JPH1064574A - 固体高分子電解質型燃料電池の製造方法 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池の製造方法Info
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- JPH1064574A JPH1064574A JP8223560A JP22356096A JPH1064574A JP H1064574 A JPH1064574 A JP H1064574A JP 8223560 A JP8223560 A JP 8223560A JP 22356096 A JP22356096 A JP 22356096A JP H1064574 A JPH1064574 A JP H1064574A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】単電池を構成する触媒層−電解質接合体の触媒
層の膜厚や触媒量が制御性よく、さらには効率よく形成
される製造方法を得る。 【解決手段】長尺の電解質膜１０Ａ、例えばスクリーン
印刷により触媒層９Ａを形成した長尺のフィルム６Ａ、
および同じく触媒層９Ｂを形成した長尺のフィルム６Ｂ
を熱間ロール１２に送り、例えば温度 80 〜150 ℃、膜
厚の変形率を30〜80％として、触媒層９Ａ，９Ｂをフィ
ルム６Ａ，６Ｂより電解質膜１０Ａへと転写し、剥離ロ
ール１３においてフィルム６Ａ，６Ｂを離脱させて、触
媒層−電解質接合体を形成する。
層の膜厚や触媒量が制御性よく、さらには効率よく形成
される製造方法を得る。 【解決手段】長尺の電解質膜１０Ａ、例えばスクリーン
印刷により触媒層９Ａを形成した長尺のフィルム６Ａ、
および同じく触媒層９Ｂを形成した長尺のフィルム６Ｂ
を熱間ロール１２に送り、例えば温度 80 〜150 ℃、膜
厚の変形率を30〜80％として、触媒層９Ａ，９Ｂをフィ
ルム６Ａ，６Ｂより電解質膜１０Ａへと転写し、剥離ロ
ール１３においてフィルム６Ａ，６Ｂを離脱させて、触
媒層−電解質接合体を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
型燃料電池の製造方法、特に、触媒層の膜厚や触媒量が
容易に調整して形成される触媒層−電解質接合体の製造
方法に関する。
型燃料電池の製造方法、特に、触媒層の膜厚や触媒量が
容易に調整して形成される触媒層−電解質接合体の製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、電解質層の両面に触媒層を
配置し、水素と酸素を供給して電気化学反応により発電
する装置である。固体高分子電解質型燃料電池は、電解
質層として例えばパーフルオロスルホン酸樹脂膜等のイ
オン交換膜を用いるもので、その両面に白金あるいは白
金化合物等よりなる触媒層、多孔質カーボンペーパー等
よりなる電極基材を密着して配し、さらにこれらをガス
供給用の通路を備えたガス不透過性のセパレータで挟ん
で、基本単位となる単電池が構成されている。
配置し、水素と酸素を供給して電気化学反応により発電
する装置である。固体高分子電解質型燃料電池は、電解
質層として例えばパーフルオロスルホン酸樹脂膜等のイ
オン交換膜を用いるもので、その両面に白金あるいは白
金化合物等よりなる触媒層、多孔質カーボンペーパー等
よりなる電極基材を密着して配し、さらにこれらをガス
供給用の通路を備えたガス不透過性のセパレータで挟ん
で、基本単位となる単電池が構成されている。
【０００３】固体高分子電解質型燃料電池においては、
電気化学反応は電解質層と触媒層との界面のみで生じる
ため、触媒層を均一に薄く形成し、電解質層と触媒層と
の接合面を強固にすることが必要となる。したがって、
多孔質の電極基材の上、あるいは電解質層の上に、超音
波分散法や沈降法、あるいは印刷やスプレーによって触
媒層を形成し、触媒層と電解質層を加熱圧着して一体化
する方法が用いられている。このうち、一般的に用いら
れている超音波分散法、あるいは沈降法では、信頼度の
高い触媒層が得られるが、製造工程が長く製作コストが
高くなるという難点がある。これに対して、印刷やスプ
レーによって触媒層を形成する方法は、製造工程が短く
なり製作コストが安くなる可能性があるので、効果的な
方法として注目されている。
電気化学反応は電解質層と触媒層との界面のみで生じる
ため、触媒層を均一に薄く形成し、電解質層と触媒層と
の接合面を強固にすることが必要となる。したがって、
多孔質の電極基材の上、あるいは電解質層の上に、超音
