專利名稱：膜電極組件、制造該組件的方法以及采用該組件的固體聚合物型燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膜電極組件、制造該膜電極組件的方法以及采用該組件的固體聚合物 型燃料電池。
背景技術(shù)：
固體聚合物型燃料電池是常規(guī)燃料電池的一個實例。圖6示出了固體聚合物型燃 料電池的實例。固體聚合物型燃料電池10包括膜電極組件(MEA)4，在組件4中，陽極催化 劑層加和陰極催化劑層26被分別層疊在電解質(zhì)膜1的相反側(cè)上，擴散層3、3被層疊在催 化劑層的外側(cè)上。各自具有氣體流道5的分隔體(separator) 6、6被設(shè)置在膜電極組件4 的相反側(cè)上，由此夾住組件4。構(gòu)成膜電極組件4的電解質(zhì)膜1通常具有約10到30 μ m的膜厚度，因而強 度弱且不易于處理。因此，當制造膜電極組件4時，在電解質(zhì)膜1的外周部上設(shè)置加 強框或保護層以進行強化。該加強框或保護層還執(zhí)行以下功能在發(fā)電時防止在膜 電極組件4的周邊部分中發(fā)生由氣體的交叉泄漏所導致的短路。日本專利申請公開 2007-109576 (JP-A-2007-109576)描述了包括這樣的加強框或保護層的膜電極組件。在該 文件中，電解質(zhì)膜的平面部的區(qū)域的尺寸大于每個陽極側(cè)和陰極側(cè)電解質(zhì)層的平面部的區(qū) 域的尺寸。由熱固性樹脂構(gòu)成的加強框被設(shè)置在電解質(zhì)膜的兩個表面中的其中沒有形成催 化劑層的區(qū)域上，并且保護層被設(shè)置在電解質(zhì)膜與加強框之間的空間的部分上。如在日本專利申請公開2007-109576 (JP-A-2007-109576)中描述的膜電極組件 中，為了在膜電極組件中防止短路并強化電解質(zhì)膜的目的而形成的保護層和加強框是通過 在電解質(zhì)膜的沒有形成催化劑層的區(qū)域中的電解質(zhì)膜上進行層疊而形成的。當制造該類型 的膜電極組件時，需要相對于電解質(zhì)膜精確地定位陽極側(cè)和陰極側(cè)催化劑層以及相對于催 化劑層精確地定位加強框和保護層。需要精確定位的原因在于，如果上述構(gòu)件中的任何一者存在定位偏差，便會出現(xiàn) 其中催化劑層與強化層或保護層部分地重疊的部位，或者在發(fā)電區(qū)中出現(xiàn)電解質(zhì)膜沒有 被催化劑層覆蓋的部位。在出現(xiàn)前一部位的情況下，當擴散層等被層疊在該部位的頂部上 時，可能會造成不便，或者在出現(xiàn)后一部位的情況下，可能會發(fā)生局部離子傳導(local ion conduction)，這會導致電解質(zhì)膜的局部劣化。因此，膜電極組件的制造需要細致的操作。
發(fā)明內(nèi)容
以具有為了強化電解質(zhì)膜并防止短路的目的而在電解質(zhì)膜的外周部上形成的加 強框和保護層的膜電極組件的類型，本發(fā)明提供了膜電極組件，其允許放松在制造工藝期 間定位各種構(gòu)件的精度要求，由此在整體上有助于制造過程，并且還提供了該膜電極組件 的制造方法以及采用該膜電極組件的固體聚合物型燃料電池。本發(fā)明的第一方面涉及至少具有這樣的結(jié)構(gòu)的膜電極組件，在該結(jié)構(gòu)中，陽極側(cè)催化劑層和陰極側(cè)催化劑層被層疊在電解質(zhì)膜的兩個相反側(cè)的表面上，并且電解質(zhì)膜的外 周部具有加強框以進行加強并防止短路。所述加強框被埋置在所述電解質(zhì)膜內(nèi)。如果加強框被埋置在電解質(zhì)膜內(nèi)并且陽極側(cè)和陰極側(cè)催化劑層在電解質(zhì)膜上被 層疊為使兩個催化劑層的外邊緣與其中定位有該埋置的加強框的區(qū)域重疊，則上述膜電極 組件可以提供其預期的發(fā)電性能。