(57)【要約】  触媒溶液予熱装置、運搬ガス予熱器、正極触媒溶液噴射ノズル、そして負極触媒溶液噴射ノズルを含む燃料電池用電極膜アセンブリーが提供される。触媒溶液予熱装置は正極触媒溶液と負極触媒溶液を予熱し、運搬ガス予熱器は運搬ガスを予熱する。正極触媒溶液噴射ノズルは前記触媒溶液予熱装置によって予熱された正極触媒溶液と前記運搬ガス予熱器によって予熱された運搬ガスの供給を受け、前記供給された正極触媒溶液を噴射することができるように形成される。負極触媒溶液噴射ノズルは前記触媒溶液予熱装置によって予熱された負極触媒溶液と前記運搬ガス予熱器によって予熱された運搬ガスの供給を受け、前記供給された負極触媒溶液を噴射できるように形成される。
2007535785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極触媒溶液と負極触媒溶液を予熱する触媒溶液予熱装置と；
運搬ガスを予熱する運搬ガス予熱器と；
前記触媒溶液予熱装置によって予熱された正極触媒溶液と前記運搬ガス予熱器によって予熱された運搬ガスの供給を受け、前記供給された正極触媒溶液を噴射することができるように形成される正極触媒溶液噴射ノズルと；
前記触媒溶液予熱装置によって予熱された負極触媒溶液と前記運搬ガス予熱器によって予熱された運搬ガスの供給を受け、前記供給された負極触媒溶液を噴射することができるように形成される負極触媒溶液噴射ノズルとを含む燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項２】
前記触媒溶液予熱装置は、前記正極触媒溶液と前記負極触媒溶液を各々０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱する、請求項１に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項３】
前記触媒溶液予熱装置は、
正極触媒溶液を予熱する正極触媒溶液予熱器と；
負極触媒溶液を予熱する負極触媒溶液予熱器とを含む、請求項１に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項４】
前記正極触媒溶液予熱器は、前記正極触媒溶液を０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱する、請求項３に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項５】
前記負極触媒溶液予熱器は、前記負極触媒溶液を０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱する、請求項３に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項６】
前記正極触媒溶液噴射ノズルと前記負極触媒溶液噴射ノズルは交互に触媒溶液を噴射するように作動し、
前記正極触媒溶液噴射ノズルと前記負極触媒溶液噴射ノズルのうちのいずれか一つが触媒溶液を噴射する間に、残り一つには前記運搬ガスが流入される、請求項１に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項７】
前記運搬ガス予熱器は前記運搬ガスを前記正極触媒溶液及び前記負極触媒溶液の溶媒の沸騰点より高い温度で加熱する、請求項１に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項８】
前記運搬ガスはアルゴン、ヘリウム、窒素または空気である、請求項１に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項９】
正極触媒溶液を予熱する段階と；
負極触媒溶液を予熱する段階と；
運搬ガスを予熱する段階と；
前記予熱された運搬ガスを利用して、正極触媒溶液噴射ノズルを通じて前記予熱された正極触媒溶液を噴射する段階と；
前記予熱された運搬ガスを利用して、負極触媒溶液噴射ノズルを通じて前記予熱された負極触媒溶液を噴射する段階とを含む燃料電池用電極膜アセンブリーの製造方法。
【請求項１０】
前記正極触媒溶液を噴射する段階と前記負極触媒溶液を噴射する段階は交互に行われ、
