないが、少なくとも電解質シートを加熱及び加圧して、補強シートの一方の面にその一部を含浸させることが好ましい。   According to the method for manufacturing a composite electrolyte membrane according to the present invention, in the laminating step, the electrolyte sheet can be integrated with the reinforcing sheet to form a laminate including the reinforcing layer and the electrolyte layer. As long as a laminate is formed, the method for laminating the two sheets is not particularly limited, but it is preferable to heat and press at least the electrolyte sheet and impregnate part of one surface of the reinforcing sheet.

次に、折り曲げ工程において、積層体の表面が重なり合うように、すなわち、補強層側の表面同士又は電解質層側の表面同士が少なくとも重なり合うように、積層体の折り曲げを行う。積層体の折り曲げは、加熱及び加圧することによって、折り曲げにより接触する面を接合することが好ましい。また、積層体の中心軸を中心に2つ折りに折り曲げることが好ましいが、後述する折り曲げ工程を実施後に、電解質膜の両面の電解質が均質となるのであれば、特にその折り曲げ回数、折り曲げ方法は限定されるものではない。   Next, in the folding step, the laminated body is bent so that the surfaces of the laminated body overlap, that is, the surfaces on the reinforcing layer side or the surfaces on the electrolyte layer side overlap at least. For the folding of the laminate, it is preferable to join the surfaces to be contacted by bending by heating and pressing. In addition, it is preferable that the laminate is folded in half around the central axis. However, if the electrolyte on both sides of the electrolyte membrane becomes homogeneous after the folding process described later, the number of folding and the folding method are particularly limited. Is not to be done.

さらに、含浸工程において、折り曲げた積層体を電解質が溶融するまで少なくとも加熱して、電解質を多孔質の補強層に含浸させる。含浸工程においては、積層体を加熱すると共に、加圧を行うことがより好ましい。この結果、積層体の両面には、積層時の1つの電解質シートの電解質が配置されることになる。そして、加水分解工程において、前記積層体に含浸された電解質を加水分解することにより、電解質にイオン交換機能を付与することができる。   Further, in the impregnation step, the folded laminate is heated at least until the electrolyte is melted to impregnate the porous reinforcing layer with the electrolyte. In the impregnation step, it is more preferable to heat and pressurize the laminate. As a result, the electrolyte of one electrolyte sheet at the time of lamination is disposed on both surfaces of the laminate. And in a hydrolysis process, an ion exchange function can be provided to an electrolyte by hydrolyzing the electrolyte impregnated in the layered product.

このような複合型電解質膜の製造方法は、補強シートの両面に、電解質シートを挟み込むように、3つのシートの位置合わせをする必要がないので、位置合わせの精度が向上し、電解質膜の品質が安定する。また、積層体を折り曲げて、1つの電解質シートの電解質を含浸させるので、複合型電解質膜(電解質膜)の両面に、均質な電解質を配置することができ、さらには、電解質膜の膜厚も安定化する。このようにして、電解質膜内の電解質の特性の均一化を図るとともに、精度の高い電解質膜を得ることができ、燃料電池の性能の安定化を図ることができる。   Such a composite electrolyte membrane manufacturing method eliminates the need to align the three sheets so that the electrolyte sheet is sandwiched between both sides of the reinforcing sheet, thus improving the alignment accuracy and improving the quality of the electrolyte membrane. Is stable. In addition, since the laminate is folded and impregnated with the electrolyte of one electrolyte sheet, a homogeneous electrolyte can be disposed on both sides of the composite electrolyte membrane (electrolyte membrane). Stabilize. In this way, it is possible to make the characteristics of the electrolyte in the electrolyte membrane uniform, obtain a highly accurate electrolyte membrane, and stabilize the performance of the fuel cell.

なお、本発明にいう「電解質シート」及び「補強シート」は、これらを積層後に折り曲げ可能であれば、その形状、膜厚等は特に限定されるものでなく、膜、フィルム等の概念も含むものである。また、「補強シート」とは、電解質膜を補強することを目的とした多孔質の高分子材からなるシートをいい、「補強層」とは、電解質膜を補強することを目的として、少なくとも電解質膜の厚さ方向に形成された前記多孔質の高分子材を有する層をいい、該高分子材に電解質が含浸された層も含む。また、「複合型電解質膜」とは、電解質からなる電解質層と、多孔質の高分子材に電解質が含浸された補強層とを少なくとも備えた層のことをいう。   The “electrolyte sheet” and “reinforcing sheet” referred to in the present invention are not particularly limited in shape, film thickness, etc., as long as they can be folded after being laminated, and include concepts such as a film, a film, and the like. It is a waste. The “reinforcing sheet” means a sheet made of a porous polymer material for the purpose of reinforcing the electrolyte membrane, and the “reinforcing layer” means at least an electrolyte for the purpose of reinforcing the electrolyte membrane. It refers to a layer having the porous polymer material formed in the thickness direction of the membrane, and includes a layer in which the polymer material is impregnated with an electrolyte. Further, the “composite electrolyte membrane” refers to a layer including at least an electrolyte layer made of an electrolyte and a reinforcing layer in which a porous polymer material is impregnated with an electrolyte.

また、別の態様としては、本発明に係る複合型電解質膜の製造方法は、前記折り曲げ工程において、電解質層側の表面が重なり合うように、前記積層体の折り曲げを行うことがより好ましい。本発明によれば、折り曲げ工程において、電解質層側の表面が重なり、補強層側が電解質膜の表面となるように、積層体が折り曲げられるため、含浸工程において、電解質膜の厚さ方向の表面近傍の表層部に補強層を配置することができる。この結果、燃料電池の使用時における電解質膜のクリープ性能を向上させることができる。   As another aspect, in the method for manufacturing a composite electrolyte membrane according to the present invention, it is more preferable that the laminate is folded so that the surfaces on the electrolyte layer side overlap in the folding step. According to the present invention, in the folding step, the laminate is folded so that the surface on the electrolyte layer side overlaps and the reinforcing layer side becomes the surface of the electrolyte membrane. Therefore, in the impregnation step, near the surface in the thickness direction of the electrolyte membrane. A reinforcing layer can be disposed on the surface layer portion of. As a result, the creep performance of the electrolyte membrane during use of the fuel cell can be improved.

また、本発明に係る複合型電解質膜の製造方法は、前記折り曲げ工程において、補強層側の表面が重なり合うように、前記積層体の折り曲げを行うことがより好ましい。本発明によれば、折り曲げ工程において、補強層側の表面が重なり、電解質層側が電解質膜の表面となるように、積層体が折り曲げられるため、含浸工程において、厚さ方向における表層に電解質層が形成され、補強層の位置が安定化する。この結果、電解質膜を備えた燃料電池は、表層の電解質層により、発電時における電解質膜の面内の水移動のばらつきが抑制され、さらには、該電解質層と触媒層との密着性を向上させることができ、性能の安定化を図ることができる。   In the method of manufacturing a composite electrolyte membrane according to the present invention, it is more preferable that the laminated body is bent so that the surface on the reinforcing layer side overlaps in the bending step. According to the present invention, in the folding step, the laminate is folded so that the surface on the reinforcing layer side overlaps and the electrolyte layer side becomes the surface of the electrolyte membrane. Therefore, in the impregnation step, the electrolyte layer is formed on the surface layer in the thickness direction. As a result, the position of the reinforcing layer is stabilized. As a result, in the fuel cell equipped with the electrolyte membrane, the surface electrolyte layer suppresses variations in water movement within the surface of the electrolyte membrane during power generation, and further improves the adhesion between the electrolyte layer and the catalyst layer. And can stabilize the performance.

本発明に係る電解質(前駆体ポリマ)としては、熱劣化することが無く、加水分解後にイオン交換機能を付与することができるのであれば、溶融した溶融ポリマであってもよく、例えば、フルオロアルキルエーテル側鎖とパーフルオロアルキル主鎖を有するフルオロアルキル共重合体のパーフルオロ系プロトン交換樹脂が好ましく用いられる。例えば、デュポン社製ナフィオン(商標名)、旭化成製アシプレックス(商標名)、旭硝子製フレミオン(商標名)、ジャパンゴアテックス社製ゴア−セレクト(商標名)等が例示され、部分フッ素樹脂では、トリフルオロスチレンスルホン酸の重合体やポリフッ化ビニリデンにスルホン酸基を導入したものなどがある。また、炭化水素系プロトン交換樹脂である、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリイミド系樹脂などにスルホン酸基を導入したものなどがある。これらは燃料電池が用いられる用途や環境に応じて適宜選択されるべきものであるが、パーフルオロ系が燃料電池寿命の点から好ましい。   The electrolyte (precursor polymer) according to the present invention may be a molten polymer as long as it does not thermally deteriorate and can provide an ion exchange function after hydrolysis. A perfluoro proton exchange resin of a fluoroalkyl copolymer having an ether side chain and a perfluoroalkyl main chain is preferably used. For example, Nafion (trade name) manufactured by DuPont, Aciplex (trade name) manufactured by Asahi Kasei, Flemion (trade name) manufactured by Asahi Glass, Gore-Select (trade name) manufactured by Japan Gore-Tex, etc. are exemplified. Examples thereof include a polymer of trifluorostyrene sulfonic acid and a product obtained by introducing a sulfonic acid group into polyvinylidene fluoride. Further, there are styrene-divinylbenzene copolymer, polyimide resin, etc., which are hydrocarbon proton exchange resins, in which sulfonic acid groups are introduced. These should be appropriately selected according to the use and environment in which the fuel cell is used, but a perfluoro type is preferable from the viewpoint of the life of the fuel cell.

補強シートとしては、電解質の含浸時に溶解しない必要がある。特に、撥水性の高分子を含むことが好ましい。撥水性の高分子を含む補強シートは、固体高分子型燃料電池における水の結露と滞留が電極反応物を供給する際の妨げとなり効果的である。特にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)などのフッ素樹脂が高い撥水性を有するため好ましく用いられる。その他、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の非フッ素系フィルムも用いることができる。   As the reinforcing sheet, it is necessary that the reinforcing sheet does not dissolve during the impregnation of the electrolyte. In particular, a water-repellent polymer is preferably included. The reinforcing sheet containing the water-repellent polymer is effective because the condensation and retention of water in the polymer electrolyte fuel cell hinders the supply of the electrode reactant. In particular, fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) are preferably used because they have high water repellency. It is done. In addition, non-fluorine films such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, and polyimide can also be used.

また、本発明に係る複合型電解質膜の製造方法において、前記したように、前記折り曲げ工程において、補強層側の表面が重なり合うように、前記積層体の折り曲げを行った場合には、前記積層工程において、前記積層体を形成後の前記補強層の表面に、過酸化水素を水及び酸素に分解してヒドロキシラジカルの発生を抑制するラジカル抑制材、又は保水材の少なくとも一方を配置することがより好ましい。   Further, in the method for manufacturing a composite electrolyte membrane according to the present invention, as described above, in the bending step, when the laminate is folded so that the surface on the reinforcing layer side overlaps, the lamination step is performed. In this, it is preferable to dispose at least one of a radical inhibitor or a water retention material that decomposes hydrogen peroxide into water and oxygen to suppress the generation of hydroxy radicals on the surface of the reinforcing layer after forming the laminate. preferable.

また、別の態様としては、前記積層工程において、前記電解質シートと前記補強シートとの間に、過酸化水素を水及び酸素に分解してヒドロキシラジカルの発生を抑制するラジカル抑制材、又は保水材の少なくとも一方を配置してもよい。   As another aspect, in the laminating step, a radical inhibitor or a water retaining material that suppresses generation of hydroxy radicals by decomposing hydrogen peroxide into water and oxygen between the electrolyte sheet and the reinforcing sheet. You may arrange | position at least one of these.

本発明によれば、折り曲げ工程においてラジカル抑制材又は保水材の少なくとも一方の添加材を挟み込み、含浸工程において、電解質膜の厚さ方向の中心に、電解質に添加剤が添加されるので、添加材を固定することができる。   According to the present invention, the additive is added to the electrolyte at the center in the thickness direction of the electrolyte membrane in the impregnation step by sandwiching at least one additive of the radical inhibitor or the water retention material in the bending step. Can be fixed.

この結果、燃料電池の発電時に、水移動時により添加材が移動したり、流失することを抑制することができる。そして、加水分解工程において、電解質膜内の水の移動が行われることにより、ラジカル抑制材を配置した場合には、燃料電池の発電時に、副生成物として生成される過酸化水素を水及び酸素に分解してヒドロキシラジカルの発生を抑制することができ、安定して電解質膜の劣化を抑制することができる。一方、保水材を配置した場合には、水の保水及びその拡散効果を得ることができ、プロトン伝導性の悪化による燃料電池の性能低下を安定的に抑制することができる。   As a result, when the fuel cell generates power, it is possible to prevent the additive from moving or being lost due to water movement. In the hydrolysis step, when water is transferred in the electrolyte membrane, when a radical inhibitor is disposed, hydrogen peroxide generated as a by-product during the power generation of the fuel cell is converted into water and oxygen. It is possible to suppress the generation of hydroxy radicals by being decomposed into, and to stably suppress the deterioration of the electrolyte membrane. On the other hand, when a water retention material is disposed, water retention and diffusion effects can be obtained, and a decrease in fuel cell performance due to deterioration in proton conductivity can be stably suppressed.

本発明にいう、ラジカル抑制材とは、「燃料電池の発電時に、副生成物として生成される過酸化水素を水及び酸素に分解してヒドロキシラジカルの発生を抑制するための材料」をいい、例えば、セリウム、ルテニウム、銀、タングステン、パラジウム、ロジウム、ジルコニウム、イットリウム、マンガン、モリブデン、鉛、バナジウム、チタンなどの遷移金属の酸化物を挙げることができる。前記保水材としては、水を吸収することが可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリスチレンスルホン酸やセルロース等の吸水性高分子材、シリカやチタニア等の吸水性無機材、などからなる粒子又は繊維などを挙げることができる。   The radical suppressing material referred to in the present invention refers to a “material for suppressing the generation of hydroxy radicals by decomposing hydrogen peroxide generated as a by-product into water and oxygen during power generation of the fuel cell”, For example, oxides of transition metals such as cerium, ruthenium, silver, tungsten, palladium, rhodium, zirconium, yttrium, manganese, molybdenum, lead, vanadium, and titanium can be given. The water-retaining material is not particularly limited as long as it can absorb water. For example, a water-absorbing polymer material such as polystyrene sulfonic acid or cellulose, or a water-absorbing inorganic material such as silica or titania. , Etc. may be mentioned.

このようなラジカル抑制材及び保水材は、ダイコートまたはスプレーによる塗布、スパッタリング等の物理気相成長法(PVD)により、補強層の表面に均一に配置することが可能であり、前述したように折り曲げ工程により挟み込むので、ラジカル抑制材及び保水材は、折り曲げ時に脱離しない程度に、補強層に挟みこむことができるのであれば、その配置方法は特に限定されるものではない。   Such radical inhibitor and water retention material can be uniformly disposed on the surface of the reinforcing layer by physical vapor deposition (PVD) such as coating by die coating or spraying, sputtering, etc., and bending as described above. The sandwiching method is not particularly limited as long as the radical suppressing material and the water retaining material can be sandwiched between the reinforcing layers to the extent that they are not detached when bent.

また、前記ラジカル抑制材及び前記保水材として、微粒子材料を用いる場合には、微粒子材料の粒径は、補強シートに形成された多孔質の気孔径よりも大きいものがより好ましい。このような粒径とすることにより、折り曲げ工程時に、これらの粒子材料を好適に挟み込むことができる。   In addition, when a particulate material is used as the radical suppressing material and the water retention material, the particle size of the particulate material is more preferably larger than the porous pore diameter formed in the reinforcing sheet. By setting it as such a particle size, these particle materials can be suitably pinched | interposed at the time of a bending process.

また、本発明として、燃料電池の膜電極接合体(MEA)の製造方法をも開示する。本発明に係る膜電極接合体の製造方法は、複合型電解質膜の製造方法を含む燃料電池の膜電極接合体の製造方法であって、前記積層工程において、前記積層体を形成後の前記電解質層の表面に、アノード触媒層とカソード触媒層とを配置し、前記折り曲げ工程において、前記アノード触媒層が前記積層体の一方の表面に配置され、前記カソード触媒層が前記積層体の他方の表面に配置されるように、前記積層体を折り曲げるものである。   Moreover, the manufacturing method of the membrane electrode assembly (MEA) of a fuel cell is also disclosed as this invention. The method for producing a membrane electrode assembly according to the present invention is a method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell including a method for producing a composite electrolyte membrane, wherein the electrolyte after forming the laminate in the laminating step. An anode catalyst layer and a cathode catalyst layer are disposed on the surface of the layer, and in the bending step, the anode catalyst layer is disposed on one surface of the laminate, and the cathode catalyst layer is disposed on the other surface of the laminate. The laminated body is bent so as to be disposed at the bottom.

本発明に係る膜電極接合体の製造方法によれば、積層工程後の積層体の電解質層が形成された同一面内に、アノード触媒層とカソード触媒層を形成するので、これら触媒層を正確に配置することができる。この結果、前記折り曲げ工程において、積層体の折り曲げ位置の精度を保つことができれば、アノード触媒層とカソード触媒層の位置関係のずれを抑制することができる。そして、触媒層形成後に、前述した拡散層を配置することができる。このようにして製造された膜電極接合体を用いることにより、燃料電池のセルとして組み付けた場合の組み付け不良、燃料電池の発電時の性能のばらつきを抑制することができる。   According to the method for manufacturing a membrane / electrode assembly according to the present invention, the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer are formed on the same surface on which the electrolyte layer of the laminate after the lamination step is formed. Can be arranged. As a result, if the accuracy of the folding position of the laminate can be maintained in the folding step, the positional relationship between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer can be prevented from shifting. And the diffusion layer mentioned above can be arrange | positioned after catalyst layer formation. By using the membrane electrode assembly manufactured in this way, it is possible to suppress poor assembly when the fuel cell is assembled, and variations in performance of the fuel cell during power generation.

また、別の好ましい態様の膜電極接合体(MEA)の製造方法としては、前記複合型電解質膜の製造方法を含む膜電極接合体の製造方法であって、前記積層工程において、帯状に積層体を形成し、該積層体の形成後の前記電解質層の表面において、前記積層体の短手方向に沿って、アノード触媒層とカソード触媒層とが形成され、かつ、長手方向に沿って、複数の前記アノード触媒層と複数の前記カソード触媒層が交互に形成されるように、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層とを配置し、前記折り曲げ工程において、前記アノード触媒層が前記積層体の一方の表面に配置され、前記カソード触媒層が前記積層体の他方の表面に配置されるように、前記長手方向に沿って前記積層体を折り曲げることがより好ましい。   Another preferred embodiment of the method for producing a membrane / electrode assembly (MEA) is a method for producing a membrane / electrode assembly including the method for producing a composite electrolyte membrane, wherein in the lamination step, the laminate is formed in a strip shape. The anode catalyst layer and the cathode catalyst layer are formed along the short direction of the laminate on the surface of the electrolyte layer after forming the laminate, and a plurality of the catalyst layers are formed along the longitudinal direction. The anode catalyst layer and the cathode catalyst layer are arranged so that the anode catalyst layer and the plurality of cathode catalyst layers are alternately formed, and in the bending step, the anode catalyst layer is one of the laminates. More preferably, the laminate is bent along the longitudinal direction so that the cathode catalyst layer is disposed on the other surface of the laminate.

本発明に係る膜電極接合体の製造方法によれば、積層工程後の積層体の電解質層が形成された同一面内に、短手方向に沿ってアノード触媒層とカソード触媒層を形成するので、複合型電解質膜を挟み込むように、これら触媒層を位置ずれなく正確に配置することができる。この結果、前記折り曲げ工程において、積層体の折り曲げ位置の精度を保つことができれば、アノード触媒層とカソード触媒層の位置関係のずれを抑制することができ、燃料電池のセルとして組み付けた場合の組み付け不良、燃料電池の発電時の性能のばらつきを抑制することができる。   According to the method for manufacturing a membrane / electrode assembly according to the present invention, the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer are formed along the short direction in the same plane on which the electrolyte layer of the laminate after the lamination step is formed. These catalyst layers can be accurately arranged without misalignment so as to sandwich the composite electrolyte membrane. As a result, if the accuracy of the folding position of the laminate can be maintained in the folding step, the positional relationship between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer can be suppressed, and the assembly when assembled as a fuel cell is assembled. Defects and variations in performance during power generation of the fuel cell can be suppressed.

また、長手方向に沿って、複数のアノード触媒層と複数のカソード触媒層が交互に形成されるようにアノード触媒層とカソード触媒層とを配置して前記折り曲げ工程を行うので、帯状になった複数の膜電極接合体を同時に製造することができる。   In addition, since the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer are arranged so that a plurality of anode catalyst layers and a plurality of cathode catalyst layers are alternately formed along the longitudinal direction, the bending process is performed. A plurality of membrane electrode assemblies can be manufactured simultaneously.

本発明に係る膜電極接合体の製造方法は、前記加水分解工程後、前記アノード触媒層と、該アノード触媒層に対して長手方向において隣接するカソード触媒層と、が対向するように、前記短手方向に沿って、前記積層体を折り曲げる第二折り曲げ工程をさらに含むことがより好ましい。   In the method for producing a membrane electrode assembly according to the present invention, after the hydrolysis step, the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer adjacent to the anode catalyst layer in the longitudinal direction are opposed to each other. It is more preferable to further include a second bending step of bending the laminated body along the hand direction.

本発明によれば、前記製造方法により製造された帯状の膜電極接合体に対して、前記第二の折り曲げ工程を行うとことにより、これらの対向する触媒層の間にセパレータを配置すれば、複数の膜電極接合体を枚葉する(積層する)ことなく、1つの膜電極接合体から、位置ずれなく触媒層が形成された燃料電池のセル化を容易に図ることが可能となる。   According to the present invention, by performing the second bending step on the strip-shaped membrane electrode assembly produced by the production method, if a separator is disposed between these opposed catalyst layers, It is possible to easily make a fuel cell in which a catalyst layer is formed from one membrane electrode assembly without misalignment without separating (stacking) a plurality of membrane electrode assemblies.

さらに、長手方向に沿って、複数の前記アノード触媒層と複数の前記カソード触媒層が交互に形成されており、この結果、長手方向の隣接するアノード触媒層には必ずカソード触媒層が形成されているので、前記第二の折り曲げ工程を行うことにより、同一方向に表面を有する複数のアノード触媒層が形成され、これとは反対の同一方向に表面を有する複数のカソード触媒層が形成されることになる。この結果、従来の工法により、複数の膜電極接合体を積層する場合に、膜電極接合体のアノード触媒層とカソード触媒層の組み付けミスを確実に防止することができる。   Furthermore, a plurality of the anode catalyst layers and a plurality of the cathode catalyst layers are alternately formed along the longitudinal direction. As a result, the cathode catalyst layers are always formed on the adjacent anode catalyst layers in the longitudinal direction. Therefore, by performing the second bending step, a plurality of anode catalyst layers having surfaces in the same direction are formed, and a plurality of cathode catalyst layers having surfaces in the same direction opposite to this are formed. become. As a result, when a plurality of membrane electrode assemblies are laminated by the conventional method, it is possible to reliably prevent an assembly error between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer of the membrane electrode assembly.

