專利名稱：電解質(zhì)膜電極接合體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使氫與氧反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電的高分子電解質(zhì)型燃料電池所用的電解質(zhì)膜電極接合體的制造方法。
背景技術(shù)：
采用高分子電解質(zhì)的燃料電池通過(guò)使含有氫的燃料氣體與空氣等含有氧的氧化劑氣體進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而同時(shí)產(chǎn)生電能及熱量。
圖1所示為作為高分子電解質(zhì)型燃料電池構(gòu)成要素的電解質(zhì)膜電極接合體(MEA)的簡(jiǎn)要剖面圖。如圖1所示，在有選擇性地輸送氫離子的電解質(zhì)膜11的兩面形成催化劑層12。該催化劑層12是利用將氫離子傳導(dǎo)型高分子電解質(zhì)與載有貴金屬系催化劑的導(dǎo)電性碳粉混合而得的混合物形成的。在該催化劑層12的外側(cè)形成兼具有燃料氣體通氣性及電子傳導(dǎo)性的氣體擴(kuò)散層13。該氣體擴(kuò)散層13可采用進(jìn)行了斥水處理的導(dǎo)電性碳紙。由該催化劑層12及氣體擴(kuò)散層13構(gòu)成電極14。
為了不使供給的燃料氣體及氧化劑氣體向燃料電池外面泄漏，或者不使這些氣體互相混合，在電極14的周圍配置墊片等密封材料，形成夾住高分子電解質(zhì)膜。該密封材料預(yù)先與電極14及高分子電解質(zhì)膜11組裝成一體。這樣，電極14及高分子電解質(zhì)膜11構(gòu)成MEA15?，F(xiàn)在，作為高分子電解質(zhì)膜11一般使用具有用下式(1)表示的結(jié)構(gòu)的全氟烴基磺酸。
圖2所示為使用了圖1所示MEA15的單電池的簡(jiǎn)要剖面圖。如圖2所示，在MEA15的外側(cè)配置了可對(duì)其進(jìn)行機(jī)械固定的導(dǎo)電性隔板21。在隔板21與MEA15接觸的部分形成可向電極14供給氣體并輸出生成的氣體及剩余氣體的氣體通路22。氣體通路22也可以作為其它構(gòu)件設(shè)置在隔板21上，但一般是在隔板21的表面設(shè)置溝槽而形成氣體通路22。
用一對(duì)隔板21固定MEA15，得到單電池23。然后，在一側(cè)的氣體通路22供給燃料氣體，在另一側(cè)的氣體通路22供給氧化劑氣體，這樣能夠產(chǎn)生0.8V左右的電動(dòng)勢(shì)。
但是，通常在使用燃料電池作為電源時(shí)，需要幾伏至幾百伏的電壓。因此，實(shí)際上是將所需要個(gè)數(shù)的單電池23串聯(lián)連接。這時(shí)，在隔板21的正反兩面都形成氣體通路，以隔板/MEA/隔板/MEA的順序反復(fù)層疊隔板及MEA。
為了向氣體通路22供給燃料氣體或氧化劑氣體，必須將供給氣體的管道分成與隔板21的塊數(shù)相當(dāng)?shù)姆种Ч?，需要有將分支端與氣體通路22連通的配管部分。將該配管部分稱為支管。將氣體的供給配管與隔板直接連通的支管稱為外部支管，另外，支管中有一種具有更簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的內(nèi)部支管。內(nèi)部支管具有的形態(tài)是在形成氣體通路的隔板面內(nèi)設(shè)置通孔，將氣體通路的出入口與該孔連接，對(duì)該孔直接供給氣體。
燃料電池在運(yùn)行中要產(chǎn)生熱。為了將燃料電池維持在良好的溫度狀態(tài)，必須通入冷卻水等使燃料電池冷卻。通常，對(duì)于每1～3個(gè)單電池，在隔板與隔板之間插入讓冷卻水流過(guò)的冷卻部分。實(shí)際上，多數(shù)情況下在隔板的背面(不與氣體擴(kuò)散層接觸的面)設(shè)置冷卻水用通路，形成冷卻部分。
圖3所示為上述隔板21的表面結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單平面圖，圖4所示為隔板21的背面結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單平面圖。如圖3所示，在隔板21的表面形成燃料氣體或氧化劑氣體用通路，如圖4所示，在隔板21的背面形成使冷卻水循環(huán)的通路。
在圖3中，燃料氣體從孔31a注入，從孔31b排出。另外，氧化劑氣體從孔32a注入，從孔32b排出。從孔33a注入冷卻水，從孔33b排出冷卻水。從孔31a注入的燃料氣體通過(guò)構(gòu)成氣體通路的凹槽34，一面蛇行前進(jìn)，一面被引向孔31b。另外，凸起35與凹槽34一起構(gòu)成氣體通路。燃料氣體、氧化劑氣體及冷卻水被密封材料36密封。
高分子電解質(zhì)型燃料電池用隔板必須具有較高的導(dǎo)電性，并對(duì)燃料氣體具有較高的氣密性，還必須對(duì)氫與氧之間的氧化還原反應(yīng)具有較高的耐腐蝕性，即耐酸性。
因此，以往的隔板利用下述方法制造，一種方法是通過(guò)切削加工在玻璃化炭黑制板的表面形成通路，另一種方法是對(duì)形成氣體通路槽的壓制金屬模充填粘合劑及膨脹石墨粉末，進(jìn)行壓力加工后再進(jìn)行加熱。
另外，近年來(lái)正嘗試采用不銹鋼等金屬板作用隔板材料以代替以往使用的碳材。但是，金屬隔板若長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫下的氧化性氛圍氣中，則常常會(huì)腐蝕或溶解。若金屬板腐蝕，則會(huì)出現(xiàn)腐蝕部分的電阻增大，電池輸出降低等問(wèn)題。
若金屬板溶解，則溶解的金屬離子在高分子電解質(zhì)中擴(kuò)散，在高分子電解質(zhì)的離子交換側(cè)被俘獲，結(jié)果高分子電解質(zhì)本身的離子傳導(dǎo)性降低。為了避免產(chǎn)生這樣的劣化現(xiàn)象，通常在金屬板表面鍍以一定厚度的金。
另外，還在研究用環(huán)氧樹脂及金屬粉混合得到的導(dǎo)電性樹脂制造隔板。
將上述的MEA、隔板及冷卻部分交替重疊，將10～200個(gè)單電池層疊，再隔著集電板及絕緣板用端板夾住前述層疊體。然后，用固緊螺栓將端板、集電板、絕緣板及層疊體固定，得到燃料電池組。
圖5為上述燃料電池組的簡(jiǎn)單立體圖。在圖5所示的燃料電池組中，將所需要數(shù)量的單電池41層疊，構(gòu)成層疊體，將層疊體夾在兩塊端板42之間，用多個(gè)固緊螺栓43固緊。圖中，在端板42設(shè)置注入氧化劑氣體用的孔44a、注入燃料氣體用的孔45a及注入冷卻水用的孔46a。另外，還設(shè)置排出氧化劑氣體用的孔44b、排出燃料氣體用的孔45b及排出冷卻水用的孔46b。
但是，在以往的MEA中，由全氟烴基磺酸構(gòu)成的電解質(zhì)膜若過(guò)薄，則其機(jī)械強(qiáng)度降低，在MEA制造時(shí)或電池工作中，常常出現(xiàn)電解質(zhì)膜破損或電解質(zhì)膜上產(chǎn)生針孔等問(wèn)題。因而，電解質(zhì)膜厚度的下限約為20～30μm。另外，還嘗試用增強(qiáng)網(wǎng)或增強(qiáng)芯材等以增強(qiáng)及維持較薄電解質(zhì)膜的機(jī)械強(qiáng)度，但這種情況下產(chǎn)生的問(wèn)題是，電解質(zhì)膜的離子傳導(dǎo)性降低，成本提高。另外在電解質(zhì)膜與催化劑層的界面產(chǎn)生空隙或兩者相互容易剝離等，在性能及耐久性兩方面都存在問(wèn)題。
另外，近年來(lái)由于燃料電池的MEA的量產(chǎn)增加，且希望實(shí)現(xiàn)催化劑層及擴(kuò)散層等的薄膜化，所以為了提高氣體擴(kuò)散能力及氫離子傳導(dǎo)性，提出在帶狀基材上多層涂布催化劑層漿料及具有其它功能(例如擴(kuò)散性)的漿料的方法。為了在基材上涂布多層催化劑層漿料及其它至少1種漿料，可采用下述的方法，例如，首先在基材上涂布催化劑層漿料，使其干燥形成催化劑層。同樣，將第2種漿料重疊涂布在前述催化劑層上，使其干燥形成第2層。然后，再將另外的第3種漿料重疊涂布在前述第2層上，使其干燥形成第3層。接著將粘合劑重疊涂布在前述第3層上，使其干燥以固定催化劑層、第2層及第3層。
但是，在上述以往技術(shù)中存在下述的問(wèn)題。即由于分別涂布催化劑層漿料及其它漿料并使其干燥，因此前述制造方法的涂布效率低。特別是隨著涂布的漿料種類及層數(shù)的增加，存在涂布工序增加的問(wèn)題。另外，由于依次分別形成催化劑層及其它層，因此各層界面明顯分離，很難使各層互相充分附著。
本發(fā)明是鑒于上述情況完成的發(fā)明，其目的在于提供能夠簡(jiǎn)單、容易且高效地多層涂布多種漿料的燃料電池的電解質(zhì)膜電極接合體(MEA)的制造方法。
發(fā)明的揭示本發(fā)明涉及電解質(zhì)膜電極接合體的制造方法，所述電解質(zhì)膜電極接合體具備氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層及包含在所述氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層的兩面相對(duì)配置的催化劑層的一對(duì)電極層，該方法的特征在于，包括(1)使包含含有氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的分散液或氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)溶融液的電解質(zhì)漿料噴出形成電解質(zhì)層的工序，(2)使催化劑層漿料噴出在所述電解質(zhì)層上形成催化劑層的工序，以及(3)在所述催化劑層上形成擴(kuò)散層的工序，至少使所述工序(1)及所述工序(2)連續(xù)進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行。
在所述制造方法中，比較好的是使所述工序(1)及所述工序(2)連續(xù)進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行，以多層狀噴出及涂布所述電解質(zhì)漿料及所述催化劑層漿料。
特別好的是使所述電解質(zhì)漿料及所述催化劑層漿料同時(shí)從狹縫狀噴出口以多層狀噴出，使所述基材沿與所述狹縫狀噴出口的長(zhǎng)度方向垂直的方向前進(jìn)。
此外，比較好的是所述工序(3)是在所述催化劑層上噴出擴(kuò)散層漿料形成擴(kuò)散層的工序。
此外，比較好的是使所述電解質(zhì)漿料、所述催化劑層漿料及所述擴(kuò)散層漿料同時(shí)從狹縫狀噴出口以多層狀噴出，使所述基材沿與所述狹縫狀噴出口的長(zhǎng)度方向垂直的方向前進(jìn)。這種情況下，能夠同時(shí)進(jìn)行所述工序(1)～(3)。
另外，比較好的是所述工序(3)是在所述催化劑層上利用熱壓形成擴(kuò)散層的工序。
特別好的是所述制造方法的所述工序(2)中，還包括在100℃以上的溫度下對(duì)得到的電解質(zhì)膜與催化劑層的接合體進(jìn)行烘干的工序。
另外，本發(fā)明還涉及一種電解質(zhì)膜電極接合體的制造方法，所述電解質(zhì)膜電極接合體具備氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層及包含在所述氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層的兩面相對(duì)配置的催化劑層的一對(duì)電極層，該方法的特征在于，包括(a)在構(gòu)成電解質(zhì)層的基材上形成含有氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的催化劑層的工序，以及(b)使工序(a)得到的電解質(zhì)膜與催化劑層的接合體中浸漬含有氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的分散液或溶液或氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的溶融液的工序。
該制造方法中，比較好的是在所述工序(b)之后還包括在100℃以上的溫度下，對(duì)所述基材與所述催化劑層的接合體進(jìn)行烘干的工序。


圖1為構(gòu)成高分子電解質(zhì)型燃料電池的電解質(zhì)膜電極接合體(MEA)的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖2為使用了圖1所示MEA15的單電池的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖3為隔板表面結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要平面圖。
圖4為隔板背面結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要平面圖。
圖5為燃料電池組的簡(jiǎn)要立體圖。
圖6為實(shí)施例1中MEA的制造方法的說(shuō)明圖。
圖7所示為以往的燃料電池的I-V特性。
圖8所示為以往的燃料電池及實(shí)施例2的燃料電池的電壓與空氣露點(diǎn)的關(guān)系。
圖9為實(shí)施本發(fā)明所用的多層涂布裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。
圖10為設(shè)置了催化劑層漿料及擴(kuò)散層漿料等各種漿料的涂布頭的涂布裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖11為實(shí)施本發(fā)明所用的其它多層涂布裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。
圖12為圖11所示的多層涂布裝置中的通路308的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13為使用了圖11所示的多層涂布裝置的MEA的簡(jiǎn)要剖面圖。
圖14所示為實(shí)施例3～5及比較例的燃料電池的放電特性。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式本發(fā)明涉及一種電解質(zhì)膜電極接合體的制造方法，所述電解質(zhì)膜電極接合體具備氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層及包含在所述氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層的兩面相對(duì)配置的催化劑層的一對(duì)電極層，該制造方法的特征在于，包含(1)使包含含有氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的分散液或氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)溶融液的電解質(zhì)漿料噴出形成電解質(zhì)層的工序，(2)使催化劑層漿料噴出在所述電解質(zhì)層上形成催化劑層的工序，以及(3)在所述催化劑層上形成擴(kuò)散層的工序，至少使所述工序(1)及所述工序(2)連續(xù)進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行。
即，本發(fā)明涉及高分子電解質(zhì)型燃料電池的制造方法，所述高分子電解質(zhì)型燃料電池至少具備MEA、對(duì)電極層供給及排出氣體的裝置、從所述MEA集取電流的裝置，所述MEA中包含氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層及具有從所述電解質(zhì)層的兩面夾住該電解質(zhì)層的一對(duì)催化劑層的電極層，該制造方法的特征在于，利用包含氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的分散液或溶液或氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的溶融液的澆注制膜形成所述氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層，利用含有所述催化劑層構(gòu)成材料的液體的澆注制膜形成所述催化劑層，而且連續(xù)進(jìn)行所述催化劑層的澆注制膜及所述氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層的澆注制膜。
在所述制造方法中，比較好的是所述電解質(zhì)漿料及所述催化劑層漿料的噴出方向與所述基材的前進(jìn)方向垂直相交。
另外，比較好的是使所述工序(1)及所述工序(2)連續(xù)進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行，以多層狀噴出及涂布所述電解質(zhì)漿料及所述催化劑層漿料。
特別好的是使所述電解質(zhì)漿料及所述催化劑層漿料同時(shí)從狹縫狀噴出口以多層狀噴出，使所述基材沿與所述狹縫狀噴出口的長(zhǎng)度方向垂直的方向前進(jìn)。
即，本發(fā)明的制造方法的特征是，具備在基材上以多層狀涂布包含催化劑金屬、碳微粉及高分子電解質(zhì)的催化劑層漿料和至少1種其它漿料的工序，噴出所述催化劑層漿料及所述其它漿料的狹縫狀噴出口設(shè)置在所述噴出口的長(zhǎng)度方向與所述基材的前進(jìn)方向垂直相交的方向上，使注入的所述催化劑漿料及所述其它漿料從所述噴出口以多層狀噴出，在所述基材上以多層狀涂布所述催化劑層漿料及所述其它漿料。
換言之，例如，注入涂布裝置的噴嘴內(nèi)部的至少2種漿料相互形成漿料層在噴嘴內(nèi)移動(dòng)，該至少2種漿料保持原來(lái)的分層狀態(tài)從所述噴嘴前端的狹縫狀噴出口(開口部分)噴出。在各漿料層與狹縫狀噴出口的長(zhǎng)度方向平行分層噴出時(shí)，最好使需涂布所述漿料的基材沿與狹縫狀噴出口的長(zhǎng)度方向垂直的方向前進(jìn)。關(guān)于這一點(diǎn)將在后述的實(shí)施例中詳細(xì)敘述。
這里所說(shuō)的其它漿料是指包含含有氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的分散液或氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的溶融液的電解質(zhì)漿料及構(gòu)成MEA電極的氣體擴(kuò)散層的擴(kuò)散層漿料等。
在所述涂布裝置中設(shè)置注入所述催化劑漿料及至少1種其它漿料所用的注入口，使得對(duì)涂布裝置注入漿料的方向與對(duì)所述噴嘴注入漿料的方向互相垂直。而且最好將2種以上的所述漿料排成一排注入涂布裝置的注入口及/或噴嘴的注入口(內(nèi)部注入口)，從所述噴出口以多層狀噴出注入的所述漿料，在基材上形成催化劑層及由其它漿料形成的層。
更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明中所用的涂布裝置中，最好設(shè)置多個(gè)具有單一噴嘴的涂布頭或具有多個(gè)噴嘴的單一涂布頭，從噴嘴的噴出口噴出2種以上的漿料進(jìn)行多層涂布。若采用這樣的裝置，則不需要分別形成各層，能夠大幅度簡(jiǎn)化工序。
