JP6115238B2 - Membrane electrode structure and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、固体高分子形燃料電池における膜電極構造体とその製造方法に関する。 The present invention relates to a membrane electrode structure in a polymer electrolyte fuel cell and a method for producing the same.
水素などの燃料と酸素などの酸化剤を反応させ、これに伴う化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する燃料電池は、電解質の種類によってアルカリ形、リン酸形、固体高分子形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形などに分類される。固体高分子形燃料電池(polymer electrolyte fuel cell;PEFC)は、他の燃料電池と比べて起動までの時間が短く、また、低温作動が可能で高出力密度であり、小型化・軽量化が可能であることから、携帯用電源、家庭用電源、車載用動力源としての応用が期待されている。 A fuel cell that reacts a fuel such as hydrogen with an oxidant such as oxygen and directly converts the resulting chemical energy into electric energy is alkaline, phosphoric acid, solid polymer, molten carbonate, depending on the type of electrolyte It is classified into solid oxide form. Polymer polymer fuel cell (PEFC) has a shorter start-up time than other fuel cells, can operate at low temperature, has high power density, and can be reduced in size and weight. Therefore, application as a portable power source, a household power source, and an in-vehicle power source is expected.
固体高分子形燃料電池は、膜電極構造体(Membrane Electrolyte Assembly;MEA)と呼ばれる電解質膜の両面に一対の電極触媒層を配置させた構造体を、前記電極触媒層の一方に水素を含有する燃料ガスを供給し、前記電極触媒層の他方に酸素を含む酸化剤ガスを供給するためのガス流路を形成した一対のセパレータ板で挟持した電池である。この一対のセパレータ板で挟持した電池を単電池セルと呼ぶ。 The polymer electrolyte fuel cell includes a structure in which a pair of electrode catalyst layers are arranged on both sides of an electrolyte membrane called a membrane electrode assembly (MEA), and one of the electrode catalyst layers contains hydrogen. It is a battery that is sandwiched between a pair of separator plates that form a gas flow path for supplying a fuel gas and supplying an oxidant gas containing oxygen to the other electrode catalyst layer. A battery sandwiched between the pair of separator plates is called a single battery cell.
膜電極構造体の一部を構成するガスケットには、電解質膜を支持し、酸素および水素のリークの抑制と電解質膜の湿度維持に寄与することが求められている。プロセスコストの観点から、部品数が少なく組み立てが容易な膜電極構造体が望まれており、積層プロセスが可能な膜電極構造体は、製造上有利である。 Gaskets constituting a part of the membrane electrode structure are required to support the electrolyte membrane and contribute to the suppression of oxygen and hydrogen leakage and the maintenance of the humidity of the electrolyte membrane. From the viewpoint of process cost, a membrane electrode structure having a small number of parts and easy assembly is desired, and a membrane electrode structure capable of a lamination process is advantageous in manufacturing.
固体高分子形燃料電池は、出力密度の増大と燃料電池全体のコンパクト化を目的として、単電池セルを複数積層(スタック)して用いられる。スタックする枚数は、必要な電力により異なり、一般的な携帯電気機器のポータブル電源では数枚から10枚程度、コジェネレーション用定置型電気および温水供給機では60〜90枚程度、自動車用途では250〜400枚程度である。高出力化をするためにはスタック枚数を増やすことが必要となり、単電池セルのコストが燃料電池全体のコストに大きく影響する。プロセスコストの観点から、部品数が少なく組み立てが容易な膜電極構造体が望まれている。 A polymer electrolyte fuel cell is used by stacking a plurality of unit cells for the purpose of increasing power density and making the entire fuel cell compact. The number of sheets to be stacked varies depending on the required electric power. For portable power sources of general portable electric devices, several to about 10 sheets, for stationary electric and hot water supply machines for cogeneration, about 60 to 90 sheets, and for automobile applications, 250 to About 400 sheets. In order to increase the output, it is necessary to increase the number of stacks, and the cost of the unit cell greatly affects the cost of the entire fuel cell. From the viewpoint of process cost, a membrane electrode structure having a small number of parts and easy assembly is desired.