前記正極触媒溶液を噴射する段階及び前記負極触媒溶液を噴射する段階のうちのいずれか一つが行われる間に、前記正極触媒溶液噴射ノズル及び前記負極触媒溶液噴射ノズル中の触媒溶液を噴射しない噴射ノズルには前記運搬ガスが流入される、請求項９に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造方法。
【請求項１１】
前記正極触媒溶液を予熱する段階において、前記正極触媒溶液は０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱される、請求項９に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造方法。
【請求項１２】
前記負極触媒溶液を予熱する段階において、前記負極触媒溶液は０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱される、請求項９に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造方法。
【請求項１３】
前記運搬ガスを予熱する段階において、前記運搬ガスは前記正極触媒溶液及び前記負極触媒溶液の溶媒の沸騰点より高い温度で加熱される、請求項９に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用電極膜アセンブリー（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ、ＭＥＡ）の製造システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素の酸化還元反応中に発生する電子を利用して電力を生産する発電装置である。燃料電池の単位電池構造は高分子物質で構成された電解質膜を中心に両側に負極及び正極がコーティングされているが、これを一般に電極膜アセンブリーと呼ぶ。負極（ａｎｏｄｅ）では燃料である水素またはメタノールが供給されて、電極触媒上で反応して水素イオンが生成され、正極（ｃａｔｈｏｄｅ）では高分子電解質膜を通過した水素イオンと酸素が結合して純粋な水が生成される。このような一連の反応が電極膜アセンブリー内で起こり、電極膜アセンブリーは固体高分子膜の両側に負極触媒物質（主に、ＰｔまたはＰｔ/Ｒｕ）と正極触媒物質（主に、Ｐｔ）を薄膜コーティングして製造される。
【０００３】
電極膜アセンブリーを製造する方法としては、触媒物質とプロトン伝導性バインダー（ｂｉｎｄｅｒ）物質、そして水またはアルコール系の溶媒を混合してペーストを製造し、これをカーボン布やカーボン紙にコーティングした後、プロトン伝導性電解質膜に熱融着して転移する方法が知られている。このような方法は一種の間接コーティング法に相当するもので、多孔質のカーボン布やカーボン紙に触媒物質がコーティングされる際、表面に均一な厚さで分布せずに気孔の中に侵入して入るために、実際に電極膜アセンブリーを作動する際に触媒の利用率を減少させて性能が低下する大きな問題があった。また、すでに形成された電極層を再びプロトン伝導性膜に二次的に熱融着しなければならないため工程が複雑になることがあり、電解質物質と触媒層の界面が不連続的に形成される問題もあった。
【０００４】
なお、電極膜アセンブリーを製造する方法として触媒物質とプロトン伝導性バインダー物質、そして水またはアルコール系溶媒を混合して電極ペーストを作り、これをプロトン伝導性電解質膜の表面にスクリーンプリンティング法などによって直接転写コーティングする方式が知られている。このような方法は一般的な印刷物製作工程を模倣した方法で、パターニングが有利で量産に適した方法であるが、工程中、高分子電解質膜に水やアルコール系の溶媒が接触すれば、体積が全方向に膨張するスウェリング現象が発生して、均一な表面コーティング層を得ることが難しいだけでなく、触媒溶液の損失が多く、溶液の粘度が調節し難いという問題があった。
【０００５】
その他の方法としては、触媒物質とプロトン伝導性バインダー物質、そして多量の水またはアルコール系溶媒を混合してスラリー溶液を製造した後、スプレイを利用して気体拡散層或いは高分子電解質膜に噴射し触媒層を形成させる湿式方法と、溶媒を全く使用せずに触媒物質とプロトン伝導性バインダー物質のみを攪拌した後、静電気的引力を利用して触媒層を形成する乾式方法が使用されている。このような方法は気体拡散層または高分子電解質膜の表面に薄膜の触媒層を直接的な方法で形成させることによって、界面の連続性を確保することができ、触媒の利用率を向上させることができる長所を持っている。