特別是將以排成一排的狀態(tài)注入噴嘴的2種以上的漿料一面保持該排列的順序，一面向著處于與對(duì)噴嘴的內(nèi)部注入口近似呈扭轉(zhuǎn)直角的位置關(guān)系的噴出口使其在涂布裝置內(nèi)流動(dòng)，同時(shí)使這些漿料整個(gè)的截面形狀變?yōu)閲姵隹诘男螤?，這將在后面詳細(xì)敘述。流到噴出口之前的2種以上的漿料從該噴出口以多層堆積的狀態(tài)噴出。利用該多層狀的2種以上的漿料對(duì)基材進(jìn)行多層涂布。通過(guò)使上述涂布頭一體化，能夠降低設(shè)備成本。另外，構(gòu)成相鄰層的漿料微混后，相鄰層的接合界面增大，能夠減少接觸電阻，提高附著性。
在所述工序(3)中形成擴(kuò)散層時(shí)，可以在所述催化劑層上噴出擴(kuò)散層漿料形成擴(kuò)散層，也可以在催化劑層上利用熱壓形成擴(kuò)散層。特別是在后者中，只要用碳紙等預(yù)先成形為層狀的擴(kuò)散層即可。
在所述催化劑層上噴出擴(kuò)散層漿料形成擴(kuò)散層時(shí)，可以用電解質(zhì)漿料、催化劑層漿料及擴(kuò)散層漿料連續(xù)進(jìn)行所述工序(a)～(c)，或者同時(shí)進(jìn)行，能夠形成多層狀的電解質(zhì)層、催化劑層及擴(kuò)散層。
即，若一種漿料采用高分子電解質(zhì)層用漿料，則高分子電解質(zhì)膜的形成工序也可以與MEA的形成工序連為一體。這樣就不需要為制得高分子電解質(zhì)膜而必需的高分子電解質(zhì)膜的強(qiáng)度及特別的工序，能夠大幅度簡(jiǎn)化工序。
若采用預(yù)先成形的高分子電解質(zhì)膜作為所述基材，則也可以在該電解質(zhì)膜的一面或兩面直接以多層狀涂布催化劑層漿料及擴(kuò)散層漿料，制成MEA。
本發(fā)明還涉及一種電解質(zhì)膜電極接合體的制造方法，所述電解質(zhì)膜電極接合體具備氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層及包含在所述氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層的兩面相對(duì)配置的催化劑層的一對(duì)電極層，該制造方法包括(a)在構(gòu)成電解質(zhì)層的基材上形成含有氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的催化劑層的工序，以及(b)使工序(a)得到的電解質(zhì)膜與催化劑層的接合體中浸漬含有氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的分散液或溶液或氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的溶融液的工序。
該制造方法中，比較好的是在所述工序(b)之后還包括在100℃以上的溫度下，對(duì)所述基材與所述催化劑層的接合體進(jìn)行烘干的工序。
下面用實(shí)施例更具體地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅限于此。
實(shí)施例1如圖6(a)所示，將PFSI(全氟烴基磺酸酯離子交聯(lián)聚合物)的10重量％的乙醇溶液涂布在厚度100μm的PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)薄膜1上，干燥，得到約5μm的作為澆注膜的電解質(zhì)膜2。該電解質(zhì)膜2的厚度能夠通過(guò)改變PFSI的乙醇溶濃度及涂布條件在平均2～35μm的范圍內(nèi)變化。另外，在該P(yáng)ET薄膜1上預(yù)先涂布氟系離型劑或硅系離型劑。
催化劑層采用下述方法制成。使比表面積100m2/g的乙炔黑上負(fù)載25重量％的鉑碳粉末(Pt/C粉末)，將它與PFSI的乙醇溶液混合，調(diào)制成催化劑層漿料。這時(shí)，PFSI與碳的重量變得幾乎相同。
如圖6(b)所示，在PET薄膜1上的電解質(zhì)膜厚2(5μm以下)的中間部分用催化劑層漿料進(jìn)行澆注制膜。干燥后的催化劑層3的尺寸為5cm×5cm×約15μm，Pt的量為0.3mg/cm2。
切取以上制得的PET薄膜1-電解質(zhì)膜厚2-催化劑層3的復(fù)合體，在催化劑層3的周圍留下2cm的電解質(zhì)膜。如圖6(c)所示，從切取的2塊PET薄膜1-電解質(zhì)膜2-催化劑層3的復(fù)合體上剝下PET薄膜1，同時(shí)將它們互相粘貼，使它們的電解質(zhì)膜2-側(cè)接合。使它們的催化劑層3的位置互相重疊，得到催化劑層3-電解質(zhì)膜2-電解質(zhì)膜厚2-催化劑層3的復(fù)合體(未圖示)。在剝離PET薄膜1到接合為止的過(guò)程中使用夾具，但不能損壞電解質(zhì)膜厚2。
最后，將構(gòu)成氣體擴(kuò)散層的碳紙(厚度270μm)切成與催化劑層3幾乎相同的大小，從所述催化劑層3-電解質(zhì)膜2-電解質(zhì)膜2-催化劑層3復(fù)合體的兩面進(jìn)行熱壓。熱壓時(shí)如圖6(c)所示，同時(shí)在氣體擴(kuò)散層的周圍配置氣密材料4進(jìn)行接合，制成MEA。
采用硅橡膠作為氣密材料。將完成的MEA在130℃的溫度下進(jìn)行10分鐘的烘干(熱處理)。對(duì)烘干氛圍氣研究了干燥條件下及與水蒸氣共存下的情況，可知烘干溫度比較適合的是100～160℃，在烘干氛圍氣中最好存在水蒸氣。
除了在最終的MEA化工序中配置上述氣密材料4的方法(a)之外，另外還嘗試了在剝離作為基材的PET薄膜1之前的階段形成密封材料的方法(b)。此外，還研究了方法(c)，它是在電解質(zhì)膜通過(guò)澆注成膜后，首先在其周圍形成密封材料，然后形成催化劑層。無(wú)論哪一種方法，所得到的電池性能沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有大的差別。
圖7所示為以往的電池及采用上述(a)～(c)的方法得到的MEA制成的單電池的I-V特性。這里對(duì)單電池的燃料極供給純氫氣，對(duì)空氣極供給空氣，設(shè)定電池溫度為75℃，燃料氣體利用率(Uf)為70％，空氣利用率(Uo)為40％。用65℃的溫水對(duì)燃料氣體進(jìn)行加濕處理，用60℃的溫水對(duì)空氣進(jìn)行加濕處理。上述以往的電池采用膜厚30μm的市售電解質(zhì)膜，其它操作與使用了由上述(a)方法得到的MEA的單電池相同。根據(jù)圖7可知，本發(fā)明的電池性能得到改善。另外，在使供給的空氣的露點(diǎn)為30℃時(shí)，本實(shí)施例的電池與以往的電池相比，電壓高50mV(電流密度為0.7A/cm2時(shí))。這可能是因?yàn)殡娊赓|(zhì)膜變薄，在空氣極側(cè)生成的水產(chǎn)生逆擴(kuò)散，所以容易向燃料極側(cè)移動(dòng)，抑制了燃料極側(cè)的干燥。
另外，進(jìn)行耐久性評(píng)價(jià)試驗(yàn)。即，在1分鐘內(nèi)僅5秒鐘流過(guò)過(guò)剩的空氣，在空氣側(cè)與氫氣側(cè)之間加上差壓，以這樣的方式進(jìn)行燃料電池連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)。其結(jié)果是，與以往的電池具有同等的耐久性，500小時(shí)后的氫氣交叉泄漏量也與以往的電池相同。
本實(shí)施例所用的電池盡管采用厚度10μm的較薄電解質(zhì)膜，但由于顯現(xiàn)出與采用膜厚30μm的電解質(zhì)膜的以往電池相同程度的交叉泄漏性，因此可知，本發(fā)明的制造方法彌補(bǔ)了由于膜的薄型化引起的機(jī)械強(qiáng)度降低的缺陷。
另外，本實(shí)施例的電解質(zhì)膜澆注中，采用了PFSI的乙醇溶液，但也可以用PFSI或其前體的溶融液。
如上所述，在澆注形成電解質(zhì)膜后形成催化劑層，但下面嘗試了一種方法，將順序倒過(guò)來(lái)，在形成催化劑層之后再形成電解質(zhì)膜。即，在PET薄膜上，首先通過(guò)澆注制膜形成催化劑層，然后通過(guò)澆注制膜形成電解質(zhì)膜，再通過(guò)澆注制膜形成催化劑層。從得到的催化劑層一電解質(zhì)膜一催化劑層的復(fù)合體的兩面，在電極部分周圍配置墊片材料，與氣體擴(kuò)散層一起進(jìn)行熱壓，制成MEA。對(duì)使用了該MEA的電池進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果是，略優(yōu)于所述(a)、(b)及(c)。
本實(shí)施例的任何一種電池的性能改善包括能夠減薄電解質(zhì)膜的膜厚，還改善了催化劑層中的電解質(zhì)與電解質(zhì)膜的接合性。
因而，至關(guān)重要的一點(diǎn)是在利用澆注制膜形成一層后，不進(jìn)行烘干，直接利用澆注制膜形成下一層。
拆開電池試驗(yàn)結(jié)束后的電池并進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，以往電池的MEA的催化劑層容易剝離，而與此不同的是，本發(fā)明電池的MEA的各層能夠比較牢固地接合。另外，由于電解質(zhì)膜的厚度減薄為5～10μm，所以使用的電解質(zhì)量減少，這樣能夠降低電解質(zhì)膜的材料成本。
實(shí)施例2準(zhǔn)備構(gòu)成電解質(zhì)層的基材，即，作為增強(qiáng)芯材的膜厚約5μm的拉伸PTFE膜。將15μm的拉伸PTFE膜進(jìn)行雙向拉伸可得到上述基材。
在載有25重量％的鉑碳粉末(Pt/C粉末)的比表面積100m2/g的乙炔黑中加入適量的酒精，將得到的混合物用行星式球磨機(jī)攪拌，調(diào)制未加入電解質(zhì)的催化劑層漿料。
用絲網(wǎng)印刷法在所述膜厚約5μm的拉伸PTFE膜的兩個(gè)表面的中間部分5cm×5cm的區(qū)域涂上催化劑層漿料。為了抑制催化劑層脫落，同時(shí)為了增加Pt/C粒子間的電接觸性，對(duì)催化劑層一基材-催化劑層的復(fù)合體從其正反兩面加壓(5kgf/cm2)。另外，通過(guò)在催化劑層漿料中加入10重量％左右的電解質(zhì)，能夠抑制催化劑層的脫落。
在所述催化劑層周圍利用注射成形法形成由硅橡膠構(gòu)成的密封材料。然后，在真空中將所述復(fù)合體浸在PFSI的10重量％的乙醇-水系溶液中。在充分浸漬PFSI后，利用離心脫水機(jī)去除貯存在催化劑層中的多余PFSI溶液。使所述復(fù)合體干燥后，再重復(fù)三次真空浸漬及脫水機(jī)處理，得到MEA。
利用基材及催化劑層的微細(xì)結(jié)構(gòu)(微細(xì)孔徑及表面接觸角)所決定的液體浸漬平衡，通過(guò)調(diào)節(jié)PFSI的溶液濃度、浸漬條件及脫水機(jī)條件，在中心部位的基材部分緊密連續(xù)堆積了電解質(zhì)，而在催化劑層形成許多適當(dāng)大小的微細(xì)孔。即，所述基材轉(zhuǎn)變?yōu)殡娊赓|(zhì)層。
與實(shí)施例1相同，在130℃的加濕條件下，將所述MEA烘干，然后制成使用了該MEA的電池，并進(jìn)行試驗(yàn)。圖8所示為以往的電池及實(shí)施例2的電池的電壓與空氣露點(diǎn)的關(guān)系(電流密度為0.7A/cm2)。與以往的電池相比可知，本發(fā)明的電池能夠大幅度改善露點(diǎn)低時(shí)的電池性能。這可以認(rèn)為是通過(guò)進(jìn)一步將電解質(zhì)膜的膜厚減薄為約5μm，促進(jìn)了空氣極側(cè)的生成水向燃料極側(cè)的逆擴(kuò)散。
實(shí)施例2中，作為構(gòu)成電解質(zhì)膜部分的增強(qiáng)芯材直接采用了不加處理的拉伸PTFE膜，但也可以使用由氫氟酸或親水處理劑進(jìn)行過(guò)表面親水化處理的延伸PTFE膜，這樣可促進(jìn)保持及浸漬包含PFSI的溶液。另外，作為增強(qiáng)芯材，除了拉伸PTFE膜之外，還可以采用耐腐蝕性陶瓷的短纖維等具有非導(dǎo)電性、對(duì)電解質(zhì)具有化學(xué)穩(wěn)定性、浸漬包含PFSI的溶液的比表面積較大的材料。
實(shí)施例3及4圖9為實(shí)施本發(fā)明所用的多層涂布裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。基材101通過(guò)導(dǎo)向輥102、支撐輥103及104、導(dǎo)向輥105連續(xù)供給，并引至下一工序，根據(jù)需要，例如引至干燥工序及轉(zhuǎn)印工序等?；?01是以其狀態(tài)保持漿料的，例如，由紙、布、聚丙烯(PP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)等樹脂或高分子電解質(zhì)膜構(gòu)成。
在支撐輥103與104之間，涂布頭106緊壓基材101的表面，按照該壓緊力的程度不同，設(shè)定基材101的涂布部分的張力。該張力的設(shè)定可以這樣進(jìn)行，即從涂布頭106的背后利用螺紋絲桿110調(diào)整涂布頭106與基材101的距離。
該涂布頭106具有分別供給2種漿料的第1噴嘴107及第2噴嘴108。在本實(shí)施例中對(duì)使用了2種漿料的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不僅限于此，例如，可以采用以多層狀涂布的多種漿料，不管它們的種類是否相同，涂布頭106具有前端106A、中端106B及后端106c，對(duì)各端部之間的噴嘴107及108分別供給催化劑層漿料及擴(kuò)散層漿料。
另外，圖10所示為分別設(shè)置了催化劑層漿料及擴(kuò)散層漿料等各漿料的涂布頭的涂布裝置圖?；?01通過(guò)導(dǎo)向輥202、支撐輥203、204及205、導(dǎo)向輥206連續(xù)供給，并引至下一工序。根據(jù)需要例如引至干燥工序及轉(zhuǎn)印工序。在支撐輥203、204與205之間，涂布頭207及208緊壓基材101的表面，按照該壓緊力的程度不同，設(shè)定基材101的涂布部分的張力。由各涂布頭的狹縫(噴嘴)209及210分別供給催化劑層漿料及擴(kuò)散層漿料。
采用上述實(shí)施例3及4的涂布裝置，在下述條件對(duì)基材進(jìn)行多層涂布，其結(jié)果是能夠進(jìn)行各層有良好界面的多層涂布。
正極用催化劑層漿料由獅王(Lion)株式會(huì)社生產(chǎn)的作為碳微粉的爐黑EC上載有50重量％Pt的催化劑、旭硝子株式會(huì)社生產(chǎn)的全氟烴基磺酸離子交聯(lián)聚合物的乙醇溶液、10重量％水構(gòu)成的混合物。
正極用擴(kuò)散層漿料由電氣化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的デンカブラック(乙炔黑)及大金工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的ルブロンLDW-40(PTFE分散，干燥重量20重量％)構(gòu)成的混合物。
負(fù)極用催化劑層漿料由獅王株式會(huì)社生產(chǎn)的作為碳微粉的爐黑EC上載有40重量％Pt催化劑及20重量％Ru的催化劑、旭硝子株式會(huì)社生產(chǎn)的全氟烴基磺酸離子交聯(lián)聚合物的乙醇溶液、10重量％水構(gòu)成的混合物。
負(fù)極用擴(kuò)散層漿料由電氣化學(xué)工業(yè)會(huì)社生產(chǎn)的デンカブラック(乙炔黑)及大金工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的ルブロンLDW-40(PTFE分散，干燥重量20重量％)構(gòu)成的混合物。
實(shí)施例5圖11為實(shí)施本發(fā)明所用的多層涂布裝置的結(jié)構(gòu)圖。該多層涂布裝置由對(duì)進(jìn)行多層涂布的基材303支持其背面并進(jìn)行傳送的支撐輥302、與支撐輥302相對(duì)配置的涂布頭301、以及對(duì)涂布頭301分別供給5種漿料的注入口311～315構(gòu)成。另外，本實(shí)施例對(duì)使用5種漿料的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但如上所述，本發(fā)明并不僅限于此。
基材303與實(shí)施例3及4所述相同，在基材303的一端設(shè)置電動(dòng)機(jī)等基材傳送機(jī)構(gòu)(未圖示)，利用該基材傳送機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)，基材303沿圖11中箭頭所示的方向傳送。另外，利用后述的涂布頭301進(jìn)行多層涂布后，保持漿料狀態(tài)的基材303被傳送至干燥工序及轉(zhuǎn)印工序等。
支撐輥302可以利用軸承(未圖示)等旋轉(zhuǎn)，隨著基材303的傳送，沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)支撐基材303的背面，使基材303的涂布面與具有涂布頭301的噴出口309之間的間隔保持一定。
使得與支撐輥302相對(duì)的面上設(shè)置的狹縫狀噴出口309的長(zhǎng)度方向與基材303的前進(jìn)方向垂直而設(shè)置涂布頭301，將從內(nèi)部注入口307排成一排注入的5種漿料從噴出口309以多層狀噴出，以多層狀對(duì)基材301進(jìn)行涂布。
下面說(shuō)明本實(shí)施例的涂布頭301的結(jié)構(gòu)。該涂布頭301由位于基材303的前進(jìn)方向的上流側(cè)的上流側(cè)模304、位于基材303的前進(jìn)方向的下流側(cè)的下流側(cè)模305、連接這些模的連接構(gòu)件306構(gòu)成。
在連接構(gòu)件306中形成排成一排與5條供液管連接用的連接部分306a，該5條供液管分別與后述的各漿料注入口311～315連通。該連接部分306a為了連接5條供液管，形成了成一排的5個(gè)孔。
內(nèi)部注入口307與噴出口309具有幾乎相同的面積，但為了便于注入5種漿料，是寬度略寬的長(zhǎng)方形。另外，形成從內(nèi)部注入口307至噴出口309空間連通的通路308。圖12為該通路308的結(jié)構(gòu)的示意圖。
如圖12所示，以相對(duì)于噴出口309處于幾乎扭轉(zhuǎn)90°的狀態(tài)設(shè)置內(nèi)部注入口207，使得其長(zhǎng)度方向?qū)嶋H上與狹縫狀噴出口309的長(zhǎng)度方向垂直。然后，形成通路308，使得內(nèi)部注入口307的短邊與噴出口309的長(zhǎng)邊連接，內(nèi)部注入口307的長(zhǎng)邊與噴出口309的短邊連接。另外，使通路308的任何一處的截面積都幾乎相等，即，內(nèi)部注入口307的形狀在不改變其截面積的情況下，一面改變長(zhǎng)度比，一面連續(xù)不斷變化，最后形成噴出口309的形狀。
設(shè)置上述結(jié)構(gòu)的涂布頭，使狹縫狀噴出口309的長(zhǎng)度方向與基材303的前進(jìn)方向垂直，同時(shí)與支撐輥302相對(duì)。
第1～第5注入口311～315分別將不同種類的漿料供給涂布頭301。例如，從第1注入口311供給的漿料A是正極用擴(kuò)散層漿料，從第2注入口312供給的漿料B是正極用催化劑層漿料。另外，從第3注入口313供給的漿料C是電解質(zhì)漿料，從第4注入口314供給的漿料D是負(fù)極用催化劑層漿料，從第5注入口315供給的漿料E是負(fù)極用擴(kuò)散層漿料。這樣，為了制造具有各種功能的膜電極接合體，從各漿料用注入口311～315將所必需的漿料供給基材301。
將從各漿料用注入口311～315供給的漿料A～E送至涂布頭30用供液管，該供液管與涂布頭301的連接構(gòu)件306中供液管用連接部分306a連通并連接。
下面說(shuō)明具有涂布頭301的多層涂布裝置的一連串操作。各漿料用注入口311～315利用空氣向與內(nèi)部注入口307連接的供液管供給漿料A～E。來(lái)自供液管的漿料A～E供給涂布頭301的連接構(gòu)件306。在連接構(gòu)件306的連接部分306a中，由于供液管排成一排，因此從該連接部分306a注入內(nèi)部注入口307的漿料A～E以沿內(nèi)部注入口307的長(zhǎng)邊方向排列的狀態(tài)注入(圖12)。再利用供給漿料A～E的供給壓力，漿料A～E流過(guò)通路308內(nèi)，從噴出口309噴出。這時(shí)，漿料A～E保持注入內(nèi)部注入口307時(shí)的排列順序，即，沿狹縫狀噴出口309長(zhǎng)度方向平行的多層結(jié)構(gòu)，使其斷面形成相應(yīng)于通路308的截面形狀變化，到達(dá)噴出口309。圖12所示為這時(shí)流過(guò)通路308內(nèi)的漿料A～E的分層情況。
如圖12所示，在內(nèi)部注入口307的漿料A～E的截面320沿內(nèi)部注入口307的長(zhǎng)邊方向排成一排。從內(nèi)部注入口307向噴出口309一側(cè)前進(jìn)位置的截面321，仍保持漿料A～E的分層結(jié)構(gòu)不變，并相應(yīng)于該通路308的通路截面形狀變化。這時(shí)，由各漿料A～E構(gòu)成的各層的截面形狀以各自相同的比例變化。在截面322處，由各漿料A～E構(gòu)成的各層的截面形狀開始變?yōu)殚L(zhǎng)方形。進(jìn)一步在接近噴出口309的部分的截面323處，由漿料A～E構(gòu)成的各層的截面形狀成為使截面322旋轉(zhuǎn)90°的形狀。在截面324處，漿料A～E的各層變薄，形成層疊的狀態(tài)。在噴出口309的截面325處，漿料A～E的各層具有與基材303上形成的各層的厚度相對(duì)應(yīng)的厚度，形成層疊的狀態(tài)。
噴出口309將成為上述截面325的狀態(tài)的多層狀漿料A～E，向沿圖12的箭頭方向、即與所述狹縫狀噴出口309的長(zhǎng)度方向垂直的方向前進(jìn)的基材303噴出。這樣，在基材303上，漿料A～E以規(guī)定厚度層疊成多層狀，進(jìn)行多層涂布。
圖13為制得的MEA的簡(jiǎn)要剖面圖。如圖13所示，在所得MEA中，在基材303上依次由漿料A、B、C、D及E形成的各層。
通過(guò)對(duì)上述涂布頭301的內(nèi)部注入口307注入所希望的幾種漿料，就能夠任意設(shè)定從噴出口309噴出的層數(shù)。因此，能夠適當(dāng)、高效而且容易地改變多層涂布中的層數(shù)及厚度等。另外，由于從單一的噴出口309以多層狀噴出多種漿料，因此不限定噴出口的數(shù)量，還能夠增加層數(shù)。
另外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例中所述的漿料A～E的組合，另外不限定于5種漿料。也可以多層狀噴出粘度不同的多種同類漿料。
該實(shí)施例的涂布頭301設(shè)定為由漿料A～E構(gòu)成的各層的厚度幾乎相等，但也可以通過(guò)改變注入內(nèi)部注入口307的各漿料A～E的各截面積來(lái)改變涂布的厚度。
另外，內(nèi)部注入口307或噴出口309的形狀及大小等不限定于該實(shí)施例所述的形狀及大小等。例如，若使內(nèi)部注入口與噴出口的開口面積相同，而且其通路中的任何位置的截面積也一定，則能夠任意設(shè)定該內(nèi)部噴出口及注入口的形狀及大小。
用上述涂布裝置，根據(jù)下述條件對(duì)基材進(jìn)行多層涂布，能夠進(jìn)行各層有良好界面的多層涂布。
漿料A由電氣化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的デンカブラック(乙炔黑)及大金工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的ルブロンLDW-40(PTFE分散，干燥重量20重量％)構(gòu)成的擴(kuò)散層漿料。
漿料B由獅王株式會(huì)社生產(chǎn)的作為碳微粉的爐黑EC上載有50重量％Pt的催化劑、旭硝子株式會(huì)社生產(chǎn)的全氟烴基磺酸離子交聯(lián)聚合物的乙醇溶液、10重量％的水構(gòu)成的催化劑層漿料。
漿料C將美國(guó)アルドリッチ公司生產(chǎn)的5重量％Nafion溶液濃縮得到的15重量％電解質(zhì)漿料。
漿料D由獅王株式會(huì)社生產(chǎn)的作為碳微粉的爐黑EC上載有40重量％Pt及20重量％Ru的催化劑、旭硝子株式會(huì)社生產(chǎn)的全氟烴基磺酸離子交聯(lián)聚合物的乙醇溶液、10重量％的水構(gòu)成的催化劑層漿料。
漿料E由電氣化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的デンカブラック(乙炔黑)及大金工業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的ルブロンLDW-40(PTFE分散，干燥重量20重量％)構(gòu)成的擴(kuò)散層漿料。
基材由聚丙烯(PP)制成的厚50μm的基材。
基材傳送速度1m/分鐘。
根據(jù)上述實(shí)施例3及4，在美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的Nafion 112膜的一面設(shè)置正極用催化劑層及正極用擴(kuò)散層，在另一面設(shè)置正極用催化劑層及正極用擴(kuò)散層，制成MEA，利用常規(guī)方法用該MEA制成單電池a。
另外，將實(shí)施例3、4和實(shí)施例5的涂布頭構(gòu)成為能夠噴出3種涂料，制成2個(gè)由與上述實(shí)施例3及4相同組成的擴(kuò)散層、催化劑層、以及采用美國(guó)阿爾多里奇公司生產(chǎn)的5重量％Nafion溶液的15重量％濃縮漿料的電解質(zhì)層構(gòu)成的復(fù)合體。
