膜电极接合体制造技术

本发明专利技术提供一种催化剂层的柔软性提高了的固体高分子型燃料电池用的膜电极接合体。本实施方式涉及的膜电极接合体(12)是由阳极侧催化剂层(3)和阴极侧催化剂层(2)夹持着质子传导性的高分子电解质膜(1)而构成的，其中各催化剂层含有：负载有催化剂(13)的碳粒子(14)、高分子电解质(15)以及纤维状物质(16)，在弯曲试验前与弯曲试验后，膜电极接合体(12)的催化剂层(2、3)中形成的裂纹(19)的最大长度之差为1200μm以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜电极接合体
本专利技术涉及膜电极接合体。
技术介绍
近年来，燃料电池作为环境问题和能源问题的有效解决方式而备受关注。燃料电池利用氧气等氧化剂将氢气等燃料氧化，并将伴随着的化学能转换为电能。燃料电池根据电解质的种类可以分为碱性型、磷酸型、高分子型、熔融碳酸盐型、固体氧化物型等。固体高分子型燃料电池(PEFC)由于其低温工作、高输出功率密度，并且可以实现小型化和轻量化，因而被期望应用于便携式电源、家庭用电源、车载用动力源。固体高分子型燃料电池(PEFC)具备将作为电解质膜的高分子电解质膜夹在燃料电极(阳极)和空气电极(阴极)之间的结构，并且将含有氢气的燃料气体供给到燃料电极侧、将含有氧气的氧化剂气体供给到空气电极侧，从而根据下述电化学反应进行发电。阳极：H2→2H++2e-···(1)阴极：1/2O2+2H++2e-→H2O···(2)阳极和阴极均由催化剂层和气体扩散层的层叠结构构成。通过电极催化剂，供给到阳极侧催化剂层的燃料气体生成质子和电子(反应1)。质子经由阳极侧催化剂层内的高分子电解质、高分子电解质膜而移动到阴极。电子经由外部回路而移动到阴极。在阴极侧催化剂层中，质子、电子、以及由外部供给来的氧化剂气体发生反应而生成水(反应2)。由此，电子经由外部回路而进行发电。作为燃料电池的应用场所，可以列举出作为车载用动力源的汽车搭载等。由于在车载用途中设想在各种环境下利用，因此期望膜电极接合体具有高的机械耐久性。作为可以提高膜电极接合体的机械耐久性的技术，例如有专利文献1中所记载的技术。专利文献1中提出了一种电解质膜，该电解质膜的断裂强度大，即使在反复进行加湿膨胀和干燥收缩的环境下膜也难以破坏。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2018/061838号
技术实现思路
[本专利技术要解决的课题]作为用于提高机械耐久性的其他方法，可以考虑提高电解质膜或催化剂层的柔软性。例如，在将燃料电池用于车载用途的情况下，燃料电池会暴露在产生连续振动的环境下。若机械强度低，则很可能因车的振动而损坏。也就是说，期望一种即使因振动而施加负荷等也难以损坏的膜电极接合体。为了实现这个，需要膜电极接合体的柔软性。然而，专利文献1中没有充分地验证催化剂层的柔软性，因此膜电极接合体的耐久性不能说是充分的。本专利技术是鉴于这样的情况而完成的，其目在于提供一种使催化剂层的柔软性提高从而提高膜电极接合体的耐久性的固体高分子型燃料电池用的膜电极接合体。[用于解决课题的手段]为了解决上述课题，本专利技术的一个方式涉及的固体高分子型燃料电池用的膜电极接合体是由阳极侧催化剂层和阴极侧催化剂层夹持着质子传导性高分子电解质膜而构成的，其中各催化剂层含有：负载有催化剂的碳粒子、高分子电解质、以及纤维状物质，特征在于：在弯曲试验前和弯曲试验后，在所述催化剂层中形成的裂纹的最大长度之差为1200μm以下。[专利技术的效果]根据本专利技术的一个方式，可以提供一种催化剂层的柔软性提高了的固体高分子型燃料电池用的膜电极接合体。更详细而言，根据本专利技术的一个方式，由于赋予了膜电极接合体以柔软性，因此即使在产生振动的环境下也能够保持膜电极接合体的耐久性，从而可以提供一种高耐久性的固体高分子型燃料电池用的膜电极接合体。附图说明[图1]是表示本专利技术的实施方式涉及的催化剂层的构成例子的示意图。[图2]是表示本专利技术的实施方式涉及的膜电极接合体的构成例子的剖面的示意图。[图3]是表示本专利技术的实施方式涉及的膜电极接合体的弯曲试验的方法例子的示意图。[图4]是表示本专利技术的实施方式涉及的膜电极接合体的弯曲试验后的显微镜照片例子的示意图。[图5]是表示安装有本专利技术的实施方式涉及的膜电极接合体的固体高分子型燃料电池的单电池的构成例子的分解透视图。[图6]是本专利技术的实施例1涉及的膜电极接合体的弯曲试验后的显微镜照片。[图7]是本专利技术的实施例19涉及的膜电极接合体的弯曲试验后的显微镜照片。[图8]是本专利技术的比较例5涉及的膜电极接合体的弯曲试验后的显微镜照片。