CN100340022C - 燃料电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制造具有均匀涂布催化剂的，高反应效率反应层的燃料电池制造方法。在根据来自控制装置(56)的信号，由驱动装置(58)驱动的传送带BC1传送的第1基板上，在喷出装置(20a、20b)中形成第1气体流路。接着，在由传送带BC1传送的第1基板上，在喷出装置(20d)中形成第1集电层。接着，在喷出装置(20f)中，各个不同的位置上多次涂布催化剂溶液，形成第1反应层。接着，在喷出装置(20g)中形成电解质膜。利用同样的处理，在喷出装置(20h)中形成第2反应层，在喷出装置(20j)中形成第2集电层。将在喷出装置(20l、20m)中形成第2气体流路的第2基板，配置在第1基板上所定的位置上，制成燃料电池。
Description
技术领域
本发明是关于将不同种类的反应气体分别供给电极，并根据供给的反应气体，通过反应进行发电的燃料电池制造方法。
技术背景
以前存在的燃料电池，是用具有通过电子的性质的多孔质电极，夹持了具有通过离子的性质的电解质的燃料电池。这种燃料电池中，存在一种将氢或醇等作为燃料而进行发电的物质。这种燃料电池中，例如，在使用氢作燃料的燃料电池中，向一方电极供给含氢的第1反应气体，向另一方电极供给含氧的第2反应气体，通过第1反应气体中所含的氢与第2反应气体中所含的氧反应，进行发电。
多数情况是在燃料电池中，作为促进反应的催化剂，形成有使用了白金的反应层。该反应层，通过使用拭付喷出，将氯化白金酸溶液，或分散了载持了白金的白金载持碳的溶液，向构成气体扩散层的碳上进行喷雾等而形成(参照专利文献1)。
[专利文献1]特开平2002-298860号公报
然而，为了制造反应效率高，特性好的燃料电池，需要形成均匀地涂布了催化剂的反应层。然而，使用喷射，以对分散了载持白金碳的溶液进行喷雾时，很难形成均匀涂布，同时，有可能不需要地涂布高价材料的白金。由于重复涂布分散了白金微粒的溶液，所以在不需要涂布分散了白金微粒溶液时，为除去分散剂，在烧结等处理中，白金微粒的结晶会变大。这种情况下，白金微粒与反应气体相接触的整体面积会减少，作为整体燃料电池，会出现反应效果降低的问题。
发明内容
本发明的课题就是提供一种能均匀涂布催化剂，易于制造具有高反应效率的反应层的燃料电池的制造方法。
本发明燃料电池的制造方法，是包括：第1反应气体流路形成工序，其在含有在第1块基板上形成供给第1反应气体；第1集电层形成工序，其形成第1集电层，而该第1集电层收集使经由上述第1气体流路供给的第1反应气体通过反应而生成的电子；第1反应层形成工序，其基于经由上述第1气体流路供给的第1反应气体，形成进行反应的第1反应层；形成电解质膜的电解质膜形成工序；第2气体流路形成工序，其在第2基板上形成用来供给第2反应气体的第2气体流路；第2集电层形成工序，其为使经由上述第2气体流路供给的第2反应气体进行反应，形成供给所需电子的第2集电层；和第2反应层形成工序，其基于通过上述第2气体流路供给的第2反应气体，形成进行反应的第2反应层的燃料电池制造方法，其特征在于，上述第1反应层形成工序和第2反应层形成工序中的任一工序，通过使用喷出装置，在基板上各个不同位置上，进行多次涂布含有催化剂材料的催化剂溶液，以形成反应层。
根据该燃料电池的制造方法，第1反应层和第2反应层中的至少一层，通过在基板上各个不同位置上，多次涂布含有催化剂材料的催化剂溶液而形成的。因此，能均匀地在基板上涂布催化剂溶液，并能很容易地制造出高反应效率的燃料电池。
