專利名稱：復合膜、燃料電池及復合膜的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池。更具體而言，涉及一種平面排列電池單元的燃料電池。
背景技術：
燃料電池是由氫與氧產(chǎn)生電能的裝置，其能夠獲得高發(fā)電效率。作為燃料電池的 主要特征，如現(xiàn)有發(fā)電方式可舉出不經(jīng)過熱能或動能的過程的直接發(fā)電，故小規(guī)模也可期 待高發(fā)電效率的特征；氮化合物等排出少且噪音與振動也小，故環(huán)境性優(yōu)良的特征等。這 樣，燃料電池能夠有效利用燃料具有的化學能且對環(huán)境具有優(yōu)良的特性，因此，期待可擔負 21世紀的能量供給系統(tǒng)，作為從宇宙用到機動車用、便攜設備用以及從大規(guī)模發(fā)電到小規(guī) 模發(fā)電的各種各樣的用途中均可使用的未來大有前途的新發(fā)電系統(tǒng)而受人矚目，并且朝向 實用化的技術研發(fā)也逐步正規(guī)化。其中，固體高分子型燃料電池與其他種類的燃料電池相比，具有工作溫度低、高 輸出密度的特征，特別是，近年以來可期待在便攜設備(便攜電話、筆記本型個人計算機、 PDA、MP3播放器、數(shù)碼照相機或電子詞典、電子書籍)等電源中的利用。作為便攜設備用的 固體高分子型燃料電池，已知有以平面狀排列多個單電池單元的平面排列型燃料電池。另 外，作為以平面狀排列多個單電池單元的方法，已有使用通過利用作為非電解質的基材設 置多個貫通孔并在該貫通孔中填充電解質而制成的復合膜的平面排列型燃料電池(參考 日本專利文獻1)。利用基材，可以采用質子傳導性高但機械強度弱的電解質，并且盡量減少 電解質的部分，故實現(xiàn)成本的削減。為了實現(xiàn)平面排列型燃料電池的小型而需要使電池單元的間隔變窄。在日本專利 文獻2中，為了使電池單元間隔變窄而采用了激光加工。通過采用該激光加工，可通過采用 激光對通常性的膜電極接合體的催化劑層進行局部除去而制作平面排列型燃料電池。作為基材采用的材料已在日本專利文獻3中有記載。作為燃料，除甲醇以外，正在研究利用貯氫合金或氫氣瓶中儲存的氫。專利文獻1 日本特開2006-244715號公報專利文獻2 日本特開2008-258142號公報專利文獻1 日本特開2005-216769號公報在平面排列型燃料電池中，電力依存于電極的總面積。另一方面，電壓依存于串聯(lián) 排列的電池單元的個數(shù)。因此，為了實現(xiàn)燃料電池的小型化并獲得必要的電力及電壓，需要 增加串聯(lián)連接的電池單元的個數(shù)，并且進一步縮短鄰接的單電池單元的間隔。但是，隨著單 電池單元間的間隔縮短，鄰接的催化劑層間的短路成為問題。此處，在采用復合膜的平面排列型燃料電池中形成細微間隔的單電池單元時，需 要盡可能地縮短設于基材的鄰接的貫通孔的間隔。由此，需要基材的微細加工和催化劑層 的微細加工。在基材的微細加工中采用的是基于激光加工或模具等進行的沖裁等方法。另 一方面，在進行催化劑層的微細加工時激光加工有用，但當向催化劑層照射激光時基材會 受到損傷，有時會發(fā)生龜裂。因此，產(chǎn)生了如下的問題當基材產(chǎn)生龜裂時，在作為燃料采用氫的情況下氫泄漏，導致燃料電池的性能降低。另外，通過加厚基材的厚度可防止氫泄漏，但存在這樣的問題還增加了填充于基 材的電解質的厚度，而引起燃料電池的性能降低。即便是在為了加工催化劑層使用激光透 過基材而從單側照射激光的情況下，夾著復合膜并形成于里側的催化劑層也被除去。這種 事實在想使單電池單元的陽極與陰極的電極面積變化的情況下成為問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明就是鑒于上述問題而作出的，其目的在于，提供一種在以平面狀排列電池 單元的平面排列型燃料電池中能夠使電池單元的間隔變窄的技術。