JP2000353529A - Forming method for carbon thin film to high polymer film and manufacture of solid high polymer fuel cell using method thereof - Google Patents
Forming method for carbon thin film to high polymer film and manufacture of solid high polymer fuel cell using method thereofInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子膜への炭素
薄膜の形成方法およびこの方法を利用して固体高分子膜
上に触媒層を形成する固体高分子型燃料電池の製造方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a carbon thin film on a polymer film and a method for manufacturing a polymer electrolyte fuel cell using the method to form a catalyst layer on a solid polymer film.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池は、負極活物質としての水素
を、プラチナ(白金)などの触媒と接触させて電子とプ
ロトンに解離した後、このプロトンを正極活物質として
の酸素と反応させて水が得られるという反応機構に基づ
いている。すなわち、燃料電池では、水素ガスから放出
された電子の移動により起電力が生じるようになされて
いる。2. Description of the Related Art In a fuel cell, hydrogen as a negative electrode active material is brought into contact with a catalyst such as platinum (platinum) to dissociate it into electrons and protons, and then this proton is reacted with oxygen as a positive electrode active material to produce water. Is obtained based on the reaction mechanism. That is, in the fuel cell, an electromotive force is generated by the movement of the electrons released from the hydrogen gas.
【0003】このような原理により起電力を生じる燃料
電池もまた、一般的な電池と同様に、正極、負極および
電解質を有しており、その電解質の種類により、アルカ
リ型、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型および固
体酸化物型などに大別できる。たとえば、固体高分子型
の燃料電池では、正極および負極の間に、固体高分子と
してのイオン交換膜が、その両面に触媒層が設けられた
状態で介在させられた構成とされる。各触媒層は、たと
えば炭素粒にプラチナなどの触媒を担持させた触媒粒に
より多孔質層として構成されている。[0003] A fuel cell that generates an electromotive force based on such a principle also has a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, similar to a general cell. Depending on the type of the electrolyte, an alkaline type, a solid polymer type, Phosphoric acid type, molten carbonate type and solid oxide type can be roughly classified. For example, a solid polymer fuel cell has a configuration in which an ion exchange membrane as a solid polymer is interposed between a positive electrode and a negative electrode with a catalyst layer provided on both surfaces thereof. Each catalyst layer is formed as a porous layer by catalyst particles in which a catalyst such as platinum is supported on carbon particles.
【0004】このような触媒層は、燃料電池の厚みや使
用される触媒量の低減を目的として、もしくはガスを通
し易くするため、極力薄く形成することが望まれる。そ
こで、撥水シート上にインクを塗布した後にインクの溶
剤成分を飛ばして炭素薄膜を形成し、この炭素薄膜をイ
オン交換膜上に転写して触媒層とする方法が提案されて
いる。この方法では、先に、撥水シート上にインクを塗
布・乾燥させて成膜するようになされている。撥水シー
ト上には、大きな厚みに液体を塗布することができない
ことから、結局、撥水シート上には薄い炭素膜を形成す
ることが可能である。そればかりか、インクの溶剤成分
を撥水シート上において飛ばしてしているので、イオン
交換膜がインクの溶剤成分によって被毒しないといった
利点もある。そして、このようにして形成された炭素薄
膜は、この炭素薄膜とイオン交換膜とが接触した状態
で、たとえば各々が160℃程度に加熱された一対のプ
レス型に挟み込ん加熱・押圧することにより、イオン交
換膜上に転写される。つまり、撥水シート上に形成され
た炭素薄膜の厚みに応じた触媒層がイオン交換膜上に転
写されることから、イオン交換膜上には厚みの小さい触
媒層を形成することができる。[0004] Such a catalyst layer is desired to be formed as thin as possible for the purpose of reducing the thickness of the fuel cell and the amount of catalyst used, or for facilitating the passage of gas. Therefore, a method has been proposed in which, after the ink is applied onto a water-repellent sheet, the solvent component of the ink is removed to form a carbon thin film, and the carbon thin film is transferred onto an ion exchange membrane to form a catalyst layer. In this method, ink is first applied onto a water-repellent sheet and dried to form a film. Since the liquid cannot be applied to the water-repellent sheet with a large thickness, it is possible to eventually form a thin carbon film on the water-repellent sheet. In addition, since the solvent component of the ink is blown off on the water-repellent sheet, there is an advantage that the ion exchange membrane is not poisoned by the solvent component of the ink. The carbon thin film thus formed is heated and pressed by being sandwiched between a pair of press dies, each of which is heated to about 160 ° C., in a state where the carbon thin film and the ion exchange membrane are in contact with each other. It is transferred onto an ion exchange membrane. That is, since the catalyst layer corresponding to the thickness of the carbon thin film formed on the water-repellent sheet is transferred onto the ion exchange membrane, a catalyst layer having a small thickness can be formed on the ion exchange membrane.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た触媒層の形成方法としては、撥水シート上に炭素薄膜
を形成するのは必ずしも容易ではなく、たとえ炭素薄膜
が良好に形成されたとしても、これをイオン交換膜に対
して適切に転写するのは困難である。However, it is not always easy to form a carbon thin film on a water-repellent sheet as a method of forming the above-mentioned catalyst layer. Even if the carbon thin film is formed well, It is difficult to properly transfer this to an ion exchange membrane.
【0006】すなわち、第1に、撥水シートは当然に濡
れ性が悪いため、一定の平面的な広がりをもってインク
を塗布するのが困難であり、所望通りに炭素薄膜を形成
するのが容易ではない。第2に、イオン交換膜に炭素薄
膜が確実に接着されないといった問題がある。この原因
としては、転写時におけるイオン交換膜内の水分の存
在、炭素薄膜内の不純物の存在、あるいは転写時に撥水
シートやイオン交換膜に加えられる圧力の大きさなどが
考えらえるが、本発明者がこれらの原因を極力除去した
状態で転写を行ってみたが、根本的な解決には至らなか
った。First, since the water-repellent sheet naturally has poor wettability, it is difficult to apply ink with a certain planar spread, and it is not easy to form a carbon thin film as desired. Absent. Second, there is a problem that the carbon thin film is not securely adhered to the ion exchange membrane. This may be due to the presence of moisture in the ion exchange membrane during transfer, the presence of impurities in the carbon thin film, or the magnitude of pressure applied to the water repellent sheet or ion exchange membrane during transfer. The inventor tried transfer while removing these causes as much as possible, but did not reach a fundamental solution.
【0007】本発明は、上記した事情のもとで考え出さ
れたものであって、撥水シート上に確実に炭素薄膜を形
成するとともに、この炭素薄膜を精度良く高分子膜に転
写できる方法、およびこの方法を利用した固体高分子型
燃料電池の製造方法を提供することをその課題としてい
る。The present invention has been conceived in view of the above circumstances, and provides a method for forming a carbon thin film on a water-repellent sheet without fail and transferring the carbon thin film to a polymer film with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a method for producing a polymer electrolyte fuel cell using the method.
【0008】[0008]
【発明の開示】上記の課題を解決するため、本発明で
は、次の技術的手段を講じている。DISCLOSURE OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention takes the following technical means.
【0009】すなわち、本発明の第1の側面により提供
される高分子膜への炭素薄膜の形成方法は、撥水性に優
れるブランクシートに炭素薄膜を形成した後に、この炭
素薄膜を高分子膜に転写することにより行われる高分子
膜への炭素薄膜の形成方法であって、高分子膜への炭素
薄膜の転写は、ブランクシートと高分子膜とを異なる温
度に加熱した状態で炭素薄膜を高分子膜に押圧した後、
高分子膜からブランクシートを剥離することにより行わ
れることを特徴としている。That is, the method for forming a carbon thin film on a polymer film provided by the first aspect of the present invention comprises: forming a carbon thin film on a blank sheet having excellent water repellency; A method of forming a carbon thin film on a polymer film by transferring, wherein the transfer of the carbon thin film to the polymer film is performed by heating the blank sheet and the polymer film to different temperatures. After pressing on the molecular membrane,
It is characterized in that it is performed by peeling a blank sheet from a polymer film.
【0010】従来においては、同一温度に加熱された一
対のプレス型間に高分子膜やブランクシートを挟持した
状態で、ブランクシートから高分子膜への炭素薄膜の転
写が行われていた。つまり、ブランクシートと高分子膜
とが同じ温度に加熱された状態で炭素薄膜の転写が行わ
れていた。ところが、炭素薄膜をブランクシートから適
切に剥離することができる温度と、炭素薄膜が高分子膜
に適切に接着される温度とが必ずし同程度であるとは限
らず、むしろ、これらの温度が同程度であることのほう
が考え難い。そこで、本発明者はこの点に着目し、転写
時におけるブランクシートおよび高分子膜の加熱温度
を、意図的に異なる温度とする本発明をするに至った。Conventionally, a carbon thin film has been transferred from a blank sheet to a polymer film while a polymer film or a blank sheet is sandwiched between a pair of press dies heated to the same temperature. That is, the carbon thin film was transferred while the blank sheet and the polymer film were heated to the same temperature. However, the temperature at which the carbon thin film can be appropriately peeled off from the blank sheet and the temperature at which the carbon thin film is properly bonded to the polymer film are not necessarily the same, but rather, these temperatures are It is hard to imagine that they are on the same level. Therefore, the present inventor has paid attention to this point, and has arrived at the present invention in which the heating temperature of the blank sheet and the polymer film at the time of transfer is intentionally set to different temperatures.