然后，使電解質(zhì)層相互重疊，將2個(gè)復(fù)合體接合，制成MEA，用該MEA制得單電池b。用實(shí)施例5的涂布頭同時(shí)制成5層的MEA，再用該MEA制得單電池c。
比較例為了進(jìn)行比較，用與實(shí)施例3～5相同的漿料，在PP制成的基材上涂布擴(kuò)散層漿料，干燥制成擴(kuò)散層。另外，對(duì)另一PP制成的基材涂布催化劑層漿料，干燥制成擴(kuò)散層。將催化劑層轉(zhuǎn)印至美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的Nafion 112膜的兩面后，在該兩側(cè)的催化劑層上分別轉(zhuǎn)印正極用及負(fù)極用的擴(kuò)散層，制成比較用MEA。然后，利用常規(guī)方法用該MEA制成單電池x。
對(duì)上述實(shí)施例3～5及比較例的單電池a、b、c及x的燃料極供給純氫氣，對(duì)空氣極供給空氣，設(shè)定電池溫度為75℃，燃料氣體利用率(Uf)為70％，空氣利用率(Uo)為40％。將燃料氣體通過(guò)65℃的溫水加濕，將空氣通過(guò)60℃的溫水加濕。這樣，用所述單電池作為氫—空氣燃料電池進(jìn)行放電試驗(yàn)。
圖14所示為單電池a、b、c及x的放電特性。若用電流密度為300mA/cm2時(shí)的單電池電壓表示，則分別為723mV、752mV、781mV及610mV。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明中，在PET等基材上利用包含PFSI的液體的澆注形成電解質(zhì)膜，接著進(jìn)行催化劑層的澆注等，在有足夠機(jī)械強(qiáng)度的基材上進(jìn)行MEA制造，使構(gòu)成各層的膜非常薄。本發(fā)明中，除了催化劑層與電解質(zhì)膜的接合性，能夠限制使用的電解質(zhì)的量，能夠降低成本。
另外，根據(jù)本發(fā)明，能夠簡(jiǎn)化高分子電解質(zhì)膜的制造工藝，能夠降低制造成本，能夠增大高分子電解質(zhì)膜與催化劑層及擴(kuò)散層的接合界面，降低與催化劑層的膜的界面的質(zhì)子阻力，降低催化劑層與擴(kuò)散層的內(nèi)部電子阻力。此外，由于提高了氣體擴(kuò)散能力，顯示出比以往電池更高的放電特性。
另外，將排成一排注入的2種以上的漿料從噴出口以多層狀噴出，對(duì)基材進(jìn)行多層涂布。因而，進(jìn)行所希望的多層涂布，只要將需要數(shù)量的漿料排成一排向注入口注入，就不像以往那樣限定漿料的數(shù)量，能夠高效地進(jìn)行多層涂布。
另外，作為燃料，除了氫以外，還可以用將燃料改質(zhì)而得到的氫或含有二氧化碳、氮及一氧化碳等雜質(zhì)的燃料。例如，用甲醇、乙醇或二甲醚等液體燃料或它們的混合物，也能夠得到同樣的結(jié)果。另外，液體燃料可以液體狀態(tài)供給，也可以預(yù)先使其蒸發(fā)，作為蒸氣供給。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例的擴(kuò)散層及電解質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)。例如，作為高分子電解質(zhì)，也可以用使氟系高分子或烴類高分子聚合得到的材料或它們的混合物。
本發(fā)明制得的MEA可以應(yīng)用于氧、臭氧或氫等氣體發(fā)生器，氣體提純機(jī)，氧傳感器及乙醇傳感器等各種氣體傳感器。
權(quán)利要求
1.電解質(zhì)膜電極接合體的制造方法，所述電解質(zhì)膜電極接合體具備氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層及包含在所述氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層的兩面相對(duì)配置的催化劑層的一對(duì)電極層，其特征在于，包括(a)在構(gòu)成電解質(zhì)層的基材上形成含有氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的催化劑層的工序，以及(b)使工序(a)得到的電解質(zhì)膜與催化劑層的接合體中浸漬含有氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的分散液或溶液或氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的溶融液的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)膜電極接合體的制造方法，其特征還在于，在所述工序(b)之后，還包括在100℃以上的溫度下對(duì)所述基材與所述催化劑層的接合體進(jìn)行烘干的工序。
全文摘要
為了能夠高效制造各層間的接合強(qiáng)度等優(yōu)異的電解質(zhì)膜電極接合體，提供了一種電解質(zhì)膜電極接合體的制造方法。所述電解質(zhì)膜電極接合體具備氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層及包含在所述氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)層的兩面相對(duì)配置的催化劑層的一對(duì)電極層，該方法包括(a)在構(gòu)成電解質(zhì)層的基材上形成含有氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的催化劑層的工序，以及(b)使工序(a)得到的電解質(zhì)膜與催化劑層的接合體中浸漬含有氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的分散液或溶液或氫離子傳導(dǎo)性高分子電解質(zhì)的溶融液的工序。
文檔編號(hào)H01M4/88GK1558461SQ200410069950
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2001年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月6日
發(fā)明者內(nèi)田誠(chéng), 新倉(cāng)順二, 行天久朗, 武部安男, 羽藤一仁, 保坂正人, 神原輝壽, 二, 人, 仁, 壽, 朗, 男 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社