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JP4872250B2 - Manufacturing method of fuel cell - Google Patents

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JP4872250B2 JP2005183375A JP2005183375A JP4872250B2 JP 4872250 B2 JP4872250 B2 JP 4872250B2 JP 2005183375 A JP2005183375 A JP 2005183375A JP 2005183375 A JP2005183375 A JP 2005183375A JP 4872250 B2 JP4872250 B2 JP 4872250B2
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Description

本発明は燃料電池の製造方法関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell.

燃料電池は、環境負荷を低減できる発電装置として期待されている。中でも電解質に高分子電解質膜を使用した高分子電解質型燃料電池は、自動車等の車載用燃料電池、家庭用・業務用などの定置用燃料電池、パソコン用などの携帯用燃料電池として期待されている。   The fuel cell is expected as a power generation device that can reduce the environmental load. In particular, polymer electrolyte fuel cells that use polymer electrolyte membranes as electrolytes are expected to be used as in-vehicle fuel cells for automobiles, stationary fuel cells for home and business use, and portable fuel cells for personal computers. Yes.

図2は高分子電解質型燃料電池の単セル構造を模式的に説明する説明断面図である。高分子電解質膜1を燃料極2と酸化剤極3で挟持し、接合して膜電極接合体10が作製されている。燃料極2は燃料極用触媒層2aと燃料極用の拡散層2bで構成され、酸化剤極3は酸化剤極用触媒層3aと酸化剤極用の拡散層3bで構成されている。膜電極接合体10をセパレータ4と5で挟持し、燃料電池の単セルが構成されている。セパレータ4、5はそれぞれ燃料流路4a、酸化剤流路5aを有する導電性部材である。   FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view schematically illustrating a single cell structure of a polymer electrolyte fuel cell. The polymer electrolyte membrane 1 is sandwiched between the fuel electrode 2 and the oxidant electrode 3 and joined to produce a membrane electrode assembly 10. The fuel electrode 2 is composed of a fuel electrode catalyst layer 2a and a fuel electrode diffusion layer 2b, and the oxidant electrode 3 is composed of an oxidant electrode catalyst layer 3a and an oxidant electrode diffusion layer 3b. A membrane cell assembly 10 is sandwiched between separators 4 and 5 to constitute a single cell of a fuel cell. The separators 4 and 5 are conductive members each having a fuel channel 4a and an oxidant channel 5a.

燃料流路4aには入口4bから燃料が供給され、出口4cから排出される。酸化剤流路5aには入口5bから酸化剤が供給され、出口5cから排出される。燃料として水素、水素含有ガス、メタノールなどが使用される。酸化剤として空気などの酸素含有ガスなどが使用される。ここでは燃料として水素、酸化剤として空気を使用した例で説明する。   Fuel is supplied to the fuel flow path 4a from the inlet 4b and discharged from the outlet 4c. Oxidant is supplied to the oxidant flow path 5a from the inlet 5b and discharged from the outlet 5c. Hydrogen, hydrogen-containing gas, methanol or the like is used as the fuel. An oxygen-containing gas such as air is used as the oxidizing agent. Here, an example using hydrogen as a fuel and air as an oxidant will be described.

燃料流路4aに供給された水素は集電体でもある燃料極用の拡散層2bを通って、燃料極用触媒層2aに到達し、下記の電極反応が起こる。

Figure 0004872250
The hydrogen supplied to the fuel flow path 4a reaches the fuel electrode catalyst layer 2a through the fuel electrode diffusion layer 2b which is also a current collector, and the following electrode reaction occurs.
Figure 0004872250

燃料極2で生成されたプロトンHは水分子を伴って、高分子電解質膜1中を通って酸化剤極3に向かって移動する。それと同時に、燃料極2で生成された電子eは燃料極用触媒層2a、燃料極用の拡散層2bを通り、図示しない外部回路を介して酸化剤極3に移動する。 Proton H + generated at the fuel electrode 2 moves through the polymer electrolyte membrane 1 toward the oxidant electrode 3 along with water molecules. At the same time, the electrons e generated in the fuel electrode 2 pass through the fuel electrode catalyst layer 2a and the fuel electrode diffusion layer 2b and move to the oxidant electrode 3 via an external circuit (not shown).

一方、酸化剤極3では、空気が集電体でもある酸化剤極用の拡散層3bを通って、酸化剤極用触媒層3aに到達し、空気中の酸素が外部回路を介して移動してきた電子を貰って、下記の反応で還元され、燃料極2から高分子電解質膜1中を通して移動してきたプロトンHと結合して水となる。

Figure 0004872250
On the other hand, in the oxidant electrode 3, air passes through the oxidant electrode diffusion layer 3b, which is also a current collector, and reaches the oxidant electrode catalyst layer 3a, and oxygen in the air moves through an external circuit. In response to the electrons, they are reduced by the following reaction and combined with protons H + that have moved from the fuel electrode 2 through the polymer electrolyte membrane 1 to become water.
Figure 0004872250

高分子電解質膜にはプロトンなどの移動が必要なためイオン伝導性が要求される。同時に燃料や酸化剤がそのまま透過すると発電性能が低下するため、それらに対する遮蔽性が要求される。燃料や酸化剤にはガスが使用される場合が多くので、以下ではガス遮蔽性で記述する。拡散層には燃料や酸化剤を通過させるため流体透過性(燃料や酸化剤にはガスが使用される場合が多くので、以下ではガス透過性で記述する。)と共に、上記した電子eを伝導させるため電気伝導性が要求される。このため導電性繊維によって形成された多孔体が使用される。また拡散層には酸化剤などのよる腐食環境あるいは電気化学反応時の腐食環境におかれているので耐腐食性が要求される。このため導電性繊維として一般的にカーボン繊維が使用されている。 Since polymer electrolyte membranes require movement of protons or the like, ion conductivity is required. At the same time, if the fuel and oxidant permeate as they are, the power generation performance is lowered, so that shielding against them is required. Since gas is often used for fuel and oxidant, the gas shielding property will be described below. Since the fuel and oxidant are allowed to pass through the diffusion layer, the above-mentioned electron e is used together with fluid permeability (in many cases, gas is used for the fuel and oxidant, and is described below as gas permeability). Electrical conductivity is required for conduction. For this reason, a porous body formed of conductive fibers is used. Further, since the diffusion layer is placed in a corrosive environment such as an oxidant or a corrosive environment during an electrochemical reaction, corrosion resistance is required. For this reason, carbon fibers are generally used as conductive fibers.

高分子電解質型燃料電池の本格的な実用化のためにはいくつかの課題が残されている。その一つに発電特性が徐々に低下する問題がある。その原因として様々なものが議論されているが、一つに高分子電解質膜にピンホールが存在する問題がある。高分子電解質膜にピンホールが存在すると、燃料電池の発電時に反応ガスがクロスリークし、電極特性が徐々に低下する。クロスリークとは、燃料が酸化剤極側に、あるいは酸化剤が燃料極側に透過する現象である。   Several challenges remain for full-scale practical application of polymer electrolyte fuel cells. One of the problems is that the power generation characteristics gradually deteriorate. Various causes have been discussed, but one is the problem that pinholes exist in the polymer electrolyte membrane. When pinholes exist in the polymer electrolyte membrane, the reaction gas cross-leaks during power generation of the fuel cell, and the electrode characteristics gradually deteriorate. Cross leak is a phenomenon in which fuel permeates the oxidant electrode side or oxidant permeates the fuel electrode side.

従来技術1として、特許文献1には、高分子電解質膜を複数積層させた燃料電池が開示されている。高分子電解質膜にピンホール位置が存在しても、その位置は相互にずれるので、クロスリークを低減できると記載されている。   As Prior Art 1, Patent Document 1 discloses a fuel cell in which a plurality of polymer electrolyte membranes are stacked. It is described that even if a pinhole position exists in the polymer electrolyte membrane, the positions are shifted from each other, so that cross leak can be reduced.

従来技術2として、特許文献2には、高分子電解質膜の表面をプラズマ処理、架橋処理などで改質した燃料電池が開示されている。表面を改質することによりピンホール等の欠陥が生じることがなくクロスリークを抑制できると記載されている。   As prior art 2, Patent Document 2 discloses a fuel cell in which the surface of a polymer electrolyte membrane is modified by plasma treatment, crosslinking treatment, or the like. It is described that cross leak can be suppressed without causing defects such as pinholes by modifying the surface.

従来技術3として、特許文献3には、拡散層と接する触媒層を補強材(多孔膜、繊維状物、微粒子)で補強し拡散層と触媒層の間にカーボン層を設けた燃料電池が開示されている。補強材やカーボン層により拡散層の毛羽立ち、破損等による高分子電解質膜の損傷を抑制できると記載されている。
特開平6−84528号公報(請求項1、段落[0010]、図1等) 特開2003−272663号公報(特許請求の範囲、段落[0010]等) 特開2004−220843号公報(請求項1、2、段落[0089等])高分子電解質膜のピンホールには高分子電解質膜に元々存在するピンホールと膜電極接合体10の製造時にできるピンホールがある。膜電極接合体10の製造時にできるピンホールは、膜と電極の接合時(ガス拡散層の接合時)にガス拡散層を形成しているカーボン繊維が高分子電解質膜に突き刺さることにより形成される。
As a conventional technique 3, Patent Document 3, the reinforcing material of the catalyst layer in contact with the diffusion layer (porous membrane, fibrous materials, particulate) reinforced with, a fuel cell provided with a carbon layer between the diffusion layer and the catalyst layer It is disclosed. It is described that the damage to the polymer electrolyte membrane due to the fluffing or breakage of the diffusion layer can be suppressed by the reinforcing material or the carbon layer.
JP-A-6-84528 (Claim 1, paragraph [0010], FIG. 1 etc.) JP 2003-272663 A (Claims, paragraph [0010], etc.) JP, 2004-220843, A (Claims 1, 2, paragraph [0089 etc.)] The pinhole of a polymer electrolyte membrane is a pinhole originally formed in the polymer electrolyte membrane and a pin formed at the time of manufacturing the membrane electrode assembly 10 There is a hall. The pinhole formed during the manufacture of the membrane electrode assembly 10 is formed by the carbon fiber forming the gas diffusion layer being stuck into the polymer electrolyte membrane when the membrane and the electrode are bonded (when the gas diffusion layer is bonded). .

従来技術1、2は高分子電解質膜に元々存在するピンホールの対策であり、膜電極接合体10の製造時にできるピンホールの対策となっていない。高分子電解質膜に元々存在するピンホールのガス透過量(水素ガス透過量3〜5×10−10cm3・cm・cm-2・sec-1・Pa)は微量である。これに対し膜電極接合体10の製造時にできるピンホールの方は桁違いに大きい。このため従来技術1、2ではクロスリークを防ぐことができない。 Prior arts 1 and 2 are countermeasures against pinholes originally present in the polymer electrolyte membrane, and are not countermeasures against pinholes that can be produced during the manufacture of the membrane electrode assembly 10. The pinhole gas permeation originally present in the polymer electrolyte membrane (hydrogen gas permeation 3-5 × 10 −10 cm 3 · cm · cm −2 · sec −1 · Pa) is very small. On the other hand, the number of pinholes that can be formed during the manufacture of the membrane electrode assembly 10 is extremely large. Therefore, the conventional techniques 1 and 2 cannot prevent the cross leak.

従来技術3は膜電極接合体10の製造時にできるピンホールに対する対策である。しかしながら、従来技術3の対策でも不十分である。   Prior art 3 is a countermeasure against pinholes that can be produced during the manufacture of the membrane electrode assembly 10. However, the countermeasure of the prior art 3 is not sufficient.

本発明は上記課題を解決したもので、膜電極接合体の製造時にピンホールができること
を防止し、クロスリークが少なく、導電性繊維の破損脱落が少ない燃料電池の製造方法を提供する。
The present invention solves the above problems, to prevent the possible pinholes during manufacture of the membrane electrode assembly, rather small, cross leakage, breakage falling of conductive fibers to provide a method of manufacturing a small fuel cell.

上記技術的課題を解決するために、発明では、導電性繊維を含む燃料極用の拡散層と、燃料極用触媒を含む燃料極用触媒層と、イオン伝導性を有する高分子電解質膜と、酸化剤極用触媒を含む酸化剤用触媒層と、導電性繊維を含む酸化剤極用の拡散層とが順に積層されている膜電極接合体を有する燃料電池の製造方法において、前記燃料極用および前記酸化剤極用の両拡散層の製造工程に、内側と外側に傾斜面を有する両刃が形成された打ち抜き刃を離間させた状態で打ち抜き型に設け、離間した打ち抜き刃の間に、上面が前記打ち抜き刃の刃先の高さと略同じ高さとなるスポンジを設け、前記刃先の上部に導電性繊維を含むシート状の拡散層用基材を載置し、前記打ち抜き型によって、離間した前記両刃を用いて前記拡散層用基材を打ち抜いて前記両拡散層を製造する打ち抜き工程が設けるようにした
In order to solve the above technical problem, in the present invention, a diffusion layer for a fuel electrode containing conductive fibers, a catalyst layer for a fuel electrode containing a catalyst for a fuel electrode, a polymer electrolyte membrane having ion conductivity, In the method for producing a fuel cell having a membrane electrode assembly in which an oxidant catalyst layer containing an oxidant electrode catalyst and an oxidant electrode diffusion layer containing conductive fibers are sequentially laminated, the fuel electrode In the manufacturing process of both diffusion layers for the oxidizer electrode and the oxidant electrode, the punching blade in which both blades having inclined surfaces on the inner side and the outer side are provided in the punching die in a separated state, and between the spaced punching blades, A sponge whose upper surface is substantially the same height as the cutting edge of the punching blade is provided, and a sheet-shaped diffusion layer base material containing conductive fibers is placed on the upper portion of the cutting edge, and is separated by the punching die. Using a double-edged blade, strike the diffusion layer substrate. There are were as the stamping process for producing the both diffusion layers provided.

この場合、前記打ち抜き工程の前に、前記拡散層用基材を撥水処理する撥水処理工程が設けられていると良い。
In this case, it is preferable that a water-repellent treatment step for subjecting the diffusion layer substrate to a water-repellent treatment is provided before the punching step.

また、この場合、前記撥水処理工程は、前記拡散層用基材にポリテトラフルオロエチレン粒子を含浸する含浸工程と、含浸された前記ポリテトラフルオロエチレン粒子を焼結する焼結工程が設けられていると良い
In this case, the water-repellent treatment step includes an impregnation step of impregnating the diffusion layer base material with polytetrafluoroethylene particles and a sintering step of sintering the impregnated polytetrafluoroethylene particles. Good to be .

また、この場合、前記含浸工程において、ポリテトラフルオロエチレン粒子と共に導電性物質を含浸させると良い
Also, in this case in the impregnation step, it may be impregnated with a conductive material with polytetrafluoroethylene particles.

請求項1の発明によれば、拡散層用基材から両刃を用いて打ち抜いて燃料電池用拡散層を製造しているので、導電性繊維の破損脱落を少なくでき、破損脱落した導電性繊維による高分子電解質膜への突き刺しを少なくでき、クロスリークが少ない燃料電池を製造できる効果がある。     According to the invention of claim 1, since the diffusion layer for the fuel cell is manufactured by punching from the base material for the diffusion layer using the double-edged blade, it is possible to reduce the break-off of the conductive fiber, and due to the broken-off conductive fiber There is an effect that it is possible to reduce the piercing to the polymer electrolyte membrane and to manufacture a fuel cell with little cross leak.

本発明において、導電性繊維としてカーボン繊維を使用すれば、耐食性と電気伝導性に優れた拡散層を製造できる効果がある。カーボン繊維は衝撃により破損しやすく、かつ破損したカーボン繊維は高分子電解質膜を突き刺しやすいので、両刃を用いて打ち抜くことが特に効果的である。
In the present invention, if carbon fibers are used as the conductive fibers, there is an effect that a diffusion layer having excellent corrosion resistance and electrical conductivity can be produced. The carbon fiber is easily damaged by impact, and the damaged carbon fiber is likely to pierce the polymer electrolyte membrane. Therefore, it is particularly effective to punch out using a double-edged blade.

発明によれば、拡散層用基材を撥水処理しているので、供給された燃料や酸化剤中の水や電極反応で生成された水によって拡散層が水づまりしにくいという効果がある。また打ち抜き工程の前に撥水処理しているので、大きな形状の拡散層用基材を撥水処理し、その拡散層用基材から複数の拡散層を打ち抜けるため、撥水処理工程にかかる工数を小さくできるという効果がある。
According to the present invention, since the diffusion layer base material is subjected to water repellent treatment, there is an effect that the diffusion layer is not easily clogged by the supplied fuel, the water in the oxidant, or the water generated by the electrode reaction. . Also, since the water-repellent treatment is performed before the punching process, the large-sized diffusion layer substrate is subjected to the water-repellent treatment, and a plurality of diffusion layers are punched out from the diffusion layer substrate. There is an effect that man-hours can be reduced.

また、本発明によれば、拡散層用基材にポリテトラフルオロエチレン粒子を含有させているので、表面から内部まで撥水性が保たれ、より水づまりしにくいという効果がある。
Further , according to the present invention, since the diffusion layer base material contains polytetrafluoroethylene particles, there is an effect that water repellency is maintained from the surface to the inside, and water is less likely to clog.

更に、本発明によれば、ポリテトラフルオロエチレン粒子と共に導電性物質を拡散層用基材に含浸させているので、電子を通す導電性と水づまりしにくい撥水性を併せ持つという効果がある。
Furthermore, according to the present invention, since the conductive material is impregnated into the base material for the diffusion layer together with the polytetrafluoroethylene particles, there is an effect of having both the conductivity through which electrons are passed and the water repellency which is difficult to cause water clogging.

本発明において、拡散層用基材から両刃を用いて打ち抜いて燃料電池用拡散層を製造すれば、導電性繊維の破損脱落を少なくできる効果がある。このため破損脱落した導電性繊維による他の部材への影響を少なくできる。高分子電解質膜を使用した高分子電解質型燃料電池の膜電極接合体の拡散層として使用した場合、破損脱落した導電性繊維による高分子電解質膜への突き刺しを少なくでき、クロスリークが少ない膜電極接合体を製造できる効果がある。これにより燃料電池の信頼性・耐久性を向上させることができる
In the present invention, when manufacturing a diffusion layer for a fuel cell punched using a double-edged from the diffusion layer base material, there is an effect of reducing the damage to dropout of the conductive fibers. For this reason, it is possible to reduce the influence on other members due to the conductive fibers that are broken and dropped. When used as a diffusion layer for membrane electrode assemblies of polymer electrolyte fuel cells that use polymer electrolyte membranes, membrane electrodes can reduce puncture of polymer electrolyte membranes due to damaged and dropped conductive fibers, resulting in less cross-leakage There exists an effect which can manufacture a zygote. Thereby, the reliability and durability of the fuel cell can be improved.

本発明者が鋭意研究し、従来技術3の方法でも導電性繊維の高分子電解質膜に対する突き刺さり防止に不十分である原因を突き止めた。従来技術3は、高分子電解質膜側に面する拡散層の面に存在する、あるいはこの面から破損脱落した導電性繊維の高分子電解質膜に対する突き刺さりには有効であるが、拡散層の端面から破損脱落した導電性繊維の高分子電解質膜に対する突き刺さりの対策になっていないことが判明した。拡散層は、導電性繊維で形成された大きな導電性繊維シートを所定の大きさに打ち抜くことによって製造される。この打ち抜き時に拡散層の端面部分の導電性繊維が破損脱落し、膜電極接合時に破損脱落した導電性繊維が高分子電解質膜に突き刺さることがわかった。本発明者はさらに研究し、拡散層を打ち抜きによって製造するときに、打ち抜き用の刃として両刃を使用すると、拡散層の端面部分の導電性繊維の破損脱落が防止できることを見いだした。   The present inventors diligently researched and found the cause that the method of the prior art 3 is insufficient to prevent the conductive fibers from sticking to the polymer electrolyte membrane. The prior art 3 is effective for piercing the conductive electrolyte existing on the surface of the diffusion layer facing the polymer electrolyte membrane or damaging and falling off from this surface, but from the end surface of the diffusion layer. It turned out that it was not a measure against the piercing of the polymer electrolyte membrane of the conductive fiber that was broken and dropped. The diffusion layer is manufactured by punching a large conductive fiber sheet formed of conductive fibers into a predetermined size. It was found that the conductive fibers at the end face portion of the diffusion layer were damaged and dropped at the time of this punching, and the conductive fibers that were damaged and dropped at the time of membrane electrode bonding were stuck into the polymer electrolyte membrane. The inventor further researched and found that, when a diffusion layer is manufactured by punching, the use of a double-edged blade as a blade for punching can prevent the conductive fibers from being broken off at the end face portion of the diffusion layer.

図1は実施例に使用した打ち抜き装置を説明する説明断面図である。打ち抜き刃の厚さ等、説明のために強調されている。図示しない下ダイベースに固定された下ダイ6の上に打ち抜き型20が固定されている。打ち抜き型20は、打ち抜き刃21と、これを固定するホルダ22で構成されている。打ち抜き刃21はその長手方向が紙面垂直方向のものが図面左右に二つ図示されているが、ガス拡散層を長方形に打ち抜くように図面前後にもその長手方向が紙面平行なものが二つ設けられている。ホルダ22が下ダイ6に固定されている。打ち抜き刃21間にスポンジ9が設けられている。スポンジ9は、打ち抜き前において、その上面が打ち抜き刃21の刃先の高さと略同じ高さになり、打ち抜き刃21間に丁度はまるものを使用している。 FIG. 1 is an explanatory sectional view for explaining a punching device used in the embodiment. The thickness of the punching blade is emphasized for explanation. A punching die 20 is fixed on a lower die 6 fixed to a lower die base (not shown). The punching die 20 includes a punching blade 21 and a holder 22 for fixing the punching blade 21. Two punching blades 21 whose longitudinal direction is perpendicular to the plane of the drawing are shown on the left and right sides of the drawing. Two punching blades 21 whose longitudinal direction is parallel to the drawing are also provided before and after the drawing so as to punch out the gas diffusion layer into a rectangle. It has been. A holder 22 is fixed to the lower die 6. A sponge 9 is provided between the punching blades 21. Before the punching, the upper surface of the sponge 9 is substantially the same as the height of the cutting edge of the punching blade 21, and the sponge 9 just fits between the punching blades 21 is used.

打ち抜き刃21の刃先21dは両側面が傾斜面21a、21bで形成されている両刃形状である。傾斜面21aは、内側(互いに対向する打ち抜き刃側)すなわち拡散層が形成される側の傾斜面である。傾斜面21aの傾斜角度としては30〜40度、望ましくは33〜37度を例示できる。傾斜面21bは、外側すなわち拡散層が形成される側の反対側の傾斜面である。傾斜面21bの傾斜角度としては10〜20度、望ましくは13〜17度を例示できる。傾斜面の傾斜角度とは、図1において刃先21dの先端21cから降ろした垂線と傾斜面とのなす角度をである。傾斜面21a、21bは、打ち抜き刃21の長手方向(図1の紙面に垂直な方向)に平行な面である。傾斜面21aと傾斜面21bの開き角度としては40〜60度、望ましくは46〜54度を例示できる。開き角度とは傾斜面21aと傾斜面21bのなす角度である。実施例では、傾斜面21aの傾斜角度は35度、傾斜面21bの傾斜角度は15度、傾斜面21aと傾斜面21bの開き角度は50度の打ち抜き刃21を使用した。なお、打ち抜き刃21の両刃の傾斜面は必ずしも平面でなくともよく、両方に刃が形成されている打ち抜き刃ならよい。   The cutting edge 21d of the punching blade 21 has a double-edged shape in which both side surfaces are formed by inclined surfaces 21a and 21b. The inclined surface 21a is an inclined surface on the inner side (the punching blade sides facing each other), that is, the side where the diffusion layer is formed. The inclination angle of the inclined surface 21a is 30 to 40 degrees, preferably 33 to 37 degrees. The inclined surface 21b is an inclined surface on the outer side, that is, the side opposite to the side where the diffusion layer is formed. As an inclination angle of the inclined surface 21b, 10 to 20 degrees, desirably 13 to 17 degrees can be exemplified. The inclination angle of the inclined surface is an angle formed by a perpendicular line dropped from the tip 21c of the blade edge 21d in FIG. 1 and the inclined surface. The inclined surfaces 21a and 21b are surfaces parallel to the longitudinal direction of the punching blade 21 (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1). Examples of the opening angle between the inclined surface 21a and the inclined surface 21b include 40 to 60 degrees, preferably 46 to 54 degrees. The opening angle is an angle formed by the inclined surface 21a and the inclined surface 21b. In the embodiment, the punching blade 21 having an inclination angle of the inclined surface 21a of 35 degrees, an inclination angle of the inclined surface 21b of 15 degrees, and an opening angle of the inclined surfaces 21a and 21b of 50 degrees was used. It should be noted that the inclined surfaces of the two blades of the punching blade 21 do not necessarily have to be flat, and may be any punching blade having blades formed on both.

打ち抜き刃21の厚さtとしては0.1〜1mm、望ましくは0.2〜0.5mmを例示できる。実施例では、0.2mm厚さtの打ち抜き刃21を使用した。刃先先端21cの位置としては内側(スポンジ9側)にあたる面から0.5〜3mm、望ましくは1〜2mmを例示できる。実施例では、刃先先端21cの内側にあたる面から1mmの位置に設けられた打ち抜き刃21を使用した。   Examples of the thickness t of the punching blade 21 include 0.1 to 1 mm, preferably 0.2 to 0.5 mm. In the example, a punching blade 21 having a thickness t of 0.2 mm was used. Examples of the position of the blade tip 21c include 0.5 to 3 mm, preferably 1 to 2 mm from the inner surface (sponge 9 side). In the embodiment, the punching blade 21 provided at a position of 1 mm from the inner surface of the blade tip 21c was used.

打ち抜き刃21を形成する材料としては、焼入加工したステンレス鋼、ハイス鋼などを例示できる。実施例では、ハイス鋼から形成された打ち抜き刃21を使用した。   Examples of the material for forming the punching blade 21 include hardened stainless steel and high-speed steel. In the Example, the punching blade 21 formed from high-speed steel was used.