【0011】すなわち、本発明においては、たとえばブ
ランクシートの加熱温度を、ブランクシートから炭素薄
膜を適切に剥離することができる温度範囲内に設定する
一方で、高分子膜の加熱温度を、炭素薄膜の接着に適し
た温度範囲内に設定することができる。このような温度
にブランクシートや高分子膜を加熱すれば、ブランクシ
ートからは炭素薄膜が適切に剥離されるとともに、高分
子膜に炭素薄膜が適切に接着されるのはいうまでもな
く、ブランクシートから高分子膜に対して、確実かつ再
現性良く炭素薄膜を転写することができる。That is, in the present invention, for example, the heating temperature of the blank sheet is set within a temperature range in which the carbon thin film can be appropriately peeled from the blank sheet, while the heating temperature of the polymer film is set to the carbon thin film. Can be set within a temperature range suitable for bonding. When the blank sheet or polymer film is heated to such a temperature, the carbon thin film is appropriately peeled from the blank sheet, and the carbon thin film is appropriately bonded to the polymer film. The carbon thin film can be reliably and reproducibly transferred from the sheet to the polymer film.
【0012】また、撥水性に優れるブランクシートに対
しては、高分子膜に対して直接炭素薄膜を形成する場合
と比較して、より薄い膜を形成することができるのは上
述した通りである。したがって、先にブランクシートに
炭素薄膜を形成した後に、この炭素薄膜を高分子膜に転
写する方法では、高分子膜に直接炭素薄膜を形成する場
合と比較して、より薄い膜を形成することができる。As described above, a thinner film can be formed on a blank sheet having excellent water repellency, as compared with a case where a carbon thin film is formed directly on a polymer film. . Therefore, in the method of forming a carbon thin film on a blank sheet first and then transferring the carbon thin film to a polymer film, a thinner film is formed as compared with a case where a carbon thin film is formed directly on a polymer film. Can be.
【0013】炭素薄膜の転写時における高分子膜の加熱
温度、すなわち炭素薄膜が適切に接着される温度範囲と
しては、たとえば当該高分子膜のガラス転移温度よりに
低い温度が挙げられる。つまり、ガラス転移温度よりも
高い温度に高分子膜を加熱した場合には、高分子膜がゴ
ム状態となってしまい炭素薄膜の転写が困難となる。そ
の一方で、転写される炭素薄膜との接着性を高めるべ
く、高分子膜の表面がある程度軟化(ゴム状化)してい
ることが好ましいから、高分子膜をガラス転移温度に近
い温度に加熱した状態で、炭素薄膜の転写を行うのが好
ましい。The heating temperature of the polymer film at the time of transfer of the carbon thin film, that is, the temperature range in which the carbon thin film is appropriately bonded includes, for example, a temperature lower than the glass transition temperature of the polymer film. That is, when the polymer film is heated to a temperature higher than the glass transition temperature, the polymer film becomes in a rubbery state, and it becomes difficult to transfer the carbon thin film. On the other hand, it is preferable that the surface of the polymer film is softened (rubberized) to some extent in order to enhance the adhesiveness to the transferred carbon thin film, so that the polymer film is heated to a temperature close to the glass transition temperature. It is preferable to transfer the carbon thin film in this state.
【0014】ブランクシートの加熱温度、すなわち炭素
薄膜を適切に剥離することができる温度としては、たと
えば高分子膜のガラス転移温度よりも高く、当該シート
の融点よりに低い温度が挙げられる。これは、高分子膜
のガラス転移温度よりも低い温度では、炭素薄膜とブラ
ンクシートとの間の結合を十分に切断することができな
い一方、ブランクシートの融点よりも高い温度ではブラ
ンクシートが溶けてしまい、またブランクシートが炭素
薄膜がこびりついて適切に剥離することができないから
である。The heating temperature of the blank sheet, that is, the temperature at which the carbon thin film can be appropriately peeled, is, for example, a temperature higher than the glass transition temperature of the polymer film and lower than the melting point of the sheet. This is because at a temperature lower than the glass transition temperature of the polymer film, the bond between the carbon thin film and the blank sheet cannot be cut sufficiently, while at a temperature higher than the melting point of the blank sheet, the blank sheet melts. This is because the carbon thin film sticks to the blank sheet and the blank sheet cannot be peeled off properly.
【0015】ブランクシートとしては、たとえばポリテ
トラフルオロエチレンやポリクロロトリフルオロエチレ
ンなどのフッ素樹脂製のものが挙げられ、高分子膜とし
ては、たとえばペルフルオロスルホン酸ポリマー製のも
のが挙げられる。この場合、転写時のブランクシートの
加熱温度は、150〜200℃程度とされ、高分子膜の
加熱温度は、80〜130℃とされる。Examples of the blank sheet include those made of fluororesin such as polytetrafluoroethylene and polychlorotrifluoroethylene, and examples of the polymer film include those made of perfluorosulfonic acid polymer. In this case, the heating temperature of the blank sheet during transfer is about 150 to 200 ° C., and the heating temperature of the polymer film is 80 to 130 ° C.
【0016】より具体的には、高分子膜への炭素薄膜の
転写は、たとえば150〜200℃に加熱されたプレス
型と、たとえば80〜130℃に加熱されたプレス型の
間に、炭素薄膜が形成されたブランクシートおよび高分
子膜を挟持することによって行われる。このとき、ブラ
ンクシートや高分子膜に加えられる圧力は、たとえば5
0〜100MPaとされ、その転写時間(加熱時間)
は、たとえば30〜300秒間とされる。More specifically, the transfer of the carbon thin film to the polymer film is performed, for example, by placing a carbon thin film between a press mold heated to 150 to 200 ° C. and a press mold heated to 80 to 130 ° C. Is carried out by sandwiching the blank sheet and the polymer film on which is formed. At this time, the pressure applied to the blank sheet or the polymer film is, for example, 5
0 to 100 MPa, and its transfer time (heating time)
Is, for example, 30 to 300 seconds.
【0017】ここで、ブランクシートへの炭素薄膜の形
成は、たとえばブランクシートの表面をコロナ放電また
はプラズマ放電により処理した後に、当該処理面に炭素
を含むインクを塗布し、インクを乾燥ないし焼成するこ
とより行われる。Here, the carbon thin film is formed on the blank sheet by, for example, treating the surface of the blank sheet by corona discharge or plasma discharge, applying an ink containing carbon to the treated surface, and drying or firing the ink. It is done by things.
【0018】コロナ放電やプラズマ放電によりブランク
シートの表面を処理した場合には、シート表面の濡れ性
が改善されるため、ブランクシート表面に、一定の平面
的広がりをもって均一かつ薄く炭素薄膜を形成すること
ができる。When the surface of the blank sheet is treated by corona discharge or plasma discharge, the wettability of the sheet surface is improved, so that a uniform and thin carbon thin film is formed on the blank sheet surface with a certain planar spread. be able to.
【0019】ブランクシートへのインクの塗布には、た
とえばスクリーン印刷、スピンコーティング、ロールコ
ーティングあるいはポッティングなどの手法が採用され
るが、とくにスクリーン印刷が好適に採用される。For applying the ink to the blank sheet, for example, a method such as screen printing, spin coating, roll coating, or potting is employed, and particularly, screen printing is suitably employed.
【0020】インクとしては、炭素粉末(カーボンブラ
ック)を、たとえばグリセリンなどの有機溶媒に懸濁さ
せたコロイド溶液が好適に使用される。また、高分子膜
への転写の際に、炭素薄膜が高分子膜に好適に接着さ
れ、プロトンの膜への進入を良好にするため、インク内
に高分子膜を構成する高分子の単量体もしくは重合体を
混合しておくのが好ましい。As the ink, a colloidal solution in which carbon powder (carbon black) is suspended in an organic solvent such as glycerin is preferably used. In addition, when transferring to the polymer film, the carbon thin film is suitably adhered to the polymer film, and in order to make the proton enter the membrane better, a single amount of the polymer constituting the polymer film is contained in the ink. It is preferable to mix a polymer or a polymer.
【0021】さらに、ブランクシートに炭素薄膜を形成
する別の方法としては、ブランクシートに1Hz〜40
0kHzの振動を与えた状態でインクを塗布し、インク
を乾燥ないし焼成する方法が挙げられる。好ましくは、
ブランクシートへのインクの塗布は一滴ずつ行われ、イ
ンクの乾燥はインクを一滴塗布するごとに行われる。Another method for forming a carbon thin film on a blank sheet is as follows.
There is a method in which the ink is applied in a state where a vibration of 0 kHz is applied, and the ink is dried or baked. Preferably,
The ink is applied to the blank sheet one drop at a time, and the drying of the ink is performed each time one drop of the ink is applied.
【0022】ブランクシートに振動、とくに超音波振動
を与えた状態では、ブランクシート表面の濡れ性が改善
される。このため、振動を付与しつつインクを塗布する
方法においても、ブランクシートの表面に均一かつ薄く
炭素薄膜を形成することができる。また、インクを一滴
塗布するごとにこのインクを乾燥させる方法では、必要
以上に当該シートの厚み方向にインクが塗布されること
もなく、インク滴の径に応じた厚みに炭素薄膜を形成す
ることができる。When the blank sheet is subjected to vibration, particularly ultrasonic vibration, the wettability of the blank sheet surface is improved. For this reason, even in the method of applying the ink while applying the vibration, a uniform and thin carbon thin film can be formed on the surface of the blank sheet. In addition, in the method of drying the ink every time one ink is applied, the carbon thin film is formed in a thickness corresponding to the diameter of the ink droplet without applying the ink in the thickness direction of the sheet more than necessary. Can be.
