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JP6131669B2 - Membrane electrode assembly and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description

本発明は、固体高分子形燃料電池における膜電極接合体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a membrane electrode assembly in a polymer electrolyte fuel cell and a method for producing the same.

脱炭素社会の構築に向けた動きの中で、エネルギー中間キャリアとして水素が注目されている。燃料電池は、水素エネルギーの利用形態の1つとして開発が進められている。
特に、種々の燃料電池の中で、固体高分子形燃料電池は、高出力密度や低温作動、電池本体がコンパクトであることから、自動車用途または家庭用途の電源として早期の実用化が期待されている。
In the movement toward building a decarbonized society, hydrogen is attracting attention as an intermediate energy carrier. Development of a fuel cell is underway as one form of utilization of hydrogen energy.
In particular, among various fuel cells, polymer electrolyte fuel cells are expected to be put to practical use as power sources for automobiles or households because of their high power density, low temperature operation, and compact battery body. Yes.

燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸化ガスとを電気化学的に反応させて電力を取り出す発電システムである。固体高分子形燃料電池における膜電極接合体は、例えば電解質膜と触媒層、ガス拡散層、ガスケット層より構成される。膜電極接合体の一部を構成するガスケット層には、電解質を支持し、酸素及び水素のリークの抑制と電解質膜の湿度維持に寄与することが求められている。
製造の観点から、部品数が少なく組み立てが容易な膜電極接合体構造が望ましく、積層工程が可能な膜電極接合体構造は、製造時間の短縮が期待できる。特に、印刷による積層工程を含むものは、大量生産、連続生産の点で望ましい。
A fuel cell is a power generation system that extracts electric power by electrochemically reacting a fuel gas such as hydrogen and an oxidizing gas such as air. The membrane electrode assembly in the polymer electrolyte fuel cell is composed of, for example, an electrolyte membrane, a catalyst layer, a gas diffusion layer, and a gasket layer. The gasket layer constituting a part of the membrane electrode assembly is required to support the electrolyte and contribute to the suppression of oxygen and hydrogen leakage and the maintenance of the humidity of the electrolyte membrane.
From the viewpoint of manufacturing, a membrane electrode assembly structure with a small number of parts and easy assembly is desirable, and a membrane electrode assembly structure capable of a lamination process can be expected to shorten manufacturing time. In particular, those including a lamination process by printing are desirable in terms of mass production and continuous production.

特許文献1ではガスケット端面に樹脂をインジェクションモールドで封止する方法が提案されている。この方法においては、材料樹脂が多く必要であること、また、加工速度の点から生産性が悪く、コスト高になる。
また、特許文献2では積層工程が可能であり、大量生産可能な方法としてガスケットをバリア層、溶着層の二層からなるシートを用い、端面を溶着して封止している。
Patent Document 1 proposes a method of sealing resin on the gasket end face with an injection mold. In this method, a large amount of material resin is required, and productivity is poor from the viewpoint of processing speed, resulting in high cost.
Further, in Patent Document 2, a lamination process is possible, and as a method capable of mass production, a gasket is used as a sheet composed of two layers of a barrier layer and a welding layer, and end faces are welded and sealed.

登録4742043号公報Registration No. 4742043 特開2009−81115号公報JP 2009-81115 A

しかしながら、ガスケットの溶着層として通常用いられるポリオレフィンは接着温度が130℃と発電温度に近く、軟化の可能性がある。また、加工性向上のため使用される滑剤、帯電防止剤、可塑剤、酸化防止剤などの添加剤のブリードアウトによる電解質膜への影響が心配される。
本発明は前述した背景技術における問題点を考慮し、シール性の高い固体高分子形燃料電池における膜電極接合体を、コストを抑えて提供することを目的としている。
However, polyolefin usually used as a gasket weld layer has an adhesion temperature of 130 ° C., which is close to the power generation temperature, and may be softened. In addition, there is a concern about the influence on the electrolyte membrane due to bleeding out of additives such as lubricants, antistatic agents, plasticizers and antioxidants used for improving processability.
In view of the above-described problems in the background art, an object of the present invention is to provide a membrane electrode assembly in a polymer electrolyte fuel cell having high sealing performance at a reduced cost.

