专利名称：在聚合物电解质燃料电池中制造膜电极组件和增强电解质膜的方法，以及通过该制造方 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在聚合物电解质燃料电池中制造膜电极组件和增强电 解质膜的方法，以及通过该制造方法获得的膜电极组件和增强电解质膜。
背景技术：
聚合物电解质燃料电池(PEFC)作为燃料电池的一种形式是已知的。
因为此类聚合物电解质燃料电池的工作温度(大约8(TC到100°C )低于其
他类型燃料电池的工作温度，所以能够降低成本和尺寸。因此，它被期望 用作车辆等等的电源。
如图7所示，聚合物电解质燃料电池包括作为主要组成元件的膜电极 组件(MEA)50，它被夹在隔离体51, 51之间，其具有燃料气体(氢气) 通道和空气通道，从而形成单个的燃料电池52,称作单电池。所述膜电极 组件50具有这样的结构，在该结构中，在作为离子交换膜的电解质膜55 的一侧，层叠有阳极侧电极催化剂层56a和扩散层57a，并且在电解质膜 55的另一侧，层叠有阴极侧电极催化剂层56b和扩散层57b。
作为电解质树脂(离子交换树脂)的全氟磺酸聚合物薄膜(Nafion膜， 美国DuPont有限公司)主要用作电解质膜55，并且，例如负载铂的碳的 由电极催化剂和电解质树脂形成的电极材料主要用作电极催化剂层56a和 56b。为了制造膜电极组件(MEA) 50，进行下述方法(湿法)，通过该 方法，制备电极催化剂和电解质树脂溶液的混合溶液(催化剂墨水)，然
后干燥(例如，参考专利文献l)。可选地是，进行另一种方法(干法)，
通过该方法，通过静电力或类似方法将完全干燥的电极材料或者粉末状的
电极材料转移到电解质膜55，然后通过定影辊固定该材料(例如参考专利 文献2)，其中所述粉末状的电极材料通过干燥上述催化剂墨水以使得除 去溶剂等而获得。
尽管如上所述，有些情况下电解质树脂薄膜单独用于电解质膜55，但 是因为单独通过此类电解质树脂不能获得足够的强度，所以也存在这样的 情况，其中以电解质树脂溶液浸渍多孔增强膜(例如由拉伸PTFE、聚烯 烃或类似物形成的薄膜)，以形成增强电解质膜(例如参考专利文献3)。 专利文献1:日本专利>^开(Kokai) No. 9-180728 A (1997) 专利文献1:日本专利7>开(Kokai) No. 2002-367616 A 专利文献1:日本专利/>开(Kokai) No. 9-194609 A (1997)
发明内容
本发明要解决的问题
对于聚合物电解质燃料电池的这种膜电极组件，为了获得高的电效率， 希望在电解质膜和电极催化剂层之间的界面电阻较小。然而，在常规的湿 法或干法中，因为不可能消除自身层间边界的出现，所以虽然采用不同的 方法，但是对于减小界面电阻都存在限制。并且，层叠为多层的电解质膜 和电极催化剂层在制造工艺中是主动受压，使得相互结合。因此，不能完 全防止电解质膜受到损害。
并且，在用增强电解质膜作为电解质膜的情况下，虽然在制造膜电极 组件的工艺中能够避免由于增压或类似操作对电解质膜造成损害，但是因 为在制造增强电解质膜的工艺中，为了充分地以电解质溶液浸渍多孔增强 膜中，通常会进行增压，从而无法防止由于这种增压造成对多孔增强膜的 损害。
本发明考虑到上面所描述的情况。本发明的目标是提供一种制造膜电 极组件的新颖方法，利用该方法，可以在电解质膜和电极催化剂层之间不 存在边界，或者边界即使有也是非常微小，基本等同于没有边界的状态下，
制造用于聚合物电解质燃料电池的膜电极组件。并且，本发明的另一个目 标是提供一种制造新颖的制造膜电极组件的方法，利用该方法，制造膜电 极组件不会损害电解质膜。并且，另一个目标是提供利用这种制造方法制 造的膜电极组件。因此，能够获得具有高的电效率的用于聚合物电解质燃 料电池的膜电极组件。