另外，本發(fā)明另一目的 在于，在采用復合膜并以平面狀排列電池單元的平面排列型燃料電池中，可抑制基材的破 損，同時可僅在單側對催化劑層進行加工而使電池單元的間隔變窄。本發(fā)明的一方式為燃料電池用的復合膜。該復合膜的特征在于，具有設有多個 開口部的絕緣性的基材；分別設于開口部的膜電極接合體，其具有包含離子交換體的電解 質膜、設于電解質膜的一個面的第一催化劑層以及設于電解質膜的另一個面的第二催化劑 層；絕緣性的保護層，其設于鄰接的膜電極接合體的鄰接的第一催化劑層之間及鄰接的第 二催化劑層之間中的至少一方的基材上。根據(jù)本方式，組裝膜電極接合體的復合膜中，通過保護層提高了鄰接的膜電極接 合體之間的絕緣性。其結果是，即使變窄鄰接的膜電極接合體、換而言之鄰接的電池單元的 間隔，也可抑制在鄰接的電池單元間產(chǎn)生短路的情況。另外，在采用激光對各電池單元的催 化劑層進行微細加工的情況下，通過激光照射保護層所設置的區(qū)域，能夠抑制基材因激光 而損傷。進而，保護層阻斷了用于微細加工催化劑層的激光，因而可以僅在單側對催化劑層 進行加工。在上述方式的復合膜中，保護層中C-F鍵的數(shù)量可以比基材多。保護層可以包含 用于微細加工催化劑層的激光的透射系數(shù)在23%以下的樹脂。另外，保護層的用于微細加 工催化劑層的激光的透射系數(shù)可以比基材低。本發(fā)明的另一方式為燃料電池。該燃料電池的特征在于，具有上述任一方式的復合膜。本發(fā)明的又一方式為燃料電池用的復合膜的制作方法。在該燃料電池用的復合膜 的制作方法的特征在于，以任意順序進行在設于絕緣性的基材的多個開口部分別形成電解 質膜的工序以及在鄰接的所述開口部之間形成絕緣性的保護層的工序，然后實施在基材的 至少一個面以橫跨多個電解質膜的方式形成催化劑層的工序，然后再實施對與設于鄰接的 開口部之間的保護層的區(qū)域相擠出的催化劑層照射激光而將其除去的工序。根據(jù)本方式的復合膜的制作方法，在被激光加工的催化劑層的區(qū)域，由于在催化 劑層與基材之間隔著保護層，所以可抑制因激光照射而損傷基材。在上述方式的復合膜的制作方法中，保護層可以包含C-F鍵的數(shù)量多于基材的樹 脂。另外，保護層可以屏蔽在用于微細加工催化劑層的激光。根據(jù)本方式，抑制在鄰接的催化劑層間產(chǎn)生短路的情況，因此，能夠進一步縮短催 化劑層間的距離。即，能夠縮短平面排列的電池單元間的距離，因此，能夠進一步將平面排 列型的膜電極接合體緊湊。
本發(fā)明的另一方式為燃料電池。該燃料電池的特征在于，具有上述任一方式中的 膜電極接合體。并且，即使將上述各要素進行適當?shù)亟M合，對于本專利申請請求保護的專利也包 含在發(fā)明的范圍內。根據(jù)本發(fā)明，在以平面狀排列電池單元的平面排列型燃料電池中，能夠使電池單 元的間隔變窄。


圖1是表示實施方式一的燃料電池的結構的分解立體圖。
圖2是沿著圖1的A-A線的燃料電池的剖面圖。
圖3是制作用于實施方式一的燃料電池的復合膜的方法的工序圖。
圖4是制作用于實施方式一的燃料電池的復合膜的方法的工序圖。
圖5是制作用于實施方式一的燃料電池的復合膜的方法的工序圖。
圖6是制作用于實施方式一的燃料電池的復合膜的方法的工序圖。
圖7是制作用于實施方式一的燃料電池的復合膜的方法的工序圖。
圖8是表示用于實施方式二的燃料電池的復合膜的結構的剖面圖。
圖9是表示制作用于實施方式二的燃料電池的復合膜的方法的工序圖。
圖10是表示制作用于實施方式二的燃料電池的復合膜的方法的工序圖
圖11是表示制作用于實施方式二的燃料電池的復合膜的方法的工序圖
圖12是用于保護層的評價的復合膜的示意圖。
附圖標號說明
10燃料電池
12復合膜
14基材
16開口部
17開口部
18內部連接器(4 >夕一-才、夕夕)
20膜電極接合體
22電解質膜
24陽極催化劑層
26陰極催化劑層
30保護層
31開口部
37燃料儲存部
40陽極用殼體