また、本発明として、前記膜電極接合体の製造方法を用いた好適な燃料電池の製造方法をも開示する。本発明に係る燃料電池の製造方法は、膜電極接合体の製造方法を含む、燃料電池の製造方法であって、前記第二の折り曲げ工程後の膜電極接合体の前記アノード触媒層及び前記カソード触媒層の表面に拡散層を配置すると共に、該拡散層が配置された対向した前記アノード触媒層及び前記カソード触媒層の間に、前記アノード触媒層側に燃料ガス流路が位置し、前記カソード触媒層側に酸素ガス流路が位置するように、燃料ガス流路及び酸素ガス流路が形成されたセパレータを配置する工程を含むことがより好ましい。   Moreover, the manufacturing method of the suitable fuel cell using the manufacturing method of the said membrane electrode assembly is also disclosed as this invention. The method for producing a fuel cell according to the present invention is a method for producing a fuel cell including a method for producing a membrane electrode assembly, wherein the anode catalyst layer and the cathode of the membrane electrode assembly after the second bending step are produced. A diffusion layer is disposed on the surface of the catalyst layer, and a fuel gas flow path is positioned on the anode catalyst layer side between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer facing each other where the diffusion layer is disposed, and the cathode It is more preferable to include a step of arranging a separator in which the fuel gas channel and the oxygen gas channel are formed so that the oxygen gas channel is located on the catalyst layer side.

本発明に係る燃料電池の製造方法によれば、前記折り曲げ工程後の膜電極接合体の短手方向の折れ目に向かってセパレータを差し込むように配置することができ、燃料電池のセル化を容易に行なうことができる。すなわち、複数の膜電極接合体同士の間にセパレータを配置する従来の方法に比べて、製造工数を削減することができると共に、第二の折り曲げ工程後連続してセパレータを配置することができるので、燃料電池のセル化において、コンタミの混入を抑制することができる。   According to the method for manufacturing a fuel cell according to the present invention, the separator can be arranged so as to be inserted toward the fold in the short direction of the membrane electrode assembly after the bending step, thereby facilitating the cell formation of the fuel cell. Can be done. That is, as compared with the conventional method of arranging separators between a plurality of membrane electrode assemblies, the number of manufacturing steps can be reduced and the separators can be arranged continuously after the second bending step. In the fuel cell formation, contamination can be suppressed.

また、拡散層とセパレータとを配置する際には、拡散層を表面に形成したセパレータを、膜電極接合体に配置することにより、同時に拡散層とセパレータとを膜電極接合体に配置することができるので好適である。しかしながら、この方法に限定されるものではなく、膜電極接合体に拡散層とセパレータと配置し燃料電池を製造することができるのであれば、これらを別個に配置してもよい。   Further, when the diffusion layer and the separator are arranged, the separator having the diffusion layer formed on the surface thereof is arranged on the membrane electrode assembly, so that the diffusion layer and the separator can be arranged on the membrane electrode assembly at the same time. This is preferable because it is possible. However, it is not limited to this method, and if a fuel cell can be manufactured by arranging a diffusion layer and a separator in a membrane electrode assembly, these may be separately arranged.

また、前記触媒層の配置を、スプレーにより触媒を吹き付けることにより行ってもよく、バッキングシートに触媒層を配置し、該触媒層を電解質層に、冶具又はコートダイなどを用いることにより加熱及び加圧により転写してもよい。尚、触媒層のアイオノマーも前駆体ポリマを用いれば、その後の含浸工程において、アイオノマーの熱的劣化もなく、好適に膜電極接合体を製造することができる。より好ましくは、触媒層に含まれる電解質は、フッ素系の電解質の前駆体である。   The catalyst layer may be arranged by spraying the catalyst by spraying. The catalyst layer is arranged on a backing sheet, and the catalyst layer is heated and pressurized by using a jig or a coating die as an electrolyte layer. May be transferred. If a precursor polymer is also used for the ionomer of the catalyst layer, the membrane electrode assembly can be suitably produced without thermal degradation of the ionomer in the subsequent impregnation step. More preferably, the electrolyte contained in the catalyst layer is a precursor of a fluorine-based electrolyte.

また、拡散層としては、燃料電池に一般に用いられるガス拡散層が特に制限されることなく用いられる。例えば、導電性物質を主たる構成材とする多孔質導電シート、炭素繊維のシート等があげられ、これらに、疎水性樹脂を結着材として炭素粒子などの導電性粒子をさらに付着させてもよい。さらに、セパレータは、前記ガス流路が形成されているほかにも、発電時に生成される水を排出する構造、発電時における燃料電池の発熱を抑制すべく冷却剤を循環させる構造など、適宜設けてもよい。   Moreover, as a diffusion layer, the gas diffusion layer generally used for a fuel cell is used without being specifically limited. For example, a porous conductive sheet mainly composed of a conductive material, a carbon fiber sheet, and the like may be used, and conductive particles such as carbon particles may be further adhered to these using a hydrophobic resin as a binder. . Furthermore, in addition to the gas flow path being formed, the separator is appropriately provided with a structure for discharging water generated during power generation, a structure for circulating a coolant to suppress heat generation of the fuel cell during power generation, etc. May be.

本発明において、前記製造方法により好適に製造された複合型電解質膜をも開示する。本発明に係る複合型電解質膜は、電解質からなる電解質層と、多孔質の高分子材に電解質が含浸された補強層とを少なくとも備えた複合型電解質膜であって、該複合型電解質膜は、過酸化水素を水及び酸素に分解してヒドロキシラジカルの発生を抑制するラジカル抑制材、又は保水材を前記電解質に添加した添加層と、該添加層を挟むように、形成された前記補強層と、該各補強層の表面に対して形成された前記電解質層と、を少なくとも備えることを特徴とする。   In the present invention, a composite electrolyte membrane suitably produced by the production method is also disclosed. A composite electrolyte membrane according to the present invention is a composite electrolyte membrane comprising at least an electrolyte layer made of an electrolyte and a reinforcing layer in which a porous polymer material is impregnated with an electrolyte, and the composite electrolyte membrane includes: A radical inhibitor that suppresses the generation of hydroxy radicals by decomposing hydrogen peroxide into water and oxygen, or an additive layer in which a water retention material is added to the electrolyte, and the reinforcing layer formed so as to sandwich the additive layer And the electrolyte layer formed on the surface of each reinforcing layer.

また、本発明に係る複合型電解質膜は、電解質からなる電解質層と、多孔質の高分子材に電解質が含浸された補強層とを少なくとも備えた複合型電解質膜であって、該複合型電解質膜は、前記電解質層としての第一電解質層と、該第一電解質層を挟むように形成された、過酸化水素を水及び酸素に分解してヒドロキシラジカルの発生を抑制するラジカル抑制材、又は保水材を前記電解質に添加した添加層と、該各々の添加層の表面に対して形成された前記補強層と、該各々の補強層の表面に対して形成された前記電解質層としての第二の電解質層と、を少なくとも備えることを特徴とする。   The composite electrolyte membrane according to the present invention is a composite electrolyte membrane comprising at least an electrolyte layer made of an electrolyte and a reinforcing layer in which a porous polymer material is impregnated with the electrolyte, and the composite electrolyte membrane The membrane includes a first electrolyte layer as the electrolyte layer and a radical inhibitor that is formed so as to sandwich the first electrolyte layer and that suppresses generation of hydroxy radicals by decomposing hydrogen peroxide into water and oxygen, or An additive layer in which a water retaining material is added to the electrolyte, the reinforcing layer formed on the surface of each additional layer, and a second electrolyte layer formed on the surface of each reinforcing layer And an electrolyte layer.

本発明に係る複合型電解質膜によれば、前述したように、ラジカル抑制材又は保水材の少なくとも一方の添加材を添加した添加層を形成することにより、燃料電池の発電時に、水移動時によりこれらの材料が移動したり、流失したりすることを抑制することができる。   According to the composite electrolyte membrane of the present invention, as described above, by forming the additive layer to which at least one of the radical suppressing material or the water retention material is added, the fuel cell can generate more power during water movement. These materials can be prevented from moving or being washed away.

本発明に係る膜電極接合体は、多孔質の高分子材からなる補強材シートに電解質からなる電解質シートが含浸された複合型電解質膜または前記発明に係る複合型電解質膜と、該複合型電解膜を挟み込むように、該複合型電解質膜の両面に配置された一対のアノード触媒層とカソード触媒層とを、少なくとも備える膜電極接合体であって、該膜電極接合体は、帯状の膜電極接合体であり、該膜電極接合体の表面には、長手方向に沿って、複数の前記アノード触媒層と複数の前記カソード触媒層が交互に形成されている。   The membrane electrode assembly according to the present invention includes a composite electrolyte membrane in which a reinforcing material sheet made of a porous polymer material is impregnated with an electrolyte sheet made of an electrolyte, or the composite electrolyte membrane according to the invention, and the composite electrolysis membrane A membrane electrode assembly comprising at least a pair of anode catalyst layers and cathode catalyst layers disposed on both sides of the composite electrolyte membrane so as to sandwich the membrane, wherein the membrane electrode assembly is a strip-shaped membrane electrode A plurality of anode catalyst layers and a plurality of cathode catalyst layers are alternately formed along the longitudinal direction on the surface of the membrane electrode assembly.

本発明に係る膜電極接合体によれば、長手方向に沿って、膜電極接合体の表面に、複数のアノード触媒層と複数のカソード触媒層とが交互に形成されているので、前記アノード触媒層と、該アノード触媒層に対して長手方向において隣接するカソード触媒層と、が対向するように、前記短手方向に沿って、膜電極接合体を折り曲げることができる。このようにして折り曲げられた膜電極接合体は、同一方向に表面を有する複数のアノード触媒層が形成され、これとは反対の同一方向に表面を有する複数のカソード触媒層が形成されることになる。   According to the membrane electrode assembly according to the present invention, a plurality of anode catalyst layers and a plurality of cathode catalyst layers are alternately formed on the surface of the membrane electrode assembly along the longitudinal direction. The membrane electrode assembly can be bent along the short direction so that the layer and the cathode catalyst layer adjacent to the anode catalyst layer in the longitudinal direction face each other. In the membrane electrode assembly folded in this way, a plurality of anode catalyst layers having surfaces in the same direction are formed, and a plurality of cathode catalyst layers having surfaces in the same direction opposite to this are formed. Become.

本発明に係る膜電極接合体は、前記アノード触媒層と、該アノード触媒層に対して長手方向において隣接するカソード触媒層と、が対向するように、前記短手方向に沿って折れ曲がっていることがより好ましい。   The membrane electrode assembly according to the present invention is bent along the short direction so that the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer adjacent to the anode catalyst layer in the longitudinal direction are opposed to each other. Is more preferable.

本発明に係る膜電極接合体は、同一方向に表面を有する複数のアノード触媒層が形成され、これとは反対の同一方向に表面を有する複数のカソード触媒層が形成された構造体となっているので、拡散層及びセパレータを、膜電極接合体の折れ曲がった部分に配置することにより、従来のように膜電極接合体の組み付け不良なく容易に燃料電池を製造することができる。   The membrane electrode assembly according to the present invention has a structure in which a plurality of anode catalyst layers having surfaces in the same direction are formed, and a plurality of cathode catalyst layers having surfaces in the same direction opposite to this are formed. Therefore, by disposing the diffusion layer and the separator in the bent portion of the membrane electrode assembly, it is possible to easily manufacture the fuel cell without defective assembly of the membrane electrode assembly as in the prior art.

