用于增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造方法和制造增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造方法和一種制造增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]作為已經(jīng)被用于固體聚合物型燃料電池(在下文中，簡(jiǎn)單地稱作“燃料電池”)的電解質(zhì)膜，在其中結(jié)合多孔增強(qiáng)部件的增強(qiáng)電解質(zhì)膜是已知的(以下示出的日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2008-004344 (JP2008-004344A)和日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2008-277288 (JP2008-277288A))。根據(jù) JP2008-004344A 的技術(shù)，在被輸送以粘著到彼此的兩片帶狀多孔增強(qiáng)膜的匯合處，電解質(zhì)樹脂在兩個(gè)多孔增強(qiáng)膜之間流動(dòng)并且膜被壓接，因此增強(qiáng)電解質(zhì)膜得以制造。根據(jù)JP2008-277288A的技術(shù)，帶狀電解質(zhì)膜被從正被輸送的帶狀增強(qiáng)膜的兩個(gè)表面疊置并且這些帶狀電解質(zhì)膜被熱壓結(jié)合，因此，增強(qiáng)電解質(zhì)膜得以制造。
[0003]現(xiàn)在，當(dāng)在縱向方向上輸送帶狀部件時(shí)，所謂的頸縮可能發(fā)生，其中當(dāng)拉伸應(yīng)力在輸送方向上被施加到帶狀部件時(shí)，帶狀部件在寬度方向上收縮并且變形。在增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造步驟中，當(dāng)在帶狀部件諸如電解質(zhì)膜或者增強(qiáng)部件的輸送期間發(fā)生這種頸縮時(shí)，帶狀部件的強(qiáng)度功能劣化，并且增強(qiáng)電解質(zhì)膜和使用增強(qiáng)電解質(zhì)膜的燃料電池的耐久性很可能劣化。如果在輸送期間被施加帶狀部件的拉伸應(yīng)力受到控制以抑制頸縮的發(fā)生，則很可能輸送控制變得復(fù)雜并且設(shè)備變得昂貴。
[0004]因此，在增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造步驟中，仍然存在改進(jìn)帶狀部件諸如電解質(zhì)膜和增強(qiáng)部件的輸送方法的空間。除了以上之外，在增強(qiáng)電解質(zhì)膜的傳統(tǒng)制造步驟中，已經(jīng)要求了步驟的便利性和簡(jiǎn)化、更低的成本、資源節(jié)約、裝置小型化和操縱性質(zhì)的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一方面涉及一種用于增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造方法，該增強(qiáng)電解質(zhì)膜被用在燃料電池中，并且具有布置在其內(nèi)部的多孔增強(qiáng)部件。該制造方法包括:(a)步驟，將帶狀電解質(zhì)聚合物在布置在第一背板的表面上的狀態(tài)下在作為輸送方向的所述帶狀電解質(zhì)聚合物的縱向方向上輸送，其中所述帶狀電解質(zhì)聚合物是第一電解質(zhì)聚合物的帶狀體；(b)步驟:將第一帶狀增強(qiáng)部件在布置在第二背板的表面上的狀態(tài)下在所述輸送方向上輸送，并且將所述第一帶狀增強(qiáng)部件布置在所述帶狀電解質(zhì)聚合物的表面上，其中所述第一帶狀增強(qiáng)部件是帶狀體；和(c)步驟，在所述步驟(b)之后，在利用存在于第二背板和第一帶狀增強(qiáng)部件之間的第二電解質(zhì)聚合物使得所述第二背板和所述第一帶狀增強(qiáng)部件之間的第一粘合度高于所述第一背板和所述帶狀電解質(zhì)聚合物之間的第二粘合度的狀態(tài)下，從所述帶狀電解質(zhì)聚合物剝離所述第一背板。根據(jù)該制造方法，通過(guò)使用第一背板和第二背板，在輸送期間帶狀電解質(zhì)聚合物和帶狀增強(qiáng)部件能夠受到保護(hù)。此外，第一背板從帶狀電解質(zhì)聚合物的剝離變得容易，并且伴隨剝離的輸送故障的發(fā)生能夠受到抑制。
[0006]步驟(c)可以包括使得在第二背板和第一帶狀增強(qiáng)部件之間的第一粘合度高于在第一背板和帶狀電解質(zhì)聚合物之間的第二粘合度的步驟，其中通過(guò)經(jīng)由第一背板和第二背板熱壓結(jié)合帶狀電解質(zhì)聚合物和第一帶狀增強(qiáng)部件，形成帶狀電解質(zhì)聚合物的第一電解質(zhì)聚合物被含浸在第一帶狀增強(qiáng)部件內(nèi)部并且使第一電解質(zhì)聚合物到達(dá)在第二背板和第一帶狀增強(qiáng)部件之間的界面，從而第一電解質(zhì)聚合物功能用作第二電解質(zhì)聚合物。即，第一電解質(zhì)聚合物可以是第二電解質(zhì)聚合物。根據(jù)該制造方法，由于結(jié)合帶狀電解質(zhì)聚合物和第一帶狀增強(qiáng)部件的熱壓結(jié)合步驟，在第一帶狀增強(qiáng)部件和第二背板之間的第一粘合度能夠增加，因此，能夠方便此后執(zhí)行的第一背板從帶狀電解質(zhì)聚合物的剝離。
[0007]該制造方法可以進(jìn)一步包括(d)步驟:在第一背板被剝離的帶狀電解質(zhì)聚合物的表面上布置并且熱壓結(jié)合第二帶狀增強(qiáng)部件。根據(jù)該制造方法，能夠獲得在帶狀電解質(zhì)聚合物的兩個(gè)表面上引入帶狀增強(qiáng)部件的增強(qiáng)電解質(zhì)膜。
[0008]在上述步驟(c)之前，在第一帶狀增強(qiáng)部件和第二背板之間的第一粘合度可以低于在帶狀電解質(zhì)聚合物和第一背板之間的第二粘合度。根據(jù)該制造方法，當(dāng)?shù)诙嘲灞徊贾迷诘谝粠钤鰪?qiáng)部件的表面上時(shí)，無(wú)需將其間的粘合度設(shè)定為是高的，因此，第二背板能夠被容易地布置于第一帶狀增強(qiáng)部件。
[0009]在上述步驟(a)之前，將所述第一帶狀增強(qiáng)部件布置在用于輸送的第三背板的表面上，所述第三背板具有比上述步驟(c)中的熱壓結(jié)合溫度低的耐熱溫度，上述步驟(a)可以包括如下步驟:用具有比上述步驟(c)中的熱壓結(jié)合溫度高的耐熱溫度的所述第二背板交換用于輸送的所述第三背板。根據(jù)該制造方法，作為在于帶狀電解質(zhì)聚合物的表面上布置第一帶狀增強(qiáng)部件之前使用的第二背板，能夠使用具有較低的耐熱性的材料。因此，關(guān)于在于帶狀電解質(zhì)聚合物的表面上布置第一帶狀增強(qiáng)部件之前使用的第二背板，能夠聚焦于到第一帶狀增強(qiáng)部件的粘合度地選擇材料。
[0010]因?yàn)橥ㄟ^(guò)在第一帶狀增強(qiáng)部件和第二背板之間預(yù)先布置包含第三電解質(zhì)聚合物的中間層，在上述步驟(b)之前，將在第二背板和第一帶狀增強(qiáng)部件之間的第一粘合度預(yù)先設(shè)定為比在第一背板和帶狀電解質(zhì)聚合物之間的第二粘合度高，所以上述步驟(b)可以包括壓接帶狀電解質(zhì)聚合物和第一帶狀增強(qiáng)部件，使得在帶狀電解質(zhì)聚合物和第一帶狀增強(qiáng)部件之間的第三粘合度高于在第一背板和帶狀電解質(zhì)聚合物之間的第二粘合度的步驟。在這里，第三電解質(zhì)聚合物用作第二電解質(zhì)聚合物。即，第三電解質(zhì)聚合物可以是第二電解質(zhì)聚合物。根據(jù)該制造方法，即使在帶狀電解質(zhì)聚合物和第一帶狀增強(qiáng)部件被形成為一體之前，第一背板仍然能夠易于從帶狀電解質(zhì)聚合物剝離。此外，能夠使得在帶狀電解質(zhì)聚合物和第一帶狀增強(qiáng)部件被形成為一體之后增強(qiáng)電解質(zhì)膜的表面性質(zhì)是優(yōu)良的。
[0011]上述制造方法可以進(jìn)一步包括步驟(e):在第一背板被剝離的帶狀電解質(zhì)聚合物的表面上布置第二帶狀增強(qiáng)部件，并且熱壓結(jié)合帶狀電解質(zhì)聚合物和第一帶狀增強(qiáng)部件和第二帶狀增強(qiáng)部件。根據(jù)該制造方法，能夠獲得第一帶狀增強(qiáng)部件和第二帶狀增強(qiáng)部件被壓接在其兩個(gè)表面上的增強(qiáng)電解質(zhì)膜。
[0012]本發(fā)明的第二方面涉及一種制造增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造設(shè)備，所述增強(qiáng)電解質(zhì)膜被用在燃料電池中，并且所述增強(qiáng)電解質(zhì)膜具有布置在其內(nèi)部的增強(qiáng)部件。該制造設(shè)備包括:輸送部，所述輸送部將帶狀電解質(zhì)聚合物在布置在第一背板的表面上的狀態(tài)下在作為輸送方向的所述帶狀電解質(zhì)聚合物的縱向方向上輸送，其中所述帶狀電解質(zhì)聚合物是第一電解質(zhì)聚合物的帶狀體；增強(qiáng)部件布置部，所述增強(qiáng)部件布置部將第一帶狀增強(qiáng)部件在布置在第二背板的表面上的狀態(tài)下在所述輸送方向上輸送，并且將所述第一帶狀增強(qiáng)部件布置在所述帶狀電解質(zhì)聚合物的表面上，其中所述第一帶狀增強(qiáng)部件是增強(qiáng)部件的帶狀體；和背板剝離部，所述背板剝離部被布置在所述增強(qiáng)部件布置部的后段中，并且在利用存在于第二背板和第一帶狀增強(qiáng)部件之間的第二電解質(zhì)聚合物使得所述第二背板和所述第一帶狀增強(qiáng)部件之間的第一粘合度高于所述第一背板和所述帶狀電解質(zhì)聚合物之間的第二粘合度的狀態(tài)下，所述背板剝離部從所述帶狀電解質(zhì)聚合物剝離所述第一背板。
[0013]上述多個(gè)構(gòu)成元件并不是必要地不可缺少的，并且為了解決部分或者全部的問題，或者，為了實(shí)現(xiàn)部分或者全部的在本說(shuō)明書中描述的效果，在該多個(gè)構(gòu)成元件中的構(gòu)成元件的一部分能夠被更改、去除、與新的其它構(gòu)成元件交換，并且有限內(nèi)容的局部去除能夠執(zhí)行。此外，為了解決部分或者全部的上述問題，或者，為了實(shí)現(xiàn)部分或者全部的在本說(shuō)明書中描述的效果，能夠組合部分或者全部的上述技術(shù)特征和部分或者全部的在上述本發(fā)明的另一個(gè)方面中包括的技術(shù)特征。
[0014]還能夠以除了用于增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造方法之外的各種模式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。例如，本發(fā)明能夠以制造增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造設(shè)備、根據(jù)上述制造方法和制造設(shè)備制造的增強(qiáng)電解質(zhì)膜、用于實(shí)現(xiàn)制造方法和制造設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序和記錄計(jì)算機(jī)程序的非暫時(shí)性記錄介質(zhì)的模式實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]將在下面參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，其中類似的數(shù)字表示類似的元件，并且其中:
[0016]圖1是示出作為第一實(shí)施例的制造增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)的概略視圖；
[0017]圖2是示出由處理部執(zhí)行的步驟的過(guò)程的過(guò)程圖表；
[0018]圖3是示出在第一粘著部中的步驟的概略視圖；
[0019]圖4是示出在第一熱壓結(jié)合部和第一剝離部中的步驟的概略視圖；
[0020]圖5是示出在第二粘著部、第二熱壓結(jié)合部和第二剝離部中的步驟的概略視圖；
[0021]圖6是示出在水解處理部中的步驟的概略視圖；
[0022]圖7是示出總結(jié)增強(qiáng)電解質(zhì)膜的樣本的性能評(píng)價(jià)測(cè)試的結(jié)果的表格的解釋性視圖；
[0023]圖8是示出在制造設(shè)備的步驟期間在各部件之間的粘合度的90°剝離測(cè)試的測(cè)量結(jié)果的解釋性視圖；
[0024]圖9是用于描述90°剝離測(cè)試的方法的概略視圖；
[0025]圖10是示出根據(jù)第二實(shí)施例的制造增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)的概略圖表;
[0026]圖11是示出根據(jù)第二實(shí)施例的制造增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)的概略視圖；
[0027]圖12是示出由第二實(shí)施例的處理部執(zhí)行的步驟的過(guò)程的過(guò)程圖表；
[0028]圖13是示出在第一粘著部和第一剝離部中的步驟的內(nèi)容的概略視圖；
[0029]圖14是示出在第二粘著部、第一熱壓結(jié)合部和第二剝離部中的步驟的內(nèi)容的概略視圖；
[0030]圖15是示出在第三粘著部和第三剝離部中的步驟的內(nèi)容的概略視圖；
[0031]圖16是示出在第四粘著部、第二熱壓結(jié)合部和第四剝離部中的步驟的內(nèi)容的概略視圖；
[0032]圖17是示出在第一剝離部中剝離用于輸送的背板之前通過(guò)在各部件之間的粘合度的90°剝離測(cè)試測(cè)量的的結(jié)果的解釋性圖表；
[0033]圖18是示出作為第三實(shí)施例的制造增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)的概略視圖；
[0034]圖19是示出在第三實(shí)施例的處理部中執(zhí)行的步驟的過(guò)程的過(guò)程圖表；
[0035]圖20是示出在第一粘著部和第一剝離部中的步驟的內(nèi)容的概略視圖；
[0036]圖21是示出在第二粘著部中的步驟的內(nèi)容的概略視圖；并且
[0037]圖22是示出在熱壓結(jié)合部和第二剝離部中的步驟的內(nèi)容的概略視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]A.第一實(shí)施例:圖1是示出作為本發(fā)明第一實(shí)施例的制造增強(qiáng)電解質(zhì)膜的制造設(shè)備100的結(jié)構(gòu)的概略圖表。制造設(shè)備100通過(guò)連續(xù)地輸送帶狀部件制造增強(qiáng)電解質(zhì)膜，在增強(qiáng)電解質(zhì)膜的內(nèi)部結(jié)合多孔增強(qiáng)部件。制造設(shè)備100包括電解質(zhì)聚合物供應(yīng)部10、第一增強(qiáng)膜供應(yīng)部20、第二增強(qiáng)膜供應(yīng)部21、處理部30和水解處理部40。
[0039]電解質(zhì)聚合物供應(yīng)部10向處理部30供應(yīng)被布置到背板lb的帶狀電解質(zhì)聚合物1。更加具體地，電解質(zhì)聚合物供應(yīng)部10利用輸送輥(省略了在圖中示出)向處理部30輸送在被布置到背板lb的狀態(tài)下纏繞成卷的帶狀電解質(zhì)聚合物1。電解質(zhì)聚合物供應(yīng)部10可以被構(gòu)造成使得分別纏繞成卷的帶狀電解質(zhì)聚合物1和背板lb在相互粘著之后被輸送到處理部30。
[0040]帶狀電解質(zhì)聚合物1是在通過(guò)在帶中的水解處理被賦予質(zhì)子傳導(dǎo)性之前通過(guò)模制電解質(zhì)聚合物形成的部件。電解質(zhì)聚合物是為燃料電池形成電解質(zhì)膜的氟化離子交換樹月旨，并且由全氟磺酸基聚合物諸如Naf1n(注冊(cè)商標(biāo))形成。帶狀電解質(zhì)聚合物1的厚度例如優(yōu)選地大約5到15 μ m并且更加優(yōu)選地大約5到10 μπι。當(dāng)帶狀電解質(zhì)聚合物1的厚度在該范圍內(nèi)時(shí)，能夠在燃料電池中確保充分的質(zhì)子傳導(dǎo)性。
[0041]帶狀電解質(zhì)聚合物1的背板lb理想地具有能夠抑制帶狀電解質(zhì)聚合物1由于輸送而受到損壞和劣化的程度的厚度和剛度。此外，背板lb優(yōu)選地具有能夠在處理部30中承受熱壓結(jié)合步驟(以下描述)的程度的耐熱性。具體地，背板lb的最大連續(xù)操作溫度優(yōu)選地高于230°C。此外，背板lb的表面可以是相對(duì)粗糙的，并且其表面粗糙度(Ra)可以是大約 400 到 2000nm。
[0042]在本實(shí)施例中，背板lb是由以下聚四氟乙烯(PTFE)形成的。
[0043]<