42陰極用殼體
44空氣入口
50密封構件
80催化劑層
82催化劑層
具體實施例方式以下，參考

本發(fā)明的實施方式。而且，在全部圖中同樣地結構要素標以同 樣的標號，而適當省略說明。(實施方式一)圖1是表示實施方式一的燃料電池的結構的分解立體圖。圖2是沿著圖1的A-A 線的剖面圖。如圖1及圖2所示，燃料電池10具有組裝了膜電極接合體(又稱之為MEA、 催化劑涂布質子交換膜(CCM)) 20的復合膜12、陽極用殼體40及陰極用殼體42。另外，在 復合膜12的周緣部設有后述的密封構件50。復合膜12包括基材14、多個膜電極接合體20?；?4由聚丙烯酸酯等絕緣體的材料形成。在基材14設有與膜電極接合體20 數(shù)量相同的開口部16。膜電極接合體20具有電解質膜22 ；設于電解質膜22的一個面的陽極催化劑層 (第一催化劑層)24;設于電解質膜22的另一個面的陰極催化劑層(第二催化劑層)26。電 解質膜22以填充設于基材14的開口部16的方式設置。向陽極催化劑層24供給作為燃料 氣體的氫，另一方面，向陰極催化劑層26供給作為氧化劑的空氣。在一對陽極催化劑層24 與一對陰極催化劑層26之間夾持電解質膜22而構成電池單元，且各電池單元通過氫與空 氣中的氧的電化學反應而發(fā)電。這樣，在本實施方式的燃料電池中，陽極催化劑層24與陰極催化劑層26配對，且 多個電池單元形成為平面狀。內部連接器18被設置成在鄰接的膜電極接合體20之間貫通基材14。在鄰接的 電池單元中，覆蓋于一個電池單元的電解質膜22的陽極催化劑層24向內部連接器18 —側 延伸設置，且覆蓋內部連接器18與一電池單元的電解質膜22之間的基材14，而與內部連 接器18連接。另外，在鄰接的電池單元中，覆蓋于另一電池單元的電解質膜22的陰極催化 劑層26向內部連接器18 —側延伸設置，且覆蓋內部連接器18與另一電池單元的電解質膜 22之間的基材14，而與內部連接器18連接。內部連接器18由導電性的材料形成，例如采 用碳等。通過以上結構，鄰接的電池單元彼此通過內部連接器18而串聯(lián)連接。優(yōu)選電解質膜22在濕潤狀態(tài)下顯示良好的質子傳導性，從而發(fā)揮作為在陽極催 化劑層24與陰極催化劑層26之間使質子移動的離子交換膜的功能。電解質膜22由含氟 聚合物或不含氟聚合物等固體高分子材料形成，例如可使用磺酸型全氟化碳聚合物、聚砜 樹脂、具有磷酸基或羧酸基的全氟化碳聚合物等。作為磺酸型全氟化碳聚合物的例子，可舉 出Nafion (杜邦公司制登記商標)112等。另外，作為不含氟聚合物的例子，可舉出被磺化 的、芳香族聚醚醚酮及聚砜等。陽極催化劑層24及陰極催化劑層26具有離子交換樹脂及催化劑粒子并且因情況 不同還具有碳粒子。陽極催化劑層24及陰極催化劑層26所具有的離子交換樹脂將催化劑粒子與電解 質膜22連接，且具有在兩者之間傳遞質子的作用。該離子交換樹脂由與電解質膜22同樣 的高分子材料形成。作為催化劑粒子可舉出從Sc、Y、Ti、Zr、V、Nb、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Pt、0s、lr、鑭系元素或錒系元素中選擇出的合金或單質。另外，在擔載催化劑的情況下，作 為碳粒子也可以采用乙炔黑、科琴黑、納米碳管等。而且，陽極催化劑層24及陰極催化劑層26所具有的離子交換樹脂例如如烴系離 子交換樹脂那樣，C-F鍵的數(shù)量可以比基材14所含的樹脂少。通過陽極用殼體40形成燃料儲存用的燃料儲存部37。而且，通過在陽極用殼體 40設置燃料供給口(未圖示)，可從燃料盒等適當補充燃料。另一方面，在陰極用殼體42設有用于從外部取入空氣的空氣入口 44。陽極用殼體40與陰極用殼體42經(jīng)由設于復合膜12的周緣部的密封構件50，而采 用螺栓、螺母等緊固構件(未圖示)緊固。由此，對密封構件50施加壓力，可提高基于密封 構件50的密封性。