JP5365326B2 - 燃料電池用膜電極接合体の製造方法 - Google Patents
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Description
燃料電池用膜電極接合体であって、電解質膜と、前記電解質膜を両側から狭持する触媒層とを備え、前記触媒層の外周端部は、前記電解質膜の外周端部より内側に位置するとともに、前記触媒層の外表面から突起した凸部を有する、燃料電池用膜電極接合体。
この燃料電池用膜電極接合体によれば、触媒層の外側にガス拡散層などの触媒層を被覆する部材が配置された場合であっても、触媒層の外周端部に形成された凸部によって、触媒層の外側の領域において電解質膜が当該部材から受ける押圧力を低減できる。従って、燃料電池用膜電極接合体において電解質膜に生じる損傷を低減することができる。
適用例1記載の膜電極接合体であって、さらに、前記触媒層の上に積層されるガス拡散層を備え、前記ガス拡散層は、前記触媒層を被覆するとともに、前記ガス拡散層の外周端において、前記電解質膜と直接的に接触する、燃料電池用膜電極接合体。
この燃料電池用膜電極接合体によれば、触媒層の外側に配置されたガス拡散層によって、電解質膜に生じる損傷を低減できる。
適用例1または適用例2記載の燃料電池用膜電極接合体あって、前記触媒層は、燃料電池反応を促進するための触媒を含む触媒インクを塗布することにより形成され、前記凸部は、前記触媒層を形成する際に、前記触媒インクの液面に生じたメニスカスとして形成されたことを特徴とする、燃料電池用膜電極接合体。
この燃料電池用膜電極接合体によれば、触媒層の凸部が、触媒インクの塗布工程において、触媒インクの液面に生じたメニスカスとして形成されるため、簡易に凸部を形成することが可能である。
燃料電池であって、適用例1ないし適用例3のいずれか一つに記載の燃料電池用膜電極接合体を備える、燃料電池。
この燃料電池によれば、電解質膜に生じる損傷が低減されるため、燃料電池の劣化を抑制でき、電極間の短絡や燃料ガスまたは酸化ガスのクロスリークなどが発生する可能性を低減できる。
燃料電池用膜電極接合体の製造方法であって、
(a)触媒インクを吐出するための開口部の開口幅が、前記触媒インクの吐出方向に向かってほぼ一定であるか、または、縮小しているダイヘッドを準備する工程と、
(b)電解質膜の外表面に、前記ダイヘッドを用いて前記触媒インクを塗布することにより、塗布された前記触媒インクの液面にメニスカスを生じさせる工程と、
(c)塗布された前記触媒インクを乾燥させる工程と、
を備える、製造方法。
この製造方法によれば、ダイヘッドを用いた触媒インクの塗布工程において、触媒インクの液面に、液面端部がより高く突出する大きなメニスカスを生じさせることができる。従って、膜電極接合体の外周端部により高い凸部を形成することができ、その凸部によって電解質膜に生じる損傷を低減できる。
図10(A),(B)は、本発明の第2実施例としての燃料電池に用いられる膜電極接合体の製造工程のうち、触媒層の形成工程を説明するための模式図である。なお、第2実施例における他の工程は、第1実施例で説明した工程(図1のステップS10,S30,S40)と同様である。なお、この触媒層の形成工程では、以下に説明する第1の電解質膜10aと同様に、第2の電解質膜10bに対しても触媒層20が形成されるが、その図示および説明は省略する。
図11は、本発明の第3実施例としての燃料電池に用いられる膜電極接合体の製造工程を示すフローチャートである。図11は、ステップS10〜S20の工程に換えてステップS10A〜S20Aの工程が設けられている点と、ステップS30の工程が省略されている点以外は、図1とほぼ同じである。
図15は、本発明の第4実施例としての燃料電池の構成を示す概略図である。この燃料電池200は、水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池200は、複数の発電体である単セル120が積層されたスタック構造を有する。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例において、触媒層20は、塗布された触媒インク25の液面に生じたメニスカスとして形成された凸部23を有していた。しかし、触媒層20の外周端部21の凸部23は、触媒インク25の液面に生じたメニスカスとして形成されたものでなくとも良く、他の方法により形成されたものであっても良い。例えば、触媒層20の凸部23は、触媒層20の外周端部21以外の領域をプレスして薄型化することにより形成されるものとしても良い。ただし、上記実施例の製造工程であれば、触媒インク25を塗布するとともに凸部23が形成されるため、凸部23を形成するための工程を別途設けることなく、凸部23を形成することが可能である。従って、触媒層20の形成工程を比較的短縮できる点において、上記実施例の製造工程が好ましい。
上記実施例において、触媒層20の凸部23は、触媒層20の外周端部に沿って連続的に形成された突起部として設けられていた。しかし、凸部23は、触媒層20の外周端部において、不連続的に形成されているものとしても良い。即ち、凸部23は、複数の分散して設けられた突起部として形成されるものとしても良い。ただし、凸部23が触媒層20の外周端部に沿って連続的に形成されることにより、ガス拡散層30などの膜電極接合体100の外表面を被覆する部材から電解質膜10が受ける押圧力を、さらに低減することができる。この点において、上記実施例の構成が好ましい。
上記実施例において、電解質膜10,10a,10bは、キャリアフィルム40に貼付・配置されていた。しかし、キャリアフィルム40は省略されるものとしても良い。ただし、膜電極接合体100の製造工程において、電解質膜10,10a,10bに、シワや損傷が生じることを抑制するために、キャリアフィルム40を用いることが好ましい。
上記実施例において、膜電極接合体100は、ガス拡散層30と一体化されてガス拡散層付き膜電極接合体110を構成していた。しかし、膜電極接合体100は、ガス拡散層30と一体化されていなくとも良い。また、ガス拡散層30は省略されても良く、膜電極接合体100の両面には、第4実施例で説明したガス流路部材130が配置されるものとしても良い。この場合であっても、電解質膜10は、触媒層20の凸部23によって、膜電極接合体100の外表面を被覆する部材から保護される。
11…外周端部
12…拡散層接触領域
13…微小穴
20…触媒層
21…外周端部
23,23a,23b…凸部
25…触媒インク
30…ガス拡散層
31…外周端部
40…キャリアフィルム
50…ダイヘッド
51,52…第1と第2の本体部
53…マニホールド
55…シムプレート
55b…シム側壁部
55c…角部
57…開口部
60…マスク部材
65…スプレー
70…吸着台
72…載置板
74…中空部
76…ポンプ
100…膜電極接合体
110…ガス拡散層付き膜電極接合体
112…シール部
120…単セル
130…ガス流路部材
131,132…セパレータ
135…ガス流路溝
200…燃料電池
Claims (1)
- 燃料電池用膜電極接合体の製造方法であって、
(a)触媒インクを吐出するための開口部の開口幅が、前記触媒インクの吐出方向に向かってほぼ一定であるか、または、縮小しているダイヘッドを準備する工程と、
(b)電解質膜の外表面に、前記ダイヘッドを用いて前記触媒インクを塗布することにより、塗布された前記触媒インクの液面にメニスカスを生じさせる工程と、
(c)塗布された前記触媒インクを乾燥させる工程と、
を備える、製造方法。
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JP2009103912A JP5365326B2 (ja) | 2009-04-22 | 2009-04-22 | 燃料電池用膜電極接合体の製造方法 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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