增强型电解质膜的制造方法、膜电极接合体及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及增强型电解质膜及膜电极接合体。
【背景技术】
[0002]已知有在电解质的两面具备增强膜的增强型电解质膜。增强型电解质膜例如通过对于加热熔融的电解质树脂和从电解质树脂的两侧供给的多孔质的增强膜进行加热并压接(热压接)来制造(例如，参照专利文献1)。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2008-004344号公报
[0006]专利文献2:日本特开2008-277288号公报
[0007]专利文献3:日本特开2011-146256号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]通常，为了提高增强型电解质膜的强度，希望提高增强型电解质膜的表面的弹性模量。然而，在使用增强型电解质膜来制造膜电极接合体时，关于在配置于阴极侧的面和配置于阳极侧的面中形成什么弹性模量能够提高发电性能的情况，以往，没有作出任何考虑。因此，要求能够提高增强型电解质膜的强度并提高发电性能的技术。此外，在以往的增强型电解质膜及膜电极接合体中，希望制造工序的简易化、成本的下降等。
[0010]用于解决课题的手段
[0011]本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式实现。
[0012](1)根据本发明的一方式，提供一种在电解质膜的一侧面具备第一增强膜且在所述电解质膜的另一侧面具备第二增强膜的增强型电解质膜的制造方法。该增强型电解质膜的制造方法包括:(a)—边加热一边将所述第一增强膜和所述第二增强膜向所述电解质膜加压的热压接工序。并且，在所述工序(a)中，将所述第二增强膜向所述电解质膜热压接的次数少于将所述第一增强膜向所述电解质膜热压接的次数。若为这样的方式的增强型电解质膜的制造方法，则将第一增强膜向电解质膜热压接的次数可以设为2次以上，因此与仅进行1次热压接相比，能够提高增强型电解质膜的强度。而且，若为上述方式，则将第二增强膜向电解质膜热压接的次数少于将第一增强膜向电解质膜热压接的次数，因此第二增强膜侧的表面弹性模量低于第一增强膜侧的表面弹性模量。因此，在表面弹性模量低的第二增强膜侧，与第一增强膜侧相比，能够良好地接合催化剂层。特别是，为了抑制溢流的发生并提高发电性能，多是阴极催化剂层含有的离聚物量比阳极催化剂层少。若离聚物量少，则催化剂层的弹性模量升高，因此，与阳极催化剂层相比，阴极催化剂层相对于电解质膜的接合性降低。然而，根据上述方式，能够将阴极催化剂层配置于表面弹性模量比第一增强膜低的第二增强膜，因此能够将它们良好地接合。由此，根据上述方式，可制造出能够将较大地有助于发电性能的阴极催化剂层良好地接合的增强型电解质膜，因此能够提高采用该增强型电解质膜的膜电极接合体的发电性能。
[0013](2)在上述方式中，可以的是，所述工序(a)包括:(al)向所述电解质膜的一侧面热压接所述第一增强膜的工序；以及(a2)在所述工序(al)之后，在热压接有所述第一增强膜的所述电解质膜的另一侧面配置所述第二增强膜，对包括所述第一增强膜、所述电解质膜及所述第二增强膜的层叠体进行热压接的工序。若是这样的方式的增强型电解质膜的制造方法，则能够有效地使第二增强膜的热压接次数少于第一增强膜的热压接次数。
[0014](3)根据本发明的另一方式，提供一种具备通过上述方式(1)或方式(2)记载的制造方法而制造的增强型电解质膜、阳极催化剂层及阴极催化剂层的膜电极接合体的制造方法。该方式的膜电极接合体的制造方法包括:(b)在所述增强型电解质膜的热压接有所述第一增强膜的一侧形成所述阳极催化剂层，并在所述增强型电解质膜的热压接有所述第二增强膜的一侧形成所述阴极催化剂层的工序。若是这样的膜电极接合体的制造方法，则能够将较大地有助于发电性能的阴极催化剂层良好地接合于增强型电解质膜，因此能够提高膜电极接合体的发电性能。
