电极催化剂层的制造方法、膜电极组件的制造方法及燃料电池的制造方法技术

一种电极催化剂层的制造方法包括：在密闭容器内装入在其上承载有催化剂的导电载体、基板、电解质树脂和超临界流体(S102到S106)；以及冷却所述基板以在所述基板上形成电极催化剂层，所述电极催化剂层具有在其上承载有所述催化剂的所述导电载体和所述电解质树脂(S108)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电极催化剂层的制造方法、膜电极组件的制造方法以及燃料电池的制造方法。
技术介绍
一些燃料电池使用其中电极催化剂层被分别接合到电解质膜的两个表面的膜电极组件(MEA)。每个电极催化剂层包括载体以及电解质树脂，在载体上承载有催化剂。通过催化剂，在所谓的三相界面处发生电极反应。在三相界面处，气体通路、电解质树脂以及其上承载有催化剂的载体彼此接触。因此，希望催化剂位于三相界面处。此外，希望电解质树脂被均勻地形成在载体上。例如，当垂直取向的(vertically-aligned)碳纳米管(下文中，也称为“垂直取向CNT”)被用作载体时，已经提出了以下技术在其中电解质树脂被溶解在醇中的电解溶液被滴到碳纳米管(下文中，也称为“CNT”)上，然后干燥以便用电解质树脂涂覆CNT的表面(参见例如日本专利申请公开2005-203332 (JP-A-2005-203332))。然而，当CNT长时或当邻近的CNT之间的距离短时，电解溶液难以渗透到邻近的 CNT之间的间隙里面，因此存在电解质树脂不能均勻地形成在CNT的表面上的可能性。注意，不仅当CNT被用作载体时出现这样的问题，例如当碳黑或类似物的颗粒被用作载体时也会出现这样的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于改善在燃料电池中使用的电极催化剂层中的其上承载有催化剂的载体周围所形成的电解质树脂的均勻性的技术。本专利技术的第一方面涉及一种电极催化剂层的制造方法。所述制造方法包括在密闭容器内装入在其上承载有催化剂的导电载体、基板、电解质树脂和超临界流体；以及冷却所述基板以在所述基板上形成电极催化剂层，所述电极催化剂层具有所述电解质树脂和在其上承载有所述催化剂的所述导电载体。通过在密闭容器内装入电解质树脂和超临界流体，在超临界流体中溶解(分散) 电解质树脂。然后，冷却基板以冷却其周围的超临界流体，从而从超临界状态改变。由此， 电解质树脂沉淀。例如，当在基板上形成其上承载有催化剂的导电载体时，可以改善围绕其上承载有催化剂的导电载体而形成的电解质树脂的均勻性。此外，例如，当诸如碳黑的颗粒被分散在超临界流体中同样作为导电载体时，随着基板冷却，基板周围的温度降低，诸如碳黑的颗粒的温度也降低。由此，电解质树脂沉淀在导电载体上。因此，可以改善围绕其上承载有催化剂的导电载体而形成的电解质树脂的均勻性。所述导电载体可以为基本上垂直地形成在基板上的垂直取向材料，且所述基板可被冷却以将所述垂直取向材料冷却到低于或等于所述超临界流体的临界点的温度。此外，所述垂直取向材料可以为垂直取向碳纳米管。通过以上方面，电解质树脂围绕垂直取向材料而沉淀，因此可以改善围绕其上承载有催化剂的载体而形成的电解质树脂的均勻性。此外，当使用垂直取向材料时，反应气体流过由多个垂直取向材料形成的空气间隙，因此反应气体被平稳供给到在三相界面附近设置的催化剂。结果，可以改善催化剂的有效利用率。所述超临界流体可以为三氟甲烷的超临界流体。当三氟甲烷的压力增加时，三氟甲烷具有增加的介电常数和较高的极性，因此三氟甲烷更容易地溶解电解质树脂。由此，与使用二氧化碳作为超临界流体的情况相比，可以容易地溶解(分散)电解质树脂。注意，本专利技术的方面可以以各种形式实施，并例如可以在膜电极组件的制造方法、 燃料电池的制造方法、电极催化剂层、膜电极组件、燃料电池、具有燃料电池的燃料电池系统、配备有燃料电池系统的车辆等等中实施。