上記の課題を解決するために、本発明の第1の態様である膜電極接合体は、電解質膜と、上記電解質膜の一方の面側に配置されたカソード触媒層と、上記電解質膜の他方の面側に配置されたアノード触媒層と、と有する膜電極接合体において、上記各触媒層の外周で上記電解質膜上に配置される各ガスケット層を有し、各ガスケット層はそれぞれ電解質膜側の第1のガスケットと、その上に積層された第2のガスケットとを有し、カソード触媒層側の第2のガスケットとアノード触媒層側の第2のガスケットとを連続させたことを特徴する。   In order to solve the above problems, a membrane electrode assembly according to the first aspect of the present invention includes an electrolyte membrane, a cathode catalyst layer disposed on one surface side of the electrolyte membrane, and the other of the electrolyte membranes. And an anode catalyst layer disposed on the surface side of the catalyst electrode, and each of the gasket layers disposed on the electrolyte membrane at an outer periphery of the catalyst layer, and each gasket layer is on the electrolyte membrane side. And a second gasket laminated on the first gasket, and the second gasket on the cathode catalyst layer side and the second gasket on the anode catalyst layer side are made continuous. .

第2の態様として、第1の態様に対し、各触媒層の外周に配置された、第1のガスケットと第2のガスケットからなる各ガスケット層の厚さは、それぞれ配置される側の各触媒層の厚さと等しいことを特徴とする。
第3の態様として、第1又は第2の態様に対し、上記第1のガスケットは、単層の熱可塑性樹脂フィルムからなることを特徴とする。
As a 2nd aspect, the thickness of each gasket layer which consists of the 1st gasket and the 2nd gasket arrange | positioned on the outer periphery of each catalyst layer with respect to a 1st aspect is each catalyst on the side each arrange | positioned It is characterized by being equal to the thickness of the layer.
As a third aspect, in contrast to the first or second aspect, the first gasket is made of a single layer thermoplastic resin film.

第4の態様として、第1〜第3の態様に対し、上記第2のガスケットは、接着層を持つ熱可塑性樹脂フィルムからなることを特徴とする。
第5の態様として、第1〜第4の態様に対し、第1及び第2のガスケットはともに、ポリエステル系樹脂であることを特徴とする。
第6の態様として、第1〜第5の態様に対し、第1及び第2のガスケットはともに、二軸延伸ポリエチレンナフタレートであることを特徴とする。
As a fourth aspect, in contrast to the first to third aspects, the second gasket is made of a thermoplastic resin film having an adhesive layer.
As a fifth aspect, in contrast to the first to fourth aspects, both the first and second gaskets are polyester resins.
As a sixth aspect, in contrast to the first to fifth aspects, both the first and second gaskets are biaxially stretched polyethylene naphthalate.

第7の態様として、第2のガスケットは、基材フィルムに100℃以上で溶融する樹脂、もしくは耐熱性を持つ粘着層を塗布したことを特徴とする。
第8の態様は、電解質膜と、上記電解質膜の一方の面側に配置されたカソード触媒層と、上記電解質膜の他方の面側に配置されたアノード触媒層と、上記各触媒層の外周で上記電解質膜上に配置される各ガスケット層とを有し、各ガスケット層はそれぞれ電解質膜側の第1のガスケットと、その上に積層された第2のガスケットとを有し、第2のガスケットを第1のガスケットよりも広くして、当該第2のガスケットの端部で第1のガスメットの端面と上記電解質膜の端面を被覆させることを特徴とする。
As a seventh aspect, the second gasket is characterized in that a base film is coated with a resin that melts at 100 ° C. or higher, or a heat-resistant adhesive layer.
The eighth aspect includes an electrolyte membrane, a cathode catalyst layer disposed on one surface side of the electrolyte membrane, an anode catalyst layer disposed on the other surface side of the electrolyte membrane, and an outer periphery of each catalyst layer. Each gasket layer disposed on the electrolyte membrane, and each gasket layer has a first gasket on the electrolyte membrane side and a second gasket laminated on the first gasket layer. The gasket is wider than the first gasket, and the end face of the first gasket and the end face of the electrolyte membrane are covered with the end of the second gasket.

第9の態様である膜電極接合体の製造方法は、電解質膜と、上記電解質膜の一方の面側に配置されたカソード触媒層と、上記電解質膜の他方の面側に配置されたアノード触媒層と、上記各触媒層の外周で上記電解質膜上に配置される各ガスケット層とを有し、各ガスケット層はそれぞれ電解質膜側の第1のガスケットと、その上に積層された第2のガスケットとを有し、第2のガスケットを第1のガスケットよりも広く設定して、当該第2のガスケットの端部で第1のガスメットの端面と上記電解質膜の端面を被覆させることを特徴とする。   The method for producing a membrane electrode assembly according to the ninth aspect includes an electrolyte membrane, a cathode catalyst layer disposed on one surface side of the electrolyte membrane, and an anode catalyst disposed on the other surface side of the electrolyte membrane. Each gasket layer disposed on the electrolyte membrane at the outer periphery of each catalyst layer, and each gasket layer includes a first gasket on the electrolyte membrane side and a second layer laminated thereon. A second gasket is set wider than the first gasket, and an end face of the first gasmet and an end face of the electrolyte membrane are covered with an end portion of the second gasket. To do.

本発明の一態様によれば、カソード触媒層側の第2のガスケットとアノード触媒層側の第2のガスケットとを連続させるだけで、電解質膜の端面も覆うことが可能となり、シール性の高い固体高分子形燃料電池における膜電極接合体を提供可能となる。すなわち、端面を第2のガスケットで被覆することでガスバリア性を確保することが可能であり、電解質膜への接触面が少ないため、ブリードアウト等接着層の影響を抑制することが可能である。   According to one embodiment of the present invention, it is possible to cover the end face of the electrolyte membrane only by continuing the second gasket on the cathode catalyst layer side and the second gasket on the anode catalyst layer side, and has high sealing performance. A membrane electrode assembly in a polymer electrolyte fuel cell can be provided. That is, by covering the end surface with the second gasket, it is possible to ensure gas barrier properties, and since there are few contact surfaces to the electrolyte membrane, it is possible to suppress the influence of the adhesive layer such as bleed out.

ここで、ガスケットを熱可塑性樹脂フィルムから構成することで、燃料ガス及び酸化ガスの透過を防止し、発電時の発熱に耐えうる機能をガスケットに付与可能となる。
また、第1のガスケットを耐熱性フィルムである二軸延伸ポリエステルナフタレート単層を用いることによって、発電時の耐熱性が向上、溶着層の添加剤のブリードアウトの恐れが無くなる。
Here, by constituting the gasket from a thermoplastic resin film, it is possible to prevent the permeation of the fuel gas and the oxidizing gas, and to give the gasket a function capable of withstanding heat generation during power generation.
Further, by using a biaxially stretched polyester naphthalate single layer, which is a heat resistant film, as the first gasket, the heat resistance during power generation is improved, and the possibility of bleeding out of the additive in the weld layer is eliminated.