也就是，催化劑層的定位精度要求可以被放松，放松的量 為沿埋置的加強框的四個邊中的每個邊的平面方向的寬度區(qū)域的量。此外，即使在層疊期 間出現(xiàn)了特定量或程度的定位偏差，也可避免加強框與另一構(gòu)件重疊的不便性。此外，因為在加強框上較不可能發(fā)生離子傳導，所以即使陽極側(cè)催化劑層和陰極 側(cè)催化劑層被定位為在電解質(zhì)膜的厚度方向上沒有對準，也不會發(fā)生局部離子傳導。因此， 同樣較不可能發(fā)生電解質(zhì)膜的局部劣化。對于這一點，同樣可以放松催化劑層的定位精度 要求，并且可以增強作為加強框的功能。此外，在加強框被層疊在電解質(zhì)膜上的情況下，為了防止由在壓接(compression bond)碳纖維擴散層時可能發(fā)生的小貫穿孔造成的氣體的交叉泄漏(cross-leak)，需要在 電解質(zhì)膜的兩個相反表面上設(shè)置兩個加強框。然而，在根據(jù)本發(fā)明的膜電極組件中，由于加 強框被埋置在電解質(zhì)膜內(nèi)，因而通過設(shè)置僅僅一片加強框便可以達成預期的目的，從而降 低了制造成本?？梢酝ㄟ^以其中加強框被設(shè)置為沿電解質(zhì)膜的外周邊緣延伸以便加強框經(jīng) 受擴散層的壓接力的結(jié)構(gòu)來設(shè)置僅僅一片加強框，達成預期的目的。然而，在該情況下，由 于需要比電解質(zhì)膜厚的加強框，該結(jié)構(gòu)的成本必然高于根據(jù)本發(fā)明的膜電極組件的成本。
可以通過如下的方法制造根據(jù)本發(fā)明的膜電極組件。第一制造方法(本發(fā)明的第二方面)為至少包括以下步驟的制造方法形成其中 層疊有第一電解質(zhì)膜和陽極側(cè)催化劑層的第一層疊物以及其中層疊有第二電解質(zhì)膜和陰 極側(cè)催化劑層的第二層疊物；將所述第一層疊物和所述第二層疊物設(shè)置為使所述第一層疊 物的電解質(zhì)膜側(cè)與所述第二層疊物的電解質(zhì)膜側(cè)彼此面對；以及將所述加強框設(shè)置在彼此 面對的所述第一層疊物與所述第二層疊物之間，然后，熱壓接合所述第一層疊物、所述加強 框和所述第二層疊物，以使所述加強框被埋置在通過將所述第一電解質(zhì)膜和所述第二電解 質(zhì)膜熔融且一體化而形成的所述電解質(zhì)膜內(nèi)。第二制造方法(本發(fā)明的第三方面)為至少包括以下步驟的制造方法形成其中 層疊有第一電解質(zhì)膜和陽極側(cè)催化劑層的第一層疊物以及其中層疊有第二電解質(zhì)膜和陰 極側(cè)催化劑層的第二層疊物；在所述第一層疊物和所述第二層疊物中的一者的電解質(zhì)膜側(cè) 的表面上將加強框?qū)盈B為與所述電解質(zhì)膜側(cè)的表面一體化；將所述第一層疊物和所述第二 層疊物設(shè)置為使所述第一層疊物的電解質(zhì)膜側(cè)的表面與所述第二層疊物的電解質(zhì)膜側(cè)的 表面彼此面對；以及熱壓接合所述第一層疊物和所述第二層疊物，以使所述加強框被埋置 在通過將所述第一電解質(zhì)膜和所述第二電解質(zhì)膜熔融且一體化而形成的所述電解質(zhì)膜內(nèi)。在上述每一種制造方法中，希望第一電解質(zhì)膜和第二電解質(zhì)膜的厚度為構(gòu)成膜電 極組件的電解質(zhì)膜的厚度的一半。然而，在第一和第二電解質(zhì)膜的總厚度固定的條件下，第 一和第二電解質(zhì)膜的厚度也可以彼此不同?？梢酝ㄟ^任意方法形成第一層疊物和第二層疊物。在優(yōu)選實施例中，在傳送片 (conveyance sheet)上形成第一層疊物和第二層疊物。在該情況下，通過從傳送片剝離疊 層而形成所述第一層疊物和所述第二層疊物，所述疊層是通過將電解質(zhì)膜形成樹脂和催化劑層形成樹脂施加到所述傳送片而在所述傳送片上形成的。在傳送片上層疊的順序可以為 其中催化劑層形成樹脂被層疊在電解質(zhì)膜形成樹脂的頂上的順序，也可以是與該順序相反 的順序。