[發明專利]膜-催化劑接合體的制造方法及制造裝置

在審

• 申請號: 201980041812.1
• 申請日: 2019-07-17
• 公開（公告）號: CN112368869A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 坂下龍太;新宅有太;出原大輔;箕浦潔;阿部五月
• 申請（專利權）人: 東麗株式會社
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M4/88;H01M8/1023
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 馬妮楠;段承恩

本發明以提供在制造高分子電解質膜與催化劑層接合了的膜?催化劑接合體時，能夠以高生產性實現兼有熱壓接條件的緩和、和催化劑層與電解質膜的密合性提高的制造方法作為課題，并以下述膜?催化劑接合體的制造方法作為宗旨，所述膜?催化劑接合體的制造方法是制造催化劑層接合于電解質膜的膜?催化劑接合體的方法，其具有下述工序：液體施與工序，向接合前的催化劑層的表面施與液體；以及熱壓接工序，將施與了液體的催化劑層與電解質膜通過熱壓接進行接合。

技術領域

本發明涉及固體高分子形燃料電池等電化學裝置所利用的、高分子電解質膜與催化劑層接合了的構件、即膜-催化劑接合體的制造方法以及制造裝置。

背景技術

燃料電池是通過將氫、甲醇等燃料進行電化學氧化而獲得電能的一種發電裝置，近年來，作為清潔的能量供給源而受到關注。其中固體高分子形燃料電池由于標準的工作溫度低至100℃左右，并且，能量密度高，因此期待作為較小規模的分散型發電設施、汽車、船舶等移動體的發電裝置而廣泛應用。高分子電解質膜(以下，有時簡稱為“電解質膜”)為固體高分子形燃料電池的關鍵材料，近年來也進一步對向固體高分子電解質膜型水電解裝置、電化學式氫泵這樣的氫氣基礎設施相關設備的應用進行了研究。

在將高分子電解質膜應用于這樣的電化學設備時，利用將電解質膜與催化劑層接合了的構件。作為這樣的構件的例子，在電解質膜的表面形成了催化劑層的帶有催化劑層的電解質膜是代表。

作為帶有催化劑層的電解質膜的制造方法，已知例如以下方法。首先，使用脫模性優異的聚四氟乙烯(PTFE)等的片作為臨時基材，在該片的表面涂布催化劑溶液。進而，使被涂布的催化劑溶液中的溶劑蒸發而形成干燥了的催化劑層。進一步，將該干燥了的催化劑層與電解質膜使用面壓機、輥壓機進行熱壓接而將催化劑層轉印于高分子電解質膜。最后從轉印于高分子電解質膜的催化劑層剝離臨時基材。采用這樣地暫時使催化劑層為干燥狀態后轉印于電解質膜的方法是因為，如果催化劑溶液中的溶劑附著于電解質膜則電解質膜溶脹而產生褶皺，形狀崩潰。

然而在將處于干燥狀態的催化劑層與電解質膜熱壓接的情況下，如果不施加長時間高溫高壓的壓制則可能催化劑層與電解質膜的密合性變得不充分。另一方面，如果為了使催化劑層與電解質膜的密合性提高而給予苛刻的熱壓接條件，則可能催化劑層壓縮變形從而氣體擴散性降低，得不到良好的發電性能，或可能發生由熱應力引起的對電解質膜的損傷而耐久性降低。另一方面，如果為了減少對催化劑層、電解質膜的損傷而僅僅單純地使壓制的溫度和壓力低，則需要對應地延長壓制時間，因此生產性大幅降低。

因此，為了在緩和熱壓接條件的同時實現電解質膜與催化劑層的良好的密合性而提出了各種技術。提出了例如如專利文獻1那樣，在使催化劑溶液半干燥而使溶劑成分略微殘留于催化劑層的狀態下與電解質膜接合的方法；如專利文獻2那樣，在干燥了的催化劑層的表面涂布包含具有質子傳導性的粘合劑樹脂的溶液，在溶液完全干燥前使其與電解質膜接合的方法。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第4240272號說明書

專利文獻2：日本特開2013-69535號公報

發明內容

發明所要解決的課題