本発明に係る燃料電池は、前記膜電極接合体を含む燃料電池であって、該燃料電池は、前記膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記アノード触媒層及び前記カソード触媒層の表面に配置された拡散層と、該拡散層が配置されて対向する前記アノード触媒層及び前記カソード触媒層の間において、少なくとも前記アノード触媒層側に燃料ガス流路が形成され、かつ、前記カソード触媒層側に酸素ガス流路が形成されたセパレータとを、備えることが好ましい。本発明によれば、膜電極接合体の短手方向に沿った折れ曲がった部分(燃料電池の単セル同士を連結する電解質膜の部分)を切断することにより、所望のセル数の燃料電池を容易に得ることができる。   The fuel cell according to the present invention is a fuel cell including the membrane electrode assembly, and the fuel cell includes the membrane electrode assembly, and the surfaces of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer of the membrane electrode assembly. A fuel gas flow path is formed at least on the anode catalyst layer side between the diffusion layer disposed on the anode layer, and the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer facing each other with the diffusion layer disposed thereon, and the cathode catalyst It is preferable to provide a separator having an oxygen gas flow path formed on the layer side. According to the present invention, a fuel cell having a desired number of cells can be easily obtained by cutting a bent portion (a portion of an electrolyte membrane connecting the single cells of the fuel cell) along the short direction of the membrane electrode assembly. Can get to.

本発明によれば、膜内の電解質の特性の均一化を図るとともに、安定した寸法精度の複合型電解質膜を得ることができる。また、複合型電解質膜を位置ずれなく挟み込むようにアノード触媒層とカソード触媒層が形成された膜電極接合体を得ることができる。さらに、コンタミの少ない、所望のセル数の燃料電池を容易に得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a composite electrolyte membrane having uniform dimensional accuracy while achieving uniform characteristics of the electrolyte in the membrane. In addition, it is possible to obtain a membrane / electrode assembly in which the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer are formed so as to sandwich the composite electrolyte membrane without misalignment. Furthermore, it is possible to easily obtain a fuel cell having a desired number of cells with less contamination.

以下に、図面を参照して、本発明に係る複合型電解質膜の製造方法のいくつかの実施形態に基づいて説明する。   Below, with reference to drawings, it explains based on some embodiments of the manufacturing method of the composite type electrolyte membrane concerning the present invention.

図1は、第一の実施形態に係る複合型電解質膜(電解質膜)の製造方法を示した模式図であり、図2は、図1に示す製造方法を実施するための製造装置の模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a composite electrolyte membrane (electrolyte membrane) according to the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram of a manufacturing apparatus for carrying out the manufacturing method shown in FIG. It is.

図1及び2に示すように、まず、帯状の電解質からなるシート(電解質シート)11と、多孔質の高分子材であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる帯状の補強シート12とを準備し、積層工程Aを行う。具体的には、積層工程Aにおいて、電解質シート11と補強シート12とを加熱して積層し、電解質シート11を電解質層11aとし、補強シート12を補強層12aとした積層体10Aを製造する。   As shown in FIGS. 1 and 2, first, a belt-shaped electrolyte sheet (electrolyte sheet) 11 and a belt-shaped reinforcing sheet 12 made of polytetrafluoroethylene (PTFE), which is a porous polymer material, are prepared. Then, the stacking step A is performed. Specifically, in the laminating step A, the electrolyte sheet 11 and the reinforcing sheet 12 are heated and laminated to produce a laminated body 10A having the electrolyte sheet 11 as the electrolyte layer 11a and the reinforcing sheet 12 as the reinforcing layer 12a.

2つのシートの積層方法は、張り合わせ又は含浸により行うことができ、より詳細には、図2に示すように、例えば、電解質シート11と補強シート12とを、一対のローラ31a,31bを用いて挟み込んで加熱及び加圧することにより、補強シート12の一方の面にその一部を含浸させる。このときの加熱をする温度は、100〜280℃の範囲内で行うことがより好ましい。この結果、電解質シート11及び補強シート12を一体化することができる。なお、電解質シート11の代わりに溶融状態の電解質を用いてもよい。   The method of laminating the two sheets can be performed by pasting or impregnation. More specifically, as shown in FIG. 2, for example, the electrolyte sheet 11 and the reinforcing sheet 12 are bonded using a pair of rollers 31a and 31b. One surface of the reinforcing sheet 12 is impregnated with a part thereof by being sandwiched and heated and pressurized. The heating temperature at this time is more preferably within the range of 100 to 280 ° C. As a result, the electrolyte sheet 11 and the reinforcing sheet 12 can be integrated. A molten electrolyte may be used instead of the electrolyte sheet 11.

次に、積層工程Aにより製造された積層体10Aに対して、折り曲げ工程Bを行う。具体的には、積層体10Aの補強層12a側の表面(補強層表面)が重なり合うように、積層体10Aの中心線Lに沿って、中央部で積層体10Aを折り曲げ、積層体10Bを製造する。   Next, the bending process B is performed on the stacked body 10 </ b> A manufactured by the stacking process A. Specifically, the laminated body 10B is manufactured by bending the laminated body 10A at the center along the center line L of the laminated body 10A so that the surface (reinforcing layer surface) of the laminated body 10A on the reinforcing layer 12a side overlaps. To do.

より詳細には、図2に示すように、積層体10Aの搬送方向(MD方向)に沿って回転するV字型の凹凸の付いたローラ32a,32bで、積層体10Aの幅方向中心において積層体10Aを折り曲げることができる。さらに、積層体10Aの補強層12aが重なり合うよう、ローラ33a,33bを用いてV字状に変形した積層体10Aをさらに折り曲げると共に、該ローラ33a,33bにより加熱及び加圧することにより、補強層12a同士の表面を接合する。このときの積層体10Aを加熱する温度は、100〜280℃の範囲内で行うことがより好ましい。   More specifically, as shown in FIG. 2, the rollers 32a and 32b with V-shaped irregularities that rotate along the conveying direction (MD direction) of the laminated body 10A are laminated at the center in the width direction of the laminated body 10A. The body 10A can be bent. Further, the laminated body 10A deformed into a V shape using the rollers 33a and 33b is further bent so that the reinforcing layer 12a of the laminated body 10A overlaps, and the reinforcing layer 12a is heated and pressed by the rollers 33a and 33b. Bond the surfaces of each other. The temperature for heating the laminated body 10A at this time is more preferably within a range of 100 to 280 ° C.

次に、折り曲げ工程Bにより製造された積層体10Bをローラ34a,34bで90°反転させて、積層体10Bに対して含浸工程Cを行う。具体的には、積層体10Bを電解質が溶融するまで加熱及び加圧して、電解質を補強層12aに含浸させ、積層体10Cを製造する。   Next, the laminated body 10B manufactured by the bending process B is inverted by 90 ° with the rollers 34a and 34b, and the impregnation process C is performed on the laminated body 10B. Specifically, the laminate 10B is heated and pressurized until the electrolyte is melted, and the reinforcing layer 12a is impregnated with the electrolyte to produce the laminate 10C.

より詳細には、図2に示すように、積層体10Bの搬送方向に沿って回転する加熱加圧ローラ35a,35bで、積層体10Bの表面の電解質層11aの電解質を、補強層12aの多孔質の空孔に含浸し、電解質が含浸された補強層12bを得ることができる。このときの積層体10Bを加熱する温度は、200〜280℃の範囲内で行うことがより好ましい。   More specifically, as shown in FIG. 2, the electrolyte of the electrolyte layer 11a on the surface of the laminated body 10B is made porous by the reinforcing layer 12a by the heat and pressure rollers 35a and 35b rotating along the conveying direction of the laminated body 10B. It is possible to obtain the reinforcing layer 12b impregnated with the quality pores and impregnated with the electrolyte. The temperature at which the laminate 10B is heated at this time is more preferably within the range of 200 to 280 ° C.

そして、含浸工程Cにより製造された積層体10Cに対して、加水分解工程Dを行い、積層体10Cの電解質にイオン交換機能を付与し、複合型電解質膜100Aを得ることができる。なお、図2に示すように、加水分解工程後は、複合型電解質膜100Aを乾燥させて、シート状の電解質膜100Aを巻き取り装置(図示せず)により、巻き取ってもよい。   And the hydrolysis process D is performed with respect to the laminated body 10C manufactured by the impregnation process C, an ion exchange function is provided to the electrolyte of the laminated body 10C, and the composite electrolyte membrane 100A can be obtained. As shown in FIG. 2, after the hydrolysis step, the composite electrolyte membrane 100A may be dried and the sheet-like electrolyte membrane 100A may be wound up by a winding device (not shown).

このようにして得られた複合型電解質膜100Aは、電解質シート11及び補強シート12の2つのシートのみから製造されるので、シート同士の位置合わせがし易く、電解質膜の品質が安定する。また、積層体10Aを折り曲げて、1つの電解質シート11の電解質を含浸させることができる。この結果、複合型電解質膜100Aの両面には、同じ電解質シート11を構成する均質な電解質が配置され、電解質膜の膜厚も安定化する。このようにして、電解質膜内の電解質の特性の均一化を図るとともに、精度の高い電解質膜を得ることができ、燃料電池の性能の安定化を図ることができる。   The composite electrolyte membrane 100A thus obtained is manufactured from only two sheets of the electrolyte sheet 11 and the reinforcing sheet 12, so that the sheets can be easily aligned and the quality of the electrolyte membrane is stabilized. Further, the laminate 10A can be bent and impregnated with the electrolyte of one electrolyte sheet 11. As a result, the homogeneous electrolyte constituting the same electrolyte sheet 11 is disposed on both surfaces of the composite electrolyte membrane 100A, and the thickness of the electrolyte membrane is also stabilized. In this way, it is possible to make the characteristics of the electrolyte in the electrolyte membrane uniform, obtain a highly accurate electrolyte membrane, and stabilize the performance of the fuel cell.

また、折り曲げ工程Bにおいて、補強層12a側の表面(補強層表面)が重なり、電解質層11a側の表面(電解質表面)が積層体10Bの表面となるので、含浸工程Cにおいて、厚さ方向における表層に電解質層11aが形成され、補強層12aの位置が安定化する。この結果、電解質膜100Aを備えた燃料電池は、表層の電解質層11aにより、発電時における電解質膜100Aの面内の水移動のばらつきが抑制され、さらには、電解質膜100Aと触媒層(図示せず)との密着性を向上させることができ、性能の安定化を図ることができる。   Further, in the bending step B, the surface on the reinforcing layer 12a side (reinforcing layer surface) overlaps, and the surface on the electrolyte layer 11a side (electrolyte surface) becomes the surface of the laminate 10B. The electrolyte layer 11a is formed on the surface layer, and the position of the reinforcing layer 12a is stabilized. As a result, in the fuel cell including the electrolyte membrane 100A, the surface electrolyte layer 11a suppresses variation in water movement in the surface of the electrolyte membrane 100A during power generation, and further, the electrolyte membrane 100A and the catalyst layer (not shown). ) Can be improved, and the performance can be stabilized.

さらに、図2に示す製造方法により複合型電解質膜100Aを製造すれば、積層工程は、2つの部材の接合のみでよく、さらには積層工程から加水分解工程まで一連の工程として行うことができるので、工程が単純化され、品質管理のし易く、量産性を向上させることができる。   Further, if the composite electrolyte membrane 100A is manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 2, the stacking process may be performed only by joining two members, and further, it can be performed as a series of processes from the stacking process to the hydrolysis process. The process is simplified, quality control is easy, and mass productivity can be improved.