【0023】また、本発明の第2の側面では、電解質と
しての固体高分子膜の両面に、それぞれ触媒層が設けら
れ、かつ上記固体高分子膜が一対の電極の間に介在させ
られた構成の固体高分子型燃料電池の製造方法であっ
て、上記触媒層を、触媒および炭素を有するインクを用
いた上述した本発明の第1の側面に記載した炭素薄膜の
形成方法により形成することを特徴とする、固体高分子
型燃料電池の製造方法が提供される。According to a second aspect of the present invention, there is provided a structure in which catalyst layers are provided on both surfaces of a solid polymer film as an electrolyte, and the solid polymer film is interposed between a pair of electrodes. Wherein the catalyst layer is formed by the method of forming a carbon thin film according to the first aspect of the present invention using a catalyst and an ink having carbon. A method for manufacturing a polymer electrolyte fuel cell is provided.
【0024】上述したように、本発明の第1の側面にお
いて記載した炭素薄膜の形成方法を採用すれば、固体高
分子膜に対して直接的に炭素薄膜(触媒層)を形成する
場合と比較して、より厚みの小さい触媒層を形成するこ
とができる。これにより、固体高分子型燃料電池全体の
厚みを低減することができるばかりが、使用される触媒
量を少なくすることもできる。As described above, when the method for forming a carbon thin film described in the first aspect of the present invention is employed, the method is compared with the case where a carbon thin film (catalyst layer) is formed directly on a solid polymer film. Thus, a catalyst layer having a smaller thickness can be formed. As a result, not only can the thickness of the entire polymer electrolyte fuel cell be reduced, but also the amount of catalyst used can be reduced.
【0025】ところで、上記構成の燃料電池では、一方
の触媒層(負極触媒層)において負極活物質としての水
素ガスが水素イオンと電子に解離され、水素イオンが固
体高分子膜を通過して他方の触媒層(正極触媒層)に移
動し、電子が一方の電極を介して燃料電池の外部に取り
出される。正極触媒層においては、正極活物質としての
酸素ガスが、燃料電池の外部から供給された電子や固体
高分子膜を通過して移動してきた水素イオンと反応して
水が生成する。そして、正極触媒層において生成した水
は、通常、電極側に移動するが、触媒層の厚みを小さく
設定しておけば、固体高分子膜への水の逆拡散を適切に
促進することができる。すなわち、本発明の製造方法に
より提供される固体高分子型燃料電池のように、触媒層
の厚みが低減されていれば、正極触媒層において生じた
水をイオン交換膜に逆拡散させてイオン交換膜を好適に
湿潤化することができる。また、正極触媒層において生
じた水を利用できれば、ガス流路、とくに酸素ガスの流
路に水が溜まってガスの流通が妨げられるといった事態
も適切に回避することができる。In the fuel cell having the above structure, hydrogen gas as a negative electrode active material is dissociated into hydrogen ions and electrons in one catalyst layer (negative electrode catalyst layer). And the electrons are taken out of the fuel cell via one electrode. In the positive electrode catalyst layer, oxygen gas as a positive electrode active material reacts with electrons supplied from outside the fuel cell and hydrogen ions moving through the solid polymer membrane to generate water. Then, the water generated in the positive electrode catalyst layer usually moves to the electrode side, but if the thickness of the catalyst layer is set small, the back diffusion of water into the solid polymer membrane can be appropriately promoted. . That is, as in the polymer electrolyte fuel cell provided by the production method of the present invention, if the thickness of the catalyst layer is reduced, water generated in the positive electrode catalyst layer is back-diffused into the ion exchange membrane to perform ion exchange. The membrane can be suitably wetted. In addition, if water generated in the positive electrode catalyst layer can be used, it is possible to appropriately avoid a situation in which water accumulates in the gas flow path, particularly the oxygen gas flow path, and obstructs gas flow.
【0026】なお、固体高分子膜は、水素イオンを選択
的に通過させるもの、具体的には、ポリスチレン系の陽
イオン交換膜、たとえばペルフルオロスルホン酸ポリマ
ーが好適に使用される。このポリマーは、水により湿潤
した場合にプロトン導電性を示すものであり、負極触媒
層において水素ガスの解離により生じたプロトン(水素
イオン)が水和した状態で透過し、正極触媒層に移動す
るようになされている。このため、正極触媒層において
生じた水を逆拡散させ、固体高分子膜を湿潤化できるこ
との意義は大きい。なお、固体高分子膜の厚みは、たと
えば0.13〜0.25mm程度に設定される。As the solid polymer membrane, one which selectively allows hydrogen ions to pass therethrough, specifically, a polystyrene-based cation exchange membrane, for example, a perfluorosulfonic acid polymer is suitably used. This polymer exhibits proton conductivity when wet with water, and protons (hydrogen ions) generated by dissociation of hydrogen gas in the negative electrode catalyst layer permeate in a hydrated state and move to the positive electrode catalyst layer. It has been made like that. For this reason, it is significant that the water generated in the positive electrode catalyst layer can be back-diffused to wet the solid polymer film. The thickness of the solid polymer film is set to, for example, about 0.13 to 0.25 mm.
【0027】また、本側面に係る製造方法で使用される
インクには、炭素粉末に加えて、触媒も含まれている必
要がある。この触媒は、たとえば予め炭素粉末や他の担
体に担持させておいてもよく、また炭素粉末などに担持
されていない状態(固体粉末やイオンの状態)でインク
内に共存させておいてもよい。なお、負極触媒層を構成
する触媒としては、たとえば白金、金、ニッケル、炭化
タングステンなどが挙げられ、正極触媒層を構成する触
媒としては、たとえば白金、金、銀、ロジウムなどが挙
げられる。Further, the ink used in the production method according to this aspect needs to contain a catalyst in addition to the carbon powder. This catalyst may be, for example, previously supported on carbon powder or another carrier, or may be coexisted in the ink without being supported on carbon powder or the like (solid powder or ionic state). . The catalyst forming the negative electrode catalyst layer includes, for example, platinum, gold, nickel, tungsten carbide, and the like, and the catalyst forming the positive electrode catalyst layer includes, for example, platinum, gold, silver, rhodium, and the like.
【0028】本発明のその他の特徴および利点は、以下
に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、図1は
固体高分子型燃料電池が直列的に集合した燃料電池スタ
ックの全体斜視図、図2は固体高分子型燃料電池の分解
斜視図、図3は固体高分子型燃料電池を構成するプレー
トの対角線に沿って、当該固体高分子型燃料電池を断面
したときの断面図およびその要部拡大図、図4および図
5はイオン交換膜への触媒層を形成する方法を説明する
ために図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall perspective view of a fuel cell stack in which polymer electrolyte fuel cells are assembled in series, FIG. 2 is an exploded perspective view of the polymer electrolyte fuel cell, and FIG. FIG. 4 and FIG. 5 are cross-sectional views of the polymer electrolyte fuel cell taken along a diagonal line of the plate and enlarged views of main parts thereof. FIGS. 4 and 5 illustrate a method of forming a catalyst layer on an ion exchange membrane. FIG.
【0030】燃料電池スタック4は、図1に示したよう
に隣り合う燃料電池40どうしで一枚のプレートを共用す
る複数の固体高分子型燃料電池40が直列的に並べられた
状態で、エンドプレート4A,4Bの間にボルト締めに
より挟持された格好とされており、一方のエンドプレー
ト4A側と他方のエンドプレート4B側とが4つの連通
孔4a〜4dを介して連通している。As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 4 has a plurality of polymer electrolyte fuel cells 40 which share one plate between adjacent fuel cells 40 and are arranged in series. One end plate 4A and the other end plate 4B side communicate with each other through four communication holes 4a to 4d.
【0031】各固体高分子型燃料電池40は、図2および
図3に示したように第1のプレート41および第2のプレ
ート42と、これらのプレート41,42の間に介在する固体
高分子膜としてのイオン交換膜43と、このイオン交換膜
43と第1のプレート41または第2のプレート42との間に
介在する負極集電体44または正極集電体45と、負極集電
体44または正極集電体45の周りを囲むようにして配置さ
れた第1ガスケット47または第2ガスケット48と、を備
えて大略構成されている。Each of the solid polymer fuel cells 40 includes a first plate 41 and a second plate 42 as shown in FIGS. 2 and 3, and a solid polymer interposed between the plates 41 and 42. Ion exchange membrane 43 as a membrane and this ion exchange membrane
A negative electrode current collector 44 or a positive electrode current collector 45 interposed between 43 and the first plate 41 or the second plate 42 is disposed so as to surround the negative electrode current collector 44 or the positive electrode current collector 45. And a first gasket 47 or a second gasket 48.
