膜-催化劑層接合體的製造方法及裝置的製作方法
2023-09-15 01:44:45 2
專利名稱：膜-催化劑層接合體的製造方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及例如可攜式電子器件、機動車等移動體、分散發電系統及家庭用廢熱發電系統等的作為驅動電源而使用的燃料電池所具有的膜-催化劑層接合體的製造方法及裝置。
背景技術：
燃料電池(例如，高分子電解質型燃料電池)是如下的裝置通過使含有氫的燃料氣體和含有空氣等氧的氧化劑氣體進行電化學反應，從而同時產生電力、熱和水的裝置。燃料電池通常通過層疊多個電池單元並利用螺栓或連接帶等緊固部件將其進行加壓緊固而構成。一個電池單元通過一對板狀的導電性隔板夾著膜電極接合體(以下稱為 MEA :Membrane-Electrode-Assembly)而構成。MEA由高分子電解質膜和配置於該高分子電解質膜的兩表面的一對電極層構成。 一對電極層中的一個是陽極電極，另一個是陰極電極。一對電極層分別由以擔載有金屬催化劑的碳粉末為主成分的催化劑層和配置於該催化劑層之上且屬於多孔質並具有導電性的氣體擴散層構成。在此，將高分子電解質膜和催化劑層的接合體稱為膜-催化劑層接合體(CCM :Catalyst-coatedmembrane (催化劑塗覆膜))。通過使燃料氣體與所述陽極電極接觸並使氧化劑氣體與所述陰極電極接觸而產生電化學反應，從而產生電力、熱和水。在如上所述構成的燃料電池中，膜-催化劑層接合體例如可以如下進行製造。首先，在高分子電解質膜的一個表面貼附第一形狀保持膜。接下來，在高分子電解質膜的另一個表面形成第一催化劑層。進而，在該第一催化劑層上貼附第二形狀保持膜。接下來，將貼附在高分子電解質膜的一個表面的第一形狀保持膜除去，在上述一個表面形成第二催化劑層。在形成第一催化劑層及第二催化劑層時，將包含催化劑和溶劑的催化劑油墨印刷或塗覆在高分子電解質膜上，在室溫下放置以使其乾燥(例如，參照專利文獻1)。如上所述在高分子電解質膜上直接印刷或塗覆催化劑油墨以製造膜-催化劑層接合體的技術，由於可以使高分子電解質膜和催化劑層的界面電阻極其低，因此作為理想的膜-催化劑層接合體的製造方法而受到關注。但是，在上述現有的製造方法中，由於高分子電解質膜通常是非常薄(例如 20 μ m 50 μ m)且即便是很少的溼氣也易於變形的部件，因此，高分子電解質膜因催化劑油墨所含有的溶劑而溶脹，故存在因該溶脹而導致高分子電解質膜產生折皺或針孔這樣的課題。這樣的折皺或針孔成為燃料電池的發電性能降低的主要原因。專利文獻1的目的在於通過在高分子電解質膜的與塗覆催化劑油墨的面相反一側的面上預先貼附形狀保持膜來抑制產生折皺或針孔。專利文獻2的目的在於通過使用罩防止漏吸來提高輥對高分子電解質膜吸附的吸附力，從而抑制電解質/電極接合體的溶脹。在專利文獻3中公開有如下技術利用來自送風裝置的空氣氣流，使溶劑自塗覆膜的液體蒸發以促進乾燥的技術。另外，例如公開有在循環移動體加熱的同時使用送風裝置促進液體乾燥的技術。專利文獻1 日本特開2002-289207號公報專利文獻2 日本特開2008-27738號公報專利文獻3 日本特開2007-196092號公報但是，在上述現有的技術中，從抑制高分子電解質膜的折皺或針孔的觀點來看，還存在改善的餘地。在專利文獻1的技術中，將包含催化劑和溶劑的催化劑油墨印刷或塗覆在高分子電解質膜上，在室溫下放置以使其乾燥。特別是，在高分子電解質膜的一個表面形成第二催化劑層時，容易在高分子電解質膜產生折皺或針孔，從而導致抑制折皺或針孔的效果不充分。