JP5214591B2 - 膜−膜補強部材接合体、膜−触媒層接合体、膜−電極接合体、高分子電解質形燃料電池、及び膜−電極接合体の製造方法 - Google Patents
膜−膜補強部材接合体、膜−触媒層接合体、膜−電極接合体、高分子電解質形燃料電池、及び膜−電極接合体の製造方法 Download PDFInfo
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Description
H2→2H++2e−(化1)
1/2O2+2H++2e−→H2O(化2)
なお、PEFCが発電中には、カソードで生成した水の一部が逆拡散して、アノードに移動する。
図25に示すように、PEFCのセル80は、高分子電解質膜71の主面に触媒層72と拡散層73からなる電極74が配置された膜−電極接合体75と、ガスケット76と、導電性のセパレータ77と、を有している。そして、セル80では、高分子電解質膜71の厚み方向において、高分子電解質膜71と拡散層73との間の領域のうち触媒層72が設けられていない端部には隙間が形成され、この隙間部分では、高分子電解質膜71を支持するものがないため、高分子電解質膜71の膜厚が薄いような場合、以下の不具合が生じ得る。
図26は、特許文献1に開示されている固体高分子電解質型燃料電池のシール構造の概要を示した模式図である。
(実施の形態1)
[膜−膜補強部材接合体]
図1は、本発明の実施の形態1に係る膜−膜補強部材接合体の概略構成を模式的に示す斜め上方から見た斜視図である。図2は、図1に示すA−A線に沿った断面図である。なお、図1において、一部を切り欠いて内部構造を表し、後述する燃料ガス供給用マニホールド孔等のマニホールド孔を省略している。
CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2)r−SO3H ・・・(4)
CF2=CF(OCF2CF(CF3))tO(CF2)2−SO3H ・・・(5)
また、高分子電解質は、側鎖として陽イオン交換基を有しており、主鎖として芳香族系の化合物を有する芳香族系高分子であることが好ましい。芳香族系高分子としては、例えば、芳香族ポリエーテルにスルホン酸基を導入した高分子が好ましく、耐熱性及び強度の観点から、スルホン化ポリエーテルケトン系及びスルホン化ポリエーテルスルホン系の高分子が特に好ましい。
次に、本発明の実施の形態1に係る膜−触媒層接合体について説明する。
アノード触媒層2a及びカソード触媒層2bの構成としては、本発明の効果を得られるものであれば特に限定されず、公知の燃料電池におけるガス拡散電極の触媒層と同様の構成を有していてもよく、例えば、電極触媒が担持された導電性炭素粒子(粉末)と、陽イオン(水素イオン)伝導性を有する高分子電解質と、を含むような構成であってもよく、また、ポリテトラフルオロエチレン等の撥水材料を更に含むような構成であってもよい。また、アノード触媒層2a及びカソード触媒層2bの構成は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
次に、本発明の実施の形態1に係る膜−電極接合体(MEA:Membrane−Electrode−Assembly)について説明する。
図4は、図3に示す膜−触媒層接合体30にガス拡散層が配置された膜−電極接合体を模式的に示す斜め上方から見た斜視図である。図5は、図4に示すE−E線に沿った断面図である。なお、図4及び図5においては、燃料ガス供給用マニホールド孔等のマニホールド孔は省略している。
アノードガス拡散層3a及びカソードガス拡散層3bの構成は、本発明の効果を得られるものであれば特に限定されず、公知の燃料電池におけるガス拡散電極のガス拡散層と同様の構成を有していてもよく、また、アノードガス拡散層3aとカソードガス拡散層3bの構成は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
次に、本発明の実施の形態1に係る高分子電解質形燃料電池(以下、PEFC)のセル(単電池)について説明する。