并且，作为一种制造用于聚合物电解质燃料电池的膜电极组件中的增 强电解质膜的方法，本发明的另一个目标是提供一种新颖的制造方法，通 过该方法能够制造增强电解质膜而不对多孔增强膜造成损害。并且，另一 个目标是提供一种通过该制造方法制造的增强电解质膜。利用这种未,皮损 害的增强电解质膜，能够获得具有高的电效率的用于聚合物电解质燃料电 池的膜电极组件。
解决这些问题的方法
根据本发明的第 一 项发明是一种制造聚合物电解质燃料电池中的膜电
极组件的方法。该方法至少包括以下步骤第一步，在电解质膜上施加电 解质颗粒和电极催化剂颗粒或者其混合物，使得形成层叠体；以及，第二 步，加热所述层叠体，使得至少熔化所述电解质颗粒，并且通过所述熔化 的电解质，将所述电解质膜和包括所述电极催化剂颗粒的电极催化剂层彼 此整体地接合。
在上述发明中，电解质膜可单独由电解质(离子交换树脂)膜形成。 可选地是，它也可以是通过以电解质浸渍多孔增强膜而形成的增强电解质 膜。虽然用于常规聚合物电解质燃料电池中的电解质膜的这种电解质可以 适合使用，但是因为由电解质聚合物的前体聚合物形成的氟型电解质具有 热稳定性，所以特别优选用它作为制造根据本发明的电解质膜的材料。当 使用这种氟型电解质以获得电解质膜时，进行根据常规已知技术(例如， 在日本专利/>开(Kokai) No.9-194609 A (1997)中^〉开的方法)的下述 步骤(水解处理)对电解质聚合物提供离子交换特性。并且，当用于常 规电解质膜的多孔增强膜可适合用作所述多孔增强膜时，特别优选PTFE 多孔膜。
在上述发明中，通过将上述电解质变成颗粒以形成电解质颗粒，优选，
每个颗粒具有小于等于lOOnm的颗粒直径。更优选，4吏用每个直径大约 为O.ljum到50pm的颗粒。并且，优选，在电极催化剂颗粒侧的每个电解 质颗粒的颗粒直径小于在电解质膜侧的每个电解质颗粒的颗粒直径，因此， 使用每个具有小于等于lpm的颗粒直径的的精细颗粒。
在上述发明中，通过允许例如碳的导电载体负载例如铂的催化剂成分 形成电极催化剂颗粒，并且，可以不加修改的使用用于膜电极组件中的电 极催化剂层中的常规电极催化剂颗粒。
可将上述电解质颗粒和电极催化剂颗粒单独地施加和层叠到所述电解 质膜上。可选地，可形成所述电解质颗粒和电极催化剂颗粒的混合物，使 得可以将所述混合物施加到电解质膜上。在任何一种情况下，加热所形成 的层叠体直到至少熔化所述电解质颗粒。优选，至少还熔化所述电解质膜 的表面层部分。当加热温度根据电解质类型改变时，在有氟型电解质的情 况下，大约可在200。C到270。C之间的温度时达到熔化。当能够才艮据任意的 方法进行加热时，优选下述方法，在该方法中，由于从加热^口热，层叠 体被设置在一对加热板之间以进行加热。
通过以电解质浸渍表面层部分的内部，^使电解质在其一侧与电解质膜 的表面层部分整体地接合，所述电解质通过加热电解质颗粒而成为熔化状 态，同时，在没有主动施加外部气压的情况下，所述电解质作为粘合剂在 其另一侧与电极催化剂颗粒整体地掩^。这样，能够获得用于聚合物电解 质燃料电池的膜电极组件，在所述膜电极组件中，电解质膜和包括电极催 化剂颗粒的电极催化剂层彼此整体地在不存在夹层边界的状态中，或者即 使存在边界，也是非常微小的状态中接合。因为在所述制造工艺中，不必 主动施加外部气压，所以能够尽可能地避免损害电解质膜。
根据本发明的第二个发明是制造用于聚合物电解质燃料电池的膜电极 组件的方法的另一方案。该方法至少包括以下步骤第一步，在多孔增强 膜上施加电解质颗粒和电极催化剂颗粒或者其混合物，使得形成层叠体； 以及，第二步，加热所述层叠体，使得熔化所述电解质颗粒，并在没有主
动施加外部气压的情况下，以所述熔化的电解质浸渍所述多孔增强膜，从 而形成增强电解质膜，并且，通过所述熔化的电解质，将所述增强电解质 膜和包括所述电极催化剂颗粒的电极催化剂层彼此整体地接合。
这个发明不同于上述第一个发明的在于，在该发明的第一步中，在多 孔增强膜上施加电解质颗粒和电极催化剂颗粒或者其混合物，4吏得形成层 叠体。作为这种多孔增强膜，在常规电解质膜中使用的多孔增强膜，例如
PTFE多孑L膜，可适合使用。可使用与第一个发明中^f吏用的电解质和电极
催化剂类似的电解质和电极催化剂颗粒。
在该发明中，通过加热所述层叠体，使得熔化所述电解质颗粒，并在
没有主动施加外部气压的情况下，以所述熔化的电解质在一侧浸渍所述多
孔增强膜，从而形成增强电解质膜。并且，所述熔化的电解质用作粘合剂， 从而其与所述电极催化剂颗粒整体地接合。因此，与在第一个发明中一样，
能够获得用于聚合物电解质燃料电池的膜电极组件，在所述膜电极组件中， 增强电解质膜和包括电极催化剂颗粒的电极催化剂层在不存在层间边界的 状态中，或者即使存在边界，也是非常微小的状态中彼此整体地接合。因 为在所述制造工艺中，没有主动施加外部气压，所以能够基本避免损害多 孔增强膜。
在第二个发明的第一步中，还包括在所述多孔增强膜和所述电解质 颗粒之间设置电解质薄膜。在这种情况下，通过加热将所述电解质薄膜与 电解质颗粒一起熔化。通过以所述熔化的电解质薄膜所形成的电解质浸渍 所述多孔增强膜，能够获得具有更稳定结构的增强电解质膜，并且，能够 进一步确保所述增强电解质膜和所述电极催化剂层之间的整体接合。
当使用这种多孔增强膜时，以熔化的电解质均匀地浸渍所述多孔增强 膜要花很长时间。作为解决这个问题的变化，在可降压的密封空间中在减 压状态下至少进行上述第二步。根据该方法，通过降低容纳所述层叠体的 密封空间的气压，对多孔增强膜进行除气，并且被除气的区域迅速地被所 述熔化的电解质浸渍。因此，能够显著地缩短膜电极层叠体的制造时间。 并且，以熔化的电解质更加完全地浸渍多孔增强膜。
作为本发明的第三个发明的是一种制造用于聚合物电解质燃料电池中
的增强电解质膜的方法。该发明公开的制造方法至少包括以下步骤第一 步，对多孔增强膜施加膜状或者颗粒状的电解质层，以形成层叠体；以及, 第二步，加热所述层叠体，使得熔化所述膜状或者颗粒状的电解质，并在 没有主动施加外部气压的情况下以所述熔化的电解质浸渍所述多孔增强膜。
本发明对应于上述第二个发明中的仅仅所述增强电解质膜部分。这里 使用的多孔增强膜和电解质可以是与在第二个发明中所使用的一样。因为 在该发明中，也在没有主动施加外部气压的情况下以熔化的电解质浸渍多 孔增强膜，所以能获得具有未损害的多孔增强膜的增强电解质膜。
在上述的第三发明中，也优选在可降压的密封空间中在减压下进行至 少第二步。因此，因为对多孔增强膜的除气和熔化的电解质的取代^口速， 所以以熔化的电解质浸渍所述多孔膜所需的时间也缩短，从而能够获得完 全的浸渍状态。
并且，在上述第三个发明中，虽然可根据任意的方法进行加热，但是 优选这样的方法，在该方法中，所述层叠体净皮设置在一对加热板之间，并 且通过来自加热板的热量进行加热。在该情况下，作为优选模式，还包括 在所述加热板和层叠体之间设置热传输片和/或保护片的步骤。具有热阻和 高导热性的材料，例如铜或铝箔片，可用作所述热传输片，并且，具有高 表面平面度的材料，例如PTFE树脂片，可用作所述保护片。
通过使用这些片，即使当层叠体的表面特性或者膜的厚度出现变化， 在没有主动施加表面气压的情况下，也能通过加热均匀地熔化薄膜或者颗 粒电解质层。注意，在加热板和层叠体之间设置热传输片和/或保护片的步 骤也可以类似地应用于下述情况，在该情况下，才艮据在第一和第二发明中 公开的制造膜电极组件的方法，对层叠体的加热在所述加热板对之间进行。