本发明的燃料电池制造方法，其特征在于，上述第1反应层形成工序和第2反应层的形成工序中的任一工序中，包括在上述基板上涂布上述催化剂溶液的第1涂布工序；和在上述第1涂布工序中，在基板上涂布催化剂溶液后，再在上述基板上涂布上述催化剂溶液的第2涂布工序，在上述第2涂布工序中，通过在与上述第1涂布工序中，在上述基板上涂布了上述催化剂溶液的液滴不重复的位置上，通过涂布上述催化剂溶液，以形成反应层。
根据该燃料电池的制造方法，第1反应层或第2反应层的至少一层是通过再次涂布催化剂溶液的液滴形成得与已涂布的催化剂溶液的液滴不形成重叠。因此，能防止在基板的单位面积上不必要地过多涂布催化剂溶液的量，并能使白金微粒均匀分散。即，每单位面积中，通过分散细小结晶状的白金微粒，可以制造出白金微粒均匀分散的，具有高反应效率反应层的燃料电池。
另外，本发明燃料电池的制造方法，其特征在于，上述第1反应层形成工序和第2反应层形成工序中的至少一个工序，包括在上述基板上涂布上述催化剂溶液的第1涂布工序；在上述第1涂布工序中，在基板上涂布催化剂溶液后，将涂布的催化剂溶液进行干燥的中间干燥工序；和在上述中间干燥工序中，对上述第1涂布工序中涂布在基板上的催化剂溶液进行干燥后，再在该基板上涂布上述催化剂溶液的第2涂布工序。
根据该燃料电池的制造方法，第1反应层和第2反应层中的至少一个层，是在对涂布的催化剂溶液进行干燥后，再次涂布催化剂溶液而形成。例如继续涂布表面张力强，难以干燥的催化剂溶液时，与附近存在催化剂溶液的液滴进行结合，形成一个大的液滴，在实施去除分散剂的处理时，白金微粒形成大结晶的可能性很高。因此，在多次涂布催化剂溶液的处理与处理之间进行中间干燥，即使是使用表面张力很强的催化剂溶液时，也能形成催化剂均匀分散的反应层，并能很容易地制造出高反应效率的燃料电池。
另外，该发明燃料电池的制造方法，其特征在于，上述第1反应层形成工序和第2反应层形成工序中的任一工序，包括：在上述基板上涂布催化剂溶液的第1涂布工序；和在上述第1涂布工序中，在基板上涂布催化剂溶液后，再在该基板上涂布催化剂溶液的第2涂布工序。在上述第2涂布工序中，通过在该基板上，涂布液滴大小与第1涂布工序不同的催化剂溶液，形成反应层。
根据该燃料电池的制造方法，第1反应层和第2反应层中任一层，是通过以与涂布催化剂溶液的液滴不同大小的液滴，再次涂布催化剂溶液而形成。例如，在第1次涂布的催化剂溶液的液滴和液滴之间，通过以比第1次中的液滴小的液滴涂布催化剂溶液，形成反应层。因此，在基板上普遍且均匀地涂布催化剂溶液形成反应层，没有空白部分，可以容易地制造出高反应效率的燃料电池。
附图说明
图1是表示一例实施方式燃料电池的制造流水线的图。
图2是实施方式的喷墨式喷出装置概略图。
图3是实施方式的燃料电池制造方法的流程图。
图4是说明实施方式的气体流路的形成处理的图。
图5是说明实施方式的气体流路的形成处理的另一图。
图6是实施方式的燃料电池制造工序中的基板的截面图。
图7是实施方式的燃料电池制造工序中的基板的截面图。
图8是实施方式的燃料电池制造工序中的基板的截面图。
图9是说明实施方式的反应层的形成处理的图。
图10是说明实施方式的反应层的形成处理的图。
图11是说明实施方式的反应层的形成处理的图。
图12是说明实施方式的反应层的形成处理的图。
图13是实施方式的燃料电池制造工序中的基板的截面图。
图14是实施方式的燃料电池制造工序中的基板的截面图。
图15是实施方式的燃料电池制造工序中的基板的截面图。
图16是实施方式的燃料电池制造工序中的基板的截面图。
图17是实施方式的燃料电池制造工序中的基板的截面图。
图18是实施方式的燃料电池基板的截面图。
图19是将实施方式的燃料电池进行了层叠的大型燃料电池的图。
图中，2、2’-基板，4、4’-支撑用碳，6、6’-集电层，8、8’-气体扩散层，10、10’-反应层，10a、10b-液滴，12-电解质膜，20a～20m-喷出装置，BC1、BC2-驱动传送带。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式涉及的燃料电池的制造方法进行说明。图1是表示进行实施方式燃料电池的制造工序的燃料电池制造流水线构成之一例的图。如图1所示，燃料电池制造流水线由：在各工序中分别使用的喷出装置20a-20m、将喷出装置20a-20k进行连接的传送带BC1、将喷出装置20l-20m进行连接的传送带BC2、驱动传送带BC1、BC2的驱动装置58、进行组装燃料电池的组装装置60、以及对整个燃料电池制造流水线进行控制的控制装置56而构成。
喷出装置20a-20k沿着传送带BC1，以所定的间距配置成一列，喷出装置20l、20m沿着传送带BC2以所定间距配置成一列。控制装置56与各个喷出装置20a-20k、驱动装置58和组装装置60相连接、根据来自控制装置56的控制信号驱动传送带BC1，将燃料电池的基板(以下只称“基板”)传送到各个喷出装置20a-20k，在各个喷出装置20a-20k处进行处理。同样根据来自控制装置56的控制信号，驱动传送带BC2，将基板传送到喷出装置20l、20m，在喷出装置20l、20m处进行处理。根据来自控制装置56的控制信号，由传送带BC1和传送带BC2传送的基板，在组装装置60处组装成燃料电池。
在该燃料电池制造流水线中，在喷出装置20a处对基板进行涂布用来形成气体流路的抗蚀剂溶液处理；在喷出装置20b处进行用来形成气体流路的腐蚀处理；在喷出装置20c处进行用来涂布支撑集电层的支撑用碳处理。在喷出装置20d处，进行形成集电层的处理；在喷出装置20e处，进行形成气体扩散层的处理；在喷出装置20f处，进行形成反应层的处理；在喷出装置20g处，进行形成电解质膜的处理。进而，在喷出装置20h处，进行形成反应层的处理；在喷出装置20i处，进行形成气体扩散层的处理；在喷出装置20j处，进行形成集电层的处理；在喷出装置20k处，进行涂布支撑用碳的处理。
在喷出装置20l中，对基板进行涂布用来形成气体流路的抗蚀剂溶液的处理；在喷出装置20m处，进行用来形成气体流路的腐蚀处理。在喷出装置20a-20k处，对第1基板实施处理时，在喷出装置20l、20m处，对第2基板实施形成气体流路的处理。
图2是表示制造本发明实施方式的燃料电池时，所用的喷墨式喷出装置20a的简要构成的图。该喷出装置20a具有向基板上喷出喷出物的喷墨头22。该喷墨头22具有喷头主体24和形成有喷出喷出物的多个喷嘴的喷嘴形成面26。从该喷嘴形成面26的喷嘴喷出的喷出物，即，在基板上形成用来供给反应气体的气体流路时，喷出涂布基板的抗蚀剂溶液。
喷出装置20a具有载置基板的台面28。该台面28按所定方向，例如按X轴方向、Y轴方向和Z方向，可移动地设置。台面28沿着图中箭头所示的X轴方向移动时，将由传送带BC1传送的基板载置在台面28上，并装入喷出装置20a内。
另外，在喷墨头22上连接有收容着由喷嘴形成面26上形成的喷嘴喷出的喷出物的抗蚀剂溶液槽30。即，槽30和喷墨头22，由输送喷出物的输送管道相连接的。该喷出物的输送管道22具有防止喷出物输送管道22流路内带电的喷出物流路接地器32a和喷头部气泡排出阀32b。该喷头部的气泡排出阀32b，在利用下述抽吸罩40抽吸喷墨头22内喷出物时使用。即，通过抽吸罩40抽吸喷墨头22内的喷出物时，该喷头部的气泡排出阀32b处于关闭状态，形成从槽30侧没有喷出物流入的状态，当用抽吸罩40抽吸时，被抽吸的喷出物的流速会提高，喷墨头22内的气泡也会迅速排出。
喷出装置20a具有液面控制传感器36，以控制槽30内收容喷出物的量，即，控制收容在槽30内的抗蚀剂溶液的液面34a的高度。该液面控制传感器36控制喷墨头22的喷嘴形成面26端部26a与槽30内液面34a的高度差h(以下称水头值)保持在所定的范围内。通过控制液面34a的高度，形成使槽30内的喷出物34以所定范围内的压力送入喷墨头22内。这样，以所定范围内压力输送的喷出物34，从喷墨头22能稳定地喷出出喷出物34。
另外，与喷墨头22的喷嘴形成面26相对向，以所定的间隔距离，配置有抽吸喷墨头22喷嘴内喷出物的抽吸罩40。该抽吸罩40构成为可沿着图2中箭头所示的Z轴方向移动，与喷嘴形成面26密接，以围绕着喷嘴形成面26上形成的多个喷嘴，并与喷嘴形成面26之间形成密闭空间，形成使喷嘴与外气隔断的构成。当喷墨头22没有使喷出物34为喷出的状态时，例如，喷墨头22退回到退避位置，台面28也退回到虚线所示位置时，抽吸罩40可进行抽吸喷墨头22喷嘴内的喷出物。
另外，在该抽吸罩40的下方设置有流路，在该流路上配置有由抽吸阀42、检测抽吸异常的抽吸压检测传感器44以及管泵等而构成的抽吸泵46。而且，由该抽吸泵46等被抽吸并输送到流路的喷出物34，收容于废液槽48内。
喷出装置20b～20m的构成，由于和喷出装置20a的构成一样，所以省去说明，但在以下的说明中，使用与喷出装置20a的说明中，各构成中所用相同的符号，对喷出装置20b～20m的各构成进行说明。在喷出装置20b～20m中分别具有的槽30中，收容各喷出装置20b～20m中进行所定处理所需要的喷出物。例如，喷出装置20b和喷出装置20m的槽30中，收容了形成气体流时进行腐蚀用的喷出物，喷出装置20c和喷出装置20k的槽30中，收容了用以形成支撑用碳的喷出物，喷出装置20d和喷出装置20j的槽30中，收容了形成集电层的喷出物。而，喷出装置20e和喷出装置20i的槽30中，收容了形成气体扩散层的喷出物，喷出装置20f和喷出装置20h的槽30中，收容了形成反应层的喷出物，喷出装置20g的槽30中，收容了形成电解质膜的喷出物。喷出装置20l的槽30中，收容了和喷出装置20a的槽30中收容的对基板形成气体流路一样的喷出物。
接着参照图3的流程和附图，对使用实施方式喷出装置20a～20m的燃料电池制造方法进行说明。
首先，在基板上形成供入反应气体的气体流路(步骤S10)。即，首先，如图4(a)所示的矩形状平板，例如，利用传送带BC1将硅材料的基板2(第1基板)传送到喷出装置20a。由传送带BC1传送的基板2，载置在喷出装置20a的台面28上，并装入喷出装置20a内、在喷出装置20a中，通过喷嘴形成面26上的喷嘴喷出槽30内收容的抗蚀剂溶液，涂布载置在台面28上的基板2上面的所定位置。在此，如图4(b)所示，从面前方向向图面深处，以所定的间距，直线状地涂布抗蚀剂溶液。即，在基板2上，例如，残留形成供给含氢第1反应气体的气体流路(第1气体流路)的部分，只对该部分以外的部分涂布抗蚀剂溶液。
接着，由传送带BC1将所定位置上涂布了抗蚀剂溶液的基板2(参照图4(b))传送到喷出装置20b，载置在喷出装置20b的台面28上，并装入喷出装置20b内，在喷出装置20b中，向载置在台面28上的整个基板2的上面，涂布槽30内收容的，为形成气体流路而进行腐蚀用的溶剂，例如，通过喷嘴形成面26的喷嘴喷出氟酸水溶液。
在此，基板2上，在除了形成气体流路部分外的部分上涂布抗蚀剂溶液，未涂布抗蚀剂溶液的部分，利用氟酸水溶液进行腐蚀，如图5(a)所示，形成气体流路。即，从基板2的一方侧面向另一方侧面延伸形成コ字状截面的气体流路。如图5(a)所示，形成气体流路的基板2，在未图示的洗净装置中洗去抗蚀剂溶液。这样，如图5(b)所示，形成气体流路的基板2，从台面28上转移到传送带BC1上，并由传送带BC1传送到喷出装置20c。
接着，步骤S10中基板2上形成的气体流路，为防止被集电层堵塞，在气体流路内涂布支撑集电层用的碳(第1支撑部件)(步骤S11)。即，将由传送带BC1传送到喷出装置20c的基板2载置在台面28上，并装入喷出装置20c内。在喷出装置20c中，通过喷嘴形成面26上的喷嘴，喷出槽30内收容的支撑用碳，涂布在基板2上形成的气体流路内。这里，作为支撑用碳4，可使用所定大小，例如直径1～5μm粒子的多孔质碳。即，作为支撑用碳4，使用所定大小的多孔质碳，可防止气体流路被集电层堵塞，并能准确地使反应气体流入气体流路内。
图6是涂布了支撑用碳4的基板2截面图。如该图6所示，通过气体流路内涂布支撑用碳4，可防止基2上形成的集电层落入气体流路内。涂布了支撑用碳4的基板2，从台面28上转移到传送带BC1上，再由传送带BC1传送到喷出装置20d。
接着，在基板2上形成用以集聚由反应气体反应产生电子的集电层(第1集电层)(步骤S12)。即，首先，将由传送带BC1传送到喷出装置20d的基板2，载置在台面28上，并装入喷出装置20d内。在喷出装置20d中，通过喷嘴形成面26上的喷嘴，将槽30内收容的形成集电层6的材料，例如，铜等导电性物质，喷出到台面28上的载置的基板2上。这时，导电性物质，以不妨碍供入气体流路中反应气体扩散的形状，例如网孔形状等，形成喷出的集电层6。
图7是形成集电层6的基板2截面图。如该图7所示，集电层6由基板2上形成气体流路内的支撑碳4所支撑，所以能防止落入气体流路内。形成集电层6的基板2，从台面28上转移传送带BC1，再由传送带BC1传送到喷出装置20e。
接着，在步骤S12中形成的集电层6上，形成使通过基板2上形成的气体流路供给的反应气体进行扩散的气体扩散层(步骤S13)。即，首先，将由传送带BC1传送到喷出装置20e的基板2载置在台面28上，并装入喷出装置20e内。在喷出装置20e中，通过喷嘴形成面26上的喷嘴，向集电层6上喷出槽30内收容的形成气体扩散层8的材料，例如碳，形成以使通过气体流路供给的反应气体(第1反应气体)进行扩散的气体扩散层8。
图8是形成气体扩散层8的基板2的截面图。如该图8所示，例如，向集电层6上喷出具有作为电极功能的碳，形成以使反应气体扩散的气体扩散层8。作为构成气体扩散层8的碳，可以使用能使通过气体流路供给的反应气体充分扩散之大小的多孔质碳。例如，使用比支撑用碳4小的，直径0.1～1μm粒子的多孔质碳。形成气体扩散层8的基板，从台面28上转移到传送带BC1上，再由传送带BC1传送到喷出装置20f。
接着，在步骤S13中形成的气体扩散层8上，形成基于通过基板2上形成的气体流路供给的反应气体而进行反应的反应层(第1反应层)(步骤S14)。即，将由传送带BC1传送到喷出装置20f的基板2载置在台面28上，并装入喷出装置20f内。在喷出装置20f中，通过喷嘴，向气体扩散层8上的各个不同位置，进行多次喷出槽30内收容的形成反应层材料，例如，将粒径为数nm～数+nm的催化剂用白金微粒分散在所定的溶剂中形成的催化剂溶液，形成反应层10。
分散了白金微粒的催化剂溶液，基于预先在喷出装置20f中设定的喷出图案，通过在气体扩散层8上进行多次涂布，形成反应层10。即，在喷出装置20f使台面28沿着图2所示的X轴-Y轴方向移动，在气体扩散层8上的不同位置进行多次涂布，形成反应层10。
图9是表示用以形成反应层10的一例喷出图案的图。图9中，在多次涂布催化剂溶液时，以液滴10a示出第1次涂布的催化剂溶液的液滴，以液滴10b示出第2次涂布的催化剂溶液的液滴。该图9中示出了第1次是在液滴10a的位置上涂布催化剂溶液，而第2次是在第1次未涂布催化剂溶液的部分，即液滴10b的位置上，涂布催化剂溶液，形成反应层10的图案。因此，在喷出装置20f中，基于图9所示的图案，沿着图2所示的X轴-Y轴方向依次移动台面28，首先，在液滴10a的位置上涂布催化剂溶液，接着在液滴10b的位置上涂布催化剂溶液，可以形成均匀涂布催化剂溶液的反应层10。
图10是表示形成反应层10的另一例喷出图案的图。图10中，和图9一样，以液滴10a表示第1次涂布催化剂溶液的液滴，以液滴10b表示第2次涂布催化剂溶液的液滴。该图10中示出的是第1次在液滴10a的位置上涂布催化剂溶液时，第2次是在第1次未涂布催化剂溶液的液滴10a的部分，而且是在已涂布液滴10a之间的部分，即，液滴10b的位置上涂布催化剂溶液，形成反应层10的图案。因此，通过第1次在液滴10a的位置上涂布催化剂溶液，第2次在液滴10b的位置上涂布催化剂溶液，可以形成均匀涂布催化剂溶液的反应层10。
图11是表示形成反应层10的另一例喷出图案的图。图11中以液滴10a表示第1次涂布催化剂溶液的液滴，而且利用中间干燥进行干燥的液滴，以液滴10b表示进行中间干燥后，第2次涂布的催化剂溶液的液滴。该图11中示出的是第1次在液滴10a的位置上涂布催化剂溶液时，将涂布了液滴10a的基板2，例如通过加热到所定温度进行干燥后，再在液滴10b的位置上涂布催化剂溶液，形成的反应层10图案。因此，通过第1次在液滴10a的位置上涂布催化剂溶液，并进行中间干燥后，第2次在液滴10b的位置上涂布催化剂溶液，可形成均匀涂布催化剂溶液的反应层10。图11所示图案中，即使是涂布表面张力强，浸透性低的溶液，例如，向以水和甘油为主成分的溶剂中添加分散剂，再分散白金微粒的催化剂溶液，也能形成白金微粒均匀分散的反应层10。即，通过进行中间干燥，可防止已涂布的液滴与新涂布的液滴结合，造成白金微粒结晶增大，因此可以形成微小的白金微粒结晶直接均匀分散的反应层。
图12是表示形成反应层10的又一例喷出图案的图。图12中以液滴10a表示第1次涂布的催化剂溶液的液滴，以液滴10b表示第2次涂布的催化剂溶液的液滴。该图12中示出的是通过第1次在液滴10a的位置上涂布催化剂溶液，第2次以与液滴10a不同大小的液滴，在液滴10b的位置上涂布催化剂溶液，形成反应层10的图案。
在喷出装置20f中，通过改变第1次涂布催化剂溶液时的驱动波形和第2次涂布催化剂溶液时的驱动波形，改变由喷出装置20f的喷嘴喷出的催化剂溶液的液滴的大小，由此形成不同大小的液滴10a和液滴10b。因此，如图12所示，在液滴10a的位置上涂布催化剂溶液后，再在液滴10a间的空白部分上涂布液滴10b，可以减少未涂布催化剂溶液的空白部分，并能形成均匀涂布催化剂溶液的反应层10。
上述图9～图12中，涂布催化剂溶液，虽然液滴10a和液滴10b不重复，但也可以使液滴10a和液滴10b进行部分重复地涂布催化剂溶液。即，为了使反应层10中的催化剂浓度均匀分布，涂布催化剂溶液时，可使液滴10a的周边部分与液滴10b的周边部分的一部分重复。这种情况下，的确能防止气体扩散层8上存在未涂布催化剂溶液的空白部分，同时也能使反应层10中的催化剂保持均匀的浓度分布。
在此，在喷出装置20f中，预先设定考虑了燃料电池制造用材料、制造的燃料电池用途、使用状况等的喷出图案。即，预先设定上述图9～图12中所示任何图案，或图9～图12中所示图案中任何2个图案的组合图案。例如，使用以异丙醇等为主溶剂的高浸透性催化剂溶液形成反应层10时，设定图9、10、12中的任何图案，使用以水和甘油等为主溶剂的低浸透性，高表面张力的催化剂溶液形成反应层10时，可设定图11所示的图案。