在本實施方式的復合膜12中，在陽極催化劑層24的周圍、尤其是鄰接的陽極催化 劑層24之間的基材14上設有絕緣性的保護層30a。另外，在陰極催化劑層26的周圍、尤 其是鄰接的陰極催化劑層26之間的基材14上設有絕緣性的保護層30b。以下，將保護層 30a、b統(tǒng)稱為保護層30。作為保護層30，可采用聚酰亞胺、Naf ion等。通過保護層30可提高鄰接的膜電極接合體20之間的絕緣性。其結果是，即使是 使鄰接的膜電極接合體20、換而言之鄰接的電池單元的間隔變窄，也可以抑制在鄰接的電 池單元之間產(chǎn)生短路的情況。(復合膜的制作方法)關于用于實施方式一的燃料電池的復合膜12的制作方法，參考圖3 圖7進行說 明。圖3 圖7是表示制作實施方式一的復合膜12的方法的工序圖。而且，在圖3 圖7 中，左側(i)表示俯視圖，右側(ii)表示沿著俯視圖的A-A線的剖面圖。首先，如圖3(A)所示，準備基板14?；?4的厚度為20 150 ym。作為基板14 例如可采用聚丙烯酸酯。接著，如圖3(B)所示，在基材制作多個開口部16、17。開口部17形成于鄰接的開 口部16之間。開口部16與開口部17的間隔為500 iim以下。作為形成開口部16、17的方 法，例如可采用基于紅外線激光、可見光激光、紫外線激光的激光加工或模具的沖裁法等方 法。與基板14的準備同時進行，如圖4(A)及圖4(B)所示，準備保護層30a、保護層 30b。在保護層30a設有與設有陽極催化劑層的區(qū)域對應的開口部31a。另一方面，在保護 層30b設有與設有陰極催化劑層的區(qū)域對應的開口部31b。作為保護層30a、30b的制作方 法，例如可舉出在片狀的保護層上采用激光或模具來設置開口部的方法。接著，如圖5(A)所示，在基板14的一個面(陽極形成側)疊加保護層30a，并在 基板14的另一個面(陰極形成側)疊加保護層30b后，采用熱壓機等將保護層30a、b粘接 于基板14。而且，在本制作方法中，采取了將預先形成有開口部的保護層30粘貼于基板14 的順序，但也可以適當采用形成保護層30的區(qū)域構成開口的掩模，而通過噴射法等將構成 保護層的材料的樹脂涂布于基板14的順序。接著，如圖5⑶所示，在設于基板14的開口部16 (參考圖5 (A))形成電解質膜 22。具體而言，通過在開口部16填充Naf ion溶液之后，使溶劑蒸發(fā)，由此能夠形成電解質 膜22。該方法在開口部16為微小時有效。另外，也可以在開口部16嵌入預先成形為開口
7部16的尺寸的電解質膜22。在這種情況下，優(yōu)選在開口部16嵌入電解質膜22之后，在基 板14與電解質膜22的界面流入Nafion溶液。由此，Nafion溶液發(fā)揮粘接劑作用，從而能 夠提高基板14與電解質膜22的密接性。接著，如圖6(A)所示，在設于基板14的開口部17(參考圖5(B))填充例如碳糊劑 等的糊劑。通過填充糊劑后對其進行干燥，而形成內部連接器18。接著，如圖6(B)所示，在基板14的一個面?zhèn)纫詸M跨多個電解質膜22的方式沿著 基板14的長度方向形成催化劑層80。具體而言，通過充分攪拌水10g、Nafion溶液5g、鉬 黑或鉬擔載碳5g、1-丙醇5g來調整催化劑漿料，并對該催化劑漿料進行噴射涂布而形成催 化劑層80。同樣地，在基板14的另一主表面?zhèn)纫詸M跨多個電解質膜22的方式沿著基板14 的長度方向形成催化劑層82。具體而言，通過對上述的催化劑漿料進行噴射涂布而形成催 化劑層82。接著，如圖7(A)所示，采用準分子激光等激光局部除去設于基板14 一側的催化劑 層80的規(guī)定區(qū)域、即與位于被鄰接的電解質膜22所夾持的區(qū)域的保護層30a對應的催化 劑層80 (除去催化劑層80的寬度為1 y m 500 ii m，優(yōu)選為50 y m 200 y m)。通過將催 化劑層80分割，在被鄰接的電解質膜22所夾持的區(qū)域露出保護層30a，而形成陽極催化劑 層24。