本发明的效果
根据本发明，因为能够在在电解质膜和电极催化剂层之间不存在边界
或者该边界即使存在也是非常微小的状态下，制造用于聚合物电解质燃料 电池的膜电极组件，所以能够减小在各层之间的界面电阻，从而能够获得 具有高的电效率的用于聚合物电解质燃料电池的膜电极组件。并且，根据
本发明，在不会对多孔增强膜造成损害的情况下，能够制造出用于聚合物 电解质燃料电池的膜电极组件的多孔增强膜。通过使用所制造的这种增强
电解质膜，能够获得具有高的电效率的用于聚合物电解质燃料电池的膜电 极组件。
图l示出层叠体实例，所述层叠体通过根据本发明的制造用于聚合物
电解质燃料电池的膜电极组件的方法，用于制造膜电极组件； 图2示出了利用图1所示的层叠体制造膜电极组件的方法； 图3示出另一个层叠体实例，所述层叠体通过根据本发明的制造用于
聚合物电解质燃料电池的膜电极组件的方法，用于制造膜电极组件； 图4示出了利用图3所示的层叠体制造膜电极组件的方法；
图5示出了通过根据本发明的制造用于聚合物电解质燃料电池的增强
电解质膜的方法制造增强电解质膜的方法的实例；
图6示出了当通过图5所示的制造方法制造增强电解质膜时的另一个 层叠体；以及
图7示出了聚合物电解质燃料电池的实例。
字母或者数字标号说明
A、 Al膜电极组件
S密封空间
1电解质膜
2电解质颗粒
3电解质精细颗粒
4电极催化剂颗粒
5电解质精细颗粒和电极催化剂颗粒的混合物
10、 10A用于膜电极組件的层叠体
20加热板装置
21下面的加热板
22上面的加热板
23屏蔽壁
24开口
25真空泵
30多孔增强膜(PTFE多孔膜) 31电解质薄膜
40用于增强电解质膜的层叠体 41增强电解质膜 43保护片 44热传输片
45用于增强电解质膜的另一个层叠体
具体实施例方式
下面将参考附图，描述本发明的实施例。图1到图4示出了根据本发 明的制造用于聚合物电解质燃料电池的膜电极组件的方法。图5和图6示 出了根据本发明的制造用于聚合物电解质燃料电池中的增强电解质膜的方 法。
在图1中，参考标号1表示电解质膜，其由例如Nafion (商品名)的 离子交换树脂的薄膜构成。优选，其为厚度为大约25nm到70jim (图 la)的氟型电解质膜。相同电解质的颗粒2 (颗粒直径大约0.1jLim到50 pm)被施加到电解质膜1 (图lb)的表面，并且，电解质精细颗粒3和电 极催化剂颗粒4的混合物5被施加到颗粒2 (图lc )上，其中电解质精细 颗粒3的每个优选具有小于等于1 jam的颗粒直径。所述电极催化剂颗粒4 通过允许碳载体负载例如铂的催化剂制造。用这种方式，在加热之前形成
具有厚度D1的层叠体的膜电极组件。
如图lc所示，可将电解质颗粒2和混合物5施加到电解质膜1的两个 表面上形成层叠体IO。可选择地，也可将它们仅施加到一个表面上形成层 叠体IO。并且，虽然没有示出，但可代替电解质颗粒2，或者在电解质膜 层1和电解质颗粒2的层之间设置同样的电解质薄膜。并且，当用作电解 质颗粒2的颗粒的每个具有相对小的颗粒直径时，可单独施加电极催化剂 颗粒4,代替混合物5。
下一步，加热上述层叠体IO，直到至少净皮施加到电解质膜1上的电解 质颗粒2和3被熔化。优选，电解质膜1的表面层部分也被熔化。并且， 当设置电解质薄膜时，该薄膜也被熔化。
图2示出了使用加热板装置20作为在其中加热层叠体10的实例的情 况。加热板装置20包括下面的加热板21和上面的加热板22，并且，上加 热板22的位置适合于通过装备有伺服电动机(未示出)的控制机构以Mm 为单位控制。在下加热板21和上加热板22之间的空间被屏蔽壁23覆盖， 从而形成密封空间S。并且，真空泵25纟皮连接到在屏蔽壁23的部分形成 的开口 24,使得能够降低密封空间S中的气压。