図6に示すように、セル40は、MEA5、ガスケット17、アノードセパレータ6a、及びカソードセパレータ6bを有している。MEA5のアノード4a及びカソード4b(正確には、アノードガス拡散層3a及びカソードガス拡散層3b)の周囲には、高分子電解質膜1を挟んで一対のフッ素ゴム製でドーナツ状のガスケット17が配設されている。これにより、燃料ガスや酸化剤ガスが電池外にリークされることが防止され、また、セル40内でこれらのガスが互いに混合されることが防止される。なお、高分子電解質膜1、第1及び第2膜補強部材10、11及びガスケット17の周縁部には、厚み方向の貫通孔からなる燃料ガス供給マニホールド孔等のマニホールド孔が設けられている(図示せず)。
図7に示すように、比較例1は、膜補強部材が単一の第1膜補強部材で構成されていること以外は、本実施の形態のセル40と同じである。比較例1のセル40において、アノードガス拡散層3aは平板状であり、セルスタックに組み込まれる前には一様な厚みを有している。そして、アノードガス拡散層3aは、セルスタックに組み込まれると、アノードセパレータ6aと第1膜補強部材10及びアノード触媒層2aとに挟圧されて厚み方向に圧縮される。この場合、膜補強部材が、本実施の形態1のように2層構造ではなく、単一の第1膜補強部材10で構成されているため、アノードガス拡散層3aのアノードセパレータ6aと第1膜補強部材10とで挟圧された部分(以下、セパレータ−膜補強部材挟圧部分という)は、一様に圧縮される(一様な厚みになる)。そして、このセパレータ−膜補強部材挟圧部分の弾性反発力が第1膜補強部材10にかかる。その結果、第1膜補強部材10の内面F40と内周面によって形成される角部14には過度の圧力がかかり、該角部14は、高分子電解質膜1と線接触するため、高分子電解質膜1の当該部分が破損するおそれがある。
次に、本実施の形態1に係るMEA5の製造方法について説明する。なお、以下に説明するようにして製造したMEA5を用いて、セル40及びセルスタック(PEFC)を製造する方法は、特に限定されず、公知のPEFCの製造技術を採用することができるため、詳細な説明を省略する。
図27は、図4及び図5に示すMEA5を製造するための一連の工程(処理エリア)及び製造ラインの一部を概略的に示す模式図である。
図28は、図27に示すMEA5の製造工程における第1工程P1を説明するための模式図である。
図27及び図28に示すように、第1工程P1が行われるエリアには、一対のローラ81及びローラ82を有する熱圧着機(図示せず)、長尺の高分子電解質膜シート51(切断後、図4及び図5に示す高分子電解質膜1となる部材)、第1膜補強部材10が配置されている。
次に、第1工程P1の処理について説明する。
まず、公知の薄膜製造技術を用いて、長尺の高分子電解質膜シート51を巻回した高分子電解質膜ロール50を製造する。また、同様に、薄膜製造技術を用いて、長尺の膜補強部材シートを製造する。製造した膜補強部材シートから矩形の開口部を打ち抜き、ドーナツ状になるように膜補強部材シートを切断して、第1膜補強部材10を作製する。
第2工程P2エリアの構成は、第1工程P1エリアと同様の構成をしているため、その詳細な説明については省略する。
第1工程P1で形成された膜−膜補強部材接合体シート61が第2工程P2エリアにまで進むと、第1工程P1と同様に、第1膜補強部材10が膜−膜補強部材接合体シート61における高分子電解質膜シート51の裏面に配置される。このとき、高分子電解質膜シート51の厚み方向から見て、膜−膜補強部材接合体シート61(高分子電解質膜シート51)の表面に配置された第1膜補強部材10と重なるように、膜−膜補強部材接合体シート61における高分子電解質膜シート51の裏面に第1膜補強部材10が配置される。
図29は、図27に示すMEA5の製造工程における第3工程P3を説明するための模式図である。
図29に示すように、第3工程P3が行われるエリアには、開口部48を有するマスク47と、膜−膜補強部材接合体シート62の裏面から該膜−膜補強部材接合体シート62を支える図示されない支持手段(例えば、支持台)と、触媒層形成装置49(図27参照)と、が配置されている。開口部48の形状は、図4及び図5に示したアノード触媒層2aの主面の形状に対応するように設計されている。また、触媒層形成装置は、触媒層形成用インクを塗工又はスプレーする等して膜−膜補強部材接合体シート62の主面にアノード触媒層2aを形成するための機構が備えられている。この機構は、公知の燃料電池のガス拡散層の触媒層を形成するために採用されている機構、例えば、スプレー法、スピンコート法、ドクターブレード法、ダイコート法、スクリーン印刷法に基づいて設計された機構を採用することができる。
まず、第2工程P2で形成された膜−膜補強部材接合体シート62が、第3工程P3エリアにまで進むと、一旦停止する。そして、膜−膜補強部材接合体シート62が、マスク47と図示されない支持台との間に挟持されるようにして固定される。次に、触媒層形成装置49が作動し、マスク47の開口部48の上方から触媒層形成用インクを塗工する等により、膜−膜補強部材接合体シート62における高分子電解質膜シート51の裏面を覆うように(第1膜補強部材10の開口を埋めるように)アノード触媒層2aが形成される。アノード触媒層2aが形成されると、膜−膜補強部材接合体シート62からマスク47及び支持台が離間する。すると、このようにして形成された膜−触媒層シート56は、再び進行方向D1に移動する。これにより、膜−触媒層シート56には、アノード触媒層2aが、その長手方向に所定のピッチで形成される。そして、膜−触媒層シート56は、さらに進行方向D1に移動し、ローラ86で折り返され、膜−触媒層シート56の表面(アノード触媒層2aが形成されていない主面)が上方を向くように反転される。
第4工程P4エリアの構成は、第3工程P3エリアと同様の構成をしているため、その詳細な説明については省略する。
第5工程P5エリアには、裁断機58が設けられていて、第4工程P4で形成された膜−触媒層接合体シート57が、第5工程エリアP5の裁断機58内に誘導されると、一旦停止する。そして、裁断機58の裁断機構により、膜−触媒層接合体シート57が、予め設定された大きさに裁断されて、膜−触媒層接合体26が作製される。
図30は、図27に示すMEA5の製造工程における第6工程P6を説明するための模式図である。
図30に示すように、第6工程P6が行われるエリアには、第5工程P5で作製された膜−触媒層接合体26、1対の膜補強部材−ガス拡散層接合体25、及び熱圧着機(図示せず)が配置されている。ここで、膜補強部材−ガス拡散層接合体25の製造方法について、図31を参照しながら説明する。
まず、図31(a)に示すように、略直方体状で、その周面が、内方に凹むように段状に形成されたアノードガス拡散層3a(又はカソードガス拡散層3b)の鋳型を作製する。
図30に示すように、第5工程P5で作製された膜−触媒層接合体26と、上述した方法により作製された1対の膜補強部材−ガス拡散層接合体25と、が、ロボット(図示せず)により、膜−触媒層接合体26を1対の膜補強部材−ガス拡散層接合体25で挟むように、熱圧着機に配置される。
このとき、ロボットの手は、膜−触媒層接合体26の第1膜補強部材10及び膜補強部材−ガス拡散層接合体25の第2膜補強部材11をハンドリングするため、可撓性の高い高分子電解質膜1やアノードガス拡散層3a又はカソードガス拡散層3bを直接ハンドリングするよりも、容易にハンドリングすることができる。また、高分子電解質膜1やアノードガス拡散層3a又はカソードガス拡散層3bを直接ハンドリングすると、高分子電解質膜1等が破損するおそれがあるが、本実施の形態においては、第1及び第2膜補強部材10、11をハンドリングするため、そのようなおそれがない。
そして、熱圧着機が、これらを熱圧着することにより、MEA5が作製される。
まず、上述した方法で、第2膜補強部材11を作製する。そして、図31(d)に示す膜補強部材−ガス拡散層接合体25の割り鋳型に、第2膜補強部材11を配置する。ついで、バインダー樹脂と導電性粒子(例えば、カーボン粒子)と溶媒を含む混合物を混練し、混練した混合物を膜補強部材−ガス拡散層接合体25の鋳型に流し込んで固化する。これにより、第2膜補強部材11とアノードガス拡散層3a(又はカソードガス拡散層3b)が接合され、膜補強部材−ガス拡散層接合体25が作製することができる。
図32は、本実施の形態1に係るMEA5の構成における変形例1のMEA5の概略構成を示す模式図である。
図33は、本実施の形態1に係るMEA5の構成における変形例2のMEA5の概略構成を示す模式図である。
[変形例3]
図34は、本実施の形態1に係るMEA5の製造方法における変形例3を説明するための模式図である。
図34に示すように、本実施の形態1に係るMEA5の製造方法の変形例3では、第1工程P1〜第9工程P9を経てMEA5が製造される。第1工程P1では、上述した方法でアノードガス拡散層3a(又はカソードガス拡散層3b)と第2膜補強部材11を接合して膜補強部材−ガス拡散層接合体25を作製する。なお、ここでは、膜補強部材−ガス拡散層接合体25を、第2膜補強部材11の主面にアノードガス拡散層3a(又はカソードガス拡散層3b)が配置されていない構成としたが、図31及び図32に示すように、第2膜補強部材11の主面にアノードガス拡散層3a(又はカソードガス拡散層3b)が配置されている構成としてもよい。
(実施の形態2)
[膜−電極接合体の構成]
図8は、本発明の実施の形態2に係るPEFCのセル40におけるMEA5の概略構成を模式的に示す斜め上方から見た斜視図である。図9は、図8に示すB−B線に沿った断面図である。
次に、本実施の形態2に係るMEA5の製造方法について説明する。なお、以下に説明するようにして製造したMEA5を用いて、セル40及びセルスタック(PEFC)を製造する方法は、特に限定されず、公知のPEFCの製造技術を採用することができるため、詳細な説明を省略する。
図10は、図8及び図9に示すMEA5における膜−触媒層接合体30を製造するための一連の工程(処理エリア)及び製造ラインの一部を概略的に示す模式図である。
まず、公知の薄膜製造技術を用いて、長尺の高分子電解質膜シート51(切断後、図8及び図9に示す高分子電解質膜1となる部材)を巻回した高分子電解質膜ロール50と、第1膜補強部材テープ122(切断後、図8及び図9に示す第1膜補強部材10となる部材)を巻回した第1膜補強部材ロール121を製造する。そして、第1膜補強部材テープ122、122が、高分子電解質膜シート51の側端部に配置されるように高分子電解質膜ロール50及び一対の第1膜補強部材ロール121、121の位置決めを行う。
図12は、図10に示す膜−触媒層接合体30の製造工程における第2工程P2を説明するための模式図である。
図13は、図10に示す膜−触媒層接合体30の製造工程における第3工程P3を説明するための模式図である。
図13に示すように、第3工程P3エリアには、基材テープ127に第1膜補強部材テープ126が積層された基材−膜補強部材テープ積層体128が巻回された基材−膜補強部材ロール125、125が対となるようにして配置されており、また、図示されない2つのカッターが配置されている。基材−膜補強部材ロール125は、基材−膜補強部材ロール125から引き出される基材−膜補強部材テープ積層体128の進行方向D2と膜−膜補強部材シート接合体53の進行方向D1とが略直行するように配置されており、一対の基材−膜補強部材ロール125、125のD1方向の間隔は、切断後の高分子電解質膜1の大きさと一致するように、所定の間隔で配置されている。
まず、第2工程P2で形成された膜−膜補強部材シート接合体53が第3工程P3エリアまで進むと、一旦停止する。そして、一対の基材−膜補強部材ロール125、125から、基材−膜補強部材テープ積層体128、128がそれぞれ進行方向D2側に引き出され、一旦停止する。ついで、図示されない2つのカッターにより、基材−膜補強部材テープ積層体128、128における第1膜補強部材テープ126、126の端部から所定の長さ(第1膜補強部材10に相当する長さ)にあわせて、基材−膜補強部材テープ積層体128、128のうちの第1膜補強部材テープ126、126のみが切断される。このとき、2つのカッターの切り込みの深さは、第1膜補強部材テープ126の厚み寸法と同じになるように調整されており、基材−膜補強部材テープ積層体128における基材テープ127が切断されないように構成されている。なお、基材テープ127は、2つのカッターにより切断されない充分な機械的強度(硬さ、柔軟性)を有している。また、ここでは、2つのカッターにより第1膜補強部材テープ126、126をそれぞれ切断したが、1つのカッターで切断する構成としてもよい。
図14は、図10に示す膜−触媒層接合体30の製造工程における第4工程P4を説明するための模式図である。
図14に示すように、第4工程P4エリアは、第3工程エリアP3と同様に構成されており、基材テープ131に第2膜補強部材テープ130が積層された基材−膜補強部材テープ積層体132が巻回された基材−膜補強部材ロール129、129が対となるようにして配置されており、また、図示されない2つのカッターが配置されている。基材−膜補強部材ロール129は、基材−膜補強部材ロール129から引き出される基材−膜補強部材テープ積層体132の進行方向D2と膜−膜補強部材シート接合体54の進行方向D1とが略直行するように配置されており、一対の基材−膜補強部材ロール129、129のD1方向の間隔は、切断後の高分子電解質膜1の大きさと一致するように、所定の間隔で配置されている。
まず、第3工程P3で形成された膜−膜補強部材シート接合体54が第4工程P4エリアまで進むと、一旦停止する。そして、一対の基材−膜補強部材ロール129、129から、基材−膜補強部材テープ積層体132、132がそれぞれ進行方向D2側に引き出され、一旦停止する。
図15は、図10に示す膜−触媒層接合体30の製造工程における第5工程P5を説明するための模式図である。
図15に示すように、第5工程P5が行われるエリアには、開口部48を有するマスク47と、膜−膜補強部材シート接合体55の裏面から該膜−膜補強部材シート接合体55を支える図示されない支持手段(例えば、支持台)と、触媒層形成装置49(図10参照)と、が配置されている。開口部48の形状は、図8及び図9に示したアノード触媒層2aの主面の形状に対応するように設計されている。また、触媒層形成装置は、触媒層形成用インクを塗工又はスプレーするなどして膜−膜補強部材シート接合体55の主面にアノード触媒層2aを形成するための機構が備えられている。この機構は、公知の燃料電池のガス拡散層の触媒層を形成するために採用されている機構、例えば、スプレー法、スピンコート法、ドクターブレード法、ダイコート法、スクリーン印刷法に基づいて設計された機構を採用することができる。
まず、第4工程P4で形成された膜−膜補強部材シート接合体55が、第5工程P5エリアにまで進むと、一旦停止する。そして、膜−膜補強部材シート接合体55が、マスク47と図示されない支持台との間に挟持されるようにして固定される。次に、触媒層形成装置49が作動し、マスク47の開口部48の上方から触媒層形成用インクを塗工する等により、膜−膜補強部材シート接合体55の高分子電解質膜シート51の表面を覆うようにアノード触媒層2aが形成される。アノード触媒層2aが形成されると、膜−膜補強部材シート接合体55からマスク47及び支持台が離間する。このようにして形成された膜−触媒層シート56は、ローラ85、86の駆動により進行方向D1に移動する。これにより、膜−触媒層シート56には、アノード触媒層2aが、その長手方向に所定のピッチで形成される。そして、ローラ85、86の駆動により、膜−触媒層シート56は、さらに進行方向D1に移動し、ローラ86で折り返され、膜−触媒層シート56の裏面(アノード触媒層2aが形成されていない主面)が上方を向くように反転される。
第6工程P6エリアの構成は、第5工程P5エリアと同様の構成をしているため、その詳細な説明については省略する。
上述のようにして得られた膜−触媒層接合体30のアノード触媒層2a及びカソード触媒層2bの主面に、予め適宜な大きさに裁断したアノードガス拡散層3a及びカソードガス拡散層3b(例えば、カーボンクロス等)を、それぞれ接合することにより、MEA5が得られる。なお、撥水カーボン層形成インクを予めアノード触媒層2a及びカソード触媒層2bの主面、又はアノードガス拡散層3a及びカソードガス拡散層3bの主面に塗工等することにより、撥水カーボン層を形成してから、MEA5を形成してもよい。