在專利文獻2的技術中，由於僅利用輥通過隔著高分子電解質膜的間接加熱對催化劑油墨進行乾燥，因此，難以充分進行催化劑油墨的乾燥。即便能夠完全乾燥催化劑油墨，也能夠預想到上述乾燥會花費數小時以上。因此，若考慮生產力，則使催化劑油墨完全乾燥這種情況實際上是不可能的，從而不能充分抑制高分子電解質膜產生折皺或針孔。另外，成為產生折皺或針孔的主要原因的高分子電解質膜的溶脹，尤其是在將催化劑油墨剛塗覆到高分子電解質膜之後產生。因此，在自催化劑油墨的塗覆面側吹風以使剛塗覆後的催化劑油墨乾燥的專利文獻3的技術中，以在高分子電解質膜已產生溶脹的狀態促進催化劑油墨的固化。因此，在專利文獻3的技術中，不能充分抑制折皺或針孔的產生。
發明內容
因此，本發明的目的在於解決上述問題，為此，本發明提供一種能夠進一步抑制高分子電解質膜產生折皺或針孔的膜電極接合體的製造方法及裝置。本發明的發明人為了解決上述現有技術的課題而反覆進行了專心研究，結果發現了如下情況。S卩，本發明的發明人發現若自高分子電解質膜的另一個表面側對塗覆在高分子電解質膜的一個表面的催化劑油墨進行加熱(隔著高分子電解質膜間接地進行加熱)以使其乾燥，則可以使產生於高分子電解質膜的溶脹充分復原。即，若在高分子電解質膜的一個表面塗覆催化劑油墨，則自高分子電解質膜的一個表面朝向內部因溶脹而產生尺寸變化。 此時，若自高分子電解質膜的另一個表面側進行加熱以使催化劑油墨乾燥，則熱量自高分子電解質膜的另一個表面朝向內部傳遞，從而可以緩和高分子電解質膜因溶脹而產生的尺寸變化。另外，本發明的發明人發現在已使上述溶脹充分復原的狀態下，若自高分子電解質膜的一個表面側進一步加熱催化劑層油墨，則可以得到幾乎不存在高分子電解質膜的折皺及針孔的膜-催化劑層接合體。基於上述見解，本發明的發明人想到了本發明。為了實現上述目的，本發明如下構成。根據本發明的第一方案，提供一種膜-催化劑層接合體的製造方法，其為燃料電池用的膜-催化劑層接合體的製造方法，所述製造方法的特徵在於，包括如下工序在高分子電解質膜的一個表面上塗覆催化劑油墨的催化劑塗覆工序；自所述電解質膜的另一個表面側對所述電解質膜進行加熱以使所述催化劑油墨乾燥的第一乾燥工序；在所述第一乾燥工序後，自該高分子電解質膜的一個表面側對所述電解質膜進行加熱以使所述催化劑油墨乾燥，從而在所述電解質膜的一個表面形成催化劑層的第二乾燥工序。根據本發明的第二方案，在第一方案所述的膜-催化劑層接合體的製造方法的基礎上，所述第二乾燥工序是如下的工序除自該高分子電解質膜的一個表面側對所述電解質膜進行加熱之外，也自另一個表面側對所述電解質膜進行加熱以使所述催化劑油墨乾燥，從而在所述電解質膜的一個表面形成催化劑層的工序。根據本發明的第三方案，在第一方案或第二方案所述的膜-催化劑層接合體的製造方法的基礎上，還包括在所述催化劑塗覆工序之前在所述電解質膜的另一個表面貼附形狀保持膜的膜貼附工序。根據本發明的第四方案，在第一方案所述的膜-催化劑層接合體的製造方法的基礎上，還具有如下工序在所述第二乾燥工序後，在所述電解質膜的另一個表面塗覆第二催化劑油墨的第二催化劑塗覆工序；自所述電解質膜的一個表面側對所述電解質膜進行加熱以使所述第二催化劑油
墨乾燥的第三乾燥工序；在所述第三乾燥工序後，自該高分子電解質膜的另一個表面側對所述電解質膜進行加熱以使所述第二催化劑油墨乾燥，從而在所述電解質膜的另一個表面形成第二催化劑層的第四乾燥工序。根據本發明的第五方案，在第四方案所述的膜-催化劑層接合體的製造方法的基礎上，所述第四乾燥工序是如下的工序除自該高分子電解質膜的另一個表面側對所述電解質膜進行加熱之外，也自一個表面側對所述電解質膜進行加熱以使所述第二催化劑油墨乾燥，從而在所述電解質膜的另一個表面形成第二催化劑層的工序。根據本發明的第六方案，在第四方案或第五方案所述的膜-催化劑層接合體的製造方法的基礎上，還包括如下工序在所述第一催化劑塗覆工序之前，在所述電解質膜的另一個表面貼附第一形狀保持膜的第一膜貼附工序；在所述第二催化劑塗覆工序之前，在所述電解質膜的一個表面貼附第二形狀保持膜的第二膜貼附工序；在所述第二膜貼附工序之後且在所述第二催化劑塗覆工序之前，自所述電解質膜的另一個表面剝離所述第一形狀保持膜的第一膜剝離工序。根據本發明的第七方案，在第一方案 第六方案中任一方案所述的膜-催化劑層接合體的製造方法的基礎上，在所述第二乾燥工序中提供給所述電解質膜的熱量，比在所述第一乾燥工序中提供給所述電解質膜的熱量大。根據本發明的第八方案，在第一方案 第六方案中任一方案所述的膜-催化劑層接合體的製造方法的基礎上，所述第二乾燥工序中對所述電解質膜進行加熱的加熱溫度， 比所述第一乾燥工序中對所述電解質膜進行加熱的加熱溫度高。根據本發明的第九方案，提供一種膜-催化劑層接合體的製造裝置，其是燃料電池用的膜-催化劑層接合體的製造裝置，所述製造裝置的特徵在於，具有沿搬送方向搬送高分子電解質膜的搬送裝置；在高分子電解質膜的一個表面塗覆催化劑油墨的催化劑塗覆裝置；配置於所述催化劑塗覆裝置的所述搬送方向的下遊側的第一乾燥裝置，該第一乾燥裝置通過自該高分子電解質膜的另一個表面側對塗覆有所述催化劑油墨的所述電解質膜進行加熱而使所述催化劑油墨乾燥；配置於所述第一乾燥裝置的所述搬送方向的下遊側的第二乾燥裝置，該第二乾燥裝置通過自該高分子電解質膜的一個表面側對通過了所述第一乾燥裝置的所述電解質膜進行加熱而使所述催化劑油墨乾燥，從而在所述電解質膜的一個表面形成催化劑層。根據本發明的第十方案，在第九方案所述的膜-催化劑層接合體的製造裝置的基礎上，所述第二乾燥裝置自該高分子電解質膜的一個表面側對通過了所述第一乾燥裝置的所述電解質膜進行加熱，同時也自另一個表面側對通過了所述第一乾燥裝置的所述電解質膜進行加熱以使所述催化劑油墨乾燥。根據本發明的第十一方案，在第九方案或第十方案所述的膜-催化劑層接合體的製造裝置的基礎上，所述第二乾燥裝置提供給所述電解質膜的熱量，比所述第一乾燥裝置提供給所述電解質膜的熱量大。根據本發明的第十二方案，在第九方案或第十方案所述的膜-催化劑層接合體的製造裝置的基礎上，所述第二乾燥裝置的加熱溫度比所述第一乾燥裝置的加熱溫度高。發明效果根據本發明的膜-催化劑層接合體的製造方法，由於自高分子電解質膜的另一個表面側對塗覆在高分子電解質膜的一個表面上的催化劑油墨進行加熱以使其乾燥，因此， 可以使產生於高分子電解質膜的溶脹充分復原。另外，根據本發明的膜-催化劑層接合體的製造方法，由於在第一乾燥工序後，自高分子電解質膜的一個表面側進行加熱以使催化劑油墨乾燥，因此，可以得到抑制高分子電解質膜產生折皺或針孔的膜-催化劑層接合體。根據本發明的膜-催化劑層接合體的製造裝置，由於第一乾燥裝置相比催化劑塗覆裝置而配置在搬送方向的下遊側，因此，可以自高分子電解質膜的另一個表面側對塗覆在高分子電解質膜的一個表面上的催化劑油墨進行加熱以使其乾燥，從而使產生於高分子電解質膜的溶脹充分復原。另外，根據本發明的膜-催化劑層接合體的製造裝置，由於第二乾燥裝置相比第一乾燥裝置而配置於所述搬送方向的下遊側，因此，可以在使產生於高分子電解質膜的溶脹復原的狀態下自高分子電解質膜的一個表面側對催化劑油墨進行加熱以使其乾燥。由此，可以得到抑制高分子電解質膜產生折皺或針孔的膜-催化劑層接合體。
本發明的上述目的及特徵以及其他目的和特徵根據關聯到與附圖相關的優選實施方式的接下來的記述可以明了。在該附圖中圖1是本發明的實施方式的膜-催化劑層接合體的製造裝置的簡略說明圖。圖2是表示具有將第一形狀保持膜貼附於高分子電解質膜的第二面的結構的高分子膜的剖面圖。圖3是表示具有自圖2的狀態進一步將第一催化劑層形成於高分子電解質膜的第一面的結構的高分子膜的剖面圖。圖4是表示具有自圖3的狀態進一步將第二形狀保持膜貼附於形成有第一催化劑層的高分子電解質膜的第一面的結構的高分子膜的剖面圖。圖5是表示具有自圖4的狀態將第二形狀保持膜剝離後的結構的高分子膜的剖面圖。圖6是表示具有自圖5的狀態進一步將第二催化劑層形成於高分子電解質膜的第二面的結構的高分子膜的剖面圖。
具體實施例方式在繼續進行本發明的記述之前，需要說明的是，在附圖中對於相同部件，標註相同的參照附圖標記。以下，參照
本發明的實施方式。《實施方式》圖1是表示本發明的實施方式的膜-催化劑層接合體的製造裝置的簡略構成的圖。本實施方式的膜-催化劑層接合體例如用於作為機動車等移動體、分散發電系統、家庭用廢熱發電系統等的驅動源而使用的燃料電池。在圖1中，本實施方式的膜-催化劑層接合體的製造裝置具有供給輥11、支承輥 12、模具13、作為第一乾燥裝置的一例的預乾燥裝置14、作為第二乾燥裝置的一例的正式乾燥裝置15、卷繞輥16。在供給輥11上卷繞有高分子膜10。在本實施方式中，高分子膜10指的是具有圖 2 圖6中任一圖所示結構的高分子膜IOa 10e。如圖3所示，當在高分子電解質膜1的第一面(一個表面)形成催化劑層如時，在供給輥11上卷繞具有圖2所示結構的高分子膜10a。S卩，在供給輥11上卷繞具有將第一形狀保持膜2貼附於片狀的高分子電解質膜1 的第二面(另一個表面)的結構的高分子膜10a。另外，如圖6所示，當在高分子電解質膜 1的第二面(一個表面)形成催化劑層4b時，在供給輥11上卷繞具有圖5所示結構的高分子膜10d。S卩，在供給輥11上卷繞具有以覆蓋催化劑層如的方式將第二形狀保持膜3貼附於片狀高分子電解質膜1的第一面(另一個表面)的結構的高分子膜10d。作為高分子電解質膜1未特別限定，例如可以使用由全氟化碳磺酸製成的高分子電解質膜(例如，美國DuPont公司制的Nafion(註冊商標)、旭硝子(株式會社)制的 Flemion (註冊商標)、旭化成(株式會社)制的Aciplex (註冊商標)等)。高分子電解質膜1通常是非常薄且即便是很少的溼氣也易於變形的部件。因此，在本實施方式中，為了提高操作性並進一步抑制高分子電解質膜產生折皺或針孔，在高分子電解質膜1的第一面或第二面貼附形狀保持膜2或3。需要說明的是，本發明並不限於此，不一定非要設置形狀保持膜2或3。作為第一及第二形狀保持膜2、3，例如可以使用聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、 聚醚醯亞胺、聚醯亞胺、含氟樹脂等。第一及第二形狀保持膜2、3隻要是具有在層壓加工時不產生熱變形這種耐熱性的膜即可。
自供給輥11被拉出的高分子膜10懸掛於支承輥12，進而卷繞於卷繞輥16。卷繞輥16具有未圖示的馬達，並利用該馬達的驅動力連續旋轉，從而連續卷繞高分子膜10。在本實施方式中，如後所述，在高分子膜10自供給輥11被拉出並卷繞於卷繞輥16之前的期間內，在高分子電解質膜1的第一面(或第二面)形成催化劑層如(或4b)，因此，能夠進行膜-催化劑層接合體的批量生產。需要說明的是，在本實施方式中，利用供給輥11和卷繞輥16，構成了將高分子電解質膜1沿搬送方向X搬送的搬送裝置的一例。支承輥12例如是直徑被設定為300mm的圓柱形部件。需要說明的是，由於在高分子電解質膜1貼附形狀保持膜2或3，因此，不需要在支承輥12上設置吸引功能。模具13隔著高分子膜10配置在與支承輥12對置的位置。供給泵P與模具13連接。模具13構成為，能夠將自供給泵P供給的用於形成催化劑層的催化劑油墨朝向高分子膜10的與支承輥12接觸的部分噴出(塗覆)。在本實施方式中，利用模具13和供給泵P， 構成在高分子電解質膜1的第一面或第二面塗覆催化劑油墨的催化劑塗覆裝置的一例。催化劑油墨是用溶劑對擔載有鉬系金屬催化劑的碳微粒進行混合而得到的墨。作為金屬催化劑，例如可以使用鉬、釕、銠及銥等。作為碳粉末，可以使用碳黑、科琴黑及乙炔黑等。作為溶劑，可以使用水、乙醇、η-丙醇及η-丁醇等乙醇系、以及醚系、酯系及氟系等有機溶劑。通過乾燥鉬類金屬催化劑油墨的溶劑，可以形成以擔載有金屬催化劑的碳粉末為主成分的第一及第二催化劑層^、4b。預乾燥裝置14以與高分子膜10的第二面(或第一面)對置的方式配置在支承輥 12的搬送方向X的下遊側。預乾燥裝置14是如下的裝置自高分子電解質膜1的第二面 (或第一面)側對自模具13朝向高分子電解質膜1的第一面(或第二面)噴出的催化劑油墨進行加熱以使其乾燥的裝置。通過利用該預乾燥裝置14進行乾燥，可以使產生於高分子電解質膜1的溶脹充分復原。作為預乾燥裝置14，例如可以使用感應加熱方式或電磁波加熱方式的加熱裝置、加熱板、遠紅外線加熱器等。利用預乾燥裝置14進行加熱的加熱溫度若過低，則不能充分乾燥，若過高，則有可能損傷高分子電解質膜1，因此，優選設定在例如50°C 140°C的範圍內。利用預乾燥裝置14進行加熱的加熱時間，從使產生於高分子電解質膜1的溶脹充分復原的觀點來看，優選越長越好，例如優選30秒以上。但是，在並非斷續輸送而是連續輸送高分子膜10的情況下，為了延長預乾燥裝置14的加熱時間，則需要增長預乾燥裝置14 的長度。在該情況下，將導致製造裝置大型化。另外，通過放緩高分子膜10的輸送速度，也可以延長預乾燥裝置14的加熱時間。但是，在該情況下，將會降低膜-催化劑層接合體的生產能力。因此，留意到上述方面而優選適當地設定預乾燥裝置14的加熱時間。正式乾燥裝置15以包圍高分子膜10的方式配置在預乾燥裝置14的搬送方向X的下遊側。正式乾燥裝置15是如下的裝置自高分子電解質膜1的第一面及第二面這兩個表面對利用預乾燥裝置14進行乾燥後的催化劑油墨進行加熱以使其乾燥的裝置。通過利用該正式乾燥裝置15進行乾燥，催化劑油墨的溶劑完全乾燥而形成催化劑層4a(或4b)。作為正式乾燥裝置15，例如可以使用對流式熱風乾燥裝置。利用正式乾燥裝置15進行加熱的加熱溫度優選與利用預乾燥裝置14進行加熱的加熱溫度相同或比其高。由此，即便利用預乾燥裝置14的加熱不能充分乾燥催化劑油墨的溶劑，也可以通過利用正式乾燥裝置15進行加熱來促進催化劑油墨的溶劑的乾燥。由此，可以進一步抑制高分子電解質膜產生折皺或針孔。另外，可以縮短製造工序所花費的時間， 從而可以提高膜-催化劑層接合體的生產效率。利用正式乾燥裝置15進行加熱的加熱溫度與利用預乾燥裝置14進行加熱的加熱溫度的比優選為1. 0 2. 0。例如，利用預乾燥裝置14進行加熱的加熱溫度優選為50°C 70°C，利用正式乾燥裝置15進行加熱的加熱溫度優選為50°C 140°C。另外，由於正式乾燥裝置15直接乾燥催化劑油墨，因此，相比隔著高分子電解質膜1等間接加熱催化劑油墨的預乾燥裝置14，乾燥能力更優越。因此，在利用正式乾燥裝置15進行加熱的加熱溫度和利用預乾燥裝置14進行加熱的加熱溫度相同或前者更高時， 利用正式乾燥裝置15進行加熱的加熱時間優選為與利用預乾燥裝置14進行加熱的加熱時間相同或比其長。即，正式乾燥裝置15的熱量優選與預乾燥裝置14的熱量相同或比其大。正式乾燥裝置15的熱量與預乾燥裝置14的熱量的比優選為1. 0 25. 5。另夕卜， 正式乾燥裝置15的熱量與預乾燥裝置14的熱量的比更優選為1. 0 12. 0，進一步優選為 1. 0 5. 3。接著，說明本實施方式的膜-催化劑層接合體的製造方法。首先，在高分子電解質膜1的第二面貼附第一形狀保持膜2，製成圖2所示的高分子膜IOa (第一膜貼附工序)。接下來，將圖2所示的高分子膜IOa卷繞於供給輥11，如圖1所示，以懸掛於支承輥12並卷繞於卷繞輥16的方式設置高分子膜10a。接下來，驅動卷繞輥16的馬達(未圖示)，將高分子膜IOa自供給輥11朝向卷繞輥16連續輸送。接下來，自供給泵P通過模具13將催化劑油墨噴出到利用上述輸送動作而位於支承輥12上的高分子膜10a。由此，在高分子電解質膜1的第一面塗覆催化劑油墨(催化劑塗覆工序)。接下來，利用預乾燥裝置14對利用上述輸送動作輸送到預乾燥裝置14上方的已塗覆催化劑油墨的高分子膜IOa進行加熱。由此，自高分子電解質膜1的第二面側加熱高分子電解質膜1以使催化劑油墨乾燥，從而使高分子電解質膜1的溶脹復原(第一乾燥工序)。接下來，利用正式乾燥裝置15對利用上述輸送動作輸送到正式乾燥裝置15內的已塗覆催化劑油墨的高分子膜IOa進行加熱。由此，自高分子電解質膜1的第一面及第二面這兩個表面對高分子電解質膜1進行加熱以使催化劑油墨乾燥，從而如圖3所示形成催化劑層如(第二乾燥工序)。此後，繼續進行上述輸送動作，從而將圖3所示的高分子膜IOb 卷繞於卷繞輥16。接下來，在卷繞於卷繞輥16的圖3所示的高分子膜IOb的第二面，如圖4所示貼附第二形狀保持膜3 (第二膜貼附工序)。接下來，自圖4所示的高分子膜IOc剝離第一形狀保持膜2，製成圖5所示的高分子膜IOd (第一膜剝離工序)。接下來，將圖5所示的高分子膜IOd卷繞於供給輥11，如圖1所示，以懸掛於支承輥12並卷繞於卷繞輥16的方式設置高分子膜10d。此時，以使高分子電解質膜1相對於模具13露出的方式設置高分子膜10d。S卩，以使高分子膜IOd的第二面與模具13對置且高分子膜IOd的第一面與預乾燥裝置14對置的方式設置高分子膜10。接下來，驅動卷繞輥16的馬達(未圖示)，將高分子膜IOd自供給輥11朝向卷繞輥16連續輸送。接下來，自供給泵P通過模具13將催化劑油墨噴出到利用上述輸送動作而位於支承輥12上的高分子膜10d。由此，在高分子電解質膜1的第二面塗覆催化劑油墨(第二催化劑塗覆工序)。接下來，利用預乾燥裝置14對利用上述輸送動作輸送到預乾燥裝置14上方的已塗覆催化劑油墨的高分子膜IOd進行加熱。由此，自高分子電解質膜1的第二面側加熱高分子電解質膜1以使催化劑油墨乾燥，從而使高分子電解質膜1的溶脹復原(第三乾燥工序)。接下來，利用正式乾燥裝置15對利用上述輸送動作輸送到正式乾燥裝置15內的已塗覆催化劑油墨的高分子膜IOd進行加熱。由此，自高分子電解質膜1的第一面及第二面這兩個表面對高分子電解質膜1進行加熱以使催化劑油墨乾燥，從而如圖6所示形成催化劑層4b (第四乾燥工序)。此後，通過繼續進行上述輸送動作，從而將圖6所示的高分子膜IOe卷繞於卷繞輥16。接下來，自圖6所示的高分子膜IOe剝離第二形狀保持膜3，從而可以製造本實施方式的膜-催化劑層接合體。根據本實施方式的膜-催化劑層接合體的製造方法，由於自高分子電解質膜1的第二面側對塗覆於高分子電解質膜1的第一面的催化劑油墨進行加熱以使其乾燥，因此， 可以使產生於高分子電解質膜1的溶脹充分復原。