在前一順序的情況下，在從傳送片剝離疊層之后，在被設(shè)置為使其電解質(zhì)膜側(cè)的表 面彼此面對的第一層疊物與第二層疊物之間設(shè)置加強框，然后熱壓接合這兩個疊層。在后 一順序的情況下，同樣可以進行與前一順序相同的處理?；蛘撸梢詫⒍急３譃楦浇拥絺?送片的第一層疊物和第二層疊物設(shè)置為彼此面對，并且可以將加強框設(shè)置在兩個層疊物之 間，然后熱壓接合層疊物。在該情況下，使用傳送片作為連接材料，可以連續(xù)地制造這樣的 疊層(稱為電解質(zhì)涂覆膜(CCM))，在每個疊層中，催化劑層被層疊在電解質(zhì)膜的兩個表面 上。在該情況下，在進行熱壓接合之后剝離傳送片。此外，在上述順序的任一種中，可以實 施在所述第一層疊物和所述第二層疊物中的一者的電解質(zhì)膜側(cè)的表面上將所述加強框?qū)?疊為與所述電解質(zhì)膜側(cè)的表面一體化的步驟，并且在這之后，可以實施通過熱壓接合使第 一層疊物和第二層疊物一體化的工藝。在上述任一情況下，通過在催化劑層上層疊擴散層 來形成膜電極組件。還可以通過在從傳送片剝離疊層時在電解質(zhì)膜側(cè)的表面上留下傳送片的一部分 作為加強框，來實施上述在所述第一層疊物和所述第二層疊物中的一者的電解質(zhì)膜側(cè)的表 面上將加強框?qū)盈B為與所述電解質(zhì)膜側(cè)的表面一體化的步驟。在該制造中，可以略去在第 一層疊物與第二層疊物之間設(shè)置加強框的步驟。在本發(fā)明中，構(gòu)成電解質(zhì)膜的電解質(zhì)樹脂可以是通常用于固體聚合物型燃料電池 的電解質(zhì)樹脂。例如，優(yōu)選使用基于全氟的(perfluoro-based)電解質(zhì)樹脂。此外，還可以 使用其高分子鏈末端為-SO3H的電解質(zhì)樹脂，以及其高分子鏈末端為-SO2F的電解質(zhì)樹脂。 由于優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，更優(yōu)選其高分子鏈末端為-SO2F的電解質(zhì)樹脂。在使用該樹脂的情 況下，通過對其實施水解處理來完成使膜電極組件具有離子傳導性的處理。催化劑層的材料可以為在固體聚合物型燃料電池中通常使用的材料。例如，包含 上述電解質(zhì)樹脂和催化劑承載的導電材料的催化劑混合物。這里使用的催化劑主要為基于 鉬的金屬，并且承載催化劑的導電材料主要為碳粉末。然而，這不是限制性的。加強框為用于使電解質(zhì)膜具有機械強度并且增強電解質(zhì)膜的外周部的氣密特性 (防止短路)的框。作為加強框的材料，優(yōu)選使用不具有離子傳導性的樹脂材料。加強框 的厚度可以為約5到30 μ m。優(yōu)選地，加強框為具有這樣的厚度的樹脂膜，該厚度使其可 以被埋置在膜電極組件中所采用的電解質(zhì)膜內(nèi)。樹脂模的材料可以為聚四氟乙烯、四氟乙 烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚物(tetrafluoroethylene-perflu oroalkoxy ethylene copolymer)、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚乙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯 (polyethylene naphthalate)、聚丙烯、聚醚酰胺、聚醚酰亞胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚砜、聚 醚砜、聚苯硫醚、聚苯醚、聚磷腈、聚酰亞胺、聚酰亞胺-酰胺等等。優(yōu)選對加強框進行表面處理，因為這可以增強對電解質(zhì)樹脂的粘附特性。對表面 處理的方法沒有特別的限制，但可以列舉化學蝕刻處理、電暈放電處理、等離子體表面處理 等等作為實例。傳送片可以與形成加強框的樹脂膜相同，并可以是通常用于膜電極組件的制造工 藝的傳送片。傳送片的實例包括基于聚酯的膜(例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸 乙二醇酯等等)、基于聚酰亞胺的膜等等。