従来の膜電極構造体では、膜の保護あるいは水素リークの抑制のために、膜端部を封止した構造をとる(例えば、特許文献1)。樹脂モールドは、膜電極構造体を形成した後、射出成形といった工法により、エラストマーのような液状シーリング材を用いて、電解質膜端部の周縁部を包み込むことで封止する。 A conventional membrane electrode structure has a structure in which the end of the membrane is sealed in order to protect the membrane or suppress hydrogen leakage (for example, Patent Document 1). After the membrane electrode structure is formed, the resin mold is sealed by wrapping the peripheral edge portion of the electrolyte membrane end using a liquid sealing material such as an elastomer by a method such as injection molding.
また、上記の封止形態と異なる他の電解質膜端部の封止法も知られている(例えば、特許文献2)。ガスケット上に、両端に溶着層を備える補強シートを形成し、膜電極構造体と溶着させることで電解質膜端部の封止を果たしている。 In addition, another method for sealing the end portion of the electrolyte membrane different from the above-described sealing form is also known (for example, Patent Document 2). On the gasket, a reinforcing sheet having a welded layer at both ends is formed and welded to the membrane electrode structure, thereby sealing the end of the electrolyte membrane.
しかしながら、樹脂モールドに用いられるエラストマーは、ガスケットとしては高価であり、さらに、電解質膜の周辺部を包み込むようにガスケットを配置するためには、射出成形等といった工程をとる必要があるため、大量生産には不向きである。 However, elastomers used in resin molds are expensive as gaskets, and in addition, it is necessary to take steps such as injection molding to place the gaskets so as to wrap around the periphery of the electrolyte membrane. Not suitable for.
また、フィルム状のガスケットに溶着層を形成する工法では、ガスケットの他に補強シートおよび溶着層といった、部品数の増加が避けられないため、プロセスコストの観点から不利である。 Also, the method of forming a welded layer on a film-like gasket is disadvantageous from the viewpoint of process cost because an increase in the number of parts such as a reinforcing sheet and a welded layer is unavoidable in addition to the gasket.
このように、従来の膜電極構造体における電解質膜の端部の封止には部品数が多い、組み立てが複雑、高価という問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。 As described above, the sealing of the end portion of the electrolyte membrane in the conventional membrane electrode structure has a problem that the number of parts is large, the assembly is complicated, and the cost is high, and it is a problem to solve such a problem. It was.
上記の課題を解決するための手段として、本発明の一態様は、電解質膜と、電解質膜を挟持した一対の触媒層と、触媒層の周囲に配置したガスケットとを備える膜電極構造体であって、ガスケットが、電解質膜の端部を額縁状に覆う形状を有していることを特徴とする膜電極構造体である。 As a means for solving the above problems, one embodiment of the present invention is a membrane electrode structure including an electrolyte membrane, a pair of catalyst layers sandwiching the electrolyte membrane, and a gasket disposed around the catalyst layer. The gasket has a shape that covers the end of the electrolyte membrane in a frame shape.
また、膜電極構造体のガスケットが、熱可塑性樹脂からなるフィルムであることを特徴とする。 Further, the gasket of the membrane electrode structure is a film made of a thermoplastic resin.
また、膜電極構造体のガスケットと電解質膜の端部とが、粘着層または接着層を介して密着していることを特徴とする。 Further, the gasket of the membrane electrode structure and the end of the electrolyte membrane are in close contact with each other through an adhesive layer or an adhesive layer.
また、膜電極構造体のガスケットが、電解質膜の端部から0.5mm以上30mm以下の範囲ではみ出した2つのガスケット層を熱溶着することで形成されていることを特徴とする。 Further, the gasket of the membrane electrode structure is characterized in that it is formed by thermally welding two gasket layers protruding from the end of the electrolyte membrane in a range of 0.5 mm to 30 mm.
