[发明专利]燃料电池膜电极组件的制造方法及燃料电池膜电极组件的制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及构成固体高分子型燃料电池的膜电极组件的制造方法及其制造装置。

背景技术

以往的固体高分子型燃料电池形成如下结构：具有由两个电极（氧化极和还原极）夹持固体高分子电解质膜并进行接合而得到的膜电极组件，同时利用气体扩散层夹持该膜电极组件。而且，具有通过在阳极和阴极流动氢和氧，从而引起电化学反应并进行发电的体系。燃料电池与以往的发电装置不同，在发电状态下仅产生水，而不产生近年来成为问题的二氧化碳等环境负荷气体，因而作为一种绿色发电装置受到期待。

作为膜电极组件的制作方法，已提出各种方法。例如，以下的专利文献1公开了这样一种方法：使负载有催化剂的导电性粒子和具有离子导电性的高分子分散在有机溶剂中，得到燃料电池用电极催化剂油墨，将该油墨涂布在转印基材上以形成电极催化剂层，将形成的电极催化剂层剪裁成规定形状后，使其夹持在固体高分子电解质膜中，并通过热压、层压等进行热压接。

另外，以下的专利文献2还公开了这样一种方法：将燃料电池用电极催化剂油墨以规定形状涂布在转印基材上，然后以将带有该电极催化剂层的转印薄片夹持在固体高分子电解质膜中的方式进行配置，通过热压、层压等进行热压接，并剪裁成规定形状的膜电极组件。

另外，以下的专利文献3还公开了这样一种方法：将燃料电池用电极催化剂油墨涂布在转印基材上，然后通过将电极形状加工成凸部的冲压或层压，从而转印成规定形状。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-196070号公报

专利文献2：日本特开2006-185762号公报

专利文献3：日本特开2009-37916号公报

发明内容

但是，当使用以下方法作为膜电极组件的制作方法时，催化剂层的对位需要时间，并有可能产生错位，所述方法为，使负载有催化剂的导电性粒子和固体高分子电解质膜片分散在有机溶剂中，得到燃料电池用电极催化剂油墨，将该油墨涂布在转印基材上，形成电极催化剂层，将形成的电极催化剂层剪裁成规定形状后，使其夹持在固体高分子电解质膜中，通过热压、层压等进行热压接。

另外，当使用下述方法时，同样有可能引起错位，所述方法为，将燃料电池用电极催化剂油墨以规定形状涂布在转印基材上，然后以带有该电极催化剂层的转印薄片夹持在固体高分子电解质膜片中的方式进行配置，通过热压、层压等进行热压接，并剪裁成规定形状的膜电极组件。

另外，当使用将燃料电池用电极催化剂油墨涂布在转印基材上，然后通过将电极形状加工成凸部的冲压或层压，从而将规定形状转印在固体高分子电解质膜片的两个面上的方法时，虽然降低错位的可能性，提高生产节拍，但是存在边缘形状、固体高分子电解质膜起皱的问题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供固体高分子电解质膜不起皱，且对置的电极催化剂层不发生错位的燃料电池膜电极组件的制造方法及燃料电池膜电极组件的制造装置。

为了解决上述问题，本发明采用以下手段。

一种燃料电池膜电极组件的制造方法，所述制造方法是以夹持固体高分子电解质膜的方式配置一对涂布有电极催化剂层的基材，并利用一对层压辊（laminater roll）从所述基材外侧施加热压力，从而在所述固体高分子电解质膜的两个面上热转印所述电极催化剂层，所述一对层压辊中的至少一方使用在表面形成有凸部的层压辊，所述凸部的形状与转印到所述固体高分子电解质膜侧的电极催化剂层相同。通过使用该层压辊，能够将一对电极催化剂层准确地热转印到固体高分子电解质膜，而不会发生错位。

另外，在所述一对基材的外侧还配置有保护膜，利用所述层压辊从该保护膜的外侧施加热压力，从而在所述固体高分子电解质膜的两个面上热转印所述电极催化剂层。由此，在固体高分子电解质膜上不会起皱，并且气泡等不会进入到电极催化剂层和固体高分子电解质膜之间。

一般由于涂布有电极催化剂层的基材与固体高分子电解质膜的热膨胀率不同，所以，例如在常温附近将电极催化剂层和固体高分子电解质膜进行对位，然后进行热转印时，则固体高分子电解质膜有可能起皱。另外，即使在例如为了提高膜电极组件的性能而提高电极催化剂层的多孔度等的情况下，也由于需要提高固体高分子膜和电极催化剂层的接合性，所以需要在热转印前施加预热。

如果在从涂布有电极催化剂层的基材贴合到固体高分子电解质膜上之后，并且在剥离保护膜、基材之前，进行热层压，则能够进一步提高膜电极组件的性能。