專利名稱：膜-膜增強(qiáng)部件組件、膜-催化劑層組件、膜-電極組件、高分子電解質(zhì)型燃料電池、以及膜 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膜-膜增強(qiáng)部件組件、膜-催化劑厚組件、膜-電極組件 以及高分子電解質(zhì)型燃料電池，特別是涉及增強(qiáng)高分子電解質(zhì)膜的膜 增強(qiáng)部件的形狀。另外，本發(fā)明涉及膜-電極組件的制造方法，特別是 涉及設(shè)置了增強(qiáng)高分子電解質(zhì)膜的膜增強(qiáng)部件的膜-電極組件的制造方 法。
背景技術(shù)：
高分子電解質(zhì)型燃料電池(以下稱之為PEFC)是通過重整城市燃 氣等的原料氣體并使含有氫的燃料氣體與空氣等含有氧的氧化劑氣體 發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)從而同時(shí)產(chǎn)生電和熱的裝置。此時(shí)，在陽極上發(fā)生由 化(1)所表示的反應(yīng)，在陰極上發(fā)生由化(2)所表示的反應(yīng)。H2—2H++2e-(化l)1/202+21^+2^—1120 (化2 )還有，PEFC在發(fā)電過程中在陰極上所生成的水的一部分發(fā)生逆向 擴(kuò)散并向陽極移動(dòng)。如此的PEFC中的現(xiàn)有的單電池(cell)的一般構(gòu)造如圖25所示。如圖25所示，PEFC的單電池80具有在高分子電解質(zhì)膜71的 主面上配置了由催化劑層72和擴(kuò)散層73構(gòu)成的電極74的膜-電極組件 75、密封墊圈(gasket) 76和導(dǎo)電性的隔板77。并且，在單電池80中， 在高分子電解質(zhì)膜71的厚度方向上，在高分子電解質(zhì)膜71和擴(kuò)散層 73之間的區(qū)域中的沒有設(shè)置催化劑層72的端部，形成縫隙，而因?yàn)樵?該縫隙部分沒有支撐高分子電解質(zhì)膜71的部件，所以在高分子電解質(zhì) 膜71的膜厚較薄的情況下會(huì)產(chǎn)生以下不良狀況。例如，被認(rèn)為的情況有在由熱壓等將電極74和高分子電解質(zhì)膜 71進(jìn)行接合的時(shí)候，構(gòu)成電極74的擴(kuò)散層73的端部與高分子電解質(zhì)膜71的主面相接觸，從而使高分子電解質(zhì)膜71發(fā)生損傷的情況；以及，在緊固連結(jié)單電池80的時(shí)候，在高分子電解質(zhì)膜71上會(huì)承受機(jī) 械應(yīng)力，從而使高分子電解質(zhì)膜71發(fā)生破損的情況。另外，還認(rèn)為有 由于燃料氣體和氧化劑氣體的壓力差而使高分子電解質(zhì)膜71發(fā)生破損 的情況。并且，如果高分子電解質(zhì)膜71發(fā)生破損，那么燃料氣體和氧 化劑氣體就會(huì)發(fā)生交叉泄漏，從而產(chǎn)生這些氣體發(fā)生燃燒的危險(xiǎn)等安 全性方面重大的問題。針對(duì)這樣的問題，已知有一種將鏡框狀的保護(hù)膜安裝于高分子電 解質(zhì)膜上而成的固體高分子電解質(zhì)膜型燃料電池的密封構(gòu)造(例如， 參照專利文獻(xiàn)l)。圖26是表示由專利文獻(xiàn)1所公開的固體高分子電解質(zhì)型燃料電池 的密封構(gòu)造的概要的示意圖。如圖26所示，以氟樹脂類片形成的鏡框狀的保護(hù)膜220以其內(nèi)周 緣部被電極213覆蓋的方式，被設(shè)置于固體高分子電解質(zhì)膜210的主 面上。另外，氣體密封部件212以使氣體密封部件212和電極213之 間具有間隙214的方式，圍繞電極213而配設(shè)。由此，在氣體密封部 件212以及電極213與固體高分子電解質(zhì)膜210之間夾持著保護(hù)膜 220，并且保護(hù)膜220在間隙214中增強(qiáng)固體高分子電解質(zhì)膜210，所 以可以不增厚固體高分子電解質(zhì)膜210的厚度而防止固體高分子電解 質(zhì)膜210的破損。專利文獻(xiàn)l:日本特開平5-21077號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容然而，在由專利文獻(xiàn)1所公開的固體高分子型燃料電池中，緊固 連結(jié)單電池時(shí)，固體高分子電解質(zhì)膜210上的、與由保護(hù)膜220的與 固體高分子電解質(zhì)膜210相接觸的主面和內(nèi)周面形成的角部相接觸的 部分，與固體高分子電解質(zhì)膜210上的其它部分相比較，承受著較大 的機(jī)械應(yīng)力，所以在該部分上固體高分子電解質(zhì)膜210可能發(fā)生破損， 還有改善的余地。另外，就由專利文獻(xiàn)1所公開的固體高分子型燃料電池而言，如 果意圖進(jìn)一步提高生產(chǎn)率(想要高效率的大批量生產(chǎn))，那么還存在著改善的余地。
本發(fā)明就是鑒于以上的問題而做出的，第1目的是提供一種防止由于接觸氣體擴(kuò)散層的端部而引起的高分子電解質(zhì)膜的破損、并且更加切實(shí)地抑制由膜增強(qiáng)部件的端部而造成的高分子電解質(zhì)膜的破損并提高了耐久性的膜-膜增強(qiáng)部件組件、膜-催化劑層組件、膜-電極組件以及高分子電解質(zhì)型燃料電池。
另外，本發(fā)明的第2目的是提供一種能夠高效率地進(jìn)行高分子電解質(zhì)型燃料電池的大批量生產(chǎn)的膜-電極組件的制造方法。
為了解決上述問題，本發(fā)明所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件組件具備高分子電解質(zhì)膜；1個(gè)以上的膜片狀的第1膜增強(qiáng)部件，被配置于所述高分子電解質(zhì)膜的主面之上，作為整體沿著所述高分子電解質(zhì)膜的周邊延伸；以及1個(gè)以上的膜片狀的第2膜增強(qiáng)部件，被配置于所述第1膜增強(qiáng)部件之上，作為整體沿著所述高分子電解質(zhì)膜的周邊延伸，并且從所述高分子電解質(zhì)膜的厚度方向看，其內(nèi)緣與所述第1膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣互相不一致。
在此，在本發(fā)明中，所謂第1膜增強(qiáng)部件或者第2膜增強(qiáng)部件的"內(nèi)緣"，是指在第1以及第2膜增強(qiáng)部件的全部周邊中、其法線朝著高分子電解質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)的膜增強(qiáng)部件的邊緣。
由此，能夠緩解在第1膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣部上所承受的壓力，從而能夠更加切實(shí)地抑制與該內(nèi)緣部相接觸的高分子電解質(zhì)膜的破損。
另外，在本發(fā)明所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件組件中，所述第l膜增強(qiáng)部件以及第2膜增強(qiáng)部件也可以僅僅配置于所述高分子電解質(zhì)膜的一個(gè)主面上。
另外，在本發(fā)明所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件組件中，所述第l膜增強(qiáng)部件以及第2膜增強(qiáng)部件也可以分別配置于所述高分子電解質(zhì)膜的兩個(gè)主面上。
另外，在本發(fā)明所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件組件中，所述第l膜增強(qiáng)部件以及第2膜增強(qiáng)部件也可以被形成為環(huán)(doughnut)狀。
另外，本發(fā)明所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件組件也可以是所述高分子電解質(zhì)膜具有基本為4角形的形狀；第1對(duì)所述第1膜增強(qiáng)部件分別被配置在所述高分子電解質(zhì)膜的一個(gè)主面之上，沿著所述高分子電解質(zhì)膜的4邊中互相相對(duì)的1組邊延伸；第2對(duì)所述第1膜增強(qiáng)部件分別被配置在所述高分子電解質(zhì)膜的另一個(gè)主面之上，沿著所述高分子電解質(zhì)膜的4邊中互相相對(duì)的另1組邊延伸；第1對(duì)所述第2膜增強(qiáng)部件分別被配置成沿著所述第1對(duì)第1膜增強(qiáng)部件之上延伸；第2對(duì)所述第2膜增強(qiáng)部件分別被配置成沿著所述第2對(duì)第1膜增強(qiáng)部件之上延伸。
另外，本發(fā)明所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件組件可以是從所述高分子
電解質(zhì)膜的厚度方向看，所述第1對(duì)第2膜增強(qiáng)部件被配置成位于所述第2對(duì)第1膜增強(qiáng)部件之間；所述第2對(duì)第2膜增強(qiáng)部件被配置成位于所述第1對(duì)第1膜增強(qiáng)部件之間。
另外，本發(fā)明所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件組件也可以是所述第1膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣被形成為較所述第2膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣，更加位于所述高分子電解質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)。
再有，本發(fā)明所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件組件也可以是所述第2膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣被形成為較所述第1膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣，更加位于所述高分子電解質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)。
另外，本發(fā)明所涉及的膜-催化劑層組件具備上述的膜-膜增強(qiáng)部件組件，被配置成覆蓋所述高分子電解質(zhì)膜的一個(gè)主面的至少一部分的第1催化劑層，以及被配置成覆蓋所述高分子電解質(zhì)膜的另一個(gè)主面的至少一部分的的第2催化劑層。
另外，本發(fā)明所涉及的膜-電極組件具備膜-催化劑層組件、被配置成覆蓋所述第1催化劑層的主面的至少一部分的第1氣體擴(kuò)散層，以及被配置成覆蓋所述第2催化劑層的主面的至少一部分的第2氣體擴(kuò)散層。
另外，在本發(fā)明所涉及的膜-電極組件中，也可以是所述第l氣體擴(kuò)散層被配置成覆蓋所述第1催化劑層和所述第1膜增強(qiáng)部件或者第2膜增強(qiáng)部件中的任意一個(gè)的主面的一部分；所述第2氣體擴(kuò)散層被配置成覆蓋所述第2催化劑層和所述第1膜增強(qiáng)部件或者第2膜增強(qiáng)部件中的任意一個(gè)的主面的一部分。
再有，在本發(fā)明所涉及的膜-電極組件中，也可以是從所述高分子電解質(zhì)膜的厚度方向看，所述第1氣體擴(kuò)散層以及第2氣體擴(kuò)散層
1被配置成各自的周邊在整個(gè)周邊上互相基本一致。
另外，本發(fā)明所涉及的高分子電解質(zhì)型燃料電池具備上述膜-電極組件。
由此，可以提高高分子電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)行安全性以及可靠性。
另外，本發(fā)明所涉及的膜-電極組件的制造方法包括(A)工序，將膜片狀且環(huán)狀的第1膜增強(qiáng)部件配置于高分子電解質(zhì)膜的主面之上；(B)工序，將催化劑層配置于所述高分子電解質(zhì)膜的所述主面的所述環(huán)狀的第1膜增強(qiáng)部件的開口所處位置的部分上；(C)工序，以使氣體擴(kuò)散層被嵌入到環(huán)狀的第2膜增強(qiáng)部件的開口中的方式，接合膜片狀且環(huán)狀的第2膜增強(qiáng)部件和所述氣體擴(kuò)散層，從而形成膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件；以及(D)工序，將在所述工序(C)中形成的所述膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件配置于完成了所述工序(B)的所述高分子電解質(zhì)膜上，以使所述催化劑層和所述氣體擴(kuò)散層相接觸，并且使得從所述高分子電解質(zhì)膜的厚度方向看，所述第1膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣和所述第2膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣互相不一致。
在大批量生產(chǎn)高分子電解質(zhì)型燃料電池的時(shí)候，在用自動(dòng)裝置的手臂進(jìn)行夾持高分子電解質(zhì)膜的作業(yè)的情況下，因?yàn)楦叻肿与娊赓|(zhì)膜的可曲性較高，所以也可能有操作性差，不能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的高效率化的情況。然而，如本發(fā)明所涉及的膜-電極組件的制造方法那樣，通過將第1膜增強(qiáng)部件接合于高分子電解質(zhì)膜上，從而該第1膜增強(qiáng)部件能夠增強(qiáng)高分子電解質(zhì)膜的強(qiáng)度。由此，能夠提高操作性，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的高效率化。
另外，例如，在混煉含有粘結(jié)劑樹脂和導(dǎo)電性顆粒的混合物并加以壓延并固化而形成的氣體擴(kuò)散層可曲性較高、并且用自動(dòng)裝置的手臂進(jìn)行夾持高分子電解質(zhì)膜的作業(yè)那樣的情況下，會(huì)有操作性差的情況。然而，本發(fā)明所涉及的膜-電極組件通過接合氣體擴(kuò)散層和第2膜增強(qiáng)部件而用第2膜增強(qiáng)部件來增強(qiáng)氣體擴(kuò)散層的強(qiáng)度，從而能夠操作性，能夠?qū)崿F(xiàn)制造工藝的簡(jiǎn)化和高效率化。
另外，在本發(fā)明所涉及的膜-電極組件的制造方法中，也可以分別將所述第l膜增強(qiáng)部件、所述催化劑層、所述第2膜增強(qiáng)部件以及所述氣體擴(kuò)散層配置于所述高分子電解質(zhì)膜的兩個(gè)主面上。
另外，在本發(fā)明所涉及的膜-電極組件的制造方法中，也可以在所
述工序(C)中，以填埋所述第2膜增強(qiáng)部件的開口的方式形成所述氣體擴(kuò)散層，從而接合所述第2膜增強(qiáng)部件和所述氣體擴(kuò)散層。
另外，在本發(fā)明所涉及的膜-電極組件的制造方法中，也可以在所述工序(C)中，將所述氣體擴(kuò)散層形成為板狀，并且以圍繞該氣體擴(kuò)散層的周面的方式將所述第2膜增強(qiáng)部件形成為環(huán)狀，從而接合所述氣體擴(kuò)散層和所述第2膜增強(qiáng)部件。
另外，本發(fā)明所涉及的膜-電極組件的制造方法包括(E)工序，將膜片狀且環(huán)狀的第1膜增強(qiáng)部件配置于高分子電解質(zhì)膜的主面之上;
(F)工序，以使氣體擴(kuò)散層被嵌入到環(huán)狀的第2膜增強(qiáng)部件的開口中的方式，接合膜片狀且環(huán)狀的第2膜增強(qiáng)部件和氣體擴(kuò)散層，從而形成膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件；(G)工序，將催化劑層配置于所述膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件的所述氣體擴(kuò)散層的一個(gè)主面上；(H)工序，將在所述工序(G)中形成的所述膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件的所述催化劑層接觸于完成了所述工序(E)的所述高分子電解質(zhì)膜，并且配置成從所述高分子電解質(zhì)膜的厚度方向看，所述第1膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣和所述第2膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣互相不一致。
另外，在本發(fā)明所涉及的膜-電極組件的制造方法中，也可以在所述工序(F)中，以填埋所述第2膜增強(qiáng)部件的開口的方式形成所述氣體擴(kuò)散層，從而接合所述第2膜增強(qiáng)部件和所述氣體擴(kuò)散層。
再有，在本發(fā)明所涉及的膜-電極組件的制造方法中，也可以在所述工序(F)中，將所述氣體擴(kuò)散層形成為板狀，并且以圍繞該氣體擴(kuò)散層的周面的方式形成所述第2膜增強(qiáng)部件，從而接合所述氣體擴(kuò)散層和所述第2膜增強(qiáng)部件。
本發(fā)明的上述目的、其它的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將參照附圖并通過對(duì)以下優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行的詳細(xì)的說明中變得明確。