(実施の形態3)
本実施の形態3に係るPEFCは、基本的構成は、実施の形態2に係るPEFCと同じであるが、以下の点で異なる。
まず、処理エリアの構成について説明する。
図20に示すように、処理エリアには、基材テープ111を巻回した基材ロール114と、基材テープ117に膜補強部材テープ116が積層された基材−膜補強部材積層体118を巻回した基材−膜補強部材ロール115と、が配置されており、また、図示されないカッター及び押圧手段が配置されている。具体的には、基材ロール114及び基材−膜補強部材ロール115は、基材ロール114から引き出される基材テープ111の進行方向D4と、基材−膜補強部材ロール115から引き出される基材−膜補強部材積層体118の進行方向D5と、が略直交するように配置されている。なお、基材−膜補強部材ロール115の幅方向の長さは、第2膜補強部材11の長手方向の長さと同じになるように構成されている。
図21は、実施の形態3に係る膜−触媒層接合体30の製造工程における第2工程P2を説明するための模式図である。
図22は、実施の形態3に係る膜−触媒層接合体30の製造工程における第4工程P4を説明するための模式図である。
図22に示すように、第4工程P4エリアでは、基材−膜補強部材ロール113は、基材−膜補強部材ロール113から引き出される基材−膜補強部材積層体112の進行方向D3と膜−膜補強部材シート接合体54の進行方向D1とが略直行するように配置されており、一対の基材−膜補強部材ロール113、113のD1方向の間隔は、切断後の高分子電解質膜1の大きさと一致するように、所定の間隔で配置されている。
まず、第3工程P3で形成された膜−膜補強部材シート接合体54が第4工程P4エリアまで進むと、一旦停止する。そして、一対の基材−膜補強部材ロール113、113から、基材−膜補強部材積層体112、112がそれぞれ進行方向D2側に引き出されて、第2膜補強部材11、11の主面と膜−膜補強部材シート接合体54の第1膜補強部材10、10の主面とが、それぞれ、当接するようにして停止する。このとき、膜−膜補強部材シート接合体54の厚み方向から見て、第2膜補強部材11、11が、第1膜補強部材テープ122、122の間に位置するように、かつ、第2膜補強部材11の幅方向の端面と第1膜補強部材テープ122の長手方向の端面との間に所定の間隔を有するように停止する。
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4に係る膜−膜補強部材接合体は、上記実施の形態1乃至3の膜−膜補強部材接合体では、第1膜補強部材10の内縁が、第2膜補強部材11の内縁より高分子電解質膜1における内方に位置するように形成されているとしたが、第2膜補強部材11の内縁が、第1膜補強部材10の内縁よりも内方に位置するように形成されている。
[実施例1]
本実施例においては、上述した本発明の実施の形態1に係るPEFCにおけるセル40を作製した。
2a アノード触媒層(第1触媒層)
2b カソード触媒層(第2触媒層)
3a アノードガス拡散層(第1ガス拡散層)
3b カソードガス拡散層(第2ガス拡散層)
4a アノード
4b カソード
5 MEA(Membrane−Electrode−Assembly:膜−電極接合体)
6a アノードセパレータ
6b カソードセパレータ
7 燃料ガス流路
8 酸化剤ガス流路
9 熱媒体流路
10 第1膜補強部材
10a 第1膜補強部材
11 第2膜補強部材
12 開口
13 開口
14 角部
15 内周部
16 部分
17 ガスケット
18 領域
19 破線
20 膜−膜補強部材接合体
21 第2マスク部材
22 第1マスク部材
25 膜補強部材−ガス拡散層接合体
26 膜−触媒層接合体
30 膜−触媒層接合体
40 セル
47 マスク
48 開口部
50 高分子電解質膜ロール
51 高分子電解質膜シート
52 膜−膜補強部材シート接合体
53 膜−膜補強部材シート接合体