當使用傳送片時，優(yōu)選通過公知方法施加電解質(zhì)樹脂溶液或催化劑層形成溶液以 在傳送片上形成電解質(zhì)膜和催化劑層。對施加方法沒有特別的限制，方法的實例包括典型 的方法，例如，使用刮刀涂布機、刮棒涂布機、噴涂、浸漬涂布機、旋涂機、輥涂機、模縫涂布 機(die coater)或簾式涂布機的方法、以及絲網(wǎng)印刷方法等等。根據(jù)本發(fā)明，以為了強化電解質(zhì)膜并防止短路的目的而在電解質(zhì)膜的外周部上具 有加強框的膜電極組件的類型，可以放松在制造工藝期間定位各種構(gòu)件的精度要求，由此 在實現(xiàn)了該膜電極組件的預期的發(fā)電性能的同時還便于膜電極組件的制造。
將在以下參考附圖對本發(fā)明的示例性實施例的詳細說明中描述本發(fā)明的特征、優(yōu) 點以及技術(shù)和工業(yè)重要性，在附圖中相似的標號表示相似的要素，并且在附圖中圖1為示例出根據(jù)本發(fā)明的膜電極組件的制造方法的第一實施例的圖；圖2A和2B為示例出加強框的兩個實例的圖；圖3為示例出在根據(jù)本發(fā)明的膜電極組件的制造方法的第二實施例中使用的傳 送片的圖；圖4為示出了通過制造方法的第二實施例制造膜電極組件的過程的圖；圖5示例出根據(jù)本發(fā)明的膜電極組件的制造方法的第三實施例；以及圖6為示例出固體聚合物型燃料電池的實例的圖。
具體實施例方式參考圖1和圖2，將描述根據(jù)膜電極組件的制造方法的第一實施例的膜電極組件。 在圖1中，路線(a)示出了形成第一層疊物14a的路線，路線(b)示出了形成第二層疊物 14b的路線。在圖1中，參考標號11表示傳送片。首先，在兩條路線上，使用任何適宜的技 術(shù)在傳送片11上施加預定厚度的電解質(zhì)樹脂溶液，并對其進行干燥以形成第一電解質(zhì)膜 1 和第二電解質(zhì)膜12b。接下來，在路線(a)中，預定厚度的陽極催化劑墨被施加在第一 電解質(zhì)膜1 上并被干燥以形成陽極催化劑層13a。同樣地，在路線(b)中，預定厚度的陰 極催化劑墨被施加在第二電解質(zhì)膜12b上并被干燥以形成陰極催化劑層13b。隨后，通過去 除傳送片11，形成第一層疊物Ha和第二層疊物14b，在第一層疊物1 中層疊有第一電解 質(zhì)膜1 和陽極催化劑層13a，在第二層疊物14b中層疊有第二電解質(zhì)膜12b和陰極催化劑 層 13b。然后，將第一層疊物1 和第二層疊物14b放置為使兩個層疊物的電解質(zhì)膜12a、 12b彼此面對。在兩個層疊物Ha和14b之間設(shè)置加強框20，之后，在熱壓機中從上方和 下方對整個組件進行熱壓接合。結(jié)果，第一電解質(zhì)膜1 和第二電解質(zhì)膜12b熔融并一體 化而形成其中加強框20被埋置在電解質(zhì)膜15中的電解質(zhì)膜。由此，形成了催化劑涂覆膜 (CCM) 16，在該催化劑涂覆膜16中，陽極催化劑層13a和陰極催化劑層1 被層疊在電解質(zhì) 膜15的兩側(cè)的表面上。單獨地制備適宜的擴散層基材(base material) 17，通過施加疏水層形成墨 (water-repellent layer-forming ink)并干燥該墨以在擴散層基材17的一個表面上形成 多孔疏水層18。擴散層基材17被層疊在陽極催化劑層13a和陰極催化劑層13b中的每一者的外側(cè)上。由此，形成膜電極組件19。加強框20的尺寸可稍小于電解質(zhì)膜12的尺寸，如圖2A所示。或者，加強框20的 尺寸與電解質(zhì)膜12的尺寸基本上相同。在任一情況下，電解質(zhì)膜12的被加強框20圍繞的 內(nèi)部區(qū)域Si形成了膜電極組件19的發(fā)電區(qū)域。