專利名稱：膜-催化劑層接合體的制造方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如便攜式電子器件、機動車等移動體、分散發(fā)電系統(tǒng)及家庭用廢熱發(fā)電系統(tǒng)等的作為驅(qū)動電源而使用的燃料電池所具有的膜-催化劑層接合體的制造方法及裝置。
背景技術(shù)：
燃料電池(例如，高分子電解質(zhì)型燃料電池)是如下的裝置通過使含有氫的燃料氣體和含有空氣等氧的氧化劑氣體進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，從而同時產(chǎn)生電力、熱和水的裝置。燃料電池通常通過層疊多個電池單元并利用螺栓或連接帶等緊固部件將其進(jìn)行加壓緊固而構(gòu)成。一個電池單元通過一對板狀的導(dǎo)電性隔板夾著膜電極接合體(以下稱為 MEA :Membrane-Electrode-Assembly)而構(gòu)成。MEA由高分子電解質(zhì)膜和配置于該高分子電解質(zhì)膜的兩表面的一對電極層構(gòu)成。 一對電極層中的一個是陽極電極，另一個是陰極電極。一對電極層分別由以擔(dān)載有金屬催化劑的碳粉末為主成分的催化劑層和配置于該催化劑層之上且屬于多孔質(zhì)并具有導(dǎo)電性的氣體擴散層構(gòu)成。在此，將高分子電解質(zhì)膜和催化劑層的接合體稱為膜-催化劑層接合體(CCM :Catalyst-coatedmembrane (催化劑涂覆膜))。通過使燃料氣體與所述陽極電極接觸并使氧化劑氣體與所述陰極電極接觸而產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電力、熱和水。在如上所述構(gòu)成的燃料電池中，膜-催化劑層接合體例如可以如下進(jìn)行制造。首先，在高分子電解質(zhì)膜的一個表面貼附第一形狀保持膜。接下來，在高分子電解質(zhì)膜的另一個表面形成第一催化劑層。進(jìn)而，在該第一催化劑層上貼附第二形狀保持膜。接下來，將貼附在高分子電解質(zhì)膜的一個表面的第一形狀保持膜除去，在上述一個表面形成第二催化劑層。在形成第一催化劑層及第二催化劑層時，將包含催化劑和溶劑的催化劑油墨印刷或涂覆在高分子電解質(zhì)膜上，在室溫下放置以使其干燥(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。如上所述在高分子電解質(zhì)膜上直接印刷或涂覆催化劑油墨以制造膜-催化劑層接合體的技術(shù)，由于可以使高分子電解質(zhì)膜和催化劑層的界面電阻極其低，因此作為理想的膜-催化劑層接合體的制造方法而受到關(guān)注。但是，在上述現(xiàn)有的制造方法中，由于高分子電解質(zhì)膜通常是非常薄(例如 20 μ m 50 μ m)且即便是很少的濕氣也易于變形的部件，因此，高分子電解質(zhì)膜因催化劑油墨所含有的溶劑而溶脹，故存在因該溶脹而導(dǎo)致高分子電解質(zhì)膜產(chǎn)生折皺或針孔這樣的課題。這樣的折皺或針孔成為燃料電池的發(fā)電性能降低的主要原因。專利文獻(xiàn)1的目的在于通過在高分子電解質(zhì)膜的與涂覆催化劑油墨的面相反一側(cè)的面上預(yù)先貼附形狀保持膜來抑制產(chǎn)生折皺或針孔。專利文獻(xiàn)2的目的在于通過使用罩防止漏吸來提高輥對高分子電解質(zhì)膜吸附的吸附力，從而抑制電解質(zhì)/電極接合體的溶脹。在專利文獻(xiàn)3中公開有如下技術(shù)利用來自送風(fēng)裝置的空氣氣流，使溶劑自涂覆膜的液體蒸發(fā)以促進(jìn)干燥的技術(shù)。另外，例如公開有在循環(huán)移動體加熱的同時使用送風(fēng)裝置促進(jìn)液體干燥的技術(shù)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2002-289207號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2008-27738號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開2007-196092號公報但是，在上述現(xiàn)有的技術(shù)中，從抑制高分子電解質(zhì)膜的折皺或針孔的觀點來看，還存在改善的余地。在專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中，將包含催化劑和溶劑的催化劑油墨印刷或涂覆在高分子電解質(zhì)膜上，在室溫下放置以使其干燥。特別是，在高分子電解質(zhì)膜的一個表面形成第二催化劑層時，容易在高分子電解質(zhì)膜產(chǎn)生折皺或針孔，從而導(dǎo)致抑制折皺或針孔的效果不充分。在專利文獻(xiàn)2的技術(shù)中，由于僅利用輥通過隔著高分子電解質(zhì)膜的間接加熱對催化劑油墨進(jìn)行干燥，因此，難以充分進(jìn)行催化劑油墨的干燥。即便能夠完全干燥催化劑油墨，也能夠預(yù)想到上述干燥會花費數(shù)小時以上。因此，若考慮生產(chǎn)力，則使催化劑油墨完全干燥這種情況實際上是不可能的，從而不能充分抑制高分子電解質(zhì)膜產(chǎn)生折皺或針孔。另外，成為產(chǎn)生折皺或針孔的主要原因的高分子電解質(zhì)膜的溶脹，尤其是在將催化劑油墨剛涂覆到高分子電解質(zhì)膜之后產(chǎn)生。因此，在自催化劑油墨的涂覆面?zhèn)却碉L(fēng)以使剛涂覆后的催化劑油墨干燥的專利文獻(xiàn)3的技術(shù)中，以在高分子電解質(zhì)膜已產(chǎn)生溶脹的狀態(tài)促進(jìn)催化劑油墨的固化。因此，在專利文獻(xiàn)3的技術(shù)中，不能充分抑制折皺或針孔的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于解決上述問題，為此，本發(fā)明提供一種能夠進(jìn)一步抑制高分子電解質(zhì)膜產(chǎn)生折皺或針孔的膜電極接合體的制造方法及裝置。本發(fā)明的發(fā)明人為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的課題而反復(fù)進(jìn)行了專心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了如下情況。S卩，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)若自高分子電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)葘ν扛苍诟叻肿与娊赓|(zhì)膜的一個表面的催化劑油墨進(jìn)行加熱(隔著高分子電解質(zhì)膜間接地進(jìn)行加熱)以使其干燥，則可以使產(chǎn)生于高分子電解質(zhì)膜的溶脹充分復(fù)原。即，若在高分子電解質(zhì)膜的一個表面涂覆催化劑油墨，則自高分子電解質(zhì)膜的一個表面朝向內(nèi)部因溶脹而產(chǎn)生尺寸變化。 此時，若自高分子電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)冗M(jìn)行加熱以使催化劑油墨干燥，則熱量自高分子電解質(zhì)膜的另一個表面朝向內(nèi)部傳遞，從而可以緩和高分子電解質(zhì)膜因溶脹而產(chǎn)生的尺寸變化。另外，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在已使上述溶脹充分復(fù)原的狀態(tài)下，若自高分子電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)冗M(jìn)一步加熱催化劑層油墨，則可以得到幾乎不存在高分子電解質(zhì)膜的折皺及針孔的膜-催化劑層接合體。基于上述見解，本發(fā)明的發(fā)明人想到了本發(fā)明。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明如下構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供一種膜-催化劑層接合體的制造方法，其為燃料電池用的膜-催化劑層接合體的制造方法，所述制造方法的特征在于，包括如下工序在高分子電解質(zhì)膜的一個表面上涂覆催化劑油墨的催化劑涂覆工序；自所述電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述催化劑油墨干燥的第一干燥工序；在所述第一干燥工序后，自該高分子電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述催化劑油墨干燥，從而在所述電解質(zhì)膜的一個表面形成催化劑層的第二干燥工序。根據(jù)本發(fā)明的第二方案，在第一方案所述的膜-催化劑層接合體的制造方法的基礎(chǔ)上，所述第二干燥工序是如下的工序除自該高分子電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱之外，也自另一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述催化劑油墨干燥，從而在所述電解質(zhì)膜的一個表面形成催化劑層的工序。根據(jù)本發(fā)明的第三方案，在第一方案或第二方案所述的膜-催化劑層接合體的制造方法的基礎(chǔ)上，還包括在所述催化劑涂覆工序之前在所述電解質(zhì)膜的另一個表面貼附形狀保持膜的膜貼附工序。根據(jù)本發(fā)明的第四方案，在第一方案所述的膜-催化劑層接合體的制造方法的基礎(chǔ)上，還具有如下工序在所述第二干燥工序后，在所述電解質(zhì)膜的另一個表面涂覆第二催化劑油墨的第二催化劑涂覆工序；自所述電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述第二催化劑油
墨干燥的第三干燥工序；在所述第三干燥工序后，自該高分子電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述第二催化劑油墨干燥，從而在所述電解質(zhì)膜的另一個表面形成第二催化劑層的第四干燥工序。根據(jù)本發(fā)明的第五方案，在第四方案所述的膜-催化劑層接合體的制造方法的基礎(chǔ)上，所述第四干燥工序是如下的工序除自該高分子電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱之外，也自一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述第二催化劑油墨干燥，從而在所述電解質(zhì)膜的另一個表面形成第二催化劑層的工序。根據(jù)本發(fā)明的第六方案，在第四方案或第五方案所述的膜-催化劑層接合體的制造方法的基礎(chǔ)上，還包括如下工序在所述第一催化劑涂覆工序之前，在所述電解質(zhì)膜的另一個表面貼附第一形狀保持膜的第一膜貼附工序；在所述第二催化劑涂覆工序之前，在所述電解質(zhì)膜的一個表面貼附第二形狀保持膜的第二膜貼附工序；在所述第二膜貼附工序之后且在所述第二催化劑涂覆工序之前，自所述電解質(zhì)膜的另一個表面剝離所述第一形狀保持膜的第一膜剝離工序。根據(jù)本發(fā)明的第七方案，在第一方案 第六方案中任一方案所述的膜-催化劑層接合體的制造方法的基礎(chǔ)上，在所述第二干燥工序中提供給所述電解質(zhì)膜的熱量，比在所述第一干燥工序中提供給所述電解質(zhì)膜的熱量大。根據(jù)本發(fā)明的第八方案，在第一方案 第六方案中任一方案所述的膜-催化劑層接合體的制造方法的基礎(chǔ)上，所述第二干燥工序中對所述電解質(zhì)膜進(jìn)行加熱的加熱溫度， 比所述第一干燥工序中對所述電解質(zhì)膜進(jìn)行加熱的加熱溫度高。根據(jù)本發(fā)明的第九方案，提供一種膜-催化劑層接合體的制造裝置，其是燃料電池用的膜-催化劑層接合體的制造裝置，所述制造裝置的特征在于，具有沿搬送方向搬送高分子電解質(zhì)膜的搬送裝置；在高分子電解質(zhì)膜的一個表面涂覆催化劑油墨的催化劑涂覆裝置；配置于所述催化劑涂覆裝置的所述搬送方向的下游側(cè)的第一干燥裝置，該第一干燥裝置通過自該高分子電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)葘ν扛灿兴龃呋瘎┯湍乃鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱而使所述催化劑油墨干燥；配置于所述第一干燥裝置的所述搬送方向的下游側(cè)的第二干燥裝置，該第二干燥裝置通過自該高分子電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)葘νㄟ^了所述第一干燥裝置的所述電解質(zhì)膜進(jìn)行加熱而使所述催化劑油墨干燥，從而在所述電解質(zhì)膜的一個表面形成催化劑層。根據(jù)本發(fā)明的第十方案，在第九方案所述的膜-催化劑層接合體的制造裝置的基礎(chǔ)上，所述第二干燥裝置自該高分子電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)葘νㄟ^了所述第一干燥裝置的所述電解質(zhì)膜進(jìn)行加熱，同時也自另一個表面?zhèn)葘νㄟ^了所述第一干燥裝置的所述電解質(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述催化劑油墨干燥。根據(jù)本發(fā)明的第十一方案，在第九方案或第十方案所述的膜-催化劑層接合體的制造裝置的基礎(chǔ)上，所述第二干燥裝置提供給所述電解質(zhì)膜的熱量，比所述第一干燥裝置提供給所述電解質(zhì)膜的熱量大。根據(jù)本發(fā)明的第十二方案，在第九方案或第十方案所述的膜-催化劑層接合體的制造裝置的基礎(chǔ)上，所述第二干燥裝置的加熱溫度比所述第一干燥裝置的加熱溫度高。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的膜-催化劑層接合體的制造方法，由于自高分子電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)葘ν扛苍诟叻肿与娊赓|(zhì)膜的一個表面上的催化劑油墨進(jìn)行加熱以使其干燥，因此， 可以使產(chǎn)生于高分子電解質(zhì)膜的溶脹充分復(fù)原。另外，根據(jù)本發(fā)明的膜-催化劑層接合體的制造方法，由于在第一干燥工序后，自高分子電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)冗M(jìn)行加熱以使催化劑油墨干燥，因此，可以得到抑制高分子電解質(zhì)膜產(chǎn)生折皺或針孔的膜-催化劑層接合體。根據(jù)本發(fā)明的膜-催化劑層接合體的制造裝置，由于第一干燥裝置相比催化劑涂覆裝置而配置在搬送方向的下游側(cè)，因此，可以自高分子電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)葘ν扛苍诟叻肿与娊赓|(zhì)膜的一個表面上的催化劑油墨進(jìn)行加熱以使其干燥，從而使產(chǎn)生于高分子電解質(zhì)膜的溶脹充分復(fù)原。另外，根據(jù)本發(fā)明的膜-催化劑層接合體的制造裝置，由于第二干燥裝置相比第一干燥裝置而配置于所述搬送方向的下游側(cè)，因此，可以在使產(chǎn)生于高分子電解質(zhì)膜的溶脹復(fù)原的狀態(tài)下自高分子電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)葘Υ呋瘎┯湍M(jìn)行加熱以使其干燥。由此，可以得到抑制高分子電解質(zhì)膜產(chǎn)生折皺或針孔的膜-催化劑層接合體。


本發(fā)明的上述目的及特征以及其他目的和特征根據(jù)關(guān)聯(lián)到與附圖相關(guān)的優(yōu)選實施方式的接下來的記述可以明了。在該附圖中圖1是本發(fā)明的實施方式的膜-催化劑層接合體的制造裝置的簡略說明圖。圖2是表示具有將第一形狀保持膜貼附于高分子電解質(zhì)膜的第二面的結(jié)構(gòu)的高分子膜的剖面圖。圖3是表示具有自圖2的狀態(tài)進(jìn)一步將第一催化劑層形成于高分子電解質(zhì)膜的第一面的結(jié)構(gòu)的高分子膜的剖面圖。圖4是表示具有自圖3的狀態(tài)進(jìn)一步將第二形狀保持膜貼附于形成有第一催化劑層的高分子電解質(zhì)膜的第一面的結(jié)構(gòu)的高分子膜的剖面圖。圖5是表示具有自圖4的狀態(tài)將第二形狀保持膜剝離后的結(jié)構(gòu)的高分子膜的剖面圖。圖6是表示具有自圖5的狀態(tài)進(jìn)一步將第二催化劑層形成于高分子電解質(zhì)膜的第二面的結(jié)構(gòu)的高分子膜的剖面圖。
具體實施例方式在繼續(xù)進(jìn)行本發(fā)明的記述之前，需要說明的是，在附圖中對于相同部件，標(biāo)注相同的參照附圖標(biāo)記。以下，參照

本發(fā)明的實施方式?！秾嵤┓绞健穲D1是表示本發(fā)明的實施方式的膜-催化劑層接合體的制造裝置的簡略構(gòu)成的圖。本實施方式的膜-催化劑層接合體例如用于作為機動車等移動體、分散發(fā)電系統(tǒng)、家庭用廢熱發(fā)電系統(tǒng)等的驅(qū)動源而使用的燃料電池。在圖1中，本實施方式的膜-催化劑層接合體的制造裝置具有供給輥11、支承輥 12、模具13、作為第一干燥裝置的一例的預(yù)干燥裝置14、作為第二干燥裝置的一例的正式干燥裝置15、卷繞輥16。在供給輥11上卷繞有高分子膜10。在本實施方式中，高分子膜10指的是具有圖 2 圖6中任一圖所示結(jié)構(gòu)的高分子膜IOa 10e。如圖3所示，當(dāng)在高分子電解質(zhì)膜1的第一面(一個表面)形成催化劑層如時，在供給輥11上卷繞具有圖2所示結(jié)構(gòu)的高分子膜10a。S卩，在供給輥11上卷繞具有將第一形狀保持膜2貼附于片狀的高分子電解質(zhì)膜1 的第二面(另一個表面)的結(jié)構(gòu)的高分子膜10a。另外，如圖6所示，當(dāng)在高分子電解質(zhì)膜 1的第二面(一個表面)形成催化劑層4b時，在供給輥11上卷繞具有圖5所示結(jié)構(gòu)的高分子膜10d。S卩，在供給輥11上卷繞具有以覆蓋催化劑層如的方式將第二形狀保持膜3貼附于片狀高分子電解質(zhì)膜1的第一面(另一個表面)的結(jié)構(gòu)的高分子膜10d。作為高分子電解質(zhì)膜1未特別限定，例如可以使用由全氟化碳磺酸制成的高分子電解質(zhì)膜(例如，美國DuPont公司制的Nafion(注冊商標(biāo))、旭硝子(株式會社)制的 Flemion (注冊商標(biāo))、旭化成(株式會社)制的Aciplex (注冊商標(biāo))等)。高分子電解質(zhì)膜1通常是非常薄且即便是很少的濕氣也易于變形的部件。因此，在本實施方式中，為了提高操作性并進(jìn)一步抑制高分子電解質(zhì)膜產(chǎn)生折皺或針孔，在高分子電解質(zhì)膜1的第一面或第二面貼附形狀保持膜2或3。需要說明的是，本發(fā)明并不限于此，不一定非要設(shè)置形狀保持膜2或3。作為第一及第二形狀保持膜2、3，例如可以使用聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、 聚醚酰亞胺、聚酰亞胺、含氟樹脂等。第一及第二形狀保持膜2、3只要是具有在層壓加工時不產(chǎn)生熱變形這種耐熱性的膜即可。
自供給輥11被拉出的高分子膜10懸掛于支承輥12，進(jìn)而卷繞于卷繞輥16。卷繞輥16具有未圖示的馬達(dá)，并利用該馬達(dá)的驅(qū)動力連續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而連續(xù)卷繞高分子膜10。在本實施方式中，如后所述，在高分子膜10自供給輥11被拉出并卷繞于卷繞輥16之前的期間內(nèi)，在高分子電解質(zhì)膜1的第一面(或第二面)形成催化劑層如(或4b)，因此，能夠進(jìn)行膜-催化劑層接合體的批量生產(chǎn)。需要說明的是，在本實施方式中，利用供給輥11和卷繞輥16，構(gòu)成了將高分子電解質(zhì)膜1沿搬送方向X搬送的搬送裝置的一例。支承輥12例如是直徑被設(shè)定為300mm的圓柱形部件。需要說明的是，由于在高分子電解質(zhì)膜1貼附形狀保持膜2或3，因此，不需要在支承輥12上設(shè)置吸引功能。模具13隔著高分子膜10配置在與支承輥12對置的位置。供給泵P與模具13連接。模具13構(gòu)成為，能夠?qū)⒆怨┙o泵P供給的用于形成催化劑層的催化劑油墨朝向高分子膜10的與支承輥12接觸的部分噴出(涂覆)。在本實施方式中，利用模具13和供給泵P， 構(gòu)成在高分子電解質(zhì)膜1的第一面或第二面涂覆催化劑油墨的催化劑涂覆裝置的一例。催化劑油墨是用溶劑對擔(dān)載有鉬系金屬催化劑的碳微粒進(jìn)行混合而得到的墨。作為金屬催化劑，例如可以使用鉬、釕、銠及銥等。作為碳粉末，可以使用碳黑、科琴黑及乙炔黑等。作為溶劑，可以使用水、乙醇、η-丙醇及η-丁醇等乙醇系、以及醚系、酯系及氟系等有機溶劑。通過干燥鉬類金屬催化劑油墨的溶劑，可以形成以擔(dān)載有金屬催化劑的碳粉末為主成分的第一及第二催化劑層^、4b。預(yù)干燥裝置14以與高分子膜10的第二面(或第一面)對置的方式配置在支承輥 12的搬送方向X的下游側(cè)。預(yù)干燥裝置14是如下的裝置自高分子電解質(zhì)膜1的第二面 (或第一面)側(cè)對自模具13朝向高分子電解質(zhì)膜1的第一面(或第二面)噴出的催化劑油墨進(jìn)行加熱以使其干燥的裝置。通過利用該預(yù)干燥裝置14進(jìn)行干燥，可以使產(chǎn)生于高分子電解質(zhì)膜1的溶脹充分復(fù)原。作為預(yù)干燥裝置14，例如可以使用感應(yīng)加熱方式或電磁波加熱方式的加熱裝置、加熱板、遠(yuǎn)紅外線加熱器等。利用預(yù)干燥裝置14進(jìn)行加熱的加熱溫度若過低，則不能充分干燥，若過高，則有可能損傷高分子電解質(zhì)膜1，因此，優(yōu)選設(shè)定在例如50°C 140°C的范圍內(nèi)。利用預(yù)干燥裝置14進(jìn)行加熱的加熱時間，從使產(chǎn)生于高分子電解質(zhì)膜1的溶脹充分復(fù)原的觀點來看，優(yōu)選越長越好，例如優(yōu)選30秒以上。但是，在并非斷續(xù)輸送而是連續(xù)輸送高分子膜10的情況下，為了延長預(yù)干燥裝置14的加熱時間，則需要增長預(yù)干燥裝置14 的長度。在該情況下，將導(dǎo)致制造裝置大型化。另外，通過放緩高分子膜10的輸送速度，也可以延長預(yù)干燥裝置14的加熱時間。但是，在該情況下，將會降低膜-催化劑層接合體的生產(chǎn)能力。因此，留意到上述方面而優(yōu)選適當(dāng)?shù)卦O(shè)定預(yù)干燥裝置14的加熱時間。正式干燥裝置15以包圍高分子膜10的方式配置在預(yù)干燥裝置14的搬送方向X的下游側(cè)。正式干燥裝置15是如下的裝置自高分子電解質(zhì)膜1的第一面及第二面這兩個表面對利用預(yù)干燥裝置14進(jìn)行干燥后的催化劑油墨進(jìn)行加熱以使其干燥的裝置。通過利用該正式干燥裝置15進(jìn)行干燥，催化劑油墨的溶劑完全干燥而形成催化劑層4a(或4b)。作為正式干燥裝置15，例如可以使用對流式熱風(fēng)干燥裝置。利用正式干燥裝置15進(jìn)行加熱的加熱溫度優(yōu)選與利用預(yù)干燥裝置14進(jìn)行加熱的加熱溫度相同或比其高。由此，即便利用預(yù)干燥裝置14的加熱不能充分干燥催化劑油墨的溶劑，也可以通過利用正式干燥裝置15進(jìn)行加熱來促進(jìn)催化劑油墨的溶劑的干燥。由此，可以進(jìn)一步抑制高分子電解質(zhì)膜產(chǎn)生折皺或針孔。另外，可以縮短制造工序所花費的時間， 從而可以提高膜-催化劑層接合體的生產(chǎn)效率。利用正式干燥裝置15進(jìn)行加熱的加熱溫度與利用預(yù)干燥裝置14進(jìn)行加熱的加熱溫度的比優(yōu)選為1. 0 2. 0。例如，利用預(yù)干燥裝置14進(jìn)行加熱的加熱溫度優(yōu)選為50°C 70°C，利用正式干燥裝置15進(jìn)行加熱的加熱溫度優(yōu)選為50°C 140°C。另外，由于正式干燥裝置15直接干燥催化劑油墨，因此，相比隔著高分子電解質(zhì)膜1等間接加熱催化劑油墨的預(yù)干燥裝置14，干燥能力更優(yōu)越。因此，在利用正式干燥裝置15進(jìn)行加熱的加熱溫度和利用預(yù)干燥裝置14進(jìn)行加熱的加熱溫度相同或前者更高時， 利用正式干燥裝置15進(jìn)行加熱的加熱時間優(yōu)選為與利用預(yù)干燥裝置14進(jìn)行加熱的加熱時間相同或比其長。即，正式干燥裝置15的熱量優(yōu)選與預(yù)干燥裝置14的熱量相同或比其大。正式干燥裝置15的熱量與預(yù)干燥裝置14的熱量的比優(yōu)選為1. 0 25. 5。另夕卜， 正式干燥裝置15的熱量與預(yù)干燥裝置14的熱量的比更優(yōu)選為1. 0 12. 0，進(jìn)一步優(yōu)選為 1. 0 5. 3。接著，說明本實施方式的膜-催化劑層接合體的制造方法。首先，在高分子電解質(zhì)膜1的第二面貼附第一形狀保持膜2，制成圖2所示的高分子膜IOa (第一膜貼附工序)。接下來，將圖2所示的高分子膜IOa卷繞于供給輥11，如圖1所示，以懸掛于支承輥12并卷繞于卷繞輥16的方式設(shè)置高分子膜10a。接下來，驅(qū)動卷繞輥16的馬達(dá)(未圖示)，將高分子膜IOa自供給輥11朝向卷繞輥16連續(xù)輸送。接下來，自供給泵P通過模具13將催化劑油墨噴出到利用上述輸送動作而位于支承輥12上的高分子膜10a。由此，在高分子電解質(zhì)膜1的第一面涂覆催化劑油墨(催化劑涂覆工序)。接下來，利用預(yù)干燥裝置14對利用上述輸送動作輸送到預(yù)干燥裝置14上方的已涂覆催化劑油墨的高分子膜IOa進(jìn)行加熱。由此，自高分子電解質(zhì)膜1的第二面?zhèn)燃訜岣叻肿与娊赓|(zhì)膜1以使催化劑油墨干燥，從而使高分子電解質(zhì)膜1的溶脹復(fù)原(第一干燥工序)。接下來，利用正式干燥裝置15對利用上述輸送動作輸送到正式干燥裝置15內(nèi)的已涂覆催化劑油墨的高分子膜IOa進(jìn)行加熱。由此，自高分子電解質(zhì)膜1的第一面及第二面這兩個表面對高分子電解質(zhì)膜1進(jìn)行加熱以使催化劑油墨干燥，從而如圖3所示形成催化劑層如(第二干燥工序)。此后，繼續(xù)進(jìn)行上述輸送動作，從而將圖3所示的高分子膜IOb 卷繞于卷繞輥16。接下來，在卷繞于卷繞輥16的圖3所示的高分子膜IOb的第二面，如圖4所示貼附第二形狀保持膜3 (第二膜貼附工序)。接下來，自圖4所示的高分子膜IOc剝離第一形狀保持膜2，制成圖5所示的高分子膜IOd (第一膜剝離工序)。接下來，將圖5所示的高分子膜IOd卷繞于供給輥11，如圖1所示，以懸掛于支承輥12并卷繞于卷繞輥16的方式設(shè)置高分子膜10d。此時，以使高分子電解質(zhì)膜1相對于模具13露出的方式設(shè)置高分子膜10d。S卩，以使高分子膜IOd的第二面與模具13對置且高分子膜IOd的第一面與預(yù)干燥裝置14對置的方式設(shè)置高分子膜10。接下來，驅(qū)動卷繞輥16的馬達(dá)(未圖示)，將高分子膜IOd自供給輥11朝向卷繞輥16連續(xù)輸送。接下來，自供給泵P通過模具13將催化劑油墨噴出到利用上述輸送動作而位于支承輥12上的高分子膜10d。由此，在高分子電解質(zhì)膜1的第二面涂覆催化劑油墨(第二催化劑涂覆工序)。接下來，利用預(yù)干燥裝置14對利用上述輸送動作輸送到預(yù)干燥裝置14上方的已涂覆催化劑油墨的高分子膜IOd進(jìn)行加熱。由此，自高分子電解質(zhì)膜1的第二面?zhèn)燃訜岣叻肿与娊赓|(zhì)膜1以使催化劑油墨干燥，從而使高分子電解質(zhì)膜1的溶脹復(fù)原(第三干燥工序)。接下來，利用正式干燥裝置15對利用上述輸送動作輸送到正式干燥裝置15內(nèi)的已涂覆催化劑油墨的高分子膜IOd進(jìn)行加熱。由此，自高分子電解質(zhì)膜1的第一面及第二面這兩個表面對高分子電解質(zhì)膜1進(jìn)行加熱以使催化劑油墨干燥，從而如圖6所示形成催化劑層4b (第四干燥工序)。此后，通過繼續(xù)進(jìn)行上述輸送動作，從而將圖6所示的高分子膜IOe卷繞于卷繞輥16。接下來，自圖6所示的高分子膜IOe剝離第二形狀保持膜3，從而可以制造本實施方式的膜-催化劑層接合體。根據(jù)本實施方式的膜-催化劑層接合體的制造方法，由于自高分子電解質(zhì)膜1的第二面?zhèn)葘ν扛灿诟叻肿与娊赓|(zhì)膜1的第一面的催化劑油墨進(jìn)行加熱以使其干燥，因此， 可以使產(chǎn)生于高分子電解質(zhì)膜1的溶脹充分復(fù)原。另外，根據(jù)本發(fā)明的膜-催化劑層接合體的制造方法，在第一干燥工序后，自高分子電解質(zhì)膜1的第一面及第二面這兩個表面進(jìn)行加熱以使催化劑油墨干燥，因此，可以得到抑制高分子電解質(zhì)膜產(chǎn)生折皺或針孔的膜-催化劑層接合體。另外，根據(jù)本發(fā)明的膜-催化劑層接合體的制造方法，如圖2 圖6所示，在第一形狀保持膜2或第二形狀保持膜3的至少任一方保持有高分子電解質(zhì)膜1，因此，可以更有效地抑制高分子電解質(zhì)膜1產(chǎn)生折皺或針孔。另外，根據(jù)本發(fā)明的膜-催化劑層接合體的制造裝置，預(yù)干燥裝置14相比噴出催化劑油墨的模具13而配置于搬送方向X的下游側(cè)，因此，可以自高分子電解質(zhì)膜1的第二面?zhèn)葘ν扛灿诟叻肿与娊赓|(zhì)膜1的第一面的催化劑油墨進(jìn)行加熱以使其干燥，從而使產(chǎn)生于高分子電解質(zhì)膜1的溶脹充分復(fù)原。另外，根據(jù)本發(fā)明的膜-催化劑層接合體的制造裝置，正式干燥裝置15相比預(yù)干燥裝置14而配置于搬送方向X的下游側(cè)，因此，可以在使產(chǎn)生于高分子電解質(zhì)膜1的溶脹復(fù)原的狀態(tài)下自高分子電解質(zhì)膜1的第一面及第二面這兩個表面對催化劑油墨進(jìn)行加熱以使其干燥。由此，可以得到抑制高分子電解質(zhì)膜產(chǎn)生折皺或針孔的膜-催化劑層接合體。需要說明的是，本發(fā)明并不限于上述實施方式，也能夠以其他各種形態(tài)進(jìn)行實施。 例如，在上述實施方式中，作為正式干燥裝置15，使用了自高分子電解質(zhì)膜1的第一面及第二面這兩個表面進(jìn)行加熱以使其干燥的裝置，但本發(fā)明并不限于此。例如，作為正式干燥裝置15，也可以使用僅對與預(yù)干燥裝置14進(jìn)行干燥的高分子電解質(zhì)膜1的面相反一側(cè)的面進(jìn)行干燥的裝置。例如，正式干燥裝置15也可以是感應(yīng)加熱方式或電磁波加熱方式的加熱裝置、加熱板、遠(yuǎn)紅外線加熱器等。即使是如上所述的裝置，由于可以直接干燥催化劑油墨，因此，相比隔著高分子電解質(zhì)膜1等間接加熱催化劑油墨的預(yù)干燥裝置14，也具有更優(yōu)越的干燥能力。另外，在上述實施方式中，另行設(shè)置預(yù)干燥裝置14，但也可以使支承輥12具有預(yù)干燥裝置14的功能。在該情況下，可以不需要設(shè)置預(yù)干燥裝置14。另外，在使支承輥12 具有加熱功能且設(shè)置有預(yù)干燥裝置14的情況下，可以使高分子電解質(zhì)膜1的溶脹更快地復(fù)原，并且可以謀求制造裝置的小型化。接下來，說明對利用本實施方式的膜-催化劑層接合體的制造方法制造的高分子電解質(zhì)膜的折皺或針孔的抑制效果進(jìn)行驗證的結(jié)果。下述表1示出了改變預(yù)干燥工序和正式干燥工序所花費的時間而形成的各催化劑層的厚度偏差。[表1]
權(quán)利要求
1.一種膜-催化劑層接合體的制造方法，其為燃料電池用的膜-催化劑層接合體的制造方法，所述制造方法的特征在于，包括如下工序在高分子電解質(zhì)膜的一個表面上涂覆催化劑油墨的催化劑涂覆工序；自所述電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述催化劑油墨干燥的第一干燥工序；在所述第一干燥工序后，自該高分子電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述催化劑油墨干燥，從而在所述電解質(zhì)膜的一個表面形成催化劑層的第二干燥工序。
2.如權(quán)利要求1所述的膜-催化劑層接合體的制造方法，其特征在于，所述第二干燥工序是如下的工序除自該高分子電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱之外，也自另一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述催化劑油墨干燥， 從而在所述電解質(zhì)膜的一個表面形成催化劑層的工序。
3.如權(quán)利要求1或2所述的膜-催化劑層接合體的制造方法，其特征在于，還包括在所述催化劑涂覆工序之前在所述電解質(zhì)膜的另一個表面貼附形狀保持膜的膜貼附工序。
4.如權(quán)利要求1所述的膜-催化劑層接合體的制造方法，其特征在于，還具有如下工序在所述第二干燥工序后，在所述電解質(zhì)膜的另一個表面涂覆第二催化劑油墨的第二催化劑涂覆工序；自所述電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述第二催化劑油墨干燥的第三干燥工序；在所述第三干燥工序后，自該高分子電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述第二催化劑油墨干燥，從而在所述電解質(zhì)膜的另一個表面形成第二催化劑層的第四干燥工序。
5.如權(quán)利要求4所述的膜-催化劑層接合體的制造方法，其特征在于，所述第四干燥工序是如下的工序除自該高分子電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱之外，也自一個表面?zhèn)葘λ鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述第二催化劑油墨干燥，從而在所述電解質(zhì)膜的另一個表面形成第二催化劑層的工序。
6.如權(quán)利要求4或5所述的膜-催化劑層接合體的制造方法，其特征在于，還包括如下工序在所述第一催化劑涂覆工序之前，在所述電解質(zhì)膜的另一個表面貼附第一形狀保持膜的第一膜貼附工序；在所述第二催化劑涂覆工序之前，在所述電解質(zhì)膜的一個表面貼附第二形狀保持膜的第二膜貼附工序；在所述第二膜貼附工序之后且在所述第二催化劑涂覆工序之前，自所述電解質(zhì)膜的另一個表面剝離所述第一形狀保持膜的第一膜剝離工序。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項所述的膜-催化劑層接合體的制造方法，其特征在于， 在所述第二干燥工序中提供給所述電解質(zhì)膜的熱量，比在所述第一干燥工序中提供給所述電解質(zhì)膜的熱量大。
8.如權(quán)利要求1 6中任一項所述的膜-催化劑層接合體的制造方法，其特征在于， 所述第二干燥工序中對所述電解質(zhì)膜進(jìn)行加熱的加熱溫度，比所述第一干燥工序中對所述電解質(zhì)膜進(jìn)行加熱的加熱溫度高。
9.一種膜-催化劑層接合體的制造裝置，其是燃料電池用的膜-催化劑層接合體的制造裝置，所述制造裝置的特征在于，具有沿搬送方向搬送高分子電解質(zhì)膜的搬送裝置； 在高分子電解質(zhì)膜的一個表面涂覆催化劑油墨的催化劑涂覆裝置； 配置于所述催化劑涂覆裝置的所述搬送方向的下游側(cè)的第一干燥裝置，該第一干燥裝置通過自該高分子電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)葘ν扛灿兴龃呋瘎┯湍乃鲭娊赓|(zhì)膜進(jìn)行加熱而使所述催化劑油墨干燥；配置于所述第一干燥裝置的所述搬送方向的下游側(cè)的第二干燥裝置，該第二干燥裝置通過自該高分子電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)葘νㄟ^了所述第一干燥裝置的所述電解質(zhì)膜進(jìn)行加熱而使所述催化劑油墨干燥，從而在所述電解質(zhì)膜的一個表面形成催化劑層。
10.如權(quán)利要求9所述的膜-催化劑層接合體的制造裝置，其特征在于，所述第二干燥裝置自該高分子電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)葘νㄟ^了所述第一干燥裝置的所述電解質(zhì)膜進(jìn)行加熱，同時也自另一個表面?zhèn)葘νㄟ^了所述第一干燥裝置的所述電解質(zhì)膜進(jìn)行加熱以使所述催化劑油墨干燥。
11.如權(quán)利要求9或10所述的膜-催化劑層接合體的制造裝置，其特征在于，所述第二干燥裝置提供給所述電解質(zhì)膜的熱量，比所述第一干燥裝置提供給所述電解質(zhì)膜的熱量大。
12.如權(quán)利要求9或10所述的膜-催化劑層接合體的制造裝置，其特征在于， 所述第二干燥裝置的加熱溫度比所述第一干燥裝置的加熱溫度高。
全文摘要
為了進(jìn)一步抑制高分子電解質(zhì)膜產(chǎn)生折皺或針孔，在本發(fā)明的膜-催化劑層接合體的制造方法中包括如下工序自高分子電解質(zhì)膜的另一個表面?zhèn)葘ν扛苍诟叻肿与娊赓|(zhì)膜的一個表面上的催化劑油墨進(jìn)行加熱以對其進(jìn)行預(yù)干燥，由此使高分子電解質(zhì)膜的溶脹復(fù)原，并且在該預(yù)干燥后，自高分子電解質(zhì)膜的一個表面?zhèn)冗M(jìn)行加熱以對其進(jìn)行正式干燥。
文檔編號H01M8/10GK102414888SQ20118000186
公開日2012年4月11日 申請日期2011年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者佐藤信夫, 松村潤, 永井宏幸, 辻庸一郎 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社