拡散層用基材として導電性繊維をシート状に成形した導電性繊維板30を使用する。導
電性繊維としては、カーボン繊維、金属繊維、導電性を付与した無機繊維、導電性を有す
る樹脂繊維などを例示できる。金属繊維は耐食性を有するか、耐食性を与えるためのコー
ティングがされていれば用いることができる。中でもカーボン繊維は、耐食性と電気伝導
性に優れているので、燃料電池用拡散層として特に望ましい。しかし、カーボン繊維は衝
撃により破損しやすく、かつ破損したカーボン繊維は高分子電解質膜を突き刺しやすいの
で、本発明適用することが効果的である。カーボン繊維として、PAN系や
ピッチ系のカーボンファイバでも、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバでもよ
い。導電性繊維板30は、導電性繊維を用いてシート形状に成形した物なら織布、不織布
など何でも使用できる。導電性繊維としてカーボン繊維を使用したものとして、カーボン
ペーパー、カーボンクロス、カーボン不織布、カーボンフェルトが例示できる。中でもカ
ーボンペーパーが望ましい。
The conductive fiber board 30 which shape | molded the conductive fiber in the sheet form is used as a base material for diffusion layers. Examples of the conductive fiber include carbon fiber, metal fiber, inorganic fiber having conductivity, and resin fiber having conductivity. The metal fiber can be used if it has corrosion resistance or is coated to give corrosion resistance. Among these, carbon fiber is particularly desirable as a diffusion layer for fuel cells because it has excellent corrosion resistance and electrical conductivity. However, since the carbon fiber is easily damaged by impact, and the damaged carbon fiber is likely to pierce the polymer electrolyte membrane, it is effective to apply the present invention. The carbon fiber may be a PAN-based or pitch-based carbon fiber, a carbon nanotube, or a carbon nanofiber. As the conductive fiber board 30, any material such as a woven fabric or a non-woven fabric can be used as long as it is formed into a sheet shape using conductive fibers. Examples of carbon fibers used as the conductive fibers include carbon paper, carbon cloth, carbon nonwoven fabric, and carbon felt. Among these, carbon paper is preferable.

導電性繊維板30を燃料電池用拡散層として使用するときには、打ち抜き前に撥水処理しておくことが望ましい。撥水処理は、導電性繊維板中に撥水性物質を付着させることにより行われる。撥水処理方法としては、撥水性物質を含む液を導電性繊維板に含浸させる含浸法、アプリケータで表面に塗布する方法などが例示できる。中でも含浸法が簡便であり望ましい。撥水性物質としては、ポリテトラフルオロエチレン(以下PTFEともいう)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライドなどが例示できる。中でもPTFEは撥水性が大きくため望ましい。PTFEを使用する場合、PTFE粒子の分散液を導電性繊維板に含浸させ、乾燥後、焼結させることが望ましい。焼結によりPTFE粒子同士が結合し、導電性繊維板中にPTFEを強固に付着させることができる。   When the conductive fiber board 30 is used as a diffusion layer for a fuel cell, it is desirable to perform a water repellent treatment before punching. The water repellent treatment is performed by attaching a water repellent substance in the conductive fiberboard. Examples of the water repellent treatment method include an impregnation method in which a conductive fiber board is impregnated with a liquid containing a water repellent material, and a method of applying to the surface with an applicator. Of these, the impregnation method is simple and desirable. Examples of the water-repellent substance include polytetrafluoroethylene (hereinafter also referred to as PTFE), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, and the like. Among them, PTFE is preferable because of its high water repellency. When PTFE is used, it is desirable to impregnate a conductive fiber board with a dispersion of PTFE particles, dry and then sinter. The PTFE particles are bonded to each other by sintering, so that the PTFE can be firmly attached in the conductive fiberboard.

次に打ち抜き工程について説明する。まず、打ち抜き型の上部(刃先先端21cの上)に導電性繊維板30を載置する。導電性繊維板30の上にポリプロピレン樹脂からなる刃受け板8を載置する。その後、図示しない上ダイベースに固定された上ダイ7により刃受け板8を加圧する。刃受け板8とともにカーボン繊維板30が下降し打ち抜き刃21によって導電性繊維板30が所定の形状に打ち抜かれる。打ち抜きによって形成された拡散層はスポンジ9上に載ったままであるが、導電性繊維板30の周辺部分(拡散層として形成される以外の部分)はホルダ22や下ダイ6上に落下する。このときスポンジ9は弾性変形により圧縮されている。上ダイ7の下降は導電性繊維板30が刃先先端21cに当接したときに終了する。その後、上ダイ7を上昇させると、スポンジ9の弾性反発力により拡散層が導電性繊維板30を載置した位置にもどるので、拡散層を容易に取り出すことができる。以下、この打ち抜き装置を使用した実施例について図1、2を参照しながら説明する。   Next, the punching process will be described. First, the conductive fiber board 30 is placed on the upper part of the punching die (on the blade tip 21c). A blade receiving plate 8 made of polypropylene resin is placed on the conductive fiber plate 30. Thereafter, the blade receiving plate 8 is pressurized by the upper die 7 fixed to the upper die base (not shown). The carbon fiber board 30 is lowered together with the blade receiving plate 8, and the conductive fiber board 30 is punched into a predetermined shape by the punching blade 21. The diffusion layer formed by punching remains on the sponge 9, but the peripheral portion of the conductive fiber board 30 (the portion other than the diffusion layer) falls on the holder 22 and the lower die 6. At this time, the sponge 9 is compressed by elastic deformation. The lowering of the upper die 7 ends when the conductive fiber board 30 comes into contact with the blade tip 21c. Thereafter, when the upper die 7 is raised, the diffusion layer returns to the position where the conductive fiber board 30 is placed by the elastic repulsive force of the sponge 9, so that the diffusion layer can be easily taken out. Hereinafter, an embodiment using this punching device will be described with reference to FIGS.

重量比で水100に対して30のカーボンブラック(導電性物質)を混入し撹拌機により撹拌した。これに、重量比で水100に対して25のポリテトラフルオロエチレンディスパージョン(以下PTFEディスパージョンともいう)原液(ダイキン工業株式会社製:商品名POLYFLON D1グレード、PTFE含有濃度60重量%)を加え、撹拌してカーボンインクを作製した。   30 carbon black (conductive substance) was mixed with water 100 by weight and stirred with a stirrer. To this, 25 polytetrafluoroethylene dispersion (hereinafter also referred to as PTFE dispersion) stock solution (produced by Daikin Industries, Ltd .: trade name POLYFLON D1 grade, PTFE-containing concentration 60% by weight) with respect to 100 water by weight is added. The carbon ink was prepared by stirring.

