JP5239434B2 - Catalyst layer transfer sheet, method for producing electrolyte membrane-catalyst layer assembly using the same, method for producing electrolyte membrane-electrode assembly, method for producing electrode for polymer electrolyte fuel cell, and polymer electrolyte fuel cell Manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、触媒層転写シート、並びにこれを用いた電解質膜−触媒層接合体の製造方法、電解質膜−電極接合体の製造方法、固体高分子形燃料電池用電極の製造方法、及び固体高分子形燃料電池の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a catalyst layer transfer sheet, a method for producing an electrolyte membrane-catalyst layer assembly using the same, a method for producing an electrolyte membrane-electrode assembly, a method for producing an electrode for a polymer electrolyte fuel cell, and a solid high The present invention relates to a method for manufacturing a molecular fuel cell.
燃料電池は、電解質の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等として早期の実用化が見込まれている。 A fuel cell is a cell in which electrodes are arranged on both sides of an electrolyte and generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and only water is generated during power generation. Thus, unlike the conventional internal combustion engine, it is expected to spread as a next-generation clean energy system because it does not generate environmental load gas such as carbon dioxide. In particular, the polymer electrolyte fuel cell has a low operating temperature and low electrolyte resistance. In addition, it uses a highly active catalyst, so it can obtain high output even in a small size. Is expected to be put to practical use.
この固体高分子形燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用い、この電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層を順に積層している。そして、この触媒層及びガス拡散層からなる電極の周囲を囲むようにガスケットを配置し、さらにこれをセパレータで挟んだ構造を有している。(例えば特許文献1の図1参照)。この触媒層を電解質膜上、またはガス拡散層上に形成する方法の一つとして、触媒層転写シートを用いる方法がある。この触媒層転写シートを用いて電解質膜に触媒層を形成する方法は、まず基材上に触媒層が形成された触媒層転写シートを2枚準備し、これら触媒層転写シートを触媒層が電解質膜側を向くように電解質膜の両面にそれぞれ配置する。そして、各触媒層転写シートの背面側から熱プレスなどを施すことによって、触媒層を電解質膜上に転写し、その後、基材のみを剥離することで電解質膜上に触媒層を形成する(特許文献1参照)。
しかしながら、上述したような触媒層転写シートを用いた触媒層の形成方法においては、基材を剥離する際に触媒層が電解質膜上に転写されずに基材側に残ったまま基材と一緒に剥離されてしまうことがある。このように触媒層が電解質膜に転写されずに基材と一緒に剥離されてしまうと、いわゆる剥離不良という不良品として処理している。 However, in the method for forming a catalyst layer using the catalyst layer transfer sheet as described above, when the substrate is peeled off, the catalyst layer remains on the substrate side without being transferred onto the electrolyte membrane. May be peeled off. When the catalyst layer is peeled off together with the substrate without being transferred to the electrolyte membrane in this way, it is treated as a defective product called so-called peeling failure.
そこで、本発明は、剥離不良を減少させて歩留まりを向上させることのできる触媒層転写シート、並びにこれを用いた電解質膜−触媒層接合体の製造方法、電解質膜−電極接合体の製造方法、及び固体高分子形燃料電池の製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention is a catalyst layer transfer sheet that can reduce the separation failure and improve the yield, a method for producing an electrolyte membrane-catalyst layer assembly using the same, a method for producing an electrolyte membrane-electrode assembly, It is another object of the present invention to provide a method for producing a polymer electrolyte fuel cell.
本発明に係る触媒層転写シートは、上記課題を解決するためになされたものであり、固体高分子形燃料電池の電解質膜上に触媒層を転写形成するための触媒層転写シートであって、シート状の基材と、前記基材の一方面全体に形成された触媒層と、を備えており、外周縁から外方に突出する突起部が形成されている。 The catalyst layer transfer sheet according to the present invention is made to solve the above problems, and is a catalyst layer transfer sheet for transferring and forming a catalyst layer on an electrolyte membrane of a polymer electrolyte fuel cell, A sheet-like base material and a catalyst layer formed on the entire one surface of the base material are provided, and a protrusion protruding outward from the outer peripheral edge is formed.