【0032】各プレート41,42は、全体が金属や合金、
たとえばカーボン、チタンあるいはステンレス鋼などの
導体よって形成されており、四隅のそれぞれには、厚み
方向に貫通する第1から第4貫通孔41a〜41d,42a〜
42dが設けられている。そして、各プレート41,42にお
ける一面41A,42A側には、図2における左右方向に延
びる複数の個別溝部41e,42eが上下方向に並べぶよう
にして形成されており、各個別溝部41e,42eの一端部
どうしが上下方向に延びる第1共通溝部41f,42fによ
って、他端部どうしが第2共通溝部41g,42gによって
それぞれ繋げられている。第1共通溝部41f,42fは、
対角配置された第1および第2貫通孔41a,41b,42
a,42bのうちの第1貫通孔41a,42aに連通してお
り、第2共通溝部41g,42gは、第2貫通孔41b,42b
に連通している。各プレート41,42の他面41B,42Bに
も、図面上には明確に表れていないが、一面41A,42A
側と同様な個別溝部および共通溝部がそれぞれ形成され
ており、各共通溝部が第3貫通孔41c,42cまたは第4
貫通孔41d,42dに連通している。つまり、各プレート
41,42の一面41A,42A側に正極活物質としての酸素ガ
ス用の流路が形成され、他面側41B,42B側に負極活物
質としての水素ガス用の流路が形成されて、隣り合う燃
料電池40どうしで一枚のプレート41,42を共用してい
る。Each of the plates 41 and 42 is entirely made of metal or alloy,
For example, it is formed of a conductor such as carbon, titanium, or stainless steel, and has first to fourth through holes 41a to 41d, 42a to
42d is provided. A plurality of individual grooves 41e, 42e extending in the left-right direction in FIG. 2 are formed on the surfaces 41A, 42A of the plates 41, 42 so as to be arranged in the vertical direction. Are connected by first common grooves 41f and 42f extending in the vertical direction, and the other ends are connected by second common grooves 41g and 42g. The first common groove portions 41f and 42f are
Diagonally arranged first and second through holes 41a, 41b, 42
a and 42b communicate with the first through holes 41a and 42a, and the second common grooves 41g and 42g are connected to the second through holes 41b and 42b.
Is in communication with The other surfaces 41B and 42B of the respective plates 41 and 42 are not clearly shown in the drawing, but one surface 41A, 42A
An individual groove and a common groove similar to those on the side are formed, and each common groove is formed in the third through-hole 41c, 42c or the fourth through-hole.
It communicates with the through holes 41d and 42d. That is, each plate
A flow path for oxygen gas as a positive electrode active material is formed on one surface 41A, 42A side of 41, 42, and a flow path for hydrogen gas as a negative electrode active material is formed on the other surface 41B, 42B side. One plate 41, 42 is shared between the matching fuel cells 40.
【0033】なお、各燃料電池40がスタック4を構成す
る状態では、第1および第2のプレート41,42の第1貫
通孔41a,42aどうしが同軸上に位置し、同様に、第2
ないし第4貫通孔41b〜41d,42b〜42dも同軸上に位
置するようにして第1および第2のプレート41,42が配
置される。In a state where each fuel cell 40 constitutes the stack 4, the first through holes 41a and 42a of the first and second plates 41 and 42 are located coaxially.
The first and second plates 41 and 42 are arranged such that the fourth through holes 41b to 41d and 42b to 42d are also coaxially located.
【0034】イオン交換膜43は、その四隅に第1および
第2のプレート41,42に対応して貫通孔43a〜43dが形
成されており、その一面および他面には、負極触媒層43
Aおよび正極触媒層43Bがそれぞれ形成されている。The ion exchange membrane 43 has through holes 43a to 43d formed at the four corners corresponding to the first and second plates 41 and 42, and the negative electrode catalyst layer 43 is formed on one surface and the other surface.
A and the cathode catalyst layer 43B are formed respectively.
【0035】イオン交換膜43は、プロトン導電性を示す
ものであり、水素イオンを選択的に通過させるものであ
る。このイオン交換膜43としては、たとえばポリスチレ
ン系の陽イオン交換膜であるペルフルオロスルホン酸ポ
リマーが採用されるが、このポリマーは、水により湿潤
した場合に導電性を示し、水素イオンが水和した状態で
通過する。The ion exchange membrane 43 has proton conductivity and selectively allows hydrogen ions to pass therethrough. As the ion exchange membrane 43, for example, a perfluorosulfonic acid polymer, which is a polystyrene cation exchange membrane, is used. This polymer exhibits conductivity when wetted with water, and hydrates hydrogen ions. Pass by.
【0036】負極触媒層43Aは、たとえば炭素粒の表面
にプラチナを担持させた触媒粒で構成された多孔質層と
されており、水素分子や水素イオンが通過可能とされて
いる。この負極触媒層43Aでは、供給された水素ガス
が、水素イオンと電子に解離される。一方、正極触媒部
43Bは、たとえば炭素粒の表面にプラチナとロジウムと
を共存担持させた触媒粒で構成された多孔質層とされて
おり、酸素分子が通過可能とされている。この正極触媒
層43Bでは、水素イオンが、酸素および電子と反応して
水が生成される。The anode catalyst layer 43A is, for example, a porous layer composed of catalyst particles having platinum supported on the surface of carbon particles, and is capable of passing hydrogen molecules and hydrogen ions. In the anode catalyst layer 43A, the supplied hydrogen gas is dissociated into hydrogen ions and electrons. On the other hand, the cathode catalyst part
43B is, for example, a porous layer composed of catalyst particles in which platinum and rhodium coexist and are supported on the surface of carbon particles so that oxygen molecules can pass therethrough. In the positive electrode catalyst layer 43B, hydrogen ions react with oxygen and electrons to generate water.
【0037】上記した構成の負極触媒層43Aや正極触媒
層43Bは、図4に示したように、ブランクシート2に対
して炭素薄膜20を形成する炭素薄膜形成工程と、図5に
示したように、炭素薄膜をイオン交換膜43に転写する工
程と、を経て形成される。As shown in FIG. 4, the anode catalyst layer 43A and the cathode catalyst layer 43B having the above-described structures are formed by a carbon thin film forming step of forming the carbon thin film 20 on the blank sheet 2, as shown in FIG. Then, a step of transferring the carbon thin film to the ion exchange membrane 43 is formed.
【0038】炭素薄膜形成工程は、ブランクシート2に
対してコロナ放電またはプラズマ放電を行うことによっ
てブランクシート2の濡れ性を向上させてから(図4
(a))、炭素粉末と触媒を含むインクをブランクシー
ト上に塗布し、これを乾燥させることによって行われる
(図4(b))。In the carbon thin film forming step, the wettability of the blank sheet 2 is improved by performing corona discharge or plasma discharge on the blank sheet 2 (FIG. 4).
(A)), an ink containing a carbon powder and a catalyst is applied on a blank sheet, and this is dried (FIG. 4 (b)).
【0039】ブランクシート2としては、触媒層43A,
43Bを極力薄く形成するという観点から、撥水性に優れ
るもの、たとえばポリテトラフルオロエチレンやポリク
ロロトリフルオロエチレンなどといったフッ素樹脂製の
ものが好適に使用される。通常、撥水性に優れるフッ素
樹脂製のシート上には、一面に広がるインク層を形成す
るのは困難であるが、上記のように、当該シートに対し
てコロナ放電などにより処理を施して濡れ性を向上させ
てからインクを塗布すれば、非常に小さな厚みのインク
層を塗布形成することができる。As the blank sheet 2, the catalyst layer 43A,
From the viewpoint of forming 43B as thin as possible, those having excellent water repellency, for example, those made of fluororesin such as polytetrafluoroethylene and polychlorotrifluoroethylene are preferably used. Normally, it is difficult to form an ink layer that spreads over the entire surface of a fluororesin sheet having excellent water repellency, but as described above, the sheet is treated by corona discharge or the like to obtain a wettability. If the ink is applied after improving the quality, an ink layer having a very small thickness can be formed.
【0040】インクとしては、先に説明したように、炭
素粉末と触媒を含み、これらがグリセリンなどの有機溶
媒によってコロイド溶液とされたものが使用される。触
媒は、炭素粉末に担持させておいてもよいし、触媒を固
体粉末またはイオンの状態として炭素粉末に担持されて
いない状態で共存させておいてもよい。また、インク
は、溶液、懸濁液またはペーストのいずれの形態であっ
てもよい。ところで、負極触媒層43Aにおいては、水素
を水素イオンと電子に解離する必要があることから、負
極触媒層43Aに使用する触媒としては、白金、金、ニッ
ケル、炭化タングステンなどが挙げられ、正極触媒層43
Bにおいては、酸素を水素イオンや電子と反応させる必
要があることから、正極触媒層43Bに使用する触媒とし
ては、白金、金、銀、ロジウムなどが挙げられる。As described above, an ink containing carbon powder and a catalyst, which are formed into a colloid solution with an organic solvent such as glycerin, is used as described above. The catalyst may be supported on the carbon powder, or the catalyst may be coexisted as a solid powder or as an ion without being supported on the carbon powder. The ink may be in the form of a solution, a suspension, or a paste. Incidentally, since it is necessary to dissociate hydrogen into hydrogen ions and electrons in the anode catalyst layer 43A, examples of the catalyst used for the anode catalyst layer 43A include platinum, gold, nickel, and tungsten carbide. Tier 43
In B, since it is necessary to react oxygen with hydrogen ions and electrons, examples of the catalyst used for the positive electrode catalyst layer 43B include platinum, gold, silver, and rhodium.
【0041】ブランクシート2へのインクの塗布は、た
とえばスクリーン印刷、スピンコーティング、ロールコ
ーティングやポッティングにより行われるが、とくにス
クリーン印刷が好適に採用される。The ink is applied to the blank sheet 2 by, for example, screen printing, spin coating, roll coating, or potting. In particular, screen printing is preferably employed.
【0042】インクの乾燥には、種々の方法を採用する
ことができる。たとえば、30分〜数時間程度自然乾燥
させることにより行ってもよいし、さらに減圧下(1〜
50KPa)で乾燥させてもよい。もちろん、インクが
塗布されたブランクシート2を、たとえば電気炉内に導
入して強制的にインクを乾燥させてもよい。このようし
てインクを乾燥させれば、図4(b)に示したように、
インクの液体成分が蒸発し、ブランクシート2に固体の
炭素薄膜が形成される。Various methods can be employed for drying the ink. For example, it may be carried out by air drying for about 30 minutes to several hours, or under reduced pressure (1 to
(50 KPa). Of course, the blank sheet 2 coated with the ink may be introduced into, for example, an electric furnace to forcibly dry the ink. When the ink is dried in this way, as shown in FIG.
The liquid component of the ink evaporates, and a solid carbon thin film is formed on the blank sheet 2.
【0043】ブランクシート2上の炭素薄膜20を、イオ
ン交換膜43に転写する工程は、一対のプレス型3A,3
Bの間に、炭素薄膜20がイオン交換膜43に接触するよう
にしてイオン交換膜43とブランクシート2を挟持して、
イオン交換膜43およびブランクシート2の双方を加熱し
た後(図5(a))、ブランクシート2を剥離すること
によって行われる(図5(b))。The step of transferring the carbon thin film 20 on the blank sheet 2 to the ion exchange membrane 43 is performed by a pair of press dies 3A, 3A.
B, the ion exchange membrane 43 and the blank sheet 2 are sandwiched so that the carbon thin film 20 contacts the ion exchange membrane 43,
The heating is performed by heating both the ion exchange membrane 43 and the blank sheet 2 (FIG. 5A) and then peeling the blank sheet 2 (FIG. 5B).
【0044】イオン交換膜43としては、上記したように
ペルフルオロスルホン酸ポリマー製のものが好適に使用
されるが、この場合、イオン交換膜43の加熱温度は、当
該ポリマーのガラス転移温度よりも低い130℃程度に
設定され、ブランクシート2の加熱温度は、先のガラス
転移温度よりも高く、ブランクシート2の融点よりに高
い温度である150〜200℃程度に設定される。イオ
ン交換膜43の加熱温度を130℃程度とすれば、イオン
交換膜43の表面をある程度軟化でき、これにより炭素薄
膜20との接着性が高めることができ、また、必要以上に
イオン交換膜43が軟化して、プレス型3Bやブランクシ
ート2にこびりついてしまうこともない。一方、ブラン
クシート2の加熱温度を150〜200℃程度とすれ
ば、ブランクシート2と炭素薄膜2との結合を適切に切
断し、また、ブランクシート2がプレス型3Aや炭素薄
膜20にこびりついてしまうこともなく、ブランクシート
2から適切に炭素薄膜20を剥離することができる。さら
に、炭素薄膜20がイオン交換膜43より高温である間に非
常に良好に転写される。As the ion exchange membrane 43, the one made of a perfluorosulfonic acid polymer is suitably used as described above. In this case, the heating temperature of the ion exchange membrane 43 is lower than the glass transition temperature of the polymer. The heating temperature of the blank sheet 2 is set to about 130 ° C., and is set to about 150 to 200 ° C., which is higher than the glass transition temperature and higher than the melting point of the blank sheet 2. If the heating temperature of the ion exchange membrane 43 is set to about 130 ° C., the surface of the ion exchange membrane 43 can be softened to some extent, whereby the adhesiveness to the carbon thin film 20 can be increased. Does not soften and stick to the press die 3B or the blank sheet 2. On the other hand, if the heating temperature of the blank sheet 2 is set to about 150 to 200 ° C., the bond between the blank sheet 2 and the carbon thin film 2 is appropriately cut, and the blank sheet 2 sticks to the press die 3A or the carbon thin film 20. Without this, the carbon thin film 20 can be appropriately peeled from the blank sheet 2. Further, the carbon thin film 20 is transferred very well while the temperature is higher than that of the ion exchange membrane 43.
【0045】負極集電体44は、負極触媒層43Aにおいて
水素ガスから解離した電子を集めて燃料電池40の外部に
取り出せるようにし、また供給された水素ガスが負極触
媒層43Aに達するように水素ガスを通過させるものであ
る必要がある。このため、たとえば炭素系素材(カーボ
ンブラックなどの炭素粉末、黒鉛、炭素繊維など)、ニ
ッケル、ニッケル−クロム合金、ニッケル−コバルト合
金、銀、チタン、タンタル、酸化物半導体などの素材に
よって多孔質体として形成されるが、とくに、炭素系素
材が好適に採用される。The negative electrode current collector 44 collects electrons dissociated from the hydrogen gas in the negative electrode catalyst layer 43A so that the electrons can be taken out of the fuel cell 40, and the hydrogen gas is supplied so that the supplied hydrogen gas reaches the negative electrode catalyst layer 43A. It must be able to pass gas. For this reason, for example, the porous body is made of a carbon-based material (carbon powder such as carbon black, graphite, carbon fiber, etc.), nickel, a nickel-chromium alloy, a nickel-cobalt alloy, silver, titanium, tantalum, an oxide semiconductor, or the like. In particular, a carbon-based material is preferably used.
【0046】正極集電体45は、外部から電子を受け取っ
て、この電子を正極触媒部43Bに供給できるようにし、
また供給された酸素ガスが正極触媒層43Bに達するよう
に酸素ガスを通過させる必要があることから、負極集電
体44と同様に、たとえば炭素系素材によって多孔質体と
して形成される。The positive electrode current collector 45 receives electrons from the outside and supplies the electrons to the positive electrode catalyst portion 43B.
Further, since it is necessary to pass the oxygen gas so that the supplied oxygen gas reaches the cathode catalyst layer 43B, the oxygen gas is formed as a porous body using, for example, a carbon-based material similarly to the anode current collector 44.
【0047】第1および第2ガスケット47,48は、イオ
ン交換膜43と第1または第2のプレート41,42との間の
封止状態、ひいては隣り合うプレート41,42どうしの封
止状態を高めるためのものである。全体形状としては、
その中央部に集電体44(45)と同程度の面積を有する開
口47A,48Bが設けられた矩形枠状とされており、枠隅
には、第1および第2のプレート41,42の各貫通孔41a
〜41d,42a〜42dに対応して貫通孔47a〜47d,48a
〜48dが設けられている。The first and second gaskets 47, 48 change the sealing state between the ion exchange membrane 43 and the first or second plate 41, 42, and thus the sealing state between the adjacent plates 41, 42. It is to enhance. As the overall shape,
It has a rectangular frame shape having openings 47A and 48B having the same area as the current collector 44 (45) at the center thereof, and the first and second plates 41 and 42 are provided at the corners of the frame. Each through hole 41a
Through holes 47a to 47d, 48a corresponding to .about.41d, 42a to 42d.
~ 48d are provided.
【0048】以上の構成とされた燃料電池40では、イオ
ン交換膜43、および各ガスケット47,48の各部材には、
各プレート41,42に形成された貫通孔41a〜41d,42a
〜42dに対応して、各々に貫通孔が形成されている。し
たがって、図3に良く表れているように、燃料電池40の
状態では、各部材に設けられた貫通孔どうしが繋がって
おり、燃料電池スタック4の状態においても、各部材の
貫通孔どうしが繋がって、エンドプレート4A,4Bの
外部にまで通じる第1から第4連通孔4a〜4dを形成
している(図1参照)。これらの連通孔4a〜4dのう
ち、対角に位置する第1および第2連通孔4a,4b
は、各プレート41,42の一面41A,42A側に設けられた
個別溝部41e,42eないし共通溝部41f,42f,41g,
42gとそれぞれ連通しており(図3参照)、残りの2つ
の連通孔4c,4dは、図面上には明確に表れていない
が他面41B,42B側に設けられた個別溝部ないし共通溝
部とそれぞれ連通している。In the fuel cell 40 having the above structure, the ion exchange membrane 43 and the members of the gaskets 47 and 48 are
Through holes 41a to 41d, 42a formed in each plate 41, 42
Each through-hole is formed corresponding to .about.42d. Therefore, as clearly shown in FIG. 3, in the state of the fuel cell 40, the through holes provided in each member are connected, and also in the state of the fuel cell stack 4, the through holes of each member are connected. Thus, first to fourth communication holes 4a to 4d communicating with the outside of the end plates 4A and 4B are formed (see FIG. 1). Of these communication holes 4a to 4d, first and second communication holes 4a, 4b located at diagonal positions
Are the individual grooves 41e, 42e or the common grooves 41f, 42f, 41g provided on one surface 41A, 42A side of each of the plates 41, 42.
The other two communication holes 4c and 4d are not clearly shown in the drawing but are provided with individual grooves or common grooves provided on the other surfaces 41B and 42B. Each is in communication.
【0049】つまり、燃料電池スタック4の外部から、
他方のエンドプレート4B側を入り口として、第3およ
び第4連通孔4c,4dのいずれか一方または双方から
水素ガスを供給すれば、全てのプレート41,42の他面41
B,42B側の個別溝部や共通溝部に水素ガスが通じられ
る。また、第1および第2貫通孔4a,4bのいずれか
一方または双方から酸素ガスを供給すれば、全てのプレ
ート41,42の一面41A,42A側の個別溝部41e,42eや
共通溝部41f,41g,42f,42gに酸素ガスが通じられ
る。なお、酸素ガスは、通常、空気の状態で供給され
る。That is, from outside the fuel cell stack 4,
When hydrogen gas is supplied from one or both of the third and fourth communication holes 4c and 4d with the other end plate 4B side as an entrance, the other surfaces 41 of all the plates 41 and 42 are provided.
Hydrogen gas is passed through the individual grooves and the common grooves on the B and 42B sides. When oxygen gas is supplied from one or both of the first and second through holes 4a and 4b, the individual grooves 41e and 42e and the common grooves 41f and 41g on the surfaces 41A and 42A of all the plates 41 and 42 are provided. , 42f, and 42g are passed with oxygen gas. The oxygen gas is usually supplied in an air state.