波分散法や沈降法、あるいは印刷やスプレーによって触
媒層を形成し、触媒層と電解質層を加熱圧着して一体化
する方法が用いられている。このうち、一般的に用いら
れている超音波分散法、あるいは沈降法では、信頼度の
高い触媒層が得られるが、製造工程が長く製作コストが
高くなるという難点がある。これに対して、印刷やスプ
レーによって触媒層を形成する方法は、製造工程が短く
なり製作コストが安くなる可能性があるので、効果的な
方法として注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、印刷や
スプレーによって触媒層を形成する方法においては、多
孔質の電極基材の上に形成する場合には、触媒層が電極
基材の中に入り込むので、触媒層の膜厚の調整および均
一性の確保が困難となり、さらに孔を塞いでガスの通流
性能を阻害し、電池特性が低下する可能性が大きくな
る。また、触媒層を電解質の上に形成する場合には、イ
ンク内の溶剤あるいは液体によって、電解質の膨潤変形
が生じて形状保持が困難となり、膜厚の調整および均一
性の確保が容易でない。
スプレーによって触媒層を形成する方法においては、多
孔質の電極基材の上に形成する場合には、触媒層が電極
基材の中に入り込むので、触媒層の膜厚の調整および均
一性の確保が困難となり、さらに孔を塞いでガスの通流
性能を阻害し、電池特性が低下する可能性が大きくな
る。また、触媒層を電解質の上に形成する場合には、イ
ンク内の溶剤あるいは液体によって、電解質の膨潤変形
が生じて形状保持が困難となり、膜厚の調整および均一
性の確保が容易でない。
【０００５】さらに、多孔質の電極基材の上に触媒層を
形成し、電解質と一体化するためにプレスにより加圧す
ると、加わる圧力に局所的なバラツキが生じるので、電
解質が過剰に圧縮される部分が生じて、電解質が局所的
に破壊される危険性が多大となる。また、触媒層−電解
質接合体の製造工程が、印刷やスプレーによって触媒層
を形成する工程と加熱圧着して一体化する工程との二つ
の工程からなるので、これを分離し行えば、生産性が低
下するという難点がある。
形成し、電解質と一体化するためにプレスにより加圧す
ると、加わる圧力に局所的なバラツキが生じるので、電
解質が過剰に圧縮される部分が生じて、電解質が局所的
に破壊される危険性が多大となる。また、触媒層−電解
質接合体の製造工程が、印刷やスプレーによって触媒層
を形成する工程と加熱圧着して一体化する工程との二つ
の工程からなるので、これを分離し行えば、生産性が低
下するという難点がある。
【０００６】本発明の目的は、単電池を構成する触媒層
−電解質接合体の触媒層の膜厚や触媒量が制御性よく、
さらには効率よく形成され、優れた特性を備える固体高
分子電解質型燃料電池の製造方法を提供することにあ
る。
−電解質接合体の触媒層の膜厚や触媒量が制御性よく、
さらには効率よく形成され、優れた特性を備える固体高
分子電解質型燃料電池の製造方法を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、 （１）例えばスクリーン印刷によってフィルム上に形成
した触媒層を、例えば熱間プレスあるいは熱間ロールに
よって電解質として用いるイオン交換膜に転写し、一体
化して、固体高分子電解質型燃料電池の触媒層−電解質
接合体を形成することとする。
めに、本発明においては、 （１）例えばスクリーン印刷によってフィルム上に形成
した触媒層を、例えば熱間プレスあるいは熱間ロールに
よって電解質として用いるイオン交換膜に転写し、一体
化して、固体高分子電解質型燃料電池の触媒層−電解質
接合体を形成することとする。
【０００８】（２）また、スクリーン印刷によってフィ
ルム上に触媒層を形成し、連続して熱間ロールによって
イオン交換膜へ転写し、一体化して触媒層−電解質接合
体を形成することとする。上記の（１）のごとく、フィ
ルム上に、例えばスクリーン印刷によって触媒層を形成
することとすれば、所定の膜厚の触媒層を制御性よく形
成でき、この触媒層をイオン交換膜に転写して一体化す
れば、所定の膜厚の触媒層を備えた触媒層−電解質接合
体が得られる。したがって、熱間プレスを用いて転写す
れば所定の膜厚の触媒層を備えた、例えば方形状の触媒
層−電解質接合体が得られ、熱間ロールを用いて転写す
れば所定の膜厚の触媒層を備えた、例えば長尺の触媒層
−電解質接合体が得られることとなる。
ルム上に触媒層を形成し、連続して熱間ロールによって
イオン交換膜へ転写し、一体化して触媒層−電解質接合
体を形成することとする。上記の（１）のごとく、フィ
ルム上に、例えばスクリーン印刷によって触媒層を形成
