复合型电解质膜、膜电极组件、燃料电池及用于制造它们的方法技术

一种用于制造复合型电解质膜的方法，包括：将层叠体（１０Ａ）折叠成使得所述层叠体（１０Ａ）的表面的一部分位于该表面的另一部分上的第一折叠工序，所述层叠体是通过使作为电解质层的具有电解质的电解质板片（１１）与作为加强层的具有多孔聚合物材料的加强板片（１２）层叠和一体化而获得的；使被折叠的所述层叠体（１０Ｂ）的所述电解质浸渍到所述加强层中的浸渍工序；和使所述层叠体（１０Ｃ）中浸渍的所述电解质水解的水解工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，更特 别地涉及至少具有由电解质构成的电解质层和其中多孔聚合物材料浸渍有所述电解质的 加强层的。
技术介绍
采用电解质膜的固体聚合物型燃料电池已被研究应用于可移动体，例如汽车，因 为这种燃料电池可在低温下工作并具有小的尺寸和重量。特别地，对安装有固体聚合物型 燃料电池的燃料电池汽车作为生态环保车的社会关注度在增长。如图14所示，固体聚合物型燃料电池具有作为主结构元件的膜电极组件 (MEA)950被称为单元电池的单个燃料电池90是通过将膜电极组件夹在具有燃料(氢)气 体流路和空气流路的隔板96之间而形成的。膜电极组件95具有这样的结构，其中阳极侧电 极(阳极催化剂层)93a层叠在作为离子交换膜的电解质膜91的一侧，而阴极侧电极(阴 极催化剂层)93b层叠在另一侧，并且相应的扩散层94a、94b配置在阳极催化剂层93a和阴 极催化剂层93b处。为了确保膜的强度，电解质膜91具有由多孔聚合物材料如聚四氟乙烯(PTFE)构 成的加强层，并且该加强层浸渍有电解质。这种具有加强层的复合型电解质膜由图13A 所示的流延膜(cast film)形成方法来制造，其在日本专利申请2006-147257号公报 (JP-A-2006-147257)中公开。更具体地，首先，将包括电解质聚合物和溶剂的电解质涂覆在正被传送的底衬板 片81的一个侧面上，并且使电解质干燥。然后，将由多孔聚合物材料构成的加强板片82配 置在干燥了的电解质层的表面上。至少通过在该配置状态下向电解质层和加强板片82施 加压力而使电解质从加强板片82的一个表面浸渍到多孔聚合物材料中。然后，将电解质涂 覆在加强板片82的另一个表面上并干燥，由此便能制造出复合型电解质膜91，其中至少由 多孔聚合物材料构成的加强层和浸渍在加强层中的电解质设置在底衬板片81上。在以上述方式制造的复合型电解质膜91中，如图13B所示，例如，已形成在底衬板 片81上的阳极催化剂层93a和阴极催化剂层93b通过利用工具及采用加热和加压来转移， 并且催化剂层93a、93b进一步形成在复合型电解质膜91的表面上。但是，在上述流延膜形成方法中，电解质在不同的工序中浸渍到加强板片的两个 表面中。结果，虽然使用的是相同的包含电解质聚合物和溶剂的电解质，但是在复合型电 解质膜的两个表面侧之间可能产生膜特性的分散(差异，spread)，并且难以获得均一的特 性。此外，由于该制造过程包括在各个表面上涂覆电解质和使溶剂干燥，所以有时难 以获得具有高精度的均一膜厚度的电解质膜。此外，与制造设备的精度相对应地，加强板片 相对于被涂覆电解质的位置可能从期望的位置偏移。这种偏移特别容易在阳极和阴极催化剂层的配置中发生。这样，当在电解质膜的两个表面上未获得均一的膜特性时，以及当电解质膜的厚 度和催化剂层的位置不在期望的精度范围内时，在电池制造过程中可能导致不良的组装， 或者在发电期间可能产生燃料电池性能的分散。
技术实现思路