【0050】各燃料電池40においては、たとえば第3連
通孔4cや第4連通孔4dを通過する水素ガスの一部が
第1プレート41の他面41B側に形成された個別溝部や共
通溝部に供給され、この水素ガスが負極集電体44を通過
し、負極触媒層43Aで水素イオンと電子に解離される
(下記反応式(1))。In each fuel cell 40, for example, a part of the hydrogen gas passing through the third communication hole 4c or the fourth communication hole 4d is transferred to the individual groove or the common groove formed on the other surface 41B of the first plate 41. The supplied hydrogen gas passes through the negative electrode current collector 44 and is dissociated into hydrogen ions and electrons in the negative electrode catalyst layer 43A (reaction formula (1) below).
【0051】[0051]
【化1】 Embedded image
【0052】この反応の際に生じた電子は、負極集電体
44に集められるが、この電子は第1のプレート41を介し
て当該第1のプレート41を共用する隣の燃料電池40の正
極集電体45に供給される(図1および図3参照)。一
方、負極触媒層43Aにおける反応の際に生じた水素イオ
ンは、水和状態でイオン交換膜43を通過し(下記反応式
(2))、正極触媒層43Bに移動する。The electrons generated during this reaction are converted into a negative electrode current collector.
The electrons are collected at 44, and are supplied to the positive electrode current collector 45 of the adjacent fuel cell 40 that shares the first plate 41 via the first plate 41 (see FIGS. 1 and 3). On the other hand, hydrogen ions generated during the reaction in the anode catalyst layer 43A pass through the ion exchange membrane 43 in a hydrated state (the following reaction formula (2)), and move to the cathode catalyst layer 43B.
【0053】[0053]
【化2】 Embedded image
【0054】この正極触媒層43Bにはさらに、第2のプ
レート42を共用する隣の燃料電池40の負極集電体44から
電子が供給され、また第3連通孔4cや第4連通孔4d
を通過する空気(酸素ガス)の一部が第2プレート42の
一面42A側に形成された共通溝部42g,42f、個別溝部
42eおよび正極集電体45を介して供給される。このよう
にして酸素ガス、電子および水素イオンが供給された正
極触媒層43Bでは、これらが反応して水が生成する(下
記反応式(3))。なお、このとき生じた水の一部は、
正極触媒層43Bを逆拡散してイオン交換膜43に供給され
る。The positive electrode catalyst layer 43B is further supplied with electrons from the negative electrode current collector 44 of the adjacent fuel cell 40 sharing the second plate 42, and the third communication hole 4c and the fourth communication hole 4d.
A part of the air (oxygen gas) passing through the second plate 42 is formed on one surface 42A side of the common grooves 42g and 42f, the individual grooves.
It is supplied via 42 e and the positive electrode current collector 45. In the positive electrode catalyst layer 43B to which the oxygen gas, the electrons, and the hydrogen ions have been supplied as described above, they react to generate water (the following reaction formula (3)). Some of the water generated at this time is
The cathode catalyst layer 43 </ b> B is back-diffused and supplied to the ion exchange membrane 43.
【0055】[0055]
【化3】 Embedded image
【0056】以上に説明した燃料電池スタック4 では、
1の燃料電池40の負極集電体44に集められた電子は、隣
の燃料電池40の正極集電体45に供給される。そして、電
子の流れ方向の最下流に位置する燃料電池40の負極集電
体44に集められた電子は、外部回路を経由して、電子の
流れ方向の最上流に位置する燃料電池40の正極集電体45
に供給される。すなわち、燃料電池スタック4内におい
ては、電子が全体として一定の方向に流れ、最下流の燃
料電池40から最上流の燃料電池40には外部回路を経由し
て電子が循環させられるようになされている。そして、
外部回路においてエネルギを取り出して利用するように
なされている。In the fuel cell stack 4 described above,
The electrons collected in the negative electrode current collector 44 of one fuel cell 40 are supplied to the positive electrode current collector 45 of the adjacent fuel cell 40. Then, the electrons collected in the negative electrode current collector 44 of the fuel cell 40 located at the most downstream in the electron flow direction pass through an external circuit, and the positive electrode of the fuel cell 40 located at the most upstream in the electron flow direction is passed through the external circuit. Current collector 45
Supplied to That is, in the fuel cell stack 4, electrons flow in a certain direction as a whole, and electrons are circulated from the most downstream fuel cell 40 to the most upstream fuel cell 40 via an external circuit. I have. And
Energy is taken out and used in an external circuit.
【0057】[0057]
【実施例】以下、比較例とともに実施例について説明す
る。EXAMPLES Examples will be described below together with comparative examples.
【0058】[0058]
【実施例1】本実施形態では、ブランクシート(日東電
工社製;「ニトクロン」)の一面側にインクを塗布・乾
燥させて炭素薄膜を形成した後に、この炭素薄膜を高分
子膜としてのイオン交換膜(デュポン社製;「ナフィオ
ン」)に転写した。Example 1 In this embodiment, a carbon thin film was formed by applying and drying ink on one side of a blank sheet (manufactured by Nitto Denko Corporation; "Nitocron"). Transferred to an exchange membrane (Dupont; "Nafion").
【0059】ブランクシートには、コロナ放電機(TA
NTEC AS社(デンマーク)製;「Model H
V05−2」)を用いて、当該装置における電極間の印
加電圧を10KVとしたときに発生するコロナ放電を予
め与えておいた。インクとしては、その白金担持量が3
7.7wt%となるようにして予めプラチナを担持させ
ておいたカーボンブラック(粒子径が20〜30nm)
0.1gを、ナフィオン溶液(デュポン社製;「ナフィ
オン溶液5%」)0.667gおよびグリセリン(和光
純薬工業社製;「グリセリン試薬」)5gと混合攪拌し
て作製されたものを用いた。インクの塗布は、その乾燥
後の塗布量および塗布面積が1gおよび100cm2 と
なるようにして、スクリーン印刷により行った。インク
の乾燥は、常温・常圧で1時間行った後に、減圧下(1
Pa)でさらに2時間行った。The blank sheet has a corona discharge machine (TA).
Made by NTEC AS (Denmark); "Model H
V05-2 "), corona discharge generated when the voltage applied between the electrodes in the device was set to 10 KV was given in advance. As the ink, the platinum carrying amount is 3
Carbon black (particle diameter: 20 to 30 nm) on which platinum is previously supported so as to be 7.7 wt%
0.1 g was mixed with 0.667 g of Nafion solution (manufactured by DuPont; "Nafion solution 5%") and 5 g of glycerin (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; "glycerin reagent") and used by stirring. . The application of the ink was performed by screen printing so that the application amount and the application area after drying were 1 g and 100 cm 2 . After drying the ink at normal temperature and normal pressure for 1 hour, the ink was dried under reduced pressure (1
Pa) for another 2 hours.
【0060】炭素薄膜の転写は、一対のプレス型の間
に、炭素薄膜がイオン交換膜と接触するようにしてブラ
ンクシートとイオン交換膜とを加熱状態で挟持した後
に、ブランクシートを剥離することにより行った。ブラ
ンクシート側を加熱する第1プレス型の加熱温度は15
5℃とし、イオン交換膜側を加熱する第2プレス型の加
熱温度は100℃とした。また、これらのプレス型で
は、ブランクシートおよびイオン交換膜を、70MPa
の圧力で、60秒間挟持した。The transfer of the carbon thin film is performed by holding the blank sheet and the ion exchange membrane in a heated state so that the carbon thin film contacts the ion exchange membrane between a pair of press dies, and then peeling the blank sheet. Was performed. The heating temperature of the first press die for heating the blank sheet side is 15
The temperature was 5 ° C., and the heating temperature of the second press mold for heating the ion exchange membrane side was 100 ° C. In these press dies, the blank sheet and the ion-exchange membrane were set at 70 MPa.
At a pressure of 60 seconds.