することとすれば、所定の膜厚の触媒層を制御性よく形
成でき、この触媒層をイオン交換膜に転写して一体化す
れば、所定の膜厚の触媒層を備えた触媒層−電解質接合
体が得られる。したがって、熱間プレスを用いて転写す
れば所定の膜厚の触媒層を備えた、例えば方形状の触媒
層−電解質接合体が得られ、熱間ロールを用いて転写す
れば所定の膜厚の触媒層を備えた、例えば長尺の触媒層
−電解質接合体が得られることとなる。
【０００９】また上記の（２）のごとく、長尺のフィル
ム上にスクリーン印刷によって触媒層を形成し、連続し
て熱間ロールによってイオン交換膜へ転写すれば、連続
した工程により長尺の触媒層−電解質接合体が得られる
こととなるので、生産性よく製造することができる。
ム上にスクリーン印刷によって触媒層を形成し、連続し
て熱間ロールによってイオン交換膜へ転写すれば、連続
した工程により長尺の触媒層−電解質接合体が得られる
こととなるので、生産性よく製造することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の固体高分子電解質
型燃料電池の製造方法による触媒層−電解質接合体の形
成方法の実施例を図面を用いて説明する。図１は、スク
リーン印刷によるフィルム上への触媒層の形成法の実施
例を示す模式図である。触媒を含むインク１は、液状テ
ルビネオール（Ｃ10Ｈ18Ｏ） 100[ml]に結合材のポリビ
ニールアルコール 10[g]を混合した溶液に、10〜30 [wt
％] となる触媒を添加して、粘度を 5〜30 [Pa・s]に調
整し製作したもので、枠２に固定されたスクリーンメッ
シュ３の上に投入されている。スクリーンメッシュ３の
下部のベース５の上に、ロール８Ａ，８Ｂによって水平
方向に移動可能に配されたフィルム６は、表面にシリコ
ンをコーティングした膜厚が 100 [μm]、幅が 140[mm]
のポリテテトラフロロエチレン系フィルムである。
型燃料電池の製造方法による触媒層−電解質接合体の形
成方法の実施例を図面を用いて説明する。図１は、スク
リーン印刷によるフィルム上への触媒層の形成法の実施
例を示す模式図である。触媒を含むインク１は、液状テ
ルビネオール（Ｃ10Ｈ18Ｏ） 100[ml]に結合材のポリビ
ニールアルコール 10[g]を混合した溶液に、10〜30 [wt
％] となる触媒を添加して、粘度を 5〜30 [Pa・s]に調
整し製作したもので、枠２に固定されたスクリーンメッ
シュ３の上に投入されている。スクリーンメッシュ３の
下部のベース５の上に、ロール８Ａ，８Ｂによって水平
方向に移動可能に配されたフィルム６は、表面にシリコ
ンをコーティングした膜厚が 100 [μm]、幅が 140[mm]
のポリテテトラフロロエチレン系フィルムである。
【００１１】本構成において、スキージ４を用いてイン
ク１をフィルム６へとベタ印刷し、70[mm]×70[mm]のイ
ンク印刷層７を形成した。スクリーンメッシュ３のメッ
シュを 150〜500 に変化させて形成したとき、膜厚が 5
〜100[μm]のインク印刷層７が形成された。また、印刷
後、 80 〜150 ℃で乾燥して得られた触媒層の単位面積
当たりの触媒量は、約２〜５[mg/cm2]であった。
ク１をフィルム６へとベタ印刷し、70[mm]×70[mm]のイ
ンク印刷層７を形成した。スクリーンメッシュ３のメッ
シュを 150〜500 に変化させて形成したとき、膜厚が 5
〜100[μm]のインク印刷層７が形成された。また、印刷
後、 80 〜150 ℃で乾燥して得られた触媒層の単位面積
当たりの触媒量は、約２〜５[mg/cm2]であった。
【００１２】図２は、フィルム上に形成された触媒層の
熱間プレスによる電解質層への転写法の実施例を示す模
式図である。図のごとく、触媒層９を形成したフィルム
６で電解質膜１０を挟み、熱間プレス１１Ａ，１１Ｂに
よって、温度 80 〜150 ℃において、加圧力 5〜20×10
6[Pa] を加えることにより、触媒層９はフィルム６より
電解質膜１０へと転写された。
熱間プレスによる電解質層への転写法の実施例を示す模
式図である。図のごとく、触媒層９を形成したフィルム
６で電解質膜１０を挟み、熱間プレス１１Ａ，１１Ｂに
よって、温度 80 〜150 ℃において、加圧力 5〜20×10
6[Pa] を加えることにより、触媒層９はフィルム６より
電解質膜１０へと転写された。
【００１３】図３は、フィルム上に形成された触媒層の
熱間ロールによる電解質層への転写法の実施例を示す模
式図である。長尺の電解質膜１０Ａ、触媒層９Ａを形成
した長尺のフィルム６Ａ、同じく触媒層９Ｂを形成した
長尺のフィルム６Ｂを、触媒層９Ａと触媒層９Ｂが電解
質膜１０Ａに面するように配して、熱間ロール１２に送
り、温度 80 〜150 ℃において、膜厚の変形率を30〜80
％として、触媒層９Ａと触媒層９Ｂの電解質膜１０への
転写を行った。なお、フィルム６Ａ，６Ｂは、剥離ロー
ル１３において触媒層９Ａ，９Ｂと電解質１０Ａの接合
体より分離されるよう構成されている。
熱間ロールによる電解質層への転写法の実施例を示す模
式図である。長尺の電解質膜１０Ａ、触媒層９Ａを形成
した長尺のフィルム６Ａ、同じく触媒層９Ｂを形成した
長尺のフィルム６Ｂを、触媒層９Ａと触媒層９Ｂが電解
質膜１０Ａに面するように配して、熱間ロール１２に送
り、温度 80 〜150 ℃において、膜厚の変形率を30〜80
％として、触媒層９Ａと触媒層９Ｂの電解質膜１０への
転写を行った。なお、フィルム６Ａ，６Ｂは、剥離ロー
ル１３において触媒層９Ａ，９Ｂと電解質１０Ａの接合
体より分離されるよう構成されている。
【００１４】図４は、フィルム上への触媒層の形成と形
成した触媒層の電解質層への転写を連続して行う触媒層
−電解質接合体の形成方法の実施例を示す模式図であ
る。本実施例は、図１に示したフィルム上への触媒層の
形成法と図３に示した電解質層への転写法を連続して行
うよう構成したものである。一組の長尺のフィルム６Ａ
およびフィルム６Ｂに、それぞれ触媒を含むインク１を
スクリーンメッシュ３を通して印刷することによりイン
ク印刷層を形成し、 80 〜150 ℃に加熱したヒータ１４
Ａ，１４Ｂの上を通過させてインク印刷層を乾燥し触媒
層９Ａ，９Ｂを形成する。このように触媒層９Ａ，９Ｂ
を形成したフィルム６Ａ，６Ｂを、それぞれの触媒層９
Ａ，９Ｂを対面させるように配置し、その間に電解質膜
１０Ａを介装して熱間ロール１２へと送り、温度 80 〜
150 ℃、膜厚の変形率30〜80％の条件で触媒層９Ａ，９
Ｂを電解質膜１０Ａへと転写する。転写を終えたフィル
ムは剥離ロール１３において剥離され、電解質膜１０Ａ
の両面に触媒層９Ａ，９Ｂが形成された触媒層−電解質
接合体が得られることとなる。
成した触媒層の電解質層への転写を連続して行う触媒層
−電解質接合体の形成方法の実施例を示す模式図であ
る。本実施例は、図１に示したフィルム上への触媒層の
形成法と図３に示した電解質層への転写法を連続して行
うよう構成したものである。一組の長尺のフィルム６Ａ
およびフィルム６Ｂに、それぞれ触媒を含むインク１を
スクリーンメッシュ３を通して印刷することによりイン
ク印刷層を形成し、 80 〜150 ℃に加熱したヒータ１４
Ａ，１４Ｂの上を通過させてインク印刷層を乾燥し触媒
層９Ａ，９Ｂを形成する。このように触媒層９Ａ，９Ｂ
を形成したフィルム６Ａ，６Ｂを、それぞれの触媒層９
Ａ，９Ｂを対面させるように配置し、その間に電解質膜
１０Ａを介装して熱間ロール１２へと送り、温度 80 〜
150 ℃、膜厚の変形率30〜80％の条件で触媒層９Ａ，９
Ｂを電解質膜１０Ａへと転写する。転写を終えたフィル
ムは剥離ロール１３において剥離され、電解質膜１０Ａ
の両面に触媒層９Ａ，９Ｂが形成された触媒層−電解質
接合体が得られることとなる。
【００１５】本方法を用いれば、触媒層−電解質接合体
の触媒層を、例えば５〜50μm の範囲の膜厚のうち任意
の膜厚で、制御性よく、かつ高い均一性を備えて形成で
きるとともに、連続して形成できるので、より効率的に
製造できることとなる。
の触媒層を、例えば５〜50μm の範囲の膜厚のうち任意
の膜厚で、制御性よく、かつ高い均一性を備えて形成で
きるとともに、連続して形成できるので、より効率的に
製造できることとなる。
【００１６】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、 （１）例えばスクリーン印刷によってフィルム上に形成
した触媒層を、例えば熱間プレスあるいは熱間ロールに
よって電解質として用いるイオン交換膜に転写し、一体
化して、固体高分子電解質型燃料電池の触媒層−電解質
接合体を形成することとしたので、触媒層の膜厚や触媒
量が制御性よく形成され、優れた特性を備える固体高分
子電解質型燃料電池の製造方法が得られることとなっ
た。
した触媒層を、例えば熱間プレスあるいは熱間ロールに
よって電解質として用いるイオン交換膜に転写し、一体
化して、固体高分子電解質型燃料電池の触媒層−電解質
接合体を形成することとしたので、触媒層の膜厚や触媒
量が制御性よく形成され、優れた特性を備える固体高分
子電解質型燃料電池の製造方法が得られることとなっ
た。