上和下加热板21和22被分隔开，并且，上述层叠体10枕故置在下加 热板21上。操作控制机构使得上加热板22降低，直到上和下加热板之间 的距离变成层叠体10的厚度Dl。从而，在没有外部气压的情况下，层叠 体10的上下表面成为与上和下加热板21和22的表面相互接触的状态(图 2a)。下一步，优选，上和下板之间的距离变窄几孩史米，并且，然后暂时 停止上板(图2b)。用这种方式，在层叠体10的厚度尺寸上基本无变化 的情况下能够消除层叠体10的表面变化，从而能够在加热中均匀化热传输 特性。
将加热板加热到20(TC到270°C。来自加热板的热量逐渐地从层叠体 IO的表面被传导到内部。通过利用控制机构，加热层叠体IO，直到熔化在 上述混合物5中的电解质精细颗粒3、被施加到电解质膜1的表面的电解 质颗粒2以及优选层叠体IO中电解质膜l的表面层部分。因为与加热和熔
化相关的电解质颗粒体积的减小量能够提前计算出，所以考虑到该减小量，
通过控制机构降低上加热板22。
通过保持一段时间这样的状态，电解质膜1的表面层部分被电解质浸 渍，所述电解质通过加热和熔化电解质颗粒2和电解质精细颗粒3形成。 电解质在一侧与电解质膜1整体地接合，而在另一侧用作粘合剂与电极催 化剂颗粒4整体地痴^，而没有主动施加外部气压。虽然在该实例中，密 封空间S的降压不是必需的，但是在加热中在密封空间S中的气压可净皮稍 微减小。通过这种方式，各层能够彼此进一步整体地痴^。并且，当不进 行降压时，屏蔽壁23也可省略。
在通过冷却保持了层叠体10的形状后，打开空间S，从而获得层叠体 10。因此，如图2c所示，电解质膜1和电极催化剂层6在不存在边界的状 态下整体地被掩^，并且因此显著地提高了层间接合力，从而能够制造出 具有减小的界面电阻的膜电极组件A。注意，虽然没有示出，但是当氟型
电解质用作所述电解质时，根据常规的已知方法进行对电解质聚合物提供 离子交换特性的步骤(水解处理)。
根据上述制造方法，因为在制造过程中，不特别需要主动施加外部气 压，所以能够尽可能地避免对所制造的膜电极组件A中的电解质膜1造成 损害，从而能够获得具有高的电效率的膜电极组件。注意，当施加少量其 程度不会造成电解质膜1 ^皮损害的气压时，也能获得基本等同的膜电极组 件A。
图3和图4示出了这样的方案，其中，制造的膜电极组件A1釆用增强 电解质膜作为电解质膜。在图3和4中，参考标号30表示例如PTFE多孔 膜的多孔增强膜，并且其表面上施加有电解质颗粒2。施加量的设定考虑 多孔增强膜30的浸渍量。因此，与图1和2中所说明的膜电极组件A的情 况中的施加量相比，该施加量(图3a)变得更大。
电解质精细颗粒3和电极催化剂颗粒4的混合物5以上面描述的同样 的方式4皮施加到,皮施加的电解质颗粒2的层上，以形成层叠体IOA(图lb )。 层叠体10A的厚度D3比上述层叠体10的厚度Dl更大。
下一步，利用加热板装置20加热上述层叠体10A。即，将上和下加热 板21和22隔开，并且将上述层叠体IOA放置在下加热板21上。操作控制 机构使得降低上加热板22，直到上和下加热板之间的距离变成层叠体10A 的厚度D3。因此，在没有外部气压的情况下，层叠体10A的上下表面成为 与上和下加热板21和22的表面相互接触的状态(图4a )。下一步，优选， 使上和下板之间的距离变窄几微米，然后暂时停止上板(图4b)。这样， 与层叠体10的情况一样，因为表面变化被较正，所以能够改善加热中电解 质树脂的热传输特性与流动特性的均匀性。