另外，根據本發明的膜-催化劑層接合體的製造方法，在第一乾燥工序後，自高分子電解質膜1的第一面及第二面這兩個表面進行加熱以使催化劑油墨乾燥，因此，可以得到抑制高分子電解質膜產生折皺或針孔的膜-催化劑層接合體。另外，根據本發明的膜-催化劑層接合體的製造方法，如圖2 圖6所示，在第一形狀保持膜2或第二形狀保持膜3的至少任一方保持有高分子電解質膜1，因此，可以更有效地抑制高分子電解質膜1產生折皺或針孔。另外，根據本發明的膜-催化劑層接合體的製造裝置，預乾燥裝置14相比噴出催化劑油墨的模具13而配置於搬送方向X的下遊側，因此，可以自高分子電解質膜1的第二面側對塗覆於高分子電解質膜1的第一面的催化劑油墨進行加熱以使其乾燥，從而使產生於高分子電解質膜1的溶脹充分復原。另外，根據本發明的膜-催化劑層接合體的製造裝置，正式乾燥裝置15相比預乾燥裝置14而配置於搬送方向X的下遊側，因此，可以在使產生於高分子電解質膜1的溶脹復原的狀態下自高分子電解質膜1的第一面及第二面這兩個表面對催化劑油墨進行加熱以使其乾燥。由此，可以得到抑制高分子電解質膜產生折皺或針孔的膜-催化劑層接合體。需要說明的是，本發明並不限於上述實施方式，也能夠以其他各種形態進行實施。 例如，在上述實施方式中，作為正式乾燥裝置15，使用了自高分子電解質膜1的第一面及第二面這兩個表面進行加熱以使其乾燥的裝置，但本發明並不限於此。例如，作為正式乾燥裝置15，也可以使用僅對與預乾燥裝置14進行乾燥的高分子電解質膜1的面相反一側的面進行乾燥的裝置。例如，正式乾燥裝置15也可以是感應加熱方式或電磁波加熱方式的加熱裝置、加熱板、遠紅外線加熱器等。即使是如上所述的裝置，由於可以直接乾燥催化劑油墨，因此，相比隔著高分子電解質膜1等間接加熱催化劑油墨的預乾燥裝置14，也具有更優越的乾燥能力。另外，在上述實施方式中，另行設置預乾燥裝置14，但也可以使支承輥12具有預乾燥裝置14的功能。在該情況下，可以不需要設置預乾燥裝置14。另外，在使支承輥12 具有加熱功能且設置有預乾燥裝置14的情況下，可以使高分子電解質膜1的溶脹更快地復原，並且可以謀求製造裝置的小型化。接下來，說明對利用本實施方式的膜-催化劑層接合體的製造方法製造的高分子電解質膜的折皺或針孔的抑制效果進行驗證的結果。下述表1示出了改變預乾燥工序和正式乾燥工序所花費的時間而形成的各催化劑層的厚度偏差。[表1]
權利要求
1.一種膜-催化劑層接合體的製造方法，其為燃料電池用的膜-催化劑層接合體的製造方法，所述製造方法的特徵在於，包括如下工序在高分子電解質膜的一個表面上塗覆催化劑油墨的催化劑塗覆工序；自所述電解質膜的另一個表面側對所述電解質膜進行加熱以使所述催化劑油墨乾燥的第一乾燥工序；在所述第一乾燥工序後，自該高分子電解質膜的一個表面側對所述電解質膜進行加熱以使所述催化劑油墨乾燥，從而在所述電解質膜的一個表面形成催化劑層的第二乾燥工序。
2.如權利要求1所述的膜-催化劑層接合體的製造方法，其特徵在於，所述第二乾燥工序是如下的工序除自該高分子電解質膜的一個表面側對所述電解質膜進行加熱之外，也自另一個表面側對所述電解質膜進行加熱以使所述催化劑油墨乾燥， 從而在所述電解質膜的一個表面形成催化劑層的工序。
3.如權利要求1或2所述的膜-催化劑層接合體的製造方法，其特徵在於，還包括在所述催化劑塗覆工序之前在所述電解質膜的另一個表面貼附形狀保持膜的膜貼附工序。
