[发明专利]PEFC型燃料电池的电极形成方法和燃料电池

说明书

本发明的课题是向薄且在空气中也变形的电解质膜涂布由电解质溶液、担载了催化剂的碳和水或水和醇系构成的电极墨，制造没有变形的膜电极组件。解决手段是对带有背板的电解质膜的电极墨涂布面的两端赋予增强带，形成第一电极，即使为了形成相反电极而剥离电解质膜的背板，也在电解质膜的两端侧贴附增强带，所以在与加热吸附辊之间存在通气性基材，进行强力吸引，所以即使为了形成第二电极而涂布电极墨，电解质膜也不变形。并且，能够替代增强带在通气性基材的两端侧施加粘结剂，将电解质膜的两端侧的未涂布部分贴合，所以可得到更高的效果。

技术领域

本发明涉及PEFC(Polymer Electrolyte membrane Fuel Cell、聚合物电解质膜燃料电池)型燃料电池的电极形成方法以及采用该方法制造出的燃料电池。

更详细而言，涉及CCM(Catalyst coated membrane、催化剂涂覆膜)式电解质膜和电极形成方法。本发明中的涂布没有特别限定，包括辊涂、模涂、丝网印刷、帘涂、配料、喷墨、施加包含喷涂的雾化(包含纤维化)、施加静电雾化(包含纤维化)等的将粒子、纤维涂布于被涂物的方法，还包含施加微幕。

微幕是以0.3MPa左右的比较低的压力用大角度形状的充气喷嘴等喷涂液体等时，使用成为雾之前的液膜部分将被涂物与喷嘴横动地涂布的方法，在涂面不产生过喷涂粒子。如果穿过被涂物离开距离则变为雾状。

另外，施加雾化(纤维化)是指，在采用喷涂进行粒子化以外，采用以超声波、静电纺丝等的旋转、旋转体的离心力、熔喷方式等来制作粒子、纤维的方法，根据需要借助压缩气体的力(air assist、气体辅助)使液体、熔融体等附着或涂布于对象物的方法。

背景技术

以往，在电解质膜上混合由作为离聚物的一种的电解质溶液和担载于碳粒子、碳纤维上的铂等构成的微粉，作为电极催化剂墨涂布于GDL(Gas diffusion layer、气体扩散层)并压附于电解质膜，和/或涂布于PTFE等脱模膜并转印于电解质膜。所述压附方法和转印方式不存在液体，因此电解质膜与电极之间产生电阻，使燃料电池的性能下降。为了解决该问题，提出了将CCM方式的电极催化剂墨直接涂布于电解质膜的方法。

专利文献1是由本发明人发明的方法，提出了在将辊对辊(Roll to Roll)用的电解质膜开卷并吸附于加热了的吸附鼓和/或吸附带的状态下，采用喷涂等将电极墨层叠涂布使其干燥的方法。通过吸附鼓等的加热来在电解质膜被吸附加热了的状态下采用喷涂等以薄膜层叠，所以喷涂粒子在涂布于电解质膜流平的瞬间溶剂瞬时挥发。因此不会对电解质造成损伤且密合性提高，所以能够将电极与电解质膜的界面电阻降低到极限，所以能够形成理想的CCM。另外，提出了在吸附鼓与电解质之间存在宽度比电解质膜宽的通气性的纸和/或膜来吸引电解质膜，所以使吸附鼓等的多孔体的吸附痕迹不残存地均匀吸引电解质膜面整体。

专利文献2也是由本发明人发明的方法，提出了在辊对辊(Roll to Roll)用的电解质膜的两面贴合作为电极形状的掩模的膜，形成电极形状的凹部，将其开卷用加热了的吸附辊和/或吸附带吸附并且将电极墨层叠涂布来进行卷绕的方法。另外，也提出了向在掩模与电解质膜间形成了的电极形状的凹部填充催化剂微粉形成电极的方法。在该方法中推荐涂布电极墨时经由通气性基材用加热了的吸附鼓等对电解质膜进行吸引并且涂布电极墨。