図3は、本発明に係る複合型電解質膜の製造方法の第二実施形態を示した図である。図1に示す第一実施形態と相違する点は、触媒層13a,13bを配置した点であり、図3は、膜電極接合体(MEA)50Aの触媒層を形成するまでの工程を示したものである。第二実施形態に係る製造方法は、積層工程、折り曲げ工程、含浸工程、及び加水分解工程を含んでおり、これらは同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。   FIG. 3 is a view showing a second embodiment of the method for producing a composite electrolyte membrane according to the present invention. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the catalyst layers 13a and 13b are arranged. FIG. 3 shows the steps until the catalyst layer of the membrane electrode assembly (MEA) 50A is formed. Is. The manufacturing method according to the second embodiment includes a laminating step, a bending step, an impregnation step, and a hydrolysis step, and these are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

図3に示すように、積層工程Aにおいて、電解質シート11と補強シート12とを接合して積層し、電解質層11a及び補強層12aからなる積層体10Aを製造する。次に、積層体10Aを形成後の電解質層11aの表面に、アノード触媒層13aとカソード触媒層13bとを配置し、触媒層13a,13bが形成された積層体10Dを製造する。   As shown in FIG. 3, in the lamination step A, the electrolyte sheet 11 and the reinforcing sheet 12 are joined and laminated to produce a laminated body 10A including the electrolyte layer 11a and the reinforcing layer 12a. Next, the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b are arranged on the surface of the electrolyte layer 11a after forming the laminate 10A, and the laminate 10D in which the catalyst layers 13a and 13b are formed is manufactured.

具体的には、触媒層を配置する工程Jにおいて、触媒層13a,13bの配置を、触媒をスプレーにより吹き付けることにより行ってもよく、バッキングシートに触媒層を配置し、該触媒層を電解質層に、冶具又はコートダイなどを用いて加熱及び加圧により転写してもよい。尚、触媒層のアイオノマーも前駆体ポリマを用いれば、その後の含浸工程において、アイオノマーの熱的劣化もなくより好ましい。   Specifically, in the step J of arranging the catalyst layer, the catalyst layers 13a and 13b may be arranged by spraying the catalyst by spraying, the catalyst layer is arranged on the backing sheet, and the catalyst layer is used as the electrolyte layer. In addition, the image may be transferred by heating and pressing using a jig or a coating die. If the ionomer of the catalyst layer is also a precursor polymer, it is more preferable that the ionomer is not thermally deteriorated in the subsequent impregnation step.

次に、折り曲げ工程Bにおいて、アノード触媒層13aが積層体10Eの一方の表面に配置され、カソード触媒層13bが積層体10Eの他方の表面に配置されるように、積層体10Dを折り曲げる。その後、含浸工程Cにおいて、電解質を補強層12aに含浸させ、積層体10Fを製造し、加水分解工程Dにおいて、積層体10Fの電解質にイオン交換機能を付与して、複合型電解質膜100Bを含む膜電極接合体50Aを得ることができる。   Next, in the bending step B, the stacked body 10D is bent so that the anode catalyst layer 13a is disposed on one surface of the stacked body 10E and the cathode catalyst layer 13b is disposed on the other surface of the stacked body 10E. Thereafter, in the impregnation step C, the reinforcing layer 12a is impregnated with the electrolyte to produce the laminate 10F, and in the hydrolysis step D, the electrolyte of the laminate 10F is given an ion exchange function to include the composite electrolyte membrane 100B. A membrane electrode assembly 50A can be obtained.

上記の複合型電解質膜100B及び膜電極接合体50Aの製造方法によれば、積層工程A後の積層体10Aの電解質層11aが形成された同一面内に、アノード触媒層13aとカソード触媒層13bを形成するので、これら触媒層13a,13bを正確に配置することができる。この結果として、折り曲げ工程Bにおいて、積層体10Dの折り曲げ位置の精度を保つことができれば、アノード触媒層13aとカソード触媒層13bの位置ずれを抑制することができる。   According to the method for manufacturing the composite electrolyte membrane 100B and the membrane electrode assembly 50A, the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b are formed on the same surface where the electrolyte layer 11a of the laminate 10A after the lamination step A is formed. Therefore, the catalyst layers 13a and 13b can be accurately arranged. As a result, in the folding step B, if the accuracy of the folding position of the stacked body 10D can be maintained, the displacement of the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b can be suppressed.

そして、このようにして製造された電解質膜100Bを含む膜電極接合体50Aを燃料電池に用いることにより、燃料電池のセルとしての組み付けた場合の組み付け不良、燃料電池の発電時の性能のばらつきを抑制することができる。特に、表層に電解質層11aが安定して形成されるので、電解質層11aと触媒層13a,13bとの密着性を向上させることができる。   Then, by using the membrane electrode assembly 50A including the electrolyte membrane 100B manufactured in this way for a fuel cell, the assembly failure when assembled as a cell of the fuel cell and the variation in performance of the fuel cell during power generation can be prevented. Can be suppressed. In particular, since the electrolyte layer 11a is stably formed on the surface layer, the adhesion between the electrolyte layer 11a and the catalyst layers 13a and 13b can be improved.

図4は、本発明に係る複合型電解質膜の製造方法の第三実施形態を示した図である。第三の実施形態に係る製造方法が、図1に示す第一実施形態のものと相違する点は、折り曲げ工程Bにおける折り曲げ方向が異なる点である。なお、第三実施形態に係る製造方法は、積層工程、含浸工程、及び加水分解工程を含んでおり、これらは同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。   FIG. 4 is a view showing a third embodiment of the method for producing a composite electrolyte membrane according to the present invention. The manufacturing method according to the third embodiment is different from that of the first embodiment shown in FIG. 1 in that the bending direction in the bending step B is different. In addition, the manufacturing method which concerns on 3rd embodiment includes the lamination process, the impregnation process, and the hydrolysis process, These are attached | subjected the same code | symbol and the detailed description is abbreviate | omitted.

図4に示すように、積層工程Aにおいて、電解質シート11と補強シート12とを接合して積層し、電解質層11a及び補強層12aからなる積層体10Aを製造する。次に、積層工程Aにより製造された積層体10Aに対して、折り曲げ工程Bを行う。具体的には、積層体10Aの電解質層11a側の表面(電解質層表面)が重なり合うように、積層体10Aの中心線Lに沿って、中央部で積層体10Aを折り曲げ、積層体10Gを製造する。   As shown in FIG. 4, in the lamination step A, the electrolyte sheet 11 and the reinforcing sheet 12 are joined and laminated to produce a laminated body 10A including the electrolyte layer 11a and the reinforcing layer 12a. Next, the bending process B is performed on the stacked body 10 </ b> A manufactured by the stacking process A. Specifically, the laminated body 10A is manufactured by bending the laminated body 10A at the center along the center line L of the laminated body 10A so that the surface (electrolyte layer surface) of the laminated body 10A on the electrolyte layer 11a side overlaps. To do.

その後、含浸工程Cにおいて、電解質を補強層12aに含浸させ、積層体10Hを製造し、加水分解工程Dにおいて、積層体10Hの電解質にイオン交換機能を付与して、複合型電解質膜100Cを得ることができる。   Thereafter, in the impregnation step C, the reinforcing layer 12a is impregnated with the electrolyte to produce the laminate 10H, and in the hydrolysis step D, an ion exchange function is imparted to the electrolyte of the laminate 10H to obtain the composite electrolyte membrane 100C. be able to.

上記の複合型電解質膜100Cの製造方法によれば、折り曲げ工程Bにおいて、電解質層11aの表面が重なり、補強層12aが電解質膜の表面となるように、積層体10Aが折り曲げられるため、複合型電解質膜100Cの厚み方向中心に、電解質層11bが形成され、電解質膜の厚さ方向の表面近傍の表層部に電解質が含浸された補強層12bを配置させることができる。この結果、燃料電池の使用時における電解質膜100Cのクリープ性能を向上させることができる。   According to the manufacturing method of the composite electrolyte membrane 100C described above, in the folding step B, the laminate 10A is bent so that the surface of the electrolyte layer 11a overlaps and the reinforcing layer 12a becomes the surface of the electrolyte membrane. The electrolyte layer 11b is formed at the center of the electrolyte membrane 100C in the thickness direction, and the reinforcing layer 12b impregnated with the electrolyte can be disposed in the surface layer near the surface in the thickness direction of the electrolyte membrane. As a result, the creep performance of the electrolyte membrane 100C when using the fuel cell can be improved.

図5は、本発明に係る複合型電解質膜の製造方法の第四実施形態を示した図であり、図6は、図5に示す製造方法を実施するための製造装置の模式図である。第四実施形態に係る製造方法が、第一実施形態のものと相違する点は、積層工程後に保水材を配置した点が相違する。なお、第四実施形態に係る製造方法は、積層工程、含浸工程、及び加水分解工程を含んでおり、これらは同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。   FIG. 5 is a view showing a fourth embodiment of the method for manufacturing a composite electrolyte membrane according to the present invention, and FIG. 6 is a schematic view of a manufacturing apparatus for carrying out the manufacturing method shown in FIG. The point in which the manufacturing method which concerns on 4th embodiment differs from the thing of 1st embodiment differs in the point which has arrange | positioned the water retention material after a lamination process. In addition, the manufacturing method which concerns on 4th embodiment contains the lamination process, the impregnation process, and the hydrolysis process, and attaches | subjects the same code | symbol and omits the detailed description.

図5に示すように、積層工程Aにおいて、電解質シート11と補強シート12とを接合して積層し、電解質層11a及び補強層12aからなる積層体10Aを製造する。次に、保水材配置工程Kにおいて、積層体10Aを形成後の補強層12aの表面に、保水材14を配置する。具体的には、図6に示すように、ダイコートまたはスプレーによる塗布、スパッタリング等により、補強層12aの表面に均一に配置するにより保水材14を塗布する。具体的には、後述する折り曲げ工程Bにより保水材を補強層間に挟み込むので、保水材は、折り曲げ時に脱離しない程度に密着されることが好ましい。なお保水材として、微粒子材料を用いる場合には、前述したように、折り曲げ時の挟み込みを行うためには、補強シートに形成された多孔質の気孔径よりも大きいものがより好ましい。   As shown in FIG. 5, in the lamination step A, the electrolyte sheet 11 and the reinforcing sheet 12 are joined and laminated to produce a laminated body 10A including the electrolyte layer 11a and the reinforcing layer 12a. Next, in the water retaining material arranging step K, the water retaining material 14 is disposed on the surface of the reinforcing layer 12a after the laminated body 10A is formed. Specifically, as shown in FIG. 6, the water retaining material 14 is applied by uniformly disposing on the surface of the reinforcing layer 12a by die coating or spray coating, sputtering, or the like. Specifically, since the water retention material is sandwiched between the reinforcing layers in a bending step B described later, it is preferable that the water retention material is closely attached to the extent that it is not detached at the time of bending. In the case where a fine particle material is used as the water retaining material, as described above, a material having a diameter larger than the pore size of the porous formed in the reinforcing sheet is more preferable in order to sandwich the material during bending.

そして、折り曲げ工程Bにおいて、補強層側の表面が重なり合うように補強層12aの間に保水材14を挟み込んで、積層体10Iを折り曲げて積層体10Jを製造する。含浸工程Cにおいて、電解質層11aの電解質を、保水材14及び補強層12aに含浸させて積層体10Kを製造し、加水分解工程Dにおいて積層体10Kの電解質の加水分解を行ってイオン交換機能を付与し、複合型電解質膜100Dを得る。   Then, in the bending step B, the water retentive material 14 is sandwiched between the reinforcing layers 12a so that the surfaces on the reinforcing layer side are overlapped, and the stacked body 10I is bent to manufacture a stacked body 10J. In the impregnation step C, the electrolyte layer 11a is impregnated with the water retention material 14 and the reinforcing layer 12a to manufacture the laminate 10K, and in the hydrolysis step D, the electrolyte of the laminate 10K is hydrolyzed to have an ion exchange function. To obtain a composite electrolyte membrane 100D.

