JP5262168B2 - 燃料電池用膜−電極接合体の製造方法 - Google Patents
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Description
電解質膜の両面上に、触媒と電解質とが混在して成る多孔質な一対の電極を配置して、前記電解質膜と前記電極とを備える積層体を形成する第1の工程と、
前記積層体が備える前記電解質膜の一方の面であって、アノードが形成された面のみに対して、水および/または有機溶媒を供給しつつ、前記積層体を加圧して、前記電解質膜と前記一対の電極とを接合する第2の工程と、
を備えることを要旨とする。
図1は、本発明の好適な一実施例としての燃料電池を構成する単セル10の概略構成を表わす断面模式図である。単セル10は、電解質膜20と、電解質膜20の各々の面上に形成された電極であるアノード21およびカソード22と、電極を形成した上記電解質膜20を両側から挟持するガス拡散層23,24と、ガス拡散層23,24のさらに外側に配設されたガスセパレータ25,26と、を備えている。
図2は、MEA30の製造方法を表わす工程図である。また、図3は、MEA30を製造する工程の途中の様子を模式的に表わす説明図である。MEA30を製造する際には、まず、電解質膜20となる固体高分子電解質から成る膜を用意する(ステップS100、図3(A))。本実施例では、既述したように、フッ素系の高分子電解質膜を用いている。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
実施例では、電解質膜20上に触媒インクを塗布することにより電極を形成したが、異なる構成としても良い。例えば、ガス拡散層23,24上に触媒インクを塗布して電極を形成し、ガス拡散層23,24の電極形成面と電解質膜20とを重ね合わせてプレスすることによって、MEA30を作製しても良い。この場合には、図2と同様の製造工程において、ステップS120に代えて、ガス拡散層23,24上に触媒インクを塗布する工程を行なえばよい。そして、図3(C)に示すように、アノード側のガス拡散層23上に溶媒含有体50を配置して、加熱プレスを行なえばよい。
実施例では、水および/または有機溶媒から成る液体を含浸させたろ紙などの溶媒含有体50を配置することにより、電解質膜20のアノード側の面に対して溶媒供給したが、異なる構成としても良い。例えば、ステップS130におけるプレスの工程で用いるプレス機において、アノード側の加圧盤表面から水および/または有機溶媒から成る上記を噴出させる蒸気供給装置を設け、積層体のプレスを行ないつつ、アノード側のプレス面に対して直接蒸気を吹き付ける構成としても良い。なお、このように蒸気を供給しつつ電極の密着性を高めるためのプレスを行なう際には、ガス拡散層の配置を行なわずMEA30のプレスのみを行ない、蒸気の供給を伴うプレスの後に、別途、ガス拡散層の接合を行なっても良い。
実施例では、積層体の加熱プレス時に、一方の側からのみ溶媒供給することによって、他方の側に配置された電極の軟化および潰れを抑制しているが、より積極的に、他方の電極に対する溶媒供給を抑制して、他方の電極の軟化を抑えることとしても良い。図8は、このような変形例としてのMEA30の製造方法の一例を表わす説明図である。図8では、図3(C)と同様に、電解質膜20上に、アノード21およびカソード22と共に、ガス拡散層23,24を配置した積層体をプレスする際の様子を表わしている。ここでは、アノード側における溶媒含有体50の配置に代えて、プレス機のアノード側の加圧盤から水および/または有機溶媒の蒸気を噴出させるための蒸気供給装置を設けて、電解質膜20のアノード側に対する溶媒供給を行なっている。このような蒸気供給装置は、アノード側の加圧盤において積層体との接触面全体にわたって形成された蒸気噴出口51と、バブラなどの蒸気発生装置(図示せず)と、アノード側の加圧盤内に形成されて蒸気発生装置と蒸気噴出口とを接続する蒸気流路52と、によって構成することができる。
電解質膜と電極とでは、異なる種類の高分子電解質を用いることとしても良い。例えば、電解質膜を、炭化水素系の高分子電解質によって構成し、電極が備える高分子電解質として、実施例と同様のフッ素系の電解質を用いることができる。このような場合であっても、電解質膜の一方の側からのみ溶媒供給を行なうことで、電解質膜と電極との密着性の向上と、他方の側の電極の潰れの抑制と、を両立させる同様の効果を得ることができる。
20…電解質膜
21…アノード
22…カソード
23,24…ガス拡散層
25,26…ガスセパレータ
30…MEA
35…触媒担持カーボン
37…電解質
47…単セル内燃料ガス流路
48…単セル内酸化ガス流路
50…溶媒含有体
51…蒸気噴出口
52…蒸気流路
53…ドライガス噴出口
54…ドライガス流路
Claims (5)
- 燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
電解質膜の両面上に、触媒と電解質とが混在して成る多孔質な一対の電極を配置して、前記電解質膜と前記電極とを備える積層体を形成する第1の工程と、
前記積層体が備える前記電解質膜の一方の面であって、アノードが形成された面のみに対して、水および/または有機溶媒を供給しつつ、前記積層体を加圧して、前記電解質膜と前記一対の電極とを接合する第2の工程と、
を備える燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。 - 請求項1記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第2の工程は、さらに、前記積層体を加圧する際に、前記電解質膜の他方の面に対応する前記積層体表面に対して、ドライガスを供給する工程を含む
燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。 - 請求項1または2記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第1の工程は、前記積層体として、各々の前記電極上に、さらに、多孔質な導電性部材であるガス拡散層を配置した積層体を形成する工程を含み、
前記第2の工程は、一方の前記ガス拡散層の外側から、前記ガス拡散層および前記電極を介して、前記電解質膜の一方の面に対して、水および/または有機溶媒を供給する工程を含む
燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。 - 請求項1ないし3いずれか記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第2の工程は、気化した状態の水および/または有機溶媒を、前記電解質膜の一方の面に対して供給する工程を含む
燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。 - 請求項4記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第2の工程は、液状の水および/または有機溶媒を含浸する溶媒含有体を、前記積層体における前記一方の面側の表面上に配置して、加熱プレスする工程を含む
燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
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