當通過熱熔而使第一層疊物1 和第二層 疊物14b —體化時，電解質(zhì)膜12的位于加強框20之外的部分So (如圖2A所示)或電解質(zhì) 膜12的暴露于在加強框20中形成的窗口 21中的部分Sm(如圖2B所示)熔融并一體化， 從而使加強框20在電解質(zhì)膜15內(nèi)的埋置姿態(tài)穩(wěn)定化。如圖1所示，在膜電極組件19中，在電解質(zhì)膜15的相反表面上的陽極側(cè)電解質(zhì)層 13a和陰極側(cè)電解質(zhì)層13b的外邊緣位于在膜電極組件19中埋置的加強框20所在的區(qū)域 中。加強框20的每一側(cè)具有沿預定平面方向的寬度W。因此，即使陽極催化劑層13a或陰 極催化劑層13b的外邊緣具有在寬度W的范圍內(nèi)的位置偏移，膜電極組件19也可以產(chǎn)生 預期量的電力。這意味著，在電解質(zhì)膜12上形成催化劑層13時或在將第一層疊物1 和 第二層疊物14b設(shè)置為使這兩個層疊物跨過加強框20而彼此面對時，不需要高的位置精 度。由此，可以容易地制造膜電極組件。此外，較不可能在加強框20上發(fā)生離子傳導。因 此，即使陽極電解質(zhì)層1 和陰極電解質(zhì)層12b未處于彼此在電解質(zhì)膜15的厚度方向上精 確相符的位置處，也不會發(fā)生局部離子傳導，從而還可以避免電解質(zhì)膜15的局部劣化。在 這方面，還可以放松催化劑層12a、12b的定位精度要求。此外，還增強了電解質(zhì)膜的強化。 另外，通過使用一個加強框20，可以簡單地防止因由碳纖維形成的擴散層18的加壓附接 (press-attachment)而可能形成的小貫穿孔所引起的氣體交叉泄漏。將參考圖3和圖4描述膜電極組件制造方法的第二實施例。作為在圖1中示例的 路線(a)和路線(b)之一上的傳送片，該實施例使用由與加強框20相同的材料制成的長片 (例如，聚萘二甲酸乙二醇酯膜)20a。在片20a中，以預定的間隔形成沿加強框20的形狀 延伸的多個可容易地斷開的線(劃線)。此外，可沿著片20a的兩個側(cè)邊緣以恒定的柵距形 成穿孔或齒孔(sprocket hole) 23。預先已經(jīng)將與電解質(zhì)樹脂溶液相同的溶液施加到被上述可容易地斷開的線22圍 繞的區(qū)域(由圖3中的陰影線示出的區(qū)域)。或者，將適宜的脫模劑施加到片20a中的除被 圍繞的區(qū)域之外的區(qū)域?；蛘?，預先在片20a上既施加電解質(zhì)樹脂溶液又施加脫模劑。使用長片20a作為例如在路線(a)上的傳送片，并以如參考圖1所述的方式在片 20a上形成第一電解質(zhì)膜1 和陽極側(cè)催化劑層13a。之后，剝離長片20a以在第一層疊物 14c中留下加強框20 (圖3中的陰影線部分)，如圖4所示。因此，在剝離之后，形成了第一 層疊物14c，在每一個第一層疊物14c中，沿可容易地斷開的線22分離的加強框20被粘附 到電解質(zhì)膜12a的反側(cè)表面，如圖4所示。在如圖4所示將第一層疊物Hc放置為面對通過與圖1中的路線(b)上采用的方 法相同的方法而制造的第二層疊物14b之后，以參考圖1如上所述的方式基本上相同的方 式制造膜電極組件19。該方法略去了在被設(shè)置為彼此面對的第一層疊物Hc和第二層疊 物14b之間設(shè)置單獨地制備的加強框20的工藝。此外，通過利用在長片20a中形成的齒孔 23連續(xù)地饋送長片20a，可以連續(xù)地實施在長片20a上形成第一電解質(zhì)膜12a的工藝和在 長片20a上形成陽極側(cè)催化劑層13a的工藝。將參考圖5描述膜電極組件的制造方法的第三實施例。在該實施例中，在路線(a)和(b) 二者上，首先在傳送片11和11上分別形成陽極側(cè)催化劑層13a和陰極側(cè)催化劑層 13b。然后，在陽極側(cè)催化劑層13a和陰極側(cè)催化劑層1 上分別形成第一電解質(zhì)膜1 和 第二電解質(zhì)膜12b。