本発明の実施形態にかかる固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the membrane electrode assembly in the polymer electrolyte fuel cell concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の積層各部の図である。It is a figure of each lamination | stacking part of the membrane electrode assembly in the polymer electrolyte fuel cell concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の製造工程である。It is a manufacturing process of the membrane electrode assembly in the polymer electrolyte fuel cell concerning embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施形態にかかる固体高分子形燃料電池における膜電極接合体について説明する。
図1は、本発明の実施の形態にかかる固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の10の断面図である。
図1及び図2に示すように、本発明の実施形態にかかる膜電極接合体10は、電解質膜1と、上記電解質膜1の一方の面側に配置されたカソード触媒層2と、上記電解質膜1の他方の面側に配置されたアノード触媒層3と、を有する。上記電解質膜1の面積は上記両触媒層2、3の面接よりも一回り大きく、上記両触媒層2、3の周囲にそれぞれガスケット層が配置されている。各ガスケット層は、積層された第1のガスケット4、5と第2のガスケット6とからなる。第1のガスケット4、5よりも、第2のガスケット6の外周の方が大きい。
Hereinafter, the membrane electrode assembly in the polymer electrolyte fuel cell according to the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a membrane electrode assembly 10 in a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIGS. 1 and 2, a membrane electrode assembly 10 according to an embodiment of the present invention includes an electrolyte membrane 1, a cathode catalyst layer 2 disposed on one surface side of the electrolyte membrane 1, and the electrolyte. An anode catalyst layer 3 disposed on the other surface side of the membrane 1. The area of the electrolyte membrane 1 is slightly larger than the interview of the catalyst layers 2 and 3, and gasket layers are disposed around the catalyst layers 2 and 3, respectively. Each gasket layer includes first gaskets 4 and 5 and a second gasket 6 which are laminated. The outer circumference of the second gasket 6 is larger than the first gaskets 4 and 5.

そして、図1中、上下で対をなす第2のガスケット6の端部同士が連結する。これによって、第2のガスケット6の端部によって、第1のガスケット4、5の端面及び電解質膜の端面が被覆された状態となっている。被覆は、周囲全周で行われている。
上記電解質膜1は、固体高分子形燃料電池に一般的に用いられるものでよい。例えば、フッ素系電解質膜や炭化水素電解質膜が好適に使用でき、特にフッ素系電解質膜が望ましい。
And in FIG. 1, the edge parts of the 2nd gasket 6 which makes a pair up and down connect. Thus, the end face of the first gasket 4 and 5 and the end face of the electrolyte membrane are covered with the end portion of the second gasket 6. The coating is performed all around the periphery.
The electrolyte membrane 1 may be one generally used for a polymer electrolyte fuel cell. For example, a fluorine-based electrolyte membrane or a hydrocarbon electrolyte membrane can be suitably used, and a fluorine-based electrolyte membrane is particularly desirable.

同様に触媒層2、3としても、固体高分子形燃料電池に一般的に用いられるものでよい。例えば、白金または白金と他の金属(例えばRu、Rh、Mo、Cr、Co、Fe等)との合金の微粒子(平均粒径は10nm以下が望ましい)が表面に担持されたカーボンブラックなどの導電性炭素微粒子(平均粒径:20〜100nm程度)と、パーフルオロスルホン酸樹脂溶液などの高分子溶液とが適当な溶剤(エタノールなど)中で均一に混合されたインクより作成される触媒層が使用できる。   Similarly, the catalyst layers 2 and 3 may be those generally used for polymer electrolyte fuel cells. For example, a conductive material such as carbon black in which fine particles of platinum or an alloy of platinum and another metal (for example, Ru, Rh, Mo, Cr, Co, Fe, etc.) (the average particle diameter is preferably 10 nm or less) is supported on the surface. A catalyst layer formed from an ink in which carbonaceous fine particles (average particle size: about 20 to 100 nm) and a polymer solution such as a perfluorosulfonic acid resin solution are uniformly mixed in a suitable solvent (such as ethanol) Can be used.

第1のガスケット4、5は、二軸延伸ポリエチレンナフタレートからなる。これによって第1のガスケット4、5は熱可塑性樹脂フィルムから構成される。熱可塑性樹脂フィルムは二軸延伸を行うことで、分子の配向が揃い、強度、耐薬品性、耐熱性に優れる。また、ポリエチレンナフタレートは、ガスバリア性、機械強度、耐薬品性に優れる汎用フィルムである。
第2のガスケット6は、シリコーン系やエポキシ系接着剤、もしくは、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂をラミネーションしたポリエチレンナフタレートが使用できる。
The first gaskets 4 and 5 are made of biaxially stretched polyethylene naphthalate. Thus, the first gaskets 4 and 5 are made of a thermoplastic resin film. The thermoplastic resin film is biaxially stretched so that the molecular orientation is uniform, and the strength, chemical resistance, and heat resistance are excellent. Polyethylene naphthalate is a general-purpose film excellent in gas barrier properties, mechanical strength, and chemical resistance.
For the second gasket 6, a silicone-based or epoxy-based adhesive, or polyethylene naphthalate laminated with a thermoplastic resin such as polyethylene or polypropylene can be used.