このようにして図5に示すように、膜厚方向に沿って、電解質に保水材14を添加材として添加した添加層14bと、添加層14bを挟むように形成されて電解質が含浸した補強層12b,12bと、該各補強層12b,12bの表面に対して形成された電解質層11a,11aと、を少なくとも備えた複合型電解質膜100Dを得ることができる。   In this way, as shown in FIG. 5, along the film thickness direction, the additive layer 14b in which the water retaining material 14 is added as an additive to the electrolyte, and the reinforcing layer formed so as to sandwich the additive layer 14b and impregnated with the electrolyte It is possible to obtain a composite electrolyte membrane 100D including at least 12b and 12b and electrolyte layers 11a and 11a formed on the surfaces of the reinforcing layers 12b and 12b.

このように製造された複合型電解質膜100Dは、保水材14を添加材として、折り曲げ時に挟み込むことにより、電解質膜100Dの厚さ方向の中心に保水材を固定することができる。この結果、燃料電池の発電時に、水移動時により保水材14が移動したり、流失したりすることを抑制することができ、プロトン伝導性を安定的に確保することができる。   The composite electrolyte membrane 100D manufactured in this way can be fixed at the center in the thickness direction of the electrolyte membrane 100D by being sandwiched during bending with the water retention material 14 as an additive. As a result, it is possible to prevent the water retaining material 14 from moving or being lost due to water movement during power generation of the fuel cell, and to ensure stable proton conductivity.

図7は、本発明に係る複合型電解質膜の製造方法の第五実施形態を示した図である。第五実施形態に係る製造方法が、第四実施形態のものと相違する点は、積層工程時に、触媒層が相違する。なお、第四実施形態に係る製造方法は、含浸工程、折り曲げ工程、及び加水分解工程を含んでおり、これらは同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。   FIG. 7 is a view showing a fifth embodiment of the method for producing a composite electrolyte membrane according to the present invention. The manufacturing method according to the fifth embodiment differs from that of the fourth embodiment in that the catalyst layer is different during the lamination process. Note that the manufacturing method according to the fourth embodiment includes an impregnation step, a bending step, and a hydrolysis step, and these are denoted by the same reference numerals and will not be described in detail.

図7に示すように、積層工程A1において、電解質シート11と補強シート12とを接合して積層し、これと同時に、電解質シート11の他方の表面から、バッキングシート81に配置されたアノード触媒層13a及びカソード触媒層13bを配置し、積層体10Lを製造する。   As shown in FIG. 7, in the lamination step A1, the electrolyte sheet 11 and the reinforcing sheet 12 are joined and laminated, and at the same time, the anode catalyst layer disposed on the backing sheet 81 from the other surface of the electrolyte sheet 11 13a and the cathode catalyst layer 13b are arranged to manufacture the laminate 10L.

そして、上述したように、保水材配置工程K、折り曲げ工程B、含浸工程C、及び加水分解工程Dを経て、複合型電解質膜100Eを含む膜電極接合体50Bを得ることができる。この際、バッキングシート81は、含浸工程後に、積層体10Kから取り外し、加水分解工程後、積層体10Fの電解質にイオン交換機能を付与して、複合型電解質膜100Eを含む膜電極接合体50Bを得ることができる。   And as above-mentioned, the membrane electrode assembly 50B containing the composite type electrolyte membrane 100E can be obtained through the water retention material arrangement | positioning process K, the bending process B, the impregnation process C, and the hydrolysis process D. At this time, the backing sheet 81 is removed from the laminate 10K after the impregnation step, and after the hydrolysis step, an ion exchange function is imparted to the electrolyte of the laminate 10F, so that the membrane electrode assembly 50B including the composite electrolyte membrane 100E is obtained. Obtainable.

このようにして、第二実施形態と同様に、アノード触媒層13aとカソード触媒層13bの位置ずれを抑制することができ、燃料電池のセルの組み付け不良、燃料電池の発電時の性能のばらつきを抑制することができる。このように製造された複合型電解質膜100Eは、電解質膜100Eの厚さ方向の中心に保水材を固定することができる。この結果、燃料電池の発電時に、水移動時により保水材14が移動したり、流失したりすることを抑制することができる。この結果、安定的にプロトン伝導性を確保することができる。   In this way, as in the second embodiment, the displacement of the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b can be suppressed, resulting in poor assembly of the fuel cell and variation in performance of the fuel cell during power generation. Can be suppressed. The composite electrolyte membrane 100E manufactured in this way can fix a water retention material at the center in the thickness direction of the electrolyte membrane 100E. As a result, at the time of power generation of the fuel cell, it is possible to prevent the water retaining material 14 from moving or being lost due to water movement. As a result, proton conductivity can be stably secured.

図8は、本発明に係る複合型電解質膜の製造方法の第六実施形態を示した図である。第六実施形態に係る製造方法が、第四実施形態のものと相違する点は、積層工程前に保水材を配置した点が相違する。なお、第四実施形態に係る製造方法は、折り曲げ工程、含浸工程、及び加水分解工程を含んでおり、これらは同じ符号を付して、その詳細な説明は、省略する。   FIG. 8 is a view showing a sixth embodiment of the method for producing a composite electrolyte membrane according to the present invention. The point in which the manufacturing method which concerns on 6th embodiment differs from the thing of 4th embodiment differs in the point which has arrange | positioned the water retention material before the lamination process. Note that the manufacturing method according to the fourth embodiment includes a bending step, an impregnation step, and a hydrolysis step, and these are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図8に示すように、積層工程の前工程として、まず保水材14を配置する。配置方法は、前記実施形態と同様である。そして、積層工程A2において、電解質シート11と補強シート12との間に保水材14が配置されるように、電解質シート11と補強シート12を接合する。該接合は、電解質シート11の電解質を補強シート12の片側から含浸するようにして行うので、接合後の積層体10Pには、電解質層11aと補強層12aとの間には、保水材14を添加材として電解質に添加された添加層14bが形成される。その後、折り曲げ工程B、含浸工程C、及び加水分解工程Dを経て、複合型電解質膜100Fを得ることができる。   As shown in FIG. 8, the water retention material 14 is first arranged as a pre-process of the stacking process. The arrangement method is the same as in the above embodiment. And in lamination process A2, electrolyte sheet 11 and reinforcement sheet 12 are joined so that water retention material 14 may be arranged between electrolyte sheet 11 and reinforcement sheet 12. Since the joining is performed by impregnating the electrolyte of the electrolyte sheet 11 from one side of the reinforcing sheet 12, the laminated body 10P after the joining is provided with a water retaining material 14 between the electrolyte layer 11a and the reinforcing layer 12a. An additive layer 14b added to the electrolyte as an additive is formed. Thereafter, the composite electrolyte membrane 100F can be obtained through the bending step B, the impregnation step C, and the hydrolysis step D.

このようにして図8に示すように、膜厚方向に、電解質層としての第一の電解質層11aと、第一の電解質層11aを挟むように形成された、保水材を添加材として電解質に添加された添加層14b,14bと、該各々の添加層14bの表面に対して形成されて電解質が含浸した補強層12b,12bと、該各々の補強層12bの表面に対して形成された、第二の電解質層11b,11bと、を備えた複合型電解質膜100Fを得ることができる。   As shown in FIG. 8, the first electrolyte layer 11a as the electrolyte layer and the water retention material formed so as to sandwich the first electrolyte layer 11a in the film thickness direction are added to the electrolyte as an additive. The added additive layers 14b and 14b, the reinforcing layers 12b and 12b formed on the surface of each of the added layers 14b and impregnated with the electrolyte, and formed on the surface of each of the reinforcing layers 12b, A composite electrolyte membrane 100F including the second electrolyte layers 11b and 11b can be obtained.

このようにして得られた複合型電解質膜100Fは、折り曲げ工程Bにおいて、電解質層11aの表面が重なり、補強層12aが電解質膜の表面となるように、積層体10Aが折り曲げられるため、複合型電解質膜100Fの厚み方向中心に、電解質層11aが形成され、電解質膜の厚さ方向の表面近傍の表層部に電解質が含浸された補強層12bを配置し、さらにその近傍に添加層14bを配置させることができる。この結果、燃料電池の使用時における電解質膜100Fのクリープ性能を向上させることができるばかりでなく、電解質膜100Fの保水性をさらに高めることができる。   The composite electrolyte membrane 100F thus obtained is folded in the folding step B so that the laminate 10A is folded so that the surface of the electrolyte layer 11a overlaps and the reinforcing layer 12a becomes the surface of the electrolyte membrane. The electrolyte layer 11a is formed at the center of the electrolyte membrane 100F in the thickness direction, the reinforcing layer 12b impregnated with the electrolyte is disposed in the surface layer portion near the surface in the thickness direction of the electrolyte membrane, and the additive layer 14b is disposed in the vicinity thereof. Can be made. As a result, not only the creep performance of the electrolyte membrane 100F during use of the fuel cell can be improved, but also the water retention of the electrolyte membrane 100F can be further increased.

図9は、本発明の実施形態に係る膜電極接合体の製造方法を示した模式図であり、図9に示す膜電極接合体に対する第二の折り曲げを説明するための図である。図9に示すように、前記いくつかの実施形態と同様に、帯状の電解質からなるシート(電解質シート)11と、多孔質の高分子材であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)からなる帯状の補強シート12とを準備する。次に、積層工程Aにおいて、電解質シート11と補強シート12とを加熱及び加圧して積層し、電解質シートを電解質層11aとし、補強シート12を補強層12aとした積層体10Aを製造する。   FIG. 9 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a membrane electrode assembly according to an embodiment of the present invention, and is a diagram for explaining a second bending with respect to the membrane electrode assembly shown in FIG. 9. As shown in FIG. 9, as in some of the embodiments described above, a strip-shaped electrolyte sheet (electrolyte sheet) 11 and a strip-shaped reinforcement made of polytetrafluoroethylene (PTFE), which is a porous polymer material, are used. A sheet 12 is prepared. Next, in the laminating step A, the electrolyte sheet 11 and the reinforcing sheet 12 are laminated by heating and pressing, and the laminate 10A is manufactured using the electrolyte sheet as the electrolyte layer 11a and the reinforcing sheet 12 as the reinforcing layer 12a.

そして、積層体10Aを形成後の電解質層11aの表面に、アノード触媒層13aとカソード触媒層13bとを配置し、触媒層13a,13bが形成された積層体10Dを製造する。   Then, the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b are arranged on the surface of the electrolyte layer 11a after forming the laminate 10A, and the laminate 10D in which the catalyst layers 13a and 13b are formed is manufactured.

具体的には、触媒層を配置する工程Jで、積層体10Aの形成後の電解質層11aの表面において、積層体10Aの短手方向Sに沿って、アノード触媒層13aとカソード触媒層13bとが2列で形成され、かつ、長手方向(搬送方向)Lに沿って、複数のアノード触媒層13aと複数のカソード触媒層13bが交互に形成されるように(換言すると、2列のアノード触媒層13aとカソード触媒層13bとのそれぞれを、対角に形成されるように)、アノード触媒層13aとカソード触媒層13bとを配置し、これらを加圧すると共に170℃以下で加熱することにより定着させる。   Specifically, in the step J of disposing the catalyst layer, the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b are formed along the short direction S of the laminate 10A on the surface of the electrolyte layer 11a after the formation of the laminate 10A. Are formed in two rows, and a plurality of anode catalyst layers 13a and a plurality of cathode catalyst layers 13b are alternately formed along the longitudinal direction (transport direction) L (in other words, two rows of anode catalysts). The layer 13a and the cathode catalyst layer 13b are formed diagonally), the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b are disposed, and they are fixed by pressurizing them and heating them at 170 ° C. or lower. Let

尚、前記第二実施形態と同様に、触媒層13a,13bの配置を、スプレーを用いた吹き付けによる触媒層の配置、バッキングシートを用いた触媒層の配置、又は、冶具又はコートダイなどを用いた転写による触媒層の配置、等を挙げることができ、所望の電解質層11aの表面に、上述した配列で前記複数の触媒層13a,13bを配置することができるのであれば、特にその配置方法は限定されない。   As in the second embodiment, the catalyst layers 13a and 13b are arranged using a spraying spray catalyst layer, a catalyst layer using a backing sheet, or a jig or a coat die. The arrangement of the catalyst layer by transfer, etc. can be mentioned. If the plurality of catalyst layers 13a, 13b can be arranged in the above-described arrangement on the surface of the desired electrolyte layer 11a, the arrangement method is particularly It is not limited.