【０００６】
しかし、湿式方法の場合、一般に多量の溶媒を使用するために触媒物質とプロトン伝導性物質が均一に混合されることはできるが、膜に直接コーティングする場合には膜が膨張して均一なコーティング膜を得ることが難しい問題があり、乾式方法もまた膜が不導体であるため静電気的引力を用いてコーティングすることが難しく、湿式方法より触媒粒子とプロトン伝導性バインダー物質を均一に混合し難いという問題があった。
【０００７】
したがって、このような従来の技術の問題点を克服しながら触媒溶液を高分子膜に均一に塗布することによって、良質の触媒層を得て燃料電池の性能を向上させ、電極膜アセンブリーの量産を可能にする電極膜アセンブリーの新たな製造システムの開発が急務であるのが実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は上述したような問題点を解決するために創出されたものであって、運搬ガス及び触媒溶液を予熱する装置を採用することによって触媒層の均一度を向上させることができるだけでなく、高分子電解質膜のスウェリング現象が最少化できる電極膜アセンブリーの製造システムを提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための本発明の実施例による燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システムは、触媒溶液予熱装置、運搬ガス予熱器、正極触媒溶液噴射ノズル、そして負極触媒溶液噴射ノズルを含む。触媒溶液予熱装置は正極触媒溶液と負極触媒溶液を予熱し、運搬ガス予熱器は運搬ガスを予熱する。正極触媒溶液噴射ノズルは前記触媒溶液予熱装置によって予熱された正極触媒溶液と前記運搬ガス予熱器によって予熱された運搬ガスの供給を受け、前記供給された正極触媒溶液を噴射できるように形成される。負極触媒溶液噴射ノズルは前記触媒溶液予熱装置によって予熱された負極触媒溶液と前記運搬ガス予熱器によって予熱された運搬ガスの供給を受け、前記供給された負極触媒溶液を噴射できるように形成される。
【００１０】
前記触媒溶液予熱装置は、前記正極触媒溶液と前記負極触媒溶液を各々０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱することができる。
【００１１】
前記触媒溶液予熱装置は、正極触媒溶液を予熱する正極触媒溶液予熱器と負極触媒溶液を予熱する負極触媒溶液予熱器を含むことができる。
【００１２】
前記正極触媒溶液予熱器は、前記正極触媒溶液を０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱することができる。
【００１３】
前記負極触媒溶液予熱器は、前記負極触媒溶液を０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱することができる。
【００１４】
前記正極触媒溶液噴射ノズルと前記負極触媒溶液噴射ノズルは交互に触媒溶液を噴射するように作動することができ、前記正極触媒溶液噴射ノズルと前記負極触媒溶液噴射ノズルのうちのいずれか一つが触媒溶液を噴射する間に、残り一つには前記運搬ガスが流入できる。
【００１５】
前記運搬ガス予熱器は前記運搬ガスを前記正極触媒溶液及び前記負極触媒溶液の溶媒の沸騰点より高い温度で加熱することができる。
【００１６】
前記運搬ガスはアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ２）または空気であってもよい。
【００１７】
本発明の実施例による燃料電池用電極膜アセンブリーの製造方法は、正極触媒溶液を予熱する段階と、負極触媒溶液を予熱する段階と、運搬ガスを予熱する段階と、前記予熱された運搬ガスを利用して正極触媒溶液噴射ノズルを通じて前記予熱された正極触媒溶液を噴射する段階と、前記予熱された運搬ガスを利用して負極触媒溶液噴射ノズルを通じて前記予熱された負極触媒溶液を噴射する段階とを含んで成る。
【００１８】
前記正極触媒溶液を噴射する段階と前記負極触媒溶液を噴射する段階は交互に行うことができ、前記正極触媒溶液を噴射する段階及び前記負極触媒溶液を噴射する段階のうちのいずれか一つの段階が行われる間に、前記正極触媒溶液噴射ノズル及び前記負極触媒溶液噴射ノズルのうちの触媒溶液を噴射しない噴射ノズルには前記運搬ガスが流入できる。
