膜電極接合體的制造方法及制造裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及膜電極接合體的制造方法及制造裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為燃料電池，已知有固體高分子型燃料電池。固體高分子型燃料電池具有在固體高分子電解質(zhì)膜的兩面形成有催化劑層的膜電極接合體(MEA:Membrane ElectrodeAssembly)作為其結(jié)構(gòu)。
[0003]為了通過卷筒料處理(web handing)來制造膜電極接合體，首先，在對從卷筒卷出的固體高分子電解質(zhì)膜的一面接合了第一催化劑層之后，將固體高分子電解質(zhì)膜的支撐基材和第一催化劑層的支撐基材剝離。然后，在固體高分子電解質(zhì)膜的另一面上接合第二催化劑層。在專利文獻I中公開了一種膜電極接合體的制造方法。
[0004]專利文獻I:日本特開2010-182563號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]在膜電極接合體的上述的以往的制造方法中，通過剝離固體高分子電解質(zhì)膜的支撐基材和第一催化劑層的支撐基材而部件成為了僅固體高分子電解質(zhì)膜及第一催化劑層的狀態(tài)時，由于熱量而固體高分子電解質(zhì)膜收縮，由此存在產(chǎn)生拉伸應(yīng)力而固體高分子電解質(zhì)膜彎曲的情況。當要對這樣彎曲的狀態(tài)的固體高分子電解質(zhì)膜接合第二催化劑層時，存在無法正常地接合而導致制造出的膜電極接合體的品質(zhì)的下降的情況。
[0006]本發(fā)明鑒于上述情況而作出。其課題在于提供一種用于制造高品質(zhì)的膜電極接合體的技術(shù)。
[0007]本發(fā)明的膜電極接合體的制造方法包括:送出工序，送出在電解質(zhì)膜支撐基材片上形成有電解質(zhì)膜的電解質(zhì)膜片、在第一催化劑層支撐基材片上形成有第一催化劑層的第一催化劑層片和在第二催化劑層支撐基材片上形成有第二催化劑層的第二催化劑層片;第一接合工序，在上述電解質(zhì)膜中的未形成上述電解質(zhì)膜支撐基材片的面上接合上述第一催化劑層片中的上述第一催化劑層;第一剝離工序，將上述第一催化劑層支撐基材片從上述第一催化劑層剝離;第二剝離工序，將上述電解質(zhì)膜支撐基材片從上述電解質(zhì)膜剝離;及第二接合工序，在上述電解質(zhì)膜中的被剝離了上述電解質(zhì)膜支撐基材片的面上接合上述第二催化劑層片中的上述第二催化劑層，上述膜電極接合體的制造方法還包括如下的預備工序:在上述電解質(zhì)膜中的、比通過上述第一接合工序進行的上述第一催化劑層的接合的開始部分先被送出的部分，接合上述第二催化劑層支撐基材片或形成在上述第二催化劑層支撐基材片上的上述第二催化劑層。
[0008]本發(fā)明的膜電極接合體的制造裝置包括:電解質(zhì)膜片送出部，送出在電解質(zhì)膜支撐基材片上形成有電解質(zhì)膜的電解質(zhì)膜片;第一催化劑層片送出部，送出在第一催化劑層支撐基材片上形成有第一催化劑層的第一催化劑層片；第二催化劑層片送出部，送出在第二催化劑層支撐基材片上形成有第二催化劑層的第二催化劑層片；第一接合部，在上述電解質(zhì)膜中的未形成上述電解質(zhì)膜支撐基材片的面上接合上述第一催化劑層片中的上述第一催化劑層;第一剝離部，將上述第一催化劑層支撐基材片從上述第一催化劑層剝離;第二剝離部，將上述電解質(zhì)膜支撐基材片從上述電解質(zhì)膜剝離;及第二接合部，在上述電解質(zhì)膜中的被剝離了上述電解質(zhì)膜支撐基材片的面上接合上述第二催化劑層片中的上述第二催化劑層，作為預備處理，上述第二接合部能夠在上述電解質(zhì)膜中的、比通過上述第一接合部進行的上述第一催化劑層的接合的開始部分先被送出的部分，接合上述第二催化劑層支撐基材片或形成在上述第二催化劑層支撐基材片上的上述第二催化劑層。
[0009]發(fā)明效果