拡散層用基材としてカーボンペーパー(東レ株式会社製:商品名トレカTGP−060、厚さ180μm)を使用した。このカーボンペーパーを上記で作製したカーボンインクに投入し、カーボンペーパーに充分にカーボンインクを含浸させた(含浸工程)。次に80℃の温度に保った乾燥炉でカーボンペーパーの余分な水分を蒸発させた。その後、焼結温度390℃で60分間保持して、PTFEを焼結し(焼結工程)、撥水カーボンペーパー(導電性繊維板)30を2個作製した(撥水処理工程)。2個の撥水カーボンペーパー30をそれぞれ図1に示した両刃の打ち抜き装置で100mm×150mmの長方形形状に打ち抜き、燃料極用ガス拡散層(燃料極用の拡散層)2bおよび酸化剤極用ガス拡散層(酸化剤極用の拡散層)3bを製造した(打ち抜き工程)。なお、本実施例では燃料電池の燃料として水素等の燃料ガスを使用し、酸化剤として空気等の酸化剤ガスを使用するので、拡散層とガス拡散層と称している。   Carbon paper (manufactured by Toray Industries, Inc .: trade name Torayca TGP-060, thickness 180 μm) was used as the base material for the diffusion layer. This carbon paper was put into the carbon ink prepared above, and the carbon paper was sufficiently impregnated with the carbon ink (impregnation step). Next, excess moisture of the carbon paper was evaporated in a drying furnace maintained at a temperature of 80 ° C. Then, it was held at a sintering temperature of 390 ° C. for 60 minutes to sinter PTFE (sintering process) to produce two water-repellent carbon papers (conductive fiber boards) 30 (water-repellent treatment process). The two water-repellent carbon papers 30 are each punched into a rectangular shape of 100 mm × 150 mm by a double-edged punching device shown in FIG. 1, and the gas diffusion layer for fuel electrode (diffusion layer for fuel electrode) 2b and the gas for oxidant electrode Diffusion layer (diffusion layer for oxidant electrode) 3b was manufactured (punching step). In this embodiment, since a fuel gas such as hydrogen is used as the fuel for the fuel cell and an oxidant gas such as air is used as the oxidant, they are referred to as a diffusion layer and a gas diffusion layer.

酸化剤極用触媒ペーストを白金担持カーボン(田中貴金属工業株式会社製:商品名TEC10E60E、白金濃度55wt%)を用いて作製した。白金担持カーボンは、触媒である白金をカーボン微小体(導電性微粒子)に担持した触媒担持導電性微粒子である。白金担持カーボン、5wt%濃度のイオン交換樹脂溶液(旭化成工業株式会社製:商品名SS−1080)、水、イソプロピルアルコ−ルを重量比で12:127:23:23の割合で混合し、酸化剤極用触媒ペーストを作製した。   A catalyst paste for the oxidant electrode was prepared using platinum-supported carbon (manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd .: trade name TEC10E60E, platinum concentration 55 wt%). The platinum-supporting carbon is a catalyst-supporting conductive fine particle in which platinum as a catalyst is supported on a carbon fine body (conductive fine particle). Platinum-supported carbon, an ion exchange resin solution having a concentration of 5 wt% (Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd .: trade name SS-1080), water, and isopropyl alcohol are mixed at a weight ratio of 12: 127: 23: 23 and oxidized. A catalyst paste for the agent electrode was prepared.

使用したイオン交換樹脂溶液は、イオン伝導性(プロトン伝導性)をもつ炭化フッ素系の電解質ポリマー(ガラス転移温度:120℃)を主要成分としており、これを液状媒体としての水とエタノールとの混合溶液に溶解または分散させたものである。具体的には、本実施例では炭化フッ素系の電解質ポリマーは、パーフルオロスルホン酸を主成分としている。   The ion exchange resin solution used is mainly composed of a fluorocarbon electrolyte polymer (glass transition temperature: 120 ° C) with ion conductivity (proton conductivity), which is a mixture of water and ethanol as a liquid medium. It is dissolved or dispersed in a solution. Specifically, in this embodiment, the fluorocarbon electrolyte polymer contains perfluorosulfonic acid as a main component.

この酸化剤極用触媒ペーストをドクターブレード法によりPTFEシート(PTFEで形成された膜状部材)の一方面に塗布して酸化剤極用触媒層3aを形成し、乾燥させ、酸化剤極用触媒シートを作製した。酸化剤極用触媒層3aは触媒担持量が0.6mg/cmになるように形成されている。 This oxidant electrode catalyst paste is applied to one surface of a PTFE sheet (a film-like member formed of PTFE) by the doctor blade method to form the oxidant electrode catalyst layer 3a, dried, and then the oxidant electrode catalyst. A sheet was produced. The oxidant electrode catalyst layer 3a is formed so that the amount of catalyst supported is 0.6 mg / cm 2 .

次に、燃料極用触媒ペーストを白金ルテニウム合金担持カーボン(田中貴金属工業株式会社製:商品名TEC61E54、白金濃度30wt%、ルテニウム濃度23wt%)を用いて作製した。白金ルテニウム合金担持カーボンは、触媒である白金とルテニウムをカーボン微小体(導電性微粒子)に担持した触媒担持導電性微粒子である。この白金ルテニウム合金担持カーボンを用いて、酸化剤極触媒ペーストと同様にして燃料極用触媒ペーストを作製した。   Next, a catalyst paste for a fuel electrode was prepared using platinum-ruthenium alloy-supported carbon (manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd .: trade name TEC61E54, platinum concentration 30 wt%, ruthenium concentration 23 wt%). The platinum-ruthenium alloy-supported carbon is catalyst-supporting conductive fine particles in which platinum and ruthenium, which are catalysts, are supported on a carbon fine body (conductive fine particles). Using this platinum ruthenium alloy-supported carbon, a fuel electrode catalyst paste was prepared in the same manner as the oxidant electrode catalyst paste.

この燃料極用触媒ペーストをドクターブレード法によりPTFEシートの一方面に塗布して燃料極用触媒層2aを形成し、乾燥させ、燃料極用触媒シートを作製した。燃料極用触媒層2aは触媒担持量が0.6mg/cmになるように形成されている。 This fuel electrode catalyst paste was applied to one surface of a PTFE sheet by a doctor blade method to form a fuel electrode catalyst layer 2a and dried to prepare a fuel electrode catalyst sheet. The fuel electrode catalyst layer 2a is formed so that the amount of catalyst supported is 0.6 mg / cm 2 .

次にイオン伝導性(プロトン伝導性)を有するイオン交換膜(デュポン社製:商品名Nafion111、厚さ25μm)からなる高分子電解質膜1の一方面に酸化剤極用触媒層3aが高分子電解質膜1になるよう酸化剤極用触媒シートを当接し、他方面に燃料極用触媒層2aが高分子電解質膜1になるよう燃料極用触媒シートを当接し中間積層体を形成した。酸化剤極用触媒シート、燃料極用触媒シートそれぞれのPTFEシートの外方から温度120℃、圧力8MPa、時間1分間でホットプレスしたのち、PTFEシートを剥がして高分子電解質膜1に酸化剤極用触媒層3a、燃料極用触媒層2aを転写した。   Next, an oxidant electrode catalyst layer 3a is formed on one surface of a polymer electrolyte membrane 1 made of an ion exchange membrane having ion conductivity (proton conductivity) (manufactured by DuPont: trade name Nafion 111, thickness 25 μm). The oxidant electrode catalyst sheet was brought into contact with the membrane 1, and the fuel electrode catalyst sheet was brought into contact with the other surface so that the fuel electrode catalyst layer 2a became the polymer electrolyte membrane 1, thereby forming an intermediate laminate. After hot pressing from outside the PTFE sheets of the oxidant electrode catalyst sheet and the fuel electrode catalyst sheet at a temperature of 120 ° C. and a pressure of 8 MPa for 1 minute, the PTFE sheet was peeled off and the polymer electrolyte membrane 1 was coated with the oxidant electrode The catalyst layer 3a for fuel and the catalyst layer 2a for fuel electrode were transferred.