【００１９】
前記正極触媒溶液を予熱する段階において、前記正極触媒溶液は０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱することができる。
【００２０】
前記負極触媒溶液を予熱する段階において、前記負極触媒溶液は０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱することができる。
【００２１】
前記運搬ガスを予熱する段階において、前記運搬ガスは前記正極触媒溶液及び前記負極触媒溶液の溶媒の沸騰点より高い温度で加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例を添付した図面を参照して説明する。
【００２３】
図１を参照すれば、本発明の実施例による燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システムは、正極触媒溶液と負極触媒溶液を予熱する触媒溶液予熱装置１０を含む。
【００２４】
触媒溶液予熱装置１０は正極触媒溶液貯蔵容器１１と負極触媒溶液貯蔵容器１５から正極触媒溶液と負極触媒溶液の供給を受けて、これを予熱して排出する。
【００２５】
本実施例では、触媒溶液予熱装置１０は正極触媒溶液を予熱する正極触媒溶液予熱器１３と負極触媒溶液を予熱する負極触媒溶液予熱器１７を含む。しかし、触媒溶液予熱装置１０は正極触媒溶液と負極触媒溶液を独立的に予熱する一つの予熱器で実現することができる。
【００２６】
正極触媒溶液予熱器１３は正極触媒溶液貯蔵容器１１に貯蔵されている正極触媒溶液の供給を受けて、これを予熱する。正極触媒溶液は溶媒に混合及び分散された正極触媒物質の溶液であり、燃料電池の電極膜アセンブリーの正極を形成するための溶液である。例えば、正極触媒溶液は公知の正極触媒溶液であってもよい。
【００２７】
負極触媒溶液予熱器１７は負極触媒溶液貯蔵容器１５に貯蔵されている負極触媒溶液の供給を受けて、これを予熱する。負極触媒溶液は溶媒に混合及び分散された負極触媒物質の溶液であり、燃料電池の電極膜アセンブリーの負極を形成するための溶液である。例えば、負極触媒溶液は公知の負極触媒溶液であってもよい。
【００２８】
正極触媒溶液予熱器１３と負極触媒溶液予熱器１７は公知の形態の予熱装置で実現できるのは当然のことである。
【００２９】
正極触媒溶液予熱器１３と負極触媒溶液予熱器１７は正極触媒溶液と負極触媒溶液の溶媒の沸騰点より低い温度で正極触媒溶液と負極触媒溶液を加熱することができる。触媒溶液に使用される溶媒としては水またはアルコール系溶媒があり、アルコール系溶媒としてはメタノール、エタノール、ｎ-プロパノール、イソプロピルアルコール、１−ブタノール、２-ブタノール、イソブチルアルコールなどがある。正極触媒溶液予熱器１３と負極触媒装置予熱器１７は触媒溶液の溶媒の沸騰点（ＢＰ）の６０％乃至９５％程度の温度範囲、つまり、０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ程度の温度範囲で触媒溶液を加熱することができる。触媒溶液が０．６×ＢＰより低い温度で予熱される場合には十分な予熱効果が得られず、０．９５×ＢＰより高い温度で加熱される場合には溶媒の気化が始まって触媒物質が噴射ノズルの出口を塞ぐ問題がある。
【００３０】
正極触媒溶液予熱器１３によって予熱された正極触媒溶液は正極触媒溶液噴射ノズル１９に供給され、負極触媒溶液予熱器１７によって予熱された負極触媒溶液は負極触媒溶液噴射ノズル２１に供給される。
【００３１】
運搬ガス予熱器３３は運搬ガス貯蔵容器３１に貯蔵されている運搬ガスの供給を受けて、これを予熱する。運搬ガスは正極及び負極触媒溶液噴射ノズル１９、２１を作動させるためのガスであり、例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ２）または空気であってもよい。
【００３２】
運搬ガス予熱器３３は、運搬ガスが噴射と同時に触媒溶液の溶媒を気化させることができるように、運搬ガスを触媒溶液の溶媒の沸騰点より高い温度で加熱することができる。例えば、運搬ガス予熱器３３は触媒溶液の溶媒の沸騰点（ＢＰ）の１１０％に相当する温度、つまり、１．１×ＢＰの温度以上で運搬ガスを予熱することができる。運搬ガスが運搬ガス予熱器３３によって溶媒の沸騰点より高い温度で加熱されるので、運搬ガスによって触媒溶液の溶媒が気化した後、触媒物質を高分子電解質膜１に噴射することができる。
