JP5799730B2 - Manufacturing method of electrolyte membrane - Google Patents
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Description
本発明は、電解質膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electrolyte membrane.
固体高分子形燃料電池(以下、単に「燃料電池」と呼ぶ)は、電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly、MEA)を備える。燃料電池に用いられる電解質膜は、イオン伝導性を向上させるために薄膜化される傾向にあるが、薄膜化された電解質膜は、機械的強度が低いため、加工性や取り扱い性などが低下する。そこで、このような薄い電解質膜の搬送を行う場合等には、電解質膜の全面に高剛性のバックアップフィルム等の支持材を密着させることで、加工性や取り扱い性を向上させている。 A polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as “fuel cell”) includes a membrane electrode assembly (MEA) in which electrodes are arranged on both surfaces of an electrolyte membrane. Electrolyte membranes used in fuel cells tend to be thinned in order to improve ionic conductivity, but thinned electrolyte membranes have low mechanical strength, so workability and handleability are reduced. . Therefore, when transporting such a thin electrolyte membrane, workability and handleability are improved by bringing a support material such as a highly rigid backup film into close contact with the entire surface of the electrolyte membrane.
しかし、このような支持材と電解質膜とを全面で密着させると、支持材から電解質膜を剥離する際に、電解質膜に引っ張り応力がかかることによって電解質膜に膜幅方向の収縮(以下、「ネックイン」ともいう)やシワ、たわみなどの変形が生じることがあった。例えば、特許文献1には、電解質膜の外周部分を補強用面状材によって保持する技術が開示されている。しかし、この技術では、燃料電池の発電の際に生じる電解質膜の膨潤・収縮によるシワなどの発生を抑制することを図っているものの、補強用面状材の中央部分を電解質膜から剥離する際に生じる電解質膜の変形については考慮されていなかった。かかる問題は、固体高分子形燃料電池に限らず、薄い電解質膜を用いた燃料電池、例えば、ダイレクトメタノール形燃料電池などにも共通する問題であった。 However, when such a support material and the electrolyte membrane are closely adhered to each other, when the electrolyte membrane is peeled from the support material, a tensile stress is applied to the electrolyte membrane, thereby causing the electrolyte membrane to contract in the film width direction (hereinafter, “ Also known as “neck-in”), wrinkles, and deflection. For example, Patent Document 1 discloses a technique for holding an outer peripheral portion of an electrolyte membrane with a reinforcing planar material. However, although this technique suppresses the generation of wrinkles due to swelling and shrinkage of the electrolyte membrane that occurs during power generation of the fuel cell, when the central portion of the reinforcing planar material is peeled off from the electrolyte membrane. The deformation of the electrolyte membrane that occurs in the above was not considered. Such a problem is not limited to solid polymer fuel cells, but is common to fuel cells using thin electrolyte membranes, such as direct methanol fuel cells.
前述の問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、ネックインやシワ、たわみなどの変形を抑制可能な、電解質膜の製造方法を提供することである。 In view of the above-described problems, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing an electrolyte membrane capable of suppressing deformation such as neck-in, wrinkles, and deflection.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
本発明の第1の形態は、補強材を備える電解質膜の製造方法であって、
複数の接着層が第1の接着強度で多層に接着された第1の接着部材が同一面上に所定の間隔を空けて少なくとも2つ配置された第1の支持材と、第2の接着部材が同一面上に所定の間隔を空けて少なくとも2つ配置された第2の支持材と、を用意する第1工程と、
前記少なくとも2つの第1の接着部材上に前記第1の接着強度よりも大きな第2の接着強度で該少なくとも2つの第1の接着部材の間を跨いで第1の補強材を接着し、前記少なくとも2つの第2の接着部材上に該少なくとも2つの第2の接着部材の間を跨いで第2の補強材を接着する第2工程と、
前記第1の接着部材上の前記第1の補強材と、前記第2の接着部材上の前記第2の補強材とを電解質膜材前駆体を介して貼り合わせることで、前記電解質膜材前駆体が、前記第1の補強材および前記第2の補強材によって狭持され、さらに、前記第1の接着部材の接着された前記第1の支持材と前記第2の接着部材の接着された前記第2の支持材とによって狭持された第1の中間部材を生成する第3工程と、
前記各第1の接着部材中の所定の接着層間を剥離することで、前記第1の中間部材から、前記第2の支持材と前記少なくとも2つの第2の接着部材と前記第2の補強材と前記電解質膜材前駆体と前記第1の補強材と前記第1の接着部材の一部とを有する第2の中間部材を分離する第4工程と、
前記第2の中間部材の前記少なくとも2つの第2の接着部材の間で、該少なくとも2つの第2の接着部材上の前記第1の補強材と前記電解質膜材前駆体と前記第2の補強材とを切断する第5工程と、
を備える製造方法である。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
A first aspect of the present invention is a method for producing an electrolyte membrane comprising a reinforcing material,
A first support member in which at least two first adhesive members in which a plurality of adhesive layers are bonded to each other with a first adhesive strength are arranged on the same surface at a predetermined interval; and a second adhesive member A first step of preparing at least two second support members arranged on the same surface at a predetermined interval,
Bonding a first reinforcing material between the at least two first adhesive members with a second adhesive strength greater than the first adhesive strength on the at least two first adhesive members, A second step of adhering the second reinforcing material on the at least two second adhesive members across the at least two second adhesive members;
The electrolyte membrane material precursor is bonded to the first reinforcing material on the first adhesive member and the second reinforcing material on the second adhesive member via an electrolyte membrane material precursor. The body is sandwiched between the first reinforcing member and the second reinforcing member, and further, the first supporting member to which the first adhesive member is bonded and the second adhesive member are bonded to each other. A third step of generating a first intermediate member sandwiched by the second support material;
The second support material, the at least two second adhesive members, and the second reinforcing material are separated from the first intermediate member by peeling a predetermined adhesive layer in each of the first adhesive members. And a fourth step of separating a second intermediate member having the electrolyte membrane material precursor, the first reinforcing material, and a part of the first adhesive member;
Between the at least two second adhesive members of the second intermediate member, the first reinforcing material, the electrolyte membrane material precursor, and the second reinforcing material on the at least two second adhesive members. A fifth step of cutting the material;
It is a manufacturing method provided with.