【００１７】（２）また、スクリーン印刷によってフィ
ルム上に触媒層を形成し、連続して熱間ロールによって
イオン交換膜へ転写し、一体化して触媒層−電解質接合
体を形成することとすれば、触媒層の膜厚や触媒量が制
御性よく形成されるばかりでなく、連続して効率よく形
成できるので、優れた特性を備える固体高分子電解質型
燃料電池の製造方法として好適である。
ルム上に触媒層を形成し、連続して熱間ロールによって
イオン交換膜へ転写し、一体化して触媒層−電解質接合
体を形成することとすれば、触媒層の膜厚や触媒量が制
御性よく形成されるばかりでなく、連続して効率よく形
成できるので、優れた特性を備える固体高分子電解質型
燃料電池の製造方法として好適である。
【図１】スクリーン印刷によるフィルム上への触媒層の
形成法の実施例を示す模式図
形成法の実施例を示す模式図
【図２】フィルム上に形成された触媒層の熱間プレスに
よる電解質層への転写法の実施例を示す模式図
よる電解質層への転写法の実施例を示す模式図
【図３】フィルム上に形成された触媒層の熱間ロールに
よる電解質層への転写法の実施例を示す模式図
よる電解質層への転写法の実施例を示す模式図
【図４】フィルム上への触媒層の形成と形成した触媒層
の電解質層への転写を連続して行う触媒層−電解質接合
体の形成方法の実施例を示す模式図
の電解質層への転写を連続して行う触媒層−電解質接合
体の形成方法の実施例を示す模式図
１ インク ２ 枠 ３ スクリーンメッシュ ４ スキージ ６ フィルム ６Ａ，６Ｂ フィルム ７ インク印刷層 ８Ａ，８Ｂ ロール ９ 触媒層 ９Ａ，９Ｂ 触媒層 １０ 電解質膜 １０Ａ，１０Ｂ 電解質膜 １１Ａ，１１Ｂ 熱間プレス １２ 熱間ロール １３ 剥離ロール １４Ａ，１４Ｂ ヒータ
Claims (5)
- 【請求項１】フィルム上に形成した触媒層を、電解質と
して用いるイオン交換膜に転写し、一体化して触媒層−
電解質接合体を形成することを特徴とする固体高分子電
解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項２】イオン交換膜への触媒層の転写を、熱間プ
レスにより行うことを特徴とする請求項１に記載の固体
高分子電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項３】イオン交換膜への触媒層の転写を、熱間ロ
ールにより行うことを特徴とする請求項１に記載の固体
高分子電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項４】フィルム上への触媒層の形成を、スクリー
ン印刷により行うことを特徴とする請求項１、２または
３に記載の固体高分子電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項５】スクリーン印刷によりフィルム上に触媒層
を形成し、連続して熱間ロールによりイオン交換膜へ転
写し、一体化して触媒層−電解質接合体を形成すること
を特徴とする請求項１に記載の固体高分子電解質型燃料
電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8223560A JPH1064574A (ja) | 1996-08-26 | 1996-08-26 | 固体高分子電解質型燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8223560A JPH1064574A (ja) | 1996-08-26 | 1996-08-26 | 固体高分子電解質型燃料電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1064574A true JPH1064574A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16800081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8223560A Pending JPH1064574A (ja) | 1996-08-26 | 1996-08-26 | 固体高分子電解質型燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1064574A (ja) |
Cited By (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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