JP2015095349A - Method for manufacturing electrolyte membrane structure - Google Patents
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Abstract
【課題】電解質膜の製造不良を低減することについて改善の余地があること。【解決手段】2枚の電解質単膜20それぞれの所定面から補強膜30を含浸させ、中間含浸膜40を作製する。中間含浸膜40同士を所定面で貼り合わせて、含浸膜50を形成する。所定面とは、補強膜30を含浸させた面のことである。【選択図】図2There is room for improvement in reducing manufacturing defects of electrolyte membranes. A reinforcing membrane is impregnated from a predetermined surface of each of two electrolyte single membranes to produce an intermediate impregnation membrane. The intermediate impregnation films 40 are bonded to each other on a predetermined surface to form the impregnation film 50. The predetermined surface is a surface impregnated with the reinforcing film 30. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、電解質膜に関する。 The present invention relates to an electrolyte membrane.
電解質膜構造体の製造過程において、多孔性補強膜の両側から電解質膜を貼り合わせ、多孔性補強膜を電解質膜に含浸させる手法が知られている(例えば特許文献1)。 In the manufacturing process of the electrolyte membrane structure, a technique is known in which the electrolyte membrane is bonded from both sides of the porous reinforcing membrane and the electrolyte membrane is impregnated with the porous reinforcing membrane (for example, Patent Document 1).
上記先行技術が有する課題は、電解質膜構造体の製造不良を低減することについて改善の余地があることである。この他、装置の小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。 The subject which the said prior art has is that there exists room for improvement about reducing the manufacturing defect of an electrolyte membrane structure. In addition, downsizing of the apparatus, cost reduction, resource saving, ease of manufacture, improvement in usability, and the like have been desired.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
本発明の一形態によれば、電解質膜構造体の製造方法が提供される。この製造方法は、電解質単膜の所定面から多孔性補強膜を含浸させる工程と;前記含浸済みの電解質単膜同士を、前記所定面同士で貼り合わせる工程とを含む。この形態によれば、含浸させる工程においてエアが封入されることによる製造不良が低減される。この形態のように、2枚の電解質膜に多孔性補強膜を含浸させて電解質膜構造体を製造する場合であっても、含浸させる工程において多孔性補強膜の片面からエアが排出されるからである。 According to one form of this invention, the manufacturing method of electrolyte membrane structure is provided. The manufacturing method includes a step of impregnating a porous reinforcing membrane from a predetermined surface of the electrolyte single membrane; and a step of bonding the impregnated electrolyte single membranes to each other on the predetermined surface. According to this embodiment, manufacturing defects due to air being enclosed in the impregnation step are reduced. Even in the case of manufacturing an electrolyte membrane structure by impregnating two electrolyte membranes with a porous reinforcing membrane as in this embodiment, air is discharged from one side of the porous reinforcing membrane in the impregnation step. It is.
図1は、本実施形態におけるMEGA(膜電極ガス拡散層接合体:Membrane Electrode & Gas diffusion layer Assembly)の製造方法を示す工程図である。まず、電解質単膜20を作製する(ステップS100)。具体的には、電解質樹脂の前駆体高分子樹脂を押出成形することによって作製する。前駆体高分子樹脂は、高分子鎖末端が−SO2Fであり、イオン交換容量(IEC:Ion Exchange Capacity)が1.54meq/gである。電解質単膜20の厚さは約3μmである。
FIG. 1 is a process diagram showing a manufacturing method of MEGA (Membrane Electrode & Gas diffusion layer assembly) in the present embodiment. First, the electrolyte
次に、補強膜30を作製する(ステップS200)。具体的には、生テープを同時二軸延伸機によって延伸し、さらに焼成を施すことによって作製する。生テープは、PTFEファインパウダに対して、ペースト押出と圧延処理とを施すことによって作製する。本実施形態における補強膜30は、厚さが約4μmであり、多孔性(気孔率が40〜60%)である。
Next, the reinforcing
続いて、中間含浸膜40を作製する(ステップS300)。図2は、中間含浸膜40と、後述する含浸膜50との製造方法を示す図である。中間含浸膜40は、ステップS100,200で作製した電解質単膜20と補強膜30とを貼り合わせることによって作製する。この貼り合わせは、加熱ローラ90を用いた熱プレスによって実現する。具体的な条件は、温度が250℃、面圧が0.5MPa、搬送速度が0.1m/minである。
Subsequently, the intermediate impregnated
続けて含浸膜50を作製する(ステップS400)。具体的には、加熱ローラ90を用いた熱プレスによって、2枚の中間含浸膜40を貼り合わせることによって作製する。熱プレスの条件は、上記と同じである。この貼り合わせは、中間含浸膜40の所定面同士を接触させて実施する。所定面とは、図2に示されるように、ステップS200において、補強膜30と接触していた面のこと、つまり含浸の入り口となった面のことである。
Subsequently, the impregnated
続いて、電解質膜を作製する(ステップS500)。具体的な手順は次の通りである。まず、含浸膜50を水酸化ナトリウム水溶液で加水分解処理する。この水溶液は、濃度が9mol/l、温度が80℃である。次に純水で洗浄し、硝酸水溶液によって高分子鎖末端を酸型(−SO3H)に置換する。この水溶液は、濃度が1mol/l、温度が80℃である。再び純水で洗浄し、その後、乾燥させることによって電解質膜が作製される。
Subsequently, an electrolyte membrane is produced (step S500). The specific procedure is as follows. First, the impregnated
最後に、MEGAを作製する(ステップS600)。具体的には、転写法によってCCM(膜触媒層接合体:Catalyst Coated Membrane)を形成した後、2つのGDL(ガス拡散層:Gas Diffusion Layer)によってCCMを挟み込むことによって作製される。転写法の条件は、温度が130℃、面圧が4MPa、時間は4分である。 Finally, MEGA is manufactured (step S600). Specifically, it is prepared by forming a CCM (Catalyst Coated Membrane) by a transfer method and then sandwiching the CCM by two GDLs (Gas Diffusion Layer). The conditions for the transfer method are a temperature of 130 ° C., a surface pressure of 4 MPa, and a time of 4 minutes.
図3は、比較例1における含浸膜51の作製を示す図である。含浸膜51は、図3に示されるように、電解質単膜20の両側に補強膜30を配置し、熱プレスを施すことによって作製される。但し、実施形態とは異なり、電解質単膜20の厚さは約6μmであり、熱プレスにおける搬送速度を0.05m/minとする。他の条件は、実施形態と同じである。含浸膜51を用いて、実施形態と同じ手法(ステップS500)によって電解質膜を作製する。
FIG. 3 is a diagram showing the production of the
図4は、比較例2における含浸膜52の作製を示す図である。含浸膜52は、図4に示されるように、2枚の電解質単膜20の間に補強膜30を配置し、熱プレスを施すことによって作製される。但し、実施形態とは異なり、補強膜30の厚さは約8μmであり、熱プレスにおける搬送速度を0.05m/minとする。他の条件は、実施形態と同じである。含浸膜52を用いて、実施形態と同じ手法(ステップS500)によって電解質膜を作製する。
FIG. 4 is a diagram showing the production of the
実施形態と比較例1,2とで、電解質膜の表面形状を比較した。表面にシワやボイドが無ければOK、有ればNGと判定した。実施形態と比較例1はOKだった。比較例2は、ボイドが多発したのでNGだった。 The surface shape of the electrolyte membrane was compared between the embodiment and Comparative Examples 1 and 2. If there were no wrinkles or voids on the surface, it was judged as OK, and if it was present, it was judged as NG. The embodiment and Comparative Example 1 were OK. Comparative Example 2 was NG because of frequent occurrence of voids.
続いて、実施形態の製造方法によって作成されたMEGAと、比較例1,2の電解質膜を用いて作製されたMEGAとの発電性能を比較する実験をした。比較例1,2におけるMEGAの作製方法は、実施形態と同じ手法(ステップS600)を用いた。 Subsequently, an experiment was performed to compare the power generation performance of MEGA produced by the manufacturing method of the embodiment and MEGA produced using the electrolyte membranes of Comparative Examples 1 and 2. The same method (step S600) as in the embodiment was used as the method for manufacturing MEGA in Comparative Examples 1 and 2.
実験条件は、アノードの流量を0.5NL/min、カソードの流量を2.0NL/min、アノードを60℃で加湿、カソードはドライ、セル温度を83℃、電流を1.2A/cm2、アノード及びカソードの背圧を0.14MPaGに設定した。 The experimental conditions were as follows: the anode flow rate was 0.5 NL / min, the cathode flow rate was 2.0 NL / min, the anode was humidified at 60 ° C., the cathode was dry, the cell temperature was 83 ° C., the current was 1.2 A / cm 2 , The back pressure of the anode and cathode was set to 0.14 MPaG.
実験結果は、実施形態の場合の発電電圧を1とした場合、比較例1の場合の発電電圧は0.95、比較例2の場合の発電電圧は1.00であった。このように、実施形態によれば、表面形状における異常を抑制し、且つ、発電性能が良好になることが確認された。 As a result of the experiment, when the generated voltage in the embodiment is 1, the generated voltage in the comparative example 1 is 0.95, and the generated voltage in the comparative example 2 is 1.00. Thus, according to the embodiment, it was confirmed that the abnormality in the surface shape is suppressed and the power generation performance is improved.
なお、比較例1において発電性能が良好でなかった理由は、電解質膜と触媒層のアイオノマとの接合性が悪くなるからであると推測される。図5は、電解質膜の表面に露出した補強筋を模式的に示す。比較例1のように、電解質膜の外側として露出することになる部位から補強膜を含浸させると、電解質膜の表面に補強成分の一部が露出し、上記接合性を悪化させると考えられる。 In addition, it is estimated that the reason that the power generation performance was not good in Comparative Example 1 was that the bondability between the electrolyte membrane and the ionomer of the catalyst layer was deteriorated. FIG. 5 schematically shows reinforcing bars exposed on the surface of the electrolyte membrane. When the reinforcing membrane is impregnated from the portion that will be exposed as the outside of the electrolyte membrane as in Comparative Example 1, it is considered that a part of the reinforcing component is exposed on the surface of the electrolyte membrane and deteriorates the bonding property.
本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。 The present invention is not limited to the embodiments, examples, and modifications of the present specification, and can be implemented with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in the embodiments described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the effects described above, replacement or combination can be performed as appropriate. If the technical feature is not described as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.
20…電解質単膜
30…補強膜
40…中間含浸膜
50…含浸膜(実施形態)
51…含浸膜(比較例1)
52…含浸膜(比較例2)
90…加熱ローラ
DESCRIPTION OF
51. Impregnated membrane (Comparative Example 1)
52 ... Impregnation membrane (Comparative Example 2)
90 ... Heating roller
Claims (1)
前記含浸済みの電解質単膜同士を、前記所定面同士で貼り合わせる工程と
を含む電解質膜構造体の製造方法。 Impregnating a porous reinforcing membrane from a predetermined surface of the electrolyte single membrane;
And a step of bonding the impregnated electrolyte single membranes to each other on the predetermined surfaces.
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|---|---|---|---|---|
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| JP2009152166A (en) * | 2007-11-26 | 2009-07-09 | Toyota Motor Corp | Composite electrolyte membrane, membrane electrode assembly, fuel cell, and production method thereof |
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