[0015](4)根据本发明的又一方式，提供一种膜电极接合体。该膜电极接合体具备:增强型电解质膜，具有电解质膜、配置于所述电解质膜的一侧面的第一增强膜、及配置于所述电解质膜的另一侧面的第二增强膜；阳极催化剂层，配置于所述增强型电解质膜的配置有所述第一增强膜的一侧的面；以及阴极催化剂层，配置于所述增强型电解质膜的配置有所述第二增强膜的一侧的面。并且，所述第二增强膜的表面弹性模量低于所述第一增强膜的表面弹性模量。若是这样的方式的膜电极接合体，则配置于阴极侧的第二增强膜的表面弹性模量低于配置于阳极侧的第一增强膜的表面弹性模量，因此能够提高对发电性能有助率高的阴极侧的催化剂层与增强膜型电解质膜的紧贴性。其结果是，能够提高膜电极接合体的发电性能。另一方面，关于阳极侧的增强膜的表面弹性模量，由于比阴极侧的增强膜的表面弹性模量高，因此能够整体上确保膜电极接合体的强度且能够提高膜电极接合体的发电性會泛。
[0016]本发明能够以上述的增强型电解质膜的制造方法、膜电极接合体的制造方法、膜电极接合体以外的各种方式实现。例如，能够以具备增强型电解质膜或膜电极接合体的燃料电池、增强型电解质膜或膜电极接合体的制造装置等方式实现。
【附图说明】
[0017]图1是表示作为本发明的一实施方式的膜电极接合体的图。
[0018]图2是表示增强型电解质膜的制造方法的流程图。
[0019]图3是示意性地表示图2的步骤S100至S104的情况的说明图。
[0020 ]图4是示意性地表示图2的步骤S106至S108的情况的说明图。
[0021]图5是示意性地表示图2的步骤S110至S112的情况的说明图。
[0022 ]图6是示意性地表示图2的步骤S114至S116的情况的说明图。
[0023]图7是不意性地表不图2的步骤S118的情况的说明图。
[0024]图8是表示膜电极接合体的制造方法的流程图。
[0025]图9是示意性地表示图8的膜电极接合体的制造方法的说明图。
[0026]图10是表示表面弹性模量的测定结果的图。
[0027]图11是表示电流密度与平均单电池电压的关系的图。
[0028]图12是表示发电性能评价后的表面弹性模量的测定结果的图。
【具体实施方式】
[0029]A.第一实施方式:
[0030]A1.膜电极接合体的结构:
[0031]图1是表示作为本发明的一实施方式的膜电极接合体(MembraneElectrodeAssembly ;MEA)50的图。MEA50具备增强型电解质膜10c、阳极催化剂层20、阴极催化剂层30。增强型电解质膜10c是电解质膜10、配置在电解质膜10的一侧面上的第一增强膜11及配置在电解质膜10的另一侧面上的第二增强膜12—体化而成的膜。第一增强膜11和第二增强膜12是具有细孔的多孔质膜。电解质膜10的电解质的一部分浸渍于第一增强膜11和第二增强膜12的细孔。在本实施方式中，以第二增强膜12侧的表面的弹性模量小于第一增强膜11侧的表面的弹性模量的方式形成增强型电解质膜10c。
[0032]阳极催化剂层20形成在增强型电解质膜10c的第一增强膜11侧。阴极催化剂层30形成在增强型电解质膜10c的第二增强膜12侧。阳极催化剂层20及阴极催化剂层30具备促进氢与氧的化学反应的催化剂、载持有催化剂的碳粒子、与构成电解质膜10的结构同种或类似的离聚物。在本实施方式中，为了抑制溢流的发生，采用含有的离聚物的量比阳极催化剂层20少的催化剂层作为阴极催化剂层30。通常，若含有的离聚物的量少，则相应地该催化剂层的弹性模量变大。由此，在本实施方式中，阴极催化剂层30的弹性模量大于阳极催化剂层20的弹性模量。
[0033]A2.增强型电解质膜的制造方法:
[0034]图2是表示增强型电解质膜10c的制造方法的流程图。图3是示意性地表示步骤S100