JP6973241B2 - Continuous manufacturing method of membrane electrode gas diffusion layer bonded body - Google Patents

Continuous manufacturing method of membrane electrode gas diffusion layer bonded body Download PDF

Info

Publication number
JP6973241B2
JP6973241B2 JP2018066040A JP2018066040A JP6973241B2 JP 6973241 B2 JP6973241 B2 JP 6973241B2 JP 2018066040 A JP2018066040 A JP 2018066040A JP 2018066040 A JP2018066040 A JP 2018066040A JP 6973241 B2 JP6973241 B2 JP 6973241B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffusion layer
gas diffusion
auxiliary material
long
roll
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018066040A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019175819A (en
Inventor
哲平 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2018066040A priority Critical patent/JP6973241B2/en
Publication of JP2019175819A publication Critical patent/JP2019175819A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6973241B2 publication Critical patent/JP6973241B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

本発明は、膜電極ガス拡散層接合体の連続製造方法に関する。 The present invention relates to a method for continuously producing a membrane electrode gas diffusion layer bonded body.

燃料電池は、基本形態として、膜電極ガス拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode and Gas diffusion Layer Assembly)が、ガス流路を備えたセパレータによって、加圧下に挟持された形態を持つ。図6に示すように、膜電極ガス拡散層接合体8は、電解質膜1と、該電解質膜1の一方の面に接するカソード触媒層2と、電解質膜1の他方の面に接するアノード触媒層3とを有し、カソード触媒層2の電解質膜1側と反対側の面にはカソード側のガス拡散層4が積層され、アノード触媒層3の電解質膜1側と反対側の面にはアノード側のガス拡散層5が積層された構成を基本構成として備える。カソード触媒層2とカソード側のガス拡散層4とでカソード電極6が構成され、アノード触媒層3とアノード側のガス拡散層5とでアノード電極7が構成される。 As a basic form, the fuel cell has a form in which a membrane electrode gas diffusion layer junction (MEGA: Membrane Electrode and Gas diffusion Assembly) is sandwiched under pressure by a separator provided with a gas flow path. As shown in FIG. 6, the membrane electrode gas diffusion layer junction 8 has an electrolyte membrane 1, a cathode catalyst layer 2 in contact with one surface of the electrolyte membrane 1, and an anode catalyst layer in contact with the other surface of the electrolyte membrane 1. A gas diffusion layer 4 on the cathode side is laminated on the surface of the cathode catalyst layer 2 opposite to the electrolyte film 1 side, and an anode is provided on the surface of the anode catalyst layer 3 opposite to the electrolyte film 1 side. A configuration in which the gas diffusion layers 5 on the side are laminated is provided as a basic configuration. The cathode electrode 6 is formed by the cathode catalyst layer 2 and the gas diffusion layer 4 on the cathode side, and the anode electrode 7 is formed by the anode catalyst layer 3 and the gas diffusion layer 5 on the anode side.

前記膜電極ガス拡散層接合体8は、酸化剤(空気)ガス流路21を備えたカソード側セパレータ22および燃料(水素)ガス流路31を備えたアノード側セパレータ32とで挟持して加圧締結することで、1つの燃料電池セル100とされる。 The membrane electrode gas diffusion layer junction 8 is sandwiched between a cathode side separator 22 provided with an oxidant (air) gas flow path 21 and an anode side separator 32 provided with a fuel (hydrogen) gas flow path 31 and pressurized. By fastening, it becomes one fuel cell 100.

膜電極ガス拡散層接合体8の製造に当たっては、所定寸法に予め裁断した矩形状に電解質膜1の両面にやはり所定寸法に予め裁断した矩形状の触媒層とガス拡散層とを順次積層していく製造方法と、例えば、特許文献1に記載されるように、ロール状に巻き込まれた触媒層とロール状に巻き込まれたガス拡散層とを巻き出しながら、長尺状の電解質膜の上に触媒層とガス拡散層を連続的に積層していくようにした連続製造方法とが採用されている。製造後に長尺状の前記積層体を所定の寸法に裁断することで、図6に示した形態の膜電極ガス拡散層接合体8とされる。 In manufacturing the membrane electrode gas diffusion layer junction 8, a rectangular catalyst layer and a gas diffusion layer pre-cut to a predetermined size are sequentially laminated on both sides of the electrolyte membrane 1 in a rectangular shape pre-cut to a predetermined size. On the long electrolyte film, for example, as described in Patent Document 1, the catalyst layer wound in a roll shape and the gas diffusion layer wound in a roll shape are unwound while being unwound. A continuous manufacturing method is adopted in which the catalyst layer and the gas diffusion layer are continuously laminated. After the production, the elongated laminated body is cut to a predetermined size to obtain the membrane electrode gas diffusion layer bonded body 8 having the form shown in FIG.

前記連続製造方法によって膜電極ガス拡散層接合体を製造する場合、前工程として、長尺状の触媒層と長尺状のガス拡散層とをそれぞれ製造し、それをロール状に巻き込む工程が行われる。 When the membrane electrode gas diffusion layer bonded body is manufactured by the continuous manufacturing method, as a preliminary step, a step of manufacturing a long catalyst layer and a long gas diffusion layer, respectively, and winding them in a roll shape is performed. Will be.