また、本発明の別の態様は、電解質膜と、電解質膜を挟持した一対の触媒層と、触媒層の周囲に配置したガスケットとを備える膜電極構造体の製造方法であって、ガスケットが、触媒層の周囲に配置した第一のガスケット層と第二のガスケット層の外周部を溶断することで、電解質膜の端部を額縁状に覆うように形成されることを特徴とする膜電極構造体の製造方法である。 Another aspect of the present invention is a method for producing a membrane electrode structure comprising an electrolyte membrane, a pair of catalyst layers sandwiching the electrolyte membrane, and a gasket disposed around the catalyst layer, the gasket comprising: A membrane electrode structure characterized in that the outer periphery of the first gasket layer and the second gasket layer disposed around the catalyst layer is blown to cover the end of the electrolyte membrane in a frame shape It is a manufacturing method of a body.
また、本発明のさらに別の態様は、電解質膜と、電解質膜を挟持した一対の触媒層と、触媒層の周囲に配置したガスケットとを備える膜電極構造体の製造方法であって、
ガスケットが、触媒層の周囲に配置した第一のガスケット層と第二のガスケット層の外周部をヒートシールすることで、電解質膜の端部を額縁状に覆うように形成されることを特徴とする膜電極構造体の製造方法である。
Still another aspect of the present invention is a method for producing a membrane electrode structure comprising an electrolyte membrane, a pair of catalyst layers sandwiching the electrolyte membrane, and a gasket disposed around the catalyst layer,
The gasket is formed so as to cover the end of the electrolyte membrane in a frame shape by heat-sealing the outer periphery of the first gasket layer and the second gasket layer disposed around the catalyst layer. This is a method for manufacturing a membrane electrode structure.
本発明によれば、電解質膜の幅寸法よりも大きいガスケットを溶着することで、露出される電解質膜の端部を額縁状に封止し、ガスリーク防止に優れた膜電極構造体を提供することができる。 According to the present invention, by providing a gasket larger than the width dimension of the electrolyte membrane, the exposed end portion of the electrolyte membrane is sealed in a frame shape, and a membrane electrode structure excellent in gas leakage prevention is provided. Can do.
また、本発明によれば、ガスケットを溶着するだけで露出される電解質膜の端部を封止することができるため、膜電極構造体を簡易且つ安価に製造することができる。 In addition, according to the present invention, the end portion of the electrolyte membrane that is exposed only by welding the gasket can be sealed, so that the membrane electrode structure can be manufactured easily and inexpensively.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の実施形態について説明する前に、本発明に関連する固体高分子形燃料電池について、図1を参照してまず説明する。
図1に示すように、固体高分子形燃料電池の単電池セル100は、膜電極構造合体10と、これを挟持する一対のセパレータ17とを備える。膜電極構造体10は、電解質膜11の一方の面に、アノード側触媒層12bと、アノード側ガス拡散層13bと、アノード側ガスケット層16bとを備え、他方の面に、カソード側触媒層12aと、カソード側ガス拡散層13aと、カソード側ガスケット層16aとを備えている。
Before describing an embodiment of the present invention, a polymer electrolyte fuel cell related to the present invention will be first described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, a
すなわち、図1に示す固体高分子形燃料電池の単電池セル100は、電解質膜11(主にフッ素系電解質膜や炭化水素電解質膜からなる)を、それぞれカーボンブラック粒子に触媒物質(主として白金(Pt)あるいは他の金属(例えばRu、Rh、Mo、Cr、Co、Fe等))を担持したカソード側触媒層12aとアノード側触媒層12bとで挟持し、このカソード側触媒層12aとアノード側触媒層12bとをそれぞれカソード側ガス拡散層13aとアノード側ガス拡散層13bで挟持してカソード14およびアノード15とし、ガスのシールの機能を有するカソード側ガスケット層16aとアノード側ガスケット層16bにて膜電極構造体10を構成している。そして、膜電極構造体10を一組のセパレータ17により挟持して単電池セル100が構成される。
That is, the