[適用例1]補強材を備える電解質膜の製造方法であって、複数の接着層が第1の接着強度で多層に接着された第1の接着部材が同一面上に所定の間隔を空けて少なくとも2つ配置された第1の支持材と、第2の接着部材が同一面上に所定の間隔を空けて少なくとも2つ配置された第2の支持材と、を用意する第1工程と、前記少なくとも2つの第1の接着部材上に前記第1の接着強度よりも大きな第2の接着強度で該少なくとも2つの第1の接着部材の間を跨いで第1の補強材を接着し、前記少なくとも2つの第2の接着部材上に該少なくとも2つの第2の接着部材の間を跨いで第2の補強材を接着する第2工程と、前記第1の接着部材上の前記第1の補強材と、前記第2の接着部材上の前記第2の補強材とを電解質膜を介して貼り合わせることで、前記電解質膜が、前記第1の補強材および前記第2の補強材によって狭持され、さらに、前記第1の接着部材の接着された前記第1の支持材と前記第2の接着部材の接着された前記第2の支持材とによって狭持された第1の中間部材を生成する第3工程と、前記各第1の接着部材中の所定の接着層間を剥離することで、前記第1の中間部材から、前記第2の支持材と前記少なくとも2つの第2の接着部材と前記第2の補強材と前記電解質膜と前記第1の補強材と前記第1の接着部材の一部とを有する第2の中間部材を分離する第4工程と、前記第2の中間部材の前記少なくとも2つの第2の接着部材の間で、該少なくとも2つの第2の接着部材上の前記第1の補強材と前記電解質膜と前記第2の補強材とを切断する第5工程と、を備える製造方法。 [Application Example 1] A method of manufacturing an electrolyte membrane including a reinforcing material, wherein a plurality of adhesive layers are bonded to each other in a multilayer with a first adhesive strength with a predetermined interval on the same surface. A first step of preparing at least two first support members disposed; and a second support member having at least two second adhesive members disposed on the same surface at a predetermined interval; Bonding a first reinforcing material between the at least two first adhesive members with a second adhesive strength greater than the first adhesive strength on the at least two first adhesive members, A second step of adhering a second reinforcing material across at least two second adhesive members across at least two second adhesive members; and the first reinforcement on the first adhesive member The material and the second reinforcing material on the second adhesive member are bonded together via an electrolyte membrane Thus, the electrolyte membrane is sandwiched between the first reinforcing member and the second reinforcing member, and further, the first supporting member to which the first adhesive member is bonded and the second bonding member. A third step of generating a first intermediate member sandwiched by the second support material to which the member is bonded, and peeling a predetermined adhesive layer in each of the first adhesive members, From the first intermediate member, one of the second support member, the at least two second adhesive members, the second reinforcing member, the electrolyte membrane, the first reinforcing member, and the first adhesive member. Between the at least two second adhesive members of the second intermediate member, and a fourth step of separating the second intermediate member having a portion between the at least two second adhesive members. A fifth step of cutting the reinforcing material of 1, the electrolyte membrane, and the second reinforcing material; Manufacturing method to obtain.
このような構成であれば、第1の支持材上の少なくとも2つの第1の接着部材の間を跨いで第1の補強材を接着し、第2の支持材上の少なくとも2つの第2の接着部材の間を跨いで第2の補強材を接着した後に、電解質膜を介して第1の補強材と第2の補強材とを貼り合わせるので、補強材や電解質膜を搬送する際に生じる変形を抑制することができる。また、第2の接着部材の間で第1の補強材と電解質膜と第2の補強材とを切断するので、ネックインやシワ、たわみなどの変形が抑制され、両面が補強材で補強された、強度の高い電解質膜を得ることができる。 With such a configuration, the first reinforcing member is bonded across at least two first adhesive members on the first support member, and at least two second members on the second support member are bonded. Since the first reinforcing material and the second reinforcing material are bonded to each other through the electrolyte membrane after the second reinforcing material is bonded across the adhesive members, it is generated when the reinforcing material or the electrolyte membrane is conveyed. Deformation can be suppressed. Further, since the first reinforcing material, the electrolyte membrane, and the second reinforcing material are cut between the second adhesive members, deformation such as neck-in, wrinkles, and deflection is suppressed, and both surfaces are reinforced with the reinforcing material. In addition, a highly strong electrolyte membrane can be obtained.
[適用例2]適用例1に記載の製造方法であって、前記第3工程よりも前に、さらに、前記第1の接着部材上に接着された前記第1の補強材の表面から前記第1の接着部材中の前記所定の接着層間まで切り込みを入れる工程を備える、製造方法。このような製造方法であれば、切り込みを入れた箇所において、第1の中間部材から第2の中間部材を容易に分離することができる。 Application Example 2 In the manufacturing method according to Application Example 1, before the third step, the first reinforcing material bonded onto the first adhesive member is further removed from the surface of the first reinforcing material. A manufacturing method comprising a step of cutting up to the predetermined adhesive layer in one adhesive member. With such a manufacturing method, the second intermediate member can be easily separated from the first intermediate member at the location where the cut is made.
[適用例3]適用例1または2に記載の製造方法であって、前記第4工程において前記第2の中間部材が分離された前記第1の中間部材の少なくとも一部を、前記第1工程で用意する前記第1の支持材として用いる、製造方法。このような製造方法であれば、第2の中間部材が分離された第1の支持材を電解質膜の製造に再利用することができるので、電解質膜の製造にかかるコストを低減することができる。 Application Example 3 The manufacturing method according to Application Example 1 or 2, wherein at least a part of the first intermediate member from which the second intermediate member is separated in the fourth step is used as the first step. The manufacturing method used as said 1st support material prepared by. With such a manufacturing method, the first support member from which the second intermediate member has been separated can be reused for manufacturing the electrolyte membrane, so that the cost for manufacturing the electrolyte membrane can be reduced. .
[適用例4]適用例1から適用例3までのいずれか一の適用例に記載の製造方法であって、前記第5工程において前記第1の補強材と前記電解質膜と前記第2の補強材とが切断された後の前記第2の中間部材から、前記第2の支持材と該第2の支持材上に配置された前記第2の接着部材とを分離し、該分離された前記第2の支持材と該第2の支持材上に配置された前記第2の接着部材とを、前記第1工程で用意する前記第2の支持材として用いる、製造方法。このような製造方法であれば、第2の支持材と第2の接着部材とを電解質膜の製造に再利用することができるので、電解質膜の製造にかかるコストを低減することができる。 [Application Example 4] The manufacturing method according to any one of application examples from Application Example 1 to Application Example 3, wherein the first reinforcing material, the electrolyte membrane, and the second reinforcement in the fifth step. The second support member and the second adhesive member disposed on the second support member are separated from the second intermediate member after the material is cut, and the separated A manufacturing method in which a second support member and the second adhesive member disposed on the second support member are used as the second support member prepared in the first step. With such a manufacturing method, since the second support member and the second adhesive member can be reused for manufacturing the electrolyte membrane, the cost for manufacturing the electrolyte membrane can be reduced.
[適用例5]適用例1から適用例4までのいずれか一の適用例に記載の製造方法であって、さらに、前記第5工程において切断された前記第1の補強材と前記電解質膜と前記第2の補強材とに電解質を含浸して、イオン伝導性を付与する工程を備える、製造方法。このような製造方法であれば、切断された補強材および電解質膜に電解質を含浸して、イオン伝導性を付与することで燃料電池の電解質膜として利用できる。 [Application Example 5] The manufacturing method according to any one of Application Examples 1 to 4, further comprising: the first reinforcing material cut in the fifth step; the electrolyte membrane; A manufacturing method comprising the step of impregnating the second reinforcing material with an electrolyte to impart ion conductivity. If it is such a manufacturing method, it can utilize as an electrolyte membrane of a fuel cell by impregnating the cut reinforcing material and electrolyte membrane with an electrolyte and imparting ion conductivity.