[0010]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種用于制造高品質(zhì)的膜電極接合體的技術(shù)。
【附圖說明】
[0011]圖1是表示一實施方式的膜電極接合體的制造裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。
[0012]圖2是用于說明一實施方式的膜電極接合體的制造方法的預備工序的圖。
[0013]圖3是用于說明一實施方式的膜電極接合體的制造方法的預備工序的圖。
【具體實施方式】
[0014]以下，關(guān)于本發(fā)明的實施方式，參照附圖進行詳細說明。但是，沒有將發(fā)明的范圍限定于此。
[0015][制造裝置的結(jié)構(gòu)]
[0016]參照圖1，說明用于通過卷筒料處理來制造膜電極接合體的一實施方式的制造裝置的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，制造裝置I具備電解質(zhì)膜片送出部10、第一催化劑層片送出部20、第一接合部30、第一剝離部40、第二剝離部50、第二催化劑層片送出部60、第二接合部70及卷繞部80。而且，在圖1中示出關(guān)于在制造裝置I內(nèi)搬運的部件的搬運位置A到I的剖視圖。上述的剖視圖是與部件的搬運方向垂直地相交的面的剖視圖。關(guān)于后文說明的其他圖所示的剖視圖也同樣。
[0017]電解質(zhì)膜片送出部10保持呈卷筒狀地卷繞的帶狀的電解質(zhì)膜片M10，將該電解質(zhì)膜片MlO送出(卷出)。電解質(zhì)膜片MlO是在帶狀的電解質(zhì)膜支撐基材片Mll的一面上形成有電解質(zhì)膜M12的片。電解質(zhì)膜M12使用在濕潤狀態(tài)下表現(xiàn)出良好的質(zhì)子傳導性的固體高分子電解質(zhì)材料。作為固體高分子電解質(zhì)材料，可以使用例如具備全氟化碳磺酸的氟系樹脂(例如，全氟磺酸、杜邦公司制)等。作為電解質(zhì)膜支撐基材片Mll，可使用例如PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)等聚酯系、聚苯乙烯等高分子薄膜。
[0018]第一催化劑層片送出部20保持呈卷筒狀地卷繞的帶狀的第一催化劑層片M20，將該第一催化劑層片M20送出。第一催化劑層片M20是在帶狀的第一催化劑層支撐基材片M21的一面上形成有第一催化劑層M22的片。第一催化劑層M22在本實施方式中設(shè)為陽極催化劑層。例如，第一催化劑層M22作為用于促進發(fā)電反應(yīng)的催化劑，可以使用具備載持有鉑或鉑合金的碳粒子和電解質(zhì)的催化劑層材料來形成。作為第一催化劑層支撐基材片M21，可使用例如PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)等聚酯系、聚苯乙烯等高分子薄膜。
[0019]第一接合部30具備接合輥31、32。第一接合部30以將從電解質(zhì)膜片送出部10送出的電解質(zhì)膜片MlO和從第一催化劑層片送出部20送出的第一催化劑層片M20利用旋轉(zhuǎn)的接合輥31、32的夾緊部夾入的方式進行搬運。此時，在接合輥31、32的夾緊部，使第一催化劑層片M20的第一催化劑層M22中的未形成第一催化劑層支撐基材片M21的面與電解質(zhì)膜片MlO的電解質(zhì)膜M12中的未形成電解質(zhì)膜支撐基材片Mll的面重合，由此將第一催化劑層M22與電解質(zhì)膜Ml 2接合。
[0020]第一剝離部40具備卷繞部41及剝離輥42。第一剝離部40從以接合于電解質(zhì)膜M12的狀態(tài)從第一接合部30搬運來的第一催化劑層M22將第一催化劑層支撐基材片M21剝離并卷繞。具體而言，在第一剝離部40，通過剝離輥42從第一催化劑層M22將第一催化劑層支撐基材片M21剝離，剝離后的第一催化劑層支撐基材片M21由卷繞部41卷繞。