在该情况下，以上面所述的同样方式，将加热板加热到200。C到270°C。 电解质颗粒2和电解质精细颗粒3通过加热被熔化，并且，与层叠体10 的情况一样，熔化的电解质树脂作为粘合剂与电极催化剂颗粒4整体地接 合。被施加到多孔增强膜30上的电解质颗粒2也通过加热^皮熔化，随后多 孔增强膜30被浸渍。当由多孔增强膜30自然地进行浸渍处理时，需要较 长时间。因此，在这种情况下，启动真空泵25，以主动降低在屏蔽壁23 中的密封空间S的气压。因为该降压处理，加速了多孔增强膜30中精细孔 的除气作用，因此在较短的时间内能以熔化的电解质树脂浸渍精细孔。
因为以树脂浸渍的处理和与加热和熔化相关的电解质颗粒的体积减小 量能够提前计算出，所以考虑到该减小量，可通过控制机构降低上加热板 22 (图4c)。在通过冷却保持层叠体10A的形状后，打开空间S,从而获 得层叠体10A。因此，具有多孔增强膜30的电解质膜1和电极催化剂层6 在不存在边界的状态下整体地接合，并且因此显著地提高了层间的接合力， 从而能够制造出具有减小的界面电阻、厚度为D4以及增强电解质膜的膜电 极组件Al。
在该膜电极组件Al中，因为在以熔化的电解质树脂浸渍多孔增强膜 30的步骤中，无需主动施加外部气压，所以能够有效地避免对多孔增强膜 30造成损害。
图5和图6示出了基本与上勤目同的方式制造用于聚合物电解质燃料 电池的增强电解质膜的方法。在图5所示的实例中，用于制造膜电极组件
Al的多孔增强膜30,包括上述增强电解质膜，用作多孔增强膜30。通过 在多孔增强膜30两个表面上叠加电解质薄膜31、 31形成的层叠体40被预 先调整。利用上述加热板装置20处理层叠体40,通过加热熔化电解质树 脂，并且以熔化的树脂浸渍多孔增强膜30。
也即，在不施加气压的情况下，将具有厚度D5的层叠体40设置在下 加热板21和上加热板22之间(图5a)，然后通过缩小几个pm的距离， 消除表面变化(图5b)。当通过启动真空泵25降低屏蔽壁23中的密封空 间S的气压时，考虑由于用树脂浸渍引起的多孔膜31、 31在体积上的预先 确定的减小量，通过控制^I降低上加热板22 (图5c)。下一步，在通过 冷却保持了层叠体40的形状后，打开空间S，从而获得层叠体40。因此， 能够获得具有多孔增强膜30的厚度为D6的增强电解质膜41。因为在制造 工艺中，层叠体40没有被主动施加外部气压，所以能够获得具有未损害的 增强膜30的增强电解质膜41。
图6示出了制造上述增强电解质膜41的另一种方法。在该实例中，在 调整通过在多孔增强膜30的两个表面上叠加电解质薄膜31、 31形成的层 叠体40后，将作为PTFE树脂片的保护片43层叠在其两个表面上。下一步， 将例如铜片的热传输片44进一步层叠到其上，以形成层叠体45。按照与 图5描述的同样的方法，在不施加气压的情况下，将层叠体45设置在下加 热板21和上加热板22之间。下一步，以同样的方法，熔化电解质树脂， 并以熔化的树脂浸渍多孔增强膜30。在达到所要求的浸渍后，通过冷却保 持层叠体10A的形状，然后打开空间S，获得层叠体45。然后，通过从层 叠体45中分离保护片43和热传输片44，能够获得增强电解质膜41。
在该实例中，通过层叠保护片43，可以使层叠体40的电解质薄膜31 的表面特性均匀，而没有表面变化。并且，通过层叠热传输片44，能够均 匀地向电解质薄膜31传输热量。因此，能进一步改善树脂的流动特性，并 且能够获得具有更高性能的增强电解质膜41。
同时，在图5和6所示的实例中，虽然电解质薄膜31用作电解质树脂 的实例，但是可以使用在制造膜电极组件A和Al中使用的电解质颗粒，代替电解质薄膜31。并且，其上施加电解质颗粒的电解质薄膜n也可净皮层
叠到电解质薄膜31上。
并且，在这种情况下，当使用氟型电解质作为电解质时，也根据常规
的已知方法进行下述步骤(水解处理)对于所制造的增强电解质膜41， 对电解质聚合物提供离子交换特性。
