[发明专利]燃料电池用电极材料接合体的制造装置和制造方法、燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池用电极材料接合体的制造装置和制造方法，详细来说，涉及使电极材料与连续输送的电解质膜的两面接合的燃料电池用电极材料接合体的制造装置和制造方法、包括该燃料电池用电极材料接合体的燃料电池。

背景技术

对与燃料电池的最小单位相当的、一般的单电池(也称为燃料电池单电池)的结构、特别是对包括电极部分的重要部分的结构的概略进行说明。如图7所示，以夹着电解质膜10相互对着的方式设置阴极催化剂层12(也称为氧化极或阴极)和阳极催化剂层14(也称为燃料极或阳极)，构成所谓的膜电极接合体(MEA)30。另外，在阴极催化剂层12的外侧设置阴极扩散层16、在阳极催化剂层14的外侧设置阳极扩散层18，由此构成所谓膜电极扩散层接合体(MEGA)40。而且，通过例如粘结、热压接等、在阴极扩散层16的外侧一体化了形成有氧化气体流路20和单电池制冷剂流路22的阴极侧隔板26、而在阳极扩散层18的外侧一体化了形成有燃料气体流路24和单电池制冷剂流路22的阳极侧隔板28，形成单电池50。

以得到期望的电动势的方式层叠了多个这样得到的单电池50的燃料电池组(也简称为燃料电池)被适用于各种领域。燃料电池组中，一般向阴极催化剂层12供给氧、空气等的氧化气体、向阳极催化剂层14供给氢等的燃料气体，进行发电。通常、以使在发电时变为例如60℃到100℃程度的预定温度范围的方式控制这样的燃料电池，但是在发电时产生伴随化学反应的热，因此，为了防止燃料电池的过热，使水、乙二醇等的制冷剂在图7所示的单电池制冷剂流路22流通。

为了降低制造成本，进行了面向燃料电池的量产化的研究。例如，对以下述方法为首的、用流水线处理进行一系列的层叠处理的各种方法进行研究：通过使催化剂层材料、扩散层材料等的电极材料依次接合于连续输送的带状的电解质膜的两面的预定位置、制作膜电极接合体(MEA)和/或膜电极扩散层接合体(MEGA)、进而根据情况包括密封垫、隔板，以一系列的工序连续制造这样的单电池。

在日本特开2005-190946号公报中记载了如下技术：在成形带状片材料、在形成隔板的隔板带上组装MEA之后、切断，形成各单电池。

在日本特开2005-183182号公报中记载了如下技术：为了提高接合时的定位精度，设置改善电解质膜在输送时的挠曲的膜张紧部，并且以规则地设置在电解质膜的边缘部的定位标记、输送孔为基准进行接合。

在日本特开2004-356075号公报、日本特开2006-116816号公报中记载了如下技术：为了防止使电解质膜等产生皱折，以维持预定张力的状态进行输送。

在日本特开2005-129292号公报中记载了如下主要内容：在连续形成在连续输送的条状(ウエブ状)的电解质膜层叠了催化剂层的接合体的部件中，为了高精度地进行扩散层的层叠、接合体的切断，应用定位用的传感器。

另一方面，电解质膜具有：特别是在加热状态，即使微小的张力就容易伸长的性质。电解质膜这样的特性成为连续生产、高速生产的大的妨碍，另外，具有高变形性的电解质膜的稳定的输送控制成为对燃料电池的功能特性、基于组装精度的耐久性也产生影响的重要课题之一。

在以一系列的工序连续制作燃料电池的情况下，由于在各加工工序电解质膜的水分量、加工温度不同，有可能导致各种不良情况。在加热加工时，若对电解质膜表面施加过大张力，则由例如电解质膜的在输送方向的伸长、以及与此相伴的局部的膜厚降低，导致反应气体的交叉泄漏等情况。另外，若对电解质膜进一步施加过大张力，则根据情况还有可能变成电解质膜断裂、损伤的重要原因。

另一方面，在电解质膜表面的预定部位依次接合催化剂层、扩散层等电极材料时，需要根据被输送的电解质膜的输送速度，以预定的定时进行高精度地层叠。但是，在由于电解质膜的收缩/伸长导致各接合体的间隔可能变得不均匀的条件下，变为需要对供给后续层叠的电极材料等的定时进行调整，因此，一般不得不做成复杂的系统结构。另外，也设想了根据情况，降低制造速度，并且，一边调整环境中的温度、湿度一边输送，由此，抑制这样的不良情况的产生；但是，在该情况下，就不能太过指望由连续生产系统所产生的降低制造成本的效果。

本发明提供一种可连续制作组装精度高的燃料电池的、燃料电池用材料接合体的制造装置和制造方法。

发明内容

本发明的结构如下。