54 膜−膜補強部材シート接合体
55 膜−膜補強部材シート接合体
56 膜−触媒層シート
57 膜−触媒層接合体シート
58 裁断機
61 膜−膜補強部材接合体シート
62 膜−膜補強部材接合体シート
81 ローラ
82 ローラ
83 ローラ
84 ローラ
85 ローラ
86 ローラ
111 基材テープ
112 基材−膜補強部材積層体
113 基材−膜補強部材ロール
114 基材ロール
115 基材−膜補強部材ロール
116 膜補強部材テープ
117 基材テープ
118 基材−膜補強部材積層体
121 第1膜補強部材ロール
122 第1膜補強部材テープ
123 第2膜補強部材ロール
124 第2膜補強部材テープ
125 基材−膜補強部材ロール
126 第1膜補強部材テープ
127 基材テープ
128 基材−膜補強部材テープ積層体
129 基材−膜補強部材ロール
130 第2膜補強部材テープ
131 基材テープ
132 基材−膜補強部材テープ積層体
171 高分子電解質膜
172 触媒層
173 拡散層
174 電極
175 膜−電極接合体
176 ガスケット
177 セパレータ
180 セル
210 固体高分子電解質膜
212 ガスケット材
213 電極
214 隙間
220 保護膜
D1 進行方向
D2 進行方向
D3 進行方向
D4 進行方向
D5 進行方向
F10 主面
F20 主面
F30 外面
F40 内面
F50 外面
P1 第1工程
P2 第2工程
P3 第3工程
P4 第4工程
P5 第5工程
P6 第6工程
P7 第7工程
P8 第8工程
P9 第9工程
P10 第10工程
Claims (20)
- 高分子電解質膜と、
全体として前記高分子電解質膜の周縁に沿って延在するように前記高分子電解質膜の主面の上に配置された1以上の膜片状の第1膜補強部材と、
全体として前記高分子電解質膜の周縁に沿って延在し、かつ、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、その内縁と前記第1膜補強部材の内縁とが互いに一致しないように、前記第1膜補強部材の上に配置された1以上の膜片状の第2膜補強部材と、を備える、膜−膜補強部材接合体。 - 前記第1膜補強部材及び第2膜補強部材は、前記高分子電解質膜の一方の主面のみに配置されている、請求項1に記載の膜−膜補強部材接合体。
- 前記第1膜補強部材及び第2膜補強部材は、前記高分子電解質膜の両主面にそれぞれ配置されている、請求項1に記載の膜−膜補強部材接合体。
- 前記第1膜補強部材及び第2膜補強部材は、ドーナツ状に形成されている、請求項2又は3に記載の膜−膜補強部材接合体。
- 前記高分子電解質膜は、略4角形の形状を有し、
第1の対の前記第1膜補強部材が、それぞれ、前記高分子電解質膜の一方の主面の上に、前記高分子電解質膜の4辺のうち互いに対向する一方の1組の辺に沿って延びるように配置され、第2の対の前記第1膜補強部材が、それぞれ、前記高分子電解質膜の他方の主面の上に、前記高分子電解質膜の4辺のうち互いに対向する他方の1組の辺に沿って延びるように配置され、
第1の対の前記第2膜補強部材が、それぞれ、前記第1の対の第1膜補強部材の上に沿って延びるように配置され、
第2の対の前記第2膜補強部材が、それぞれ、前記第2の対の第1膜補強部材の上に沿って延びるように配置されている、請求項1に記載の膜−膜補強部材接合体。 - 前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第1の対の第2膜補強部材は、前記第2の対の第1膜補強部材の間に位置するように配置され、前記第2の対の第2膜補強部材は、前記第1の対の第1膜補強部材の間に位置するように配置されている、請求項5に記載の膜−膜補強部材接合体。
- 前記第1膜補強部材の内縁が前記第2膜補強部材の内縁より前記高分子電解質膜における内方に位置するように形成されている、請求項1に記載の膜−膜補強部材接合体。
- 前記第2膜補強部材の内縁が前記第1膜補強部材の内縁より前記高分子電解質膜における内方に位置するように形成されている、請求項1に記載の膜−膜補強部材接合体。
- 請求項3に記載の膜−膜補強部材接合体と、
前記高分子電解質膜の一方の主面の少なくとも一部を覆うように配置された第1触媒層と、
前記高分子電解質膜の他方の主面の少なくとも一部を覆うように配置された第2触媒層と、を備える、膜−触媒層接合体。 - 請求項9に記載の膜−触媒層接合体と、
前記第1触媒層の主面の少なくとも一部を覆うように配置された第1ガス拡散層と、
前記第2触媒層の主面の少なくとも一部を覆うように配置された第2ガス拡散層と、を備える、膜−電極接合体。 - 前記第1ガス拡散層は前記第1触媒層と前記第1膜補強部材又は第2膜補強部材のいずれかの主面の一部とを覆うように配置され、
前記第2ガス拡散層は前記第2触媒層と前記第1膜補強部材又は第2膜補強部材のいずれかの主面の一部とを覆うように配置されている、請求項10に記載の膜−電極接合体。 - 前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第1ガス拡散層及び第2ガス拡散層は各々の周縁が全周に亘って互いに実質的に一致するように配置されている、請求項11に記載の膜−電極接合体。
- 請求項10〜12のいずれかに記載の膜−電極接合体を備える、高分子電解質形燃料電池。
- (A)高分子電解質膜の主面の上に膜片状でドーナツ状の第1膜補強部材を配置する工程と、
(B)前記高分子電解質膜の前記主面の前記ドーナツ状の第1膜補強部材の開口が位置する部分に触媒層を配置する工程と、
(C)膜片状でドーナツ状の第2膜補強部材とガス拡散層とを前記ドーナツ状の第2膜補強部材の開口に前記ガス拡散層が嵌挿されるように接合して、膜補強部材−ガス拡散層接合体を形成する工程と、
(D)前記工程(B)が遂行された前記高分子電解質膜に前記工程(C)で形成された前記膜補強部材−ガス拡散層接合体を前記触媒層と前記ガス拡散層とが接触し、かつ、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第1膜補強部材の内縁と前記第2膜補強部材の内縁とが互いに一致しないようにして配置する工程と、を含む、膜−電極接合体の製造方法。 - 前記高分子電解質膜の両主面にそれぞれ前記第1膜補強部材、前記触媒層、前記第2膜補強部材、及び前記ガス拡散層を配置する、請求項14に記載の膜−電極接合体の製造方法。
- 前記工程(C)において、前記第2膜補強部材の開口を埋めるように、前記ガス拡散層を形成して、前記第2膜補強部材と前記ガス拡散層を接合する、請求項14に記載の膜−電極接合体の製造方法。
- 前記工程(C)において、前記ガス拡散層を板状に形成し、かつ、該ガス拡散層の周面を囲むように前記第2膜補強部材を形成して、前記ガス拡散層と前記第2膜補強部材を接合する、請求項14に記載の膜−電極接合体の製造方法。
- (E)高分子電解質膜の主面の上に膜片状でドーナツ状の第1膜補強部材を配置する工程と、
(F)膜片状でドーナツ状の第2膜補強部材とガス拡散層とを前記ドーナツ状の第2膜補強部材の開口に前記ガス拡散層が嵌挿されるように接合して、膜補強部材−ガス拡散層接合体を形成する工程と、
(G)前記膜補強部材−ガス拡散層接合体の前記前記ガス拡散層の一方の主面に触媒層を配置する工程と、
(H)前記工程(E)が遂行された前記高分子電解質膜に前記工程(G)で形成された前記膜補強部材−ガス拡散層接合体の前記触媒層が接触し、かつ、前記高分子電解質膜の厚み方向から見て、前記第1膜補強部材の内縁と前記第2膜補強部材の内縁とが互いに一致しないようにして配置する工程と、を含む、膜−電極接合体の製造方法。 - 前記工程(F)において、前記第2膜補強部材の開口を埋めるように、前記ガス拡散層を形成して、前記第2膜補強部材と前記ガス拡散層を接合する、請求項18に記載の膜−電極接合体の製造方法。
- 前記工程(F)において、前記ガス拡散層を板状に形成し、かつ、該ガス拡散層の周面を囲むように前記第2膜補強部材を形成して、前記ガス拡散層と前記第2膜補強部材を接合する、請求項18に記載の膜−電極接合体の製造方法。
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