膜制造技术

膜

membrane

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜
·
催化剂接合体的制造方法、及制造装置


[0001]本专利技术涉及膜
·
催化剂接合体的制造方法及制造装置，所述膜
·
催化剂接合体是固体高分子型燃料电池等电化学装置中利用的、由高分子电解质膜与催化剂层接合而成的部件。

技术介绍

[0002]燃料电池是通过将氢、甲醇等燃料进行电化学氧化来获取电能的一种发电装置，近年来作为清洁能源供给源而受到关注。其中，固体高分子型燃料电池的标准工作温度低至100℃左右，并且能量密度高，因此可期待作为较小规模的分散型发电设施、汽车或船舶等移动物体的发电装置而广泛应用。高分子电解质膜(以下，有时简称为“电解质膜”)是固体高分子型燃料电池的关键材料，近年来，进一步对面向固体高分子电解质膜型水电解装置、电化学式氢泵这样的氢基础设施相关设备的应用也进行了研究。
[0003]将高分子电解质膜应用于这样的电化学设备时，利用了将电解质膜与催化剂层接合而成的部件。作为这样的部件的例子，在电解质膜的表面形成有催化剂层的带有催化剂层的电解质膜为代表。
[0004]作为带有催化剂层的电解质膜的制造方法，例如已知以下的方法。首先，将脱模性优异的聚四氟乙烯(PTFE)等的片用作临时基材，在该片的表面上涂布催化剂溶液。然后，使经涂布的催化剂溶液中的溶剂蒸发而形成干燥的催化剂层。进而，使用面压机、辊压机将该干燥的催化剂层与电解质膜进行热压接，将催化剂层转印至高分子电解质膜。最后，从转印至高分子电解质膜的催化剂层中剥离临时基材。如上文这样采用在使催化剂层成为干燥状态后即转印至电解质膜的方法的原因在于，若催化剂溶液中的溶剂附着于电解质膜，则电解质膜会溶胀而产生褶皱，形状走样。
[0005]但是，在将处于干燥状态的催化剂层热压接至电解质膜的情况下，若不进行长时间高温高压的加压，则催化剂层与电解质膜的密合性可能不充分。另一方面，若为了提高催化剂层与电解质膜的密合性而施加严苛的热压接条件，则可能因催化剂层压缩变形而使气体扩散性下降，难以获得良好的发电性能，或者可能热应力对电解质膜造成损伤而使耐久性下降。另一方面，为了减少对催化剂层、电解质膜的损伤而仅单纯地降低加压的温度和压力，需要相应地延长加压时间，因此生产率大幅下降。
[0006]因此，为了在缓和热压接条件的同时实现电解质膜与催化剂层的良好密合性，提出了各种技术。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]例如提出了下述方法：如专利文献1这样，使催化剂溶液半干燥，在催化剂层中略微残留有溶剂成分的状态下与电解质膜接合的方法；如专利文献2这样，在干燥的催化剂层的表面上涂布包含具有质子传导性的粘结剂树脂的溶液，在溶液完全干燥之前与电解质膜接合的方法；如专利文献3这样，在使包含电解质膜和催化剂层的层叠体浸渍于液体中的状
态下进行压接的方法。
[0010]专利文献1：日本专利第4240272号说明书
[0011]专利文献2：日本特开2013
‑
69535号公报
[0012]专利文献3：日本特开2009
‑
140652号公报

技术实现思路

[0013]专利技术要解决的课题
[0014]根据专利文献1所记载的方法，通过使催化剂层残留能够仅将电解质膜的与催化剂层的接合面软化的程度的溶剂成分，从而可以在缓和了的热压接条件下使电解质膜与催化剂层的密合性良好，而不使电解质膜产生褶皱。然而，在将催化剂溶液中的溶剂通过加热而部分除去的同时，使溶剂残留量在催化剂层的整面为相同状态的干燥控制是困难的，由催化剂层面内的干燥状态的不同而导致的电解质膜与催化剂层的界面电阻大的情况、与由电解质膜的变形而产生褶皱、在催化剂层表面产生裂缝的情况混合存在，具有品质不稳定的问题。此外，也存在溶剂残留量的范围窄，导致由生产率降低引起的成本上升这样的问题。进一步由于催化剂溶液的溶剂构成受限制，因此难以灵活应对催化剂层的品种变更。
[0015]此外，根据专利文献2所记载的方法，将具有质子传导性的粘结剂树脂的溶液涂布于催化剂层的与电解质膜的接合面，在溶液完全干燥前进行接合，从而溶液起着粘接剂的作用，即使在低温低压下也可以使电解质膜与催化剂层的密合性良好。然而，由于电解质膜与催化剂层的接合使用具有质子传导性的粘结剂树脂的溶液，因此导致制造成本上升。此外，也有下述问题：粘结剂树脂为与电解质膜同样的成分，实质上电解质膜的膜厚增大，因而电阻增加，另外由于溶液中的有机溶剂残留在电解质膜与催化剂层的界面，从而可能引起发电性能降低。
[0016]另外，根据专利文献3所记载的方法，通过在将包含电解质膜的被接合体和包含催化剂层的被接合体浸渍于液体中的状态下进行压接的压接工序，电解质膜、催化剂层中的电解质充分吸收液体，在变柔软的状态下进行加压，进入作为接合对象的催化剂层、气体扩散层的接合面的凹凸部而获得强的接合性，能够在不提高加压时的温度、压力的情况下提高构成膜
·
电极接合体的层间的接合性。然而，由于使得与接合有关的界面以外的部件整体浸渍于液体中，因此难以抑制电解质膜的溶胀而保持形态。进而，由于压接后的干燥引起的每个部件的变形行为不同，因此，难以得到均匀且平坦的接合体，还存在难以通过使用了卷状长条部件的连续加工来提高生产率这样的问题。
[0017]本专利技术的课题在于提供下述制造方法，其在制造将高分子电解质膜与催化剂层接合而成的部件(以下，称为“膜
·
催化剂接合体”)时，能够以高的生产率同时实现热压接条件(加压压力、加压温度、加压时间)的缓和、和催化剂层与电解质膜的密合性提高。
[0018]用于解决课题的手段
[0019]为了解决上述课题，本专利技术的膜
·
催化剂接合体的制造方法具有以下的构成。即，膜
·
催化剂接合体的制造方法，所述膜
·
催化剂接合体是催化剂层接合于电解质膜而成的，所述制造方法包括：液体赋予工序，在大气气氛下，仅对接合前的电解质膜的表面赋予液体；和热压接工序，利用热压接将已被赋予了液体的电解质膜与催化剂层进行接合。
[0020]另外，本专利技术的膜
·
催化剂接合体的制造装置具有以下的构成。即，膜
·
催化剂接
合体的制造装置，所述膜
·
催化剂接合体是催化剂层接合于电解质膜而成的，所述制造装置具有：
[0021]液体赋予机构，其在大气气氛下仅对接合前的电解质膜的表面赋予液体；和，
[0022]热压接机构，其利用热压接将已被赋予了液体的电解质膜与催化剂层进行接合。
[0023]就本专利技术的膜
·
催化剂接合体的制造方法而言，优选在上述接合前的电解质膜中，在与赋予液体的面不同的面上具有支承体。
[0024]就本专利技术的膜
·
催化剂接合体的制造方法而言，优选上述液体赋予工序中赋予的液体为包含水的液体。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.膜
·
催化剂接合体的制造方法，所述膜
·
催化剂接合体是催化剂层接合于电解质膜而成的，所述制造方法包括：液体赋予工序，在大气气氛下，仅对接合前的电解质膜的表面赋予液体；和热压接工序，利用热压接将已被赋予了液体的电解质膜与催化剂层进行接合。2.如权利要求1所述的膜
·
催化剂接合体的制造方法，其中，在所述接合前的电解质膜中，在与赋予液体的面不同的面上具有支承体。3.如权利要求1或2所述的膜
·
催化剂接合体的制造方法，其中，在所述液体赋予工序中赋予的液体为包含水的液体。4.如权利要求3所述的膜
·
催化剂接合体的制造方法，其中，所述包含水的液体中的水的含有比例为90质量％以上、100质量％以下。5.如权利要求4所述的膜
·
催化剂接合体的制造方法，其中，所述液体赋予工序中赋予的液体为纯水。6.如权利要求1～5中任一项所述的膜
·
催化剂接合体的制造方法，其中，在所述液体赋予工序中，仅对电解质膜的表面以液滴状赋予所述液体。7.如权利要求6所述的膜
·
催化剂接合体的制造方法，其中，在所述液体赋予工序中，利用喷雾器来赋予所述液体。8.如权利要求1～7中任一项所述的膜
·
催化剂接合体的制造方法，其中，在所述液体赋予工序中，所述热压接工序中的所述液体的量相对于每1cm2的电解质膜表面为0.1μL以上5μL以下。9.如权利要求1～8中任一项所述的膜
·
...

【专利技术属性】
技术研发人员：新宅有太，坂下龙太，出原大辅，箕浦洁，熊谷五月，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：