次に、本発明の一実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極構造体20およびその製造方法について、図2乃至図4を用いて詳細に説明する。なお、図1において、膜電極構造体10はカソード側ガス拡散層13aとアノード側ガス拡散層13bとを含む構成として説明したが、図2乃至図4を用いて説明する本発明の実施形態にかかる膜電極構造体20は、カソード側ガス拡散層とアノード側ガス拡散層とを含まない構成として説明する。
Next, the
図2は、本発明の一実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極構造体20の概略上面図であり、図3は、その膜電極構造体20のI−I線に沿った概略断面図である。
図3に示すように、本発明の実施形態にかかる膜電極構造体20は、電解質膜21と、この電解質膜21の一方の面(図3において上面)に配置されたカソード側触媒層22aと、電解質膜21の他方の面(図3において下面)に配置されたアノード側触媒層22bとを備える。図2、3に示すように、これらカソード側触媒層22aおよびアノード側触媒層22bの周縁部には、溶着により額縁状の形状をしたガスケット26が設けられている。すなわち、ガスケット26は、電解質膜21のカソード側触媒層22aおよびアノード側触媒層22bの周縁部を囲み、かつ、電解質膜21の端部を覆うように設けられている。
FIG. 2 is a schematic top view of the
As shown in FIG. 3, a
電解質膜21は、両触媒層22a、22bよりも一回り大きく形成されている。そして、ガスケット26は、両触媒層22a、22bの端部の周囲に配置される2つのガスケット層(第一のガスケット層、第二のガスケット層)が、両触媒層22a、22bよりも一回り大きい電解質膜21の端部を覆うようにして一体化して配置されている。
The
本実施形態においては、ガスケット26は、電解質膜21よりも一回り大きく配置された2つのガスケット層のはみ出し部を溶着することで一体化して、電解質膜21端部を封止している。ここで、両触媒層22a、22bの端部の周囲に配置される2つのガスケット層は、後述する熱可塑性樹脂からなる層であれば特に限定されないが、溶融により溶着する性質を示し、熱可塑性樹脂からなるフィルムを用いることが望ましい。フィルムの場合、射出成形が必要なエラストマーに比べ、安価で枚葉による製造が可能であり、膜電極構造体を簡易且つ安価に製造することできる。
In the present embodiment, the
また、ガスケット26は、2つのガスケット層が一体化する部分(2つのガスケット層が溶融により溶着する性質を示すフィルムからなる場合は、溶融部分)が電解質膜21と接触していることが望ましい。また、ガスケット26と電解質膜21の端部とが、粘着層または接着層28を介して隙間なく密着していることが望ましい。これにより、電解質膜をより強固に支持することができる。
Further, it is desirable that the
本実施形態で用いられる電解質膜21は、固体高分子形燃料電池に一般的に用いられるものでよい。例えば、フッ素系電解質膜や炭化水素電解質膜が好適に使用でき、特にフッ素系電解質膜が望ましい。
The
カソード側触媒層22a、アノード側触媒層22bについても、固体高分子形燃料電池に一般的に用いられるものでよい。例えば、白金または白金と他の金属(例えばRu、Rh、Mo、Cr、Co、Fe等)との合金の微粒子(平均粒径は10nm以下が望ましい。)が表面に担持されたカーボンブラックなどの導電性炭素微粒子(平均粒径は20〜100nm程度が望ましい。)と、パーフルオロスルホン酸樹脂溶液などの高分子溶液とが、適当な溶剤(エタノールなど)中で均一に混合されたインクにより作製されるものが使用できる。
The cathode
ガスケット26は、熱可塑性樹脂であることが望ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、SPS(シンジオタクチックポリスチレン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PI(ポリイミド)等が使用できる。特に、弾性率の高い熱可塑性樹脂が望ましい。熱可塑樹脂として繊維強化されたものを用いてもよい。
The
ガスケット26は、繊維状材料の繊維間に粘着材料または接着材料を含浸させた粘着層または接着層28を用いて、電解質膜21の表面および端部に配置されている。なお、粘着層または接着層28は、必要に応じて用いられる。
粘着層または接着層28に含まれる粘着材料または接着材料としては、主鎖骨格がポリシロキサン骨格やポリエーテル骨格、フルオロエーテル骨格、ポリオレフィン骨格等の材料が使用できる。また、電解質膜21上に配置されることから、粘着層または接着層28に含まれる溶媒によって電解質膜21が膨潤することを避けるために、粘着層または接着層28は、無溶媒系であることが望ましい。
繊維状材料は、粘着材料または接着材料を含浸させることから、粘着材料または接着材料との親和性が高いものが望ましい。さらに、2つのガスケット層同士を溶着させることから、溶融により溶着するものが望ましい。また、ガスケットとしての用途を考慮し、電気的短絡を防ぐために、電気絶縁性であることが求められることから、ガラスペーパー等のガラス繊維やアルミナ繊維が望ましい。
The
As the pressure-sensitive adhesive material or adhesive material contained in the pressure-sensitive adhesive layer or
Since the fibrous material is impregnated with the pressure-sensitive adhesive material or the adhesive material, a material having high affinity with the pressure-sensitive adhesive material or the adhesive material is desirable. Furthermore, since two gasket layers are welded together, what is welded by fusion | melting is desirable. Moreover, considering the use as a gasket, in order to prevent an electrical short circuit, since it is calculated | required that it is electrical insulation, glass fibers, such as glass paper, and an alumina fiber are desirable.