次に、本発明の実施の形態にかかる固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の製造方法について説明する。
まず、電解質膜1上に触媒層2、3を形成する。触媒層2、3を形成するにあたっては、高分子電解質膜1と触媒物質と触媒を担持するカーボン担体と分散媒を含むインクを調製する。調製された触媒インクを、ドクターブレード法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、スプレー法などの塗布法、噴霧法を用いて電解質膜1上に塗布して、電解質膜1上に触媒層2、3を形成する。また、転写基材を用い、転写基材上に触媒インクを塗布し、転写基材上に触媒層を一旦形成した後、転写法により電解質膜1上に触媒層2、3を形成しても良い。
Next, the manufacturing method of the membrane electrode assembly in the polymer electrolyte fuel cell according to the embodiment of the present invention will be described.
First, the catalyst layers 2 and 3 are formed on the electrolyte membrane 1. In forming the catalyst layers 2 and 3, an ink containing the polymer electrolyte membrane 1, a catalyst material, a carbon carrier supporting the catalyst, and a dispersion medium is prepared. The prepared catalyst ink is applied onto the electrolyte membrane 1 by using a doctor blade method, a dipping method, a screen printing method, a roll coating method, a spraying method or the like, or a spray method, and a catalyst layer is formed on the electrolyte membrane 1 2 and 3 are formed. Alternatively, a transfer substrate may be used, a catalyst ink may be applied on the transfer substrate, a catalyst layer may be formed on the transfer substrate, and then the catalyst layers 2 and 3 may be formed on the electrolyte membrane 1 by a transfer method. good.

次に、第1のガスケット4、5を、形成された触媒層2、3の周囲の電解質膜1の両面に配置する。本実施形態の第1のガスケット4、5を形成する二軸延伸ポリエステルナフタレートで上記電解質膜1を挟む。
更にその外周側に配置、具体的には、上記形成した電解質膜1、触媒層2、3、及び上下の第1のガスケット4、5を間に収納するようにして、一枚の第2のガスケット6を折り返すようにする。これによって、上下の第1のガスケット4、5の上にそれぞれ第2のガスケット6を積層する。更に、上下の第2のガスケット6を第1のガスケット4、5に押し付けて接着する。接着は、接着剤を使用しても良いし、溶融樹脂を溶融させて溶着によって接着しても良い。また上下でそれぞれ積層する第2のガスケット6の端部同士も接着して連結させて、上下の第2のガスケット6の非接続の端部の外周全周も連結した状態とする。
Next, the first gaskets 4 and 5 are disposed on both surfaces of the electrolyte membrane 1 around the formed catalyst layers 2 and 3. The electrolyte membrane 1 is sandwiched between biaxially stretched polyester naphthalates that form the first gaskets 4 and 5 of the present embodiment.
Furthermore, it is arranged on the outer peripheral side. Specifically, the electrolyte membrane 1, the catalyst layers 2 and 3, and the upper and lower first gaskets 4 and 5 are accommodated in between, so that one second The gasket 6 is folded back. Thus, the second gasket 6 is laminated on the upper and lower first gaskets 4 and 5 respectively. Further, the upper and lower second gaskets 6 are pressed against and bonded to the first gaskets 4 and 5. Adhesion may be performed by using an adhesive or by melting and melting a molten resin. Further, the end portions of the second gaskets 6 stacked on the upper and lower sides are also bonded and connected to each other, and the entire outer periphery of the unconnected end portions of the upper and lower second gaskets 6 are also connected.

