增強型電解質(zhì)膜的制造方法、膜電極接合體及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及增強型電解質(zhì)膜及膜電極接合體。
【背景技術(shù)】
[0002]已知有在電解質(zhì)的兩面具備增強膜的增強型電解質(zhì)膜。增強型電解質(zhì)膜例如通過對于加熱熔融的電解質(zhì)樹脂和從電解質(zhì)樹脂的兩側(cè)供給的多孔質(zhì)的增強膜進行加熱并壓接(熱壓接)來制造(例如，參照專利文獻1)。
[0003]在先技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2008-004344號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2008-277288號公報
[0007]專利文獻3:日本特開2011-146256號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]通常，為了提高增強型電解質(zhì)膜的強度，希望提高增強型電解質(zhì)膜的表面的彈性模量。然而，在使用增強型電解質(zhì)膜來制造膜電極接合體時，關(guān)于在配置于陰極側(cè)的面和配置于陽極側(cè)的面中形成什么彈性模量能夠提高發(fā)電性能的情況，以往，沒有作出任何考慮。因此，要求能夠提高增強型電解質(zhì)膜的強度并提高發(fā)電性能的技術(shù)。此外，在以往的增強型電解質(zhì)膜及膜電極接合體中，希望制造工序的簡易化、成本的下降等。
[0010]用于解決課題的手段
[0011]本發(fā)明為了解決上述的課題的至少一部分而作出，可以作為以下的方式實現(xiàn)。
[0012](1)根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種在電解質(zhì)膜的一側(cè)面具備第一增強膜且在所述電解質(zhì)膜的另一側(cè)面具備第二增強膜的增強型電解質(zhì)膜的制造方法。該增強型電解質(zhì)膜的制造方法包括:(a)—邊加熱一邊將所述第一增強膜和所述第二增強膜向所述電解質(zhì)膜加壓的熱壓接工序。并且，在所述工序(a)中，將所述第二增強膜向所述電解質(zhì)膜熱壓接的次數(shù)少于將所述第一增強膜向所述電解質(zhì)膜熱壓接的次數(shù)。若為這樣的方式的增強型電解質(zhì)膜的制造方法，則將第一增強膜向電解質(zhì)膜熱壓接的次數(shù)可以設(shè)為2次以上，因此與僅進行1次熱壓接相比，能夠提高增強型電解質(zhì)膜的強度。而且，若為上述方式，則將第二增強膜向電解質(zhì)膜熱壓接的次數(shù)少于將第一增強膜向電解質(zhì)膜熱壓接的次數(shù)，因此第二增強膜側(cè)的表面彈性模量低于第一增強膜側(cè)的表面彈性模量。因此，在表面彈性模量低的第二增強膜側(cè)，與第一增強膜側(cè)相比，能夠良好地接合催化劑層。特別是，為了抑制溢流的發(fā)生并提高發(fā)電性能，多是陰極催化劑層含有的離聚物量比陽極催化劑層少。若離聚物量少，則催化劑層的彈性模量升高，因此，與陽極催化劑層相比，陰極催化劑層相對于電解質(zhì)膜的接合性降低。然而，根據(jù)上述方式，能夠?qū)㈥帢O催化劑層配置于表面彈性模量比第一增強膜低的第二增強膜，因此能夠?qū)⑺鼈兞己玫亟雍?。由此，根?jù)上述方式，可制造出能夠?qū)⑤^大地有助于發(fā)電性能的陰極催化劑層良好地接合的增強型電解質(zhì)膜，因此能夠提高采用該增強型電解質(zhì)膜的膜電極接合體的發(fā)電性能。
[0013](2)在上述方式中，可以的是，所述工序(a)包括:(al)向所述電解質(zhì)膜的一側(cè)面熱壓接所述第一增強膜的工序；以及(a2)在所述工序(al)之后，在熱壓接有所述第一增強膜的所述電解質(zhì)膜的另一側(cè)面配置所述第二增強膜，對包括所述第一增強膜、所述電解質(zhì)膜及所述第二增強膜的層疊體進行熱壓接的工序。若是這樣的方式的增強型電解質(zhì)膜的制造方法，則能夠有效地使第二增強膜的熱壓接次數(shù)少于第一增強膜的熱壓接次數(shù)。
[0014](3)根據(jù)本發(fā)明的另一方式，提供一種具備通過上述方式(1)或方式(2)記載的制造方法而制造的增強型電解質(zhì)膜、陽極催化劑層及陰極催化劑層的膜電極接合體的制造方法。該方式的膜電極接合體的制造方法包括:(b)在所述增強型電解質(zhì)膜的熱壓接有所述第一增強膜的一側(cè)形成所述陽極催化劑層，并在所述增強型電解質(zhì)膜的熱壓接有所述第二增強膜的一側(cè)形成所述陰極催化劑層的工序。若是這樣的膜電極接合體的制造方法，則能夠?qū)⑤^大地有助于發(fā)電性能的陰極催化劑層良好地接合于增強型電解質(zhì)膜，因此能夠提高膜電極接合體的發(fā)電性能。
[0015](4)根據(jù)本發(fā)明的又一方式，提供一種膜電極接合體。該膜電極接合體具備:增強型電解質(zhì)膜，具有電解質(zhì)膜、配置于所述電解質(zhì)膜的一側(cè)面的第一增強膜、及配置于所述電解質(zhì)膜的另一側(cè)面的第二增強膜；陽極催化劑層，配置于所述增強型電解質(zhì)膜的配置有所述第一增強膜的一側(cè)的面；以及陰極催化劑層，配置于所述增強型電解質(zhì)膜的配置有所述第二增強膜的一側(cè)的面。并且，所述第二增強膜的表面彈性模量低于所述第一增強膜的表面彈性模量。若是這樣的方式的膜電極接合體，則配置于陰極側(cè)的第二增強膜的表面彈性模量低于配置于陽極側(cè)的第一增強膜的表面彈性模量，因此能夠提高對發(fā)電性能有助率高的陰極側(cè)的催化劑層與增強膜型電解質(zhì)膜的緊貼性。其結(jié)果是，能夠提高膜電極接合體的發(fā)電性能。另一方面，關(guān)于陽極側(cè)的增強膜的表面彈性模量，由于比陰極側(cè)的增強膜的表面彈性模量高，因此能夠整體上確保膜電極接合體的強度且能夠提高膜電極接合體的發(fā)電性會泛。
[0016]本發(fā)明能夠以上述的增強型電解質(zhì)膜的制造方法、膜電極接合體的制造方法、膜電極接合體以外的各種方式實現(xiàn)。例如，能夠以具備增強型電解質(zhì)膜或膜電極接合體的燃料電池、增強型電解質(zhì)膜或膜電極接合體的制造裝置等方式實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0017]圖1是表示作為本發(fā)明的一實施方式的膜電極接合體的圖。
[0018]圖2是表示增強型電解質(zhì)膜的制造方法的流程圖。
[0019]圖3是示意性地表示圖2的步驟S100至S104的情況的說明圖。
[0020 ]圖4是示意性地表示圖2的步驟S106至S108的情況的說明圖。
[0021]圖5是示意性地表示圖2的步驟S110至S112的情況的說明圖。
[0022 ]圖6是示意性地表示圖2的步驟S114至S116的情況的說明圖。
[0023]圖7是不意性地表不圖2的步驟S118的情況的說明圖。
[0024]圖8是表示膜電極接合體的制造方法的流程圖。
[0025]圖9是示意性地表示圖8的膜電極接合體的制造方法的說明圖。
[0026]圖10是表示表面彈性模量的測定結(jié)果的圖。
[0027]圖11是表示電流密度與平均單電池電壓的關(guān)系的圖。
[0028]圖12是表示發(fā)電性能評價后的表面彈性模量的測定結(jié)果的圖。
【具體實施方式】
[0029]A.第一實施方式:
[0030]A1.膜電極接合體的結(jié)構(gòu):
[0031]圖1是表示作為本發(fā)明的一實施方式的膜電極接合體(MembraneElectrodeAssembly ;MEA)50的圖。MEA50具備增強型電解質(zhì)膜10c、陽極催化劑層20、陰極催化劑層30。增強型電解質(zhì)膜10c是電解質(zhì)膜10、配置在電解質(zhì)膜10的一側(cè)面上的第一增強膜11及配置在電解質(zhì)膜10的另一側(cè)面上的第二增強膜12—體化而成的膜。第一增強膜11和第二增強膜12是具有細孔的多孔質(zhì)膜。電解質(zhì)膜10的電解質(zhì)的一部分浸漬于第一增強膜11和第二增強膜12的細孔。在本實施方式中，以第二增強膜12側(cè)的表面的彈性模量小于第一增強膜11側(cè)的表面的彈性模量的方式形成增強型電解質(zhì)膜10c。
[0032]陽極催化劑層20形成在增強型電解質(zhì)膜10c的第一增強膜11側(cè)。陰極催化劑層30形成在增強型電解質(zhì)膜10c的第二增強膜12側(cè)。陽極催化劑層20及陰極催化劑層30具備促進氫與氧的化學反應的催化劑、載持有催化劑的碳粒子、與構(gòu)成電解質(zhì)膜10的結(jié)構(gòu)同種或類似的離聚物。在本實施方式中，為了抑制溢流的發(fā)生，采用含有的離聚物的量比陽極催化劑層20少的催化劑層作為陰極催化劑層30。通常，若含有的離聚物的量少，則相應地該催化劑層的彈性模量變大。由此，在本實施方式中，陰極催化劑層30的彈性模量大于陽極催化劑層20的彈性模量。
[0033]A2.增強型電解質(zhì)膜的制造方法:
[0034]圖2是表示增強型電解質(zhì)膜10c的制造方法的流程圖。圖3是示意性地表示步驟S100