図4は、本発明の一実施形態に係る膜電極構造体の製造方法の一工程を示す概略断面図である。図4に示すように、最初に、電解質膜21上にカソード側触媒層22a、アノード側触媒層22bを形成する。カソード側触媒層22a、アノード側触媒層22bを形成するにあたっては、まず、高分子電解質と、触媒物質と、触媒を担持するカーボン担体と、分散媒とを含むインクを調製する。調製された触媒インクを、ドクターブレード法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、スプレー法などの塗布法、噴霧法を用い電解質膜21上に塗布することで、カソード側触媒層22a、アノード側触媒層22bを形成する。また、転写基材を用いて転写基材上に触媒インクを塗布し、転写基材上に触媒層を一旦形成した後に、転写法により電解質膜21上にカソード側触媒層22a、アノード側触媒層22bを形成しても良い。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing one step in the method for producing a membrane electrode structure according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, first, a cathode
次に、カソード側ガスケット層26a(第一のガスケット層)を、カソード側触媒層22aの周囲である電解質膜21上に形成する。カソード側ガスケット層26aを形成するには、まず、枠形状にカットした繊維状材料の繊維間に粘着材料または接着材料を含浸させた後、カソード側触媒層22aの周囲に配置することで、カソード側粘着層または接着層28aを形成する。次いで、カソード側粘着層または接着層28aの表面に、例えばフィルム状のカソード側ガスケット層26aを配置する。あるいは、粘着材料または接着材料が含浸された繊維状材料を、粘着材料または接着材料が固化しない状態で、カソード側触媒層22aの周囲に配置した後、その表面に、例えばフィルム状のカソード側ガスケット層26aを配置してもよい。
Next, the cathode
また、カソード側ガスケット層26aとなるガスケットフィルムを用意し、このガスケットフィルム上に、繊維状材料の繊維間に粘着材料または接着材料を含浸させた粘着層または接着層を形成する。次いで、この粘着層または接着層付ガスケットフィルムを枠形状にカットした後、カソード側触媒層22aの周囲に配置してもよい。
Further, a gasket film to be the
次に、アノード側ガスケット層26b(第二のガスケット層)を形成するために、上記工程により製造されたものを上下反転させ、枠形状にカットした繊維状材料の繊維間に粘着材料または接着材料を含浸させたアノード側粘着層または接着層28bを形成した後、その表面に、例えばフィルム状のアノード側ガスケット層26bを配置する。また、カソード側ガスケット層26aと同様に、粘着材料または接着材料が含浸された繊維状材料を、粘着材料または接着材料が固化しない状態で、アノード側触媒層22bの周囲に配置した後、その表面に、例えばフィルム状のアノード側ガスケット層26bを配置してもよい。
Next, in order to form the anode-
また、カソード側ガスケット層26aと同様に、アノード側ガスケット層26bの部材となるガスケットフィルムを用意し、このガスケットフィルム上に、繊維状材料の繊維間に粘着材料または接着材料を含浸させた粘着層または接着層を形成する。次いで、この粘着層または接着層付ガスケットフィルムを枠形状にカットした後、アノード側触媒層22bの周囲に配置してもよい。
Further, similarly to the cathode
最後に、カソード側ガスケット層26aおよびアノード側ガスケット層26bを溶断により溶着する。通常、溶断溶着は、フィルムの溶融温度以上に加熱した溶断刃にて二枚に重ねたフィルムを切断し、その切断面を溶断刃との接触により溶着することにより実施される。そのため、溶断温度は、使用するカソード側ガスケット層26aおよびアノード側ガスケット層26bの融点以上である必要があり、溶断シール部の機械強度を向上させるために、より高温長時間での実施が望ましい。また、このとき、カソード側ガスケット層26aおよびアノード側ガスケット層26bの外周部、具体的には、電解質膜21からはみ出した部分のみを、電解質膜21の端部を噛まずに溶断する。好ましくは、溶断溶着部が、電解質膜21の端部と、粘着層または接着層を介して密着するようにする。また、溶断ではなく、平面の電熱線を用いてヒートシールすることによって、カソード側ガスケット層26aおよびアノード側ガスケット層26bの端部を溶着してもよい。
Finally, the cathode
ここで、カソード側ガスケット層26aおよびアノード側ガスケット層26bのうち、電解質膜21からはみ出した部分を溶断する際、カソード側ガスケット層26aおよびアノード側ガスケット層26bの電解質膜21からはみ出した部分は、電解質膜の端部から0.5mm以上30mm以下の範囲であることが望ましい。これにより、ガスケットの余分な使用を低減し、かつ電解質を額縁状に封止することができる。