このように構成された触媒層転写シートは、電解質膜に触媒層を転写させるために用いられるものであるが、触媒層を転写させて基材を剥離する際に発生する剥離不良は、基材を剥離し始める部分、すなわち基材の外周縁部に多く発生し、それ以外の部分に剥離不良が発生する可能性は非常に低い。本発明に係る触媒層転写シートは外周縁部から外方に突出する突起部が形成されているため、この突起部から基材を剥離することによって、仮に剥離不良が発生した場合であってもその発生場所を突起部のみとすることができ、突起部以外の部分における触媒層を電解質膜に確実に転写することができる。このため、突起部において剥離不良が発生しても突起部以外の部分における触媒層で十分に電池性能が十分に確保できるよう設計することによって、突起部で触媒層が電解質膜に転写されていなくても剥離不良として処分せずに良品とすることができ、ひいては歩留まりを向上させることができる。 The catalyst layer transfer sheet configured as described above is used to transfer the catalyst layer to the electrolyte membrane, but the peeling failure that occurs when the catalyst layer is transferred and the substrate is peeled off is It is very unlikely that a part of the substrate starts to peel off, that is, the outer peripheral edge of the base material, and the other part will have a peeling failure. Since the catalyst layer transfer sheet according to the present invention has protrusions protruding outward from the outer peripheral edge, even if a peeling failure occurs by peeling the base material from this protrusion, The generation location can be only the protrusion, and the catalyst layer in the portion other than the protrusion can be reliably transferred to the electrolyte membrane. For this reason, the catalyst layer is not transferred to the electrolyte membrane at the protrusions by designing the catalyst layer so that the battery performance is sufficiently ensured with the catalyst layer at the part other than the protrusions even if the separation failure occurs at the protrusions. However, it can be made into a non-defective product without being disposed of as defective peeling, and as a result, the yield can be improved.
上記触媒層転写シートは種々の構成をとることができるが、例えば、当該触媒層転写シートを平面視矩形状に形成し、前記突起部を角部に形成することが好ましい。このように角部に突起部を構成することによって、基材の剥離作業を容易にすることができる。 The catalyst layer transfer sheet can have various configurations. For example, it is preferable that the catalyst layer transfer sheet is formed in a rectangular shape in plan view and the protrusions are formed in corners. By forming the protrusions at the corners in this way, it is possible to facilitate the peeling operation of the base material.
また、外周縁の突起部と対向する位置に、外周縁から外方に突出する対向突起部がさらに形成されていることが好ましい。基材を剥離し終える部分にも剥離不良が多く発生するため、突起部と対向する位置に対向突起部を形成することで、より剥離不良を低減することができる。 Moreover, it is preferable that an opposing protrusion that protrudes outward from the outer periphery is further formed at a position that faces the protrusion on the outer periphery. Since many peeling defects occur also in the part where the base material has been peeled off, the peeling defects can be further reduced by forming the opposing protrusions at positions facing the protrusions.
また、本発明に係る電解質膜−触媒層接合体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記記載のいずれかの触媒層転写シートを2つ準備する工程と、電解質膜を準備する工程と、前記各触媒層転写シートで前記電解質膜を挟持するように、前記各触媒層転写シートを触媒層が前記電解質膜側に向けて配置する工程と、前記触媒層転写シートの触媒層を前記電解質膜の両面に転写する工程と、前記突起部から前記基材を剥離する工程と、を備えている。 Moreover, the manufacturing method of the electrolyte membrane-catalyst layer assembly according to the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and includes a step of preparing two of the catalyst layer transfer sheets described above, and an electrolyte. A step of preparing a membrane, a step of arranging each catalyst layer transfer sheet with the catalyst layer facing the electrolyte membrane so that the electrolyte membrane is sandwiched between the catalyst layer transfer sheets, and the catalyst layer transfer sheet A step of transferring the catalyst layer to both surfaces of the electrolyte membrane, and a step of peeling the base material from the protrusion.
この方法によれば、触媒層転写シートの基材を剥離する際に突起部から剥離し始めるため、仮に剥離不良が発生しても、その剥離不良が発生する部分は突起部のみとなる。よって、突起部において剥離不良が発生しても突起部以外の部分における触媒層で電池性能が十分に確保できるよう設計しておくことによって、突起部で触媒層が電解質膜に転写されていなくても剥離不良として処分せずに良品とすることができ、ひいては歩留まりを向上させることができる。 According to this method, when the base material of the catalyst layer transfer sheet is peeled off, it begins to peel from the protrusions. Therefore, even if a peeling failure occurs, the portion where the peeling failure occurs is only the protrusion. Therefore, the catalyst layer is not transferred to the electrolyte membrane at the protrusions by designing the catalyst layer so that sufficient battery performance can be secured with the catalyst layer at the part other than the protrusions even if the separation failure occurs at the protrusions. However, it is possible to make it a good product without disposing it as a peeling defect, and as a result, the yield can be improved.
また、上記電解質膜−触媒層接合体の製造方法は、種々の構成をとることができるが、例えば、上記触媒層転写シートは、突起部の形状、位置、又は数が互いに異なっていることが好ましい。なお、突起部は、アノード触媒層とカソード触媒層との識別さえできればよく、突起部の形状、位置、又は数の内、少なくとも一つが異なっていればよい。このように構成することによって、アノード触媒層とカソード触媒層とを突起部によって識別することが可能となり、電解質膜−電極接合体組立時にアノード触媒層とカソード触媒層とを誤って組み合わせてしまうことを防ぐことができる。 In addition, the manufacturing method of the electrolyte membrane-catalyst layer assembly may take various configurations. For example, the catalyst layer transfer sheet may have different protrusions in shape, position, or number. preferable. The protrusions only need to be able to distinguish between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer, and at least one of the shape, position, or number of the protrusions may be different. With this configuration, the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer can be identified by the protrusions, and the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer are mistakenly combined when assembling the electrolyte membrane-electrode assembly. Can be prevented.
また、本発明に係る電解質膜−電極接合体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記いずれかの電解質膜−触媒層接合体の製造方法と、前記各触媒層上にガス拡散層を形成する工程と、を備えている。 In addition, a method for producing an electrolyte membrane-electrode assembly according to the present invention is made to solve the above-described problems. The method for producing any one of the above electrolyte membrane-catalyst layer assemblies, and each of the catalyst layers described above. And a step of forming a gas diffusion layer thereon.
この方法によれば、上記いずれかの電解質膜−触媒層接合体の製造方法を備えているので、上述したように突起部で触媒層が電解質膜に転写されていなくても剥離不良として処分せずに良品とすることができ、歩留まりを向上させることができる。 According to this method, since any one of the above-described methods for producing an electrolyte membrane-catalyst layer assembly is provided, even if the catalyst layer is not transferred to the electrolyte membrane at the protrusions as described above, it is disposed as a defective peeling. The yield can be improved.
また、本発明に係る固体高分子形燃料電池用電極の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記いずれかの触媒層転写シートを準備する工程と、ガス拡散層を準備する工程と、前記触媒層転写シートを触媒層が前記ガス拡散層側に向けてガス拡散層上に配置する工程と、前記触媒層転写シートの触媒層を前記ガス拡散層上に転写する工程と、前記突起部から前記基材を剥離する工程と、を備えている。 A method for producing an electrode for a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and includes a step of preparing any one of the above catalyst layer transfer sheets, and a gas diffusion layer. A step of preparing, a step of arranging the catalyst layer transfer sheet on the gas diffusion layer with the catalyst layer facing the gas diffusion layer, and a step of transferring the catalyst layer of the catalyst layer transfer sheet onto the gas diffusion layer And peeling the base material from the protrusion.
この方法によれば、触媒層転写シートの基材を剥離する際に突起部から剥離し始めるため、仮に剥離不良が発生しても、その剥離不良が発生する部分は突起部のみとなる。よって、突起部において剥離不良が発生しても突起部以外の部分における触媒層で電池性能が十分に確保できるよう設計しておくことによって、突起部で触媒層がガス拡散層上に転写されていなくても剥離不良として処分せずに良品とすることができ、ひいては歩留まりを向上させることができる。 According to this method, when the base material of the catalyst layer transfer sheet is peeled off, it begins to peel from the protrusions. Therefore, even if a peeling failure occurs, the portion where the peeling failure occurs is only the protrusion. Therefore, the catalyst layer is transferred onto the gas diffusion layer at the protrusion by designing the catalyst layer so that sufficient battery performance can be ensured with the catalyst layer at the portion other than the protrusion even if the separation failure occurs at the protrusion. Even if it is not, it can be made into a non-defective product without being disposed as defective peeling, and as a result, the yield can be improved.
