JP5194631B2 - 燃料電池用膜−電極接合体の製造方法および膜−電極接合体 - Google Patents
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Description
高分子電解質から成る前記電解質膜を用意する第1の工程と、
触媒と、高分子電解質と、水を含む溶媒とを含む触媒インクを基材上に塗布し、塗布した触媒インクを半乾燥させて、触媒インクの総重量に対する触媒インク中に残存する溶媒重量の割合である溶媒残存率を、64.3〜86.3%にする第2の工程と、
前記半乾燥させた触媒インクと前記電解質膜とを重ね合わせて、加熱を伴わない加圧接合をすると共に、接合した触媒インクをさらに乾燥させて前記電極と成す第3の工程と
を備えることを要旨とする。
図1は、本発明の好適な一実施例としての燃料電池を構成する単セル10の概略構成を表わす断面模式図である。単セル10は、電解質膜20と、電解質膜20の各々の面上に形成された電極であるアノード21およびカソード22と、電極を形成した上記電解質膜20を両側から挟持するガス拡散層23,24と、ガス拡散層23,24のさらに外側に配設されたガスセパレータ25,26と、を備えている。
図2は、MEA30の製造方法を表わす工程図である。また、図3は、図2に示した工程の一部の様子を模式的に示す説明図である。なお、図3では、図1とは異なり、膜面が水平となる向きにMEAが表わされている。
既述した実施例に則して実験例1〜実験例3の燃料電池を作製し、比較例の燃料電池と共に性能を評価した。各燃料電池の製造工程は、MEAの製造工程のみが異なっており、各実施例の燃料電池が備えるMEAは、カソードのみ、既述した実施例の製造工程に従って作製した。各燃料電池が備えるMEAの作製条件は、以下の通りである。なお、実験例1以外のMEAの作製条件としては、実験例1と異なる部分のみを説明している。
ステップS100では、電解質膜として、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体から成る厚さ50μmのイオン交換膜(商品名:ナフィオン112、デュポン社製)を用意した。
実験例2では、ステップS120において、50℃の温度条件下で乾燥させることによって、触媒インク中の溶媒の50%を蒸発させた。すなわち、「塗布した触媒インク中の溶媒量」に対する「半乾燥後の触媒インク中の溶媒量」の割合が、50%となるように触媒インクを半乾燥させた。また、ステップS130では、ステップS120で半乾燥させた基材上の触媒インクを、電解質膜と貼り合わせ、線圧15kgf/cmでロールプレスを行なった。ステップS120およびS130以外の工程は、実験例1と同様の工程により製造を行なった。
実験例3では、ステップS110において、50℃の温度条件下で乾燥させることによって、触媒インク中の溶媒の80%を蒸発させた。すなわち、「塗布した触媒インク中の溶媒量」に対する「半乾燥後の触媒インク中の溶媒量」の割合が、20%となるように触媒インクを半乾燥させた。また、ステップS130では、ステップS120で半乾燥させた基材上の触媒インクを、電解質膜と貼り合わせ、線圧15kgf/cmでロールプレスを行なった。ステップS120およびS130以外の工程は、実験例1と同様の工程により製造を行なった。
比較例1では、ステップS110において、80℃の温度条件下で乾燥させることによって、触媒インク中の溶媒残存率を8%にした。また、ステップS130およびS140に代えて、ステップS120で乾燥させた基材上の触媒インクを電解質膜と貼り合わせ、温度150℃、圧力4MPaの条件で、触媒インクを電解質膜へと熱圧転写する工程を行なった。上記以外の工程は、実験例1と同様の工程により製造を行なった。
20…電解質膜
21…アノード
22…カソード
23,24…ガス拡散層
25,26…ガスセパレータ
30…MEA
47…単セル内燃料ガス流路
48…単セル内酸化ガス流路
Claims (5)
- 電解質膜と電極とを備える燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
高分子電解質から成る前記電解質膜を用意する第1の工程と、
触媒と、高分子電解質と、水を含む溶媒とを含む触媒インクを基材上に塗布し、塗布した触媒インクを半乾燥させて、触媒インクの総重量に対する触媒インク中に残存する溶媒重量の割合である溶媒残存率を、64.3〜86.3%にする第2の工程と、
前記半乾燥させた触媒インクと前記電解質膜とを重ね合わせて、加熱を伴わない加圧接合をすると共に、接合した触媒インクをさらに乾燥させて前記電極と成す第3の工程と
を備える膜−電極接合体の製造方法。 - 請求項1記載の膜−電極接合体の製造方法であって、
前記触媒インクが含有する前記触媒は、カーボン粒子上に分散担持されている
膜−電極接合体の製造方法。 - 請求項1または2記載の膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第3の工程は、前記加圧接合の後に、前記触媒インクから前記基材を剥離し、その後、前記触媒インクをさらに乾燥させる工程である
膜−電極接合体の製造方法。 - 請求項1ないし3いずれか記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法により製造された膜−電極接合体。
- 請求項4記載の膜−電極接合体を備える燃料電池。
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