Here, when the portion of the cathode
また、図4では、カソード側ガスケット層26aおよびアノード側ガスケット層26bのうち、電解質膜21からはみ出した部分には、カソード側粘着層または接着層28aおよびアノード側粘着層または接着層28bが設けられているが、カソード側ガスケット層26aおよびアノード側ガスケット層26bのみで溶着することができれば、このはみ出した部分には、カソード側粘着層または接着層28aおよびアノード側粘着層または接着層28bが設けられていなくてもよい。
In FIG. 4, the cathode-side adhesive layer or
図4に示した上記の工程を経ることで、カソード側粘着層または接着層28aおよびアノード側粘着層または接着層28bが、図3に示した粘着層または接着層28となり、また、カソード側ガスケット層26aおよびアノード側ガスケット層26bが、図3に示したガスケット26となり、図3に示した膜電極構造体20を形成することができる。また、上記の工程により、電解質膜21の端部をガスケット26で封止した膜電極構造体20を容易に製造しやすいものにすることができる。
Through the above-described steps shown in FIG. 4, the cathode side adhesive layer or
以下に、具体的な実施例により、本実施形態の固体高分子形燃料電池の膜電極構造体およびその製造方法を説明する。なお、後述する実施例は本発明の一実施形態の実施例であり、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the membrane electrode structure of the polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment and the manufacturing method thereof will be described by way of specific examples. In addition, the Example mentioned later is an Example of one Embodiment of this invention, and this invention is not limited only to this Example.
白金担持量が50%である白金担持カーボン触媒(商品名:TEC10E50E、田中貴金属工業製)と、20質量%高分子電解質溶液であるNafion(登録商標、デュポン社製)を、混合比1:1の水(沸点:100.0℃)、エチレングリコール(沸点:197.9℃)混合溶媒で混合した。尚、この時の固形分比率は14%に設定した。続いて、遊星ボールミルで分散処理を行い、触媒インクを調整した。 A platinum-supported carbon catalyst (trade name: TEC10E50E, manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) having a platinum-supported amount of 50% and Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), which is a 20% by mass polymer electrolyte solution, were mixed at a mixing ratio of 1: 1. Of water (boiling point: 100.0 ° C.) and ethylene glycol (boiling point: 197.9 ° C.) mixed solvent. The solid content ratio at this time was set to 14%. Subsequently, a dispersion treatment was performed with a planetary ball mill to prepare a catalyst ink.
この触媒インクをドクターブレード法により転写シートに塗布し、転写シート上に塗布された触媒インクを、温度が80℃の大気雰囲気中で5分間乾燥させることにより、実施例の触媒層を得た。この際、触媒物質Ptの担持量が0.4mg/cm2になるように、触媒層の厚さを調節した。 The catalyst ink was applied to a transfer sheet by a doctor blade method, and the catalyst ink applied on the transfer sheet was dried in an air atmosphere at a temperature of 80 ° C. for 5 minutes to obtain a catalyst layer of an example. At this time, the thickness of the catalyst layer was adjusted so that the supported amount of the catalyst substance Pt was 0.4 mg / cm 2 .