催化剂溶液，由于是通过向所定的溶剂中添加分散剂，使白金微粒分散形成的溶液，所以将这种催化剂溶液涂布在气体扩散层8上后，例如，通过在氮气气氛中将基板2加热到200℃，除去分散剂，形成反应层10。这种情况下，在构成气体扩散层8的碳表面上，作为催化剂，附着分散在所定溶剂中的白金微粒，形成反应层10。而且，在第1次涂布催化剂溶液后，进行中间干燥，之后，再进行第2次涂布时，在涂布催化剂溶液的工序结束后，进行除去上述分散剂的处理。
图13是形成反应层10的基板2的截面图。如该图13所示，作为催化剂，分散了白金微粒的催化剂溶液，涂布在气体扩散层8上，形成反应层10。将形成反应层10的基板2从台面28上转移到传送带BC1上，再由传送带BC1传送到喷出装置20g。
接着，在步骤S14中形成的反应层10上，形成离子交换膜等电解质膜(步骤S15)。即，将由传送带BC1传送到喷出装置20g的基板2载置在台面28上，并装入喷出装置20g内。在喷出装置20g中，通过喷嘴形成面26上的喷嘴，向反应层10上喷出槽30内收容的形成电解质膜的材料，例如，将Nafion(注册商标)、磷钨酸、磷钼酸等陶瓷系固体电解质调制成所定粘度的材料，形成电解质膜12。
图14是形成电解质膜12的基板2的截面图。如该图14所示，在反应层10上形成具有所定厚度的电解质膜12。另外，将形成电解质膜12的基板2从台面28转移到传送事BC1上，再由传送带BC1传送到喷出装置20h。
接着，在步骤S15中形成的电解质膜12上形成反应层(第2反应层)(步骤S16)。即，将由传送带BC1传送到喷出装置20h的基板2载置在台面28上，并装入喷出装置20h内。在喷出装置20h中，通过和喷出装置20f中同样的处理，喷出含有载持催化剂白金微粒碳的溶液，形成反应层10’。
图15是在电解质膜12上形成反应层10的基板2的截面图。如该图15所示，在电解质膜12上涂布载持了催化剂白金微粒的碳，形成反应层10’。反应层10’是基于第2反应气体，例如含有氧的反应气体，进行反应的层。
接着，在步骤S16中形成的反应层10’上，形成以使反应气体(第2反应气体)扩散的气体扩散层(步骤S17)，即，将形成反应层10’的基板2由传送带BC1传送到喷出装置20i，在喷出装置20i中，通过和喷出装置20e中同样的处理，涂布所定粒径的多孔质碳，形成气体扩散层8’。
图16是在反应层10’上形成气体扩散层的基板2的截面图。如该图16所示，在反应层10’上涂布多孔质碳，形成气体扩散层8’。
接着，在步骤S17中形成的气体扩散层8’上形成集电层(第2集电层)(步骤S18)，在集电层上涂布支撑该集电层的支撑用碳(第2支撑部件)(步骤S19)。即，将由传送带BC1传送到喷出装置20j的基板2载置在台面28上，并装入喷出装置20j内，通过和喷出装置20d同样的处理，在气体扩散层8’上形成集电层6’。将由传送带BC1传送到喷出装置20k的基板2载置在台面28上，并装入喷出装置20k中，利用和喷出装置20c同样的处理，涂布支撑用碳4’。将涂布了支撑用碳4’的基板2从台面28转移到传送带BC1上，再传送到组装装置60。
图17是在气体扩散层8’上涂布了集电层6’和支撑用碳4’的基板2的截面图。如该图17所示，通过上述步骤S18的处理，形成集电层6’，并通过上述步骤S19的处理，涂布支撑用碳4’。这里，支撑用碳4’，和支撑用碳4一样，即，沿着基板2上形成的气体流路被涂布。