权利要求
1.一种制造用于聚合物电解质燃料电池中的膜电极组件的方法，至少包括以下步骤第一步，在电解质膜上施加电解质颗粒和电极催化剂颗粒或者其混合物，使得形成层叠体；以及，第二步，加热所述层叠体，使得至少熔化所述电解质颗粒，并且通过所述熔化的电解质，将所述电解质膜和包括所述电极催化剂颗粒的电极催化剂层彼此整体地接合。
2. —种制造用于聚合物电解质燃料电池中的膜电极组件的方法，至少 包括以下步骤第一步，在多孔增强膜上施加电解质颗粒和电极催化剂颗粒或者其混 合物，使得形成层叠体；以及，第二步，加热所述层叠体，使得熔化所述电解质颗粒，并在没有主动 施加外部气压的情况下，以所述熔化的电解质浸渍所述多孔增强膜，从而 形成增强电解质膜，并且，通过所述熔化的电解质，将所述增强电解质膜 和包括所述电极催化剂颗粒的电极催化剂层彼此整体地接合。
3. 根据权利要求2的制造用于聚合物电解质燃料电池中的膜电极组件 的方法，其中，所述第一步还包括在所述多孔增强膜和所述电解质颗粒 之间设置电解质薄膜，并且也通过加热熔化所述电解质薄膜，使得在没有 主动施加外部气压的情况下以所述熔化的电解质浸渍所述多孔增强膜。
4. 根据权利要求2或3的制造用于聚合物电解质燃料电池中的膜电 极组件的方法，其中，至少所述第二步在可降压的密封空间中在减压下进 行。
5. 根据权利要求1到4中任一项的制造用于聚合物电解质燃料电池中 的膜电极组件的方法，其中所述电解质是氟型电解质，所述方法还包括第 三步对所述电解质聚合物提供离子交换特性。
6. —种制造用于聚合物电解质燃料电池中的增强电解质膜的方法，至少包括以下步骤第一步，对多孔增强膜施加膜状或者颗粒状的电解质，4吏得形成层叠 体；以及，第二步，加热所述层叠体，使得熔化所述膜状或者颗粒状的电解质， 并在没有主动施加外部气压的情况下以所述熔化的电解质浸渍所述多孔增 强膜。
7. 根据权利要求6的制造用于聚合物电解质燃料电池中的增强电解质 膜的方法，其中，至少所述第二步在可降压的密封空间中在减压下进行。
8. 根据权利要求6或7的制造用于聚合物电解质燃料电池中的增强电 解质膜的方法，其中，在加热片之间进行对所述层叠体的加热。
9. 根据权利要求8的制造用于聚合物电解质燃料电池中的增强电解质 膜的方法，其中，还包括在所i^热片和所述层叠体之间设置热传输片和/ 或保护片的步骤。
10. 根据权利要求6到9中任一项的制造用于聚合物电解质燃料电池 中的增强电解质膜的方法，其中所述电解质是氟型电解质，并且所述方法 还包括第三步对所述电解质聚合物提供离子交换特性。
11. 一种用于聚合物电解质燃料电池中的膜电极组件，所述膜电极组 件通过根据权利要求1到5中任一项的制造方法获得。
12. —种用于聚合物电解质燃料电池中的增强电解质膜，所述增强电 解质膜通过根据权利要求6到10中任一项的制造方法获得。
全文摘要
制造出一种用于聚合物电解质燃料电池中的膜电极组件A，其中在电解质膜1和电极催化剂层6之间不存在边界。从而可以获得在聚合物电解质燃料电池中具有高电效率的膜电极组件。在多孔增强膜30上施加电解质颗粒2、电解质精细颗粒3和电极催化剂颗粒4或者其混合物5，使得形成层叠体10A。通过在加热板21和22之间加热层叠体10A熔化电解质颗粒2和电解质精细颗粒3，并且以熔化的电解质浸渍多孔增强膜30，从而形成增强电解质膜。另外，增强的电解质膜和包括电极催化剂颗粒4的电极催化剂层6通过熔化的电解质彼此整体接合，而其中不存在层间边界，从而形成膜电极组件A1。
文档编号H01M4/88GK101341622SQ20068004777
公开日2009年1月7日 申请日期2006年12月12日 优先权日2005年12月20日
发明者铃木弘 申请人:丰田自动车株式会社