[發明專利]用于制造燃料電池用聚合物電解質膜的方法

有效

• 申請號: 201080014113.7
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102484260A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 相澤將徒;行天久朗;田尾本昭
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01B1/06;H01B13/00;H01M8/10
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及一種用于制造聚合物電解質膜的方法。

背景技術

專利文獻1公開了一種固體聚合物型燃料電池，所述燃料電池包括在表面上具有多個微細凸部的聚合物電解質膜。所述微細凸部增加了反應面積并提高了催化劑的效率。專利文獻1公開了在聚合物電解質膜的表面上形成微細凸部的壓膜(press-molding)法和澆鑄(casting)法。

在澆鑄法中，將含有聚合物電解質或其前體以及溶劑的電解質溶液澆鑄在表面具有多個微細凹部的模具上。隨后，將固化后的聚合物電解質膜從模具剝離。所獲得的聚合物電解質膜在其表面上具有模具的鏡像結構。

專利文獻2和非專利文獻1公開了用于形成具有多個微細凸部的聚合物電解質的方法。根據這些文獻，將含有聚合物電解質膜的單體和聚合引發劑的電解質溶液澆鑄在由聚氰基丙烯酸甲酯(polycyanomethylacrylate)制成的具有多個微細凹部的模具上。隨后，單體通過照射紫外線來進行聚合，并且將固化后的聚合物電解質膜從模具剝離。

專利文獻3公開了一種用于制造包括具有多個微細凸部的催化劑層的聚合物電解質膜。根據專利文獻3，聚合物電解質膜通過將聚合物電解質水溶液滴在包含催化劑層且其上涂布有聚合物電解質膜的氧化鋁納米孔陣列來進行制造。

專利文獻4公開了一種使用澆鑄法在氟化聚酰亞胺樹脂的表面上形成多個微細凸部的方法，作為用于形成不同于燃料電池用聚合物電解質膜的樹脂膜的方法。根據專利文獻4，在具有多個微細凹部的硅模具的表面上進行親水性處理，并且將含有樹脂單體的溶液澆鑄在硅模具上。隨后，將樹脂單體用熱聚合并且浸入在溫水中。最后，將所獲得的氟化聚酰亞胺樹脂從模具剝離。親水性處理減弱了固化樹脂和硅模具之間的粘附，并且促進了剝離。

[引用列表]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2005-174620

[專利文獻2]日本特開2007-525802

[專利文獻3]日本特開2006-196413

[專利文獻4]日本特開2005-053198

[非專利文獻1]

Zhilian?Zhou?et.al.“Molded，High?surface?Area?Polymer?Electrolyte?Membranes?from?Cured?Liquid?Precursors”，Journal?of?the?American?Chemical?Society，2006，vol.128，pp.12963-12972。

發明內容

[技術問題]

然而，專利文獻2和非專利文獻1中公開的澆鑄法需要多個步驟，包括通過將單體聚合來形成電解質膜的步驟，從而在厚度為30μm以上的聚合物電解質膜的表面上形成多個微細凸部。

專利文獻3中公開的澆鑄法不需要聚合引發劑和紫外線。然而，由于用澆鑄法形成的具有多個微細凸部的聚合物電解質膜太薄，因此需要與其它兩片聚合物電解質膜貼合。

根據專利文獻4，被澆鑄的樹脂單體溶液為親水性，而硅模具為疏水性。因此，樹脂單體溶液和模具之間的粘附性低。當模具的凹部的厚度為3μm以上時，樹脂單體溶液不能充滿凹部。因此，無法形成厚度為3μm以上的微細凸部。

[解決問題的手段]

本發明提供一種用于制造燃料電池用聚合物電解質膜的方法以解決上述問題。本發明的目的在于利用了僅使用聚合物電解質溶液和模具的澆鑄法來提供一種聚合物電解質膜，其表面具有多個高度為3～12μm且縱橫比為0.4～2.0的微細凸部。聚合物電解質膜增加了反應面積并且提高了將質子轉移到陰極催化劑層的效率。這樣提高了由燃料電池產生電力的效率。

具體地，本發明提供一種用于制造聚合物電解質膜的方法，其中，所述聚合物電解質膜的表面具有多個微細凸部的陣列，所述微細凸部的高度為3μm以上12μm以下，且縱橫比為0.4以上2.0以下，

所述方法包括步驟(A)～(E)，

(A)制備模具，所述模具的表面具有多個微細凹部的陣列，其中，

每一個所述微細凹部具備底面和側壁，

每一個所述底面和所述側壁為親水性，

每一個所述側壁為光滑，

每一個所述凹部的深度為3μm以上12μm以下，且縱橫比為0.4以上2.0以下；

(B)將親水性聚合物電解質溶液供給至所述模具的表面；

(C)將所述親水性聚合物電解質溶液固化以形成聚合物電解質膜；