続いて、電解質膜としてナフィオン(登録商標)XL(デュポン社製)を用い、5cm2の正方形状に打ち抜かれた触媒層と電解質膜の両面とが互いに向い合うように、2つの転写シートと電解質膜とを配置した。その後、これら2つの転写シートで挟まれた電解質膜を130℃に加熱するとともに、加圧下で10分間保持するホットプレスを行うことにより、電解質膜と触媒層の構造体を得た。 Subsequently, Nafion (registered trademark) XL (manufactured by DuPont) was used as the electrolyte membrane, and the two transfer sheets and the electrolyte were placed so that the catalyst layer punched into a 5 cm 2 square shape and both surfaces of the electrolyte membrane face each other. A membrane was placed. Thereafter, the electrolyte membrane sandwiched between these two transfer sheets was heated to 130 ° C. and subjected to hot pressing for 10 minutes under pressure to obtain a structure of the electrolyte membrane and the catalyst layer.
ポリエチレンナフタレートからなる繊維状材料にフルオロエーテルからなる接着材料を含浸させた接着層を有するガスケットフィルム(接着層付ガスケットフィルム)の中央部を打ち抜き、枠状の接着層付ガスケットフィルムを作製した。この接着層付ガスケットフィルムの開口部サイズは50mm四方である。続いて、作製した枠状の接着層付ガスケットフィルムを上記の構造体の2つの触媒層に貼合した。最後に、電解質膜の端部からの接着層付ガスケットフィルムのはみ出し部を、卓上型シーラー(P−200/富士インパルス製)を用いて溶断・溶着することで、本発明における膜電極構造体を得た。 A central portion of a gasket film (gasket film with an adhesive layer) having an adhesive layer in which a fibrous material made of polyethylene naphthalate was impregnated with an adhesive material made of fluoroether was punched out to produce a frame-like gasket film with an adhesive layer. The opening size of this gasket film with an adhesive layer is 50 mm square. Subsequently, the produced gasket film with an adhesive layer was bonded to the two catalyst layers of the above structure. Finally, the protruding portion of the gasket film with an adhesive layer from the end of the electrolyte membrane is melted and welded using a desktop sealer (P-200 / manufactured by Fuji Impulse), so that the membrane electrode structure in the present invention is obtained. Obtained.
本発明は固体高分子形燃料電池、特に燃料電池自動車や家庭用燃料電池などにおける、固体高分子形燃料電池単セルやスタックに好適に活用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for a polymer electrolyte fuel cell single cell or a stack in a polymer electrolyte fuel cell, particularly a fuel cell automobile or a household fuel cell.
100・・・単電池セル
10・・・膜電極構造体
11・・・電解質膜
12a・・・カソード側触媒層
12b・・・アノード側触媒層
13a・・・カソード側ガス拡散層
13b・・・アノード側ガス拡散層
14・・・カソード
15・・・アノード
16a・・・カソード側ガスケット層
16b・・・アノード側ガスケット層
17・・・セパレータ
20・・・膜電極構造体
21・・・電解質膜
22a・・・カソード側触媒層
22b・・・アノード側触媒層
26・・・ガスケット
26a・・・カソード側ガスケット層
26b・・・アノード側ガスケット層
28・・・粘着層または接着層
28a・・・カソード側粘着層または接着層
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ガスケットが、前記触媒層の周囲に配置した第一のガスケット層と第二のガスケット層の外周部を溶断することで、前記電解質膜の端部を額縁状に覆うように形成されることを特徴とする膜電極構造体の製造方法。 A method for producing a membrane electrode structure comprising an electrolyte membrane, a pair of catalyst layers sandwiching the electrolyte membrane, and a gasket disposed around the catalyst layer ,
The gasket is formed so as to cover the end portion of the electrolyte membrane in a frame shape by fusing the outer periphery of the first gasket layer and the second gasket layer disposed around the catalyst layer. A method for producing a membrane electrode structure.
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