【００３３】
運搬ガス予熱器３３によって予熱された運搬ガスは正極触媒溶液噴射ノズル１９と負極触媒溶液噴射ノズル２１に各々供給される。
【００３４】
例えば、正極触媒溶液予熱器１３、負極触媒溶液予熱器１７、そして運搬ガス予熱器３１は公知の形態の予熱器で実現することができる。
【００３５】
正極触媒溶液噴射ノズル１９は正極触媒溶液予熱器１３によって予熱された正極触媒溶液と運搬ガス予熱器３１によって予熱された運搬ガスの供給を受け、供給された正極触媒溶液を噴射できるように形成される。
【００３６】
一方、負極触媒溶液噴射ノズル２１は、負極触媒溶液予熱器１７によって予熱された負極触媒溶液と運搬ガス予熱器３１によって予熱された運搬ガスの供給を受け、供給された負極触媒溶液を噴射できるように形成される。
【００３７】
正極触媒溶液噴射ノズル１９によって噴射された正極触媒溶液と負極触媒溶液噴射ノズル２１によって噴射された負極触媒溶液は、パターンフレーム３の間にある高分子電解質膜１の両面にコーティングされる。したがって、電解質膜の両面に各々正極と負極が形成されている電極膜アセンブリーが形成される。
【００３８】
本発明の実施例によれば、正極触媒溶液、負極触媒溶液及び運搬ガスが各々予熱された後に噴射ノズルに供給され、供給された触媒溶液が噴射されることによって、より均一な触媒層が形成できるだけでなく、高分子電解質膜のスウェリング現象が最少化される。
【００３９】
図２及び図３は本発明の実施例による燃料電池用電極膜アセンブリー製造システムによって形成された電極膜アセンブリーと従来の製造システムによって製造された電極膜アセンブリーの電圧（Ｖ）及びパワー（ｐｏｗｅｒ、Ｗａｔｔ）特性を比較して示す図面である。
【００４０】
図２及び図３において、“●”及び“▲”を連結したグラフは電流密度（Ａ/ｃｍ２）とパワー（ｗａｔｔ/ｃｍ２）の関係を示し、“○”及び“△”を連結したグラフは電流密度とセル電圧（Ｖ）の関係を示す。そして、図２において、“●”及び“○”は本発明の実施例による製造システムによって製造された触媒コーティングメンブレイン（ＣＣＭ）方式の電極膜アセンブリーに関するデータであり、“▲”及び“△”は従来の製造システムによって製造された触媒コーティングメンブレイン方式の電極膜アセンブリーに関するデータである。一方、図３で、“●”及び“○”は本発明の実施例による製造システムによって製造されたガス拡散層（ＧＤＬ）に触媒がコーティングされた方式の電極膜アセンブリーに関するデータであり、“▲”及び“△”は従来の製造システムによって製造されたガス拡散層に触媒がコーティングされた方式の電極膜アセンブリーに関するデータである。
【００４１】
燃料電池の電極膜アセンブリーで電流密度の増加による電圧減少及びパワー減少が小さいほど燃料電池の性能が向上することはすでに知られたことである。図２及び図３を参照すれば、本発明の実施例による製造システムによって製造された電極膜アセンブリーが従来の方式によって製造されたものより電流密度の増加による電圧及びパワーの減少が小さいことが分かり、特に、相対的に高い電流密度領域では電圧及びパワー減少の差が相対的に大きいことが分かる。したがって、本発明の実施例による製造システム及び方法によって製造された（つまり、予熱された触媒溶液を噴射して製造された）電極膜アセンブリーは、従来の方式によって製造された電極膜アセンブリーに比べて良好な電圧及びパワー特性を有し、特に、高い電流密度領域ではさらに良好な電圧及びパワー特性を有する。
【００４２】
より具体的に説明すれば、予熱過程を経ることにより噴射中触媒溶液内に存在する溶媒が除去されるので、高分子電解質膜（メンブレイン）またはガス拡散層の表面にはある程度乾燥された触媒粒子がコーティングされる。したがって、溶媒による高分子電解質膜やガス拡散層の収縮現象が減少して触媒溶液をより均一にコーティングすることができる。さらに、溶媒が減少することによって、溶媒によって触媒粒子が互いに固まる現象が減り、その結果、触媒溶液層の均一性確保が有利になる。また、乾燥された触媒粒子が高分子電解質膜やガス拡散層にコーティングされれば、触媒粒子間の有孔性が確保されて物質移動特性が向上する。なお、乾燥された触媒溶液がガス拡散層に噴射されるので、溶媒と一緒に触媒溶液がガス拡散層の内部に入り込むことが最少化されて触媒の活用率が増加し、その結果、良好な電圧及びパワー特性が確保される。