その際に、巻き込みを安定する等の目的から、通常、離型シートとして機能する長尺状の副資材に長尺状の触媒層あるいは長尺状のガス拡散層を積層した状態とし、その積層体をロール状に巻き込むようにしている。そして、巻き込みロールから触媒層あるいはガス拡散層を巻き出して、連続的に移動している長尺状の電解質膜の上に積層していく工程では、触媒層およびガス拡散層は、それぞれの副資材から剥離(分離)され、触媒層およびガス拡散層のみが、電解質膜上に移送されて積層される。 At that time, for the purpose of stabilizing entrainment, a long catalyst layer or a long gas diffusion layer is usually laminated on a long auxiliary material that functions as a release sheet, and the stacking thereof is performed. I try to roll my body around. Then, in the step of unwinding the catalyst layer or the gas diffusion layer from the entrainment roll and laminating it on the continuously moving long electrolyte film, the catalyst layer and the gas diffusion layer are subordinate to each other. It is separated from the material, and only the catalyst layer and the gas diffusion layer are transferred onto the electrolyte membrane and laminated.

なお、ガス拡散層は、例えば特許文献2に記載のように、多孔質体であるカーボンペーパーやカーボン織布が基材として用いられ、そこに、導電性材料粉末や撥水性材料に溶媒を加えて均一に混練して形成されたペースト(以下、拡散層ペーストという)を塗布した後、溶媒分を乾燥炉内で除去することにより作られるのが一般的である。 As the gas diffusion layer, for example, as described in Patent Document 2, a porous body such as carbon paper or carbon woven fabric is used as a base material, and a solvent is added to the conductive material powder or the water-repellent material. It is generally made by applying a paste (hereinafter referred to as a diffusion layer paste) formed by uniformly kneading and then removing the solvent component in a drying furnace.

特開2009−38040号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-38040 特開2008−71691号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-71691

上記のように、長尺状のガス拡散層は、基材としての多孔質体であるカーボンペーパーやカーボン織布に拡散層ペーストを塗布した後、乾燥炉内で溶媒分を飛ばすことで形成される。そして、形成された長尺状のガス拡散層は、前記したように、適宜の長尺状の副資材との積層体とされてロール状に巻き込まれ、ガス拡散層ロールとして保管される。 As described above, the long gas diffusion layer is formed by applying the diffusion layer paste to carbon paper or carbon woven fabric, which is a porous body as a base material, and then removing the solvent in a drying furnace. NS. Then, as described above, the formed long gas diffusion layer is formed into a laminated body with an appropriate long auxiliary material, is wound into a roll, and is stored as a gas diffusion layer roll.

積層体をロール状に巻き込むときに、巻き込み張力が大きくなると、基材としての多孔質体であるカーボンペーパーやカーボン織布に網目(メッシュ)の広がりが生じ、その大きくなった網目から、溶媒が除去された溶媒ペーストが落下する、いわゆる裏抜けが生じる恐れがある。そのために、巻き取り時の張力の強さには限界があり、通常、ゆるく巻き込まれた状態となっている。 When the winding tension is increased when the laminate is rolled into a roll, a mesh spreads on the carbon paper or carbon woven fabric, which is a porous body as a base material, and the solvent is released from the enlarged mesh. The removed solvent paste may fall, so-called strike-through. Therefore, there is a limit to the strength of the tension at the time of winding, and it is usually in a loosely wound state.

一方、ロールに巻き込まれたガス拡散層と副資材との積層体からガス拡散層を巻き出し、巻き出し後のガス拡散層を触媒層に積層する工程においては、積層部位までの間で、巻き出されてくるガス拡散層に蛇行が生じて位置ずれや破断等の不都合が生じないように、比較してより高い張力でロールから巻き出すことが求められる。 On the other hand, in the step of unwinding the gas diffusion layer from the laminate of the gas diffusion layer and the auxiliary material wound in the roll and laminating the unwound gas diffusion layer on the catalyst layer, the gas diffusion layer is wound up to the laminated portion. It is required to unwind from the roll with a relatively higher tension so that the resulting gas diffusion layer does not meander and cause inconveniences such as misalignment and breakage.

本発明者らは、膜電極ガス拡散層接合体の連続製造について、多くの経験を積んできているが、その過程で、ゆるく巻き込まれたガス拡散層と副資材との積層体のロールから、その巻き込み時の張力よりも大きな巻き出し張力でガス拡散層を巻き出すときに、巻き込みロールに軸方向のずれが発生することを経験した。そして、そのような位置ずれが発生した状態で巻き出しを継続させると、触媒層との積層位置で、ガス拡散層の位置ずれが生じる恐れがあることから、巻き出し時の巻き出し張力の大きさには、十分な注意を払うことが求められている。 The present inventors have gained a lot of experience in the continuous production of a membrane electrode gas diffusion layer bonded body, and in the process, from the roll of the laminated body of the gas diffusion layer loosely involved and the auxiliary material, the present inventors have gained a lot of experience. We have experienced that the winding roll is displaced in the axial direction when the gas diffusion layer is unwound with a winding tension larger than the winding tension. If the unwinding is continued in a state where such a misalignment occurs, the misalignment of the gas diffusion layer may occur at the laminated position with the catalyst layer. Therefore, the unwinding tension at the time of unwinding is large. In addition, it is required to pay sufficient attention.