由此，分別在傳送片11和11上連續(xù)地形成其中第一電解質(zhì)膜1 或第 二電解質(zhì)膜12b被置于頂部的第一層疊物1 和第二層疊物14b。接下來，將路線(a)上下顛倒為呈現(xiàn)面對路線(b)的姿態(tài)。由此，在傳送片11和 11上的第一層疊物Ha和第二層疊物14b被定位為使第一電解質(zhì)膜1 和第二電解質(zhì)膜 12b彼此面對。然后，在姿態(tài)為相互面對的第一層疊物Ha和第二層疊物14b之間以與圖1 基本上相同的方式設(shè)置加強框20。在接下來的工藝中，使用熱壓機等等對上和下傳送片11 和11進行熱壓接合。由此，加強框20被埋置在當?shù)谝浑娊赓|(zhì)膜1 和第二電解質(zhì)膜12b 熔融并一體化時所形成的電解質(zhì)膜15內(nèi)。接下來，通過剝離上和下傳送片11和11，獲得了 與上述參考圖1所述的相同的CCM 16，在CCM 16中，陽極側(cè)催化劑層13a和陰極側(cè)催化劑 層Hb被層疊在電解質(zhì)膜15的兩側(cè)的表面上。根據(jù)該方法，可以連續(xù)地形成CCM 16。之后，通過進一步以與如圖1所示的基本上相同的方式在陽極側(cè)催化劑層13a和 陰極側(cè)催化劑層13b的外側(cè)上層疊擴散層基材17，獲得膜電極組件19。將參考關(guān)于上述第一和第二實施例的其實例描述膜厚度等等。注意，下面提到的 膜厚度等等也適用于第三實施例。[1]采用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)作為傳送片11的 材料。在由PET制成的傳送片11之一上，施加10 μ m厚度的電解質(zhì)樹脂溶液，并對其進行 干燥。在干燥后的電解質(zhì)樹脂層上，施加并干燥用于陽極電極的催化劑墨。然后，剝離傳送 片以獲得第一層疊物14a。將與上述相同的電解質(zhì)樹脂溶液以IOym的厚度施加到另一傳 送片11上，并對其進行干燥。在干燥后的電解質(zhì)樹脂層上，施加并干燥用于陰極電極的催 化劑墨。然后，剝離傳送片以獲得第二層疊物14b。[2]采用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)作 為加強框20的材料，并獲得具有12 μ m的厚度的加強框20。[3]將第二層疊物14b置于下 熱板上，其中使層疊物14b的電解質(zhì)膜側(cè)的表面面朝上。然后，將加強框20置于第二層疊 物14b上以使其在電解質(zhì)膜的區(qū)域內(nèi)。將第一層疊物1 置于加強框20的頂部之上，其中 層疊物14a的電解質(zhì)膜側(cè)的表面面對加強框20，以使層疊物1 基本上精確地疊置在第二 層疊物14b上。[4]將可移動的上熱板移動為較靠近第一層疊物1 的上表面，并在140°C 的溫度和3MPa的壓力下熱壓接合整個組件10到30分鐘。[5]在釋放壓力之后，獲得了其 中陽極催化劑層和陰極催化劑層被層疊在電解質(zhì)膜的兩側(cè)的表面上的CCM。對CMM的截面 的觀察表明，這兩個電解質(zhì)膜被熔融并一體化，形成了具有20 μ m的厚度的電解質(zhì)膜。加強 框被完全埋置在一體化的電解質(zhì)膜內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種膜電極組件，其中陽極催化劑層和陰極催化劑層被層疊在電解質(zhì)膜的相反的表 面上，并且其中沿所述電解質(zhì)膜的外周部設(shè)置加強框以進行加強并防止所述膜電極組件的 短路，其特征在于所述加強框被埋置在所述電解質(zhì)膜內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的膜電極組件，其中所述陽極催化劑層的外邊緣和所述陰極催化劑層的外邊緣被設(shè)置在所述加強框之上。