本专利技术提供了一种复合型电解质膜，其中膜内的电解质特性的均一性得到改善， 并且其能以稳定的尺寸精度被制造，还提供了一种膜电极组件、一种燃料电池及用于制造 它们的方法。按照本专利技术第一方面的用于制造复合型电解质膜的方法包括将层叠体折叠成使 得所述层叠体的表面的一部分位于该表面的另一部分上的第一折叠工序，所述层叠体是通 过使作为电解质层的具有电解质的电解质板片与作为加强层的包括多孔聚合物材料的加 强板片层叠和一体化而获得的；使被折叠的所述层叠体的所述电解质浸渍到所述加强层中 的浸渍工序；和使所述层叠体中浸渍的所述电解质水解的水解工序。此外，在按照第一方面的用于制造复合型电解质膜的方法中，在所述层叠工序中， 可通过加热和层叠所述电解质板片与所述加强板片来形成所述层叠体。此外，在按照第一方面的用于制造复合型电解质膜的方法中，在所述浸渍工序中， 可加热被折叠的所述层叠体直到所述电解质溶解，并且可使所述电解质浸渍到所述加强层 中。通过按照上述方面的用于制造复合型电解质膜的方法，包括加强层和电解质层的 层叠体可在层叠工序中通过使电解质板片与加强板片借助于接合而一体化来形成。用于使 两个板片层叠的方法不受特别限制，只要能形成层叠体即可，并且电解质板片的一部分可 通过对电解质板片加热和加压而浸渍到加强板片的一个表面中。此外，在所述第一折叠工序中，将层叠体折叠成使得所述层叠体的表面的一部分 位于另一部分上，也就是说，在加强层侧的表面的各部分至少位于彼此上，或者在电解质层 侧的表面的各部分至少位于彼此上。在折叠层叠体的工序中，通过折叠而接触的表面可通 过加热和加压来接合。优选地，绕层叠体的中心轴线进行折叠，使得两个均等的表面位于彼 此上，但是折叠数量和折叠方法不受特别限制，只要在施行了下述的第二折叠工序后电解 质膜的两个表面上的电解质均一即可。在所述浸渍工序中，加热被折叠的所述层叠体至少直到所述电解质溶融，并且使 所述电解质浸渍到多孔的加强层中。在该浸渍工序中，对层叠体的加压可与加热一起进行。 结果，在层叠阶段采用的单个电解质板片的电解质被配置在层叠体的两个表面上。在所述 水解工序中，可通过使所述层叠体中浸渍的电解质水解而赋予电解质以离子交换功能。通过这种用于制造复合型电解质膜的方法，不必为将电解质板片夹在中间而在加 强板片的两个表面上定位三个板片。因此，定位精度有所增加，并且电解质膜的质量得以稳 定。此外，由于层叠体被折叠且单个电解质板片的电解质被浸渍，所以可在复合型电解质膜 (电解质膜)的两个表面上配置均一的电解质。此外，电解质膜的厚度也得以稳定。这样， 在电解质膜内电解质特性的均一性得以改善，可获得高精度的电解质膜，并且燃料电池性 能可得以稳定。此外，如在对本专利技术的描述中所称的“电解质板片”和“加强板片”的形状、厚度等 不受特别限制，只要它们在层叠之后可被折叠即可，其含义包括膜、薄膜等等。如本文所称， “加强板片”是由多孔聚合物材料构成的、出于加强电解质膜的目的而采用的板片，“加强 层”是具有多孔聚合物材料并且出于加强电解质膜的目的而至少在电解质膜的厚度方向上 形成的层，并且其含义还包括通过以电解质浸渍聚合物材料所获得的层。此外，“复合型电 解质膜，，是指至少包括电解质层和加强层的层，所述电解质层包括电解质，在所述加强层中 多孔聚合物材料浸渍有电解质。在按照第一方面的用于制造复合型电解质膜的方法中，在所述第一折叠工序中， 可将所述层叠体折叠成使得所述层叠体中在所述电解质层侧的表面的一部分位于该表面 的另一部分上。按照上述方面，由于在第一折叠工序中层叠体被折叠成使得层叠体中在电 解质层侧的表面的一部分位于该表面的另一部分上并且加强层侧变成电解质膜表面，所以 在浸渍工序中加强层可配置在接近电解质膜的厚度方向上的表面的表面层部分中。结果， 可改善在燃料电池工作时电解质膜的蠕变(ere印)性能。在按照第一方面的用于制造复合型电解质膜的方法中，在所述第一折叠工序中， 可将所述层叠体折叠成使得所述层叠体中在所述加强层侧的表面的一部分位于该表面的 另一部分上。