【００４３】
正極触媒溶液噴射ノズル１９は移送装置２５に取り付けられ、移送装置２５は正極触媒溶液噴射ノズル１９が正極触媒溶液を高分子電解質膜１上に均等に噴射できるように少なくとも一つ以上の方向に正極触媒溶液噴射ノズル１９を移動させる。このような移送装置２５の作動のために、移送装置２５はフレーム２３に装着されてもよい。
【００４４】
同様に、負極触媒溶液噴射ノズル２１は移送装置２９に取り付けられ、移送装置２９は負極触媒溶液噴射ノズル２１が負極触媒溶液を高分子電解質膜１上に均等に噴射できるように少なくとも一つ以上の方向に負極触媒溶液噴射ノズル２１を移動させる。このような移送装置の作動のために、移送装置２９はフレーム２７に装着されてもよい。
【００４５】
このような移送装置２５、２９の作動は既に入力されたプログラムによって制御することができ、このように既に入力されたプログラムを貯蔵し、これを実行する制御ユニット（図示せず）は移送装置２３、２９内部に各々備えられてもよく、移送装置２３、２５とは別途に備えられてもよい。
【００４６】
本発明の実施例では、正極触媒溶液噴射ノズル１９と負極触媒溶液噴射ノズル２１が交互に触媒溶液を噴射するように作動することができる。この時、正極触媒溶液噴射ノズル１９と負極触媒溶液噴射ノズル２１のうちのいずれか一つが触媒溶液を噴射する間に、残り一つには運搬ガスが流入する。したがって、正極触媒溶液噴射ノズル１９と負極触媒溶液噴射ノズル２１のうちのいずれか一つが触媒溶液を噴射する間に、他の一つは供給される運搬ガスによって乾燥される。これにより、効果的な触媒溶液の噴射及びより均一な触媒溶液層を形成することができる。
【００４７】
このような正極触媒溶液噴射ノズル１９及び負極触媒溶液噴射ノズル２１の作動は既に入力されたプログラムによって制御することができ、このように既に入力されたプログラムを貯蔵し、これを実行する制御ユニット（示されないこと）は正極及び負極触媒溶液噴射ノズル１９、２１の内部に各々備えられてもよく、正極及び負極触媒溶液噴射ノズル１９、２１とは別途に備えられてもよい。
【００４８】
制御ユニットはマイクロプロセッサー、メモリ及び関連ハードウェアとソフトウェアを含み、本発明が属する分野の通常の知識を持つ者が容易に理解できるようなものであって、前記のような制御を実現することができる。
【００４９】
さらに、移送装置２５、２９の作動を制御する制御ユニットと正極及び負極触媒溶液噴射ノズル１９、２１の作動を制御する制御ユニットは一つのユニットで構成され得るのは当然のことである。
【００５０】
一方、本発明の実施例による燃料電池用電極膜アセンブリー製造方法は、前記のような本発明の実施例による燃料電池用電極膜アセンブリー製造システムによって行うことができる。
【００５１】
本発明の実施例による製造方法は、正極触媒溶液を予熱する段階と、負極触媒溶液を予熱する段階と、運搬ガスを予熱する段階と、前記予熱された運搬ガスを利用して正極触媒溶液噴射ノズルを通じて前記予熱された正極触媒溶液を噴射する段階と、前記予熱された運搬ガスを利用して負極触媒溶液噴射ノズルを通じて前記予熱された負極触媒溶液を噴射する段階とを含む。
【００５２】
この時、前記正極触媒溶液を噴射する段階と前記負極触媒溶液を噴射する段階は交互に行われることができ、前記正極触媒溶液を噴射する段階及び前記負極触媒溶液を噴射する段階のうちのいずれか一つの段階が行われる間に、前記正極触媒溶液噴射ノズル及び前記負極触媒溶液噴射ノズルのうちの触媒溶液を噴射しない噴射ノズルには前記運搬ガスが流入できる。
【００５３】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の実施例から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって容易に変更されて、均等であると認められる範囲のすべての変更及び/または修正を含む。
【００５４】
この明細書及び添付された請求範囲で使用される“含む”という用語及びその活用形態は、反対の意味で使用することを明確に記載しない限り、言及された構成要素以外の他の構成要素を排除する意味として解釈されてはいけない。