【0061】以上のような方法により、ブランクシート
への炭素薄膜の形成を10回試み、各サンプルについて
炭素薄膜の形成状態を目視により確認した。そして、炭
素薄膜の形成が成功したサンプルについてのみ、イオン
交換膜への炭素薄膜の転写を試み、炭素薄膜の転写状態
を目視により観察した。ブランクシートへの炭素薄膜の
形成状態およびイオン交換膜への炭素薄膜の転写状態を
目視により観察した結果を表1に示した。The formation of the carbon thin film on the blank sheet was attempted 10 times by the method described above, and the formation state of the carbon thin film was visually confirmed for each sample. Then, only for the sample in which the carbon thin film was successfully formed, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted, and the transfer state of the carbon thin film was visually observed. Table 1 shows the results of visually observing the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0062】[0062]
【実施例2】本実施例においては、実施例1と同様にし
てブランクシートに炭素薄膜を形成し、炭素薄膜の形成
状態を目視により確認した。そして、炭素薄膜の形成が
成功したサンプルについて、イオン交換膜への炭素薄膜
の転写を試みた。イオン交換膜への炭素薄膜の転写は、
第1プレス型の温度を170℃、第2プレス型の温度を
120℃として行った以外は実施例1と同様とした。ブ
ランクシートへの炭素薄膜の形成状態およびイオン交換
膜への炭素薄膜の転写状態を目視により観察した結果は
表1に示した。Example 2 In this example, a carbon thin film was formed on a blank sheet in the same manner as in Example 1, and the formation state of the carbon thin film was visually checked. Then, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted for the sample in which the carbon thin film was successfully formed. The transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane
Example 1 was the same as Example 1 except that the temperature of the first press die was 170 ° C and the temperature of the second press die was 120 ° C. Table 1 shows the results of visual observation of the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0063】[0063]
【実施例3】本実施例においては、実施例1と同様にし
てブランクシートに炭素薄膜を形成し、炭素薄膜の形成
状態を目視により確認した。そして、炭素薄膜の形成が
成功したサンプルについて、イオン交換膜への炭素薄膜
の転写を試みた。イオン交換膜への炭素薄膜の転写は、
第1プレス型の温度を200℃、第2プレス型の温度を
130℃として行った以外は実施例1と同様とした。ブ
ランクシートへの炭素薄膜の形成状態およびイオン交換
膜への炭素薄膜の転写状態を目視により観察した結果は
表1に示した。Example 3 In this example, a carbon thin film was formed on a blank sheet in the same manner as in Example 1, and the formation state of the carbon thin film was visually checked. Then, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted for the sample in which the carbon thin film was successfully formed. The transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane
Example 1 was the same as Example 1 except that the temperature of the first press mold was set to 200 ° C and the temperature of the second press mold was set to 130 ° C. Table 1 shows the results of visual observation of the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0064】[0064]
【実施例4】本実施例においては、実施例1と同様にし
てブランクシートに炭素薄膜を形成し、炭素薄膜の形成
状態を目視により確認した。そして、炭素薄膜の形成が
成功したサンプルについて、イオン交換膜への炭素薄膜
の転写を試みた。イオン交換膜への炭素薄膜の転写は、
各プレス型によるブランクシートおよびイオン交換膜の
挟持圧力を100MPaとして行った以外は実施例1と
同様とした。ブランクシートへの炭素薄膜の形成状態お
よびイオン交換膜への炭素薄膜の転写状態を目視により
観察した結果は表1に示した。Example 4 In this example, a carbon thin film was formed on a blank sheet in the same manner as in Example 1, and the state of formation of the carbon thin film was visually checked. Then, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted for the sample in which the carbon thin film was successfully formed. The transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane
Example 1 was the same as Example 1 except that the pressing pressure between the blank sheet and the ion exchange membrane by each press mold was set to 100 MPa. Table 1 shows the results of visual observation of the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0065】[0065]
【実施例5】本実施例においては、実施例1と同様にし
てブランクシートに炭素薄膜を形成し、炭素薄膜の形成
状態を目視により確認した。そして、炭素薄膜の形成が
成功したサンプルについて、イオン交換膜への炭素薄膜
の転写を試みた。イオン交換膜への炭素薄膜の転写は、
各プレス型によるブランクシートおよびイオン交換膜の
挟持圧力を50MPaとして行った以外は実施例1と同
様とした。ブランクシートへの炭素薄膜の形成状態およ
びイオン交換膜への炭素薄膜の転写状態を目視により観
察した結果は表1に示した。Example 5 In this example, a carbon thin film was formed on a blank sheet in the same manner as in Example 1, and the state of formation of the carbon thin film was visually checked. Then, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted for the sample in which the carbon thin film was successfully formed. The transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane
The procedure was the same as in Example 1 except that the pressing pressure between the blank sheet and the ion exchange membrane by each press mold was set to 50 MPa. Table 1 shows the results of visual observation of the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0066】[0066]
【実施例6】本実施例においては、実施例1と同様にし
てブランクシートに炭素薄膜を形成し、炭素薄膜の形成
状態を目視により確認した。そして、炭素薄膜の形成が
成功したサンプルについて、イオン交換膜への炭素薄膜
の転写を試みた。イオン交換膜への炭素薄膜の転写は、
各プレス型によるブランクシートおよびイオン交換膜の
挟持時間を100秒として行った以外は実施例1と同様
とした。ブランクシートへの炭素薄膜の形成状態および
イオン交換膜への炭素薄膜の転写状態を目視により観察
した結果は表1に示した。Example 6 In this example, a carbon thin film was formed on a blank sheet in the same manner as in Example 1, and the state of formation of the carbon thin film was visually checked. Then, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted for the sample in which the carbon thin film was successfully formed. The transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane
The procedure was the same as in Example 1 except that the holding time of the blank sheet and the ion exchange membrane by each press mold was set to 100 seconds. Table 1 shows the results of visual observation of the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0067】[0067]
【実施例7】本実施例においては、実施例1と同様にし
てブランクシートに炭素薄膜を形成し、炭素薄膜の形成
状態を目視により確認した。そして、炭素薄膜の形成が
成功したサンプルについて、イオン交換膜への炭素薄膜
の転写を試みた。イオン交換膜への炭素薄膜の転写は、
各プレス型によるブランクシートおよびイオン交換膜の
挟持時間を30秒として行った以外は実施例1と同様と
した。ブランクシートへの炭素薄膜の形成状態およびイ
オン交換膜への炭素薄膜の転写状態を目視により観察し
た結果は表1に示した。Example 7 In this example, a carbon thin film was formed on a blank sheet in the same manner as in Example 1, and the state of formation of the carbon thin film was visually checked. Then, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted for the sample in which the carbon thin film was successfully formed. The transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane
The procedure was the same as in Example 1 except that the holding time of the blank sheet and the ion exchange membrane by each press mold was set to 30 seconds. Table 1 shows the results of visual observation of the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0068】[0068]
【実施例8】本実施例においては、ブランクシートに予
めコロナ放電を与えなかった以外は実施例1と同様にし
て炭素薄膜を形成し、炭素薄膜の形成状態を目視により
確認した。そして、炭素薄膜の形成が成功したサンプル
について、実施例1と同様にしてイオン交換膜への炭素
薄膜の転写を試みた。ブランクシートへの炭素薄膜の形
成状態およびイオン交換膜への炭素薄膜の転写状態を目
視により観察した結果は表1に示した。Example 8 In this example, a carbon thin film was formed in the same manner as in Example 1 except that corona discharge was not applied to the blank sheet in advance, and the formation state of the carbon thin film was visually checked. Then, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted in the same manner as in Example 1 for the sample on which the carbon thin film was successfully formed. Table 1 shows the results of visual observation of the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0069】[0069]
【比較例1】本比較例においては、実施例1と同様にし
てブランクシートに炭素薄膜を形成し、炭素薄膜の形成
状態を目視により確認した。そして、炭素薄膜の形成が
成功したサンプルについて、イオン交換膜への炭素薄膜
の転写を試みた。イオン交換膜への炭素薄膜の転写は、
第1プレス型の温度を155℃、第2プレス型の温度を
155℃として行った以外は実施例1と同様とした。ブ
ランクシートへの炭素薄膜の形成状態およびイオン交換
膜への炭素薄膜の転写状態を目視により観察した結果は
表1に示した。Comparative Example 1 In this comparative example, a carbon thin film was formed on a blank sheet in the same manner as in Example 1, and the state of formation of the carbon thin film was visually checked. Then, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted for the sample in which the carbon thin film was successfully formed. The transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane
Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the first press die was set to 155 ° C and the temperature of the second press die was set to 155 ° C. Table 1 shows the results of visual observation of the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0070】[0070]
【比較例2】本比較例においては、実施例1と同様にし
てブランクシートに炭素薄膜を形成し、炭素薄膜の形成
状態を目視により確認した。そして、炭素薄膜の形成が
成功したサンプルについて、イオン交換膜への炭素薄膜
の転写を試みた。イオン交換膜への炭素薄膜の転写は、
第1プレス型の温度を120℃、第2プレス型の温度を
120℃として行った以外は実施例1と同様とした。ブ
ランクシートへの炭素薄膜の形成状態およびイオン交換
膜への炭素薄膜の転写状態を目視により観察した結果を
表1に示した。Comparative Example 2 In this comparative example, a carbon thin film was formed on a blank sheet in the same manner as in Example 1, and the state of formation of the carbon thin film was visually checked. Then, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted for the sample in which the carbon thin film was successfully formed. The transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane
Example 1 was the same as Example 1 except that the temperature of the first press mold was set to 120 ° C and the temperature of the second press mold was set to 120 ° C. Table 1 shows the results of visually observing the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0071】[0071]
【比較例3】本比較例においては、実施例1と同様にし
てブランクシートに炭素薄膜を形成し、炭素薄膜の形成
状態を目視により確認した。そして、炭素薄膜の形成が
成功したサンプルについて、イオン交換膜への炭素薄膜
の転写を試みた。イオン交換膜への炭素薄膜の転写は、
第1プレス型の温度を170℃、第2プレス型の温度を
140℃として行った以外は実施例1と同様とした。ブ
ランクシートへの炭素薄膜の形成状態およびイオン交換
膜への炭素薄膜の転写状態を目視により観察した結果は
表1に示した。Comparative Example 3 In this comparative example, a carbon thin film was formed on a blank sheet in the same manner as in Example 1, and the state of formation of the carbon thin film was visually checked. Then, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted for the sample in which the carbon thin film was successfully formed. The transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane
Example 1 was the same as Example 1 except that the temperature of the first press die was 170 ° C and the temperature of the second press die was 140 ° C. Table 1 shows the results of visual observation of the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0072】[0072]
【比較例4】本比較例においては、実施例1と同様にし
てブランクシートに炭素薄膜を形成し、炭素薄膜の形成
状態を目視により確認した。そして、炭素薄膜の形成が
成功したサンプルについて、イオン交換膜への炭素薄膜
の転写を試みた。イオン交換膜への炭素薄膜の転写は、
各プレス型によるブランクシートおよびイオン交換膜の
挟持圧力を30MPaとして行った以外は実施例1と同
様とした。ブランクシートへの炭素薄膜の形成状態およ
びイオン交換膜への炭素薄膜の転写状態を目視により観
察した結果は表1に示した。Comparative Example 4 In this comparative example, a carbon thin film was formed on a blank sheet in the same manner as in Example 1, and the formation state of the carbon thin film was visually checked. Then, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted for the sample in which the carbon thin film was successfully formed. The transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane
Example 1 was the same as Example 1 except that the pressing pressure between the blank sheet and the ion exchange membrane by each press mold was set to 30 MPa. Table 1 shows the results of visual observation of the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0073】[0073]
【比較例5】本比較例においては、実施例1と同様にし
てブランクシートに炭素薄膜を形成し、炭素薄膜の形成
状態を目視により確認した。そして、炭素薄膜の形成が
成功したサンプルについて、イオン交換膜への炭素薄膜
の転写を試みた。イオン交換膜への炭素薄膜の転写は、
各プレス型によるブランクシートおよびイオン交換膜の
挟持時間を25秒として行った以外は実施例1と同様と
した。ブランクシートへの炭素薄膜の形成状態およびイ
オン交換膜への炭素薄膜の転写状態を目視により観察し
た結果を表1に示した。Comparative Example 5 In this comparative example, a carbon thin film was formed on a blank sheet in the same manner as in Example 1, and the state of formation of the carbon thin film was visually checked. Then, the transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane was attempted for the sample in which the carbon thin film was successfully formed. The transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane
The procedure was the same as in Example 1 except that the holding time of the blank sheet and the ion exchange membrane by each press mold was 25 seconds. Table 1 shows the results of visually observing the state of formation of the carbon thin film on the blank sheet and the state of transfer of the carbon thin film to the ion exchange membrane.