例えば、図3を参照して説明すると、帯状のガスケット7を折り返し、第1のガスケットが積層された触媒層付電解質膜(Catalyst Coated Membrane:CCM)である切断前CCM8に配置し、ローラーで押し付け接着する。この際、溶着樹脂を接着層として用いた場合は、ヒーターで加熱する。その後、切断前CCM8を切断し、得られた切断後CCM9の搬送方向を転換する。次に、切断後CCM9の残りのサイド部に、折り返した帯状のガスケット7を配置し、ローラーで押し付け接着することで、第1のガスケットが積層されたCCMに第2のガスケット6を積層する。なお、切断後CCM9に折り返した帯状のガスケット7を配置する際、帯状のガスケット7は、切断後CCM9の大きさに合わせて必要に応じて切断し、大きさを調整する。   For example, referring to FIG. 3, the strip-shaped gasket 7 is folded and placed on a CCM 8 before cutting, which is a catalyst coated membrane (CCM) on which the first gasket is laminated, and pressed with a roller. Glue. At this time, when the welding resin is used as the adhesive layer, it is heated with a heater. Thereafter, the pre-cut CCM 8 is cut, and the obtained post-cut CCM 9 conveyance direction is changed. Next, the folded strip-like gasket 7 is disposed on the remaining side portion of the CCM 9 after cutting, and the second gasket 6 is laminated on the CCM on which the first gasket is laminated by pressing and bonding with a roller. When the strip-shaped gasket 7 is disposed on the CCM 9 after cutting, the strip-shaped gasket 7 is cut as necessary according to the size of the CCM 9 after cutting, and the size is adjusted.

以下に、本発明の固体高分子形燃料電池における膜電極接合体10およびその製造方法について、具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明は実施例によって制限されるものではない。
白金担持量が60%である白金担持カーボン触媒と、20質量%高分子電解質溶液であるNafion(登録商標、デュポン社製)を、混合比1:2の水、エタノール混合溶媒で混合した。続いて、遊星ボールミルで分散処理を行い、触媒インクを調整した。
Hereinafter, the membrane electrode assembly 10 and the manufacturing method thereof in the polymer electrolyte fuel cell of the present invention will be described with specific examples, but the present invention is not limited to the examples.
A platinum-supported carbon catalyst having a platinum loading of 60% and Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), which is a 20% by mass polymer electrolyte solution, were mixed with a water / ethanol mixed solvent having a mixing ratio of 1: 2. Subsequently, a dispersion treatment was performed with a planetary ball mill to prepare a catalyst ink.

プレート上に転写シートを固定し、ドクターブレードにより触媒インクを転写シート上に塗布した。触媒インクからなる塗膜が形成された転写シートをオーブン(熱風循環恒温乾燥機41−S5H/佐竹化学機械工業社製)に入れ、オーブンの温度を50℃に設定し5分間乾燥させることで転写シート上に触媒層を作製した。このとき、白金担持量はカソード触媒層2が約0.5mg/cm、アノード触媒層3が約0.3mg/cmとなるように調製した。 The transfer sheet was fixed on the plate, and the catalyst ink was applied onto the transfer sheet with a doctor blade. The transfer sheet on which a coating film made of catalyst ink is formed is placed in an oven (hot air circulating constant temperature dryer 41-S5H / Satake Chemical Machinery Co., Ltd.), and the oven temperature is set to 50 ° C. and dried for 5 minutes. A catalyst layer was produced on the sheet. At this time, the platinum loading was adjusted so that the cathode catalyst layer 2 was about 0.5 mg / cm 2 and the anode catalyst layer 3 was about 0.3 mg / cm 2 .

触媒層が形成された転写シートを25cm角に2枚切り取り、触媒層が正対するように、電解質膜1の両面に配置した。電解質膜1としては、Nafion211(デュポン社製)を用いた。続いて、130℃、6.0MPaの条件でホットプレスを行い、転写基材のみを剥がした。
第1のガスケット4、5として、35μm角のポリエチレンナフタレート2枚に対し25cmの窓を切り抜き、正対するように電解質膜1上の触媒層2、3の形状に合わせ配置する。続いて、ポリエチレンナフタレートにシリコーン系接着剤を塗布した第2のガスケット6を折り込み、第2のガスケット6の端部で電解質膜1及び第1のガスケット4、5の端面を被覆した。
Two transfer sheets on which the catalyst layer was formed were cut into 25 cm 2 squares, and placed on both surfaces of the electrolyte membrane 1 so that the catalyst layers faced each other. As the electrolyte membrane 1, Nafion 211 (manufactured by DuPont) was used. Subsequently, hot pressing was performed under the conditions of 130 ° C. and 6.0 MPa, and only the transfer substrate was peeled off.
As the first gaskets 4 and 5, 25 cm 2 windows are cut out from two 35 μm square polyethylene naphthalates, and arranged in accordance with the shapes of the catalyst layers 2 and 3 on the electrolyte membrane 1 so as to face each other. Subsequently, the second gasket 6 in which a silicone-based adhesive was applied to polyethylene naphthalate was folded, and the end surfaces of the electrolyte membrane 1 and the first gaskets 4 and 5 were covered with the end portions of the second gasket 6.

作成した膜接合体の両面に、両触媒層より大きい面積を持つMPL処理カーボンペーパー(東レ社製)ガス拡散層と、150μmの厚さのPENフィルム、ガス流路を持つセパレータで挟み、燃料電池単セルを作成した。上記単セルのアノード側から水素ガス、カソード側から窒素ガスを供給し、リークチェックを行ったところ、ガスリークは確認されなかった。   The fuel cell is sandwiched between MPL-treated carbon paper (manufactured by Toray Industries, Inc.), a gas diffusion layer having a larger area than both catalyst layers, a PEN film having a thickness of 150 μm, and a separator having a gas flow path on both surfaces of the membrane assembly. A single cell was created. When hydrogen gas was supplied from the anode side of the single cell and nitrogen gas was supplied from the cathode side and a leak check was performed, no gas leak was confirmed.

本発明は固体高分子形燃料電池、特に燃料電池自動車や家庭用燃料電池などにおける、固体高分子形燃料電池単セルやスタックに好適に活用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for a polymer electrolyte fuel cell single cell or a stack in a polymer electrolyte fuel cell, particularly a fuel cell automobile or a household fuel cell.

1…電解質膜
2…カソード触媒層
3…アノード触媒層
4、5…第1のガスケット
6…第2のガスケット
7…帯状のガスケット
8…切断前CCM
9…切断後CCM
10…膜電極接合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolyte membrane 2 ... Cathode catalyst layer 3 ... Anode catalyst layer 4, 5 ... 1st gasket 6 ... 2nd gasket 7 ... Strip-shaped gasket 8 ... CCM before cutting
9 ... CCM after cutting
10 ... Membrane electrode assembly

Claims (8)

電解質膜と、上記電解質膜の一方の面側に配置されたカソード触媒層と、上記電解質膜の他方の面側に配置されたアノード触媒層と、と有する膜電極接合体において、
上記各触媒層の外周でそれぞれ上記電解質膜上に配置される各ガスケット層を有し、
各ガスケット層はそれぞれ電解質膜側の第1のガスケットと、その上に積層された第2のガスケットとを有し、
カソード触媒層側の第2のガスケットとアノード触媒層側の第2のガスケットとを連続させ
上記第1のガスケットと第2のガスケットからなる各ガスケット層の厚さは、それぞれ配置される側の各触媒層の厚さと等しいことを特徴する膜電極接合体。
In a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane, a cathode catalyst layer disposed on one surface side of the electrolyte membrane, and an anode catalyst layer disposed on the other surface side of the electrolyte membrane,
Each gasket layer disposed on the electrolyte membrane at the outer periphery of each catalyst layer,
Each gasket layer has a first gasket on the electrolyte membrane side and a second gasket laminated thereon,
The second gasket on the cathode catalyst layer side and the second gasket on the anode catalyst layer side are made continuous ,
A membrane electrode assembly , wherein the thickness of each gasket layer comprising the first gasket and the second gasket is equal to the thickness of each catalyst layer on the side where the gasket is disposed .
上記第1のガスケットは、単層の熱可塑性樹脂フィルムからなることを特徴とする請求項1に記載した膜電極接合体。 The membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the first gasket is made of a single layer thermoplastic resin film. 上記第2のガスケットは、接着層を持つ熱可塑性樹脂フィルムからなることを特徴とする請求項1又は請求項に記載した膜電極接合体。 Said second gasket, membrane electrode assembly according to claim 1 or claim 2, characterized in that a thermoplastic resin film having an adhesive layer. 第1及び第2のガスケットはともに、ポリエステル系樹脂であることを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか1項に記載した膜電極接合体。 The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 3 , wherein both the first and second gaskets are polyester resins. 第1及び第2のガスケットはともに、二軸延伸ポリエチレンナフタレートであることを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか1項に記載した膜電極接合体。 The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 4 , wherein both the first and second gaskets are biaxially stretched polyethylene naphthalate. 第2のガスケットは、基材フィルムに100℃以上で溶融する樹脂、もしくは耐熱性を持つ粘着層を塗布したことを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか1項に記載した膜電極接合体。 The membrane electrode according to any one of claims 1 to 5 , wherein the second gasket has a base film coated with a resin that melts at 100 ° C or higher, or a heat-resistant adhesive layer. Joined body. 電解質膜と、上記電解質膜の一方の面側に配置されたカソード触媒層と、上記電解質膜の他方の面側に配置されたアノード触媒層と、上記各触媒層の外周で上記電解質膜上に配置される各ガスケット層とを有し、
各ガスケット層はそれぞれ電解質膜側の第1のガスケットと、その上に積層された第2のガスケットとを有し、
第2のガスケットを第1のガスケットよりも広くして、当該第2のガスケットの端部で、第1のガスットの端面と上記電解質膜の端面とを被覆させ
上記第1のガスケットと第2のガスケットからなる各ガスケット層の厚さは、それぞれ配置される側の各触媒層の厚さと等しいことを特徴とする膜電極接合体。
An electrolyte membrane, a cathode catalyst layer disposed on one surface side of the electrolyte membrane, an anode catalyst layer disposed on the other surface side of the electrolyte membrane, and an outer periphery of each catalyst layer on the electrolyte membrane Each gasket layer to be disposed,
Each gasket layer has a first gasket on the electrolyte membrane side and a second gasket laminated thereon,
A second gasket made wider than the first gasket at the end of the second gasket is covered with the end face of the first gas Ke Tsu DOO end face and the electrolyte membrane,
A membrane electrode assembly , wherein the thickness of each gasket layer comprising the first gasket and the second gasket is equal to the thickness of each catalyst layer on the side where the gasket is disposed .
電解質膜と、上記電解質膜の一方の面側に配置されたカソード触媒層と、上記電解質膜の他方の面側に配置されたアノード触媒層と、上記各触媒層の外周で上記電解質膜上に配置される各ガスケット層とを有し、
各ガスケット層はそれぞれ電解質膜側の第1のガスケットと、その上に積層された第2のガスケットとを有し、
第2のガスケットを第1のガスケットよりも広く設定し、当該第2のガスケットの端部で、第1のガスットの端面と上記電解質膜の端面とを被覆させ
上記第1のガスケットと第2のガスケットからなる各ガスケット層の厚さを、それぞれ配置される側の各触媒層の厚さと等しくすることを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
An electrolyte membrane, a cathode catalyst layer disposed on one surface side of the electrolyte membrane, an anode catalyst layer disposed on the other surface side of the electrolyte membrane, and an outer periphery of each catalyst layer on the electrolyte membrane Each gasket layer to be disposed,
Each gasket layer has a first gasket on the electrolyte membrane side and a second gasket laminated thereon,
The second gasket is set wider than the first gasket, in the end of the second gasket is covered with the end face of the first gas Ke Tsu DOO end face and the electrolyte membrane,
It said first gasket and the second method for manufacturing a the thickness of each gasket layer made of the gasket, characterized by equal to Rukoto the thickness of each catalyst layer on the side which is arranged a membrane electrode assembly.
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