また、本発明に係る電解質膜−電極接合体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記の固体高分子形燃料電池用電極の製造方法と、電解質膜を準備する工程と、前記電極を触媒層が前記電解質膜側に向くよう前記電解質膜上に配置する工程と、前記ガス拡散層上に形成された触媒層と前記電解質膜を接合する工程と、を備えている。 Moreover, the manufacturing method of the electrolyte membrane-electrode assembly which concerns on this invention is made | formed in order to solve the said subject, and prepares the manufacturing method of said polymer electrolyte fuel cell electrode, and an electrolyte membrane And a step of arranging the electrode on the electrolyte membrane so that the catalyst layer faces the electrolyte membrane, and a step of joining the electrolyte layer and the catalyst layer formed on the gas diffusion layer. Yes.
この方法によれば、上記固体高分子形燃料電池用電極の製造方法を備えているので、上述したように突起部で触媒層がガス拡散層上に転写されていなくても剥離不良として処分せずに良品とすることができ、歩留まりを向上させることができる。 According to this method, since the method for producing an electrode for a polymer electrolyte fuel cell is provided, even if the catalyst layer is not transferred onto the gas diffusion layer at the protrusion as described above, it is disposed as a defective peeling. The yield can be improved.
また、本発明に係る固体高分子形燃料電池の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記電解質膜−電極接合体の製造方法と、前記電解質膜−電極接合体の周囲を囲むようにガスケットを設置する工程と、前記電解質膜−電極接合体を挟持するようにセパレータを設置する工程と、を備えている。 In addition, a method for producing a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention has been made in order to solve the above-described problems. The method for producing the electrolyte membrane-electrode assembly, and the method for producing the electrolyte membrane-electrode assembly A step of installing a gasket so as to surround the periphery, and a step of installing a separator so as to sandwich the electrolyte membrane-electrode assembly.
この方法によれば、上記電解質膜−電極接合体の製造方法を備えているので、上述したように突起部で触媒層が電解質膜に転写されていなくても剥離不良として処分せずに良品とすることができ、歩留まりを向上させることができる。 According to this method, since the method for manufacturing the electrolyte membrane-electrode assembly is provided, as described above, even if the catalyst layer is not transferred to the electrolyte membrane at the protrusion, And the yield can be improved.
本発明によれば、剥離不良を減少させて歩留まりを向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce peeling defects and improve yield.
以下、本発明に係る触媒層転写シートの実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は触媒層転写シートの平面図、図2は触媒層転写シートの正面図である。 Hereinafter, an embodiment of a catalyst layer transfer sheet according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of the catalyst layer transfer sheet, and FIG. 2 is a front view of the catalyst layer transfer sheet.
図1及び図2に示すように、触媒層転写シート1は、平面視矩形状の基材2と、基材2上面全体に形成された触媒層3と、を備えている。また、図2に示すように、この触媒層転写シート1は、平面視矩形状であるが、その右上角部に突起部4が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the catalyst
基材2の材質としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド(ナイロン)、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリオレフィン等の高分子フィルムを挙げることができる。また、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、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)、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。さらには、高分子フィルム以外にアート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙などの非塗工紙であっても良い。基材2の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から通常6〜100μm程度、好ましくは10〜30μm程度程度とするのがよい。従って、基材2としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。
Examples of the material of the
触媒層3の材質としては、公知の白金含有の触媒層(カソード触媒及びアノード触媒)である。詳しくは、触媒層3は、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を含有する。触媒粒子としては、例えば、白金や白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属と、白金との合金等が挙げられる。なお、通常は、カソード触媒層に含まれる触媒粒子は白金であり、アノード触媒層に含まれる触媒粒子は前記金属と白金との合金である。また、水素イオン伝導性高分子電解質としては、後述する電解質膜5に使用されるものと同じ材料を使用することができる。なお、触媒層3の膜厚は、ダイレクトメタノール形燃料電池の場合は20〜100μmが好ましく、固体高分子形燃料電池の場合は15〜30μmが好ましい。
The material of the
次に上記触媒層転写シート1の製造方法について説明すると、まず、上述した触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を適当な溶剤に混合、分散して触媒ペーストを作製する。そして、形成される触媒層3が所望の膜厚になるように触媒ペーストを公知の方法に従い、必要に応じて離型層を介して基材上に塗工する。触媒ペーストの塗工方法としては、スクリーン印刷や、スプレーコーティング、ダイコーティング、ナイフコーティングなどの公知の塗工方法を挙げることができる。そして、触媒ペーストを塗工した後、所定の温度及び時間で乾燥することにより基材上に触媒層が形成される。乾燥温度は、通常40〜100℃程度、好ましくは60〜80℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常5分〜2時間程度、好ましくは10分〜1時間程度である。このように形成された触媒層転写シートを型抜きして上述したように角部に突起部4が形成された平面視矩形状の触媒層転写シート1を形成する。
Next, the manufacturing method of the catalyst
上記触媒ペーストを作製する際に使用する溶剤としては、各種アルコール類、各種エーテル類、各種ジアルキルスルホキシド類、水またはこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でもアルコール類が好ましい。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、tert−ブタノール、等の炭素数1〜4の一価アルコール、各種の多価アルコール等が挙げられる。 Examples of the solvent used in preparing the catalyst paste include various alcohols, various ethers, various dialkyl sulfoxides, water, or a mixture thereof. Of these, alcohols are preferable. Examples of alcohols include monohydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, and tert-butanol, and various polyhydric alcohols.
次に、上記触媒層転写フィルム1を用いた、電解質膜−触媒層接合体、電解質膜−電極接合体、及び固体高分子形燃料電池の製造方法について、図3を参照しつつ説明する。
Next, a method for producing an electrolyte membrane-catalyst layer assembly, an electrolyte membrane-electrode assembly, and a polymer electrolyte fuel cell using the catalyst
まず、平面視矩形状の電解質膜5を準備し、この上方に、アノード触媒層転写シート1を、アノード触媒層3が電解質膜5側を向くように配置する。そして、電解質膜5の下方に、カソード触媒層転写シート1’を、カソード触媒層3’が電解質膜5側を向くように配置する(図3(a))。なお、アノード触媒層転写シート1は上述した触媒層転写シート1と同様のものを使用するが、カソード触媒層転写シート1’は、カソード触媒層3’とアノード触媒層3とが識別できるよう、突起部4’がアノード触媒層転写シート1の突起部4とは異なる位置に形成されている。すなわち、カソード触媒層転写シート1’は、突起部4’が角部ではなく、図3に示すように上辺の中央部に形成されている。
First, an
次に、触媒層転写シート1,1’の背面側から加熱プレスを施して、アノード触媒層3を電解質膜5の上面に転写させるとともにカソード触媒層3’を電解質膜5の下面に転写させる。そして、アノード触媒層転写シート1の基材2を突起部4から剥離し(図3(b))、続いてカソード触媒層転写シート1’の基材2’を突起部4’から剥離する(図3(c))。以上のように各触媒層転写シート1,1’の基材2,2’を剥離して、電解質膜5の上面にアノード触媒層3を、下面にカソード触媒層3’を形成し、電解質膜−触媒層接合体10を作製する(図3(d))。なお、作業性を考慮すると、触媒層3、3’を電解質膜5に転写させる工程について、両面同時に触媒層3,3’を転写させることが好ましいが、片面ずつ触媒層3、3’を形成することもできる。加熱プレスの加圧レベルは、転写不良を避けるために、通常0.5〜20MPa程度、好ましくは1〜10MPa程度がよい。また、この加圧操作の際に、転写不良を極力少なくするために加圧面を加熱するのが好ましい。加熱温度は、電解質膜5の破損、変形等を避けるために、通常200℃以下、好ましくは150℃以下がよい。また、上記電解質膜5に転写形成された各触媒層3,3’は、突起部分4,4’を除いた部分で十分に所望の電池性能が得られるように設計されている。
Next, heat pressing is performed from the back side of the catalyst
このように作製された電解質膜−触媒層接合体10の各触媒層3,3’上に、ガス拡散層6を熱圧着により積層形成して、電解質膜−電極接合体20を作製する(図3(e))。そして、この各触媒層3,3’とガス拡散層6からなる各電極Eの周囲を囲むように枠状のガスケット7を設置し、最後にセパレータ8を、ガス流路81がガス拡散層6と対向するように、ガス拡散層6及びガスケット7上に配置して、ガス拡散層6とセパレータ8とが電気的に接続するようにセパレータ8で電解質膜−電極接合体20を挟持することによって、固体高分子形燃料電池30が完成する(図3(f))。