3.—種固體聚合物型燃料電池，包括 根據(jù)權(quán)利要求1或2的所述膜電極組件。
4.一種膜電極組件的制造方法，在所述膜電極組件中，陽極催化劑層和陰極催化劑層 被層疊在電解質(zhì)膜的相反的表面上，并且在所述膜電極組件中，沿所述電解質(zhì)膜的外周部 設(shè)置加強框以進行加強并防止所述膜電極組件的短路，所述方法包括在第一電解質(zhì)膜上層疊所述陽極催化劑層以形成第一層疊物； 在第二電解質(zhì)膜上層疊所述陰極催化劑層以形成第二層疊物； 將所述第一層疊物和所述第二層疊物設(shè)置為使所述第一電解質(zhì)膜面對所述第二電解 質(zhì)膜；將所述加強框設(shè)置在所述第一層疊物與所述第二層疊物之間；以及 熱壓接合所述第一層疊物、所述加強框和所述第二層疊物，以使所述加強框被埋置在 通過將所述第一電解質(zhì)膜和所述第二電解質(zhì)膜熔融且一體化而形成的所述電解質(zhì)膜內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的膜電極組件制造方法，其中通過從傳送片剝離疊層而形成所述第一層疊物和所述第二層疊物，所述疊層是通過將 電解質(zhì)膜形成樹脂和催化劑層形成樹脂施加到所述傳送片而在所述傳送片上形成的。
6.一種膜電極組件的制造方法，在所述膜電極組件中，陽極催化劑層和陰極催化劑層 被層疊在電解質(zhì)膜的相反的表面上，并且在所述膜電極組件中，沿所述電解質(zhì)膜的外周部 設(shè)置加強框以進行加強并防止所述膜電極組件的短路，所述方法包括在第一電解質(zhì)膜上層疊所述陽極催化劑層以形成第一層疊物； 在第二電解質(zhì)膜上層疊所述陰極催化劑層以形成第二層疊物； 在與所述第一層疊物和所述第二層疊物中的至少一者的所述催化劑層相反的所述電 解質(zhì)膜的表面上層疊所述加強框；將所述第一層疊物和所述第二層疊物設(shè)置為使所述第一電解質(zhì)膜面對所述第二電解 質(zhì)膜；熱壓接合所述第一層疊物和所述第二層疊物，以使所述加強框被埋置在通過將所述第 一電解質(zhì)膜和所述第二電解質(zhì)膜熔融且一體化而形成的所述電解質(zhì)膜內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的膜電極組件制造方法，其中通過從傳送片剝離疊層而形成所述第一層疊物和所述第二層疊物，所述疊層是通過將 電解質(zhì)膜形成樹脂和催化劑層形成樹脂施加到所述傳送片而在所述傳送片上形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的膜電極組件制造方法，其中當從所述傳送片剝離所述疊層時，通過留下所述傳送片的一部分作為所述加強框而將 所述加強框?qū)盈B在所述第一層疊物和所述第二層疊物中的一者的所述電解質(zhì)膜表面的表 面上。
全文摘要
形成第一層疊物(14a)和第二層疊物(14b)，在所述第一層疊物(14a)中層疊有第一電解質(zhì)膜(12a)和陽極側(cè)催化劑層(13a)，在所述第二層疊物(14b)中層疊有第二電解質(zhì)膜(12b)和陰極側(cè)催化劑層(13b)。然后，將所述第一層疊物(14a)和所述第二層疊物(14b)設(shè)置為使這兩個層疊物的電解質(zhì)膜側(cè)的表面彼此面對。然后，在兩個層疊物之間設(shè)置加強框(20)。熱壓接合處于該狀態(tài)的整個層疊組件。由此，獲得膜電極組件(15)，在該組件中，所述加強框(20)被埋置在通過將所述第一電解質(zhì)膜(12a)和所述第二電解質(zhì)膜(12b)熔融并一體化而形成的所述電解質(zhì)膜(15)內(nèi)。
文檔編號H01M8/10GK102106028SQ200980128703
公開日2011年6月22日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者堀喜博, 遠藤美登 申請人:豐田自動車株式會社