本发明专利技术提供一种用于制造聚合物电解质膜的方法，其中，所述聚合物电解质膜的表面具有多个微细凸部的阵列，所述微细凸部的高度为3μm以上12μm以下、且纵横比为0.4以上2.0以下，所述方法包括步骤(A)～(E)：(A)制备模具，所述模具的表面具有多个微细凹部的阵列，其中，每一个所述微细凹部具备底面和侧壁，每一个所述底面和所述侧壁为亲水性，每一个所述侧壁为光滑，每一个所述凹部的深度为3μm以上12μm以下，且纵横比为0.4以上2.0以下；(B)将亲水性聚合物电解质溶液供给至所述模具的表面；(C)将所述亲水性聚合物电解质溶液固化以形成聚合物电解质膜；(D)将所述聚合物电解质膜浸入亲水性液体中；并且(E)在所述亲水性液体中将所述聚合物电解质膜从所述模具剥离。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造聚合物电解质膜的方法。
技术介绍
专利文献1公开了一种固体聚合物型燃料电池，所述燃料电池包括在表面上具有多个微细凸部的聚合物电解质膜。所述微细凸部增加了反应面积并提高了催化剂的效率。 专利文献1公开了在聚合物电解质膜的表面上形成微细凸部的压膜(press-molding)法和浇铸(casting)法。在浇铸法中，将含有聚合物电解质或其前体以及溶剂的电解质溶液浇铸在表面具有多个微细凹部的模具上。随后，将固化后的聚合物电解质膜从模具剥离。所获得的聚合物电解质膜在其表面上具有模具的镜像结构。专利文献2和非专利文献1公开了用于形成具有多个微细凸部的聚合物电解质的方法。根据这些文献，将含有聚合物电解质膜的单体和聚合弓I发剂的电解质溶液浇铸在由聚氰基丙烯酸甲酯(polycyanomethylacrylate)制成的具有多个微细凹部的模具上。随后，单体通过照射紫外线来进行聚合，并且将固化后的聚合物电解质膜从模具剥离。专利文献3公开了一种用于制造包括具有多个微细凸部的催化剂层的聚合物电解质膜。根据专利文献3，聚合物电解质膜通过将聚合物电解质水溶液滴在包含催化剂层且其上涂布有聚合物电解质膜的氧化铝纳米孔阵列来进行制造。专利文献4公开了一种使用浇铸法在氟化聚酰亚胺树脂的表面上形成多个微细凸部的方法，作为用于形成不同于燃料电池用聚合物电解质膜的树脂膜的方法。根据专利文献4，在具有多个微细凹部的硅模具的表面上进行亲水性处理，并且将含有树脂单体的溶液浇铸在硅模具上。随后，将树脂单体用热聚合并且浸入在温水中。最后，将所获得的氟化聚酰亚胺树脂从模具剥离。亲水性处理减弱了固化树脂和硅模具之间的粘附，并且促进了剥离。[引用列表][专利文献][专利文献1]日本特开2OO5-IM62O[专利文献2]日本特开2007-525802[专利文献3]日本特开2006-196413[专利文献4]日本特开2005-053198[非专利文献1]Zhilian Zhou et.al. Molded, High surface Area Polymer Electrolyte Membranes from Cured Liquid Precursors，，，Journal of the American Chemical Society,2006, vol. 128，pp.12963-129
技术实现思路
[技术问题]然而，专利文献2和非专利文献1中公开的浇铸法需要多个步骤，包括通过将单体聚合来形成电解质膜的步骤，从而在厚度为30 μ m以上的聚合物电解质膜的表面上形成多个微细凸部。专利文献3中公开的浇铸法不需要聚合引发剂和紫外线。然而，由于用浇铸法形成的具有多个微细凸部的聚合物电解质膜太薄，因此需要与其它两片聚合物电解质膜贴I=I O根据专利文献4，被浇铸的树脂单体溶液为亲水性，而硅模具为疏水性。因此，树脂单体溶液和模具之间的粘附性低。当模具的凹部的厚度为3μπι以上时，树脂单体溶液不能充满凹部。因此，无法形成厚度为3μπι以上的微细凸部。[解决问题的手段]本专利技术提供一种以解决上述问题。本专利技术的目的在于利用了仅使用聚合物电解质溶液和模具的浇铸法来提供一种聚合物电解质膜，其表面具有多个高度为3 12 μ m且纵横比为0. 4 2. 0的微细凸部。聚合物电解质膜增加了反应面积并且提高了将质子转移到阴极催化剂层的效率。这样提高了由燃料电池产生电力的效率。具体地，本专利技术提供一种用于制造聚合物电解质膜的方法，其中，所述聚合物电解质膜的表面具有多个微细凸部的阵列，所述微细凸部的高度为3μπι以上12 μ m以下，且纵横比为0.4以上2.0以下，所述方法包括步骤㈧ (E)，(A)制备模具，所述模具的表面具有多个微细凹部的阵列，其中，每一个所述微细凹部具备底面和侧壁，每一个所述底面和所述侧壁为亲水性，每一个所述侧壁为光滑，每一个所述凹部的深度为3 μ m以上12 μ m以下，且纵横比为0. 