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行详细地说明。需要说明的是，本专利技术不限于以下记载的各实施方式，也可以基于本领域技术人员的知识而进行设计的变更等变形，并且进行了那样变形的实施方式也包含在本专利技术的范围内。(催化剂层、膜电极接合体以及单电池的各自构成)如图1所示，本专利技术的实施方式(以下称为本实施方式)涉及的固体高分子型燃料电池用的催化剂层，即阳极侧催化剂层和阴极侧催化剂层含有：负载有催化剂13的碳粒子14、高分子电解质15、以及纤维状物质16。通过含有纤维状物质16，在形成时不产生裂纹，另外可以增加催化剂层内的空孔。如图2所示，本实施方式涉及的固体高分子型燃料电池用的膜电极接合体12是由所述阳极侧催化剂层3(以下简称为“催化剂层3”)和阴极侧催化剂层2(以下简称为“催化剂层2”)夹持着质子传导性的高分子电解质膜1而构成的膜电极接合体。如图3所示，本实施方式涉及的弯曲试验是这样实施的：将膜电极接合体12的一端固定在弹簧负荷夹具17上，另一端固定在弯曲夹具18上，并且移动弯曲夹具18。如图4所示，通过光学显微镜或扫描电子显微镜观察在催化剂层2或催化剂层3的表面上所产生的裂纹19，并将最长的裂纹19的长度设为“裂纹的最大长度”。作为裂纹19的定义，是指：裂纹19中，裂纹宽度为0.5μm以上的裂纹。需要说明的是，上述弯曲试验后，在构成本实施方式涉及的膜电极接合体12的催化剂层2和催化剂层3的至少一者上所形成的裂纹19的最大长度，与存在于弯曲试验前的催化剂层2和催化剂层3的至少一者上的裂纹19的最大长度之差为1200μm以下。也就是说，在上述弯曲试验后所形成的、在膜电极接合体12的催化剂层2和催化剂层3的至少一者上所形成的裂纹19的最大长度，与存在于弯曲试验前的催化剂层2和催化剂层3的至少一者上的裂纹19的最大长度之差为1200μm以下。另外，上述弯曲试验后所形成的、膜电极接合体12的催化剂层2和催化剂层3的至少一者上的裂纹19的最大长度可以为1500μm以下。图5是表示安装有膜电极接合体12的固体高分子型燃料电池的单电池11的构成例子的分解透视图。如图5所示，阴极侧气体扩散层4(以下简称为“气体扩散层4”)和阳极侧气体扩散层5(以下简称为“气体扩散层5”)分别与膜电极接合体12的阴极侧催化剂层2和阳极侧催化剂层3相对地进行配置。由此，分别构成阴极6和阳极7。然后，通过一组隔板10夹持阴极6和阳极7以构成单电池11。一组隔板10由具有导电性且不透气性的材料构成，具备：面对阴极侧气体扩散层4或阳极侧气体扩散层5而配置的反应气体流通用的气体流路8、以及配置在与气体流路8相对的主面上的冷却水流通用的冷却水流路9。在该单电池11中，空气或氧气等氧化剂经由一个隔板10的气体流路8而供给到阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膜电极接合体，其是由阳极侧催化剂层和阴极侧催化剂层夹持着质子传导性的高分子电解质膜而构成的固体高分子型燃料电池用的膜电极接合体，其中所述阳极侧催化剂层和所述阴极侧催化剂层含有：负载有催化剂的碳粒子、高分子电解质、以及纤维状物质，/n特征在于，在弯曲试验前与弯曲试验后，所述催化剂层中形成的裂纹的最大长度之差为1200μm以下。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180823 JP 2018-1566091.一种膜电极接合体，其是由阳极侧催化剂层和阴极侧催化剂层夹持着质子传导性的高分子电解质膜而构成的固体高分子型燃料电池用的膜电极接合体，其中所述阳极侧催化剂层和所述阴极侧催化剂层含有：负载有催化剂的碳粒子、高分子电解质、以及纤维状物质，
特征在于，在弯曲试验前与弯曲试验后，所述催化剂层中形成的裂纹的最大长度之差为1200μm以下。


2.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其特征在于：
在所述膜电极接合体的弯曲试验后，在所述催化剂层中形成的裂纹的最大长度为1500μm以下。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的膜电极接合体，其特征在于：
所述纤维状物质含有碳纤维、过渡金属元素、过渡金属元素的碳氮化合物的部分氧化物、过渡金属元素的导电性氧化物、过渡金属元素的导电性氧氮化合物、以及具有质子传导性的高分子电解质纤维中的至少1种。

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木裕，
申请(专利权)人：凸版印刷株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP