JP4550784B2 - Manufacturing method of electrolyte structure - Google Patents
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Description
本発明は、基材の表面に電解質膜を形成してなる膜付基材に触媒材を塗布して電解質構造体を得ることを特徴とする電解質構造体の製造方法の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a method for producing an electrolyte structure, which is characterized in that an electrolyte structure is obtained by applying a catalyst material to a film-coated substrate formed by forming an electrolyte membrane on the surface of the substrate.
近年、電解質構造体を備える燃料電池(固体高分子形燃料電池とも云う。)は、低温で作動し出力密度が高く小型化が可能であるという特徴を有することから、車載用電源などへの応用が期待され、その研究開発が盛んに行われている。 In recent years, a fuel cell (also referred to as a polymer electrolyte fuel cell) including an electrolyte structure has characteristics that it operates at a low temperature, has a high output density, and can be miniaturized. Therefore, the research and development is actively conducted.
燃料電池の電解質構造体は、基材の表面に電解質膜及び触媒材を形成してなる積層体であり、この電解質構造体を均質、安価で且つ大量に製造する技術を確立することが重要な課題となっている。 An electrolyte structure of a fuel cell is a laminate formed by forming an electrolyte membrane and a catalyst material on the surface of a base material, and it is important to establish a technique for manufacturing the electrolyte structure in a homogeneous, inexpensive and large quantity. It has become a challenge.
従来、基材の表面に電解質膜を塗布してなる膜付基材を得る。そして、この膜付基材を乾燥して乾燥体を得る製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1を次図に基づいて説明する。
図9は従来の技術の基本構成を説明する図であり、電解質構造体の製造装置100は、基材101を巻き出す基材巻き出し装置102と、基材101に電解質膜の溶液103を塗布して膜付基材104を得る塗布装置105と、支持材106を巻き出す支持材巻き出し装置107と、基材101に塗布された電解質膜108に、支持材106を重ね合わせて膜付部材104を含む積層体109を得る積層ロール110及び、積層体109を乾燥する乾燥器111・・・(・・・は複数を示す。以下同じ。)と、乾燥した積層体109を巻き取る巻取り装置112を備えた装置である。そして、基材巻き出し装置102及び支持材巻き出し装置107のボビン114、115の回転トルクを調整し、基材101及び支持材106に所定の張力を付与することで、積層体109において、しわのない膜付基材104を得るというものである。
Patent document 1 is demonstrated based on the following figure.
FIG. 9 is a diagram for explaining a basic configuration of a conventional technique. An electrolyte
しかし、基材101に電解質膜108を形成した後、膜付部材104をすぐに巻き取ると、電解質膜108がまだ柔らかいために、電解質膜108が崩れてしまう。
However, if the membrane-coated
電解質膜108の強度を高めるために、巻き取る前に電解質膜108を乾燥器111・・・で急激に乾燥させると、電解質膜108は脱湿され、電解質膜108に収縮が起きる。
In order to increase the strength of the
電解質膜108は吸湿性及び撥水性に富んでいる材料であり、湿分を大量に吸湿した電解質膜108を脱湿すると、収縮する量は大きい。このように、電解質膜108の膨張又は収縮により、基材101上に一体化した電解質膜108が剥離したり、電解質膜108にしわが発生するという問題が残る。
基材101上の電解質膜108に剥離やしわが発生しない製造方法を確立することが望まれる。
The
It is desired to establish a manufacturing method in which peeling or wrinkle does not occur in the
そこで、本発明は、電解質膜の基材からの剥離や基材上の電解質膜のしわを防止する電解質構造体を製造する技術を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the technique which manufactures the electrolyte structure which prevents peeling from the base material of an electrolyte membrane, or the wrinkle of the electrolyte membrane on a base material.
請求項1に係る発明は、所定の湿度に調整した雰囲気中で、基材の表面に電解質膜を形成し膜付基材を得る膜形成工程と、得られた膜付基材を所定の湿度と同等の湿度に調整した雰囲気中で加湿する第1加湿工程と、加湿された膜付基材に触媒材を塗布して触媒付基材を得る塗布工程と、得られた触媒付基材を所定の湿度と同等の湿度に調整した雰囲気中で加湿する第2加湿工程と、加湿された触媒付基材を乾燥して乾燥体を得る乾燥工程と、
からなることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a film formation step of forming an electrolyte membrane on the surface of a substrate to obtain a substrate with a film in an atmosphere adjusted to a predetermined humidity, and the obtained substrate with a film is subjected to a predetermined humidity. A first humidifying step of humidifying in an atmosphere adjusted to a humidity equivalent to the above, a coating step of applying a catalyst material to the humidified substrate with a film to obtain a substrate with catalyst, and the obtained substrate with catalyst A second humidification step of humidifying in an atmosphere adjusted to a humidity equivalent to a predetermined humidity, a drying step of drying the humidified base material with catalyst and obtaining a dried body ,
Or characterized in that the Ranaru.
請求項1に係る発明では、所定の湿度に調整した雰囲気中で加湿し、膜付基材に触媒材を塗布して触媒付基材を形成し、その後、得られた触媒付基材を所定の湿度と同等の湿度に調整した雰囲気中で加湿し、この触媒付基材を乾燥して乾燥体を形成するようにした。 In the invention according to claim 1 , humidification is performed in an atmosphere adjusted to a predetermined humidity, a catalyst material is applied to the film-coated substrate to form the catalyst-coated substrate, and then the obtained catalyst-coated substrate is Humidification was performed in an atmosphere adjusted to a humidity equivalent to the above humidity, and the substrate with catalyst was dried to form a dried body .
吸水性及び撥水性に富む電解質膜に膜付基材を得るときの雰囲気と同等の湿度調整した雰囲気中で加湿する加湿工程において、適度な湿分を付加することにより、電解質膜の過度な収縮を防止することができる。電解質膜が過度に収縮することを防止することで、基材から電解質膜が剥離するという問題を防止することができる。
この結果、基材上の電解質膜が剥離し難い電解質構造体を製造することができるという利点がある。
Excessive shrinkage of the electrolyte membrane by adding moderate moisture in the humidification process of humidifying in an atmosphere adjusted to the same humidity as the atmosphere for obtaining a membrane-coated substrate on an electrolyte membrane rich in water absorption and water repellency Can be prevented. By preventing the electrolyte membrane from shrinking excessively, it is possible to prevent the problem that the electrolyte membrane peels from the base material.
As a result, there is an advantage that an electrolyte structure in which the electrolyte membrane on the substrate is difficult to peel can be manufactured.
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals .
図1は本発明で用いる膜付基材を説明する図であり、基材21の表面21aに電解質膜22・・・を形成してなる膜付基材23を得る。
所定の湿度に調整した雰囲気中で、基材21の表面21aに電解質膜22を形成し膜付基材23を得る。所定の温度は、40%〜60%、好ましくは50%である。膜付基材23は、ロール部材24の形で供給され、このロール部材24を巻き出すことにより得られる。
FIG. 1 is a diagram for explaining a film-coated substrate used in the present invention , and a film-coated
In an atmosphere adjusted to a Jo Tokoro humidity, obtaining Makuzuke
基材21の表面に形成した電解質膜22は、ロール部材24の巻き出し方向に、断続的に配置されている。また、電解質膜22の幅方向の長さは、基材21の幅よりも小さい。
ここで、基材21とは、多孔質の材料で、電解質を含浸させるためのもと材となるものであり、電解質膜22を補強する部材である。
The
Here, the
図2は図1の2−2線断面図であり、膜付部材の構造を説明する図である。
巻き出した膜付基材23は、幅方向水平に延ばした基材21と、この基材21の表面21aに密着させた電解質膜22と、からなる2層構造の部材である。
2 2 of FIG. 1 - is a two-wire cross-sectional view diagrams for explaining the structure of Makuzuke member.
The
図3は本発明に係る触媒付基材の断面図であり、触媒付基材26の構造を説明する図である。
電解質膜22の表面22aに触媒材25を塗布すると、膜付基材23は触媒付基材26となる。
Figure 3 is a cross-sectional view of the engagement Ru catalysts substrate with the present invention, is a diagram illustrating the structure of the catalyst substrate with 26.
When applying the
触媒付基材26は、基材21と、基材21の表面21aに配置した電解質膜22と、電解質膜22の表面22aに配置した触媒材25と、からなる3層構造の部材である。
すなわち、塗布工程において、膜付基材23に触媒材25を塗布して触媒付基材26を得る。
The base material with
That is, in the coating step, the
図4は本発明で用いる乾燥室を説明する図である。
乾燥室31内に乾燥空気を吹き出すヒータユニット32を3つ設ける。そして、乾燥室31内に図矢印33の方向に触媒付基材26を移動させ、この触媒付基材26の基材21側に向けヒータユニット32・・・から熱した空気を当て、触媒付基材26を乾燥させ乾燥体34を得る。なお、35・・・は触媒付基材26を回動自在に支持するローラである。
すなわち、触媒付基材26を乾燥して乾燥体34を得る。
Figure 4 is a view for explaining the drying chamber used in the present invention.
The
In other words, to obtain a dried
なお、本実施例において、ヒータユニット32の数は3つとし、断続的に熱した空気を当てるが、これに限定されず、ヒータユニットの数、ヒータユニットの能力などは任意に設定可能なものとする。
In the present embodiment, the number of the
図5は本発明で用いる加湿室を説明する図である。
加湿室41内に加湿空気を吹き出す加湿ユニット42を3つ設ける。そして、加湿室41内に図矢印43の方向に触媒付基材26を乾燥させた乾燥体34を移動させ、触媒材25を塗布する側に向け加湿ユニット42・・・から加湿した空気を当て、膜形成工程における所定の湿度と同等の湿度に調整した雰囲気中で加湿する。なお、45・・・は支持部材としてのローラである。
加湿工程における雰囲気の設定は、膜形成工程での湿度(40%〜60%、好ましくは50%)と同一とするが、±5%の差は許容できる。
Figure 5 is a diagram illustrating a humidification chamber for use in the present invention.
The humidifying
Setting atmosphere in humidification process, the humidity in the film formation process (40% to 60%, preferably 50%) is the same as the difference of ± 5% is acceptable.
本実施例において、加湿ユニット42の数は3つとし、断続的に加湿した空気を当てるものであるが、加湿ユニットの数、加湿ユニットの能力などは任意に設定可能なものとする。
In the present embodiment, the number of
以下に、図1〜図5を参照して本発明の作用を説明する。
基材21と電解質膜22とからなる膜付基材23に、触媒材25を塗布して触媒付基材26を得、この触媒付基材26を乾燥し乾燥体34を得、この乾燥体34を加湿して乾燥体34に備える電解質膜22に湿分を付加する。
Hereinafter, the operation of the present invention with reference to FIGS.
The
従来、触媒材を塗布する工程において、電解質膜を得る膜形成工程と湿度が異なっているときには、電解質22(例えば、芳香族炭化水素系電解質。)と基材21(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)。)は、収縮率が異なるので、ロール加工により折り返しなどを行うと、基材21から電解質膜22が剥離したり、基材21上の電解質膜22にしわが発生する虞があった。
Conventionally, in the step of applying the catalyst material, when the humidity is different from the film forming step for obtaining the electrolyte membrane, the electrolyte 22 (for example, aromatic hydrocarbon-based electrolyte) and the substrate 21 (for example, polyethylene terephthalate (PET)). .) since shrinkage ratio differs, performing like folded by rolling, or the
この点、本発明では、基材21と電解質膜22間の密着性を維持するため、基材21に電解質膜22を塗布して膜付基材23を得る膜形成工程と同等の湿度(50%)に調整した雰囲気中で加湿する加湿工程を設けたので、電解質膜22の剥離やしわが防止でき、膜付基材の連続加工やローラによって折り返して加工する場合において、剥離やしわを抑え、工程の品質を安定させることができる。
In this respect, in the present invention, in order to maintain the adhesion between the
すなわち、吸水性及び撥水性に富む電解質膜22に適度な湿分を付加することにより、電解質膜22の過度な収縮を抑制することができる。電解質膜22が過度に収縮することは無くなるため、基材21と、この基材21の上に形成した電解質膜22との間に大きな応力は発生せず、基材21から電解質膜22が剥離するなどの問題を抑制することができる。
That is, excessive shrinkage of the
この結果、基材21上の電解質膜22が剥離し難い電解質構造体を製造することができる。基材21上の電解質膜22が剥離するなどの問題は発生しないため、高品質な電解質構造体を製造することができる。
As a result, an electrolyte structure in which the
なお、電解質膜は、芳香族炭化水素系電解質であるが、この他、パーフルオロスルホン酸系電解質(ナフィオン:登録商標 デュポン社製、フレミオン:登録商標 旭硝子(株)製、アシプレックス 旭化成工業(株))等であっても剥離等の問題は発生せず同様の効果を有する。 The electrolyte membrane is an aromatic hydrocarbon electrolyte. In addition, perfluorosulfonic acid electrolytes (Nafion: registered by DuPont, Flemion: registered by Asahi Glass Co., Ltd., Aciplex Asahi Kasei Co., Ltd. )) And the like, the same effect is obtained without causing problems such as peeling.