次に、折り曲げ工程Bにおいて、アノード触媒層13aが積層体10Eの一方の表面に配置され、カソード触媒層13bが積層体10Eの他方の表面に配置されるように(アノード触媒層13aとカソード触媒層13bが積層体10E(複合型電解質膜)を挟み込むように)長手方向Lに沿って、前記いくつかの実施形態と同様に積層体10Dの中央部で積層体10Dを折り曲げる。その後、含浸工程Cにおいて、電解質を補強層12aに含浸させ、積層体10Fを製造し、加水分解工程Dにおいて、積層体10Fの電解質にイオン交換機能を付与して、複合型電解質膜100Bを含む膜電極接合体50Cを得ることができる。   Next, in the bending step B, the anode catalyst layer 13a is disposed on one surface of the stacked body 10E, and the cathode catalyst layer 13b is disposed on the other surface of the stacked body 10E (the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst). The laminated body 10D is bent at the center of the laminated body 10D along the longitudinal direction L (so that the layer 13b sandwiches the laminated body 10E (composite electrolyte membrane)) in the same manner as in some of the above embodiments. Thereafter, in the impregnation step C, the reinforcing layer 12a is impregnated with the electrolyte to produce the laminate 10F, and in the hydrolysis step D, the electrolyte of the laminate 10F is given an ion exchange function to include the composite electrolyte membrane 100B. A membrane electrode assembly 50C can be obtained.

積層工程後の積層体の電解質層11aが形成された同一面内に、短手方向Sに沿ってアノード触媒層13aとカソード触媒層13bを形成するので、複合型電解質膜100Bを挟み込むように、これら触媒層13a,13bを位置ずれなく正確に配置することができる。この結果、折り曲げ工程Bにおいて、積層体10Eの折り曲げ位置の精度を保つことができれば、アノード触媒層13aとカソード触媒層13bの位置関係のずれを抑制することができ、後述する燃料電池1のセルとして組み付けた場合の組み付け不良、燃料電池1の発電時の性能のばらつきを抑制することができる。   Since the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b are formed along the short direction S in the same plane where the electrolyte layer 11a of the laminate after the lamination process is formed, the composite electrolyte membrane 100B is sandwiched between them. These catalyst layers 13a and 13b can be accurately arranged without positional deviation. As a result, if the accuracy of the folding position of the laminate 10E can be maintained in the bending step B, the positional relationship between the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b can be suppressed, and the cell of the fuel cell 1 described later can be suppressed. Assembling failure in the case of assembling as well as variations in performance during power generation of the fuel cell 1 can be suppressed.

そして、この膜電極接合体50Cは、帯状の膜電極接合体であり、膜電極接合体50Cの表面には、長手方向Lに沿って、複数のアノード触媒層13aと複数の前記カソード触媒層13bが交互に形成されているので、後述する第二の折り曲げ工程により容易に、燃料電池を製造することができる。   The membrane electrode assembly 50C is a strip-like membrane electrode assembly, and a plurality of anode catalyst layers 13a and a plurality of cathode catalyst layers 13b are formed on the surface of the membrane electrode assembly 50C along the longitudinal direction L. Since these are alternately formed, the fuel cell can be easily manufactured by a second bending step described later.

次に、この膜電極接合体50Cに第二の折り曲げを行なう。具体的には、図10に示すように、加水分解工程D後、第二の折り曲げ工程において、アノード触媒層13aと、このアノード触媒層13aに対して長手方向Lにおいて隣接するカソード触媒層13bと、が対向するように、短手方向Sに沿って(図中のC1−C1,C2−C2,…に沿って)、膜電極接合体50Cを折り曲げる。   Next, the membrane electrode assembly 50C is second bent. Specifically, as shown in FIG. 10, after the hydrolysis step D, in the second bending step, the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b adjacent to the anode catalyst layer 13a in the longitudinal direction L , The membrane electrode assembly 50C is bent along the short direction S (along C1-C1, C2-C2,... In the drawing).

この折り曲げ方法としては、例えば、後述するセパレータを導入可能な厚みの折り曲げ治具を準備し、この折り曲げ治具の先端を短手方向Sに沿って押し当てて、折り曲げる方法などを挙げることができ、長手方向Lの隣接する触媒層13a,13b同士を対向して折り曲げることができるのであれば、その折り曲げ方法は特に限定されるものではない。   As this bending method, for example, a bending jig having a thickness capable of introducing a separator, which will be described later, is prepared, and the tip of the bending jig is pressed along the short direction S to bend. As long as the adjacent catalyst layers 13a and 13b in the longitudinal direction L can be bent facing each other, the bending method is not particularly limited.

このようにして第二の折り曲げ工程を行うとことにより、これらの対向する触媒層13a,13bの間に後述するセパレータ等を配置すれば、複数の膜電極接合体を積層することなく、1つの連続した膜電極接合体50Cから、位置ずれなく触媒層13a,13bが形成された燃料電池のセル化を容易に図ることが可能となる。   By performing the second bending step in this way, if a separator or the like to be described later is disposed between the opposed catalyst layers 13a and 13b, one membrane electrode assembly is not laminated. From the continuous membrane electrode assembly 50C, the fuel cell in which the catalyst layers 13a and 13b are formed without misalignment can be easily made into a cell.

さらに、長手方向Lに沿って、複数のアノード触媒層13aと複数のカソード触媒層13bが交互に形成され、長手方向Lにおいてアノード触媒層13aに隣接する層には必ずカソード触媒層13bが形成されているので、第二の折り曲げ工程を行うことにより同一方向に表面(拡散層15に接触する表面)を有した複数のアノード触媒層13aが形成され、これとは反対の同一方向に表面(拡散層15に接触する表面)を有した複数のカソード触媒層13bが形成されることになる。この結果、従来の工法により、複数の膜電極接合体を積層する場合に生じるおそれがある、膜電極接合体のアノード触媒層とカソード触媒層の組み付けミスを確実に防止することができる。   Further, a plurality of anode catalyst layers 13a and a plurality of cathode catalyst layers 13b are alternately formed along the longitudinal direction L, and a cathode catalyst layer 13b is always formed in a layer adjacent to the anode catalyst layer 13a in the longitudinal direction L. Therefore, by performing the second bending step, a plurality of anode catalyst layers 13a having surfaces in the same direction (surfaces in contact with the diffusion layer 15) are formed, and surfaces (diffusion in the opposite direction) are formed. A plurality of cathode catalyst layers 13b having a surface in contact with the layer 15) are formed. As a result, it is possible to reliably prevent an assembly error between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer of the membrane electrode assembly, which may occur when a plurality of membrane electrode assemblies are laminated by the conventional method.

このように製造された膜電極接合体を用いた、燃料電池の製造方法について、以下に詳述する。図11は、図10に示す膜電極接合体50Cから燃料電池を製造する方法を示した図である。   A method for producing a fuel cell using the membrane electrode assembly produced in this manner will be described in detail below. FIG. 11 is a view showing a method of manufacturing a fuel cell from the membrane electrode assembly 50C shown in FIG.

本実施形態において、燃料電池の製造方法は、第二の折り曲げ工程後の膜電極接合体50Cのアノード触媒層13a及びカソード触媒層13bの表面に拡散層15を配置すると共に、拡散層15が配置された対向したアノード触媒層13a及びカソード触媒層13bの間に、燃料ガス流路61及び酸素ガス流路62が形成されたセパレータ60を配置する工程を含むものである。   In the present embodiment, the fuel cell manufacturing method includes disposing the diffusion layer 15 on the surfaces of the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b of the membrane electrode assembly 50C after the second bending step, and disposing the diffusion layer 15 therein. This includes a step of disposing a separator 60 having a fuel gas channel 61 and an oxygen gas channel 62 formed between the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b facing each other.

具体的には、燃料ガス流路61及び酸素ガス流路62が形成されたセパレータ60を準備する。そして、セパレータ60の両面に、アノード触媒層13a及びカソード触媒層13bの表面に配置するための拡散層15を配置する。さらに、セパレータ60の長手方向の両端に、膜電極接合体50Cに対して接着性及びシール性を有した部材63を取り付ける。   Specifically, a separator 60 in which a fuel gas channel 61 and an oxygen gas channel 62 are formed is prepared. And the diffusion layer 15 for arrange | positioning on the surface of the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b is arrange | positioned on both surfaces of the separator 60. FIG. Furthermore, members 63 having adhesiveness and sealing properties with respect to the membrane electrode assembly 50C are attached to both ends of the separator 60 in the longitudinal direction.

そして、この拡散層15及びシール剤63が取付けられたセパレータ60を、膜電極接合体50Cの折り曲げ部分に向かって、膜電極接合体50Cのアノード触媒層13a及びカソード触媒層13bの表面に拡散層15が位置するように差し込む。この結果、膜電極接合体50Cの対向する触媒層13a,13bの上面に、拡散層15及びセパレータ60を挟むことにより、積層電極が形成され、加熱すると共に、厚さ方向に加圧し、複数の単セルが重なった燃料電池1が製造される。   Then, the separator 60 to which the diffusion layer 15 and the sealant 63 are attached is spread on the surfaces of the anode catalyst layer 13a and the cathode catalyst layer 13b of the membrane electrode assembly 50C toward the bent portion of the membrane electrode assembly 50C. Insert so that 15 is positioned. As a result, a laminated electrode is formed by sandwiching the diffusion layer 15 and the separator 60 on the upper surfaces of the opposing catalyst layers 13a and 13b of the membrane electrode assembly 50C, and is heated and pressurized in the thickness direction. The fuel cell 1 in which the single cells overlap is manufactured.

このような工法により、複数の膜電極接合体同士の間にセパレータを配置する従来の方法に比べて、製造工数を削減することができると共に、第二の折り曲げ工程後連続してセパレータを配置することができるので、燃料電池1のセル化において、コンタミの混入を抑制することができる。   Compared with the conventional method which arrange | positions a separator between several membrane electrode assemblies by such a construction method, while being able to reduce a manufacturing man-hour, it arrange | positions a separator continuously after a 2nd bending process. Therefore, contamination of the fuel cell 1 can be suppressed in the cell formation.

図12は、図11に示す製造方法により製造された燃料電池から、所望のセル数の燃料電池を製造する方法を説明するための図である。図12に示すように、図11に示す製造方法により製造された燃料電池1は、複数の単セルの燃料電池が、電解質膜により絶縁状態で連結されている。よって、図11に示すように、連結部分の電解質膜を切断することにより、モジュール(数枚から数百枚)の状態で、セル積層時の向き(アノード/カソード面の向き)の位置関係において、組み付けミスが無い、必要なセル数の燃料電池1A,1Bを得ることができる。   FIG. 12 is a diagram for explaining a method of manufacturing a fuel cell having a desired number of cells from the fuel cell manufactured by the manufacturing method shown in FIG. As shown in FIG. 12, the fuel cell 1 manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 11 has a plurality of single-cell fuel cells connected in an insulating state by an electrolyte membrane. Therefore, as shown in FIG. 11, by cutting the electrolyte membrane at the connecting portion, in the module (several to several hundreds) state, in the positional relationship of the cell stacking direction (anode / cathode surface direction) Thus, it is possible to obtain the required number of fuel cells 1A and 1B with no assembly errors.