按照上述方面，由于在第一折叠工序中层叠体被折叠成使得层叠体中在加强 层侧的表面的一部分位于该表面的另一部分上并且电解质层侧变成电解质膜表面，所以在 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造复合型电解质膜的方法，包括：将层叠体折叠成使得所述层叠体的表面的一部分位于该表面的另一部分上的第一折叠工序，所述层叠体是通过使作为电解质层的包括电解质的电解质板片与作为加强层的包括多孔聚合物材料的加强板片层叠和一体化而获得的；使被折叠的所述层叠体的所述电解质浸渍到所述加强层中的浸渍工序；和使所述层叠体中浸渍的所述电解质水解的水解工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-11-26 304748/2007;JP 2008-3-26 079471/2008一种用于制造复合型电解质膜的方法，包括将层叠体折叠成使得所述层叠体的表面的一部分位于该表面的另一部分上的第一折叠工序，所述层叠体是通过使作为电解质层的包括电解质的电解质板片与作为加强层的包括多孔聚合物材料的加强板片层叠和一体化而获得的；使被折叠的所述层叠体的所述电解质浸渍到所述加强层中的浸渍工序；和使所述层叠体中浸渍的所述电解质水解的水解工序。2.根据权利要求1所述的用于制造复合型电解质膜的方法，还包括通过加热和层叠所 述电解质板片与所述加强板片来形成层叠体的层叠工序。3.根据权利要求1或2所述的用于制造复合型电解质膜的方法，其中，在所述浸渍工序 中，加热被折叠的所述层叠体直到所述电解质溶解，并且使所述电解质浸渍到所述加强层 中。4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造复合型电解质膜的方法，其中，在所述 第一折叠工序中，将所述层叠体折叠成使得所述层叠体中在所述电解质层侧的表面的一部 分位于该表面的另一部分上。5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制造复合型电解质膜的方法，其中，在所述 第一折叠工序中，将所述层叠体折叠成使得所述层叠体中在所述加强层侧的表面的一部分 位于该表面的另一部分上。6.根据权利要求5所述的用于制造复合型电解质膜的方法，其中，在所述层叠工序中， 在所述层叠体已形成后，在所述加强层的表面上配置将过氧化氢分解成水和氧并抑制羟自 由基产生的自由基抑制剂与保水材料中的至少一者。7.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制造复合型电解质膜的方法，其中，在所述 层叠工序中，在所述电解质板片和所述加强板片之间配置将过氧化氢分解成水和氧并抑制 羟自由基产生的自由基抑制剂与保水材料中的至少一者。8.一种用于制造膜电极组件的方法，包括根据权利要求5至7中任一项所述的用于制 造复合型电解质膜的方法，其特征在于在所述层叠工序中，在所述层叠体已形成后，在所述电解质层的表面上配置阳极催化 剂层和阴极催化剂层；以及在所述第一折叠工序中，将所述层叠体折叠成使得所述阳极催化剂层配置在所述层叠 体的一个表面上，而所述阴极催化剂层配置在所述层叠体的另一个表面上。9.一种用于制造膜电极组件的方法，包括根据权利要求5至7中任一项所述的用于制 造复合型电解质膜的方法，其特征在于在所述层叠工序中，形成带状层叠体，并且在所述层叠体已形成后，在所述电解质层的 表面上配置阳极催化剂层和阴极催化剂层，使得所述阳极催化剂层和所述阴极催化剂层沿 所述层叠体的横向方向形成；以及在所述第一折叠工序中，将所述层叠体沿纵向方向折叠成使得所述阳极催化剂层配置 在所述层叠体的一个表面上，而所述阴极催化剂层配置在所述层叠体的另一个表面上。10.根据权利要求9所述的用于制造膜电极组件的方法，其中，在所述层叠工序中，将 所述阳极催化剂层和所述阴极催化剂层配置成使得多个所述阳极催化剂层和多个所述阴 极催化剂层沿所述纵向方向交替形成。11.根据权利要求10所述的用于制造膜电极组件的方法，其特征在于，还包括在所述 水解工序后将所述层叠体沿所述横向方向折叠成使得所述阳极催化剂层与在所述纵向方 向上邻接所述阳极催化剂层的所述阴极催化剂层彼此面对的第二折叠工序。12.一种用于制造燃料电...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木弘，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]