[发明专利]膜-催化剂接合体的制造方法及制造装置

说明书

本发明以提供在制造高分子电解质膜与催化剂层接合了的膜‑催化剂接合体时，能够以高生产性实现兼有热压接条件的缓和、和催化剂层与电解质膜的密合性提高的制造方法作为课题，并以下述膜‑催化剂接合体的制造方法作为宗旨，所述膜‑催化剂接合体的制造方法是制造催化剂层接合于电解质膜的膜‑催化剂接合体的方法，其具有下述工序：液体施与工序，向接合前的催化剂层的表面施与液体；以及热压接工序，将施与了液体的催化剂层与电解质膜通过热压接进行接合。

技术领域

本发明涉及固体高分子形燃料电池等电化学装置所利用的、高分子电解质膜与催化剂层接合了的构件、即膜-催化剂接合体的制造方法以及制造装置。

背景技术

燃料电池是通过将氢、甲醇等燃料进行电化学氧化而获得电能的一种发电装置，近年来，作为清洁的能量供给源而受到关注。其中固体高分子形燃料电池由于标准的工作温度低至100℃左右，并且，能量密度高，因此期待作为较小规模的分散型发电设施、汽车、船舶等移动体的发电装置而广泛应用。高分子电解质膜(以下，有时简称为“电解质膜”)为固体高分子形燃料电池的关键材料，近年来也进一步对向固体高分子电解质膜型水电解装置、电化学式氢泵这样的氢气基础设施相关设备的应用进行了研究。

在将高分子电解质膜应用于这样的电化学设备时，利用将电解质膜与催化剂层接合了的构件。作为这样的构件的例子，在电解质膜的表面形成了催化剂层的带有催化剂层的电解质膜是代表。

作为带有催化剂层的电解质膜的制造方法，已知例如以下方法。首先，使用脱模性优异的聚四氟乙烯(PTFE)等的片作为临时基材，在该片的表面涂布催化剂溶液。进而，使被涂布的催化剂溶液中的溶剂蒸发而形成干燥了的催化剂层。进一步，将该干燥了的催化剂层与电解质膜使用面压机、辊压机进行热压接而将催化剂层转印于高分子电解质膜。最后从转印于高分子电解质膜的催化剂层剥离临时基材。采用这样地暂时使催化剂层为干燥状态后转印于电解质膜的方法是因为，如果催化剂溶液中的溶剂附着于电解质膜则电解质膜溶胀而产生褶皱，形状崩溃。

然而在将处于干燥状态的催化剂层与电解质膜热压接的情况下，如果不施加长时间高温高压的压制则可能催化剂层与电解质膜的密合性变得不充分。另一方面，如果为了使催化剂层与电解质膜的密合性提高而给予苛刻的热压接条件，则可能催化剂层压缩变形从而气体扩散性降低，得不到良好的发电性能，或可能发生由热应力引起的对电解质膜的损伤而耐久性降低。另一方面，如果为了减少对催化剂层、电解质膜的损伤而仅仅单纯地使压制的温度和压力低，则需要对应地延长压制时间，因此生产性大幅降低。

因此，为了在缓和热压接条件的同时实现电解质膜与催化剂层的良好的密合性而提出了各种技术。提出了例如如专利文献1那样，在使催化剂溶液半干燥而使溶剂成分略微残留于催化剂层的状态下与电解质膜接合的方法；如专利文献2那样，在干燥了的催化剂层的表面涂布包含具有质子传导性的粘合剂树脂的溶液，在溶液完全干燥前使其与电解质膜接合的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4240272号说明书

专利文献2：日本特开2013-69535号公报

发明内容

发明所要解决的课题