本発明は、上述した電解質膜の製造方法の他、種々の形態で実現することが可能である。例えば、電解質膜の製造装置、電解質膜を備えた膜電極接合体や、膜電極接合体を備えた燃料電池、燃料電池を備えた燃料電池システム、燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することもできる。 The present invention can be realized in various forms in addition to the above-described method for manufacturing an electrolyte membrane. For example, realized in the form of an apparatus for manufacturing an electrolyte membrane, a membrane electrode assembly equipped with an electrolyte membrane, a fuel cell equipped with a membrane electrode assembly, a fuel cell system equipped with a fuel cell, a vehicle equipped with a fuel cell system, etc. You can also
A.電解質膜を備える燃料電池の構成:
図1は、本発明の一実施形態としての製造方法によって製造された電解質膜を備える、燃料電池100の概略構成を示す部分断面図である。この燃料電池100は、反応ガスとして燃料ガス(例えば水素)と酸化剤ガス(例えば酸素)の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池100は、複数の単セル30が積層されたスタック構造を有する。
A. Configuration of fuel cell with electrolyte membrane:
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of a
単セル30は、電解質膜10と、電解質膜10の両面にそれぞれ形成されるアノード側電極31aおよびカソード側電極31cと、を有する膜電極接合体20を備える。膜電極接合体20は、一方の面にアノード側ガス拡散層32aを、もう一方の面にカソード側ガス拡散層32cを備えており、アノード側ガス拡散層32aはアノード側セパレータ33aと、カソード側ガス拡散層32cはカソード側セパレータ33cと隣接している。アノード側ガス拡散層32aとアノード側セパレータ33aの間には、燃料ガス流路34aが、カソード側ガス拡散層32cとカソード側セパレータ33cとの間には、酸化剤ガス流路34cが形成されている。
The
電解質膜10は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示すフッ素樹脂系のイオン交換膜であり、本実施形態においては電解質膜材11のアノード側の面に第1の補強材12aが配置され、カソード側の面に第2の補強材12cが配置された三層構造を有している。電解質膜10を構成する電解質膜材11は、固体高分子材料としてのフッ素系スルホン酸ポリマーにより形成された高分子電解質膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。本実施形態では、電解質膜材11として、ナフィオン(デュポン社製:登録商標)を用いる。第1の補強材12aおよび第2の補強材12cは、多孔構造のフィルムに電解質が含浸された、プロトン伝導性を有する層であり、電解質膜材11を補強する部材である。本実施形態では第1の補強材12aおよび第2の補強材12cとして、薄膜状に形成されたPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を用いる。以降、第1の補強材12aおよび第2の補強材12cをまとめて単に補強材12とも記す。
The
アノード側電極31aおよびカソード側電極31cは、白金や白金合金などの触媒を担持したカーボン粒子と、プロトン伝導性を示す固体高分子形電解質樹脂とを含んでいる。アノード側ガス拡散層32aおよびカソード側ガス拡散層32cは、ガス透過性を有するとともに導電性を有する材料で形成されている。アノード側ガス拡散層32aおよびカソード側ガス拡散層32cの材料としては、例えばカーボンペーパーやカーボンクロスなどの炭素系多孔質体や、金属メッシュ、発泡金属などの金属多孔質体を用いることができる。
The
アノード側セパレータ33aおよびカソード側セパレータ33cは、ガス遮断性および電子伝導性を有する部材によって形成されている。本実施形態では、アノード側セパレータ33aおよびカソード側セパレータ33cは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンによって形成されている。なお、アノード側セパレータ33aおよびカソード側セパレータ33cは、緻密質カーボン等のカーボン製部材の他に、プレス成形されたステンレス鋼などの金属部材によって形成することができる。
The
燃料ガス流路34aはアノード側ガス拡散層32aとアノード側セパレータ33aの間に、酸化剤ガス流路34cはカソード側ガス拡散層32cとカソード側セパレータ33cとの間にそれぞれ形成されている。燃料ガス流路34aは水素(H2)ガスの流炉として、酸化剤ガス流路34cは酸素(O2)ガスの流路である。
The fuel
B.第1実施形態:
B−1.電解質膜の製造方法:
図2は、補強材12を備える電解質膜10の製造方法を示すフローチャートである。以下、図2に示す電解質膜の製造方法の各ステップを、図3〜図11を用いて説明する。なお、ステップS10は本願の第1工程に、ステップS20は本願の第2工程に、ステップS50は本願の第3工程に、ステップS60は本願の第4工程に、ステップS70は本願の第5工程にそれぞれ対応している。
B. First embodiment:
B-1. Manufacturing method of electrolyte membrane:
FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing the
図3および図4は、ステップS10を説明するための模式図であり、図3は第1の支持材4aの様子を、図4は第2の支持材4cの様子を示している。ステップS10では、第1の接着部材3aが同一面上に所定の間隔を空けて少なくとも2つ配置された第1の支持材4a(図3)と、第2の接着部材3cが同一面上に所定の間隔を空けて少なくとも2つ配置された第2の支持材4c(図4)とを用意する。以降、第1の支持材4aと第2の支持材4cをまとめて単に「支持材4」とも記す。また、第1の接着部材3aと第2の接着部材3cをまとめて単に「接着部材3」とも記す。
3 and 4 are schematic diagrams for explaining step S10. FIG. 3 shows the state of the
支持材4は、電解質膜10の備える補強材12よりも剛性が高いという性質を有し、補強材12や電解質膜材11の形状を保持してネックインやシワ、たわみなどの変形なく搬送するための搬送材として用いられる。支持材4は、例えば、フィルム状に形成されたPET(ポリエチレンテレフタラート)、PP(ポリプロピレン)、PEI(ポリエーテルイミド)、PI(ポリイミド)、フッ素樹脂などのバックアップフィルムを用いることができる。
The support material 4 has a property of being higher in rigidity than the reinforcing material 12 included in the
接着部材3は、補強材12と支持材4とを接着させるために用いられる。第1の接着部材3aは、図3に示すように、本実施形態では4層(3aa、3ab、3ac、3ad)の接着層が積層された多層構造を有している。第2の接着部材3cは、図4に示すように、本実施形態では1層の接着層からなる。接着部材3が支持材4上に配置される間隔(一方の接着部材3の最端部から、他方の接着部材3の最端部までをいい、図3に「L1a」、図4に「L1c」で示した長さを意味する。以降、「L1a」と「L1c」をまとめて単に「L1」とも記す。)は、後述するステップS70において、第2の支持材4cから電解質膜10を切断する幅(例えば、図3および図4に「L2」で示した長さ)よりも広い間隔である。本実施形態においては、第1の支持材4a上に配置される第1の接着部材3aの間隔「L1a」と第2の支持材4c上に配置される第2の接着部材3cの間隔「L1c」は同じであるが、それぞれの間隔は、第2の支持材4cから電解質膜10を切断する幅「L2」よりも広い間隔であれば、異なっていてもよい。接着部材3は、例えばシリコーンゴムを基材とした幅数mmから20mmのテープを用いることができる。接着部材3としては、その他、天然ゴムや、アクリル酸エステル共重合体などを基材としたテープを用いてもよい。
The adhesive member 3 is used for bonding the reinforcing material 12 and the support material 4 together. As shown in FIG. 3, the first
接着部材3を同一の面上に備える支持材4を用意した後、ステップS20では、接着部材3上に補強材12を配置して接着する。図5および図6は、ステップS20を説明するための模式図である。図5は第1の支持材4aに第1の接着部材3aの間を跨いで第1の補強材12aを配置して接着する様子を、図6は第2の支持材4cに第2の接着部材3cの間を跨いで第2の補強材12cを配置する様子を示している。接着層3aaと第1の補強材12aは、接着層3aaと接着層3abよりも大きな接着強度(接着している部材を剥離するために必要な強度)で接着している。接着層3aaと接着層3abとの接着強度は本願の「第1の接着強度」に、接着層3aaと第1の補強材12aとの接着強度は本願の「第2の接着強度」に相当する。補強材12は、図5および図6に示すように、接着部材3の間を跨いで配置されるため、接着部材3の間において支持材4と密着していない。また、補強材12は支持材4の高い剛性により、支持材4上に接着部材3を介してシワやたわみなく配置される。
After preparing the support member 4 provided with the adhesive member 3 on the same surface, the reinforcing material 12 is disposed on the adhesive member 3 and bonded in step S20. 5 and 6 are schematic diagrams for explaining step S20. FIG. 5 shows a state in which the first reinforcing
支持材4上に接着部材3の間を跨いで補強材12が配置されると、補強材12は、支持材4により所定の加工位置まで搬送される(ステップS30)。補強材12の搬送は、支持材4の高い剛性により、ネックインやシワ、たわみなどの変形が抑制された状態で行われる。 When the reinforcing material 12 is disposed across the adhesive member 3 on the support material 4, the reinforcing material 12 is conveyed to a predetermined processing position by the support material 4 (step S30). The reinforcing material 12 is conveyed in a state in which deformation such as neck-in, wrinkles, and deflection is suppressed by the high rigidity of the support material 4.