4以上2. 0以下；(B)将亲水性聚合物电解质溶液供给至所述模具的表面；(C)将所述亲水性聚合物电解质溶液固化以形成聚合物电解质膜；(D)将所述聚合物电解质膜浸入亲水性液体中；并且(E)在所述亲水性液体中将所述聚合物电解质膜从所述模具剥离以形成所述聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜的表面具有多个微细凸部的阵列，所述微细凸部的高度为3μπι以上12μπι以下，且纵横比为0.4以上2.0以下。[专利技术的有益效果]本制造方法能够通过仅使用聚合物电解质溶液和模具的简单浇铸法来制造在表面具有多个微细凸部的聚合物电解质膜。所述微细凸部增加了燃料电池的反应表面积，并且促进了通过阴极催化剂层的质子传送。因此，燃料电池的发电效率得到显著地提高。附图说明图1示出了本专利技术的聚合物电解质膜的制造过程。图2示出了利用本专利技术的聚合物电解质膜的膜电极组件的示意图。图3示出了本专利技术的燃料电池的示意图。图4示出了实施例1中的硅模具的电子显微图像。图5示出了实施例1中的聚合物电解质膜的光学显微图像。图6示出了实施例1中的聚合物电解质膜的电子显微图像。图7示出了实施例1中的膜电极组件的横截面的电子显微图像。图8示出了实施例1中的利用具有微细凸结构的聚合物电解质膜和常规平坦聚合物电解质膜的燃料电池的电流-电压曲线图。图9示出了实施例2中的聚合物电解质膜的电子显微图像。图10示出了比较例1中的硅模具(a)和聚合物电解质膜(b)的微细凹部的电子显微图像。图11示出了比较例2中的聚合物电解质膜的原子力显微图像。图12示出了比较例3中的聚合物电解质膜的光学显微图像。参考符号列表103 模具104:聚合物电解质溶液105:聚合物电解质膜106 亲水性液体107 聚合物电解质膜105和模具103之间的亲水性液体201 阴极催化剂层202:阳极催化剂层301 气体扩散层302:隔板具体实施例方式为了进一步说明本专利技术的构成和效果，以下对适当的实施例进行说明。[实施方式1]图1示出了本专利技术的燃料电池用聚合物电解质膜的制造过程。在步骤(A)中，制备表面具有多个微细凹部的阵列的模具103。每一个微细凹部具备亲水性的底面和侧壁。每一个所述侧面为光滑。每一个凹部的深度为3μπι以上12μπι 以下，且纵横比为0. 4以上2. 0以下。用于制造模具103的方法如下。一种方法是用BOSCH刻蚀工艺在疏水性的衬底的表面形成多个微细凹部以形成疏水性模具。BOSCH刻蚀工艺是在衬底的表面上形成深孔的工艺。随后，用UV臭氧处理在微细凹部的底面和侧壁上进行亲水性处理以形成模具103。另一种方法是用BOSCH刻蚀工艺在亲水性衬底的衬底上形成多个微细凹部以形成模具103。BOSCH刻蚀工艺能够形成具有光滑侧壁的微细凹部。具体地，该侧壁具有0. 05 μ m 以下的平均表面粗糙度(Ra)。当在步骤(E)中从模具去除聚合物电解质膜时，这样的光滑侧壁防止聚合物电解质膜被粘在模具103中并且保护其微细凸部。在本说明书中的术语“亲水性”是指模具103上水的接触角为20度以下。在步骤⑶中，将亲水性聚合物电解质溶液104供给至模具103的表面。S卩，聚合物电解质溶液104被浇铸在模具103上。聚合物电解质溶液104含有聚合物电解质和亲水性溶剂。优本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.04 JP 2010-0229361.一种用于制造聚合物电解质膜的方法，其中，所述聚合物电解质膜的表面具有多个微细凸部的阵列，所述微细凸部的高度为3μπι 以上12 μ m以下，且纵横比为0.4以上2.0以下， 所述方法包括步骤(A) (E)，(A)制备模具，所述模具的表面具有多个微细凹部的阵列，其中， 每一个所述微细凹部具备底面和侧壁，每一个所述底面和所述侧壁为亲水性， 每一个所述侧壁为光滑，每一个所述凹部的深度为3 μ m以上12 μ m以下，且纵横比为0. 4以上2. 0以下；(B)将亲水性聚合物电...
【专利技术属性】
技术研发人员：相泽将徒，行天久朗，田尾本昭，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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