【００５５】
前述のような本発明の実施例によれば、正極触媒溶液、負極触媒溶液及び運搬ガスが各々予熱された後に噴射ノズルに供給されることによって、より均一な触媒物質層が形成されるだけでなく、高分子電解質膜のスウェリング現象が最少化される。さらに、正極触媒溶液噴射ノズルと負極触媒溶液噴射ノズルが交互に触媒溶液を噴射し、正極触媒溶液噴射ノズルと負極触媒溶液噴射ノズルのうちのいずれか一つが触媒溶液を噴射する間に、残り一つの噴射ノズルには予熱された運搬ガスが供給されることによって、触媒物質層がより均一に形成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施例による燃料電池用電極膜アセンブリー製造システムの概略的構成図である。
【図２】本発明の実施例による燃料電池用電極膜アセンブリー製造システムによって形成された電極膜アセンブリーと、従来の製造システムによって製造された電極膜アセンブリーの電圧及びパワー特性を比較して示す図面である。
【図３】本発明の実施例による燃料電池用電極膜アセンブリー製造システムによって形成された電極膜アセンブリーと、従来の製造システムによって製造された電極膜アセンブリーの電圧及びパワー特性を比較して示す図面である。
【図１】
2007535785.tif 000003
【図２】
2007535785.tif 000004
【図３】
2007535785.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月6日(2006.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極触媒溶液と負極触媒溶液を予熱する触媒溶液予熱装置と；
運搬ガスを予熱する運搬ガス予熱器と；
前記触媒溶液予熱装置によって予熱された正極触媒溶液と前記運搬ガス予熱器によって予熱された運搬ガスの供給を受け、前記供給された正極触媒溶液を噴射することができるように形成される正極触媒溶液噴射ノズルと；
前記触媒溶液予熱装置によって予熱された負極触媒溶液と前記運搬ガス予熱器によって予熱された運搬ガスの供給を受け、前記供給された負極触媒溶液を噴射することができるように形成される負極触媒溶液噴射ノズルとを含む燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項２】
前記触媒溶液予熱装置は、前記正極触媒溶液と前記負極触媒溶液を各々０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱する、請求項１に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項３】
前記触媒溶液予熱装置は、
正極触媒溶液を予熱する正極触媒溶液予熱器と；
負極触媒溶液を予熱する負極触媒溶液予熱器とを含む、請求項１に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項４】
前記正極触媒溶液予熱器は、前記正極触媒溶液を０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱する、請求項３に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項５】
前記負極触媒溶液予熱器は、前記負極触媒溶液を０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱する、請求項３に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項６】
前記正極触媒溶液噴射ノズルと前記負極触媒溶液噴射ノズルは交互に触媒溶液を噴射するように作動する、請求項１に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項７】
前記運搬ガス予熱器は前記運搬ガスを前記正極触媒溶液及び前記負極触媒溶液の溶媒の沸騰点より高い温度で加熱する、請求項１に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項８】
前記運搬ガスはアルゴン、ヘリウム、窒素または空気である、請求項１に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造システム。
