燃料电池膜电极组件的制造方法及燃料电池膜电极组件的制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供固体高分子电解质膜不起皱，并且对置的电极催化剂层不发生错位的燃料电池膜电极组件的制造方法以及制造装置。在燃料电池膜电极组件（10）的制造方法中，以夹持固体高分子电解质膜（13）的方式配置一对涂布有电极催化剂层（70）的基材（90、90），并利用一对层压辊（50、60）从其外侧施加热压力，从而在所述固体高分子电解质膜（13）的两个面上热转印所述电极催化剂层（70），所述一对层压辊（50、60）中的至少一方使用在表面形成有凸部（53）的层压辊（50），所述凸部（53）的形状与转印到所述固体高分子电解质膜（13）侧的电极催化剂层（11、12）相同。由此能够有效地制造固体高分子电解质膜（13）不起皱，并且对置的电极催化剂层不发生错位的高质量的膜电极组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及构成固体高分子型燃料电池的膜电极组件的制造方法及其制造装置。
技术介绍
以往的固体高分子型燃料电池形成如下结构具有由两个电极(氧化极和还原板)夹持固体高分子电解质膜并进行接合而得到的膜电极组件，同时利用气体扩散层夹持该膜电极组件。而且，具有通过在阳极和阴极流动氢和氧，从而引起电化学反应并进行发电的体系。燃料电池与以往的发电装置不同，在发电状态下仅产生水，而不产生近年来成为问题的ニ氧化碳等环境负荷气体，因而作为ー种绿色发电装置受到期待。作为膜电极组件的制作方法，已提出各种方法。例如，以下的专利文献I公开了这样ー种方法使负载有催化剂的导电性粒子和具有离子导电性的高分子分散在有机溶剂 中，得到燃料电池用电极催化剂油墨，将该油墨涂布在转印基材上以形成电极催化剂层，将形成的电极催化剂层剪裁成规定形状后，使其夹持在固体高分子电解质膜中，并通过热压、层压等进行热压接。另外，以下的专利文献2还公开了这样ー种方法将燃料电池用电极催化剂油墨以规定形状涂布在转印基材上，然后以将带有该电极催化剂层的转印薄片夹持在固体高分子电解质膜中的方式进行配置，通过热压、层压等进行热压接，并剪裁成规定形状的膜电极组件。另外，以下的专利文献3还公开了这样ー种方法将燃料电池用电极催化剂油墨涂布在转印基材上，然后通过将电极形状加工成凸部的冲压或层压，从而转印成规定形状。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2001-196070号公报专利文献2 日本特开2006-185762号公报专利文献3 :日本特开2009-37916号公报
技术实现思路
但是，当使用以下方法作为膜电极组件的制作方法时，催化剂层的对位需要时间，并有可能产生错位，所述方法为，使负载有催化剂的导电性粒子和固体高分子电解质膜片分散在有机溶剂中，得到燃料电池用电极催化剂油墨，将该油墨涂布在转印基材上，形成电极催化剂层，将形成的电极催化剂层剪裁成规定形状后，使其夹持在固体高分子电解质膜中，通过热压、层压等进行热压接。另外，当使用下述方法时，同样有可能引起错位，所述方法为，将燃料电池用电极催化剂油墨以规定形状涂布在转印基材上，然后以带有该电极催化剂层的转印薄片夹持在固体高分子电解质膜片中的方式进行配置，通过热压、层压等进行热压接，并剪裁成规定形状的膜电极组件。另外，当使用将燃料电池用电极催化剂油墨涂布在转印基材上，然后通过将电极形状加工成凸部的冲压或层压，从而将规定形状转印在固体高分子电解质膜片的两个面上的方法时，虽然降低错位的可能性，提高生产节拍，但是存在边缘形状、固体高分子电解质膜起皱的问题。本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供固体高分子电解质膜不起皱，且对置的电极催化剂层不发生错位的燃料电池膜电极组件的制造方法及燃料电池膜电极组件的制造装置。为了解决上述问题，本专利技术采用以下手段。ー种燃料电池膜电极组件的制造方法，所述制造方法是以夹持固体高分子电解质膜的方式配置一对涂布有电极催化剂层的基材，并利用ー对层压辊(laminater roll)从所 述基材外侧施加热压力，从而在所述固体高分子电解质膜的两个面上热转印所述电极催化剂层，所述ー对层压辊中的至少一方使用在表面形成有凸部的层压辊，所述凸部的形状与转印到所述固体高分子电解质膜侧的电极催化剂层相同。通过使用该层压辊，能够将ー对电极催化剂层准确地热转印到固体高分子电解质膜，而不会发生错位。另外，在所述ー对基材的外侧还配置有保护膜，利用所述层压辊从该保护膜的外侧施加热压力，从而在所述固体高分子电解质膜的两个面上热转印所述电极催化剂层。由此，在固体高分子电解质膜上不会起皱，并且气泡等不会进入到电极催化剂层和固体高分子电解质膜之间。一般由于涂布有电极催化剂层的基材与固体高分子电解质膜的热膨胀率不同，所以，例如在常温附近将电极催化剂层和固体高分子电解质膜进行对位，然后进行热转印吋，则固体高分子电解质膜有可能起皱。另外，即使在例如为了提高膜电极组件的性能而提高电极催化剂层的多孔度等的情况下，也由于需要提高固体高分子膜和电极催化剂层的接合性，所以需要在热转印前施加预热。如果在从涂布有电极催化剂层的基材贴合到固体高分子电解质膜上之后，并且在剥离保护膜、基材之前，进行热层压，则能够进ー步提高膜电极组件的性能。另外，通过将电极催化剂层热压接到固体高分子膜上，然后在保持其温度的状态下剥离基材，由此能够抑制电极催化剂层的缺ロ，并抑制电极催化剂层从固体高分子膜剥离。而且，能够防止固体高分子电解质膜在电极催化剂层附近起皱、膜电极组件自身发生卷曲等变形。用于转印电极催化剂层的凸部的高度为O. 2mm以上至3mm以下，由此能够消除固体闻分子电解质I旲的起皱、损伤，并且能够提闻电极催化剂层的形状精度。转印层压辊上的凸部的间隙的表面使用弹性模量小于凸部表面的弹性模量的原料，由此能够消除固体高分子电解质膜的起皱、损伤，并且能够提高电极催化剂层的形状精度。由上述方法制作的膜电极组件显示优良的电特性，并且在外观上没有缺损。根据本专利技术，能够有效地制造固体高分子电解质膜不起皱、且对置的电极催化剂层不发生错位的高质量的燃料电池膜电极组件。附图说明图I是本专利技术的固体高分子型燃料电池100的立体分解图。图2是表示用于本专利技术的层压辊50之一例的立体图。图3是用于本专利技术的层压辊50的截面图。图4是表示本专利技术的膜电极组件制造方法的一个实施方式的说明图。图5是表示本专利技术的膜电极组件制造方法的其他实施方式的说明图。图6是表示本专利技术的膜电极组件制造方法的其他实施方式 的说明图。具体实施例方式下面对本专利技术的燃料电池膜电极组件的制造方法进行说明。需要说明的是，本专利技术并不限于以下记载的各实施方式，还可以基于本领域技术人员的知识，加入设计变更等变形，加入了上述变形的实施方式也被包括在本专利技术的范围内。图I是本专利技术的固体高分子型燃料电池100的立体分解图。如图所示，在该固体高分子型燃料电池100中，以与膜电极组件10的电极催化剂层11及电极催化剂层12对置的方式，配置有空气电极侧气体扩散层21及燃料极侧气体扩散层31。由此，分别构成空气电极20及燃料极30。利用电极催化剂层11和电极催化剂层12夹持固体高分子电解质膜13，从而构成膜电极组件10。而且，配置由具有导电性和非渗透性的材料所构成的一组隔离器40、40，该一组隔离器在空气电极20侧具有气体流通用气体流路41，同时在燃料极30具有冷却水流通用冷却水流路42。从燃料极30侧的隔离器40的气体流路41供给例如氢气作为燃料气体。而从空气电极20侧的隔离器40的气体流路41供给例如含氧气体作为氧化剂气体。另外，图I是在一组隔离器40、40之间夹持固体高分子电解质膜13、电极催化剂层11、12、气体扩散层21，31的所谓单电池结构的固体高分子型燃料电池，但是，还可以是通过隔离器40、40将多个电池进行多层层压的结构。接下来，对形成该电极催化剂层11、12的方法进行说明。该电极催化剂层11、12包括负载有催化剂的导电性粒子和离子传导性高分子。负载有催化剂的导电性粒子，由具有导电性的载体和具有催化剂功能的金属催化剂组成。对于金属催化剂，只要在阴极发生的氧的还原反应中和在阳极发生的氢的氧化反应中具有催化剂作用即可，并没有特别限定。具本文档来自技高网...

【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：羽场靖洋，
申请(专利权)人：凸版印刷株式会社，
类型：
国别省市：