4.如權利要求1所述的膜-催化劑層接合體的製造方法，其特徵在於，還具有如下工序在所述第二乾燥工序後，在所述電解質膜的另一個表面塗覆第二催化劑油墨的第二催化劑塗覆工序；自所述電解質膜的一個表面側對所述電解質膜進行加熱以使所述第二催化劑油墨乾燥的第三乾燥工序；在所述第三乾燥工序後，自該高分子電解質膜的另一個表面側對所述電解質膜進行加熱以使所述第二催化劑油墨乾燥，從而在所述電解質膜的另一個表面形成第二催化劑層的第四乾燥工序。
5.如權利要求4所述的膜-催化劑層接合體的製造方法，其特徵在於，所述第四乾燥工序是如下的工序除自該高分子電解質膜的另一個表面側對所述電解質膜進行加熱之外，也自一個表面側對所述電解質膜進行加熱以使所述第二催化劑油墨乾燥，從而在所述電解質膜的另一個表面形成第二催化劑層的工序。
6.如權利要求4或5所述的膜-催化劑層接合體的製造方法，其特徵在於，還包括如下工序在所述第一催化劑塗覆工序之前，在所述電解質膜的另一個表面貼附第一形狀保持膜的第一膜貼附工序；在所述第二催化劑塗覆工序之前，在所述電解質膜的一個表面貼附第二形狀保持膜的第二膜貼附工序；在所述第二膜貼附工序之後且在所述第二催化劑塗覆工序之前，自所述電解質膜的另一個表面剝離所述第一形狀保持膜的第一膜剝離工序。
7.如權利要求1 6中任一項所述的膜-催化劑層接合體的製造方法，其特徵在於， 在所述第二乾燥工序中提供給所述電解質膜的熱量，比在所述第一乾燥工序中提供給所述電解質膜的熱量大。
8.如權利要求1 6中任一項所述的膜-催化劑層接合體的製造方法，其特徵在於， 所述第二乾燥工序中對所述電解質膜進行加熱的加熱溫度，比所述第一乾燥工序中對所述電解質膜進行加熱的加熱溫度高。
9.一種膜-催化劑層接合體的製造裝置，其是燃料電池用的膜-催化劑層接合體的製造裝置，所述製造裝置的特徵在於，具有沿搬送方向搬送高分子電解質膜的搬送裝置； 在高分子電解質膜的一個表面塗覆催化劑油墨的催化劑塗覆裝置； 配置於所述催化劑塗覆裝置的所述搬送方向的下遊側的第一乾燥裝置，該第一乾燥裝置通過自該高分子電解質膜的另一個表面側對塗覆有所述催化劑油墨的所述電解質膜進行加熱而使所述催化劑油墨乾燥；配置於所述第一乾燥裝置的所述搬送方向的下遊側的第二乾燥裝置，該第二乾燥裝置通過自該高分子電解質膜的一個表面側對通過了所述第一乾燥裝置的所述電解質膜進行加熱而使所述催化劑油墨乾燥，從而在所述電解質膜的一個表面形成催化劑層。
10.如權利要求9所述的膜-催化劑層接合體的製造裝置，其特徵在於，所述第二乾燥裝置自該高分子電解質膜的一個表面側對通過了所述第一乾燥裝置的所述電解質膜進行加熱，同時也自另一個表面側對通過了所述第一乾燥裝置的所述電解質膜進行加熱以使所述催化劑油墨乾燥。
11.如權利要求9或10所述的膜-催化劑層接合體的製造裝置，其特徵在於，所述第二乾燥裝置提供給所述電解質膜的熱量，比所述第一乾燥裝置提供給所述電解質膜的熱量大。
12.如權利要求9或10所述的膜-催化劑層接合體的製造裝置，其特徵在於， 所述第二乾燥裝置的加熱溫度比所述第一乾燥裝置的加熱溫度高。
全文摘要
為了進一步抑制高分子電解質膜產生折皺或針孔，在本發明的膜-催化劑層接合體的製造方法中包括如下工序自高分子電解質膜的另一個表面側對塗覆在高分子電解質膜的一個表面上的催化劑油墨進行加熱以對其進行預乾燥，由此使高分子電解質膜的溶脹復原，並且在該預乾燥後，自高分子電解質膜的一個表面側進行加熱以對其進行正式乾燥。
文檔編號H01M8/10GK102414888SQ20118000186
公開日2012年4月11日 申請日期2011年2月9日 優先權日2010年2月10日
發明者佐藤信夫, 松村潤, 永井宏幸, 辻庸一郎 申請人:松下電器產業株式會社