図7はステップS40を説明するための模式図である。ステップS40では、第1の支持材4a上に配置された第1の接着部材3aの間を跨いで接着された第1の補強材12aの表面側から、第1の接着部材3aの備える4層の接着層(3aa、3ab、3ac、3ad)のうち、接着層3aaと接着層3abとの間まで、カッター9により切り込みを入れる。切り込みは、接着層3aaと接着層3abの間よりも深い層まで(例えば、接着層3acと接着層3adの間まで)入れることもできる。図7に示すように、カッター9にて第1の補強材12aの表面から切り込みを入れる箇所は、第1の接着部材3aの上であるため、切断された第1の補強材12aは、第1の接着部材3aを介して第1の支持材4aに配置されたままになる。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining step S40. In step S40, the four layers included in the first
図8はステップS50を説明するための模式図である。ステップS50では、第1の支持材4aの備える第1の接着部材3aの間を跨いで配置された第1の補強材12aと、第2の支持材4cの備える第2の接着部材3cの間を跨いで配置された第2の補強材12cとを、電解質膜材11の前駆体を介して貼り合わせる。電解質膜材11の前駆体(以降、電解質膜材前駆体11fとも記す)とは、イオン伝導性が付与される前の電解質膜材11を意味する。電解質膜材前駆体11fを介しての貼り合わせは、図8に示すように第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cとを同時に貼り合わせるようにしてもよく、あらかじめ第1の補強材12aまたは第2の補強材12c上に電解質膜材前駆体11fを例えば押出成形により配置してから、貼り合わせるようにしてもよい。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining step S50. In step S50, between the
図9はステップS50において、第1の支持材4aの備える第1の接着部材3aの間を跨いで配置された第1の補強材12aと、第2の支持材4cの備える第2の接着部材3cの間を跨いで配置された第2の補強材12cとを、電解質膜材前駆体11fを介して貼り合わせた様子を示した図である。第1の支持材4aの備える第1の接着部材3aの間を跨いで配置された第1の補強材12aと、第2の支持材4cの備える第2の接着部材3cの間を跨いで配置された第2の補強材12cとを、電解質膜材前駆体11fを介して貼り合わせた部材を、以降、「第1の中間部材50」ともいう。第1の中間部材50の備える電解質膜材前駆体11fは、図9に示すように、第2の支持材4cから電解質膜10を切断する幅(図9に「L2」で示した長さ)よりも広い幅を覆っている。第1の中間部材50は、第1の支持材4aの備える第1の接着部材3aの間において、第1の補強材12aが第1の支持材4aと密着しておらず、第2の支持材4cの備える第2の接着部材3cの間において、第2の補強材12cが第2の支持材4cと密着していない構造を有している。
FIG. 9 shows a step S50 in which the first reinforcing
図10はステップS60を説明するための模式図である。ステップS60では、接着層3aaと接着層3abとの間で、第1の中間部材50から、第2の支持材4cと第2の接着部材3cと第2の補強材12cと電解質膜材前駆体11fと第1の補強材12aと第1の接着部材3aの一部と、を分離する。分離した第2の支持材4cと第2の接着部材3cと第2の補強材12cと電解質膜材前駆体11fと第1の補強材12aと第1の接着部材3aの一部を、以降、「第2の中間部材60」ともいう。具体的には、本実施形態においては、第1の支持材4a上の第1の接着部材3aのうち、ステップS40において切り込みが入れられた接着層3aaの内側において、第1の中間部材50から第2の中間部材60を分離する。図10に示すように、分離後の第2の支持材4c上には、第2の接着部材3cを跨いで第2の補強材12cが、補強材12c上に電解質膜材前駆体11fが、電解質膜材前駆体11f上に第1の補強材12aが配置されており、第1の補強材12aの両端には、ステップS40において切り込みの入れられた接着層3aaの一部が残存している。一方、第1の支持材4a上には、接着層3aaの一部と、接着層3ab、3ac、3adとが配置されており、接着層3aaの一部の上には第1の補強材12aの一部が残存している。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining step S60. In step S60, between the adhesive layer 3aa and the adhesive layer 3ab, from the first
図11はステップS70を説明するための模式図である。ステップS70では、ステップS60において第1の中間部材50から分離された第2の中間部材60の備える第2の接着部材3cの間で、第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cとを、例えばカッター9で切断する。図11に示すように、第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cからなる積層体を切断する箇所は、第2の接着部材3cの間において、第2の支持材4cと密着していない箇所である。また、その切断する幅は、図3、図4および図9において「L2」で示した幅である。したがって、切断された第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cを備える積層体は、図11に示すように、第1の補強材12aに第1の接着部材3aが接着しておらず、第2の補強材12cに第2の接着部材3cが接着していない積層体である。なお、第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cを備える積層体は、図11に示すように切断した後に第2の支持材4cから分離されても、電解質膜材前駆体11fがある程度の粘着力を有しているので、積層された形状を保つ程度に一体化している。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining step S70. In step S70, the first reinforcing
以上のステップS10からステップS70を行えば、第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cとが積層された電解質膜10を得ることができる。本実施形態において得られる第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cとが積層された電解質膜10は、第2の支持材4c上の2箇所の第2の接着部材3cの間において図3、図4および図9で「L2」で示した幅を、支持材4と密着していない箇所において切断するために、図11に示すように、接着部材3および支持材4を備えていない。
By performing steps S10 to S70 described above, the
次に、上記ステップS70で得られた補強材12および電解質膜材前駆体11fが積層された電解質膜10に電解質を含浸したのち、加水分解によりイオン伝導性を付与する(ステップS80)。電解質の含浸は、例えば、第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cとが積層された電解質膜10に電解質材を含む溶液を塗布した後、搬送用ロール上で熱を加えることにより行う。電解質としては、例えばフッ素系スルホン酸ポリマーなどのフッ素系固体高分子電解質を用いることができる。その後、電解質を含浸した電解質膜10にイオン伝導性を付与する。イオン伝導性は、例えば、まずアルカリ溶液(NaOH溶液)に、電解質を含浸した第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cとが積層された電解質膜10を浸漬して、補強材12および電解質膜材前駆体11fが有する−SO2F基を−SO3Na基に変性させる。その後、それらを水洗して酸性溶液(H2SO4溶液およびH2NO3溶液)に浸漬して−SO3Na基を−SO3H基へ変性させることによって、付与することができる。
Next, after impregnating the electrolyte into the
ステップS80を行えば、電解質が含浸され、イオン伝導性が付与された電解質膜10を得ることができる。この電解質膜10の両面に、アノード側電極31a、カソード側電極31cを形成することにより、図1に示す膜電極接合体20を得ることができる。
By performing step S80, the
B−2.支持材の再利用:
図12は、図2のフローチャートに示されたステップS90について説明するための模式図である。ステップS90では、ステップS60において第2の中間部材60が分離された後の第1の中間部材50から、第1の接着部材3aの一部と第1の補強材12aの一部を剥離する。具体的には、本実施形態においては、上記ステップS60において第1の支持材4a上に残存した接着層3aaと、接着層3aa上の第1の補強材12a(以降、第1の支持材4a上に残存した接着層3aaと第1の補強材12aをまとめて「第1の端材」ともいう)を第1の支持材4a上から剥離する。第1の端材が剥離されると、第1の支持材4a上には接着層3ab、3acおよび3adのみが残るため、第1の端材が剥離された第1の支持材4aを上記ステップS10で用いる第1の支持材4aとして再利用することができる。なお、ステップS90では、接着層3aaが第1の補強材12aを第1の支持材4a上にネックインやシワ、たわみなく配置するために十分な面積を有していれば、第1の補強材12aのみを第1の支持材4a上から剥離して、接着層3aaの一部と接着層3ab、3acおよび3adを備える第1の支持材4aを上記ステップS10で用いる第1の支持材4aとして再利用してもよい。
B-2. Reuse of support material:
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining step S90 shown in the flowchart of FIG. In step S90, a part of the first
図13は、図2のフローチャートに示されたステップS100について説明するための模式図である。ステップS100では、補強材12および電解質膜材前駆体11fが切断された後の第2の中間部材60から、第2の支持材4cと第2の接着部材3cを分離する。具体的には、本実施形態においてはステップS70において電解質膜10を切断した後に図13に示すように第2の支持材4c上に残存した接着層3aa、第1の補強材12a、電解質膜材前駆体11f、第2の補強材12c(以降、第2の支持材4c上に残存した接着層3aa、第1の補強材12a、電解質膜材前駆体11f、第2の補強材12cをまとめて「第2の端材」ともいう)を、第2の接着部材3cの上から剥離する。第2の端材が剥離されると、第2の支持材4c上には第2の接着部材3cのみが残るため、第2の端材が剥離された第2の支持材4cを上記ステップS10で用いる第2の支持材として再利用することができる。なお、ステップS90とステップS100を行う順序は、図2のフローチャートに示された順序でなくてもよい。ステップS100を行った後にステップS90を行ってもよいし、ステップS90とステップS100を同時に行ってもよい。
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining step S100 shown in the flowchart of FIG. In step S100, the
図14は、ステップS10からステップS100を行うことで支持材4を再利用する様子を示した模式図である。上記のような電解質膜10の製造方法であれば、図14に示すように電解質膜10を製造する工程で第1の接着部材3aを備える第1の支持材4aと、第2の接着部材3cを備える第2の支持材4cをベルトコンベアやラインコンベアで循環させて電解質膜10を製造することができるため、第1の接着部材3aを備える第1の支持材4aと、第2の接着部材3cを備える第2の支持材4cをステップS10において毎回用意する必要がなくなり、作業性を向上することができる。また、比較的高価な第1の支持材4aおよび第2の支持材4cの2つの支持材4を再利用して電解質膜10を製造するため、電解質膜10の製造コストを低減することができる。具体的には、ステップS90において、第1の支持材4a上に残存した接着層3aaと第1の補強材12a(第1の端材)が剥離された、接着層3ab、3ac、3adを備える第1の支持材4aは、ステップS10に用いる第1の支持材4aとして再利用される。第1の接着部材3aは接着層3aa、3ab、3ac、3adの4層からなるので、上記のようにステップS90において接着層3aaを含む第1の端材を剥離したとしても、あらたな接着層を第1の支持材4a上に配置することなく、第1の支持材4aが備える残りの接着層3ab、3ac、3adを利用して、電解質膜10を製造することができる。第1の接着部材3aが第1の支持材4a上から全て剥離された場合は、ステップS10においてあらたに接着層を多層に配置すればよいので、第1の支持材4aを繰り返し再利用することができる。なお、第1の支持材4a上にあらたに接着層を配置するタイミングは、第1の支持材4a上から第1の接着部材3aが全て剥離された後でなくてもよく、任意のタイミングを採用することができる。例えば、接着層3aaおよび接着層3abを剥離した後に、あらたな接着層3aaおよび接着層3abを配置してもよい。
FIG. 14 is a schematic diagram showing how the support material 4 is reused by performing Step S10 to Step S100. If it is the manufacturing method of the
一方、第2の支持材4cは、ステップS100において第2の接着部材3c上の第2の端材を剥離して、ステップS10で用いる第2の支持材として再利用することができる。したがって、第2の接着部材3cを備える第2の支持材4cをステップS10において毎回用意する必要がない。なお、第2の接着部材3cの接着力が、第2の補強材12cを接着するために十分な接着力でなくなった場合には、ステップS100において第2の支持材4cから十分な接着力でなくなった第2の接着部材3cをいったん剥離した後に、その第2の支持材4cにあらたな第2の接着部材3cを配置して循環させることもできる。
On the other hand, the
B−3.実験結果:
図15は、本実施形態において作製した電解質膜10と比較対象の電解質膜とのネックイン量の測定結果を示した図である。比較対象の電解質膜は支持材4と全面で密着した電解質膜であり、次のように作製した。まず、第1の支持材4a上にフィルム状の第1の接着部材3aを全面に貼り合わせて、その上に直接第1の補強材12aを配置した。同様に、第2の支持材4c上にフィルム状の第2の接着部材3cを全面に貼り合わせて、その上に直接第2の補強材12cを配置した。次に、第1の支持材4a上の第1の補強材12aと、第2の支持材4c上の第2の補強材12cとを、電解質膜材前駆体11fを介して重ね合わせて、図3、図4および図9で示した幅「L2」と同じ幅をカッター9で切断し、電解質膜材前駆体11fの両面に補強材12が、補強材12の両面にフィルム状の接着部材3が、接着部材3の両面に支持材4が貼り合わされた積層体を作製した。最後に、この積層体から、第1の接着部材3aおよび第1の支持材4aと、第2の接着部材3cおよび第2の支持材4cとを剥離して、第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cが貼り合わされた電解質膜を得た。このようにして作製した電解質膜を、比較対象の電解質膜とした。電解質膜のネックイン量は、それぞれの電解質膜をカッター9で切断する幅(カット幅)を基準として、作製後の電解質膜の幅を測定することにより、基準に対して収縮した割合を以下の式(1)にて算出した。
B-3. Experimental result:
FIG. 15 is a diagram showing a measurement result of the neck-in amount between the
((カット幅−作製後の電解質膜の幅)/カット幅)×100 …(1) ((Cut width−width of electrolyte membrane after fabrication) / cut width) × 100 (1)
図15に示すように、比較対象の電解質膜のネックイン量は約15%であるのに対して、本実施形態の電解質膜10のネックイン量は1%未満である。この結果から、本実施形態において作製した電解質膜10は、比較対象の電解質膜よりもネックイン量が大幅に減少することがわかる。
As shown in FIG. 15, the neck-in amount of the electrolyte membrane to be compared is about 15%, whereas the neck-in amount of the
図16は、本実施形態において作製した電解質膜10を備える燃料電池100を「本実施形態品」、比較対象の電解質膜を備える燃料電池を「比較対象品」として、それぞれの燃料電池のサイクル数とセル電圧との関係を示した図である。サイクル数とは、燃料電池の高温状態と低温状態を1サイクルとした場合の繰り返し回数であり、具体的には、燃料電池の起動と停止を1サイクルとした場合の繰り返し回数を意味する。この実験例では、−20℃から80℃までの温度範囲で冷熱サイクルを繰り返しながら、出力電流を0.8A/cm2としてセル電圧を測定した。図16に示すように、本実施形態の電解質膜を用いた燃料電池100は、比較対象の電解質膜を備える燃料電池と比べて、サイクル数が増加した場合におけるセル電圧の低下が抑制されていた。
FIG. 16 illustrates the
燃料電池の高温状態と低温状態を繰り返すと電解質膜も収縮・膨潤を繰り返すが、電解質膜がネックインやシワ、たわみなどにより変形している箇所は強度が弱いことから、そのような箇所においては電解質膜が劣化してクロスリークが生じることにより、セル電圧が低下しやすい。本実施形態の電解質膜10を用いた燃料電池は、比較対象の電解質膜を用いた燃料電池と比較して電解質膜のネックイン量が少ないために、サイクル数が増加しても電解質膜の劣化が少なく、サイクル数の増加に伴うセル電圧の低下が抑制されたと考えられる。
When the fuel cell is repeatedly heated and cooled repeatedly, the electrolyte membrane repeatedly shrinks and swells, but the location where the electrolyte membrane is deformed due to neck-in, wrinkles, deflection, etc. is weak, so in such locations When the electrolyte membrane deteriorates and cross leak occurs, the cell voltage tends to decrease. Since the fuel cell using the
C.第2実施形態:
第1実施形態においては、ステップS40において切り込みを入れた接着層3aaと接着層3abとの間において、第1の中間部材50から第2の中間部材60を分離していたが、切り込みを入れずに、第2の中間部材60を分離することもできる。
C. Second embodiment:
In the first embodiment, the second
図17は、第1の接着部材3aの所定の接着層間まで切り込みを入れない場合の電解質膜10の製造方法を示した図である。このような場合において、図17に示すように、第1の接着部材3aをカッター9で切断することなく貼り合わせる(ステップS50a)。すると、第1の接着部材3aを備える第1の補強材12aと、電解質膜材前駆体11fと、第2の補強材12cとが第2の接着部材3cの間を跨いで配置された第2の支持材4cと、接着層3ab、3ac、3adを備える第1の支持材4aとに分離することができる(ステップS60a)。これは、接着層3aaと第1の補強材12aとの接着強度が、接着層3aaと接着層3abとの接着強度よりも大きいためである。次に、第2の支持材4c上の第2の接着部材3cの間を跨いで配置された第2の補強材12cと電解質膜材前駆体11fと第1の補強材12aとを、例えばカッター9で切断すれば、補強材12と電解質膜材前駆体11fが積層された電解質膜10を得ることができる(ステップS70a)。ステップS60aにおいて接着層3aaを備える第1の補強材12aと、電解質膜材前駆体11fと、第2の補強材12cとが第2の接着部材3cの間を跨いで配置された第2の支持材4cと分離された第1の支持材4aは、接着層3ab、3ac、3adを備えており、第1の端材を有していない。したがって、第1の支持材4aは、そのまま上記ステップS10で用いる第1の支持材4aとして再利用することができる(ステップS90a)。第2の支持材4c上に残存した接着層3aa、第1の補強材12a、電解質膜材前駆体11f、第2の補強材12cを、第2の接着部材3cから剥離すれば、第2の接着部材3cを備える第2の支持材4cを上記ステップS10で用いる第2の支持材4cとして再利用することができる(ステップS100a)。
FIG. 17 is a view showing a method of manufacturing the
D.第3実施形態:
第1実施形態においては、ステップS40において第1の支持材4aの備える第1の接着部材3aの間を跨いで配置された第1の補強材12aの表面側から接着層3aaと3abとの間までを、カッター9にて切断したが、第1の補強材12aの上にさらに電解質膜材前駆体11fを重ね合わせた後にカッター9にて切断してもよい。
D. Third embodiment:
In the first embodiment, in step S40, between the adhesive layers 3aa and 3ab from the surface side of the first reinforcing
図18は電解質膜材前駆体11fの上から接着層3aaと3abとの間まで切り込みを入れた場合における、電解質膜10の製造方法を示した図である。このような場合において、電解質膜材前駆体11fをカッター9で切断した後に、第1の支持材4a上に配置され、カッター9にて切断された電解質膜材前駆体11fと、第2の支持材4c上に配置された第2の補強材12cとを貼り合わせる(ステップS50b)。その後、接着層3aaを備える第1の補強材12aと、電解質膜材前駆体11fと、第2の補強材12cとが第2の接着部材3cの間を跨いで配置された第2の支持材4cと、電解質膜材前駆体11fの一部を備える第1の補強材12aと、接着層3aaの一部と、接着層3ab、3ac、3adとを備える第1の支持材4aに分離することができる(ステップS60b)。第2の支持材4c上の第2の接着部材3cの間を跨いで配置された第2の補強材12cと電解質膜材前駆体11fと第1の補強材12aとを、例えばカッター9で切断すれば、補強材12と電解質膜材前駆体11fが積層された電解質膜10を得ることができる(ステップS70b)。第1の支持材4aの備える接着層3ab上には、接着層3aaと第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fが残存しているので、これらを剥離すれば、接着層3ab、3ac、3adを備える第1の支持材4aを上記ステップS10で用いる第1の支持材4aとして再利用することができる(ステップS90b)。第2の支持材4cの備える第2の接着部材3c上には、上記の実施形態Bと同じように、接着層3aa、第1の補強材12a、電解質膜材前駆体11f、第2の補強材12cを第2の接着部材3cが残存するためこれらを第2の接着部材3cから剥離して、上記ステップS10で用いる第2の支持材として再利用することができる(ステップS100b)。
FIG. 18 is a view showing a method of manufacturing the
E.まとめ:
以上説明したように、上述した種々の実施形態における電解質膜10の製造方法によれば、補強材12および電解質膜材前駆体11fは、支持材4を用いて搬送されるので、搬送中のネックインやシワ、たわみなどの変形が抑制された電解質膜10を製造することができる。電解質膜10は、分離された第2の支持材4cが備える第2の接着部材3cの間を跨いで配置された第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cとを、第2の接着部材3cの間で切断して作製される。したがって、電解質膜10から支持材4を剥離する際に生じる電解質膜10のネックインやシワ、たわみなどの変形を抑制することができる。その結果、本実施形態の電解質膜10を備える燃料電池は、高温状態と低温状態を繰り返しても、セル電圧の低下が抑制され、耐久性が高い。また、第1の補強材12aと第2の補強材12cとを電解質膜材前駆体11fを介して貼り合わせる際に、第1の補強材12aおよび第2の補強材12cをそれぞれ第1の支持材4aおよび第2の支持材4cで保持したまま貼り合わせることができるので、補強材12が支持材4に支持されていない時間を減少することができ、補強材12に生じるネックインやシワ、たわみを抑制することができる。したがって、電解質膜10の製造ラインにおいて、補強材12を供給する箇所などを所望の箇所にすることが可能になるので、電解質膜10の製造ラインの設計の自由度を高めることができる。さらに、上述した種々の実施形態における電解質膜10の製造方法は、比較的高価な支持材4を電解質膜10の製造に再利用することが可能である。そのため、電解質膜10の製造コストを低減することができる。よって、電解質膜の品質の向上と、設計の自由度の向上と、製造コストの低減とを同時に達成することができる。
E. Summary:
As described above, according to the method for manufacturing the
F.変形例:
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。例えば、以下のような変形が可能である。
F. Variation:
As mentioned above, although various embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various structure can be taken in the range which does not deviate from the meaning. For example, the following modifications are possible.
上述した電解質膜の製造方法では、電解質膜材11として、ナフィオンを用いたが、電解質膜材11はこれに限定されず、例えば、アシプレックス(登録商標)、フレミオン(登録商標)等の他のフッ素系スルホン酸膜を用いることができる。また、電解質膜材11として、フッ素系ホスホン酸膜、フッ素系カルボン酸膜、フッ素炭化水素系グラフト膜、炭化水素系グラフト膜、芳香族膜等が用いられてもよい。
In the above-described method for manufacturing an electrolyte membrane, Nafion is used as the
上述した電解質膜の製造方法では、補強材12として、PTFEフィルムを用いたが、補強材12はこれに限定されず、耐酸性、アルカリ性の素材で形成することができ、例えば、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)などのフッ素系樹脂で形成することができる。また、補強材12は、電解質膜材11を部分的に補強する形状(例えば、電解質膜材11を部分的に補強する格子状の形状や、電解質膜の外周部を補強する形状)であってもよい。
In the above-described method for manufacturing an electrolyte membrane, a PTFE film is used as the reinforcing material 12. However, the reinforcing material 12 is not limited to this, and can be formed of an acid-resistant and alkaline material. For example, PFA (tetrafluoro (Ethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) and PVDF (polyvinylidene fluoride). The reinforcing material 12 has a shape that partially reinforces the electrolyte membrane material 11 (for example, a lattice shape that partially reinforces the
上述した電解質膜の製造方法におけるステップS10では、図3および図4に示すように所定の間隔を空けて2つの接着部材3を備える支持材4を用意したが、支持材4が備える接着部材3の数はこれに限らない。例えば、4つの接着部材3を矩形状に備える支持材4を用意することもできる。 In step S10 in the method for manufacturing an electrolyte membrane described above, the support member 4 including the two adhesive members 3 with a predetermined interval is prepared as illustrated in FIGS. 3 and 4. However, the adhesive member 3 included in the support material 4 is prepared. The number of is not limited to this. For example, the support material 4 provided with the four adhesive members 3 in a rectangular shape can be prepared.
上述した電解質膜の製造方法におけるステップS10では、第2の支持材4cが備える第2の接着部材3cは1層のみであったが、第2の接着部材3cは、第1の支持材4aが備える第1の接着部材3aのように接着層が積層された多層構造であってもよい。また、ステップS20では、第1の支持材4aの備える第1の接着部材3a上に第1の補強材12aを、第2の支持材4cの備える第2の接着部材3c上に第2の補強材12cを設置したが、第1の補強材12aもしくは第2の補強材12cの代わりに電解質膜材前駆体11fを設置してもよい。そうすることで、補強材12で片面が補強された電解質膜10を作製することができる。
In step S10 in the above-described method for manufacturing an electrolyte membrane, the second
上述した電解質膜の製造方法におけるステップS40では、カッター9にて接着層3aaと接着層3abの間まで切り込みを入れることで、第1の中間部材50から接着層3aaと接着層3abの間で、接着層3aaの切り込みが入れられた箇所の内側において、第2の中間部材60を容易に分離したが、ステップS40は省略しても、同じように容易に分離することができる。例えば、ステップS10において、あらかじめミシン目のような点線の入った接着層が積層された第1の接着部材3aを第1の支持材4a上に配置すれば、ミシン目の箇所において、第1の中間部材50から、第2の中間部材60を分離することができる。また、例えば、ステップS10において、第1の支持材4a上の積層された複数の接着層の接着強度を、接着層ごとに異ならせることで、接着強度の異なる箇所において、第1の中間部材50から第2の中間部材60を分離してもよい。接着強度を接着層ごとに異ならせる方法は、接着層の材質を変更したり、接着面積を増減させたりすることによって行うことができる。接着面積の増減は、接着層自体の大きさによっても調節できるが、接着層の表面粗さによっても調節することができる。
In step S40 in the above-described method for manufacturing an electrolyte membrane, the
上述した電解質膜の製造方法におけるステップS70では、第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cからなる積層体を、第2の接着部材3cの間でかつ第2の接着部材3cに接していない箇所において切断したが、切断箇所は、一方の第2の接着部材3cの最端部から、他方の第2の接着部材3cの最端部までであれば、第2の接着部材3cの上であってもかまわない。図19は、第2の接着部材3cの上で第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cを切断する様子を示した図である。このような場合でも、上述した比較対象の電解質膜の製造方法のように第2の補強材12cの全面に第2の接着部材3cや第2の支持材4cが貼りあわされていないので、第2の接着部材3cを剥離する際に生じるネックインやシワ、たわみなどの変形を抑制することができる。なお、この場合、第2の接着部材3cと第2の支持材4cの接着力の方が、第2の接着部材3cと第2の補強材12cとの接着力よりも大きいと、第2の接着部材3cは第2の支持材4c上に残るので、図14に示すように第2の接着部材3cを備える第2の支持材4cを電解質膜10の製造に容易に再利用することができる。
In step S70 in the above-described method for manufacturing an electrolyte membrane, a laminate including the first reinforcing
上述した電解質膜の製造方法におけるステップS70では、第1の補強材12aと電解質膜材前駆体11fと第2の補強材12cからなる積層体を切断するカッター9の先端の侵入深さは、第2の支持材4cにカッター9が触れることがない深さであったが、カッター9の先端の侵入深さは第2の支持材4cの剛性を保つことができる程度の深さであれば、第2の支持材4cに触れる深さであってもよい。このような深さで第2の支持材4c上の補強材12と電解質膜材前駆体11fを備える積層体を切断しても、第2の支持材4cの再利用が可能である。
In step S70 in the method for manufacturing an electrolyte membrane described above, the penetration depth at the tip of the
3a…第1の接着部材
3c…第2の接着部材
3aa、3ab、3ac、3ad、…接着層
4a…第1の支持材
4c…第2の支持材
9…カッター
10…電解質膜
11…電解質膜材
11f…電解質膜材前駆体
12a…第1の補強材
12c…第2の補強材
20…膜電極接合体
30…単セル
31a…アノード側電極
31c…カソード側電極
32a…アノード側ガス拡散層
32c…カソード側ガス拡散層
33a…アノード側セパレータ
33c…カソード側セパレータ
34a…燃料ガス流路
34c…酸化剤ガス流路
50…第1の中間部材
60…第2の中間部材
100…燃料電池
L1a、L1c…接着層が支持材上に配置される間隔
L2…支持材から電解質膜を切断する幅
3a ... 1st
Claims (5)
複数の接着層が第1の接着強度で多層に接着された第1の接着部材が同一面上に所定の間隔を空けて少なくとも2つ配置された第1の支持材と、第2の接着部材が同一面上に所定の間隔を空けて少なくとも2つ配置された第2の支持材と、を用意する第1工程と、
前記少なくとも2つの第1の接着部材上に前記第1の接着強度よりも大きな第2の接着強度で該少なくとも2つの第1の接着部材の間を跨いで第1の補強材を接着し、前記少なくとも2つの第2の接着部材上に該少なくとも2つの第2の接着部材の間を跨いで第2の補強材を接着する第2工程と、
前記第1の接着部材上の前記第1の補強材と、前記第2の接着部材上の前記第2の補強材とを電解質膜材前駆体を介して貼り合わせることで、前記電解質膜材前駆体が、前記第1の補強材および前記第2の補強材によって狭持され、さらに、前記第1の接着部材の接着された前記第1の支持材と前記第2の接着部材の接着された前記第2の支持材とによって狭持された第1の中間部材を生成する第3工程と、