The
なお、上記電解質膜5の材質としては、例えば、基材上に水素イオン伝導性高分子電解質を含有する溶液を塗工し、乾燥することにより形成される。水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、より具体的には、炭化水素系イオン交換膜のC−H結合をフッ素で置換したパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー(PFS系ポリマー)等が挙げられる。電気陰性度の高いフッ素原子を導入することで、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の解離度が高く、高いイオン伝導性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Nafion」(登録商標)、旭硝子(株)製の「Flemion」(登録商標)、旭化成(株)製の「Aciplex」(登録商標)、ゴア(Gore)社製の「Gore Select」(登録商標)等が挙げられる。水素イオン伝導性高分子電解質含有溶液中に含まれる水素イオン伝導性高分子電解質の濃度は、通常5〜60重量%程度、好ましくは20〜40重量%程度である。なお、電解質膜5の膜厚は通常20〜250μm程度、好ましくは20〜80μm程度である。
In addition, as a material of the said
また、ガス拡散層6の材質としては、公知であり、燃料極、空気極を構成する各種のガス拡散層を使用でき、燃料である燃料ガス及び酸化剤ガスを効率よく触媒層3、3’に供給するため、多孔質の導電性基材からなっている。多孔質の導電性基材としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等が挙げられる。
Further, the material of the
ガスケット7の材質としては、熱プレスに耐えうる強度を保ち、かつ、外部に燃料及び酸化剤を漏出しない程度のガスバリア性を有しているものを使用することができ、例えば、ポリエチレンテレフタレートシートやテフロン(登録商標)シート、シリコンゴムシート等を例示することができる。
As the material of the
セパレータ8の材質としては、公知であり、燃料電池内の環境においても安定な導電性板であればよく、一般的には、カーボン板にガス流路81を形成したものが用いられる。また、セパレータ8をステンレス等の金属により構成し、金属の表面にクロム、白金族金属又はその酸化物、導電性ポリマーなどの導電性材料からなる被膜を形成したものや、同様にセパレータを金属によって構成し、該金属の表面に銀、白金族の複合酸化物、窒化クロム等の材料によるメッキ処理を施したもの等も使用可能である。
The material of the
以上、本実施形態によれば、基材2を剥離する際は突起部4から剥離し始めるため、仮に剥離不良が発生してもその発生場所は突起部4のみに抑えることができ、突起部4以外の部分の触媒層3は正常に電解質膜5に転写することができる。触媒層3は突起部4を除いた部分で十分に電池性能を確保できるように設計されているため、仮に剥離不良が発生しても良品として取り扱うことができ、その結果、歩留まりを向上させることができる。また、アノード触媒層3とカソード触媒層3’とは、突起部4,4’が形成されている位置が異なっているため、アノード触媒層3とカソード触媒層3’とを目視にて識別することが可能であり、ひいては電解質膜−電極接合体組立時の組み合わせの間違いを防ぐことができる。
As described above, according to the present embodiment, when the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では突起部4は各触媒層転写シート1につき一つしか形成されていないが、突起部4を複数形成することもできる。この場合は、図4に示すように、突起部4と対向する位置に対向突起部41を形成することが好ましい。これにより、基材2の剥離し始めの部分を突起部4とし、剥離し終える部分を対向突起部41とすることで、剥離不良の発生の多い箇所である部分に突起部4及び対向突起部41を形成して剥離不良を低減することができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention. For example, although only one
また、上記実施形態では、突起部4は平面視矩形状に形成されているが、例えば、この突起部4を平面視円形状や、図5に示すような三角形などの先細りの形状としてもよい。突起部4を先細りの形状とすることによって、より剥離しやすくなる。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態では、電解質膜5に触媒層3を転写形成してからガス拡散層6を触媒層3上に形成しているが、図6に示すように、ガス拡散層6上に触媒層転写シート1を触媒層3がガス拡散層6を向くように配置し(図6(a))、ガス拡散層6上に触媒層3を転写形成して突起部4から基材2を剥離し(図(b))、電極Eを形成してから(図6(c))、この電極Eを電解質膜5に接合させてもよい(図6(d))。なお、電解質膜5の下面にも同様の方法で電極Eを形成する。その後は上記実施形態と同様の方法でガスケットやセパレータを設置して固体高分子形燃料電池を完成させる。
In the above embodiment, the
1 触媒層転写シート
2 基材
3 触媒層
4 突起部
41 対向突起部
5 電解質膜
6 ガス拡散層
7 ガスケット
8 セパレータ
10 電解質膜−触媒層接合体
20 電解質膜−電極接合体
30 固体高分子形燃料電池
DESCRIPTION OF
Claims (9)
シート状の基材と、
前記基材の一方面全体に形成された触媒層と、を備えており、
外周縁から外方に突出する突起部が形成されている、触媒層転写シート。 A catalyst layer transfer sheet for transferring and forming a catalyst layer of a polymer electrolyte fuel cell,
A sheet-like substrate;
A catalyst layer formed on one whole surface of the base material,
A catalyst layer transfer sheet in which a protrusion protruding outward from an outer peripheral edge is formed.