根據(jù)本發(fā)明的膜-膜增強(qiáng)部件組件、膜-催化劑層組件、膜-電極組件以及高分子電解質(zhì)型燃料電池，可以提供既能夠確保充分的耐久性又能夠提高安全性以及可靠性的膜-膜增強(qiáng)部件組件、膜-催化劑層組件、膜-電極組件以及高分子電解質(zhì)型燃料電池。另外，根據(jù)本發(fā)明的
12膜-電極組件的制造方法，能夠高效率地進(jìn)行高分子電解質(zhì)型燃料電池 的大批量生產(chǎn)。


圖1是示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件 組件的概略構(gòu)成的從斜上方看到的斜視圖。
圖2是沿著由圖、所表示的A-A線的截面圖。
圖3是示意性地表示將催化劑層配置于由圖1所表示的膜-膜增強(qiáng) 部件組件上而成的膜-催化劑層組件的概略構(gòu)成的截面圖。
圖4是示意性地表示將氣體擴(kuò)散層配置于由圖3所表示的膜-催化 劑層組件而成的膜-電極組件的從斜上方看到的斜視圖。
圖5是沿著由圖4所表示的E-E線的截面圖。
圖6是示意性地表示具備由圖5所表示的M^A的單電池的概略構(gòu) 成的截面圖。
圖7是表示被配置于高分子電解質(zhì)膜主面上的膜增強(qiáng)部件沒有成 為2層結(jié)構(gòu)的構(gòu)成例子(比較例l)的示意圖。
圖8是示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的單電池中的 MEA概略構(gòu)成的從斜上方看到的斜視圖。
圖9是沿著由圖8所表示的B-B線的截面圖。
圖10是概略性地表示用于制造由圖8以及圖9所表示MEA中的 膜-催化劑層組件的一系列工序(處理區(qū)域)以及制造流水線的一部分 的示意圖.。
圖11是用于說明由圖10所表示的膜-催化劑層組件的制造工序中 的第l工序的示意圖。
圖12是用于說明由圖10所表示的膜-催化劑層組件的制造工序中 的第2工序的示意圖。
圖13是用于說明由圖10所表示的膜-催化劑層組件的制造工序中 的第3工序的示意圖。
圖14是用于說明由圖10所表示的膜-催化劑層組件的制造工序中 的第4工序的示意圖。
圖15是用于說明由圖10所表示的膜-催化劑層組件的制造工序中的第5工序的示意圖。
圖16是示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的高分子電解質(zhì) 型燃料電池中的單電池的膜-膜增強(qiáng)部件組件的概略構(gòu)成的從斜上方看 到的斜視圖。
圖17是表示從由圖16所表示的箭頭C的方向看到的膜-膜增強(qiáng)部 件組件的示意圖。
圖18是示意性地表示被組裝到本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的電池 堆中的MEA的概略構(gòu)成的從斜上方看到的斜視圖。
圖19是沿著由圖18所表示的D-D線的截面圖。
圖20是表示用于制造基材-膜增強(qiáng)部件巻的處理區(qū)域以及制造流 水線的概略的示意圖。
圖21是用于說明實(shí)施方式3所涉及的膜-催化劑層組件的制造工序 中的第2工序的示意圖。
圖22是用于說明實(shí)施方式3所涉及的膜-催化劑層組件的制造工序 中的第4工序的示意圖。
圖23是示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件 組件的概略構(gòu)成的截面圖。
圖24是示意性地表示本實(shí)施方式1所涉及的高分子電解質(zhì)型燃料 電池的概略構(gòu)成的斜視圖。
圖25是表示高分子電解質(zhì)型燃料電池的單電池的一般構(gòu)造的截面圖。
圖26是表示由專利文獻(xiàn)2所公開的固體高分子型燃料電池的概要 的示意圖。
圖27是概略性地表示用于制造由圖4以及圖5所表示的MEA的 一系列工序(處理區(qū)域)以及制造流水線的一部分的示意圖。
圖28是用于說明由圖27所表示的MEA的制造工序中的第1工序 的示意圖。
圖29是用于說明由圖27所表示的MEA的制造工序中的第3工序 的示意圖。
圖30是用于說明由圖27所表示的MEA的制造工序中的第6工序 的示意圖。
14圖31是用于說明制造由圖27所表示的膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組 件的工序的示意圖。
圖32是表示本實(shí)施方式1所涉及的MEA中的變形例1的MEA 的概略構(gòu)成的示意圖。
圖33是表示本實(shí)施方式1所涉及的MEA中的變形例2的MEA 的概略構(gòu)成的示意圖。
圖34是用于說明本實(shí)施方式1所涉及的MEA的制造方法中的變 形例3的示意圖。
圖35是概略性地表示用于制造由圖lO所表示的膜-膜增強(qiáng)部件片 組件的一系列工序(處理區(qū)域)以及制造流水線的一部分的示意圖。
圖36是用于說明制造由圖35所表示的膜增強(qiáng)部件巻的工序的示 意圖。
符號(hào)的說明
I. 高分子電解質(zhì)膜
2a.陽極催化劑層(第1催化劑層) 2b.陰極催化劑層(第2催化劑層) 3a.陽極氣體擴(kuò)散層(第l氣體擴(kuò)散層) 3b.陰極氣體擴(kuò)散層(第2氣體擴(kuò)散層) 4a.陽極 4b.陰極
5. MEA (Membrane-Electrode-Assembly:膜-電極組件) 6a.陽極隔板 6b.陰極隔板
7. 燃料氣體流路
8. 氧化劑氣體流路
9. 熱介質(zhì)流路
10. 第l膜增強(qiáng)部件 10a.第l膜增強(qiáng)部件
II. 第2膜增強(qiáng)部件 12.開口13.開口14.角部15.內(nèi)周部16.部分17.密封墊圈18.區(qū)域19.虛線20.膜-膜增強(qiáng)部件組件21.第2掩模部件22.第1掩模部件25.膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件26.膜-催化劑層組件30.膜-催化劑層組件40.單電池47.掩模48.開口部50.高分子電解質(zhì)膜巻51.高分子電解質(zhì)膜片52.膜-膜增強(qiáng)部件片組件53.膜-膜增強(qiáng)部件片組件54.膜-膜增強(qiáng)部件片組件55.膜-膜增強(qiáng)部件片組件56.膜-催化劑層片57.膜-催化劑層組件片58.裁切機(jī)61.膜-膜增強(qiáng)部件組件片62.膜-膜增強(qiáng)部件組件片81.輥82.輥83.輥84.輥85. 輥
86. 輥
111. 基材帶
112. 基材-膜增強(qiáng)部件層疊體
113. 基材-膜增強(qiáng)部件巻
114. 基材巻
J15.基材-膜增強(qiáng)部件巻
116. 膜增強(qiáng)部件帶
117. 基材帶
118. 基材-膜增強(qiáng)部件層疊體
121. 第l膜增強(qiáng)部件巻
122. 第l膜增強(qiáng)部件帶
123. 第2膜增強(qiáng)部件巻
124. 第2膜增強(qiáng)部件帶
125. 基材-膜增強(qiáng)部件巻
126. 第l膜增強(qiáng)部件帶
127. 基材帶
128. 基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體
129. 基材-膜增強(qiáng)部件巻
130. 第2膜增強(qiáng)部件帶
131. 基材帶
132. 基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體
171. 高分子電解質(zhì)膜
172. 催化劑層
173. 擴(kuò)散層
174. 電極
175. 膜-電極組件
176. 密封墊圈
177. 隔板 180.單電池
210.固體高分子電解質(zhì)膜
17212.密封墊圈部件
213.電極
214.間隙
220.保護(hù)膜Dl.行進(jìn)方向D2.行進(jìn)方向
i D3.行進(jìn)方向D4.行進(jìn)方向D5.行進(jìn)方向
F10.,主面
F20.主面
F30.外表面
F40.內(nèi)表面
F50.外表面PI.第l工序P2.第2工序P3.第3工序P4.第4工序P5.第5工序P6.第6工序P7.第7工序P8.第8工序P9.第9工序
P10.第10工序
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖，就本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式加以說明。還有，在所 有的附圖上，在相同或者相當(dāng)?shù)牟糠稚蠘?biāo)注同一個(gè)符號(hào)，省略重復(fù)說 明。另外，在所有的實(shí)施方式中，構(gòu)成單電池并且被配置于高分子電 解質(zhì)膜兩側(cè)的、催化劑層、氣體擴(kuò)散層、膜增強(qiáng)部件、隔板以及密封 墊圈的一對(duì)主面中，有時(shí)將靠近高分子電解質(zhì)膜的一方的主面稱作為內(nèi)表面，將遠(yuǎn)離高分子電解質(zhì)膜的一方的主面稱作為外表面。
(實(shí)施方式l) [膜-膜增強(qiáng)部件組件]
圖1是示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件
組件的概略構(gòu)成的從斜上方看到的斜視圖。圖2是沿著由圖1所表示 的A-A線的截面圖。還有，在圖1中，表示切掉一部分的內(nèi)部構(gòu)造， 并省略了后述的燃料氣體供給用集流管(manifold)孔等的集流管孔。 如圖1以及圖2所示，本實(shí)施方式1所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件組件 20具有高分子電解質(zhì)膜1 、第1膜增強(qiáng)部件10以及第2膜增強(qiáng)部件11 ， 高分子電解質(zhì)膜1被形成為大致4角形(在此為矩形)。在高分子電解 質(zhì)膜1的主面F10上配置有第1膜增強(qiáng)部件10，在第1膜增強(qiáng)部件10 的主面上配置有第2膜增強(qiáng)部件11。另外，在高分子電解質(zhì)膜1的主 面F20上也配置有第1膜增強(qiáng)部件10，在該第1膜增強(qiáng)部件10的主面 上也配置有第2膜增強(qiáng)部件11。這樣，被配置于高分子電解質(zhì)膜1的 主面F10以及F20上的膜增強(qiáng)部件是以形成2層結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行配置 的。
第1膜增強(qiáng)部件10被形成為與高分子電解質(zhì)膜1相似的矩形，其 外周面被形成為與高分子電解質(zhì)膜1的外周面在相同的平面上。另外， 在第1膜增強(qiáng)部件10的主面上設(shè)置有開口 12。開口 12被形成為稍大 于后述的陽極催化劑層2a的主面。同樣，第2膜增強(qiáng)部件11被形成 為與高分子電解質(zhì)膜1相似的矩形，其外周面被形成為與高分子電解 質(zhì)膜1的外周面在相同的平面上。另外，在第2膜增強(qiáng)部件11的主面 上設(shè)置有開口 13，開口 13被形成為開口面積比被形成于第1膜增強(qiáng)部 件IO上的開口 12更大。即，從高分子電解質(zhì)膜1的厚度方向看，劃 出第2膜增強(qiáng)部件11的開口 13的內(nèi)周面被形成為位于第1膜增強(qiáng)部 件10的外周面和第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)周面之間(第1膜增強(qiáng)部件 10的內(nèi)周面相對(duì)于第2膜增強(qiáng)部件的內(nèi)周面而言更位于高分子電解質(zhì) 膜l的內(nèi)部)。
還有，第1以及第2膜增強(qiáng)部件10、 11的厚度只要是在起到本發(fā) 明的作用效果的范圍內(nèi)，就沒有特別的限定，但是從具有可曲性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選第1以及第2膜增強(qiáng)部件10、 11的厚度形成得較薄，而
從容易進(jìn)行制造的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選第1膜增強(qiáng)部件10的厚度與第2膜
增強(qiáng)部件10的厚度相同。
接著，就膜-膜增強(qiáng)部件組件20的各個(gè)構(gòu)成要素作如下說明。 高分子電解質(zhì)膜1具有質(zhì)子傳導(dǎo)性。作為高分子電解質(zhì)膜1，優(yōu)選
是具有作為陽離子交換基的磺酸基、羧酸基、膦酸基以及硫酰亞胺基
的膜，從質(zhì)子傳導(dǎo)性的觀點(diǎn)出發(fā)特別優(yōu)選高分子電解質(zhì)膜i是具有磺；
酸基的膜。
作為構(gòu)成高分子電解質(zhì)膜1的具有磺酸基的樹脂，優(yōu)選離子交換
容量為0.5-1.5meq/g的干燥樹脂。如果構(gòu)成高分子電解質(zhì)膜1的干燥 樹脂的離子交換容量在0.5meq/g以上，就能夠充分降低在發(fā)電時(shí)的高 分子電解質(zhì)膜1的電阻值上升，所以優(yōu)選；另外，如果干燥樹脂的離 子交換容量在1.5meq/g以下，就不會(huì)增大高分子電解質(zhì)膜的含水率， 不容易膨脹，并且也不必?fù)?dān)心后述的催化劑層2中的細(xì)孔發(fā)生閉塞， 所以優(yōu)選。另外，從與以上相同的觀點(diǎn)出發(fā)，更加優(yōu)選干燥樹脂的離 子交換容量為0.8~1.2meq/g。
作為高分子電解質(zhì)，優(yōu)選為包含基于由 CF2=CF-(OCF2CFX)m-Op-(CF2)n-S03H所表示的全氟乙烯化合物(m表 示0~3的整數(shù)，n表示1~12的整數(shù)，p表示0或者1 ， X表示氟原子或 者三氟化甲基)的聚合單元和基于四氟乙烯的聚合單元的共聚物。
作為上述氟乙烯化合物的優(yōu)選例子，可以列舉由下述式(3)~(5) 所表示的化合物。其中，在下述式中，q表示l 8的整數(shù)，r表示l 8 的整數(shù)，t表示l 3的整數(shù)。
CF2=CFO(CF2)q-S03H...... (3)
CF2=CFOCF2CF(CF3)0(CF2)r-S03H...... ( 4 )
CF2=CF(OCF2CF(CF3))tO(CF2)2-S03H……(5 )
另外，優(yōu)選高分子電解質(zhì)是具有作為側(cè)鏈的陽離子交換基且具有 作為主鏈的芳香族類化合物的芳香族類高分子。作為芳香族類高分子， 例如優(yōu)選在芳香族聚醚中導(dǎo)入了磺酸基的高分子，從耐熱性以及強(qiáng)度 的觀點(diǎn)出發(fā)特別優(yōu)選磺化聚醚酮類以及磺化聚醚砜類的高分子。
另外，作為構(gòu)成第l以及第2膜增強(qiáng)部件10、 ll的材料，從本身
20不損傷高分子電解質(zhì)膜1而對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)(保護(hù))的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選 具有柔軟性和可曲性的合成樹脂。
另外，作為上述合成樹脂，從耐久性的觀點(diǎn)出發(fā)，更加優(yōu)選是由 選自下列的至少一種以上的樹脂構(gòu)成的合成樹脂聚萘二甲酸乙二醇 酯、聚四氟乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、氟乙烯-丙烯共聚物、四氟 乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚合物、聚乙烯、聚丙烯、聚醚酰胺、聚醚酰 亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、聚硫化物、聚酰亞萄安 以及聚酰胺酰亞胺。
再有，第l以及第2膜增強(qiáng)部件10、 ll既可以使用相同的材料來 形成，又可以使用不同的材料來形成。
接著，就本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的膜-催化劑層組件作如下說明。
圖3是示意性地表示將催化劑層配置于由圖1所表示的膜-膜增強(qiáng) 部件組件20上而成的膜-催化劑層組件的概略構(gòu)成的截面圖。還有，在 圖3中省略了燃料氣體供給用集流管孔等的集流管孔，并且表示了在 組裝到電池堆中的狀態(tài)下的膜-催化劑層組件。
如圖3所示，膜-催化劑層組件30具有膜-膜增強(qiáng)部件組件20、陽 極催化劑層(第1催化劑層)2a以及陰極催化劑層(第2催化劑層) 2b。陽極催化劑層2a被形成為以填埋被形成于第1膜增強(qiáng)部件10上 的開口 12的方式覆蓋高分子電解質(zhì)膜1的主面FIO，同樣地，陰極催 化劑層2b被形成為覆蓋高分子電解質(zhì)膜1的主面F20。
陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b被形成為與高分子電解質(zhì) 膜1相似的矩形，并且從高分子電解質(zhì)膜1的厚度方向看，是以分別 重疊的方式進(jìn)行配置的。另外，陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b 的厚度被構(gòu)成為比第1膜增強(qiáng)部件10的厚度稍小。還有，在此雖然是 將陽極催化劑層2a作為第1催化劑層且將陰極催化劑層2b作為第2 催化劑層，但是并不限定于此，也可以是陽極催化劑層2a為第2催化 劑層而陰極催化劑層2b則為第1催化劑層。
接著，就膜-催化劑層組件30的各個(gè)構(gòu)成要素作如下說明。
21作為陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b的構(gòu)成，只要是能夠 獲得本發(fā)明的效果的構(gòu)成就沒有特別的限定，可以具有與公知的燃料 電池中的氣體擴(kuò)散電極的催化劑層相同的構(gòu)成，例如可以是含有擔(dān)載 了電極催化劑的導(dǎo)電性碳顆粒(粉末)以及具有陽離子(氫離子)傳 導(dǎo)性的高分子電解質(zhì)那樣的構(gòu)成，或者，也可以是進(jìn)一步含有聚四氟 乙烯等的撥水材料那樣的構(gòu)成。另外，陽極催化劑層2a以及陰極催化 劑層2b的構(gòu)成既可以是相同的又可以是不相同的。
陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b可以使用公知的燃料電池 中的氣體擴(kuò)散電極的催化劑層制造方法來加以形成，例如可以調(diào)制至 少含有陽極催化劑層2a或者陰極催化劑層2b的構(gòu)成材料(例如上述 的擔(dān)載有電極催化劑的導(dǎo)電性碳顆粒和高分子電解質(zhì))和分散介質(zhì)的 液體(催化劑層形成用油墨)，并使用該液體來加以制作。
還有，作為高分子電解質(zhì)，既可以使用與上述的構(gòu)成高分子電解 質(zhì)膜1的材料相同種類的材料，或者也可以使用不同種類的材料。另 外，作為電極催化劑可以使用金屬顆粒。作為該金屬顆粒沒有特別的 限定而可以使用各種各樣的金屬，但是從電極反應(yīng)活性的觀點(diǎn)出發(fā)， 優(yōu)選為選自鉑、金、銀、釕、銠、鈀、鋨、銥、鉻、鐵、鈦、錳、鈷、 鎳、鉬、鎢、鋁、硅、鋅以及錫中的至少一種以上的金屬。其中優(yōu)選 鉑或者鉑與選自上述金屬中的至少一種以上的金屬的合金，并且因?yàn)?在陽極催化劑層2a中催化劑活性穩(wěn)定，所以特別優(yōu)選鉬與釕的合金。
另外，使用于電極催化劑中的上述金屬顆粒優(yōu)選平均粒徑為 l-5nm。平均粒徑lnm以上的電極催化劑因?yàn)槿菀走M(jìn)行工業(yè)化的調(diào)制 所以優(yōu)選，另外，平均粒徑如果是在5nm以下，那么因?yàn)楦尤菀壮?分確保每單位質(zhì)量的電極催化劑的活性，所以關(guān)系到燃料電池的成本 降低而優(yōu)選。
上述導(dǎo)電性碳顆粒優(yōu)選比表面積為50~1500m2/g。如果比表面積在 50m2/g以上，那么容易提高電極催化劑的擔(dān)載率并能夠更加充分確保 所獲得的催化劑層2的輸出特性，所以優(yōu)選；如果比表面積在1500m2/g 以下，那么能夠更加容易確保充分大小的細(xì)孔并且由高分子電解質(zhì)所 進(jìn)行的覆蓋會(huì)變得更加容易，從而能夠更加充分確保陽極催化劑層2a 以及陰極催化劑層2b的輸出特性，所以優(yōu)選。從與上述相同的觀點(diǎn)出發(fā)，更加優(yōu)選比表面積為200 900mVg。
另夕卜，導(dǎo)電性碳顆粒的平均粒徑優(yōu)選為0.1 1.0^im。如果導(dǎo)電性碳 顆粒的平均粒徑為O.lpm以上，那么更加容易充分確保陽極催化劑層 2a以及陰極催化劑層2b中的氣體擴(kuò)散性，并且能夠更加切實(shí)地防止液 泛(flooding),所以優(yōu)選。另夕卜，如果導(dǎo)電性碳顆粒的平均粒徑為l.Opm 以下，那么更加容易將由高分子電解質(zhì)覆蓋的電極催化劑的覆蓋狀態(tài) 調(diào)整到良好的狀態(tài)，并且更加容易充分確保由高分子電解質(zhì)覆蓋的電 極催化劑的覆蓋面積，因而更加容易確保充分的電極性能，所以優(yōu)選。
接著，就本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的膜-電極組件(MEA: Membrane-Electrode-Assembly )作如下說明。
圖4是示意性地表示將氣體擴(kuò)散層配置于由圖3所表示的膜-催化 劑層組件30上而成的膜-電極組件的從斜上方看到的斜視圖。圖5是沿 著由圖4所表示的E-E線的截面圖。還有，在圖4以及圖5中省略了 燃料氣體供給用集流管孔等的集流管孔。
如圖4以及圖5所示，膜-電極組件(以下稱之為MEA) 5具有膜 -催化劑層組件30、陽極氣體擴(kuò)散層(第l氣體擴(kuò)散層)3a、陰極氣體 擴(kuò)散層(第2氣體擴(kuò)散層)3b。陽極氣體擴(kuò)散層3a以及陰極氣體擴(kuò)散 層3b被形成為與高分子電解質(zhì)膜1相似的大致矩形，并且從高分子電 解質(zhì)膜1的厚度方向看是以分別重疊的方式進(jìn)行配置的。另外，陽極 氣體擴(kuò)散層3a的厚度與陰極氣體擴(kuò)散層3b的厚度被構(gòu)成為大致相同。
陽極氣體擴(kuò)散層3a被形成為覆蓋陽極催化劑層2a、第1膜增強(qiáng)部 件10以及第2膜增強(qiáng)部件11。另外，陰極氣體催化劑層3b是以覆蓋 陰極催化劑層2b、第1膜增強(qiáng)部件10以及第2膜增強(qiáng)部件11的方式 形成的。具體是，陽極氣體擴(kuò)散層3a的周緣部的內(nèi)表面被形成為階梯 狀。并且，陽極氣體擴(kuò)散層3a的除了周緣部以外的其余部分的內(nèi)表面 與陽極催化劑層2a的主面(外表面)相接觸，而陽極氣體擴(kuò)散層3a 的周緣部的階梯狀的內(nèi)表面則與第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)周面、第1膜 增強(qiáng)部件10的主面(外表面)中露出于第2膜增強(qiáng)部件11的開口 13 的部分、第2膜增強(qiáng)部件11的內(nèi)周面以及第2膜增強(qiáng)部件11的主面(外表面)相接觸。同樣，陰極氣體擴(kuò)散層3b的周緣部的內(nèi)表面被形 成為階梯狀。并且，陰極氣體擴(kuò)散層3b的除了周緣部以外的其余部分 的內(nèi)表面與陰極催化劑層2b的主面(外表面)相接觸，而陰極氣體擴(kuò) 散層3b的周緣部的階梯狀內(nèi)表面則與第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)周面、 第1膜增強(qiáng)部件10的主面(外表面)中露出于第2膜增強(qiáng)部件11的 開口 13的部分、第2膜增強(qiáng)部件11的內(nèi)周面以及第2膜增強(qiáng)部件11 的主面(外表面)相接觸。由此，就能夠分散在緊固連結(jié)單電池的時(shí) 候所承受的壓力。
還有，在此雖然是將陽極氣體擴(kuò)散層3a作為第1氣體擴(kuò)散層并且 將陰極氣體擴(kuò)散層3b作為第2氣體擴(kuò)散層，但是并不限定于此，也可 以是陽極氣體擴(kuò)散層3a為第2氣體擴(kuò)散層而陰極氣體擴(kuò)散層3b則為 第1氣體擴(kuò)散層。另外，由陽極催化劑層2a和陽極氣體擴(kuò)散層3a構(gòu) 成了陽極4a，并且，由陰極催化劑層2b和陰極氣體擴(kuò)散層3b構(gòu)成了 陰極4b。
由此，陽極氣體擴(kuò)散層3a以及陰極氣體擴(kuò)散層3b中的主面的4 邊與第2膜增強(qiáng)部件11的主面(外表面)相接觸而不與高分子電解質(zhì) 膜1的一個(gè)主面直接相接觸，所以不會(huì)有高分子電解質(zhì)膜1在這個(gè)部 分上發(fā)生破損的擔(dān)憂。
接著，就MEA5的各個(gè)構(gòu)成要素作如下說明。
陽極氣體擴(kuò)散層3a以及陰極氣體擴(kuò)散層3b的構(gòu)成只要是能夠獲 得本發(fā)明的效果的構(gòu)成就沒有特別的限定，可以具有與公知的燃料電 池中的氣體擴(kuò)散電極的氣體擴(kuò)散層相同的構(gòu)成，另外，陽極氣體擴(kuò)散 層3a和陰極氣體擴(kuò)散層3b的構(gòu)成既可以是相同的也可以是不同的。
作為陽極氣體擴(kuò)散層3a以及陰極氣體擴(kuò)散層3b，例如為了具備氣 體透過性，可以使用利用高表面積的碳微粉、造孔材料、碳紙或者碳 布等制造而成的具有多孔構(gòu)造的導(dǎo)電性基材。另外，從獲得充分的排 水性的觀點(diǎn)出發(fā)，也可以將以氟樹脂作為代表的撥水性高分子等分散 到陽極氣體擴(kuò)散層3a或者陰極氣體擴(kuò)散層3b之中。再有，從獲得充 分的電子傳導(dǎo)性的觀點(diǎn)出發(fā)，也可以用碳纖維、金屬纖維或者碳微粉 等的電子傳導(dǎo)性材料來構(gòu)成陽極氣體擴(kuò)散層3a或者陰極氣體擴(kuò)散層 3b。另外，在陽極氣體擴(kuò)散層3a和陽極催化劑層2a之間以及在陰極 氣體擴(kuò)散層3b和陰極催化劑層2b之間也可以設(shè)置由撥水性高分子和 碳粉末構(gòu)成的撥水碳層。由此，就能夠更加容易而且更加切實(shí)地進(jìn)行 在MEA5中的水管理(為了維持MEA5的良好特性所必要的水的保持、 以及對(duì)不必要的水的迅速排水)。
接著，就本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的高分子電解質(zhì)型燃料電池 (以下稱之為PEFC)的單電池(cell)作如下說明。
圖6是示意性地表示具備由圖5所表示的MEA5的單電池的概略 構(gòu)成的截面圖。
如圖6所示，單電池40具有MEA5、密封墊圈17、陽極隔板6a 以及陰極隔板6b。在MEA5的陽極4a以及陰極4b (準(zhǔn)確地來說是陽 極氣體擴(kuò)散層3a以及陰極氣體擴(kuò)散層3b)的周圍，夾持高分子電解質(zhì) 膜1而配設(shè)有一對(duì)由氟橡膠制的環(huán)狀的密封墊圈17。由此，就能夠防 止燃料氣體或者氧化劑氣體泄漏到電池外，另外，還能夠防止在單電 池40內(nèi)這些氣體發(fā)生相互混合。另外，在高分子電解質(zhì)膜l、第l和 第2膜增強(qiáng)部件10、 11以及密封墊圈17的周緣部，設(shè)置了由厚度方 向的貫通孔構(gòu)成的燃料氣體供給集流管孔等的集流管孔(未圖示)。
另外，導(dǎo)電性的陽極隔板6a和陰極隔板6b以夾持MEA5和密封 墊圈17的方式設(shè)置。這些隔板6a、 6b是使用在石墨板中浸漬酚醛樹 脂并使之固化而成的樹脂浸漬石墨板。另外，也可以使用由SUS等的 金屬材料構(gòu)成的隔板。利用陽極隔板6a和陰極隔板6b， MEA5被機(jī)械 固定，同時(shí)相鄰接的MEA5彼此互相電串聯(lián)連接。
在陽極隔板6a的內(nèi)表面(接觸于MEA5的面)上，盤蛇狀地形成 有用于流通燃料氣體的溝槽狀的燃料氣體流路7。另外，在陽極隔板 6a的外表面上，盤蛇狀地形成有用于流通熱介質(zhì)的溝槽狀的熱介質(zhì)流 路9。另外，在陽極隔板6a的周緣部設(shè)置了由厚度方向的貫通孔構(gòu)成 的燃料氣體供給集流管孔等的集流管孔(未圖示)。
另一方面，在陰極隔板6b的內(nèi)表面上，盤蛇狀地形成有用于流通 氧化劑氣體的溝槽狀的氧化劑氣體流路8，在其外表面上，盤蛇狀地形
25成有用于流通熱介質(zhì)的溝槽狀的熱介質(zhì)流路9。另外，在陰極隔板6b 的周緣部，與陽極隔板6a同樣，設(shè)置了由厚度方向的貫通孔構(gòu)成的燃 料氣體供給集流管孔等的集流管孔(未圖示)。
還有，燃料氣體流路7、氧化劑氣體流路8以及熱介質(zhì)流路9在這 里雖然是被形成為盤蛇狀，但是并不限定于此，只要使得反應(yīng)氣體或 者熱介質(zhì)流通于隔板6a、 6b的主面的大致全部區(qū)域上，任何形狀都是 可以的。
通過在其厚度方向上層疊如以上所述那樣形成的單電池40，從而 形成單電池層疊體。此時(shí)，設(shè)置于高分子電解質(zhì)膜l、第l膜增強(qiáng)部件 10、第2膜增強(qiáng)部件11、密封墊圈17、陽極隔板6a以及陰極隔板6b 上的燃料氣體供給集流管孔等的集流管孔，在厚度方向上分別相連從 而分別形成燃料氣體供給集流管等的集流管。然后，在電池層疊體的 兩端配置分別配設(shè)有集電板以及絕緣板的端板，并用緊固連結(jié)器具進(jìn) 行緊固連結(jié)，從而形成電池堆(PEFC)。
- 接著，與比較例1相對(duì)比，而就不會(huì)有本實(shí)施方式1所涉及的PEFC 中的第1膜增強(qiáng)部件10的端部使高分子電解質(zhì)膜1發(fā)生破損的擔(dān)憂的 理由，作如下說明。還有，關(guān)于高分子電解質(zhì)膜1的破損機(jī)理，在單 電池40的陽極側(cè)區(qū)域與陰極側(cè)區(qū)域是相同的，所以以下以陽極側(cè)區(qū)域 為例來加以說明。
圖7是表示被配置于高分子電解質(zhì)膜1的主面上的膜增強(qiáng)部件不 是2層結(jié)構(gòu)的構(gòu)成例(比較例l)的示意圖。
如圖7所示，比較例1除了以單一的第1膜增強(qiáng)部件構(gòu)成膜增強(qiáng) 部件之外，其余都與本實(shí)施方式的單電池40相同。在比較例l的單電 池40中，陽極氣體擴(kuò)散層3a為平板狀，在被組裝到電池堆中之前具 有一樣的厚度。然后，陽極氣體擴(kuò)散層3a在被組裝到電池堆中之后， 被陽極隔板6a和第1膜增強(qiáng)部件10以及陽極催化劑層2a所夾壓，從 而在厚度方向上被壓縮。在此情況下，膜增強(qiáng)部件并不像本實(shí)施方式1 那樣是2層結(jié)構(gòu)而是以單一的第1膜增強(qiáng)部件10構(gòu)成的，所以陽極氣 體擴(kuò)散層3a的被陽極隔板6a和第1膜增強(qiáng)部件10所夾壓的部分(以 下稱之為隔板-膜增強(qiáng)部件夾壓部分)同樣被壓縮(成為同樣的厚度)。 于是，該隔板-膜增強(qiáng)部件夾壓部分的彈性反作用力被施加到了第1膜增強(qiáng)部件10上。其結(jié)果為，在由第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)表面F40和 內(nèi)周面所形成的角部14上承受了過度的壓力，而該角部14與高分子 電解質(zhì)膜1線接觸，所以會(huì)有高分子電解質(zhì)膜1的該部分發(fā)生破損的 可能。
然而，如圖6所示，在本實(shí)施方式1所涉及的單電池40中，膜增 強(qiáng)部件被形成為第2膜增強(qiáng)部件11配置于第1膜增強(qiáng)部件10的外表 面F30上而成為2層結(jié)構(gòu)。并且，第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)周面相對(duì)于 第2膜增強(qiáng)部件11的內(nèi)周面而言更加位于高分子電解質(zhì)膜1上的內(nèi)側(cè)， 而在第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)周部15上不配置第2膜增強(qiáng)部件11。由 此，在陽極氣體擴(kuò)散層3a中，被第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)周部15和陽 極隔板6a所夾持的部分相比于被第2膜增強(qiáng)部件11和陽極隔板6a所 夾持的部分，沒有被壓縮，所以在第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)周部15上 所承受的壓力與在第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)周部15以外的部分(配置 有第2膜增強(qiáng)部件11的部分)16上所承受的壓力相比較，更小。因此， 在第1膜增強(qiáng)部件10的角部14上所承受的壓力減小，所以該角部14 雖然與高分子電解質(zhì)膜1的主面F10相線接觸，但是在高分子電解質(zhì) 膜1上沒有承受過度的壓力，能夠抑制高分子電解質(zhì)膜1的破損。
接著，就本實(shí)施方式1所涉及的MEA5的制造方法作如下說明。 還有，使用如以下說明那樣進(jìn)行制造的MEA5來制造單電池40以及電 池堆(PEFC)的方法并沒有特別的限定，可以采用公知的PEFC的制 造技術(shù)，所以在此省略對(duì)其作詳細(xì)的說明。
圖27是概略性地表示用于制造由圖4以及圖5所表示的MEA5的 一系列工序(處理區(qū)域)以及制造流水線的一部分的示意圖。
如圖27所示，MEA5是經(jīng)過了下述一系列工序進(jìn)行制造的，該一 系列工序?yàn)榻雍细叻肿与娊赓|(zhì)膜片51和第1膜補(bǔ)強(qiáng)部件10而形成 膜-膜增強(qiáng)部件片組件的第1工序Pl以及第2工序P2，將催化劑層涂 布于膜-膜增強(qiáng)部件片組件上的第3工序P3以及第4工序P4，切斷膜-催化劑層組件片的第5工序P5，以及接合膜-催化劑層組件26和膜增 強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25的第6工序P6。由此，MEA5就能夠以低
27成本而且容易地進(jìn)行大批量生產(chǎn)。
首先，就第1工序P1作如下說明。
圖28是用于說明由圖27所表示的MEA5的制造工序中的第1工 序P1的示意圖。
如圖27以及圖28所示，在進(jìn)行第1工序P1的區(qū)域中配置有具 有一對(duì)輥81以及輥82的熱壓合機(jī)(未圖示)、長(zhǎng)條的高分子電解質(zhì)膜 片51 (切斷后就成為由圖4以及圖S所表示的高分子電解質(zhì)膜1)、第 1膜增強(qiáng)部件10。
接著，就第1工序P1的處理作如下說明。
首先，使用公知的薄膜制造技術(shù)制造將長(zhǎng)條的高分子電解質(zhì)膜片 51巻繞而成的高分子電解質(zhì)膜巻50。另外，同樣使用薄膜制造技術(shù)來 制造長(zhǎng)條的膜增強(qiáng)部件片。從所制造的膜增強(qiáng)部件片上沖切出矩形的 開口部，并以成為環(huán)狀的方式切斷膜增強(qiáng)部件片，從而制作出第1膜 增強(qiáng)部件10。
然后，在由圖27所表示的制造流水線中，驅(qū)動(dòng)輥83以及輥86時(shí)， 從高分子電解質(zhì)膜巻50中抽出高分子電解質(zhì)膜片51。接著，如圖28 所示，由適當(dāng)?shù)墓┙o機(jī)構(gòu)或者手工將第1膜增強(qiáng)部件IO配置于高分子 電解質(zhì)膜片51的一個(gè)主面(以下稱之為表面)上。然后，高分子電解 質(zhì)膜片51以及第1膜增強(qiáng)部件10被引導(dǎo)到具有一對(duì)輥81以及輥82 的熱壓合機(jī)(未圖示)內(nèi)。在熱壓合機(jī)內(nèi)，高分子電解質(zhì)膜片51以及 第1膜增強(qiáng)部件IO在朝著行進(jìn)方向Dl側(cè)進(jìn)入到被預(yù)熱了的輥81和輥 82之間的過程中被接合，并形成帶狀的膜-膜增強(qiáng)部件組件片61。然后， 所形成的膜-膜增強(qiáng)部件組件片61由輥83折返，被翻轉(zhuǎn)成膜-膜增強(qiáng)部 件組件片61的背面(沒有配置第1膜增強(qiáng)部件10的一側(cè)的主面)朝 向上方，并進(jìn)入到第2工序P2區(qū)域。
還有，在此雖然是切斷膜增強(qiáng)部件片來制作第1膜增強(qiáng)部件10， 但是并不限定于此，也可以使用鑄模來制作。另外，可以進(jìn)行在接觸 于高分子電解質(zhì)膜片51之前的第1膜增強(qiáng)部件10的背面(將成為接 觸面的部分)上涂布粘結(jié)劑的前處理。在此情況下，既可以如上所述 預(yù)熱輥81、 82后進(jìn)行加壓處理，也可以不進(jìn)行預(yù)熱而僅僅進(jìn)行加壓處 理。另外，作為粘結(jié)劑優(yōu)選不使電池特性降低的粘合劑，例如可以使
28用在分散介質(zhì)或者溶劑中含有與高分子電解質(zhì)膜片51相同種類或者不 同種類(但是具有能夠與高分子電解質(zhì)膜片51充分一體化的親和性的 物質(zhì))的高分子電解質(zhì)材料(例如前述作為高分子電解質(zhì)膜1的構(gòu)成 材料進(jìn)行示例的物質(zhì))的液體。
接著，就第2工序P2作如下說明。
第2工序P2區(qū)域的構(gòu)成與第1工序Pl區(qū)域的構(gòu)成相同，所以在 此省略對(duì)其作詳細(xì)的說明。f
在第1工序Pl中所形成的膜-膜增強(qiáng)部件組件片61在行進(jìn)至第2 工序P2區(qū)域之后，與第1工序Pl同樣地，將第1膜增強(qiáng)部件10配置 于膜-膜增強(qiáng)部件組件片61中的高分子電解質(zhì)膜片51的背面。此時(shí)， 從高分子電解質(zhì)膜片51的厚度方向看，在膜-膜增強(qiáng)部件組件片61中 的高分子電解質(zhì)膜片51的背面，第1膜增強(qiáng)部件10被配置成與被配 置于膜-膜增強(qiáng)部件組件片61 (高分子電解質(zhì)膜片51)的表面的第1 膜增強(qiáng)部件IO相重疊。
接著，如圖27所示，膜-膜增強(qiáng)部件組件片61以及第1膜增強(qiáng)部 件10被引導(dǎo)到具有一對(duì)輥84以及輥85的熱壓合機(jī)(未圖示)內(nèi)。在 熱壓合機(jī)內(nèi)，膜-膜增強(qiáng)部件組件片61以及第1膜增強(qiáng)部件10在朝著 行進(jìn)方向Dl側(cè)進(jìn)入到被預(yù)熱了的輥84和輥85之間的過程中被接合， 從而形成帶狀的膜-膜增強(qiáng)部件組件片62。于是，被形成的膜-膜增強(qiáng) 部件組件片62行進(jìn)至第3工序P3區(qū)域。還有，可以與第1工序Pl同 樣地進(jìn)行在接觸于膜-膜增強(qiáng)部件組件片61之前的第1膜增強(qiáng)部件10 的背面(成為接觸面的部分)上涂布粘結(jié)劑的前處理。
接著，就第3工序P3作如下說明。
圖29是用于說明由圖27所表示的MEA5的制造工序中的第3工 序P3的示意圖。
首先，就第3工序P3區(qū)域的構(gòu)成作如下說明。
如圖29所示，在進(jìn)行第3工序P3的區(qū)域中，配置有具有開口 部48的掩模47，從膜-膜增強(qiáng)部件組件片62的背面支撐該膜-膜增強(qiáng) 部件組件片62的未圖示的支撐機(jī)構(gòu)(例如支撐臺(tái))，催化劑層形成裝 置49 (參照?qǐng)D27)。開口部48的形狀被設(shè)計(jì)成對(duì)應(yīng)于由圖4以及圖5 所表示的陽極催化劑層2a的主面形狀。另外，催化劑層形成裝置具備用于涂布或者噴涂催化劑層形成用油墨等而陽極催化劑層2a形成于膜 -膜增強(qiáng)部件組件片62的主面上的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)可以采用為了形成公知 的燃料電池的氣體擴(kuò)散層的催化劑層而采用的機(jī)構(gòu)，例如可以采用根 據(jù)噴涂法、旋轉(zhuǎn)涂布法、刮板涂布法、脫模劑法(Die Coating)以及絲網(wǎng) 印刷法所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)。 、接著，就第3工序P3的處理作如下說明。首先，在第2工序P2中所形成的膜-膜增強(qiáng)部件組件片62在行進(jìn) 至第3工序P3區(qū)域之后暫時(shí)停止。然后，固定膜-膜增強(qiáng)部件組件片 62以使其被夾持于掩模47和未圖示的支撐臺(tái)之間。接著，催化劑層形 成裝置49進(jìn)行工作，通過從掩模47的開口部48的上方涂布催化劑層 形成用油墨等從而以使其覆蓋膜-膜增強(qiáng)部件組件片62中的高分子電 解質(zhì)膜片51的背面的方式(以填埋第1膜增強(qiáng)部件10的開口的方式) 形成陽極催化劑層2a。陽極催化劑層2a被形成之后，掩模47以及支 撐臺(tái)離開膜-膜增強(qiáng)部件組件片62。然后，這樣形成的膜-催化劑層片 56再一次按行進(jìn)方向Dl移動(dòng)。由此，在膜-催化劑層片56上按其長(zhǎng)邊 方向上規(guī)定的間距形成陽極催化劑層2a。然后，膜-催化劑層片56進(jìn) 一步按行進(jìn)方向Dl移動(dòng)，由輥86折返，被翻轉(zhuǎn)成膜-催化劑層片56 的表面(沒有形成陽極催化劑層2a的主面)朝向上方。接著，就第4工序P4作如下說明。第4工序P4區(qū)域的構(gòu)成與第3工序P3區(qū)域的構(gòu)成相同，所以在 此省略對(duì)其作詳細(xì)的說明。在第3工序P3中形成的膜-催化劑層片56當(dāng)行進(jìn)至第4工序P4 區(qū)域之后暫且停止。然后，固定膜-催化劑層片56以使其被夾持于掩模 47和未圖示的支撐臺(tái)之間。接著，如圖27所示，催化劑層形成裝置 49進(jìn)行工作，通過從掩模47的開口部48的上方涂布催化劑層形成用 油墨等，從而以覆蓋膜-催化劑層片56的高分子電解質(zhì)膜片51的表面 的方式(以填埋第1膜增強(qiáng)部件10的開口的方式)形成陰極催化劑層 2b。此時(shí)，從膜-催化劑層片56的厚度方向看，陰極催化劑層2b被形 成為與陽極催化劑層2a相重疊。于是，在陰極催化劑層2b被形成之 后，掩模47以及支撐臺(tái)離開膜-催化劑層片56。然后，這樣形成的膜-催化劑層組件片57再一次按行進(jìn)方向D1移動(dòng)。由此，在膜-催化劑層30組件片57上，按其長(zhǎng)邊方向上的規(guī)定的間距形成陰極催化劑層2b (以 與陽極催化劑層2a相重疊的方式形成)。然后，膜-催化劑層組件片57 進(jìn)一步按行進(jìn)方向D1移動(dòng)。還有，陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b是以使其具有適當(dāng) 的柔軟性的方式被調(diào)節(jié)了其成分組成以及干燥程度等，并且，被實(shí)施 了用于即使是在膜-催化劑層片56或者膜-催化劑層組件片57的背表相 反的情況下、也不使陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b從高分子 電解質(zhì)膜片51上剝落的處置(例如，加熱支撐臺(tái)并對(duì)催化劑層形成用 的油墨分散劑進(jìn)行干燥處理)。另外，每當(dāng)形成陽極催化劑層2a或者 陰極催化劑層2b時(shí)，也可以適當(dāng)進(jìn)行干燥處理(例如，加熱處理、送 風(fēng)處理以及脫氣處理中的至少1種處理)。接著，就第5工序P5作如下說明。在第5工序P5區(qū)域中設(shè)置有裁切機(jī)58，當(dāng)在第4工序P4中所形 成的膜-催化劑層組件片57被引導(dǎo)到第5工序區(qū)域P5的裁切機(jī)58內(nèi) 之后，暫且停止。于是，由裁切機(jī)58的裁斷機(jī)構(gòu)，按預(yù)先設(shè)定的大小 裁切膜-催化劑層組件片57，從而完成制作膜-催化劑層組件26。接著，就第6工序P6作如下說明。圖30是用于說明由圖27所表示的MEA5的制造工序中的第6工 序P6的示意圖。首先，就第6工序P6區(qū)域的構(gòu)成作如下說明。如圖30所示，在進(jìn)行第6工序P6的區(qū)域中，配置有在第5工 序P5中制作的膜-催化劑層組件26， 一對(duì)膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件 25以及熱壓合機(jī)(未圖示)。在此，參照?qǐng)D31就膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散 層組件25的制造方法作如下說明。圖31是用于說明制造由圖27所表示的膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組 件25的工序的示意圖。首先，如圖31 (a)所示，制作大致長(zhǎng)方體形狀且其周面向內(nèi)部凹 陷的方式形成為階梯狀的陽極氣體擴(kuò)散層3a(或者陰極氣體擴(kuò)散層3b) 的鑄模。然后，將混煉含有粘結(jié)劑樹脂和導(dǎo)電性顆粒(例如碳顆粒)以及 溶劑的混合物而成的混煉后的混合物注入到由圖31 (a)所表示的陽極氣體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層3b)的鑄模中，并加以固化(參 照?qǐng)D31 (b))。由此，制作陽極氣擴(kuò)散層3a (或者陰極氣擴(kuò)散層3b)(參照?qǐng)D31 (c))。接著，如圖31 (d)所示，制作大致長(zhǎng)方體形狀且以其周面的大致 中央部向外部突出且突出部分的下方向內(nèi)部凹陷的方式形成為階梯狀(即，將大致矩形狀且具有開口的環(huán)狀的第2膜增強(qiáng)部件11接合于陽 極氣體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層3b)的階梯部而成的構(gòu)件的外 形)的膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25的分型鑄模。然后，將陽極氣體 擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層3b)配置于該膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層 組件25的分型鑄模中(參照?qǐng)D31 (e))。接著，將構(gòu)成第2膜增強(qiáng)部 件ll的材料加熱至該材料熔點(diǎn)以上的溫度使之成為液體狀。于是，將 該液狀材料注入到膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25的分型鑄模中(參照 圖31 (f))，從而制作第2膜增強(qiáng)部件11，并接合陽極氣體擴(kuò)散層3a(或者陰極氣體擴(kuò)散層3b)和第2膜增強(qiáng)部件11。由此，制作完成了 膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25 (參照?qǐng)D31 (g))。 接著，就第6工序P6的處理作如下說明。如圖30所示，在第5工序P5中制作的膜-催化劑層組件26以及 由以上所述的方法制作的一對(duì)膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25通過自 動(dòng)裝置(未圖示)被以用一對(duì)膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25夾持膜-催化劑層組件26的方式配置于熱壓合機(jī)中。此時(shí)，因?yàn)槭亲詣?dòng)裝置的手操作膜-催化劑層組件26的第1膜增強(qiáng) 部件10以及膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25的第2膜增強(qiáng)部件11，所 以比起直接用手處理高可曲性的高分子電解質(zhì)膜1和陽極氣體擴(kuò)散層 3a或者陰極氣體擴(kuò)散層3b來說，能夠更加容易進(jìn)行操作。另外，如果 直接操作高分子電解質(zhì)膜1和陽極氣體擴(kuò)散層3a或者陰極氣體擴(kuò)散層 3b，那么高分子電解質(zhì)膜1等就會(huì)有破損的危險(xiǎn)，但是在本實(shí)施方式 中因?yàn)槭遣僮鞯?以及第2膜增強(qiáng)部件10、 11，所以就沒有像那樣的 危險(xiǎn)。然后，通過熱壓合機(jī)熱壓合這些部件從而完成制作MEA5。 這樣，在本實(shí)施方式1所涉及的PEFC中，能夠更加切實(shí)地抑制 高分子電解質(zhì)膜1的破損，并能夠提高耐久性，從而可以提供更加高32可靠性的燃料電池。另外，在本實(shí)施方式1所涉及的PEFC中，將第1 膜增強(qiáng)部件10接合于高分子電解質(zhì)膜1，并且，將第2膜增強(qiáng)部件11 接合于通過混煉含有粘結(jié)劑樹脂和導(dǎo)電性顆粒的混合物并進(jìn)行壓延固 化而形成的陽極氣體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層3b)，從而能夠 提高操作性并且能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的高效率化。還有，在由圖27所表示的MEA5的制造流水線上，作為原材料的 高分子電解質(zhì)^片51以連續(xù)的片的形態(tài)進(jìn)行移動(dòng)直至成為膜-催化劑 層組件片57為止，但是在這期間為了使該片恰當(dāng)?shù)匕葱羞M(jìn)方向Dl移 動(dòng)而將下列機(jī)構(gòu)設(shè)置于該制造流水線的適當(dāng)?shù)牡胤?，這些機(jī)構(gòu)為牽 引該片的輸帶輥(capstan)或者輥對(duì)等的牽引機(jī)構(gòu)，給該片賦予適當(dāng) 張力的拉緊器等的張力賦予機(jī)構(gòu)，用于暫時(shí)使該片停止于規(guī)定區(qū)域(例 如第4工序P4區(qū)域)并且之后進(jìn)行快進(jìn)的松緊調(diào)節(jié)輥等的片暫時(shí)蓄積機(jī)構(gòu)以及片傳送機(jī)構(gòu)。然而，這些都是眾所周知的機(jī)構(gòu)，所以在此省 略對(duì)其的記載。另外，在此，在將第1膜增強(qiáng)部件IO接合于高分子電解質(zhì)膜片51 上之后形成陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b，但是并不限定于此， 也可以先將陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b形成于高分子電解 質(zhì)膜片51上之后再接合第1膜增強(qiáng)部件10。再有，在此，是制作陽極氣體擴(kuò)散層3a(或者陰極氣體擴(kuò)散層3b) 并在陽極氣體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層3b)上制作第2膜增強(qiáng) 部件11從而制作膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25，但是并不限定于此， 也可以如以下所述的方式進(jìn)行制作。首先，按照上述的方法制作第2膜增強(qiáng)部件11。然后，將第2膜 增強(qiáng)部件11配置于由圖31 (d)所表示的膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件 25的分型鑄模中。接著，混煉含有粘結(jié)劑樹脂、導(dǎo)電性顆粒(例如碳 顆粒)以及溶劑的混合物，將混煉而成的混合物注入到膜增強(qiáng)部件-氣 體擴(kuò)散層組件25的鑄模中并加以固化。由此，接合第2膜增強(qiáng)部件11 和陽極氣體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層3b)，從而能夠制作膜增 強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25。接著，就本實(shí)施方式1所涉及的MEA5的構(gòu)成中的變形例1作如 下說明。[變形例1]圖32是表示本實(shí)施方式1所涉及的MEA5的構(gòu)成的變形例1的 MEA5的概略構(gòu)成的示意圖。如圖32所示，在本變形例1的MEA5中，將第1膜增強(qiáng)部件10a 配置于高分子電解質(zhì)膜1的主面F20上。該第1膜增強(qiáng)部件10a與第1 膜增強(qiáng)部f-10同樣被形成為大致矩形，并且在中央設(shè)置有開口。從高 分子電解質(zhì)膜1的厚度方向看，形成第1膜增強(qiáng)部件10a的開口的內(nèi) 周面被形成為與形成第1膜增強(qiáng)部件10的開口的內(nèi)周面相一致。另外， 第1膜增強(qiáng)部件10a的厚度被形成為與第1膜增強(qiáng)部件10a和第2膜 增強(qiáng)部件ll的合計(jì)厚度相同。在具備這樣構(gòu)成的變形例1的MEA5的PEFC中，與實(shí)施方式1 所涉及的PEFC同樣，被形成為將第1膜增強(qiáng)部件10配置于高分子電 解質(zhì)膜1的主面F10上并將第2膜增強(qiáng)部件11配置于該第1膜增強(qiáng)部 件10的外表面上而成為2層結(jié)構(gòu)。因此，與實(shí)施方式1同樣，在第1 膜增強(qiáng)部件10的與高分子電解質(zhì)膜1的主面F10相接觸的角部上所承 受的壓力變小了，所以該角部雖然是與高分子電解質(zhì)膜1的主面FIO 線接觸，但是不會(huì)在高分子電解質(zhì)膜1上承受過度的壓力，從而能夠 抑制高分子電解質(zhì)膜1的破損。接著，就本實(shí)施方式1所涉及的MEA5的構(gòu)成的變形例2作如下 說明。[變形例2〗圖33是表示本實(shí)施方式1所涉及的MEA5的構(gòu)成中的變形例2的 MEA5的概略構(gòu)成的示意圖。如圖33所示，本變形例2的MEA5是將陽極催化劑層2a配置于 高分子電解質(zhì)膜1的主面F10整體，另外，將陰極催化劑層2b配置于 高分子電解質(zhì)膜1的主面F20整體。然后，分別將第1膜增強(qiáng)部件10、 10配置于陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b的外表面上。還有，本變形例2的MEA5在進(jìn)行了上述實(shí)施方式1所涉及的 MEA5的制造方法中的第3工序P3以及第4工序P4之后，再進(jìn)行第134工序P1以及第2工序P2，從而能夠連續(xù)進(jìn)行制造。
在具備這樣進(jìn)行構(gòu)成的變形例2的MEA5的PEFC中，被形成為 分別將第1膜增強(qiáng)部件10、 10配置于陽極催化劑層2a以及陰極催化 劑層2b的外表面上，并將第2膜增強(qiáng)部件11配置于該第1膜增強(qiáng)部 件10的外表面，從而形成2層結(jié)構(gòu)。并且，第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi) 周面被形成為比第2膜增強(qiáng)部件11的內(nèi)周面更加位于高分子電解質(zhì)膜 1的內(nèi)側(cè)，在第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)周部上沒有配置第2膜增強(qiáng)部件 11。
由此，在陽極氣體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層3b)中，由第 1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)周部和陽極隔板(或者陰極隔板)夾持的部分與 由第2膜增強(qiáng)部件11和陽極隔板(或者陰極隔板)夾持的部分相比較， 沒有被壓縮，所以在第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)周部上所承受的壓力與在 第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)周部以外的部分(配置了第2膜增強(qiáng)部件11 的部分)上所承受的壓力相比較，更小。因此，在第1膜增強(qiáng)部件10 上的與陽極催化劑層2a (或者陰極催化劑層2b)的外表面相接觸的角 部上所承受的壓力減小，所以該角部雖然與陽極催化劑層2a (或者陰 極催化劑層2b)的外表面線接觸，但是不會(huì)在陽極催化劑層2a (或者 陰極催化劑層2b)上承受過度的壓力，從而能夠抑制陽極催化劑層2a (或者陰極催化劑層2b)的破損，進(jìn)而能夠抑制高分子電解質(zhì)膜1的 破損。
接著，就本實(shí)施方式1所涉及的MEA5的制造方法的變形例作如 下說明。
圖34是用于說明本實(shí)施方式1所涉及的MEA5的制造方法的變形 例3的示意圖。
如圖34所示，在本實(shí)施方式1所涉及的MEA5的制造方法的變形 例3中，經(jīng)過第1工序Pl 第9工序P9而制造MEA5。在第1工序Pl 中，用以上所述的方法接合陽極氣體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層 3b)和第2膜增強(qiáng)部件11，從而制作出膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25。 還有，在此將膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25形成為不在第2膜增強(qiáng)部件11的主面上配置陽極氣體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層3b)的 構(gòu)成，但是也可以如圖31以及圖32所示，將其制成在第2膜增強(qiáng)部 件11的主面上配置陽極氣體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層3b)的 構(gòu)成。
在第2工序P2中，將具有與第2膜增強(qiáng)部件11的開口大小基本 相同的開口的第2掩模部件21,配置于在第1工序Pl中制作的膜增強(qiáng) 部.rf牛-氣體擴(kuò)散層組件25中的一個(gè)第2膜增強(qiáng)部件11的主面之上。接 著，在第3工序P3中，催化劑層形成裝置49從在第2工序P2中配置 的第2掩模部件21的上方，以覆蓋膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25的 陽極氣體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層3b)的表面的方式(以填埋 第2膜增強(qiáng)部件11的開口的方式)，涂布催化劑層形成用油墨，從而 形成陽極催化劑層2a (或者陰極催化劑層2b)。然后，在第4工序P4 中，除去在第2工序P2中配置的第2掩模部件21，從而制作出膜增強(qiáng) 部件-電極組件27。還有，第2掩模部件21的材料可以使用與上述第2 膜增強(qiáng)部件的材料相同的合成樹脂。
另外，在第5工序P5中，由熱壓合機(jī)將第1膜增強(qiáng)部件IO接合 (熱壓合)于預(yù)先切斷成規(guī)定的大小的高分子電解質(zhì)膜1，從而制作出 膜-膜增強(qiáng)部件組件28。在第6工序P6中，將具有與第1膜增強(qiáng)部件 IO的開口大小基本相同的幵口的第l掩模部件22，配置于在第5工序 P5中制作的膜-膜增強(qiáng)部件組件28中的一個(gè)第1膜增強(qiáng)部件10的主面 之上。接著，在第7工序P7中，催化劑層形成裝置49從在第6工序 P6中配置的第1掩模部件22的上方，以覆蓋膜-膜增強(qiáng)部件組件28的 高分子電解質(zhì)膜1的表面的方式(以填埋第1膜增強(qiáng)部件10的開口的 方式)，涂布催化劑層形成用油墨，從而形成陰極催化劑層2b(或者陽 極催化劑層2a)。然后，在第8工序P8中，除去在第6工序P6中配置 的第1掩模部件22，從而制作出膜-催化劑層組件29。還有，第1掩模 部件22的材料可以使用與上述第1膜增強(qiáng)部件的材料相同的合成樹 脂。
然后，在第9工序P9中，利用自動(dòng)裝置，以使得由第1工序P1 中制作的膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25和第4工序P4中制作的膜增 強(qiáng)部件-電極組件27夾持第8工序P8中制作的膜-催化劑層組件29的方式，將其配置于熱壓合機(jī)中，并由熱壓合機(jī)熱壓合它們。由此，就
制作成了 MEA5。
在本變形例3中，在將膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件25等配置于熱 壓合機(jī)中的時(shí)候，是自動(dòng)裝置的手臂操作第1膜增強(qiáng)部件10或者第2 膜增強(qiáng)部件11，所以要比直接操作高可曲性的高分子電解質(zhì)膜1和陽 極氣體擴(kuò)散層3a或者陰極氣體擴(kuò)散層3b，能夠更加容易進(jìn)行操作。并 I且，不必?fù)?dān)心因?yàn)椴僮鞯?或第2膜增強(qiáng)部件10、 11而使高分子電解 質(zhì)膜1和陽極氣體擴(kuò)散層3a或者陰極氣體擴(kuò)散層3b發(fā)生破損。
還有，在本變形例3中是使用預(yù)先切斷成規(guī)定的大小的高分子電 解質(zhì)膜1來以間歇方式制作MEA5，但是并不限定于此，也可以與上 述實(shí)施方式1同樣，使用高分子電解質(zhì)膜片51而在制造流水線上進(jìn)行 制作。
(實(shí)施方式2) [膜-電極組件的構(gòu)成]
圖8是示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的PEFC的單電 池40中的MEA5的概略構(gòu)成的從斜上方看到的斜視圖。圖9是沿著由 圖8所表示的B-B線的截面圖。
如圖8以及圖9所示，在本實(shí)施方式2所涉及的MEA5中，第1 膜增強(qiáng)部件IO構(gòu)成了一對(duì)100a和另一對(duì)100b;第2膜增強(qiáng)部件11構(gòu) 成了一對(duì)101a和另一對(duì)101b。
一對(duì)100a的第1膜增強(qiáng)部件10、 10分別被配置在高分子電解質(zhì) 膜1的主面FIO的1組互相相對(duì)的邊上，沿著該邊延伸。在一對(duì)100a 的第1膜增強(qiáng)部件10、 10的主面上，配置有一對(duì)101a的第2膜增強(qiáng) 部件ll、 11，分別沿著一對(duì)100a的第1膜增強(qiáng)部件10、 IO的長(zhǎng)邊方 向延伸(沿著高分子電解質(zhì)膜1的主面FIO的1組互相相對(duì)的邊延伸)。
另外，另一對(duì)100b的第1膜增強(qiáng)部件10、 10分別配置在高分子 電解質(zhì)膜1的主面F20的另1組互相相對(duì)的邊上，沿著該邊延伸。在 另一對(duì)100b的第l膜增強(qiáng)部件10、 IO的主面上，配置有另一對(duì)101b 的第2膜增強(qiáng)部件11、 11，分別沿著另一對(duì)100b的第1膜增強(qiáng)部件 10、 IO的長(zhǎng)邊方向延伸(沿著高分子電解質(zhì)膜1的主面F20的另1組
37互相相對(duì)的邊延伸)。
這樣， 一對(duì)100a的第1膜增強(qiáng)部件10、 10和另一對(duì)100b的第1 膜增強(qiáng)部件10、 IO被配置成作為整體繞高分子電解質(zhì)膜1的周緣部一 周(沿著4邊進(jìn)行延伸)。另外，第1膜增強(qiáng)部件10、 10以及第2膜 增強(qiáng)部件ll、 ll被形成為，從高分子電解質(zhì)膜l的厚度方向看，在高 分子電解質(zhì)膜1的4個(gè)角的部分上重疊。
并且，從高分子電解質(zhì)膜1的厚度方向看，陽極催化劑層2a以及f 陰極催化劑層2b被形成為位于一對(duì)100a的第1膜增強(qiáng)部件10、 10以 及另一對(duì)100b的第1膜增強(qiáng)部件10、 10之間，并且被形成為互相重 疊。并且，陽極氣體擴(kuò)散層3a以及陰極氣體擴(kuò)散層3b被形成為，覆 蓋陽極催化劑層2a或者陰極催化劑層2b、第1膜增強(qiáng)部件10以及第 2膜增強(qiáng)部件11的各自的主面，且從高分子電解質(zhì)膜l的厚度方向看 被形成為互相重疊。
這樣形成的本實(shí)施方式2所涉及的MEA5中，膜增強(qiáng)部件被形成 為與實(shí)施方式1相同的2層結(jié)構(gòu)，所以與實(shí)施方式1同樣能夠抑制高 分子電解質(zhì)膜1的破損。再有，如圖9所示，在本實(shí)施方式的MEA5 中，陰極氣體擴(kuò)散層3b的端部直接接觸于高分子電解質(zhì)膜1的主面 F20，高分子電解質(zhì)膜l可能在該部分上發(fā)生破損。然而，即使是在這 樣的情況之下，因?yàn)樵诟叻肿与娊赓|(zhì)膜1的主面F10側(cè)配置有第1以 及第2膜增強(qiáng)部件10、 11，所以反應(yīng)氣體不會(huì)發(fā)生交叉泄漏。另外， 同樣，雖然陽極氣體擴(kuò)散層3a的端部有直接接觸于高分子電解質(zhì)膜1 的主面F10的部分，但是因?yàn)樵谠摬糠值母叻肿与娊赓|(zhì)膜1的主面F20 側(cè)配置有第1以及第2膜增強(qiáng)部件10、 11，所以反應(yīng)氣體不會(huì)發(fā)生交 叉泄漏。
還有，本實(shí)施方式2所涉及的單電池40，除了以填埋被形成于第 1以及第2膜增強(qiáng)部件10、 11與高分子電解質(zhì)膜1的4邊之間的間隙 的方式形成密封墊圈17這一點(diǎn)之外，與上述實(shí)施方式1所涉及的單電 池40相同，所以在此省略對(duì)其作詳細(xì)的說明。
接著，就本實(shí)施方式2所涉及的MEA5的制造方法作如下說明。還有，使用如以下所說明的那樣進(jìn)行制造的MEA5來制造單電池40以 及電池堆(PEFC)的方法并沒有特別的限定，可以采用公知的PEFC 的制造技術(shù)，所以在此省略對(duì)其作詳細(xì)的說明。
首先，就膜-催化劑層層疊體30的制造方法作如下說明。
圖10是概略性地表示用于制造由圖8以及圖9所表示的MEA5中 的膜-催化劑層組件30的一系列工序(處理區(qū)域)以及制造流水線的一 部分的示意圖。 5
如圖10所示，膜-催化劑層組件30是經(jīng)過了下述工序而制造的， 這些工序?yàn)榻雍细叻肿与娊赓|(zhì)膜片和膜增強(qiáng)部件帶從而形成膜-膜增 強(qiáng)部件片組件的第1工序Pl至第4工序P4，將催化劑層涂布于膜-膜 增強(qiáng)部件片組件的第5工序P5以及第6工序P6，以及切斷膜-催化劑 層組件片的第7工序P7。由此，MEA5能夠以低成本并且容易地進(jìn)行 大批量生產(chǎn)。
首先，就第1工序P1作如下說明。
圖11是用于說明由圖10所表示的膜-催化劑層組件30的制造工序 中的第1工序P1的示意圖。
首先，使用公知的薄膜制造技術(shù)，制造將長(zhǎng)條的高分子電解質(zhì) 膜片51 (切斷后成為由圖8以及圖9所表示的高分子電解質(zhì)膜1的部 件)巻繞而成的高分子電解質(zhì)膜巻50，以及將第1膜增強(qiáng)部件帶122 (切斷后成為由圖8以及圖9所表示的第1膜增強(qiáng)部件10的部件)巻 繞而成的第1膜增強(qiáng)部件巻121。然后，以使第1膜增強(qiáng)部件帶122、 122配置于高分子電解質(zhì)膜片51的側(cè)端部的方式，對(duì)高分子電解質(zhì)膜 巻50以及一對(duì)第1膜增強(qiáng)部件巻121、 121的位置進(jìn)行定位。
接著，如圖10所示，通過驅(qū)動(dòng)輥85以及輥86，從高分子電解質(zhì) 膜巻50中抽出高分子電解質(zhì)膜片51，另外，從第1膜增強(qiáng)部件巻121、 121中抽出第1膜增強(qiáng)部件帶122、 122，并將這些帶引導(dǎo)到具有一對(duì) 輥81以及輥82的熱壓合機(jī)(未圖示)內(nèi)。在熱壓合機(jī)內(nèi)，高分子電 解質(zhì)膜片51以及第1膜增強(qiáng)部件帶122、 122在朝著行進(jìn)方向Dl側(cè)行 進(jìn)到被預(yù)熱了的輥81和輥82之間的過程中被接合，形成帶狀的膜-膜 增強(qiáng)部件片組件52。于是，所形成的膜-膜增強(qiáng)部件片組件52行進(jìn)至 第2工序P2區(qū)域。
39還有，也可以進(jìn)行在接觸于高分子電解質(zhì)膜片51之前的第1膜增 強(qiáng)部件帶122、 122的表面(成為接觸面的部分)上涂布粘結(jié)劑的前處 理。在此情況下，既可以如上所述預(yù)熱輥81、 82后進(jìn)行加壓處理，也 可以不進(jìn)行預(yù)熱而僅進(jìn)行加壓處理。另外，作為粘結(jié)劑優(yōu)選為不降低 電池特性的物質(zhì)，例如可以使用將與高分子電解質(zhì)膜片51相同種類或 者不同種類(但是具有能夠與高分子電解質(zhì)膜片51充分一體化的親和 性的種類)的高分子電解質(zhì)材料(例如前述作為高分子電解質(zhì)膜1的 構(gòu)成材料進(jìn)行示例的物質(zhì))包含于分散介質(zhì)或者溶劑中而成的液體。
接著，就第2工序P2作如下說明。
圖12是用于說明由圖10所表示的膜-催化劑層組件30的制造工序 中的第2工序P2的示意圖。
首先，與第1膜增強(qiáng)部件巻121同樣地，制造將第2膜增強(qiáng)部件 帶124 (切斷后成為由圖8以及圖9所表示的第2膜增強(qiáng)部件11的部 件)巻繞而成的第2膜增強(qiáng)部件巻123。然后，以使第2膜增強(qiáng)部件帶 124、 124配置于膜-膜增強(qiáng)部件組件52的側(cè)端部的方式，對(duì)一對(duì)第2 膜增強(qiáng)部件巻123、 123的位置進(jìn)行定位。
接著，如圖12所示，從第2膜增強(qiáng)部件巻123、 123中抽出第2 膜增強(qiáng)部件帶124、 124，并將這些帶引導(dǎo)到具有一對(duì)輥82以及輥83 的熱壓合機(jī)(未圖示)內(nèi)。在熱壓合機(jī)內(nèi)，膜-膜增強(qiáng)部件片組件52 以及第2膜增強(qiáng)部件帶124、 124在朝著行進(jìn)方向Dl側(cè)行進(jìn)到被預(yù)熱 了的輥83和輥84之間的過程中被接合，形成帶狀的膜-膜增強(qiáng)部件片 組件53。于是，所形成的膜-膜增強(qiáng)部件片組件53憑借著輥85、 86的 驅(qū)動(dòng)進(jìn)一步按照行進(jìn)方向Dl進(jìn)行移動(dòng)，被輥85所折返，從而被翻轉(zhuǎn) 成使得膜-膜增強(qiáng)部件片組件53的背面(沒有配置第1以及第2膜增強(qiáng) 部件帶122、 124的一側(cè)的主面)朝向上方，并行進(jìn)至第3工序P3區(qū) 域。還有，也可以與上述的接合第1膜增強(qiáng)部件帶122的情況同樣地， 進(jìn)行在被接觸于膜-膜增強(qiáng)部件片組件52之前的第2膜增強(qiáng)部件帶 124、 124的表面(成為接觸面的部分)上涂布粘結(jié)劑的前處理。
接著，就第3工序P3作如下說明。
圖13是用于說明由圖10所表示的膜-催化劑層組件30的制造工序 中的第3工序P3的示意圖。首先，就第3工序P3區(qū)域的構(gòu)成作如下說明。
如圖13所示，在第3工序P3區(qū)域中，成對(duì)地配置有將第l膜 增強(qiáng)部件帶126層疊于基材帶127上而成的基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體 128被巻繞而成的基材-膜增強(qiáng)部件巻125、 125，另外，還配置了2個(gè) 未圖示的切割器?；?膜增強(qiáng)部件巻125被配置成，使得從基材-膜增 強(qiáng)部件巻125中抽出的基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體128的行進(jìn)方向D2 與膜-膜增強(qiáng)部件片組件53的行進(jìn)方向Dl大致垂直，并且，以使一對(duì) 基材-膜增強(qiáng)部件巻125、 125的D1方向的間隔與切斷后的高分子電解 質(zhì)膜1的大小相一致的方式，按規(guī)定的間隔進(jìn)行配置。
接著，就第3工序P3的處理作如下說明。
首先，在第2工序P2中形成的膜-膜增強(qiáng)部件片組件53在行進(jìn)至 第3工序P3區(qū)域之后，暫且停止。然后，從一對(duì)基材-膜增強(qiáng)部件巻 125、 125中，分別朝著行進(jìn)方向D2側(cè)將基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體128、 128抽出，并暫且停止。接著，由2個(gè)未圖示的切割器，從基材-膜增 強(qiáng)部件帶層疊體128、 128中的第1膜增強(qiáng)部件帶126、 126的端部起， 按照規(guī)定的長(zhǎng)度(相當(dāng)于第1膜增強(qiáng)部件10的長(zhǎng)度)，僅僅切斷基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體128、 128中的第1膜增強(qiáng)部件帶126、 126。此時(shí)， 2個(gè)切割器的切入深度被調(diào)節(jié)為與第1膜補(bǔ)強(qiáng)部件帶126的厚度尺寸相 同，并被構(gòu)成為基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體128中的基材帶127不被切 斷。還有，基材帶127具有不被2個(gè)切割器切斷的充分的機(jī)械強(qiáng)度(硬 度和柔軟性)。另外，在此，雖然由2個(gè)切割器分別切斷第1膜增強(qiáng)部 件帶126、 126，但是也可以為用1個(gè)切割器進(jìn)行切斷的構(gòu)成。
接著，基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體128、 128進(jìn)一步被抽出，并以使 第1膜增強(qiáng)部件帶126、 126的主面與膜-膜增強(qiáng)部件片組件53的背面 相接觸的方式停止。此時(shí)，從膜-膜增強(qiáng)部件片組件53的厚度方向看， 以使第1膜增強(qiáng)部件帶126的端部與膜-膜增強(qiáng)部件片組件53的側(cè)端部 相一致的方式停止。
然后，基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體128、 128由未圖示的擠壓機(jī)構(gòu)進(jìn) 行加熱處理，并以使得在膜-膜增強(qiáng)部件片組件53上不發(fā)生偏位的方式 進(jìn)行加壓處理。由此，膜-膜增強(qiáng)部件片組件53的高分子電解質(zhì)膜片 51與基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體128、 128的第1膜增強(qiáng)部件帶126、 126相熔融粘合，從而固定這些層疊體。
接著，通過適當(dāng)?shù)氖侄?，從基?膜增強(qiáng)部件帶層疊體128上剝離 基材帶127，只將第1膜增強(qiáng)部件帶126 (成為第1膜增強(qiáng)部件10的 部分)固定于膜-膜增強(qiáng)部件片組件53上，從而形成帶狀的膜-膜增強(qiáng) 部件片組件54。這樣形成的膜-膜增強(qiáng)部件片組件54由于輥85、 86驅(qū) 動(dòng)，而朝著行進(jìn)方向D1進(jìn)行移動(dòng)。由此，第1膜增強(qiáng)部件10、 10在 其長(zhǎng)度方向上按照規(guī)定的間距被形成于膜-膜增強(qiáng)部件片組件54上。
還有，也可以與上述的接合第1膜增強(qiáng)部件帶122的情況同樣地， 進(jìn)行在利用未圖示的擠壓手段進(jìn)行加熱處理之前的第1膜增強(qiáng)部件帶 126、 126的背面(成為接觸面的部分)上涂布粘結(jié)劑的前處理。
接著，就第4工序P4作如下說明。
圖14是用于說明由圖10所表示的膜-催化劑層組件30的制造工序 中的第4工序P4的示意圖。
首先，就第4工序P4區(qū)域的構(gòu)成作如下說明。
如圖14所示，第4工序P4區(qū)域與第3工序P3區(qū)域同樣地構(gòu)成， 成對(duì)地配置有將第2膜增強(qiáng)部件帶130層疊于基材帶131上而成的基 材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體132被巻繞而成的基材-膜增強(qiáng)部件巻129、 129，另外，還配置有未圖示的2個(gè)切割器?；?膜增強(qiáng)部件巻129 被配置，使從基材-膜增強(qiáng)部件巻129中抽出的基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊 體132的行進(jìn)方向D2和膜-膜增強(qiáng)部件片組件54的行進(jìn)方向Dl大致 垂置，并且按規(guī)定的間隔配置成使一對(duì)基材-膜增強(qiáng)部件巻129、 129 的Dl方向的間隔與切斷后的高分子電解質(zhì)膜1的大小相一致。
接著，就第4工序P4的處理作如下說明。
首先，以第3工序P3形成的膜-膜增強(qiáng)部件片組件54在行進(jìn)至第 4工序P4區(qū)域之后，暫且停止。然后，從一對(duì)基材-膜增強(qiáng)部件巻129、 129中，分別朝著行進(jìn)方向D2側(cè)將基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體132、 132 抽出，并暫且停止。
接著，由2個(gè)未圖示的切割器，從基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體132、 132中的第2膜增強(qiáng)部件帶130、 130的端部起，按照規(guī)定的長(zhǎng)度(相 當(dāng)于第2膜增強(qiáng)部件11的長(zhǎng)度)，僅僅切斷基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體 132、 132中的第2膜增強(qiáng)部件帶130、 130。此時(shí)，2個(gè)切割器的切入
42深度與第3工序P3同樣，被調(diào)節(jié)為與第2膜補(bǔ)強(qiáng)部件帶130的厚度尺 寸相同，并被構(gòu)成為基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體132中的基材帶131不 被切斷。還有，基材帶131具有不被2個(gè)切割器切斷的充分的機(jī)械強(qiáng) 度(硬度和柔軟性)。另外，在此，雖然由2個(gè)切割器分別切斷第2膜 增強(qiáng)部件帶130、 130，但是也可以是用l個(gè)切割器進(jìn)行切斷的構(gòu)成。
接著，基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體132、 132進(jìn)一步被抽出，并使第 2膜增強(qiáng)部件帶130、 130的主面與膜-膜增強(qiáng)部{*片組件54的第1膜 增強(qiáng)部件IO、 IO的主面分別相接觸而停止。此時(shí)，從膜-膜增強(qiáng)部件片 組件54的厚度方向看，以使第2膜增強(qiáng)部件帶130的端部與膜-膜增強(qiáng) 部件片組件54的側(cè)端部相一致的方式停止。
然后，基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體132、 132由未圖示的擠壓手段而 被加熱處理，并以在膜-膜增強(qiáng)部件片組件54的第1膜增強(qiáng)部件10、 IO上不發(fā)生偏位的方式進(jìn)行加壓處理。由此，分別將膜-膜增強(qiáng)部件片 組件54的第1膜增強(qiáng)部件H)、 10與基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體132、 132的第2膜增強(qiáng)部件帶130、 130相熔融粘合，從而固定這些層疊體。
接著，通過適當(dāng)?shù)氖侄?，從基?膜增強(qiáng)部件帶層疊體132上剝離 基材帶131，只將第2膜增強(qiáng)部件帶130 (成為第2膜增強(qiáng)部件11的 部分)固定于膜-膜增強(qiáng)部件片組件54上，從而形成帶狀的膜-膜增強(qiáng) 部件片組件55。這樣形成的膜-膜增強(qiáng)部件片組件55朝著行進(jìn)方向Dl 進(jìn)行移動(dòng)。由此，在膜-膜增強(qiáng)部件片組件55上，第2膜增強(qiáng)部件11、 11被形成于第1膜增強(qiáng)部件10、 10的主面之上。
還有，也可以與上述的接合第1膜增強(qiáng)部件帶122的情況同樣地， 進(jìn)行在利用未圖示的擠壓手段進(jìn)行加熱處理之前的第2膜增強(qiáng)部件帶 130、 130的背面(成為接觸面的部分)上涂布粘結(jié)劑的前處理。另外， 膜-膜增強(qiáng)部件片組件55也可以使用將預(yù)先把第2膜增強(qiáng)部件帶130 接合于基材-膜增強(qiáng)部件帶層疊體128上而成的基材-膜增強(qiáng)部件接合 帶巻繞而成的基材-膜增強(qiáng)部件接合巻來加以形成。
接著，就第5工序P5作如下說明。
圖15是用于說明由圖10所表示的膜-催化劑層組件30的制造工序 中的第5工序P5的示意圖。
首先，就進(jìn)行第5工序P5的區(qū)域的構(gòu)成作如下說明。如圖15所示，在進(jìn)行第5工序P5的區(qū)域中，配置有具有開口 部48的掩模47，從膜-膜增強(qiáng)部件片組件55的背面支撐該膜-膜增強(qiáng) 部件片組件55的未圖示的支撐機(jī)構(gòu)(例如支撐臺(tái))，催化劑層形成裝 置49 (參照?qǐng)DIO)。開口部48的形狀被設(shè)計(jì)成對(duì)應(yīng)于由圖8以及圖9 所表示的陽極催化劑層2a的主面形狀。另外，催化劑層形成裝置具備 用于通過涂布或者噴涂催化劑層形成用油墨等而將陽極催化劑層2a形 成于膜-膜增強(qiáng)部件片組件55的主面上的機(jī)構(gòu)J該機(jī)構(gòu)可以采用為了 形成公知的燃料電池的氣體擴(kuò)散層的催化劑層而采用的機(jī)構(gòu)，例如可 以采用根據(jù)噴涂法、旋轉(zhuǎn)涂布法、刮板涂布法、脫模劑法以及絲網(wǎng)印 刷法設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)。
接著，就第5工序P5的處理作如下說明。
首先，第4工序P4中形成的膜-膜增強(qiáng)部件片組件55在行進(jìn)至第 5工序P5區(qū)域中之后，暫且停止。然后，膜-膜增強(qiáng)部件片組件55以 被夾持于掩模47和未圖示的支撐臺(tái)之間的方式進(jìn)行固定。接著，催化 劑層形成裝置49進(jìn)行工作，通過從掩模47的開口部48的上方涂布催 化劑層形成用油墨等，從而以覆蓋膜-膜增強(qiáng)部件片組件55的高分子電 解質(zhì)膜片51的表面的方式，形成陽極催化劑層2a。陽極催化劑層2a 被形成之后，使掩模47以及支撐臺(tái)離開膜-膜增強(qiáng)部件片組件55。這 樣形成的膜-催化劑層片56由輥85、 86的驅(qū)動(dòng)而朝著行進(jìn)方向Dl移 動(dòng)。由此，在膜-催化劑層片56上，在其長(zhǎng)邊方向上以規(guī)定的間距形成 陽極催化劑層2a。然后，膜-催化劑層片56由輥85、 86的驅(qū)動(dòng)而進(jìn)一 步朝著行進(jìn)方向Dl移動(dòng)，在輥86處被折返，被翻轉(zhuǎn)成使膜-催化劑層 片56的背面(沒有形成陽極催化劑層2a的主面)朝向上方。
接著，就第6工序P6作如下說明。
第6工序P6區(qū)域的構(gòu)成與第5工序P5區(qū)域的構(gòu)成相同，所以在 此省略對(duì)其作詳細(xì)的說明。
如圖10所示，第5工序P5形成的膜-催化劑層片56當(dāng)行進(jìn)至第6 工序P6區(qū)域中之后，暫且停止。然后，膜-催化劑層片56以被夾持于 掩模47和未圖示的支撐臺(tái)之間的方式進(jìn)行固定。接著，催化劑層形成 裝置49進(jìn)行工作，通過從掩模47的開口部48的上方涂布催化劑層形 成用油墨等，從而以覆蓋膜-催化劑層片56的高分子電解質(zhì)膜片51的背面的方式，形成陰極催化劑層2b。此時(shí)，從膜-催化劑層片56的厚 度方向看，陰極催化劑層2b是以與陽極催化劑層2a相重疊的方式形 成的。于是，在陰極催化劑層2b被形成之后，掩模47以及支撐臺(tái)從 膜-催化劑層片56上離開。這樣形成的膜-催化劑層組件片57通過輥 85、 86的驅(qū)動(dòng)朝著行進(jìn)方向D1移動(dòng)。由此，、在膜-催化劑層組件片57 上，在其長(zhǎng)邊方向上以規(guī)定的間距形成陰極催化劑層2b (以與陽極催 化劑層2a相重疊的方式形成)。然后，通過輥85、 86的驅(qū)動(dòng)，膜-催化 劑層組件片57進(jìn)一步按照行進(jìn)方向Dl移動(dòng)。
還有，陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b是以使其具有適當(dāng) 的柔軟性的方式調(diào)節(jié)其成分組成以及干燥程度等，另外，對(duì)陽極催化 劑層2a以及陰極催化劑層2b實(shí)施了為了使其即使在膜-催化劑層片56 或者膜-催化劑層組件片57的背面表面變得相反的情況下、也不會(huì)從高 分子電解質(zhì)膜片51上剝落的處置(例如，加熱支撐臺(tái)并對(duì)催化劑層形 成用的油墨的分散劑進(jìn)行干燥處理)。另外，每當(dāng)形成陽極催化劑層2a 或者陰極催化劑層2b時(shí)，也可以適當(dāng)進(jìn)行干燥處理(例如，加熱處理、 送風(fēng)處理以及脫氣處理中的至少1種處理)。
接著，就第7工序P7作如下說明。
在第7工序P7區(qū)域中設(shè)置有裁切機(jī)58，第6工序P6形成的膜-催化劑層組件片57在被引導(dǎo)到第7工序區(qū)域P7的裁切機(jī)58內(nèi)之后， 暫且停止。于是，由裁切機(jī)58的裁斷機(jī)構(gòu)將膜-催化劑層組件片57裁 斷成預(yù)先設(shè)定的大小，從而獲得由圖8以及圖9所表示那樣的膜-催化 劑層組件30。
還有，在由圖10所表示的膜-催化劑層組件30的制造流水線上， 作為原材料的高分子電解質(zhì)膜片51以連續(xù)的片狀態(tài)進(jìn)行移動(dòng)直至成為 膜-催化劑層組件片57為止，但是在這期間為了使該片恰當(dāng)?shù)匕葱羞M(jìn)方 向Dl移動(dòng)而將下列機(jī)構(gòu)設(shè)置于該制造流水線的適當(dāng)?shù)牡胤?，這些機(jī)構(gòu) 為牽引該片的輸帶輥或者輥對(duì)等的牽引機(jī)構(gòu)，給該片賦予適當(dāng)張力 的拉緊器等的張力賦予機(jī)構(gòu)，以及用于暫時(shí)使該片停止于規(guī)定區(qū)域(例 如第4工序P4區(qū)域)并且之后進(jìn)行快進(jìn)的松緊調(diào)節(jié)輥等的片暫時(shí)蓄積 機(jī)構(gòu)以及片傳送機(jī)構(gòu)。然而，這些都是眾所周知的機(jī)構(gòu)，所以在此省 略對(duì)其的記載。另外，也可以如以下所述制作膜-膜增強(qiáng)部件片組件53來取代第1 工序P1以及第2工序P2。
圖35是概略性地表示用于制造由圖10所表示的膜-膜增強(qiáng)部件片 組件53的一系列工序(處理區(qū)域)以及制造流水線的一部分的示意圖。
如圖35所示，在制造膜-膜增強(qiáng)部件片組件53的第10工序P10 區(qū)域中，成對(duì)地配置有將高分子電解質(zhì)膜片51巻繞而成的高分子電 解質(zhì)膜巻50，膜增強(qiáng)部件組件帶133被巻繞而成的膜增強(qiáng)部件巻134、 134，另外，還配置有具有輥83、 84的熱壓合機(jī)(未圖示)。具體為， 以使膜增強(qiáng)部件組件帶133、 133被配置于高分子電解質(zhì)膜片51的側(cè) 端部的方式，配置高分子電解質(zhì)膜巻50以及一對(duì)膜增強(qiáng)部件巻134、 134。在此，參照?qǐng)D36就膜增強(qiáng)部件巻134的制造方法作如下說明。
圖36是用于說明制造由圖35所表示的膜增強(qiáng)部件巻134的工序 的示意圖。