前記各第1の接着部材中の所定の接着層間を剥離することで、前記第1の中間部材から、前記第2の支持材と前記少なくとも2つの第2の接着部材と前記第2の補強材と前記電解質膜材前駆体と前記第1の補強材と前記第1の接着部材の一部とを有する第2の中間部材を分離する第4工程と、
前記第2の中間部材の前記少なくとも2つの第2の接着部材の間で、該少なくとも2つの第2の接着部材上の前記第1の補強材と前記電解質膜材前駆体と前記第2の補強材とを切断する第5工程と、
を備える製造方法。 A method for producing an electrolyte membrane comprising a reinforcing material,
A first support member in which at least two first adhesive members in which a plurality of adhesive layers are bonded to each other with a first adhesive strength are arranged on the same surface at a predetermined interval; and a second adhesive member A first step of preparing at least two second support members arranged on the same surface at a predetermined interval,
Bonding a first reinforcing material between the at least two first adhesive members with a second adhesive strength greater than the first adhesive strength on the at least two first adhesive members, A second step of adhering the second reinforcing material on the at least two second adhesive members across the at least two second adhesive members;
The electrolyte membrane material precursor is bonded to the first reinforcing material on the first adhesive member and the second reinforcing material on the second adhesive member via an electrolyte membrane material precursor. The body is sandwiched between the first reinforcing member and the second reinforcing member, and further, the first supporting member to which the first adhesive member is bonded and the second adhesive member are bonded to each other. A third step of generating a first intermediate member sandwiched by the second support material;
The second support material, the at least two second adhesive members, and the second reinforcing material are separated from the first intermediate member by peeling a predetermined adhesive layer in each of the first adhesive members. And a fourth step of separating a second intermediate member having the electrolyte membrane material precursor , the first reinforcing material, and a part of the first adhesive member;
Between the at least two second adhesive members of the second intermediate member, the first reinforcing material, the electrolyte membrane material precursor, and the second reinforcing material on the at least two second adhesive members. A fifth step of cutting the material;
A manufacturing method comprising:
前記第3工程よりも前に、さらに、前記第1の接着部材上に接着された前記第1の補強材の表面から前記第1の接着部材中の前記所定の接着層間まで切り込みを入れる工程を備える、製造方法。 The manufacturing method according to claim 1,
Prior to the third step, further comprising a step of cutting from the surface of the first reinforcing material bonded onto the first adhesive member to the predetermined adhesive layer in the first adhesive member. A manufacturing method.
前記第4工程において前記第2の中間部材が分離された前記第1の中間部材の少なくとも一部を、前記第1工程で用意する前記第1の支持材として用いる、製造方法。 It is a manufacturing method of Claim 1 or 2, Comprising:
A manufacturing method in which at least a part of the first intermediate member from which the second intermediate member is separated in the fourth step is used as the first support member prepared in the first step.
前記第5工程において前記第1の補強材と前記電解質膜材前駆体と前記第2の補強材とが切断された後の前記第2の中間部材から、前記第2の支持材と該第2の支持材上に配置された前記第2の接着部材とを分離し、該分離された前記第2の支持材と該第2の支持材上に配置された前記第2の接着部材とを、前記第1工程で用意する前記第2の支持材として用いる、製造方法。 It is a manufacturing method as described in any one of Claim 1- Claim 3, Comprising:
From the second intermediate member after the first reinforcing material, the electrolyte membrane material precursor and the second reinforcing material are cut in the fifth step, the second supporting material and the second Separating the second adhesive member disposed on the support member, and separating the second support member and the second adhesive member disposed on the second support member, A manufacturing method used as the second support material prepared in the first step.
さらに、前記第5工程において切断された前記第1の補強材と前記第2の補強材とに電解質を含浸して、イオン伝導性を付与する工程を備える、製造方法。 It is a manufacturing method as described in any one of Claim 1- Claim 4, Comprising:
Furthermore, the fifth step was impregnated electrolyte and the being cut first reinforcing member before Symbol second reinforcing member in comprises a step of imparting ion conductivity method.
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