電解質膜を準備する工程と、
前記各触媒層転写シートで前記電解質膜を挟持するように、前記各触媒層転写シートを触媒層が前記電解質膜側に向けて配置する工程と、
前記触媒層転写シートの触媒層を前記電解質膜の両面に転写する工程と、
前記突起部から前記基材を剥離する工程と、
を備えた、電解質膜−触媒層接合体の製造方法。 Preparing two catalyst layer transfer sheets according to any one of claims 1 to 3,
A step of preparing an electrolyte membrane;
Arranging each catalyst layer transfer sheet with the catalyst layer facing the electrolyte membrane so that the electrolyte membrane is sandwiched between the catalyst layer transfer sheets;
Transferring the catalyst layer of the catalyst layer transfer sheet to both surfaces of the electrolyte membrane;
Peeling the base material from the protrusion,
A method for producing an electrolyte membrane-catalyst layer assembly comprising:
前記各触媒層上にガス拡散層を形成する工程と、
を備えた、電解質膜−電極接合体の製造方法。 A method for producing the electrolyte membrane-catalyst layer assembly according to claim 4 or 5,
Forming a gas diffusion layer on each catalyst layer;
A method for producing an electrolyte membrane-electrode assembly, comprising:
ガス拡散層を準備する工程と、
前記触媒層転写シートを触媒層が前記ガス拡散層側に向けてガス拡散層上に配置する工程と、
前記触媒層転写シートの触媒層を前記ガス拡散層上に転写する工程と、
前記突起部から前記基材を剥離する工程と、
を備えた、固体高分子形燃料電池用電極の製造方法。 Preparing a catalyst layer transfer sheet according to any one of claims 1 to 3,
Preparing a gas diffusion layer;
Placing the catalyst layer transfer sheet on the gas diffusion layer with the catalyst layer facing the gas diffusion layer side;
Transferring the catalyst layer of the catalyst layer transfer sheet onto the gas diffusion layer;
Peeling the base material from the protrusion,
A method for producing a polymer electrolyte fuel cell electrode comprising:
電解質膜を準備する工程と、
前記電極を触媒層が前記電解質膜側に向くよう前記電解質膜上に配置する工程と、
前記ガス拡散層上に形成された触媒層と前記電解質膜を接合する工程と、
を備えた、電解質膜―電極接合体の製造方法。 A method for producing a polymer electrolyte fuel cell electrode according to claim 7,
A step of preparing an electrolyte membrane;
Disposing the electrode on the electrolyte membrane such that the catalyst layer faces the electrolyte membrane side;
Joining the catalyst layer formed on the gas diffusion layer and the electrolyte membrane;
A method for producing an electrolyte membrane-electrode assembly, comprising:
前記電解質膜−電極接合体の周囲を囲むようにガスケットを設置する工程と、
前記電解質膜−電極接合体を挟持するようにセパレータを設置する工程と、
を備えた、固体高分子形燃料電池の製造方法。 A method for producing the electrolyte membrane-electrode assembly according to claim 6 or 8,
Installing a gasket so as to surround the periphery of the electrolyte membrane-electrode assembly;
Installing a separator so as to sandwich the electrolyte membrane-electrode assembly;
A method for producing a polymer electrolyte fuel cell comprising:
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