【0074】[0074]
【表1】 [Table 1]
【0075】[0075]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る高
分子膜への炭素薄膜の形成方法では、ブランクシートに
対して確実に炭素薄膜を形成することができるととも
に、この炭素薄膜を適切に高分子膜に転写することがで
きる。つまり、本発明では、高分子膜上に、膜厚の小さ
な炭素膜を形成することができる。また、高分子膜への
炭素薄膜の形成方法は、固体高分子型燃料電池の触媒電
極を形成する方法としても好適に採用することができ
る。As described above, in the method for forming a carbon thin film on a polymer film according to the present invention, a carbon thin film can be reliably formed on a blank sheet. Can be transferred to a polymer film. That is, in the present invention, a carbon film having a small thickness can be formed on the polymer film. Further, the method of forming a carbon thin film on a polymer film can be suitably adopted as a method of forming a catalyst electrode of a polymer electrolyte fuel cell.
【図1】固体高分子型燃料電池が直列的に積層された燃
料電池スタックの一例を表す全体斜視図である。FIG. 1 is an overall perspective view illustrating an example of a fuel cell stack in which polymer electrolyte fuel cells are stacked in series.
【図2】固体高分子型燃料電池の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the polymer electrolyte fuel cell.
【図3】固体高分子型燃料電池を、これを構成するプレ
ートの対角線に沿って断面したときの断面図およびその
要部拡大図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a polymer electrolyte fuel cell when cut along a diagonal line of a plate constituting the fuel cell, and an enlarged view of a main part thereof.
【図4】イオン交換膜への触媒層の形成方法を説明する
ために図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a method of forming a catalyst layer on an ion exchange membrane.
【図5】イオン交換膜への触媒層の形成方法を説明する
ために図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a method of forming a catalyst layer on an ion exchange membrane.
2 ブランクシート 20 炭素薄膜 4 燃料電池スタック 40 燃料電池 41 第1のプレート 42 第2のプレート 43 イオン交換膜(高分子膜) 43A 負極触媒層 43B 正極触媒層 44 正極集電体 45 正極集電体 47 負極側ガスケット 48 正極側ガスケット Reference Signs List 2 blank sheet 20 carbon thin film 4 fuel cell stack 40 fuel cell 41 first plate 42 second plate 43 ion exchange membrane (polymer film) 43A negative electrode catalyst layer 43B positive electrode catalyst layer 44 positive electrode current collector 45 positive electrode current collector 47 Negative gasket 48 Positive gasket
Claims (8)
膜を形成した後に、この炭素薄膜を高分子膜に転写する
ことにより行われる高分子膜への炭素薄膜の形成方法で
あって、 高分子膜への炭素薄膜の転写は、ブランクシートと高分
子膜とを異なる温度に加熱した状態で炭素薄膜を高分子
膜に押圧した後、高分子膜からブランクシートを剥離す
ることにより行われることを特徴とする、高分子膜への
炭素薄膜の形成方法。1. A method for forming a carbon thin film on a polymer film by forming a carbon thin film on a blank sheet having excellent water repellency, and then transferring the carbon thin film to a polymer film. The carbon thin film is transferred to the polymer film by heating the blank sheet and the polymer film to different temperatures, pressing the carbon thin film against the polymer film, and then peeling the blank sheet from the polymer film. A method for forming a carbon thin film on a polymer film.
熱温度は、当該高分子膜のガラス転移温度よりも低い温
度とされ、ブランクシートの加熱温度は、高分子膜のガ
ラス転移温度よりも高く、当該ブランクシートの融点よ
りも低い温度とされる、請求項1に記載の燃料電池。2. The heating temperature of the polymer film during the transfer of the carbon thin film is lower than the glass transition temperature of the polymer film, and the heating temperature of the blank sheet is lower than the glass transition temperature of the polymer film. 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the temperature is higher than the melting point of the blank sheet. 3.
ともに高分子膜がペルフルオロスルホン酸ポリマー製で
あり、転写時のブランクシートの加熱温度が150〜2
00℃とされるとともに高分子膜の加熱温度が80〜1
30℃とされる、請求項2に記載の燃料電池。3. The blank sheet is made of a fluororesin, the polymer film is made of a perfluorosulfonic acid polymer, and the heating temperature of the blank sheet during transfer is 150 to 2
00 ° C. and the heating temperature of the polymer film is 80 to 1
3. The fuel cell according to claim 2, wherein the temperature is 30 ° C.
クシートと高分子膜とを、加熱された一対のプレス型の
間に、50〜100MPaの圧力下で30〜300秒間
加熱挟持することによって行う、請求項1ないし3のい
ずれか1つに記載の燃料電池。4. The pressing of the carbon thin film on the polymer film is performed by heating and sandwiching the blank sheet and the polymer film between a pair of heated press dies under a pressure of 50 to 100 MPa for 30 to 300 seconds. The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell is performed.
ブランクシートの表面をコロナ放電またはプラズマ放電
により処理した後に、当該処理面に炭素粉末を含むイン
クを塗布し、乾燥させることによって行われる、請求項
1ないし4のいずれか1つに記載の高分子膜への炭素薄
膜の形成方法。5. The method of forming a carbon thin film on a blank sheet,
The polymer according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface of the blank sheet is treated by corona discharge or plasma discharge, and thereafter, the treated surface is coated with an ink containing carbon powder and dried. A method for forming a carbon thin film on a film.
ブランクシートに1Hz〜400kHzの振動を与えた
状態で炭素粉末を含むインクを塗布し、乾燥させること
によって行われる、請求項1ないし4のいずれか1つに
記載の高分子膜への炭素薄膜の形成方法。6. The method of forming a carbon thin film on a blank sheet,
The method of applying a carbon thin film to a polymer film according to any one of claims 1 to 4, wherein the blank sheet is applied with an ink containing carbon powder while being subjected to vibration of 1 Hz to 400 kHz, and dried. Forming method.
ずつ行われ、インクの乾燥はインクを一滴塗布するごと
に行われる、請求項6に記載の高分子膜への炭素薄膜の
形成方法。7. The method for forming a carbon thin film on a polymer film according to claim 6, wherein the application of the ink to the blank sheet is performed drop by drop, and the drying of the ink is performed each time a drop of the ink is applied.
の固体高分子膜が、一対の電極の間に介在させられた構
成の固体高分子型燃料電池の製造方法であって、 上記触媒層を、炭素および触媒をそれぞれ有するインク
を用いた、請求項1ないし7に記載したいずれか1つの
炭素薄膜の形成方法により形成することを特徴とする、
固体高分子型燃料電池の製造方法。8. A method for producing a polymer electrolyte fuel cell, wherein a solid polymer membrane as an electrolyte having a catalyst layer provided on both surfaces is interposed between a pair of electrodes, Is formed by the method for forming a carbon thin film according to any one of claims 1 to 7, using an ink having carbon and a catalyst, respectively.
A method for manufacturing a polymer electrolyte fuel cell.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11165328A JP2000353529A (en) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | Forming method for carbon thin film to high polymer film and manufacture of solid high polymer fuel cell using method thereof |
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JP11165328A JP2000353529A (en) | 1999-06-11 | 1999-06-11 | Forming method for carbon thin film to high polymer film and manufacture of solid high polymer fuel cell using method thereof |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1278260A4 (en) * | 2001-01-19 | 2007-08-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | METHOD FOR PRODUCING CONNECTED FUEL CELL ELECTROLYTE FILM ELECTRODES |
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WO2021206430A1 (en) * | 2020-04-06 | 2021-10-14 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | All-solid-state battery and method for manufacturing all-solid-state battery |
-
1999
- 1999-06-11 JP JP11165328A patent/JP2000353529A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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