附图说明通过参考附图对示例性实施例进行的以下描述，本专利技术的上述和其他目的、特征以及优点将变得显而易见，在附图中相同的标号用于表示相同的要素，且其中图1为示意性示出了根据本专利技术的第一实施例的燃料电池的截面配置的截面图；图2为示出了图1中的Xl部分的放大截面图；图3为示意性示出了用于电极催化剂层的制造设备的示意图；图4为示例了三氟甲烷的状态改变的图；图5为示出了电极催化剂层的制造方法的流程的流程图；图6A到6C为概念性地示出了电极催化剂层的制造方法的各部分的图；图7为示出了三氟甲烷和二氧化碳中的每一个的介电常数的图；图8为示意性地示出了根据第二实施例的电极催化剂层的制造设备的示意图；以及图9为示出了根据第二实施例的电极催化剂层的制造方法的流程的流程图。具体实施例方式A.第一实施例Al.燃料电池的配置图1为示意性示出了根据本专利技术的第一实施例的燃料电池100的截面配置的截面图。燃料电池100为聚合物电解质燃料电池。燃料电池100使用氢和空气来产生电力。如图1所示，燃料电池100具有在密封一体型膜电极组件(MEA) 300的阳极侧依次层叠的阳极侧气体扩散层410和阳极侧分隔体500，并具有在密封一体型MEA 300的阴极侧依次层叠的阴极侧气体扩散层430和阴极侧分隔体600。图1示出了这样的部分的局部，在该部分中层叠有多个密封一体型MEA 300、阳极侧气体扩散层410、阳极侧分隔体500、阴极侧气体扩散层430以及阴极侧分隔体600。从附图中略去了其他部分。下文中，阳极侧分隔体500和阴极侧分隔体600被合称为分隔体500和600。注意，在阳极侧分隔体500与阴极侧分隔体600之间以预定间隔设置在其中形成有用于流动冷却剂的冷却剂通路的冷却剂分隔体(未示出)。冷却剂流过冷却剂分隔体的内部以去除由燃料电池100的电极反应产生的热，由此将燃料电池100的内部温度保持在预定范围内。在下列方法制造燃料电池100。首先，将根据电极催化剂层的制造方法(将在稍后描述)制造的电极催化剂层10转移到电解质膜20的每个表面上，由此制造MEA 30。密封构件32被形成在MEA 30的外周边处以制造密封一体型膜电极组件(MEA)300。阳极侧气体扩散层410和阳极侧分隔体500以所述顺序层叠在密封一体型MEA 300的阳极侧上，并且阴极侧气体扩散层430和阴极侧分隔体600以所述顺序层叠在密封一体型MEA 300的阴极侧上。由此，形成燃料电池模块。然后，多个(例如，400个)燃料电池模块被层叠在彼此的顶上。之后，集电板(未示出)、绝缘板(未示出)以及端板(未示出)以所述顺序层叠在所述多个层叠的燃料电池的每个端部上。以该方式，设置部件。然后，在沿层叠燃料电池模块的层叠方向施加预定按压力的状态下，通过拉伸板、拉伸棒等等将构成燃料电池100 的部件紧固到一起。由此，维持燃料电池100的层叠状态，从而完成燃料电池100。每个阳极侧分隔体500在面向阳极侧气体扩散层410的表面上具有多个凸出的肋部(rib)510。相似地，每个阴极侧分隔体600在面向阴极侧气体扩散层430的表面上具有多个凸出的肋部610。分隔体500和600的对从两侧夹着MEA 300以形成作为阳极气体的氢流动的通路和作为阴极气体的空气流动的通路。被供给到燃料电池100的空气通过由阴极侧分隔体600的肋部610形成的通路流到阴极侧气体扩散层430中，并在被供给到MEA 30的同时流过阴极侧气体扩散层430以用于电极反应。相似地，被供给到燃料电池100的氢通过由阳极侧分隔体500的肋部510形成的通路流到阳极侧气体扩散层410中，并在流过燃料电池100的内部的同时流过阳极侧气体扩散层410以用于电极反应。注意，在本实施例中，使用不锈钢平板形成分隔体500和600的对；替代地，它们可以使用诸如钛和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：滨雄一郎，土井孝吉，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：