図6は本発明に係る電解質構造体の製造フロー図である。
先ず、膜形成工程において、基材の表面に電解質膜を形成し膜付基材を形成し、次に、第1加湿工程において、膜付基材を加湿する。
FIG. 6 is a manufacturing flow diagram of an electrolyte structure according to the present invention .
First, in the film formation step, an electrolyte membrane is formed on the surface of the substrate to form a substrate with a film, and then the substrate with film is humidified in the first humidification step.
そして、塗布工程において、この膜付基材の電解質膜に触媒材を塗布し、第2加湿工程において、触媒材を塗布した膜付基材である触媒付基材を加湿する。 Then, in the coating process, a catalyst material is applied to the electrolyte membrane of the film-coated substrate, and in the second humidification process, the catalyst-coated substrate that is the film-coated substrate coated with the catalyst material is humidified.
触媒材を塗布した後、乾燥工程において、触媒付基材を乾燥する。
最後に、第3加湿工程において、触媒材を塗布した膜付基材を加湿する。
After apply | coating a catalyst material, a base material with a catalyst is dried in a drying process.
Finally, humidifying the third Oite enough to humidify Engineering, the catalyst material is applied a film-substrate.
すなわち、膜形成工程と塗布工程の間に第1加湿工程を、塗布工程と乾燥工程の間に第2加湿工程を、乾燥工程の後に第3加湿工程を各々設ける。 That is, a first humidification step is provided between the film formation step and the coating step, a second humidification step is provided between the coating step and the drying step, and a third humidification step is provided after the drying step .
図7は本発明で用いる膜付基材の加湿室を説明する図である。
膜形成工程の後に加湿室61を設け、この加湿室61内に加湿空気を吹き出す加湿ユニット62を3つ設けたものである。そして、加湿室61内に図矢印63の方向に膜付基材23を移動させ、この膜付基材23の電解質膜22・・・を塗布した側に向け加湿した空気を当て、膜付基材23を加湿する。なお、65・・・は膜付基材23を回動自在に支持するローラである。
Figure 7 is Ru FIG der illustrating a humidification chamber for film-base material used in the present invention.
The
なお、塗布工程と乾燥工程の間に設ける加湿室、加湿ユニット、及びローラの構成は図5と同一の構成であり、説明を省略する。 Incidentally, provided Ru pressurized moist chamber during the coating step and the drying step, the humidifying unit, and the roller arrangement has the same configuration as FIG. 5, the description thereof is omitted.
図6に戻って、膜形成工程と塗布工程の間に別の加湿工程である第1加湿工程を設けると、触媒材25(図3参照)の塗布前に、膜付基材23に好ましい湿分をもたせることができる。
Returning to FIG. 6, the provision of the first humidification step is another humidification step during the film forming step and the coating step, prior to application of the catalyst material 25 (see FIG. 3), preferably wet the membrane with the
触媒材25(図3参照)を塗布するための好ましい湿分を膜付基材23にもたせることで、電解質膜22と基材21との間に大きな応力は発生しない。応力の発生は大きくないため、電解質膜22と基材21との間に剥離などは発生せず、電解質膜22と基材21の良好な密着度を維持しながら、触媒材25を塗布することができる。
加えて、電解質膜22に対する触媒材25の塗布品質を向上することができる。
By applying a preferable moisture for applying the catalyst material 25 (see FIG. 3 ) to the film-coated
In addition, the coating quality of the
塗布工程と乾燥工程の間に第2加湿工程(図7参照)を設けることで、触媒材25(図3参照)塗布後における電解質膜22の収縮を抑制することができる。
By providing the second humidification step (see FIG. 7) between the application step and the drying step, the shrinkage of the
このように、各工程の間に加湿工程51、52、53を設け、電解質膜22(図4参照)の湿分をきめ細かく制御することにより、電解質構造体が含む湿分の過小又は過大により、収縮又は膨張して、電解質膜22が基材21から剥離するなどの問題を解消することができる。
In this way, by providing the humidification steps 51, 52, 53 between each step and finely controlling the moisture of the electrolyte membrane 22 (see FIG. 4), the moisture contained in the electrolyte structure is too small or too large. The problem that the
図8は従来例と本発明とを比較した基材上の電解質膜の状態を説明する図である。
(a)は比較例であり、基材21上には電解質膜22が密着しているが、湿分が低いため電解質膜22は収縮し、その一部は基材21から剥離することを示す。
このように湿分が低いと、電解質膜22が収縮し、電解質膜22と基材21の間に応力が発生し、電解質膜22が基材21から剥離する。あるいは、膜付基材23が内側に反るなどの問題が発生する。
FIG. 8 is a diagram for explaining the state of the electrolyte membrane on the base material in which the conventional example and the present invention are compared.
(A) is a comparative example, in which the
When the moisture is low in this way, the
(b)は実施例であり、本発明に係る電解質構造体の製造方法において、膜形成工程(図6参照)と塗布工程の間に第1加湿工程を設けることにより、電解質膜22の収縮はないか、軽微である。このため、基材21と電解質膜22との間の面66に大きな応力は発生せず、基材21上に電解質膜22は密着したままであり、剥離しないことを示す。
(B) is an embodiment, in the manufacturing method of the electrolyte structure according to the present invention, by providing a more first humidification Engineering during the film forming step (see FIG. 6) and the coating process, the shrinkage of the
以上、本発明に係る電解質構造体の製造方法によれば、膜付基材を形成する膜形成工程の雰囲気と同等の湿度(50%)に調整した雰囲気中で加湿することによって、剥離やしわが防止でき、膜付基材の連続加工やローラによって折り返して加工する場合であっても、工程の品質を安定させることができる。 As mentioned above, according to the manufacturing method of the electrolyte structure which concerns on this invention, it peels by humidifying in the atmosphere adjusted to the humidity (50%) equivalent to the atmosphere of the film | membrane formation process which forms a base material with a film | membrane . It is possible to prevent wrinkles and to stabilize the quality of the process even in the case of continuous processing of a film-coated substrate or processing by folding back with a roller.
本発明は、燃料電池用の電解質構造体の製造に好適である。 The present invention is suitable for manufacturing an electrolyte structure for a fuel cell.
21…基材、21a…基材の表面、22…電解質、22a…電解質の表面、23…膜付基材、25…触媒材、26…触媒付基材、30…電解質構造体。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
得られた前記膜付基材を前記所定の湿度と同等の湿度に調整した雰囲気中で加湿する第1加湿工程と、
加湿された前記膜付基材に触媒材を塗布して触媒付基材を得る塗布工程と、
得られた前記触媒付基材を前記所定の湿度と同等の湿度に調整した雰囲気中で加湿する第2加湿工程と、
加湿された前記触媒付基材を乾燥して乾燥体を得る乾燥工程と、
からなることを特徴とする電解質構造体の製造方法。 In an atmosphere adjusted to a predetermined humidity, a film forming step of forming an electrolyte membrane on the surface of the substrate to obtain a substrate with a film,
A first humidifying step of humidifying the obtained film-coated substrate in an atmosphere adjusted to a humidity equivalent to the predetermined humidity;
An application step of applying a catalyst material to the humidified base material with film to obtain a base material with catalyst;
A second humidifying step of humidifying the obtained base material with catalyst in an atmosphere adjusted to a humidity equivalent to the predetermined humidity;
A drying step of drying the humidified substrate with catalyst to obtain a dried body ;
Method for producing electrolyte structure, wherein the or Ranaru.
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