[发明专利]涂覆包含疏水物质的糊的设备和方法以及制造燃料电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于涂覆包含具有玻璃化转变点的疏水物质的糊的设备和方法，以及用于制造燃料电池的方法。

相关技术

存在疏水(具有大的润湿角)的疏水材料和对水具有亲和性(具有小的润湿角)的亲水材料，根据应用选择性使用这些材料。为了使本身不具有疏水性的膜具有疏水性，将表现出疏水性的材料涂覆到膜的表面上。例如，在固体电解质型燃料电池中设置的电解质膜中，为了避免电极表面的水的聚集导致的水淹问题，通过用疏水物质涂覆电极表面来使电极表面具有疏水性。以该方式赋予疏水性一般通过如下方法完成：配制例如由疏水粉末或乳液制成的糊，然后用所述糊涂覆或浸渍待涂覆的其为将用作燃料电池的电极构件的碳基纸或催化剂层的膜。一种类型的疏水物质是具有玻璃化转变点的疏水物质。具体地，因为聚四氟乙烯(下文称为“PTEF”)的高疏水性，所以其经常用于燃料电池中。日本专利申请公开JP-A-2002-367617和JP-A-2001-6699公开了制造这种含PTFE的电极的方法。

然而，问题在于，如果这种如前所述包含具有玻璃化转变点的疏水物质的糊通过加压进料设备加压进料到诸如喷枪的涂覆设备，则该糊可能纤维化，使得其难以涂覆。当具有玻璃化转变点的疏水物质纤维化时，该糊变成粘土状，不仅阻止均匀涂覆，而且还妨碍加压进料设备等的驱动。

发明内容

本发明提供用于涂覆包含具有玻璃化转变点的疏水物质的糊的设备和方法，和用于制造燃料电池的方法。

根据本发明一个方面的用于涂覆包含具有玻璃化转变点的疏水物质的糊的设备具有将糊涂覆到待涂覆构件上的涂覆装置；将糊加压进料到所述涂覆装置的加压进料装置；和将所述糊的温度调节到低于该疏水物质的玻璃化转变点的温度的温度调节装置。

前述涂覆设备使包含疏水物质的糊穿过加压进料装置，然后在温度调节为维持在低于该疏水物质的玻璃化转变点的温度的条件下涂覆(包括浸渍)所述糊，由此避免了纤维化引起的问题，即使糊受到来自加压进料装置的剪切力等也是如此。因此，可以获得能够均匀而稳定地涂覆包含疏水物质的糊的优异效果。可以与冷却方法无关地使用温度调节装置。例如，可以使用利用诸如水和含氯氟烃(CFC)的冷却剂的各种热交换器或利用珀尔帖(Peltier)效应的半导体型冷却装置，并且与其工作原理无关。

在前述涂覆设备中，可以使用PTFE作为疏水物质。虽然PTFE经常用作疏水物质，例如作为燃料电池中的电极材料，但是PTFE具有约21℃的玻璃化转变点，在高于玻璃化转变点的温度下易于因受到来自加压进料装置的剪切力而发生纤维化并导致一些问题。然而，通过在低于约21℃的温度下利用加压进料装置进行加压进料和涂覆，可以在防止纤维化的同时均匀并稳定地涂覆糊。

前述涂覆设备的温度调节装置可以设置在至少加压进料装置入口的上游侧。因为包含具有玻璃化转变点的疏水物质的糊由于诸如加压进料装置的剪切力的外力而发生纤维化，所以在糊穿过加压进料装置时刻的糊的温度低于疏水物质的玻璃化转变点就足以抑制纤维化。因此，通过在加压进料装置入口的上游侧提供温度调节装置，仅对最少的所需温度调节位置进行温度调节就可以进行有效的温度调节。而且，为了最小化热损失和有效地调节温度，考虑到在加压进料装置中热的生成，可以将温度调节装置设置在加压进料装置的外周上和加压进料装置入口上游的管的一部分处。

以同样的方式，可以将温度调节装置设置在配制和/或容纳糊的配制和/或容纳装置的内侧处或外周上。在该情形中，在设置在加压进料装置更上游处的糊配制和/或容纳装置处进行充分的温度调节，使得不仅在糊配制和/或容纳装置处，而且在糊穿过加压进料装置的时刻，将糊的温度调节至低于疏水材料的玻璃化转变点的温度，由此抑制纤维化。此外，即使需要搅拌器来配制或匀质化糊配制和/或容纳装置的槽内的糊，也可以抑制糊的纤维化。

此外，可以在加压进料装置处和在加压进料装置入口上游侧的管的一部分处和糊配制和/或容纳装置的内侧或外周处都提供温度调节装置。在该情形中，首先，在设置于糊配制和/或容纳装置处的温度调节装置处，为了抑制伴随着用以配制或匀质化槽内的糊的搅拌而发生的糊纤维化，将糊保持在低于疏水物质的玻璃化转变点的温度。然后，在设置在加压进料装置和设置在加压进料装置上游侧的管的一部分处的温度调节装置处，进行与伴随着将糊输送到加压进料装置的管中的热损失和加压进料装置中的热生成的糊升温相当的冷却，由此抑制加压进料装置中的糊纤维化。通过以该方式进行的两阶段冷却，可以在整个过程中进行充分的温度调节。