另外，采用準分子激光等激光局部除去設于基板14的另一側的催化劑層82的規(guī) 定區(qū)域、即與位于被鄰接的電解質膜22所夾持的區(qū)域的保護層30b對應的催化劑層82 (除 去催化劑層82的寬度為1 ii m 500 ii m，優(yōu)選50 ii m 200 u m)。通過將催化劑層82分割， 在被鄰接的電解質膜22所夾持的區(qū)域露出保護層30b，而形成陰極催化劑層26。而且，在用于催化劑除去的激光中除了準分子激光以外，也可以采用其振蕩波長 180 u m以上且550 u m以下的YAG第三高頻激光或YV04第四高頻綠色激光等。激光的輸出 可以是為了完全除去激光照射部分的催化劑層而非常充分，也可以是基于催化劑層的材質 或厚度而進行適當調整。由此，在通過激光加工而局部除去催化劑層80時，基板14通過保護層30a而保 護，故可抑制基板14的劣化。另外，在通過激光加工而局部除去催化劑層82時，基板14通 過保護層30b而保護，故可抑制基板14的劣化。通過上述制造工序，可制作實施方式一的組合了膜電極接合體20的復合膜12。而 且，在上述制造工序中，在各工序中在陽極及陰極實施了同樣的工序后，轉向下一工序，但 也可以是例如在陽極實施了一連串的工序后，在陰極實施一連串的工序。另外，形成保護層 30的工序也可以在將電解質膜22預先填充于基板14之后進行。如上所述，在通過激光加工而形成保護層30的情況下，可舉出保護層30期望的特性。(1)保護層30采用含氟聚合物，可期望保護層30所含的含氟聚合物的C-F鍵的數(shù) 量比基板14所含的C-F鍵的數(shù)量多。此處，所謂“C-F鍵的數(shù)量”是指每單位重量存在的C-F 鍵的數(shù)量，例如其可采用XPS(X射線光電子光譜X_ray photoelectron spectroscopy)進 行評價。并且，C-F鍵的結合能量比用于激光加工用的準分子激光(波長248nm)的能量高， 因此，C-F鍵的數(shù)量越多，越難以承受基于準分子激光的結構變化。具體而言，在保護層30采用Nafion的情況下，作為C_F鍵的數(shù)量比保護層30少的基板14，可舉出聚酰亞胺等材料。由此，在通過激光加工而局部除去催化劑層80時，即使對保護層30a照射激光，構 成保護層30a的分子也可難以產(chǎn)生結構變化。另外，在通過激光加工而局部除去催化劑層 80時，即使對保護層30b照射激光，構成保護層30b的分子也可難以產(chǎn)生結構變化。而且，期望催化劑層80、催化劑層82所含的離子交換體的C-F鍵的數(shù)量少于保護 層30所含的含氟聚合物的C-F鍵的數(shù)量。由此，催化劑層80、催化劑層82容易進行激光加 工，且陽極催化劑層24、陰極催化劑層26的加工精度得到提高。(2)期望保護層30與基材14相比其耐熱性高。作為這樣的保護層30，可舉出酚 醛樹脂、聚酰亞胺。由此，在通過激光加工而局部除去催化劑層80時，即使對保護層30a照射激光，保 護層30a也難以劣化。另外，在通過激光加工而局部除去催化劑層82時，即使對保護層30b 照射激光，保護層30b也難以劣化。(3)期望保護層30與基材14相比其熱傳導性高。作為這樣的保護層30，可舉出 聚酰亞胺、纖維素。由此，在通過激光加工而局部除去催化劑層80時，熱量難以經(jīng)由保護層30a傳遞 到基材14，故可抑制基板14的劣化。另外，在通過激光加工而局部除去催化劑層82時，熱 量經(jīng)由保護層30b難以傳遞到基材14，故可抑制基板14的劣化。(4)期望保護層30與基板14相比，其用于微細加工催化劑層的激光的透射率低， 且能夠屏蔽用于微細加工催化劑層的激光。在激光的振蕩波長為180nm以上且550nm以下 的情況下，作為這樣的遮斷激光的保護層30，可舉出聚酰亞胺、磺化聚酰亞胺、聚碳酸酯、甲 基丙烯酸樹脂等。由此，在通過激光加工而局部除去催化劑層80時，保護層30a屏蔽用于 微細加工催化劑層的激光，從而能夠防止透過基板14而除去催化劑層82的情況。