首先，制造將由圖12以及圖13所表示的第1膜增強(qiáng)部件帶122 巻繞而成的第1膜增強(qiáng)部件巻121以及將第2膜增強(qiáng)部件帶124巻繞 而成的第2膜增強(qiáng)部件巻123。然后，以使第2膜增強(qiáng)部件帶123被配 置于第1膜增強(qiáng)部件帶121的側(cè)端部的方式，對(duì)第1膜增強(qiáng)部件巻121 以及第2膜增強(qiáng)部件巻123進(jìn)行定位。
接著，如圖36所示，從第1膜增強(qiáng)部件巻121中抽出第1膜增強(qiáng) 部件帶122，從第2膜增強(qiáng)部件巻123中抽出第2膜增強(qiáng)部件帶124， 并將這些帶引導(dǎo)到具有一對(duì)輥83以及輥84的熱壓合機(jī)(未圖示)內(nèi)。 在熱壓合機(jī)內(nèi)，第1膜增強(qiáng)部件帶122以及第2膜增強(qiáng)部件帶124在 朝著行進(jìn)方向D2側(cè)進(jìn)入到被預(yù)熱了的輥83和輥84之間的過程中被接 合，并形成膜增強(qiáng)部件組件帶133。于是，將被形成的膜增強(qiáng)部件組件 帶133巻繞從而制造得到膜增強(qiáng)部件巻134。還有，在接觸于第1膜增 強(qiáng)部件帶122之前的第2膜增強(qiáng)部件帶124的表面(成為接觸面的部 分)上，也可以進(jìn)行涂布粘結(jié)劑的前處理。
接著，就第IO工序PIO的處理作如下說明。
通過適當(dāng)?shù)氖侄螐母叻肿与娊赓|(zhì)膜巻50中抽出高分子電解質(zhì)膜片 51，另外，從膜增強(qiáng)部件巻134、 134中抽出膜增強(qiáng)部件帶133、 133， 并將它們引導(dǎo)到具有一對(duì)輥81以及輥82的熱壓合機(jī)(未圖示)內(nèi)。在熱壓合機(jī)內(nèi)，高分子電解質(zhì)膜片51以及膜增強(qiáng)部件帶133、 133在 朝著行進(jìn)方向D2側(cè)進(jìn)入到被預(yù)熱了的輥81和輥82之間的過程中被接 合，并形成帶狀的膜-膜增強(qiáng)部件片組件53。還有，在接觸于高分子電 解質(zhì)膜片51之前的膜增強(qiáng)部件帶133、 133的表面(成為接觸面的部 分)上，也可以進(jìn)行涂布粘結(jié)劑的前處理。 接著，就MEA5的制造方法作如下說明。
通過將被預(yù)先裁斷成適當(dāng)大小釣陽極氣體擴(kuò)散層3a以及陰極氣體 擴(kuò)散層3b (例如碳布等)分別接合于如上所述那樣獲得的膜-催化劑層 組件30的陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b的主面上，從而獲得 MEA5。還有，也可以通過涂布等將撥水碳層形成用油墨預(yù)先涂布于陽 極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b的主面、或者陽極氣體擴(kuò)散層3a 以及陰極氣體擴(kuò)散層3b的主面上，從而形成撥水碳層，然后形成 廳A5。
另外，也可以在上述第6工序P6之前，分別將陽極氣體擴(kuò)散層3a 以及陰極氣體擴(kuò)散層3b接合于膜-催化劑層組件片57的陽極催化劑層 2a以及陰極催化劑層2b的主面上，從而形成MEA5。在該情況下，可 以分別將預(yù)先被裁斷的陽極氣體擴(kuò)散層3a以及陰極氣體擴(kuò)散層3b接 合于陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b的主面上，從而形成膜-電 極片；或者也可以分別將帶狀的陽極氣體擴(kuò)散層3a以及陰極氣體擴(kuò)散 層3b接合于陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b的主面上并加以裁 斷，從而形成膜-電極片。然后，以與上述第6工序P6相同的方法裁 斷所獲得的1組膜-電極片，并形成MEA5。還有，也可以通過將撥水 碳層形成用油墨預(yù)先涂布于陽極催化劑層2a以及陰極催化劑層2b的 主面上、或者陽極氣體擴(kuò)散層3a以及陰極氣體擴(kuò)散層3b的主面上， 從而在形成撥水碳層之后形成MEA5。
這樣，本實(shí)施方式2所涉及的PEFC不僅能夠更加切實(shí)地抑制高 分子電解質(zhì)膜1的破損并且能夠提高其耐久性，從而可以提供更加高 可靠性的燃料電池，而且能夠以低成本進(jìn)行大批量生產(chǎn)。
(實(shí)施方式3)
本實(shí)施方式3所涉及的PEFC的基本構(gòu)成與實(shí)施方式2所涉及的
47PEFC相同，但是在以下的方面有所不同。
圖16是示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的PEFC中的單 電池40的膜-膜增強(qiáng)部件組件20的概略構(gòu)成的從斜上方看到的斜視圖， 圖17是表示從由圖16所表示的箭頭C的方向看到的膜-膜增強(qiáng)部件組 件20的示意圖。另外，圖18是示意性地表示被組裝到電池堆中的MEA5 的概略構(gòu)成的從斜上方看到的斜視圖，圖19是沿著由圖18所表示的 D-D線的截面圖。
如圖16以及圖17所示，在本實(shí)施方式3所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件 組件20中，從高分子電解質(zhì)膜l的厚度方向看，構(gòu)成第2膜增強(qiáng)部件 11的一對(duì)101a的第2膜增強(qiáng)部件11、 11被配置成，位于另一對(duì)100b 的第1膜增強(qiáng)部件10、 10之間，并且在一對(duì)101a的第2膜增強(qiáng)部件 11的寬度方向的端面和另一對(duì)100b的第1膜增強(qiáng)部件10的長(zhǎng)邊方向 的端面之間具有規(guī)定的間隔。另外，從高分子電解質(zhì)膜1的厚度方向 看，另外一對(duì)101b的第2膜增強(qiáng)部件11、 11被配置成，位于一對(duì)100a 的第1膜增強(qiáng)部件10、 10之間，并且在另一對(duì)101b的第2膜增強(qiáng)部 件11的寬度方向的端面與一對(duì)100a的第1膜增強(qiáng)部件10的長(zhǎng)邊方向 的端面之間具有規(guī)定間隔。還有，規(guī)定間隔的尺寸被構(gòu)成為，比第2 膜增強(qiáng)部件ll的厚度尺寸稍大。
并且，如圖18以及圖19所示，在被組裝到電池堆中的狀態(tài)下， 高分子電解質(zhì)膜1以及第1膜增強(qiáng)部件10分別在彎曲部19處進(jìn)行彎 曲，第2膜增強(qiáng)部件11的外表面、第1膜增強(qiáng)部件10的外表面F30 中沒有配置第2膜增強(qiáng)部件11的部分、高分子電解質(zhì)膜1的主面F10 的周緣部中沒有配置第1膜增強(qiáng)部件10、 10的部分(第2膜增強(qiáng)部件 11的外表面、第1膜增強(qiáng)部件10的外表面F30中沒有配置第2膜增強(qiáng) 部件11的部分、高分子電解質(zhì)膜1的主面F20的周緣部中沒有配置第 1膜增強(qiáng)部件10、 10的部分)，被形成為在同一個(gè)平面上。還有，高分 子電解質(zhì)膜1以及第1膜增強(qiáng)部件IO優(yōu)選具有如上所述能夠彎曲的程 度的擴(kuò)展性。
這樣，第1膜增強(qiáng)部件10在被組裝到電池堆中之后，被陽極隔板 6a (通過密封墊圈17或者陽極氣體擴(kuò)散層3a)和高分子電解質(zhì)膜1所 夾壓，從而在厚度方向上被壓縮。在該情況下，第1膜增強(qiáng)部件10上的外表面F30的配置有第2膜增強(qiáng)部件11的部分16，與外表面F30 的內(nèi)周部15相比較而言被壓縮了，部分16比陽極氣體擴(kuò)散層3a所直 接接觸的內(nèi)周部15承受更大的壓力。因此，在由第1膜增強(qiáng)部件10 的內(nèi)表面F40和內(nèi)周面形成的角部14上所承受的壓力比較小，所以該 角部14雖然與高分子電解質(zhì)膜1的主面F10線接觸，但是不會(huì)在高分 子電解質(zhì)膜1上過度地施加壓力，從而就能夠抑制高分子電解質(zhì)膜1 的破損。
接著，就本實(shí)施方式3所涉及的膜-催化劑層組件30的制造方法作 如下說明。還有，本實(shí)施方式3所涉及的膜-催化劑層組件30的制造方 法與上述的實(shí)施方式2所涉及的膜-催化劑層組件30同樣地形成，只不 過第2工序P2以及第4工序P4有所不同。
首先，以規(guī)定的間隔將第2膜增強(qiáng)部件11層疊于基材帶111上， 并準(zhǔn)備將這個(gè)基材-膜增強(qiáng)部件層疊體112巻繞而成的基材-膜增強(qiáng)部 件巻113。
圖20是表示用于制造基材-膜增強(qiáng)部件巻113的處理區(qū)域以及制造 流水線的概略的示意圖。
首先，就處理區(qū)域的構(gòu)成作如下說明。
如圖20所示，在處理區(qū)域中配置有將基材帶111巻繞而成的基 材巻114,將膜增強(qiáng)部件帶116被層疊于基材帶117上而成的基材-膜 增強(qiáng)部件層疊體118巻繞而成的基材-膜增強(qiáng)部件巻115;另外，還配 置有未圖示的切割器以及擠壓機(jī)構(gòu)。具體為，基材巻114以及基材-膜 增強(qiáng)部件巻115被配置成，使得從基材巻114中抽出的基材帶111的行 進(jìn)方向D4與從基材-膜增強(qiáng)部件巻115中抽出的基材-膜增強(qiáng)部件層疊 體118的行進(jìn)方向D5，大致垂直。還有，基材-膜增強(qiáng)部件巻115的寬 度方向的長(zhǎng)度被構(gòu)成為與第2膜增強(qiáng)部件11的長(zhǎng)邊方向的長(zhǎng)度相同。 接著，就基材-膜增強(qiáng)部件巻113的制造方法作如下說明。 基材帶111從基材巻114中朝著行進(jìn)方向D4側(cè)被抽出，基材-膜 增強(qiáng)部件層疊體118從基材-膜增強(qiáng)部件巻115中朝著行進(jìn)方向D5側(cè) 被抽出，并且此時(shí)分別暫且停止。然后，從基材-膜增強(qiáng)部件層疊體118 上的膜增強(qiáng)部件帶116的端部起，按照規(guī)定的長(zhǎng)度(相當(dāng)于第2膜增 強(qiáng)部件ll的寬度的長(zhǎng)度)，由未圖示的切割器，僅僅切斷基材-膜增強(qiáng)部件層疊體118中的膜增強(qiáng)部件帶116。
接著，朝著行進(jìn)方向D5側(cè)進(jìn)一步抽出基材-膜增強(qiáng)部件層疊體 118，并暫且停止。然后，由未圖示的擠壓手段固定基材-膜增強(qiáng)部件層 疊體118的膜增強(qiáng)部件帶116和基材帶111。
接著，通過適當(dāng)?shù)氖侄危瑥幕?膜增強(qiáng)部件層疊體118上剝離基 材帶117，并僅僅將膜增強(qiáng)部件帶116固定于基材帶111的主面上，從 而形成基材-膜增強(qiáng)部件層疊體112。以如此方式形成的基材-膜增強(qiáng)部 件層疊體112朝著行進(jìn)方向D4移動(dòng)。由此，在基材-膜增強(qiáng)部件層疊 體112上，第2膜增強(qiáng)部件11在其長(zhǎng)邊方向上以規(guī)定的間隔被固定。 然后，將該基材-膜增強(qiáng)部件層疊體112巻繞，從而形成基材-膜增強(qiáng)部 件巻113。還有，在進(jìn)行利用未圖示的擠壓手段加壓處理之前的膜增強(qiáng) 部件帶116的表面(成為接觸面的部分)上，也可以進(jìn)行涂布粘結(jié)劑 的前處理。
接著，就第2工序P2作如下說明。
圖21是用于說明實(shí)施方式3所涉及的膜-催化劑層組件30的制造 工序中的第2工序P2的示意圖。
如圖21所示，在第2工序P2區(qū)域中，以使一對(duì)基材-膜增強(qiáng)部件 層疊體112、 112配置于膜-膜增強(qiáng)部件片組件52的側(cè)端部的方式，對(duì) 膜-膜增強(qiáng)部件片組件52以及一對(duì)基材-膜增強(qiáng)部件巻113、 113進(jìn)行定 位。
第1工序Pl形成的膜-膜增強(qiáng)部件片組件52在行進(jìn)至第2工序P2 區(qū)域之后，暫且停止。然后，基材-膜增強(qiáng)部件層疊體112、 112從基材 -膜增強(qiáng)部件巻113、 113中被抽出，并與膜-膜增強(qiáng)部件片組件52—起 被引導(dǎo)至具有一對(duì)輥83以及輥84的熱壓合機(jī)(未圖示)內(nèi)。在熱壓 合機(jī)內(nèi)，膜-膜增強(qiáng)部件片組件52以及基材-膜增強(qiáng)部件層疊體112、112 在朝著行進(jìn)方向Dl側(cè)進(jìn)入到被預(yù)熱了的輥83和輥84之間的過程中被 接合。接著，通過適當(dāng)?shù)氖侄?，從基?膜增強(qiáng)部件層疊體112上剝離 基材帶111，只將第2膜增強(qiáng)部件11固定于膜-膜增強(qiáng)部件片組件52 上，從而形成膜-膜增強(qiáng)部件片組件53。
接著，就第4工序P4作如下說明。
圖22是用于說明實(shí)施方式3所涉及的膜-催化劑層組件30的制造工序中的第4工序P4的示意圖。
首先，就第4工序P4區(qū)域的構(gòu)成作如下說明。
如圖22所示，在第4工序P4區(qū)域中，基材-膜增強(qiáng)部件巻113被 配置成，使得從基材-膜增強(qiáng)部件巻113中抽出的基材-膜增強(qiáng)部件層疊 體112的行進(jìn)方向D3與膜-膜增強(qiáng)部件片組件54的行進(jìn)方向Dl大致 垂直；并且按照規(guī)定的間隔被配置成，使得一對(duì)基材-膜增強(qiáng)部件巻 113、 113的Dl方向的間隔與切斷后的高分子電解質(zhì)膜1的大小相一 致。
接著，就第4工序P4的處理作如下說明。
首先，第3工序P3形成的膜-膜增強(qiáng)部件片組件54進(jìn)入到第4工 序P4區(qū)域之后，暫且停止。然后，從一對(duì)基材-膜增強(qiáng)部件巻113、 113 中，分別將基材-膜增強(qiáng)部件層疊體112、 112朝著行進(jìn)方向D2側(cè)抽出， 并分別使第2膜增強(qiáng)部件11、 11的主面與膜-膜增強(qiáng)部件片組件54的 第1膜增強(qiáng)部件10、 IO的主面相接觸，而停止。此時(shí)，從膜-膜增強(qiáng)部 件片組件54的厚度方向看，以使第2膜增強(qiáng)部件11、 ll位于第l膜 增強(qiáng)部件帶122、 122之間、并且在第2膜增強(qiáng)部件11的寬度方向的 端面和第1膜增強(qiáng)部件帶122的長(zhǎng)邊方向的端面之間具有規(guī)定間隔的 方式，進(jìn)行停止。
然后，基材-膜增強(qiáng)部件層疊體112、 112通過未圖示的擠壓手段而 被加熱處理，并且以在膜-膜增強(qiáng)部件片組件54的第1膜增強(qiáng)部件10、 IO上不發(fā)生偏位的方式進(jìn)行加壓處理。由此，膜-膜增強(qiáng)部件片組件54 的第1膜增強(qiáng)部件10、 10和基材-膜增強(qiáng)部件層疊體112、 112的第2 膜增強(qiáng)部件ll、 ll分別熔融粘合，從而固定這些層疊體。
接著，通過適當(dāng)?shù)氖侄螐幕?膜增強(qiáng)部件層疊體112上剝離基材 帶111，從而只將第2膜增強(qiáng)部件11固定于膜-膜增強(qiáng)部件片組件54 上，形成帶狀的膜-膜增強(qiáng)部件片組件55。
這樣，本實(shí)施方式3所涉及的PEFC能夠更加切實(shí)地抑制高分子 電解質(zhì)膜1的破損并且能夠提高耐久性，從而不僅可以提供可靠性更 加高的燃料電池，而且可以以低成本進(jìn)行大批量生產(chǎn)。
(實(shí)施方式4)在上述實(shí)施方式1至3的膜-膜增強(qiáng)部件組件中，第1膜增強(qiáng)部件 10的內(nèi)緣形成為比第2膜增強(qiáng)部件11的內(nèi)緣更加位于高分子電解質(zhì)膜 1的內(nèi)側(cè)，而本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件組件被形成 為第2膜增強(qiáng)部件11的內(nèi)緣比第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi)緣更加位于 內(nèi)方。
圖23是示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件 組件的概略構(gòu)成的截面圖。
如圖23所示，在本實(shí)施方式4所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件組件20中， 形成于第2膜增強(qiáng)部件11上的開口 13被形成為開口面積小于被形成 于第1膜增強(qiáng)部件IO上的開口 12。 g卩，從高分子電解質(zhì)膜1的厚度方 向看，構(gòu)成第1膜增強(qiáng)部件10的開口 12的內(nèi)周面被形成為位于第2 膜增強(qiáng)部件11的外周面與第2膜增強(qiáng)部件11的內(nèi)周面之間。
然后，在將使用本實(shí)施方式4所涉及的膜-膜增強(qiáng)部件組件20的單 電池40組裝在電池堆中并加以緊固連結(jié)之后，第2膜增強(qiáng)部件11的 位于第1膜增強(qiáng)部件10內(nèi)方側(cè)的部分由于緊固連結(jié)壓力會(huì)下陷至高分 子電解質(zhì)膜1的主面?zhèn)取Ｒ虼?，?膜增強(qiáng)部件10的主面F30內(nèi)緣部 上承受的壓力變小，并且在由第1膜增強(qiáng)部件10的主面F40和內(nèi)周面 所形成的角部14上所承受的壓力變小，所以該角部14雖然與高分子 電解質(zhì)膜1的主面F10線接觸但是不會(huì)過度地施加壓力，因而能夠抑 制高分子電解質(zhì)膜1的破損。.
以上就本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明并不限定 于上述實(shí)施方式。
例如，關(guān)于上述的本發(fā)明的實(shí)施方式，說明了第I膜增強(qiáng)部件IO 或者第2膜增強(qiáng)部件11的外側(cè)的周緣(邊緣)與高分子電解質(zhì)膜1的 周緣(邊緣)相一致的形態(tài)(在從高分子電解質(zhì)膜1的主面的大致法 線方向看的時(shí)候第1膜增強(qiáng)部件10或者第2膜增強(qiáng)部件11的外側(cè)的 邊緣與高分子電解質(zhì)膜1的邊緣相一致并且高分子電解質(zhì)膜1的邊緣 不露出的形態(tài))，但是本發(fā)明并不限定于此，在能夠獲得本發(fā)明的效果 的范圍內(nèi)，可以具有第1膜增強(qiáng)部件10或者第2膜增強(qiáng)部件11的邊 緣整體或部分露出于高分子電解質(zhì)膜1的邊緣的構(gòu)成，也可以具有高
52分子電解質(zhì)膜1的邊緣整體或部分露出于第1膜增強(qiáng)部件10或者第2 膜增強(qiáng)部件ll的邊緣的構(gòu)成。
另外，在上述的本發(fā)明的實(shí)施方式中，就第1膜增強(qiáng)部件10作為 整體沿著高分子電解質(zhì)膜1的4邊進(jìn)行延伸而形成作了說明，但是并 不限定于此，在能夠獲得本發(fā)明的作用效果的范圍內(nèi)，可以以省略其 一部分的方式來加以形成，另外，對(duì)于第2膜增強(qiáng)部件11來說同樣， 在能夠獲得本發(fā)明的作用效果的范圍內(nèi)，可以以省略其一部分的方式 來加以形成。
另外，在上述的本發(fā)明的實(shí)施方式中，就第1膜增強(qiáng)部件10被配 置于高分子電解質(zhì)膜1的兩個(gè)主面作了說明，但是并不限定于此，也 可以只配置于一個(gè)主面。還有，在該情況下，第1對(duì)第1膜增強(qiáng)部件 10、 10和第2對(duì)第2膜增強(qiáng)部件10、 IO也可以以沿著高分子電解質(zhì)膜 1的4邊進(jìn)行延伸的方式加以配置。
另外，高分子電解質(zhì)膜1在此為大致4角形，但是并不限定于此， 例如4角形的4內(nèi)角也可以不是90度。另外，4條邊也可以稍有彎曲， 或者也可以對(duì)4個(gè)角進(jìn)行倒角。再有，高分子電解質(zhì)膜1也可以是圓 形，又可以是多角形。
實(shí)施例
以下列舉實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明作更加詳細(xì)的說明。 [實(shí)施例1]
在本施例1中制作了上述的本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的PEFC 中的單電池40。
首先，將壓敏紙(富士膠片株式會(huì)社制的商品名為？'"^少一
A極超低壓用LLLW)配置于高分子電解質(zhì)膜l的主面F10之上，并 將第1以及第2膜增強(qiáng)部件10、 ll配置于該壓敏紙之上。此時(shí)，如圖 2所示，從高分子電解質(zhì)膜1的厚度方向看，第1膜增強(qiáng)部件10的內(nèi) 周面配置成比第2膜增強(qiáng)部件11的內(nèi)周面更加位于內(nèi)側(cè)。具體為，以 使第2膜增強(qiáng)部件11的內(nèi)周面位于向外方方向離開第1膜增強(qiáng)部件10 的內(nèi)周面l.Omm的位置的方式進(jìn)行配置(參照?qǐng)D24)。還有，第1以及第2膜增強(qiáng)部件10、 11的大小尺寸分別為205.6x205.6mm，其厚度 分別為30pm。另外，第1膜增強(qiáng)部件10的開口 12的大小尺寸為 154.5xl54.5mm，第2膜增強(qiáng)部件11的開口 13的大小尺寸為 156.5x156.5mm。
接著，配置陽極氣體擴(kuò)散層3a以及陰極氣體擴(kuò)散層3b，并將密封 墊圈17配置于陽極氣體擴(kuò)散層3a或者陰極氣體擴(kuò)散層3b的周邊部， 從而制得MEA5。此時(shí)，以使陽極氣體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散 層3b)的外周面位于在向外方方向上離開第2膜增強(qiáng)部件11的內(nèi)周面 0.55mm的位置的方式，配置陽極氣體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層 3b)。然后，以隔板6a、 6b夾持MEA5，從而形成單電池40，并且以 緊固連結(jié)壓力為7kg/cn^的方式緊固連結(jié)該單電池40。還有，陽極氣 體擴(kuò)散層3a以及陰極氣體擴(kuò)散層3b的大小尺寸為157.6xl57.6mm，其 厚度分別為150pm。另外，在本實(shí)施例中，因?yàn)橐囼?yàn)第1膜增強(qiáng)部 件IO在高分子電解質(zhì)膜1的主面上的壓力分布,所以不形成催化劑層。
然后，將緊固連結(jié)了的狀態(tài)的單電池40放置1分鐘，之后將單電 池40進(jìn)行解體，并取出壓敏紙。如圖24所示，示意性地表示其結(jié)果。
圖24是表示實(shí)施例1中的第1膜增強(qiáng)部件10施加于高分子電解 質(zhì)膜1上的壓力分布的示意圖。在圖24中，以斜線表示的區(qū)域18是 表示在壓敏紙上承受了較強(qiáng)的壓力，以虛線19表示的部分是表示在壓 敏紙上承受了較弱的壓力。并且，如圖24所示，區(qū)域18是在陽極氣 體擴(kuò)散層3a (或者陰極氣體擴(kuò)散層3b)的內(nèi)表面中與第2膜增強(qiáng)部件 11的外表面F50相接觸的部分，是相當(dāng)于上述的第1膜增強(qiáng)部件10 的外表面F30上的部分16的區(qū)域。另外，虛線19是相當(dāng)于由第1膜 增強(qiáng)部件10的內(nèi)表面F40和內(nèi)周面形成的角部14的部分。
這樣，確認(rèn)了本實(shí)施例1的單電池40為，與在第l膜增強(qiáng)部件 10的外表面F30中的部分16上所承受的壓力相比較，在第1膜增強(qiáng)部 件10的角部14上所承受的壓力較小，從而確認(rèn)了該角部14雖然是 與高分子電解質(zhì)膜1的主面FIO (或者主面F20)線接觸但是并沒有過 度地施加壓力，從而能夠防止高分子電解質(zhì)膜1的破損。
通過上述說明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的很多改進(jìn)和 其他的實(shí)施方式都是明顯的。因此，上述說明應(yīng)該僅僅作為示例被解
54釋，是為了向本領(lǐng)域技術(shù)人員教導(dǎo)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式而提供的。
可以不脫離本發(fā)明的精神而實(shí)質(zhì)性地變更其構(gòu)造以及/或者功能的細(xì)節(jié)。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明的膜-膜增強(qiáng)部件組件、膜-催化劑層組件以及膜-電極組件 作為能夠大批量生產(chǎn)的高分子電解質(zhì)膜型燃料電池的部件是有用的q
本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池可以被期待適合用作汽車等移
動(dòng)體、分散型(現(xiàn)場(chǎng)型(on-site))發(fā)電系統(tǒng)(家庭用熱電聯(lián)供系統(tǒng)) 等的主電源或者輔助電源。
權(quán)利要求
1.一種膜-膜增強(qiáng)部件組件，其特征在于具備高分子電解質(zhì)膜，1個(gè)以上的膜片狀的第1膜增強(qiáng)部件，被配置于所述高分子電解質(zhì)膜的主面之上，作為整體沿著所述高分子電解質(zhì)膜的周邊延伸，以及1個(gè)以上的膜片狀的第2膜增強(qiáng)部件，被配置于所述第1膜增強(qiáng)部件之上，作為整體沿著所述高分子電解質(zhì)膜的周邊延伸，并且從所述高分子電解質(zhì)膜的厚度方向看，其內(nèi)緣與所述第1膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣互相不一致。
2. 如權(quán)利要求1所述的膜-膜增強(qiáng)部件組件，其特征在于 所述第1膜增強(qiáng)部件以及第2膜增強(qiáng)部件僅配置于所述高分子電解質(zhì)膜的一個(gè)主面上。
3. 如權(quán)利要求1所述的膜-膜增強(qiáng)部件組件，其特征在于 所述第1膜增強(qiáng)部件以及第2膜增強(qiáng)部件分別配置于所述高分子電解質(zhì)膜的兩個(gè)主面上。
4. 如權(quán)利要求2或者3所述的膜-膜增強(qiáng)部件組件，其特征在于 所述第1膜增強(qiáng)部件以及第2膜增強(qiáng)部件被形成為環(huán)狀。
5. 如權(quán)利要求1所述的膜-膜增強(qiáng)部件組件，其特征在于所述高分子電解質(zhì)膜具有基本為4角形的形狀，第1對(duì)所述第1膜增強(qiáng)部件分別被配置在所述高分子電解質(zhì)膜的一個(gè)主面之上，沿著所述高分子電解質(zhì)膜的4邊中互相相對(duì)的1組邊 延伸；第2對(duì)所述第1膜增強(qiáng)部件分別被配置在所述高分子電解質(zhì)膜的 另一個(gè)主面之上，沿著所述高分子電解質(zhì)膜的4邊中互相相對(duì)的另1 組邊延伸；第1對(duì)所述第2膜增強(qiáng)部件分別被配置成沿著所述第1對(duì)第1膜增強(qiáng)部件之上延伸；第2對(duì)所述第2膜增強(qiáng)部件分別被配置成沿著所述第2對(duì)第1膜 增強(qiáng)部件之上延伸。
6. 如權(quán)利要求5所述的膜-膜增強(qiáng)部件組件，其特征在于 從所述高分子電解質(zhì)膜的厚度方向看，所述第1對(duì)第2膜增強(qiáng)部件被配置成位于所述第2對(duì)第1膜增強(qiáng)部件之間；所述第2對(duì)第2膜 增強(qiáng)部件被配置成位于所述第1對(duì)第1膜增強(qiáng)部件之間。
7. 如權(quán)利要求1所述的膜-膜增強(qiáng)部件組件，其特征在于 所述第1膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣被形成為較所述第2膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣，更加位于所述高分子電解質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)。
8. 如權(quán)利要求1所述的膜-膜增強(qiáng)部件組件，其特征在于 所述第2膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣被形成為較所述第1膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣，更加位于所述高分子電解質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)。
9. 一種膜-催化劑層組件，其特征在于 具備權(quán)利要求3所述的膜-膜增強(qiáng)部件組件，被配置成覆蓋所述高分子電解質(zhì)膜的一個(gè)主面的至少一部分的第 l催化劑層，以及被配置成覆蓋所述高分子電解質(zhì)膜的另一個(gè)主面的至少一部分的 的第2催化劑層。
10. —種膜-電極組件，其特征在于 具備-權(quán)利要求9所述的膜-催化劑層組件、被配置成覆蓋所述第1催化劑層的主面的至少一部分的第1氣體 擴(kuò)散層，以及被配置成覆蓋所述第2催化劑層的主面的至少一部分的第2氣體擴(kuò)散層。
11. 如權(quán)利要求10所述的膜-電極組件，其特征在于所述第1氣體擴(kuò)散層被配置成覆蓋所述第1催化劑層和所述第1 膜增強(qiáng)部件或者第2膜增強(qiáng)部件中的任意一個(gè)的主面的一部分；所述第2氣體擴(kuò)散層被配置成覆蓋所述第2催化劑層和所述第1膜增強(qiáng)部件或者第2膜增強(qiáng)部件中的任意一個(gè)的主面的一部分。
12. 如權(quán)利要求ll所述的膜-電極組件，其特征在于 從所述高分子電解質(zhì)膜的厚度方向看，所述第1氣體擴(kuò)散層以及第2氣體擴(kuò)散層被配置成各自的周邊在整個(gè)周邊上互相基本一致。
13. —種高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于具備權(quán)利要求10~12的任意一項(xiàng)所述的膜-電極組件。
14. 一種膜-電極組件的制造方法，其特征在于 包括(A) 工序，將膜片狀且環(huán)狀的第1膜增強(qiáng)部件配置于高分子電解 質(zhì)膜的主面之上，(B) 工序，將催化劑層配置于所述高分子電解質(zhì)膜的所述主面的所述環(huán)狀的第1膜增強(qiáng)部件的開口所處位置的部分上，(C) 工序，以使氣體擴(kuò)散層被嵌入到所述環(huán)狀的第2膜增強(qiáng)部件 的開口中的方式，接合膜片狀且環(huán)狀的第2膜增強(qiáng)部件和所述氣體擴(kuò) 散層，從而形成膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件，以及(D) 工序，將在所述工序(C)中形成的所述膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò) 散層組件配置于完成了所述工序(B)的所述高分子電解質(zhì)膜上，以使 所述催化劑層和所述氣體擴(kuò)散層相接觸，并且使得從所述高分子電解 質(zhì)膜的厚度方向看，所述第1膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣和所述第2膜增強(qiáng)部 件的內(nèi)緣互相不一致。
15. 如權(quán)利要求14所述的膜-電極組件的制造方法，其特征在于分別將所述第1膜增強(qiáng)部件、所述催化劑層、所述第2膜增強(qiáng)部 件以及所述氣體擴(kuò)散層配置于所述高分子電解質(zhì)膜的兩個(gè)主面上。
16. 如權(quán)利要求14所述的膜-電極組件的制造方法，其特征在于 在所述工序(C)中，以填埋所述第2膜增強(qiáng)部件的開口的方式形成所述氣體擴(kuò)散層，從而接合所述第2膜增強(qiáng)部件和所述氣體擴(kuò)散層。
17. 如權(quán)利要求14所述的膜-電極組件的制造方法，其特征在于 在所述工序(C)中，將所述氣體擴(kuò)散層形成為板狀，并且以圍繞該氣體擴(kuò)散層的周面的方式形成所述第2膜增強(qiáng)部件，從而接合所述 氣體擴(kuò)散層和所述第2膜增強(qiáng)部件。
18. —種膜-電極組件的制造方法，其特征在于包括(E) 工序，將膜片狀且環(huán)狀的第1膜增強(qiáng)部件配置于高分子電解質(zhì)膜的主面之上，(F) 工序，以使氣體擴(kuò)散層被嵌入到環(huán)狀的第2膜增強(qiáng)部件的開 口中的方式，接合膜片狀且環(huán)狀的第2膜增強(qiáng)部件和氣體擴(kuò)散層，從 而形成膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件，(G) 工序，將催化劑層配置于所述膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò)散層組件 的所述氣體擴(kuò)散層的一個(gè)主面上，(H) 工序，將在所述工序(G)中形成的所述膜增強(qiáng)部件-氣體擴(kuò) 散層組件的所述催化劑層接觸于完成了所述工序(E)的所述高分子電 解質(zhì)膜，并且配置成從所述高分子電解質(zhì)膜的厚度方向看，所述第1 膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣和所述第2膜增強(qiáng)部件的內(nèi)緣互相不一致。
19. 如權(quán)利要求18所述的膜-電極組件的制造方法，其特征在于 在所述工序(F)中，以填埋所述第2膜增強(qiáng)部件的開口的方式，形成所述氣體擴(kuò)散層，從而接合所述第2膜增強(qiáng)部件和所述氣體擴(kuò)散 層。
20.如權(quán)利要求18所述的膜-電極組件的制造方法，其特征在于 在所述工序(F)中，將所述氣體擴(kuò)散層形成為板狀，并且以圍繞該氣體擴(kuò)散層的周面的方式形成所述第2膜增強(qiáng)部件，從而接合所述 氣體擴(kuò)散層和所述第2膜增強(qiáng)部件。
全文摘要
本發(fā)明提供膜-膜增強(qiáng)部件組件、膜-催化劑層組件、膜-電極組件、高分子電解質(zhì)型燃料電池、以及膜-電極組件的制造方法。本發(fā)明的膜-膜增強(qiáng)部件組件具備高分子電解質(zhì)膜(1)，以作為整體沿著該高分子電解質(zhì)膜(1)的周邊進(jìn)行延伸的方式被配置于高分子電解質(zhì)膜(1)的主面(F10)之上的1個(gè)以上的膜片狀的第1膜增強(qiáng)部件(10)，以及以作為整體沿著高分子電解質(zhì)膜(1)的周邊進(jìn)行延伸并且其內(nèi)緣與第1膜增強(qiáng)部件(10)的內(nèi)緣互相不相一致的方式被配置于第1膜增強(qiáng)部件(10)之上的1個(gè)以上的膜片狀的第2膜增強(qiáng)部件(11)。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101632192SQ20088000818
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月14日
發(fā)明者山內(nèi)將樹, 辻庸一郎 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社;旭硝子株式會(huì)社