[0021]第二剝離部50具備卷繞部51及剝離輥52。第二剝離部50從以接合于第一催化劑層M22的狀態(tài)從第一剝離部40搬運來的電解質(zhì)膜M12將電解質(zhì)膜支撐基材片Mll剝離并卷繞。具體而言，在第二剝離部50，通過剝離輥52從電解質(zhì)膜M12將電解質(zhì)膜支撐基材片Mll剝離，剝離后的電解質(zhì)膜支撐基材片Mll由卷繞部51卷繞。
[0022]第二催化劑層片送出部60保持呈卷筒狀卷繞的帶狀的第二催化劑層片M60，將該第二催化劑層片M60送出。第二催化劑層片M60是在帶狀的第二催化劑層支撐基材片M61的一面上形成有第二催化劑層M62的片。第二催化劑層M62在本實施方式中設(shè)為陰極催化劑層。第二催化劑層M62由以一定間隔間歇性地形成的多個催化劑層形成。第二催化劑層支撐基材片M61使用例如PET、PEN等聚酯系、聚苯乙烯等高分子薄膜。
[0023]另外，在本實施方式中，將第一催化劑層M22設(shè)為陽極催化劑層，將第二催化劑層M62設(shè)為陰極催化劑層，但沒有限定于此。可以將第一催化劑層M22設(shè)為陰極催化劑層，將第二催化劑層M62設(shè)為陽極催化劑層。
[0024]第二接合部70具備接合輥71、72。第二接合部70以將從第二剝離部50搬運來的電解質(zhì)膜M12及第一催化劑層M22和從第二催化劑層片送出部60送出的第二催化劑層片M60通過旋轉(zhuǎn)的接合輥71、72的夾緊部夾入的方式進行搬運。此時，在接合輥71、72的夾緊部，通過使第二催化劑層片M60的第二催化劑層M62中的未形成第二催化劑層支撐基材片M61的面與電解質(zhì)膜M12中的剝離了電解質(zhì)膜支撐基材片Mll的面重合，將第二催化劑層M62與電解質(zhì)膜M12接合。其結(jié)果是，形成在電解質(zhì)膜M12接合有第一催化劑層M22和第二催化劑層M62的膜電極接合體M80。此時，在膜電極接合體M80中的第二催化劑層M62保持形成有第二催化劑層支撐基材片M61的狀態(tài)。
[0025]卷繞部80由第二接合部70形成，對搬運來的膜電極接合體M80進行卷繞。這樣，膜電極接合體M80以形成有第二催化劑層支撐基材片M61的狀態(tài)由卷繞部80卷繞。膜電極接合體M80由于非常薄(例如，20微米)，因此容易產(chǎn)生變形(例如彎曲)、損傷。由于在膜電極接合體M80的第二催化劑層M62的面上形成的第二催化劑層支撐基材片M61的存在，能夠抑制例如在膜電極接合體M80彎曲的狀態(tài)下卷繞或在膜電極接合體M80形成折痕及傷痕。
[0026][制造開始的步驟]
[0027]接下來，說明用于通過卷筒料處理來利用制造裝置I開始膜電極接合體M80的制造的包含預備工序的步驟。
[0028]在膜電極接合體M80的上述說明的制造中，從第二剝離部50搬運的部件僅是電解質(zhì)膜M12及第一催化劑層M22，而未設(shè)置支撐基材。因此，在制造裝置I中的從第二剝離部50到第二接合部70之間，存在以下情況:電解質(zhì)膜M12因熱量進行收縮而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，從而電解質(zhì)膜M12彎曲。以下說明的用于開始膜電極接合體M80的制造的包含預備工序的步驟用于防止這樣的彎曲。
[0029]在開始膜電極接合體M80的制造之前的預備工序中，與膜電極接合體M80的前述的制造工序同樣，從電解質(zhì)膜片送出部10送出電解質(zhì)膜片M10。
[0030]而且，在該預備工序中，取代第一催化劑層片M20，從第一催化劑層片送出部20送出預定長度的薄膜，然后，送出第一催化劑層片M20。薄膜由任意原料形成，例如由PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PTFE(聚四氟乙烯)等高分子形成。從第一催化劑層片送出部20送出的薄膜由第一剝離部40卷繞。
[0031 ]而且，在該預備工序中，取代第二催化劑層片M60，從第二催化劑層片送出部60送出預定長度的第二催化劑層支撐基材片M61，然后，送出第二催化劑層片M60。
[0032]參照圖2，說明在預備工序中通過第二接合部70首先進行的接合的處理。如圖2所示，在G