続いて、上記で作製した燃料極用ガス拡散層2bを燃料極用触媒層2a上に当接し、酸化剤極用ガス拡散層3bを酸化剤極用触媒層3a上に当接して、燃料極用ガス拡散層2bと酸化剤極用ガス拡散層3bの外方から温度140℃、圧力8MPa、時間3分間でホットプレスし、燃料極用ガス拡散層2bと酸化剤極用ガス拡散層3bを接合して膜電極接合体10を製造した。   Subsequently, the fuel electrode gas diffusion layer 2b produced above is brought into contact with the fuel electrode catalyst layer 2a, the oxidant electrode gas diffusion layer 3b is brought into contact with the oxidant electrode catalyst layer 3a, and the fuel electrode The gas diffusion layer 2b for the fuel electrode and the gas diffusion layer 3b for the oxidant electrode are hot-pressed from outside the gas diffusion layer 2b and the gas diffusion layer 3b for the oxidant electrode at a temperature of 140 ° C. and a pressure of 8 MPa for 3 minutes. The membrane electrode assembly 10 was manufactured by bonding.

作製した膜電極接合体10をクロスリーク試験で評価した。膜電極接合体10のに燃料極2側に燃料流路4aを有するセパレータ4を、酸化剤極3側に酸化剤流路5bを有するセパレータ5を配置した。高分子電解質膜1、セパレータ4、5の外周部分からガスが漏れないようにシールされている。まず、燃料流路4a、酸化剤流路5bに窒素ガスを流してパージした。次に燃料流路4aに窒素ガスを供給して圧力を20KPa(ゲージ圧)として封止した。酸化剤流路5bは大気開放とした。燃料流路4aの封止した1分後の燃料流路4aと酸化剤流路5bの差圧を測定し、クロスリークを評価した。   The produced membrane electrode assembly 10 was evaluated by a cross leak test. A separator 4 having a fuel flow path 4a on the fuel electrode 2 side and a separator 5 having an oxidant flow path 5b on the oxidant electrode 3 side are arranged on the membrane electrode assembly 10. The polymer electrolyte membrane 1 and the separators 4 and 5 are sealed so as not to leak gas from the outer peripheral portions. First, nitrogen gas was flowed into the fuel flow path 4a and the oxidant flow path 5b for purging. Next, nitrogen gas was supplied to the fuel flow path 4a to seal the pressure at 20 KPa (gauge pressure). The oxidant flow path 5b was opened to the atmosphere. The cross pressure was evaluated by measuring the differential pressure between the fuel channel 4a and the oxidant channel 5b one minute after the fuel channel 4a was sealed.

比較例1Comparative Example 1

両刃の打ち抜き型の代わりに片刃の打ち抜き型を用いた以外は、実施例1と同様にして膜電極接合体を製造した。図4は比較例に使用した打ち抜き装置を説明する説明断面図である。打ち抜き刃21の代わりに片刃の打ち抜き刃41を用いた以外、図1の打ち抜き装置と同じであり、同じ部位には同じ符号を付け、説明を省略する。   A membrane electrode assembly was produced in the same manner as in Example 1 except that a single-edged punching die was used instead of the double-edged punching die. FIG. 4 is an explanatory sectional view for explaining the punching device used in the comparative example. Except for using a single-blade punching blade 41 instead of the punching blade 21, it is the same as the punching device of FIG.

打ち抜き型40は、打ち抜き刃41と、これを固定するホルダ42で構成されている。打ち抜き型40は、打ち抜き型20と同様に、ホルダ42が下ダイ6の上に固定されている。打ち抜き刃41は、片面側が傾斜面41aで形成された片刃形状である。傾斜面41aは、図4にように拡散層が形成される側に設けられている。傾斜面41aの傾斜角度は45度である。傾斜角度とは実施例の場合と同様、図4において刃先の先端から降ろした垂線と傾斜面とのなす角度をである。   The punching die 40 includes a punching blade 41 and a holder 42 for fixing the punching blade 41. In the punching die 40, as in the punching die 20, the holder 42 is fixed on the lower die 6. The punching blade 41 has a single-edged shape in which one side is formed by an inclined surface 41a. The inclined surface 41a is provided on the side where the diffusion layer is formed as shown in FIG. The inclination angle of the inclined surface 41a is 45 degrees. As in the case of the embodiment, the inclination angle is an angle formed between the perpendicular line dropped from the tip of the blade edge and the inclined surface in FIG.

製造した膜電極接合体を使用して、実施例1と同じ方法でクロスリーク試験を行った。   A cross leak test was performed in the same manner as in Example 1 using the manufactured membrane electrode assembly.

(クロスリーク試験結果)
表1にクロスリーク試験結果を示す。両刃を使用した実施例1では差圧は封止した圧力のままであった。これに対して片刃を使用した比較例1では差圧は半分の10kPaになっている。実施例1、比較例1で製造したそれぞれのガス拡散層を観察したところ、比較例1ではガス拡散層の外周部(打ち抜きされた部分周辺)の表面が割れてカーボンペーパーを構成する導電性繊維(カーボン繊維)が破損脱落していた。また図5に示すような形状のバリが見られた。それに対して実施例1のガス拡散層の外周部の表面はきれいであり図3に示すようにバリの発生も見られなかったし、導電性繊維の破損脱落も見られなかった。
(Cross leak test results)
Table 1 shows the cross leak test results. In Example 1 using both blades, the differential pressure remained the sealed pressure. On the other hand, in Comparative Example 1 using a single blade, the differential pressure is 10 kPa, which is half. When the gas diffusion layers manufactured in Example 1 and Comparative Example 1 were observed, in Comparative Example 1, the surface of the outer peripheral portion (periphery of the punched portion) of the gas diffusion layer was cracked to form conductive paper. (Carbon fiber) was broken and dropped off. Moreover, the burr | flash of the shape as shown in FIG. 5 was seen. On the other hand, the surface of the outer peripheral portion of the gas diffusion layer of Example 1 was clean, and no burr was observed as shown in FIG. 3, and no breakage and dropping of the conductive fibers were observed.