以上、本発明の複合型電解質膜、膜電極接合体、燃料電池、及びこれらの製造方法の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。   As described above, the composite electrolyte membrane, the membrane electrode assembly, the fuel cell, and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and claims Various design changes can be made without departing from the spirit of the invention described in the above.

例えば、前記第四〜六の実施形態では、添加材として保水材を用いたが、燃料電池の発電時に、副生成物として生成される過酸化水素を水及び酸素に分解してヒドロキシラジカルの発生を抑制するために、セリウムなどの遷移金属の酸化物からなるラジカル抑制材を用いてもよい。   For example, in the fourth to sixth embodiments, a water retention material is used as an additive, but during the power generation of a fuel cell, hydrogen peroxide generated as a by-product is decomposed into water and oxygen to generate hydroxy radicals. In order to suppress this, a radical inhibitor made of an oxide of a transition metal such as cerium may be used.

また、前記第一〜第六の実施形態において製造した複合型電解質膜に対して、さらに、折り曲げ工程時に形成された折しろとなる折り曲げ端部を、スリッター等によりカットしてもよい。   Moreover, you may cut further the bending edge part used as the folding margin formed at the time of a bending process with the slitter etc. with respect to the composite type electrolyte membrane manufactured in said 1st-6th embodiment.

また、前記第二及び第五実施形態において触媒層をさらに配置したが、さらに、該触媒層に図13に示す拡散層、セパレータを配置して、燃料電池を得ることができるのは勿論のことである。   Further, although the catalyst layer is further arranged in the second and fifth embodiments, it is of course possible to obtain a fuel cell by arranging the diffusion layer and the separator shown in FIG. 13 in the catalyst layer. It is.

また、図10に示す実施形態では、拡散層とセパレータとを配置する際には、拡散層を表面に形成したセパレータを、膜電極接合体の折れ曲がった部分に挿入するようにして、膜電極接合体に配置したが、この方法に限定されるものではなく、膜電極接合体に拡散層とセパレータと配置し燃料電池を製造することができるのであれば、これらを別個に配置してもよい。また、本実施形態では、積層工程後に触媒層を配置したが、アノード触媒層とカソード触媒層を的確に配置することがでるのであれば、電解質膜に触媒層を配置せずに、セパレータに配置した拡散層上に、さらに、アノード触媒層とカソード触媒層を配置してもよい。   Further, in the embodiment shown in FIG. 10, when the diffusion layer and the separator are arranged, the separator having the diffusion layer formed on the surface thereof is inserted into the bent portion of the membrane electrode assembly so that the membrane electrode junction is inserted. However, the present invention is not limited to this method. If the diffusion layer and the separator can be arranged in the membrane electrode assembly to produce a fuel cell, these may be arranged separately. In this embodiment, the catalyst layer is disposed after the lamination step. However, if the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer can be accurately disposed, the catalyst layer is not disposed on the electrolyte membrane, and the catalyst layer is disposed on the separator. An anode catalyst layer and a cathode catalyst layer may be further disposed on the diffusion layer.

さらに、図10に示す本実施形態では、複合型電解質膜に、保水剤、ラジカル抑制剤等の添加材を配置していないが、図7及び図8の第五及び第六実施形態に示す方法で、保水材、ラジカル抑制剤等の添加材を複合型電解質膜に配置してもよい。   Further, in the present embodiment shown in FIG. 10, additives such as a water retention agent and a radical inhibitor are not arranged in the composite electrolyte membrane, but the methods shown in the fifth and sixth embodiments in FIGS. 7 and 8 are used. Therefore, additives such as a water retention material and a radical inhibitor may be disposed on the composite electrolyte membrane.

本発明の第一実施形態に係る複合型電解質膜の製造方法を示した模式図。The schematic diagram which showed the manufacturing method of the composite type electrolyte membrane which concerns on 1st embodiment of this invention. 図1に示す製造方法を実施するための製造装置の模式図。The schematic diagram of the manufacturing apparatus for enforcing the manufacturing method shown in FIG. 本発明の第二実施形態に係る複合型電解質膜の製造方法を示した模式図。The schematic diagram which showed the manufacturing method of the composite type electrolyte membrane which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係る複合型電解質膜の製造方法を示した模式図。The schematic diagram which showed the manufacturing method of the composite type electrolyte membrane which concerns on 3rd embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係る複合型電解質膜の製造方法を示した模式図。The schematic diagram which showed the manufacturing method of the composite type electrolyte membrane which concerns on 4th embodiment of this invention. 図5に示す製造方法を実施するための製造装置の模式図。The schematic diagram of the manufacturing apparatus for enforcing the manufacturing method shown in FIG. 本発明の第五実施形態に係る複合型電解質膜の製造方法を示した模式図。The schematic diagram which showed the manufacturing method of the composite type electrolyte membrane which concerns on 5th embodiment of this invention. 本発明の第六実施形態に係る複合型電解質膜の製造方法を示した模式図。The schematic diagram which showed the manufacturing method of the composite type electrolyte membrane which concerns on 6th embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る膜電極接合体の製造方法を示した模式図。The schematic diagram which showed the manufacturing method of the membrane electrode assembly which concerns on embodiment of this invention. 図9に示す膜電極接合体に対する第二の折り曲げを説明するための図。The figure for demonstrating the 2nd bending with respect to the membrane electrode assembly shown in FIG. 図10に示す膜電極接合体から燃料電池を製造する方法を示した図。The figure which showed the method of manufacturing a fuel cell from the membrane electrode assembly shown in FIG. 図11に示す方法より製造された燃料電池から、所望のセル数の燃料電池を製造する方法を説明するための図。The figure for demonstrating the method of manufacturing the fuel cell of the desired number of cells from the fuel cell manufactured by the method shown in FIG. 従来の複合型電解質膜の製造方法を示した図であり、(a)は、キャスト成膜法により、複合型電解質膜の製造方法を説明するための図あり、(b)は、複合型電解質膜に触媒層を転写により形成する方法を説明するための図。It is the figure which showed the manufacturing method of the conventional composite type electrolyte membrane, (a) is a figure for demonstrating the manufacturing method of a composite type electrolyte membrane by the cast film-forming method, (b) is a composite type electrolyte. The figure for demonstrating the method of forming a catalyst layer in a film | membrane by transcription | transfer. 固体高分子型燃料電池(単セル)の一例を説明する模式図。The schematic diagram explaining an example of a polymer electrolyte fuel cell (single cell).

符号の説明Explanation of symbols

1:燃料電池、10A、10B、…10P:積層体、11:電解質シート、11a,11b:電解質層、12:補強シート、12a:多孔質の補強層、12b:電解質が含浸された補強層、13a、13b:触媒層,14:保水材,14b:添加層,50A、50B、50C:膜電極接合体、100A、100B…100F:複合型電解質膜,A,A1,A2:積層工程,B:折り曲げ工程,C:含浸工程,D:加水分解工程,J:触媒層配置工程,K:保水材配置工程   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Fuel cell, 10A, 10B, ... 10P: Laminated body, 11: Electrolyte sheet, 11a, 11b: Electrolyte layer, 12: Reinforcement sheet, 12a: Porous reinforcement layer, 12b: Reinforcement layer impregnated with electrolyte, 13a, 13b: catalyst layer, 14: water retention material, 14b: additive layer, 50A, 50B, 50C: membrane electrode assembly, 100A, 100B ... 100F: composite electrolyte membrane, A, A1, A2: laminating step, B: Bending process, C: impregnation process, D: hydrolysis process, J: catalyst layer arranging process, K: water retention material arranging process

Claims (3)

電解質からなる電解質シートと、多孔質の高分子材からなる補強シートと、を加熱して積層して、電解質層と補強層とを含む帯状の積層体を形成する積層工程と、
該積層体の形成後の前記電解質層の表面において、前記積層体の短手方向に沿って、アノード触媒層とカソード触媒層とが形成され、かつ、長手方向に沿って、複数の前記アノード触媒層と複数の前記カソード触媒層が交互に形成されるように、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層とを配置する触媒層配置工程と、
前記アノード触媒層が前記積層体の一方の表面に配置され、前記カソード触媒層が前記積層体の他方の表面に配置されるように、前記長手方向に沿って、前記積層体の補強層側の表面が重なり合うように、前記積層体を折り曲げる第一折り曲げ工程と、
前記第一折り曲げ工程後の前記積層体を前記電解質が溶解するまで加熱して、前記電解質を前記補強層に含浸させる含浸工程と、
前記積層体に含浸された電解質を加水分解する加水分解工程と、
前記加水分解工程後、前記アノード触媒層と、該アノード触媒層に対して長手方向において隣接するカソード触媒層と、が対向するように、前記短手方向に沿って前記積層体を折り曲げる第二折り曲げ工程と、
前記第二の折り曲げ工程後の前記積層体の前記アノード触媒層及び前記カソード触媒層の表面に拡散層を配置すると共に、該拡散層が配置されて対向する前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間に、前記アノード触媒層側に燃料ガス流路が位置し、前記カソード触媒層側に酸素ガス流路が位置するように、前記燃料ガス流路及び前記酸素ガス流路が形成されたセパレータを、前記積層体に配置するセパレータ配置工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
A laminating step of heating and laminating an electrolyte sheet made of an electrolyte and a reinforcing sheet made of a porous polymer material to form a strip-shaped laminate including the electrolyte layer and the reinforcing layer;
An anode catalyst layer and a cathode catalyst layer are formed along the short direction of the laminate on the surface of the electrolyte layer after forming the laminate, and a plurality of the anode catalysts are provided along the longitudinal direction. A catalyst layer disposing step of disposing the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer so that a layer and a plurality of the cathode catalyst layers are alternately formed;
Along the longitudinal direction, the anode catalyst layer is disposed on one surface of the laminate, and the cathode catalyst layer is disposed on the other surface of the laminate. A first folding step of folding the laminate so that the surfaces overlap;
An impregnation step of heating the laminate after the first folding step until the electrolyte is dissolved, and impregnating the reinforcing layer with the electrolyte;
A hydrolysis step of hydrolyzing the electrolyte impregnated in the laminate;
After the hydrolysis step, the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer adjacent to the anode catalyst layer in the longitudinal direction face each other so that the laminate is folded along the short direction. Process,
A diffusion layer is disposed on the surfaces of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer of the laminate after the second folding step, and the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer that are opposed to each other with the diffusion layer disposed therebetween. A separator in which the fuel gas channel and the oxygen gas channel are formed such that a fuel gas channel is positioned on the anode catalyst layer side and an oxygen gas channel is positioned on the cathode catalyst layer side Separator placement step of placing the laminate on the laminate,
A method for producing a fuel cell, comprising:
前記積層工程において、前記積層体を形成後の前記補強層の表面に、過酸化水素を水及び酸素に分解してヒドロキシラジカルの発生を抑制するラジカル抑制材、又は水を吸収して保水することが可能な保水材の少なくとも一方を配置することを特徴とする請求項に記載の燃料電池の製造方法。 In the laminating step, on the surface of the reinforcing layer after forming the laminate, a radical inhibitor that suppresses generation of hydroxy radicals by decomposing hydrogen peroxide into water and oxygen, or water is absorbed and retained. The method for producing a fuel cell according to claim 1 , wherein at least one of the water-retaining materials that can be used is disposed. 前記積層工程において、前記電解質シートと前記補強シートとの間に、過酸化水素を水及び酸素に分解してヒドロキシラジカルの発生を抑制するラジカル抑制材、又は水を吸収して保水することが可能な保水材の少なくとも一方を配置することを特徴とする請求項に記載の燃料電池の製造方法。 In the laminating step, between the electrolyte sheet and the reinforcing sheet, hydrogen peroxide is decomposed into water and oxygen to suppress generation of hydroxy radicals, or water can be absorbed and retained. The method for producing a fuel cell according to claim 1 , wherein at least one of the water retention materials is arranged.
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