本発明は、本発明者らが経験した上記の事情に鑑みてなされたものであり、ロール状に巻き込まれた長尺状の触媒層とロール状に巻き込まれた長尺状のガス拡散層とを各ロールから巻き出しながら長尺状の電解質膜の上に積層していく工程を少なくとも含む膜電極ガス拡散層接合体の連続製造方法において、巻き出し時に、ロールから巻き出されるガス拡散層がロールの軸方向に位置ずれするのを解消し、それにより、触媒層との積層時に、位置ずれの無い状態で両者を積層することを可能とした膜電極ガス拡散層接合体の連続製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances experienced by the present inventors, and includes a long catalyst layer wound in a roll and a long gas diffusion layer wound in a roll. In a method for continuously manufacturing a membrane electrode gas diffusion layer bonded body, which includes at least a step of laminating on a long electrolyte membrane while unwinding the gas from each roll, the gas diffusion layer unwound from the roll at the time of unwinding is A method for continuously manufacturing a membrane electrode gas diffusion layer bonded body that eliminates the positional deviation of the roll in the axial direction and thereby enables the two to be laminated without any positional deviation when laminated with the catalyst layer. The challenge is to provide.

上記の課題を解決すべく、本発明者らは、さらに実験と研究を行うことにより、上記の軸方向の位置ずれは、ガス拡散層の巻き込みロールでは、前記のように巻き込み時の張力が小さいことから、より大きな張力で巻き出されるときに、ロール内において、巻き込まれているガス拡散層と副資材との積層体での上層と下層との間で巻締り現象が発生し、それに起因して、軸方向の位置ずれが生じることを知った。また、現在、一般に使用されているガス拡散層用の副資材は、静摩擦係数0.5前後の紙シートであり、静摩擦係数0.5前後のシートでは、大きな巻き出し張力で巻き出されたときに、軸方向の滑りを阻止できないことも経験した。本発明は、本発明者らが得た上記の知見に基づいている。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors further conducted experiments and research, and found that the above-mentioned axial misalignment has a small tension at the time of entrainment in the entrainment roll of the gas diffusion layer. Therefore, when unwound with a higher tension, a winding phenomenon occurs between the upper layer and the lower layer of the laminated body of the entrained gas diffusion layer and the auxiliary material in the roll, which is caused by this. I learned that there is an axial misalignment. Further, the auxiliary material for the gas diffusion layer currently generally used is a paper sheet having a coefficient of static friction of about 0.5, and a sheet having a coefficient of static friction of about 0.5 is unwound with a large unwinding tension. I also experienced the inability to prevent axial slippage. The present invention is based on the above findings obtained by the present inventors.

すなわち、本発明による膜電極ガス拡散層接合体の連続製造方法は、ロール状に巻き込まれた長尺状の触媒層とロール状に巻き込まれた長尺状のガス拡散層とを各ロールから巻き出しながら長尺状の電解質膜の上に積層していく工程を少なくとも含む膜電極ガス拡散層接合体の連続製造方法であって、前記長尺状のガス拡散層は長尺状の副資材との積層体としてロール状に巻き込まれており、ロールからの巻き出し時には前記副資材と前記ガス拡散層とは分離し、分離後の前記ガス拡散層のみが前記積層工程に送り出されるようになっており、前記副資材の横幅は前記ガス拡散層の横幅よりも広く、かつ前記副資材の静摩擦係数は1.2以上であることを特徴とする。 That is, in the method for continuously producing a membrane electrode gas diffusion layer bonded body according to the present invention, a long catalyst layer wound in a roll shape and a long gas diffusion layer wound in a roll shape are wound from each roll. It is a continuous manufacturing method of a membrane electrode gas diffusion layer bonded body including at least a step of laminating on a long electrolyte film while taking out, and the long gas diffusion layer is a long auxiliary material. The auxiliary material and the gas diffusion layer are separated from each other at the time of unwinding from the roll, and only the separated gas diffusion layer is sent out to the laminating step. The width of the auxiliary material is wider than the width of the gas diffusion layer, and the static friction coefficient of the auxiliary material is 1.2 or more.

本発明によれば、ガス拡散層と副資材との積層体の巻き込みロールから、巻き込み時の張力よりも大きな巻き出し張力で、前記積層体を巻き出しても、副資材として、静摩擦係数が1.2以上のものを用いることで、副資材同士に滑りが生じるのを抑制することが可能となり、結果、積層体がロール内でロールの軸方向へ位置ずれすることを回避できる。それにより、巻き出されるガス拡散層の軸方向への位置ずれを抑制でき、連続的に製造される膜電極ガス拡散層接合体において、触媒層とガス拡散層との間で幅方向の位置ずれが生じることはなく、高性能の膜電極ガス拡散層接合体を得ることができる。 According to the present invention, even if the laminated body is unwound from the winding roll of the laminated body of the gas diffusion layer and the auxiliary material with a winding tension larger than the tension at the time of winding, the static friction coefficient is 1 as the auxiliary material. By using materials of .2 or more, it is possible to suppress slippage between the auxiliary materials, and as a result, it is possible to prevent the laminated body from being displaced in the roll in the axial direction. As a result, the axial misalignment of the unwound gas diffusion layer can be suppressed, and in the continuously manufactured film electrode gas diffusion layer junction, the width misalignment between the catalyst layer and the gas diffusion layer can be suppressed. Can be obtained, and a high-performance film electrode gas diffusion layer junction can be obtained.

ロール状に巻き込まれた長尺状のガス拡散層と長尺状の副資材との積層体を製造する工程を説明するための図。The figure for demonstrating the process of manufacturing the laminated body of the long-shaped gas diffusion layer wound in the shape of a roll, and the long-shaped auxiliary material. 副資材を説明するための図。The figure for explaining the auxiliary material. 副資材とガス拡散層との積層体の一例を示す上面図と断面図。Top view and sectional view showing an example of a laminated body of an auxiliary material and a gas diffusion layer. 副資材とガス拡散層との積層体がロール状に巻き込まれた状態を示す概略断面図。Schematic cross-sectional view showing a state in which a laminated body of an auxiliary material and a gas diffusion layer is rolled up in a roll shape. 膜電極ガス拡散層接合体の製造装置の一例を説明するための図。The figure for demonstrating an example of the manufacturing apparatus of a membrane electrode gas diffusion layer bonded body. 膜電極ガス拡散層接合体および燃料電池セルを示す概略断面図。Schematic cross-sectional view showing a membrane electrode gas diffusion layer junction and a fuel cell.

以下、本発明による膜電極ガス拡散層接合体の連続製造方法の一実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a method for continuously manufacturing a membrane electrode gas diffusion layer bonded body according to the present invention will be described with reference to the drawings.

最初に、図1を参照して、ロール状に巻き込まれた長尺状のガス拡散層と長尺状の副資材との積層体を製造する工程を説明する。図1において、41は、カーボンペーパーやカーボン織布である長尺状のガス拡散層の基材であり、例えば、幅100〜500mm程度、長さ100〜500mm程度である。基材41は、図示しない巻き込みロールから巻き出される。42にはホッパーであり、導電性材料粉末や撥水性材料に溶媒を加えて均一に混練して形成された従来知られた拡散層ペースト43が収容されている。該ホッパー42から拡散層ペースト43が基材41の上に塗布される。拡散層ペースト43が塗布された基材41は、乾燥炉45内を通過する。乾燥炉45内で溶媒分は除去されて、長尺状のガス拡散層40とされる。そして、ガス拡散層40は、別途供給される離型シートとしての長尺状の副資材50と積層された状態で、リール57によって巻き取られ、ガス拡散層40と副資材50との積層体55の巻き込みロール56とされる。 First, with reference to FIG. 1, a process of manufacturing a laminate of a long gas diffusion layer wound in a roll shape and a long auxiliary material will be described. In FIG. 1, reference numeral 41 denotes a base material of a long gas diffusion layer such as carbon paper or carbon woven cloth, for example, having a width of about 100 to 500 mm and a length of about 100 to 500 mm. The base material 41 is unwound from a roll (not shown). The hopper 42 contains a conventionally known diffusion layer paste 43, which is formed by uniformly kneading a conductive material powder or a water-repellent material with a solvent. The diffusion layer paste 43 is applied from the hopper 42 onto the base material 41. The base material 41 coated with the diffusion layer paste 43 passes through the drying oven 45. The solvent component is removed in the drying furnace 45 to form a long gas diffusion layer 40. Then, the gas diffusion layer 40 is wound by the reel 57 in a state of being laminated with the long auxiliary material 50 as a release sheet separately supplied, and the laminated body of the gas diffusion layer 40 and the auxiliary material 50. The roll 56 of 55 is used.

前記したように、リール57での巻き取り張力が大きすぎると、基材41の網目(メッシュ)が大きく開くこととなり、導電性材料粉末や撥水性材料が基材41から脱落する恐れがある。そのために、リール57での巻き取り張力は小さく、一例として、20〜40Nである。ここで、その巻き取り張力をAとする。 As described above, if the take-up tension on the reel 57 is too large, the mesh of the base material 41 will be wide open, and the conductive material powder or the water-repellent material may fall off from the base material 41. Therefore, the take-up tension on the reel 57 is small, for example, 20 to 40 N. Here, let the take-up tension be A.

前記副資材50は、静止摩擦係数が1.2以上の高摩擦材から選択される。そのような材料の例として、天然ゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、などが挙げられる。副資材50の横幅は、前記基材41の横幅よりも10%程度だけ広いことが望ましい。長さは、基材41と同程度の長さのものであることが望ましい。 The auxiliary material 50 is selected from high friction materials having a static friction coefficient of 1.2 or more. Examples of such materials include natural rubber, butyl rubber, styrene butadiene rubber, and the like. It is desirable that the width of the auxiliary material 50 is about 10% wider than the width of the base material 41. It is desirable that the length is about the same as that of the base material 41.

図2は、前記副資材50の短手方向での断面図である。ここでは、副資材50は、平坦な基部51と、該基部51の両側縁から立ち上がる左右の壁部52、52とを備え、基部51の上面と左右の壁部52、52の内壁とで、窪み53が形成されている。左右の壁部52、52間の距離dは、前記したガス拡散層40の横幅と等しいかわずかに広い。また、左右の壁部52、52の高さは、ガス拡散層40の厚み(通常、数μm程度)とほぼ等しいかわずかに大きい。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the auxiliary material 50 in the lateral direction. Here, the auxiliary material 50 includes a flat base portion 51, left and right wall portions 52, 52 rising from both side edges of the base portion 51, and an upper surface of the base portion 51 and an inner wall of the left and right wall portions 52, 52. A recess 53 is formed. The distance d between the left and right wall portions 52, 52 is equal to or slightly wider than the width of the gas diffusion layer 40 described above. Further, the heights of the left and right wall portions 52, 52 are substantially equal to or slightly larger than the thickness of the gas diffusion layer 40 (usually about several μm).

図3は、リール57に巻き込まれた状態でのガス拡散層40と副資材50との積層体55の平面図(図3(a))と短手方向での断面図(図3(b))である。図3に示すように、積層体55では、ガス拡散層40は、副資材50の基部51と左右の壁部52、52とで区画される前記窪み53内に入り込んでいる。 FIG. 3 is a plan view (FIG. 3A) of the laminated body 55 of the gas diffusion layer 40 and the auxiliary material 50 in a state of being wound around the reel 57, and a sectional view in the lateral direction (FIG. 3B). ). As shown in FIG. 3, in the laminated body 55, the gas diffusion layer 40 is inserted into the recess 53 partitioned by the base 51 of the auxiliary material 50 and the left and right wall portions 52, 52.

図4は、前記積層体55がリール57によって巻き取られた状態の巻き込みロール56での、リール57の軸方向での断面の一部を示す。図4において、55aは巻き込まれている下位の積層体55であり、55bはその上位に位置する積層体55である。図4に示すように、下位の積層体55aと上位の積層体55bとは、下位の積層体55aを構成する副資材50に形成した左右の壁部52、52の天面が、上位の積層体55bを構成する副資材50の基部51の裏面に当接した状態となっており、副資材50の静摩擦係数は1.2以上であることから、両者の間には大きな摩擦力が働いている。 FIG. 4 shows a part of a cross section of the reel 57 in the axial direction of the winding roll 56 in a state where the laminated body 55 is wound by the reel 57. In FIG. 4, 55a is a lower laminated body 55 that is involved, and 55b is a laminated body 55 located above the lower laminated body 55. As shown in FIG. 4, in the lower laminated body 55a and the upper laminated body 55b, the top surfaces of the left and right wall portions 52 and 52 formed on the auxiliary material 50 constituting the lower laminated body 55a are the upper laminated body. Since the auxiliary material 50 is in contact with the back surface of the base 51 of the auxiliary material 50 constituting the body 55b and the coefficient of static friction of the auxiliary material 50 is 1.2 or more, a large frictional force acts between the two. There is.

図5は、ガス拡散層40と副資材50との積層体55が巻き込まれている巻き込みロール56を用いて、長尺状の膜電極ガス拡散層接合体80を連続的に製造する方法の一例を示している。この例では、別途製造された長尺状の触媒層20と前記した長尺状のガス拡散層40とが、圧接ロール61、61の間を通過することで一体に積層されて、長尺状のカソード電極60(あるいはアノード電極70)とされ、それが、所定の速度で搬送される長尺状の電解質膜10の上に積層されることで、長尺状の膜電極ガス拡散層接合体80とされる。 FIG. 5 shows an example of a method for continuously manufacturing a long film electrode gas diffusion layer bonded body 80 by using a winding roll 56 in which a laminated body 55 of a gas diffusion layer 40 and an auxiliary material 50 is wound. Is shown. In this example, the separately manufactured long catalyst layer 20 and the long gas diffusion layer 40 described above are integrally laminated by passing between the pressure welding rolls 61 and 61, and have a long shape. The cathode electrode 60 (or the anode electrode 70) is laminated on the long electrolyte film 10 transported at a predetermined speed, whereby the long film electrode gas diffusion layer junction body is formed. It is said to be 80.

なお、図5では、長尺状の電解質膜10の一方の面にのみカソード電極60(あるいはアノード電極70)を積層しているが、実際には、同時にまたは後工程で、他方の面にも、同様にしてアノード電極70(あるいはカソード電極60)が積層され、長尺状の膜電極ガス拡散層接合体80とされる。そして、長尺状の膜電極ガス拡散層接合体80に対して所要の形状への裁断等がされることで、図6で説明した膜電極ガス拡散層接合体8となる。 In addition, in FIG. 5, the cathode electrode 60 (or the anode electrode 70) is laminated only on one surface of the elongated electrolyte film 10, but in reality, the cathode electrode 60 (or the anode electrode 70) is also laminated on the other surface at the same time or in a later step. In the same manner, the anode electrodes 70 (or cathode electrodes 60) are laminated to form a long film electrode gas diffusion layer bonded body 80. Then, the long-shaped membrane electrode gas diffusion layer junction 80 is cut into a required shape, and the like, the membrane electrode gas diffusion layer junction 8 described with reference to FIG. 6 is obtained.

製造に当たり、前記巻き込みロール56が設備にセットされ、ガス拡散層40と副資材50との積層体55から、ガス拡散層40と副資材50とが分離される。分離後の副資材50は図示しないリールに巻き取られて、必要に応じて、再使用に供される。分離後のガス拡散層40のみが、案内ロールを通って、圧接ロール61、61間に誘導され、前記したように、長尺状の触媒層20と一体に積層される。 In the production, the entrainment roll 56 is set in the equipment, and the gas diffusion layer 40 and the auxiliary material 50 are separated from the laminated body 55 of the gas diffusion layer 40 and the auxiliary material 50. The separated auxiliary material 50 is wound on a reel (not shown) and reused as needed. Only the separated gas diffusion layer 40 is guided between the pressure welding rolls 61 and 61 through the guide roll, and is integrally laminated with the elongated catalyst layer 20 as described above.

その時のガス拡散層40に係る張力、すなわち巻き出し張力Bは、圧接ロール61、61の回転速度および接合圧力に依存するが、副資材50と分離してから圧接ロール61、61間に至るまでのガス拡散層40にブレや蛇行が生じるのを回避するために、通常、巻き出し張力Bは、前記した巻き込みロール56を製造するときにガス拡散層40に係る巻き取り張力A(例えば、20〜40N)よりも大きく、例えば、45〜80Nである。 The tension related to the gas diffusion layer 40 at that time, that is, the unwinding tension B, depends on the rotation speed and joining pressure of the pressure welding rolls 61 and 61, but from the separation from the auxiliary material 50 to the space between the pressure welding rolls 61 and 61. In order to avoid blurring and meandering in the gas diffusion layer 40, the unwinding tension B is usually set to the take-up tension A (for example, 20) related to the gas diffusion layer 40 when the winding roll 56 is manufactured. It is larger than ~ 40N), for example, 45-80N.

図4に基づき説明したように、巻き込みロール56内において、下位の積層体55aと上位の積層体55bとは、下位の積層体55aを構成する副資材50に形成した左右の壁部52、52の天面と上位の積層体55bを構成する副資材50の基部51の裏面とが直接接触した状態となっており、副資材50の静摩擦係数は1.2以上であることから、両者の間には大きな摩擦力が働いている。 As described with reference to FIG. 4, in the roll 56, the lower laminated body 55a and the upper laminated body 55b are left and right wall portions 52, 52 formed on the auxiliary material 50 constituting the lower laminated body 55a. The top surface of the auxiliary material 50 and the back surface of the base 51 of the auxiliary material 50 constituting the upper laminated body 55b are in direct contact with each other, and the coefficient of static friction of the auxiliary material 50 is 1.2 or more. Has a large frictional force.

そのために、圧接ロール61、61によるガス拡散層40の引き出し(巻き出し)によって、ガス拡散層40に大きな巻き出し張力B(>A)が作用しても、巻き込みロール56として巻き込まれている積層体55に、巻き締まり現象が生じるのを回避することができ、上下の副資材50、50間に滑りが生じるのを押え付けることができる。それにより、巻き出されるガス拡散層40が圧接ロール61、61に達するまでに、軸方向に位置ずれが生じるのを効果的に解消することができる。 Therefore, even if a large unwinding tension B (> A) acts on the gas diffusion layer 40 by pulling out (unwinding) the gas diffusion layer 40 by the pressure welding rolls 61, 61, the stack is wound as the entrainment roll 56. It is possible to prevent the winding tightening phenomenon from occurring on the body 55, and it is possible to suppress the occurrence of slippage between the upper and lower auxiliary materials 50 and 50. As a result, it is possible to effectively eliminate the axial displacement of the unwound gas diffusion layer 40 by the time it reaches the pressure contact rolls 61 and 61.

なお、図5に示した実施の形態では、圧接ロール61、61の間を通過するとき、長尺状の触媒層20と長尺状のガス拡散層40とが一体に積層されるようにしたが、長尺状の電解質膜10の上に長尺状の触媒層20を積層したものを作製し、そのようにしてつくられた長尺部材における長尺状の触媒層20の上に、長尺状のガス拡散層40を積層するようにすることもできる。その場合には、圧接ロール61、61に相当する駆動ロールの間を長尺状のガス拡散層40のみが通過することとなる。 In the embodiment shown in FIG. 5, the long catalyst layer 20 and the long gas diffusion layer 40 are integrally laminated when passing between the pressure contact rolls 61 and 61. However, a long catalyst layer 20 is laminated on the long electrolyte film 10, and the long member has a long catalyst layer 20 on the long member. It is also possible to stack the scale-shaped gas diffusion layer 40. In that case, only the long gas diffusion layer 40 passes between the pressure welding rolls 61 and the drive rolls corresponding to the 61.

また、離型シートとして機能する副資材50として、図2に示したように、窪み53が形成されているものを例示したが、ガス拡散層40の厚みは、通常、数μmであり、副資材50のより横幅を広く設定すれば、積極的に窪み53を設けなくても、前記した所要の摩擦力を得ることができる。いずれに場合も、副資材50上に占めるガス拡散層40の面積割合が90%以下であれば、所期の目的は達成可能である。さらに、高摩擦材である副資材50として、天然ゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴムのような材料を用いる場合には、剥離後に紙材と異なりシワ等が残らないために、再利用も可能である。 Further, as the auxiliary material 50 that functions as a release sheet, a material in which a recess 53 is formed is exemplified as shown in FIG. 2, but the thickness of the gas diffusion layer 40 is usually several μm, and the auxiliary material 50 is used. If the width of the material 50 is set wider, the required frictional force described above can be obtained without positively providing the recess 53. In either case, if the area ratio of the gas diffusion layer 40 to the auxiliary material 50 is 90% or less, the intended purpose can be achieved. Further, when a material such as natural rubber, butyl rubber, or styrene-butadiene rubber is used as the auxiliary material 50 which is a high friction material, it can be reused because wrinkles and the like do not remain after peeling, unlike the paper material. ..

前記したように、ガス拡散層40と副資材50とからなる積層体55の巻き込みロール56に巻き締まりが生じると、それが要因で積層体55に軸方向への位置ずれが発生し、巻き出されるガス拡散層40が位置ずれを起こす。そのような位置ずれが発生すると、膜電極ガス拡散層接合体を連続的に製造する設備を停止しての、再調整が必要となる。そこで、実施例と比較例によって、生産中の巻き締まりによる設備停止の発生割合を検証した。 As described above, when the winding roll 56 of the laminated body 55 composed of the gas diffusion layer 40 and the auxiliary material 50 is tightened, the laminated body 55 is displaced in the axial direction due to the winding tightness, and the laminated body 55 is unwound. The gas diffusion layer 40 is displaced. When such a misalignment occurs, it is necessary to stop the equipment for continuously manufacturing the membrane electrode gas diffusion layer junction and readjust it. Therefore, the rate of equipment outages due to winding tightening during production was verified using Examples and Comparative Examples.

検証に用いた触媒層20およびガス拡散層40の材料は、実施例と、比較例ともに同じであり、触媒層の材料は、一般的に使用されている白金担持カーボン+フッ素系電解質膜とし、使用したガス拡散層の材料は、一般的に使用されているカーボンペーパー+拡散層ペーストとした。 The materials of the catalyst layer 20 and the gas diffusion layer 40 used for the verification are the same in both the examples and the comparative examples, and the material of the catalyst layer is a generally used platinum-supported carbon + fluorine-based electrolyte membrane. The material of the gas diffusion layer used was a generally used carbon paper + diffusion layer paste.

副資材50として、図2に示した形状のものを用いた。実施例では、副資材50として、高摩擦材である、天然ゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴムの3種を用いた。比較例では、副資材50として、低摩擦材である紙フィルムを用いた。 As the auxiliary material 50, the one having the shape shown in FIG. 2 was used. In the examples, three types of high friction materials, natural rubber, butyl rubber, and styrene-butadiene rubber, were used as the auxiliary material 50. In the comparative example, a paper film, which is a low friction material, was used as the auxiliary material 50.

図5に示した形態の設備を用いて、触媒層20とガス拡散層40との積層体(電極)60を作製した。実験は、触媒層とガス拡散層の搬送速度を1〜10m/min、拡散層の巻き取り張力を20〜40N、巻き出し張力を45〜80N、触媒層とガス拡散層との接合温度を100〜150℃、接合時の圧力を2〜6kNの間で、変化させながら、複数個の積層体(電極)60を製造した。そして、生産中に発生した巻き締まりによって、設備を停止しなければならなくなった割合を検証した。その結果を、副資材の静止摩擦係数と共に、表1に示した。 Using the equipment of the form shown in FIG. 5, a laminated body (electrode) 60 of the catalyst layer 20 and the gas diffusion layer 40 was produced. In the experiment, the transport speed between the catalyst layer and the gas diffusion layer was 1 to 10 m / min, the take-up tension of the diffusion layer was 20 to 40 N, the unwinding tension was 45 to 80 N, and the bonding temperature between the catalyst layer and the gas diffusion layer was 100. A plurality of laminates (electrodes) 60 were manufactured while changing the bonding pressure between 2 and 6 kN at ~ 150 ° C. Then, we examined the rate at which the equipment had to be shut down due to the tightening that occurred during production. The results are shown in Table 1 together with the coefficient of static friction of the auxiliary materials.

Figure 0006973241
Figure 0006973241

[考察]
表1に示すように、副資材として、静摩擦係係数が0.5である低摩擦材(紙フィルム)を用いた場合には、生産中に設備を停止せざるを得なかった割合は50%であった。一方、副資材として、静摩擦係数が1.2以上である高摩擦材を用いた場合は、生産中に設備を停止せざるを得ないような不都合は、まったく生じなかった。このことから、本発明による膜電極ガス拡散層接合体の連続製造方法の優位性が示された。
[Discussion]
As shown in Table 1, when a low friction material (paper film) with a static friction coefficient of 0.5 was used as an auxiliary material, the ratio of having to stop the equipment during production was 50%. Met. On the other hand, when a high friction material having a coefficient of static friction of 1.2 or more was used as the auxiliary material, there was no inconvenience that the equipment had to be stopped during production. From this, the superiority of the continuous manufacturing method of the membrane electrode gas diffusion layer bonded body according to the present invention was shown.

10…長尺状の電解質膜、
20…長尺状の触媒層、
40…長尺状のガス拡散層、
41…長尺状のガス拡散層の基材、
42…ホッパー、
43…拡散層ペースト、
45…乾燥炉、
50…離型シートとしての長尺状の副資材、
51…副資材の基部、
52…壁部、
53…窪み、
55…ガス拡散層と副資材との積層体、
55a…巻き込みロールにおける下位の積層体、
55b…巻き込みロールにおける上位の積層体、
56…積層体の巻き込みロール、
57…リール、
60、70…長尺状の触媒層と長尺状のガス拡散層との積層体である電極、
61…圧接ロール、
80…長尺状の膜電極ガス拡散層接合体、
100…燃料電池セル。
10 ... Long electrolyte membrane,
20 ... Long catalyst layer,
40 ... A long gas diffusion layer,
41 ... A base material of a long gas diffusion layer,
42 ... Hopper,
43 ... Diffusion layer paste,
45 ... Drying furnace,
50 ... Long auxiliary material as a release sheet,
51 ... The base of auxiliary materials,
52 ... Wall,
53 ... dent,
55 ... Laminated body of gas diffusion layer and auxiliary materials,
55a ... Lower laminated body in entanglement roll,
55b ... Upper laminated body in entanglement roll,
56 ... Roll of laminated body,
57 ... reel,
60, 70 ... Electrodes that are a laminate of a long catalyst layer and a long gas diffusion layer,
61 ... Pressure welding roll,
80 ... Elongated membrane electrode gas diffusion layer junction,
100 ... Fuel cell.

Claims (1)

ロール状に巻き込まれた長尺状の触媒層とロール状に巻き込まれた長尺状のガス拡散層とを各ロールから巻き出しながら長尺状の電解質膜の上に積層していく工程を少なくとも含む膜電極ガス拡散層接合体の連続製造方法であって、
前記長尺状のガス拡散層は長尺状の副資材との積層体としてロール状に巻き込まれており、前記積層体において、前記副資材上に占める前記ガス拡散層の面積割合は90%以下であり、前記ロールにおいて、上位の前記積層体を構成する前記副資材の裏面と、下位の前記積層体を構成する前記副資材の天面とはその一部で当接しており、前記ロールからの巻き出し時には前記副資材と前記ガス拡散層とは分離し、分離後の前記ガス拡散層のみが前記積層工程に送り出されるようになっており、前記副資材の横幅は前記ガス拡散層の横幅よりも広く、かつ前記副資材の静摩擦係数は1.2以上である、ことを特徴とする膜電極ガス拡散層接合体の連続製造方法。
At least the step of laminating a long catalyst layer wound in a roll and a long gas diffusion layer wound in a roll on a long electrolyte membrane while unwinding from each roll. A method for continuously manufacturing a membrane electrode gas diffusion layer bonded body containing a film electrode.
The long gas diffusion layer is rolled up as a laminated body with a long auxiliary material, and the area ratio of the gas diffusion layer to the auxiliary material in the laminated body is 90% or less. In the roll, the back surface of the auxiliary material constituting the upper laminated body and the top surface of the auxiliary material constituting the lower laminated body are in contact with each other at a part thereof, and from the roll. At the time of unwinding, the auxiliary material and the gas diffusion layer are separated, and only the separated gas diffusion layer is sent out to the laminating step, and the width of the auxiliary material is the width of the gas diffusion layer. A method for continuously producing a membrane electrode gas diffusion layer bonded body, which is broader than the above and has a static friction coefficient of 1.2 or more of the auxiliary material.
JP2018066040A 2018-03-29 2018-03-29 Continuous manufacturing method of membrane electrode gas diffusion layer bonded body Active JP6973241B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018066040A JP6973241B2 (en) 2018-03-29 2018-03-29 Continuous manufacturing method of membrane electrode gas diffusion layer bonded body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018066040A JP6973241B2 (en) 2018-03-29 2018-03-29 Continuous manufacturing method of membrane electrode gas diffusion layer bonded body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019175819A JP2019175819A (en) 2019-10-10
JP6973241B2 true JP6973241B2 (en) 2021-11-24

Family

ID=68167588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018066040A Active JP6973241B2 (en) 2018-03-29 2018-03-29 Continuous manufacturing method of membrane electrode gas diffusion layer bonded body

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6973241B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7276209B2 (en) * 2020-03-12 2023-05-18 トヨタ自動車株式会社 METHOD FOR MANUFACTURING LAMINATE FOR FUEL CELL

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019175819A (en) 2019-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11038188B2 (en) Manufacturing device and manufacturing method of fuel cell component
JP6210352B2 (en) Lamination device including electrode guide
KR101956029B1 (en) Device and method for manufacturing membrane-electrode assembly of fuel cell
WO2017197753A1 (en) Split calendering and one-time film coating lithium replenishment apparatus
KR101712290B1 (en) Electrolyte membrane roll body
JP6973241B2 (en) Continuous manufacturing method of membrane electrode gas diffusion layer bonded body
KR102503562B1 (en) Apparatus for progressing web used in making electrode of secondary battery
JP5935670B2 (en) Electrode manufacturing apparatus and electrode manufacturing method
JP6231259B2 (en) Method of manufacturing membrane electrode assembly for fuel cell
EP4261962A1 (en) Method for manufacturing membrane electrode
JP6673241B2 (en) Band-like member bonding method and band-like member bonding apparatus
CN105845897B (en) Split calendering split composite lithium supplementing device
JP2010129435A (en) Method of manufacturing membrane electrode assembly for fuel cell
JP2020035687A (en) Method for manufacturing membrane electrode gas diffusion layer assembly
CN113967699B (en) Splicing method and equipment for ultrathin lithium foil or lithium strip
JP2007323975A (en) Gas diffusion body of fuel cell
JP2015032416A (en) Membrane transferring device and transferring method for membrane
JP2014101221A (en) Strip carrier device
WO2016059693A1 (en) Electrode sheet production device and production method
JP2005166385A (en) Manufacturing method and manufacturing device of fuel cell stack
KR101886499B1 (en) Apparatus for manufacturing membrane-electrode assembly for fuel cell
JP2017111999A (en) Manufacturing apparatus for film electrode joint
JP2019079671A (en) Joining method
JP2010212005A (en) Manufacturing method and manufacturing device of fuel cell electrode
JP2022075067A (en) Manufacturing method of electrode assembly for fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201026

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210720

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210721

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210907

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211005

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211018

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6973241

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151