膜催化剂层接合体的制造方法、膜催化剂层接合体的制造装置制造方法及图纸

提供一种能够制造具有具备所期望的空隙率的催化剂层的膜催化剂层接合体的膜催化剂层接合体的制造方法。通过对着落到电解质膜(110)之前的滴状的催化剂墨(140A)的溶剂的量进行调整，从而对催化剂墨着落到电解质膜上而形成的催化剂墨层(140B)的空隙率进行控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜催化剂层接合体的制造方法、膜催化剂层接合体的制造装置、以及膜催化剂层接合体
本专利技术涉及膜催化剂层接合体的制造方法、膜催化剂层接合体的制造装置、以及膜催化剂层接合体。
技术介绍
近年来，作为环境负荷较少的电源，燃料电池备受关注。燃料电池的由电极反应生成的生成物在原理上是水，燃料电池是对地球环境几乎没有不良影响的清洁的发电系统。特别是固体高分子型燃料电池(PEFC)以比较低的温度工作，因此，作为电动汽车用电源备受期待。固体高分子型燃料电池具有在电解质膜上形成有催化剂层的膜催化剂层接合体(CCM：CatalystCoatedMembrane)。此外，在膜催化剂层接合体还具有气体扩散层，由此构成膜电极接合体(MEA：membraneelectrodeassembly)。作为膜催化剂层接合体的制造方法，一般而言，公知有如下方法：在电解质膜上涂布含有固体成分的催化剂墨之后，使催化剂墨干燥而形成催化剂层。在电解质膜上形成的催化剂层具有阴极侧催化剂层和阳极侧催化剂层。阴极侧催化剂层是进行氧的还原反应的催化剂层，阳极侧催化剂层是进行氢的氧化反应的催化剂层。为了使在阴极侧催化剂层中进行的氧的还原反应连续地且顺利地进行，需要将所生成的水迅速地排除，并且连续地供给氧气。另外，为了使在阳极侧催化剂层中进行的氢的氧化反应连续地且顺利地进行，需要连续地供给用于利用水合使所生成的氢离子向电解质膜中顺利地扩散的水和燃料气体。根据以上内容，为了使上述的反应顺利地进行，以氧气和燃料气体的供给、顺利地进行水的排出和供给为目的，要求形成具有所期望的空隙率的催化剂层。与此相关联，在下述的专利文献1中公开有一种如下方法：使用造孔剂来对催化剂墨进行调配，将催化剂墨印刷在电解质膜上，使造孔剂溶出，从而制造电极与电解质膜的接合体。根据由该制造方法制造成的接合体，利用三维构造的造孔剂形成三维地连通了的细孔，因此，具备透气性。另外，在下述的专利文献2公开有一种如下方法：通过在电解质层上反复执行喷墨法，来层叠催化剂层。根据该层叠方法，在没有形成催化剂层的部位形成催化剂层空隙，因此，能够提供具备透气性的膜催化剂层接合体。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平10-189005号公报专利文献2：日本特开2007-179792号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题在专利文献1所记载的制造方法中，在电极的内部形成的细孔分布依赖于造孔剂的分布。并且，难以进行调整，以使造孔剂的分布成为所期望的分布，因此，难以在电解质膜上形成具有所期望的空隙率的催化剂层。另外，在专利文献2所记载的方法中，反复执行喷墨法而形成催化剂层，在没有形成催化剂层的部位形成用于供气体透过的催化剂层空隙。在该方法中，难以使催化剂层自身成为所期望的空隙率。本专利技术是为了解决上述问题而做成的。因而，本专利技术的目的在于提供一种能够制造具有具备所期望的空隙率的催化剂层的膜催化剂层接合体的膜催化剂层接合体的制造方法和膜催化剂层接合体的制造装置。另外，本专利技术的另一目的在于提供一种具有在层叠方向具备不同的所期望的空隙率的催化剂层的膜催化剂层接合体。用于解决问题的方案达成上述目的的本专利技术的膜催化剂层接合体的制造方法是将含有溶剂和固体成分的催化剂墨向电解质膜上排出而制造膜催化剂层接合体的膜催化剂层接合体的制造方法。膜催化剂层接合体的制造方法通过对着落到所述电解质膜之前的滴状的所述催化剂墨的所述溶剂的量进行调整，从而对所述催化剂墨着落到所述电解质膜上而形成的所述催化剂墨层的空隙率进行控制。另外，达成上述目的的本专利技术的膜催化剂层接合体的制造装置是将含有溶剂和固体成分的催化剂墨向电解质膜上排出而制造膜催化剂层接合体的膜催化剂层接合体的制造装置。制造装置具有调整部，该调整部对着落到所述电解质膜之前的滴状的催化剂墨的所述溶剂的量进行调整，从而对所述催化剂墨着落到所述电解质膜上而形成的催化剂墨层的空隙率进行控制。另外，达成上述目的的本专利技术的膜催化剂层接合体是在燃料电池用的电解质膜上的一个面形成有阴极侧催化剂层、在所述电解质膜上的另一个面形成有阳极侧催化剂层的膜催化剂层接合体。所述阴极侧催化剂层和所述阳极侧催化剂层中的至少一个催化剂层是具备彼此不同的空隙率的多个层层叠而成的。专利技术的效果根据上述的膜催化剂层接合体的制造方法和制造装置，对着落到电解质膜之前的催化剂墨的溶剂的量进行调整。在以着落到电解质膜之前的催化剂墨的溶剂的量相对变多的方式进行了调整之际，着落时的滴状的催化剂墨的体积相对变大。其结果，相邻的滴状的催化剂墨彼此结合，相邻的滴状的催化剂墨间的空隙相对变小。因而，滴状的催化剂墨着落到电解质膜上而形成的催化剂墨层的空隙率相对变小。因此，能够相对缩小催化剂墨层被干燥而形成的催化剂层的空隙率。另一方面，在以着落到电解质膜之前的催化剂墨的溶剂的量相对变少的方式进行了调整之际，着落时的滴状的催化剂墨的体积相对变小。其结果，相邻的滴状的催化剂墨彼此不结合，相邻的滴状的催化剂墨间的空隙相对变大。因而，滴状的催化剂墨着落到电解质膜上而形成的催化剂墨层的空隙率相对变大。因此，能够相对增大催化剂墨层被干燥而形成的催化剂层的空隙率。如以上那样，通过对着落到电解质膜之前的催化剂墨的溶剂的量进行调整，能够将催化剂层的空隙率适当设为所期望的空隙率。因而，能够提供能够形成具备所期望的空隙率的催化剂层的膜催化剂层接合体的制造方法和膜催化剂层接合体的制造装置。另外，根据上述的膜催化剂层接合体，能够提供具有在层叠方向具备不同的所期望的空隙率的催化剂层的膜催化剂层接合体。附图说明图1是表示第1实施方式的膜催化剂层接合体的制造装置的概略图。图2是表示第1实施方式的浓度调整部的图。图3是表示第1实施方式的膜催化剂层接合体的制造方法的流程图。图4是表示膜催化剂层接合体的制造方法的步骤S02的流程图。图5是表示催化剂墨层中的孔径的分布的一个例子的图表。图6的(A)是表示空隙率较小的情况的催化剂墨层的概略图，图6的(B)是表示空隙率较小的情况的催化剂层的SEM照片。图7的(A)是表示空隙率较大的情况的催化剂墨层的概略图，图7的(B)是表示空隙率较大的情况的催化剂层的SEM照片。图8是表示改变例1的浓度调整部的图。图9是表示改变例2的浓度调整部的图，是从催化剂墨的滴下方向观察的图。图10是沿着图9的10-10线的剖视图。图11是用于说明改变例2的浓度调整部的效果的图。图12是表示改变例3的浓度调整部的图。图13是表示改变例3的浓度调整部的变形例的图。图14是用于说明改变例3的浓度调整部的效果的图。图15是表示第2实施方式的膜催化剂层接合体的图。图16是表示阴极侧催化剂层的厚度与空隙率之间的关系的图表。