JP5655802B2 - 膜電極接合体の製造方法、膜電極接合体、及び燃料電池 - Google Patents
膜電極接合体の製造方法、膜電極接合体、及び燃料電池 Download PDFInfo
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Description
膜電極接合体の製造方法であって、(a)第1の補強膜で補強され、触媒金属を担持したカーボンナノチューブ層を含む第1の膜を形成する工程と、(b)第2の補強膜で補強され、電解質樹脂又は電解質前駆体樹脂で形成された電解質層を含む第2の膜を形成する工程と、(c)前記第1の膜の前記第1の補強膜と、前記第2の膜の前記電解質層とを接した状態で前記第1と第2の膜をホットプレスすることによって、前記第1と第2の膜を接合する工程と、を備える膜電極接合体の製造方法。
この適用例によれば、第1の膜、第2の膜が補強膜で補強されているので、第1と第2の膜をホットプレスするときの面圧を高めても、カーボンナノチューブ層の突き刺さりによる短絡を抑制できる。また、ホットプレスするときの面圧を高めると、第1の膜と第2の膜の界面接合性を向上させて、発電性能を向上させることができる。
適用例1記載の膜電極接合体の製造方法であって、前記工程(a)は、前記カーボンナノチューブ層と前記第1の補強膜とに電解質前駆体樹脂を含浸させる工程を含み、前記工程(c)は、接合された前記第1と第2の膜の接合体に加水分解処理を行う工程を含む、膜電極接合体の製造方法。
この適用例によれば、第1の膜に柔軟な電解質前駆体樹脂を含んでいるので、ホットプレスするときに電解質前駆体樹脂が軟化し、第1の膜と第2の膜の界面接合性を向上させて、発電性能を向上させることができる。
適用例1又は2に記載の膜電極接合体の製造方法であって、前記第2の膜の前記電解質層は電解質前駆体樹脂で形成されている、膜電極接合体の製造方法。
この適用例によれば、第2の膜の電解質層も電解質前駆体樹脂で形成されているので、ホットプレスするときに第2の膜の電解質前駆体樹脂も軟化し、第1の膜と第2の膜の界面接合性をより向上させて、より発電性能を向上させることができる。
燃料電池用の膜電極接合体であって、電解質膜と、前記電解質膜の第1と第2の面に形成された第1と第2の補強膜と、前記第1の補強膜上に形成された、白金を担持したカーボンナノチューブ層と、前記第2の補強膜上に形成された触媒層と、を備える、膜電極接合体。
燃料電池であって、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に配置されたガス拡散層と、前記ガス拡散層の前記膜電極接合体と反対側の面に配置されたセパレータと、を備え、前記膜電極接合体は、電解質膜と、前記電解質膜の第1と第2の面に形成された第1と第2の補強膜と、前記第1の補強膜上に形成された、白金を担持したカーボンナノチューブ層と、前記第2の補強膜上に形成された触媒層と、を有する、燃料電池。
図1は、本発明の第1の実施例に係る燃料電池の構成を示す説明図である。燃料電池10は、燃料電池スタック100と、集電板200、201と、絶縁板210、211と、押圧プレート220と、エンドプレート230、231と、テンションロッド240と、ナット250と、押圧バネ260と、を備える。
図9は、第2の実施例における第1の膜360を形成する工程のフローチャートである。第1の実施例と比較すると、第2の実施例では、ステップS130の代わりにステップS135が実行される点が異なっている。ここで、第1の実施例のステップS130と第2の実施例のS135では、使われる電解質350の型が異なっている。すなわち、第1の実施例の電解質350は、F型であるが、第2の実施例の電解質350HはH型である。第1の膜360を形成する工程では、ステップS135で用いられる電解質のタイプが異なるだけなので、第1の実施例の図4に対応する図面は、省略する。また、第2の膜560を形成する工程については、第1の実施例と同じなので説明を省略する。
図11は、第3の実施例における第2の膜560を形成する工程のフローチャートである。第1の実施例(図5)と比較すると、第3の実施例の第2の膜560を形成する工程では、ステップS200の代わりにステップS205が実行される点が異なっている。ここで、第1の実施例のステップS200と第3の実施例のS205では、使われる電解質膜500の型が異なっている。すなわち、第1の実施例の電解質膜500は、F型であるが、第3の実施例の電解質膜500HはH型である。第3の実施例の第2の膜560を形成する工程では、ステップS205で用いられる電解質膜の型が異なるだけなので、第1の実施例の図6に対応する図面は、省略する。
100…燃料電池スタック
110…発電ユニット
120…膜電極接合体
121…電解質膜
122…触媒層
123…触媒層
132…ガス拡散層
142…多孔体ガス流路
152…セパレータプレート
153…セパレータプレート
155…冷却水流路
160…シールガスケット
200…集電板
210…絶縁板
211…絶縁板
220…押圧プレート
230…エンドプレート
231…エンドプレート
240…テンションロッド
250…ナット
260…押圧バネ
300…基板
310…カーボンナノチューブ
320…白金触媒
330…補強膜
340…接合物
350…F型電解質樹脂(F型電解質)
350H…電解質
360…第1の膜
400…プレス
410…保護シート
500…電解質膜
500H…電解質膜
510…補強膜
520…保護シート
530…ダイコーター
540…触媒インク
550…触媒層
560…第2の膜
600…保護シート
610…膜電極接合体前駆体
Claims (5)
- 膜電極接合体の製造方法であって、
(a)第1の補強膜で補強され、触媒金属を担持したカーボンナノチューブ層を含む第1の膜を形成する工程と、
(b)第2の補強膜で補強され、電解質樹脂又は電解質前駆体樹脂で形成された電解質層を含む第2の膜を形成する工程と、
(c)前記第1の膜の前記第1の補強膜と、前記第2の膜の前記電解質層とを接した状態で前記第1と第2の膜をホットプレスすることによって、前記第1と第2の膜を接合する工程と、
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、
前記工程(a)は、前記カーボンナノチューブ層と前記第1の補強膜とに電解質前駆体樹脂を含浸させる工程を含み、
前記工程(c)は、接合された前記第1と第2の膜の接合体に加水分解処理を行う工程を含む、膜電極接合体の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の膜電極接合体の製造方法であって、
前記第2の膜の前記電解質層は電解質前駆体樹脂で形成されている、膜電極接合体の製造方法。 - 燃料電池用の膜電極接合体であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の第1と第2の面に形成された第1と第2の補強膜と、
前記第1の補強膜上に形成された、白金を担持したカーボンナノチューブ層と、
前記第2の補強膜上に形成された触媒層と、
を備える、膜電極接合体。 - 燃料電池であって、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の両面に配置されたガス拡散層と、
前記ガス拡散層の前記膜電極接合体と反対側の面に配置されたセパレータと、
を備え、
前記膜電極接合体は、
電解質膜と、
前記電解質膜の第1と第2の面に形成された第1と第2の補強膜と、
前記第1の補強膜上に形成された、白金を担持したカーボンナノチューブ層と、
前記第2の補強膜上に形成された触媒層と、
を有する、燃料電池。
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