以上のように、燃料電池用拡散層を拡散層用基材から両刃を用いて打ち抜いて燃料電池用拡散層を製造しているので、導電性繊維の破損脱落を少なくできた。これは導電性繊維から形成されている拡散層用基材の場合、両刃の打ち抜き型を使用すると、切断が容易になり、切断面がきれいになるためである。本発明者の試験により、片刃の打ち抜き型にくらべて各段の違いがあることが判明した。この結果、片刃の打ち抜き型で生じていた拡散層の割れ、導電性繊維の破損脱落が防止でき、拡散層を形成している導電性繊維の高分子電解質膜への突き刺しが防止でき、高分子電解質膜のピンホールを少なくすることができた。そしてクロスリークが少ない膜電極接合体を製造でき、燃料電池の信頼性・耐久性を向上できる。なお、本発明は高分子電解質型燃料電池の高分子電解質膜のクロスリークを少なくすることを動機とした発明であるが、拡散層の導電性繊維の破損脱落等を防止でき、導電性繊維の破損脱落等による他の部材への影響を低減できるので、導電性繊維を含む拡散層をもつ燃料電池にはすべて適用できる。   As described above, the fuel cell diffusion layer is manufactured by punching the diffusion layer for the fuel cell from the base material for the diffusion layer using a double-edged blade, so that the breakage and dropping of the conductive fibers can be reduced. This is because, in the case of a diffusion layer substrate formed of conductive fibers, if a double-blade punching die is used, cutting becomes easy and the cut surface becomes clean. According to the test of the present inventor, it has been found that there is a difference in each step as compared with a single-blade punching die. As a result, it is possible to prevent cracking of the diffusion layer and breakage of the conductive fibers that occurred with the single-blade punching die, and to prevent the conductive fibers forming the diffusion layer from piercing the polymer electrolyte membrane. Electrolyte membrane pinholes could be reduced. And a membrane electrode assembly with few cross leaks can be manufactured, and the reliability and durability of a fuel cell can be improved. The present invention is an invention that is motivated to reduce the cross leak of the polymer electrolyte membrane of the polymer electrolyte fuel cell. However, it is possible to prevent the conductive fibers of the diffusion layer from being broken and dropped. Since the influence on other members due to breakage and dropping can be reduced, it can be applied to all fuel cells having a diffusion layer containing conductive fibers.

実施例に使用した打ち抜き装置を説明する説明断面図Explanatory cross-sectional view explaining the punching device used in the examples 高分子電解質型燃料電池の単セル構造を模式的に説明する説明断面図Cross-sectional view schematically explaining a single cell structure of a polymer electrolyte fuel cell 実施例1で製造されたガス拡散層の断面模式図Sectional schematic diagram of the gas diffusion layer produced in Example 1 比較例に使用した打ち抜き装置を説明する説明断面図Cross-sectional view for explaining the punching device used in the comparative example 比較例1で製造されたガス拡散層の断面模式図Cross-sectional schematic diagram of the gas diffusion layer produced in Comparative Example 1

符号の説明Explanation of symbols

1…高分子電解質膜
2…燃料極
2a…燃料極用触媒層
2b…燃料極用の拡散層
3…酸化剤極
3a…酸化剤極用触媒層
3b…酸化剤極用の拡散層
10…膜電極接合体
20…打ち抜き型
21…打ち抜き刃
22…ホルダ
30…導電性繊維板(拡散層用基材)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polymer electrolyte membrane 2 ... Fuel electrode 2a ... Fuel electrode catalyst layer 2b ... Diffusion layer 3 for fuel electrode ... Oxidant electrode 3a ... Catalyst layer 3b for oxidant electrode ... Diffusion layer 10 for oxidant electrode ... Membrane Electrode assembly 20 ... punching die 21 ... punching blade 22 ... holder 30 ... conductive fiber board (base material for diffusion layer)

Claims (4)

導電性繊維を含む燃料極用の拡散層と、燃料極用触媒を含む燃料極用触媒層と、イオン伝導性を有する高分子電解質膜と、酸化剤極用触媒を含む酸化剤用触媒層と、導電性繊維を含む酸化剤極用の拡散層とが順に積層されている膜電極接合体を有する燃料電池の製造方法において、
前記燃料極用および前記酸化剤極用の両拡散層の製造工程に、内側と外側に傾斜面を有する両刃が形成された打ち抜き刃を離間させた状態で打ち抜き型に設け、離間した打ち抜き刃の間に、上面が前記打ち抜き刃の刃先の高さと略同じ高さとなるスポンジを設け、
前記刃先の上部に導電性繊維を含むシート状の拡散層用基材を載置し、前記打ち抜き型によって、離間した前記両刃を用いて前記拡散層用基材を打ち抜いて前記両拡散層を製造する打ち抜き工程が設けられていることを特徴とする燃料電池の製造方法。
A fuel electrode diffusion layer containing conductive fibers, a fuel electrode catalyst layer containing a fuel electrode catalyst, a polymer electrolyte membrane having ion conductivity, and an oxidant catalyst layer containing an oxidant electrode catalyst In the method for producing a fuel cell having a membrane electrode assembly in which a diffusion layer for an oxidant electrode containing conductive fibers is sequentially laminated,
In the manufacturing process of both diffusion layers for the fuel electrode and the oxidant electrode, a punching blade having a double-sided blade having inclined surfaces on the inner side and the outer side is provided in the punching die in a separated state. In between, provided a sponge whose upper surface is substantially the same height as the cutting edge of the punching blade,
A sheet-shaped diffusion layer base material containing conductive fibers is placed on the top of the blade edge, and the diffusion layer base material is punched out by the punching die using the spaced apart blades to produce both diffusion layers. A method of manufacturing a fuel cell, characterized in that a punching step is provided.
前記打ち抜き工程の前に、前記拡散層用基材を撥水処理する撥水処理工程が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の製造方法。
The method for producing a fuel cell according to claim 1, wherein a water repellent treatment step of performing a water repellent treatment on the diffusion layer base material is provided before the punching step.
前記撥水処理工程は、前記拡散層用基材にポリテトラフルオロエチレン粒子を含浸する含浸工程と、
含浸された前記ポリテトラフルオロエチレン粒子を焼結する焼結工程が設けられていることを特徴とする請求項に記載の燃料電池の製造方法。
The water repellent treatment step includes an impregnation step of impregnating the diffusion layer base material with polytetrafluoroethylene particles;
The method for producing a fuel cell according to claim 2 , further comprising a sintering step of sintering the impregnated polytetrafluoroethylene particles.
前記含浸工程において、
ポリテトラフルオロエチレン粒子と共に導電性物質を含浸させることを特徴とする請求項に記載の燃料電池の製造方法。
In the impregnation step,
The method for producing a fuel cell according to claim 3 , wherein the conductive material is impregnated with the polytetrafluoroethylene particles.
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