【請求項９】
正極触媒溶液を予熱する段階と；
負極触媒溶液を予熱する段階と；
運搬ガスを予熱する段階と；
前記予熱された運搬ガスを利用して、正極触媒溶液噴射ノズルを通じて前記予熱された正極触媒溶液を噴射する段階と；
前記予熱された運搬ガスを利用して、負極触媒溶液噴射ノズルを通じて前記予熱された負極触媒溶液を噴射する段階とを含む燃料電池用電極膜アセンブリーの製造方法。
【請求項１０】
前記正極触媒溶液を噴射する段階と前記負極触媒溶液を噴射する段階は交互に行われる、請求項９に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造方法。
【請求項１１】
前記正極触媒溶液を予熱する段階において、前記正極触媒溶液は０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱される、請求項９に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造方法。
【請求項１２】
前記負極触媒溶液を予熱する段階において、前記負極触媒溶液は０．６×ＢＰ乃至０．９５×ＢＰ（ここで、ＢＰは触媒溶液の溶媒の沸騰点）の温度で加熱される、請求項９に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造方法。
【請求項１３】
前記運搬ガスを予熱する段階において、前記運搬ガスは前記正極触媒溶液及び前記負極触媒溶液の溶媒の沸騰点より高い温度で加熱される、請求項９に記載の燃料電池用電極膜アセンブリーの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
前記正極触媒溶液噴射ノズルと前記負極触媒溶液噴射ノズルは交互に触媒溶液を噴射するように作動することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
前記正極触媒溶液を噴射する段階と前記負極触媒溶液を噴射する段階は交互に行うことができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
運搬ガス予熱器３３は運搬ガス貯蔵容器３１に貯蔵されている運搬ガスの供給を受けて、これを予熱する。運搬ガスは正極及び負極触媒溶液を噴射ノズル１９、２１に運搬させるためのガスであり、例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ２）または空気であってもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
このような移送装置２５、２９の作動は既に入力されたプログラムによって制御することができ、このように既に入力されたプログラムを貯蔵し、これを実行する制御ユニット（図示せず）は移送装置２５、２９内部に各々備えられてもよく、移送装置２５、２９とは別途に備えられてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
本発明の実施例では、正極触媒溶液噴射ノズル１９と負極触媒溶液噴射ノズル２１が交互に触媒溶液を噴射するように作動することができる。したがって、正極触媒溶液噴射ノズル１９と負極触媒溶液噴射ノズル２１のうちのいずれか一つが触媒溶液を噴射する間に、他の一つは供給される運搬ガスによって乾燥される。これにより、効果的な触媒溶液の噴射及びより均一な触媒溶液層を形成することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
この時、前記正極触媒溶液を噴射する段階と前記負極触媒溶液を噴射する段階は交互に行われることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
前述のような本発明の実施例によれば、正極触媒溶液、負極触媒溶液及び運搬ガスが各々予熱された後に噴射ノズルに供給されることによって、より均一な触媒物質層が形成されるだけでなく、高分子電解質膜のスウェリング現象が最少化される。さらに、正極触媒溶液噴射ノズルと負極触媒溶液噴射ノズルが交互に触媒溶液を噴射することによって、触媒物質層がより均一に形成されることができる。
【国際調査報告】
2007535785.tif 000006
2007535785.tif 000007