图17是表示阴极侧催化剂层的厚度与固体成分浓度之间的关系的图表。图18是表示第2实施方式的膜催化剂层接合体的制造装置的一部分的概略图。图19是表示第2实施方式的膜催化剂层接合体的制造方法的流程图。图20是表示步骤S12的流程图。具体实施方式以下，一边参照所附的附图，一边说明本专利技术的实施方式。此外，在附图的说明中，对相同的要素标注相同的附图标记，省略重复的说明。出于方便说明，存在附图的尺寸比率被夸张、与实际的比率不同的情况。＜第1实施方式>首先，说明第1实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜催化剂层接合体的制造方法，在膜催化剂层接合体的制造方法中，将含有溶剂和固体成分的催化剂墨向电解质膜上排出而制造膜催化剂层接合体，在该膜催化剂层接合体的制造方法中，通过对着落到所述电解质膜之前的滴状的所述催化剂墨的所述溶剂的量进行调整，从而对所述催化剂墨着落到所述电解质膜上而形成的催化剂墨层的空隙率进行控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种膜催化剂层接合体的制造方法，在膜催化剂层接合体的制造方法中，将含有溶剂和固体成分的催化剂墨向电解质膜上排出而制造膜催化剂层接合体，在该膜催化剂层接合体的制造方法中，通过对着落到所述电解质膜之前的滴状的所述催化剂墨的所述溶剂的量进行调整，从而对所述催化剂墨着落到所述电解质膜上而形成的催化剂墨层的空隙率进行控制。2.根据权利要求1所述的膜催化剂层接合体的制造方法，其中，使飞翔中的所述催化剂墨干燥而调整所述催化剂墨的所述溶剂的量，从而改变所述催化剂墨的固体成分浓度。3.根据权利要求2所述的膜催化剂层接合体的制造方法，其中，向飞翔中的所述催化剂墨赋予热，从而使所述催化剂墨干燥。4.根据权利要求2所述的膜催化剂层接合体的制造方法，其中，使空气在飞翔中的所述催化剂墨的周围移动，从而使所述催化剂墨干燥。5.根据权利要求1～4中任一项所述的膜催化剂层接合体的制造方法，其中，所述催化剂墨利用喷墨方式排出，对所述催化剂墨排出时的频率和流速中的至少一者进行调整而改变所述催化剂墨的液滴体积，从而调整所述催化剂墨的所述溶剂的量。6.根据权利要求1～5中任一项所述的膜催化剂层接合体的制造方法，其中，对着落到所述电解质膜之前的滴状的所述催化剂墨的所述溶剂的量进行调整，从而使具备第1空隙率的第1催化剂墨层在所述电解质膜上形成，对着落到所述第1催化剂墨层之前的滴状的所述催化剂墨的所述溶剂的量进行调整，从而使具备与所述第1空隙率不同的第2空隙率的第2催化剂墨层在所述第1催化剂墨层上形成。7.根据权利要求6所述的膜催化剂层接合体的制造方法，其中，对所述第1催化剂墨层的表面形状的凹凸进行检测，基于检测到的所述第1催化剂墨层的凹凸，对形成所述第2催化剂墨层的所述催化剂墨的排出量进行调整，以使所述第2催化剂墨层的表面形状的凹凸变得平缓。8.一种膜催化剂层接合体的制造装置，其将含有溶剂和固体成分的催化剂墨向电解质膜上排出而制造膜催化剂层接合体，该膜催化剂层接合体的制造装置具有调整部，该调整部对着落到所述电解质膜之前的滴状的催化剂墨的所述溶剂的量进行调整，从而对所述催化剂墨着落到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：岸伦人，小濑村透，平尾隆行，宮冈浩，沼尾康弘，猪股纯，西村公男，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP