JP4812331B2 - 燃料電池用接合体の製造方法及び燃料電池用接合体の製造装置 - Google Patents
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Description
2H2 → 4H++4e−
で示される反応式を経て、水素ガス(H2)から水素イオン(H+)と電子(e−)とが発生する。電子(e−)は第1拡散層16aから外部回路を通り、第2拡散層16bから空気極14に到達する。空気極14において、供給される空気中の酸素(O2)と、電解質膜10を通過した水素イオン(H+)と、外部回路を通じて空気極14に到達した電子(e−)により、
4H++O2+4e− → 2H2O
で示される反応式を経て、水が生成する。このように燃料極12及び空気極14において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。そして、一連の反応において排出される成分は水であるので、クリーンな電池が構成されることになる。
図2に示す接合体製造装置3を使用して接合体の製造を行った。電解質膜10としてはナフィオン〔Nafion、登録商標、デュポン社(Du Pont社)製、膜厚50μm〕、第1拡散層16a及び第2拡散層16bとしては、カーボンクロスに撥水ペーストを塗工したものを使用した。燃料極12を構成する第1触媒粉体48及び空気極14を構成する第2触媒粉体50としては、50重量%白金担持カーボン及び固体高分子電解質樹脂(ナフィオン(登録商標))で構成したもの(樹脂に対して白金担持カーボンが200重量%)を使用した。第1触媒層形成手段42及び第2触媒層形成手段44としては、静電スクリーン方式を使用し、第1触媒層12(0.4mgPt/cm2)及び第2触媒層14(0.3mgPt/cm2)を形成した。加熱加圧ローラ40a,40bとしては、表面材質がSUSで表面をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)でコーティングしたものを使用した。搬送速度は、300mm/minとし、加熱加圧条件は、加熱温度130℃、圧力30kgf/cmとした。冷却は室温(23℃)にて自然冷却とした。
図4に示す接合体製造装置5を使用し、電解質膜10上への第2触媒粉体50の塗布後に仮定着(加熱温度100℃、圧力10kgf/cm)を行った以外は実施例1と同様にして接合体を作製し、電池性能の評価を行った。図4に示すように、仮定着ローラ52a,52bが第2触媒層形成手段44の下流側(図4における右側)に設けられている。仮定着結果を図3に示す。
図5に示す接合体製造装置7を使用し、第1拡散層16a上への第1触媒粉体48の塗布後に仮定着(加熱温度100℃、圧力10kgf/cm)を行った以外は実施例1と同様にして接合体を作製し、電池性能の評価を行った。図5に示すように、仮定着ローラ52c,52dが第1触媒層形成手段42の下流側(図5における右側)に設けられている。結果を図3に示す。
図6に示す接合体製造装置9を使用し、電解質膜10上への第2触媒粉体50の塗布後に仮定着(加熱温度100℃、圧力10kgf/cm)、及び第1拡散層16a上への第1触媒粉体48の塗布後に仮定着(加熱温度100℃、圧力10kgf/cm)をそれぞれ行った以外は実施例1と同様にして接合体を作製し、電池性能の評価を行った。図6に示すように、仮定着ローラ52a,52bが第2触媒層形成手段44の下流側(図6における右側)に、仮定着ローラ52c,52dが第1触媒層形成手段42の下流側(図6における右側)にそれぞれ設けられている。結果を図3に示す。
Claims (5)
- 電解質膜の第1の面に第1触媒層及び第1拡散層が、前記電解質膜の第2の面に第2触媒層及び第2拡散層が、それぞれ前記電解質膜を挟んで対向するように順次形成された燃料電池用接合体を連続的に製造する燃料電池用接合体の製造方法であって、
前記第1拡散層の一方の面に第1触媒粉体を所定のパターンに乾式塗布して第1触媒層を形成する工程と、
前記第1拡散層の前記第1触媒層が形成された面に第1触媒層を挟んで電解質膜の第1の面が対向するように電解質膜を積層する工程と、
前記電解質膜の第2の面に第2触媒粉体を前記第1触媒層と前記電解質膜を挟んで対向するように乾式塗布して第2触媒層を形成する工程と、
前記電解質膜の第2の面に前記第2触媒粉体を挟んで第2拡散層の一方の面が対向するように第2拡散層を積層する工程と、
前記各層が形成された電解質膜を1回の加熱及び加圧により接合する工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池用接合体の製造方法。 - 請求項1に記載の燃料電池用接合体の製造方法であって、
前記乾式塗布において、前記第1触媒粉体あるいは前記第2触媒粉体に電荷を与えて塗布することを特徴とする燃料電池用接合体の製造方法。 - 請求項2に記載の燃料電池用接合体の製造方法であって、
前記乾式塗布は、静電スクリーン方式及び電子写真方式のうち少なくともいずれかにより行われることを特徴とする燃料電池用接合体の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池用接合体の製造方法であって、
前記乾式塗布を行う前に、前記第1拡散層の一方の面あるいは前記電解質膜の第2の面の前記第1触媒粉体あるいは前記第2触媒粉体が形成される領域に密着性補助剤を塗布することを特徴とする燃料電池用接合体の製造方法。 - 電解質膜の第1の面に第1触媒層及び第1拡散層が、前記電解質膜の第2の面に第2触媒層及び第2拡散層が、それぞれ前記電解質膜を挟んで対向するように順次形成された燃料電池用接合体を連続的に製造する燃料電池用接合体の製造装置であって、
前記第1拡散層の一方の面に第1触媒粉体を所定のパターンに乾式塗布して第1触媒層を形成する第1触媒層形成手段と、
前記第1拡散層の前記第1触媒層が形成された面に第1触媒層を挟んで電解質膜の第1の面が対向するように電解質膜を積層する電解質膜積層手段と、
前記電解質膜の第2の面に第2触媒粉体を前記第1触媒層と前記電解質膜を挟んで対向するように乾式塗布して第2触媒層を形成する第2触媒層形成手段と、
前記電解質膜の第2の面に前記第2触媒粉体を挟んで第2拡散層の一方の面が対向するように第2拡散層を積層する第2拡散層積層手段と、
前記各層が形成された電解質膜を加熱及び加圧して接合する1つの接合手段と、
を含むことを特徴とする燃料電池用接合体の製造装置。
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