另外，在 通過激光加工而局部除去催化劑層82時，保護層30b屏蔽用于微細加工催化劑層的激光， 從而能夠防止透過基板14而除去催化劑層80的情況。(實施方式二)圖8是用于實施方式二的燃料電池的復合膜12的剖面圖。實施方式二的復合膜 12的基本結構與實施方式一相同。以下，對于實施方式二的復合膜12以與實施方式一不同 的方面為中心進行說明。在實施方式二的復合膜12中，電解質膜22的厚度與基材14的厚度同等。因此， 通過基材14可容易維持電解質膜22的形狀，從而可抑制電解質膜22的變形。(復合膜的制作方法)關于用于實施方式二的燃料電池的復合膜12的制作方法，參考圖9 圖11進行 說明。圖9 圖11是表示制作實施方式二的復合膜12的方法的工序圖。而且，在圖9 圖11中，左側⑴表示俯視圖，右側(ii)表示沿著俯視圖的A-A線的剖面圖。首先，與實施方式一的復合膜的制作方法同樣，準備基板14及保護層30a、30b (參 考圖3(A)、(B)，圖4(A)、(B))。而且，基板14的厚度為與后述的電解質膜的厚度同等。接著，如圖9(A)所示，在設于基板14的開口部16 (參考圖3(B))形成電解質膜 22。電解質膜22的形成方法與圖5(B)相同。接著，如圖9(B)所示，在基板14的一個面(陽極形成側)疊加保護層30a，并在基板14的另一個面(陰極形成側)疊加保護層30b后，采用熱壓機等將保護層30a、b粘接于 基板14。接著，如圖10(A)所示，在設于基板14的開口部17(參考圖3(B))填充例如碳糊 劑等的糊劑。通過填充糊劑后對其進行干燥，而形成內部連接器18。接著，如圖10(B)所示，在基板14的一側以橫跨多個電解質膜22的方式沿著基板 14的長度方向形成催化劑層80。同樣地，在基板14的另一主表面?zhèn)纫詸M跨多個電解質膜 22的方式沿著基板14的長度方向形成催化劑層82。接著，如圖11(A)所示，采用準分子激光等激光局部除去設于基板14的一側的催 化劑層80的規(guī)定區(qū)域、即與位于被鄰接的電解質膜22所夾持的區(qū)域的保護層30a對應的 催化劑層80。通過將催化劑層80分割，在被鄰接的電解質膜22所夾持的區(qū)域露出保護層 30a，而形成陽極催化劑層24。另外，采用準分子激光等激光局部除去設于基板14的另一側的催化劑層82的規(guī) 定區(qū)域、即與位于被鄰接的電解質膜22所夾持的區(qū)域的保護層30b對應的催化劑層82。通 過將催化劑層82分割，在被鄰接的電解質膜22所夾持的區(qū)域露出保護層30b，而形成陰極 催化劑層26。通過上述工序，可制作實施方式二的復合膜12。在本實施方式中，也與實施方式 一相同地，在通過激光加工而局部除去催化劑層80時，基板14被保護層30a保護，故可抑 制基板14的劣化。另外，在通過激光加工而局部除去催化劑層82時，基板14通過保護層 30b而保護，故可抑制基板14的劣化。(實驗1:光透射率測定)保護層采用聚酰亞胺，采用分光光度計(HITACHI制，U-3010Spectrophotometer) 對膜厚不同的試樣1 5的薄膜測定190 550nm的透射率。其中，用表1表示作為通常 性的激光波長的532nm、355nm、248nm的透射率測定結果。試樣3是試樣1與試樣2重合而 成的試樣。而且，作為通常性的激光，可舉出YV04第四高頻綠色激光(532nm)、YAG第三高 頻激光(355nm)、KrF準分子激光(波長248nm)。[表1] (實驗2 保護層的功能評價)
對于試樣1 5進行以下的實驗，探討保護層是否發(fā)揮功能。圖12是用于保護層 的評價的復合膜的示意圖。在厚度約50 y m的聚丙烯酸酯制的基材320的一側分別粘接作 為保護層310的試樣1 5的薄膜，而在保護層310的表面及基材320的另一側分別形成 催化劑層300a、300b。而且，與圖6(B)同樣，催化劑層300a、300b也可通過催化劑漿料的噴 射涂布而制成。采用波長532nm的綠色激光除去設于保護層310薄膜上的厚度約5 y m的 催化劑層300a。在激光加工后確認照射了激光側的相反側的催化劑層300b，催化劑未被除 去的為〇，催化劑被除去的為X，其評價的結果示于表2。[表2] 通過上述結果可知，在532nm的波長中透射率為23%以下的薄膜可作為保護層而 發(fā)揮功能。(實驗3保護層的種類考慮)接著，保護層選擇表3所示的多種材料，對于各個薄膜(試樣6 12)與實驗1相 同地測定190 550nm的透射率。其結果是，從實驗2的結果可知，在532nm的波長處試樣 10及試樣11為本次實驗的膜厚，而其他實驗為比本次實驗的膜厚厚，由此可作為保護層而 發(fā)揮功能。[表 3] 本發(fā)明并不局限于上述的各實施方式，根據(jù)本技術領域人員的知識能夠進行各種 各樣的設計變更等變形，且這種變形的實施方式也包括在本發(fā)明的范圍內。例如，在上述的各實施方式中，在基材的陽極側及陰極側這二者的催化劑層之間 設置了如上所述的保護層，但也可以僅在基材的陽極側及陰極側中的任一方的催化劑層之 間設置如上所述的保護層。另外，在上述的各實施方式中，基材與保護層采用了分體構件，但在用于上述的保 護層的材料中，也可以一體形成包括基材與保護層的構件。由此，能夠減少復合膜的部件數(shù) 量，從而降低制造成本。
權利要求
一種復合膜，其特征在于，其具有設有多個開口部的絕緣性的基材；分別設于所述開口部的膜電極接合體，其具有包含離子交換體的電解質膜、設于所述電解質膜的一個面的第一催化劑層以及設于所述電解質膜的另一個面的第二催化劑層；絕緣性的保護層，其設于鄰接的膜電極接合體的鄰接的第一催化劑層之間及鄰接的第二催化劑層之間中的至少一方的所述基材上。
2.如權利要求1所述的復合膜，其中，所述保護層包含C-F鍵的數(shù)量多于所述基材的樹脂。
3.如權利要求1或2所述的復合膜，其中，所述保護層包含用于微細加工催化劑層的激光的透射系數(shù)在23%以下的樹脂。
4.如權利要求1 3中任一項所述的復合膜，其中，所述保護層與所述基材相比，用于微細加工催化劑層的激光的透射系數(shù)低。
5.一種燃料電池，其特征在于，具有權利要求1 4中任一項所述的復合膜。
6.一種復合膜的制作方法，該方法是燃料電池用的復合膜的制作方法，其特征在于， 以任意順序進行在設于絕緣性的基材的多個開口部分別形成電解質膜的工序以及在鄰接的所述開口部之間形成絕緣性的保護層的工序，然后實施在所述基材的至少一個面以橫跨多個所述電解質膜的方式形成催化劑層的 工序，然后再實施對處于在鄰接的所述開口部之間設置的保護層的區(qū)域的所述催化劑層照 射激光而將其除去的工序。
7.如權利要求6所述的復合膜的制作方法，其中， 所述保護層包含C-F鍵的數(shù)量多于所述基材的樹脂。
8.如權利要求6或7所述的復合膜的制作方法，其中， 所述保護層屏蔽所述激光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復合膜、燃料電池及復合膜的制作方法。在以平面狀排列電池單元的平面排列型燃料電池中，可使電池單元的間隔變窄。其中，在設于基材(14)的開口部(16)分別形成有膜電極接合體(20)。膜電極接合體(20)具有電解質膜(22)、陽極催化劑層(24)及陰極催化劑層(26)。在鄰接的陽極催化劑層(24)之間的基材(14)上設有保護層(30a)。另外，在鄰接的陰極催化劑層(26)之間的基材(14)上設有保護層(30b)。保護層(30a、30b)優(yōu)選包含C-F鍵的數(shù)量多于基材(14)的樹脂。
文檔編號H01M8/24GK101853944SQ201010156510
公開日2010年10月6日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權日2009年3月30日
發(fā)明者礒野隆博, 野渡夕有子 申請人:三洋電機株式會社