接着，在步骤S19中涂布了支撑用碳的基板(第1基板)上配置形成气体流路的基板(第2基板)组装成燃料电池(步骤S20)。即，通过在由传送带BC1送入的基板2(第1基板)上，配置由传送带BC2送入的基板2’(第2基板)，在组装装置60中进行燃料电池组装。与上述步骤S10～步骤S19中的处理不同，是在基板2’上形成有第2气体流路。即，在喷出装置20l和喷出装置20m中，通过和喷出装置20a和喷出装置20b中同样的处理，形成第2气体流路。因此，进行组装燃料电池时，配置基板2’是使在基板2上形成的从一方侧面向另一方侧面延伸的コ字状截面的气体流路与在基板2’上形成的コ字状截面的气体流路呈平行状。至此完成燃料电池的制造。
图18是制得的燃料电池的截面图。如该图18所示，制得的燃料电池是通过在基板2的所定位置上配置形成第2气体流路的基板2’，借助于第1基板上形成的第1气体流路供给第1反应气体，借助于在第2基板上形成的第2气体流路供给第2反应气体。
利用上述制造方法制造的燃料电池，可作为电力供给源，组装在电子仪器中，尤其是携带用电子仪器中，如移动电话机等。即，根据上述燃料电池的制造方法，由于使用喷出装置可很容易地制造小型燃料电池，所以，例如作为电力供给源，组装在移动电话机等小型电子仪器中。
根据该实施方式的燃料电池的制造方法，使用喷墨式的喷出装置形成反应层。因此，在所定的位置上涂布催化剂溶液，能均匀地涂布催化剂溶液，并能形成催化剂均匀分散的反应层，所以能很容易地制造出高反应效率、高输出的燃料电池。
根据该实施方式的燃料电池的制造方法，将第1次涂布催化剂溶液的位置和第2次涂布催化剂溶液的位置，采取不同的位置。因此，能在基板上均匀地涂布催化剂溶液，形成白金微粒均匀分散的反应层，并能容易地制造出高反应效率的燃料电池。
另外，根据该实施方式的燃料电池的制造方法，在与第1次涂布催化剂溶液的液滴不重复的位置上，而且在已涂布液滴之间的位置上，进行第2次涂布。因此，能形成不存在未涂布催化剂溶液的空白部分，同时防止了催化剂溶液涂布量部分增加，在反应层内形成大的白金微粒结晶。为此，能保持细小的白金微粒结晶，并能使白金微粒形成均匀分散，由此可以制造出整个反应层内，催化剂白金微粒表面积很大的高反应效率燃料电池。
根据该实施方式的燃料电池的制造方法，在对第1次涂布的催化剂溶液进行中间干燥后，进行第2次涂布，形成反应层。因此，例如，即使是涂布表面张力强的催化剂溶液时，也能防止已涂布的催化剂溶液的液滴与新涂布的催化剂溶液的液滴结合形成一个液滴，造成白金微粒结晶增大，确实能形成白金微粒均匀分散的反应层，并制造出高反应效率的燃料电池。
根据该发明实施方式的燃料电池的制造方法，通过在第1次涂布催化剂溶液的液滴与液滴之间，以比第1次中的液滴小的液滴涂布催化剂溶液形成有反应层。因此，可普遍且均匀地涂布催化剂溶液形成反应层，基板上没有空白部分，并很容易地制造出高反应效率的燃料电池。
另外，在上述实施方式的燃料电池的制造方法中，虽然全工序中使用了喷墨式喷出装置，但也可以只在形成反应层的工序中使用喷墨式喷出装置，制造燃料电池。
在上述实施方式燃料电池的制造方法中，虽然制造出了小型燃料电池，但液可以将数个燃料电池进行层叠，制造出大型的燃料电池。即，如图19所示，在制得的燃料电池基板2’背面上，再形成气体流路，在形成气体流路的基板2’的背面上，和上述燃料电池制造方法中的制造工序同样，形成气体扩散层、反应层、电解质膜等后通过将燃料电池进行层叠，制造出大型的燃料电池。如上述，在制造大型燃料电池时，例如，可用作电动汽车的电力供给源，并能提供适当考虑地球环境的净化能源汽车。
也可以将制造的大型燃料电池用作共生系统(Cogeneration System)的能源，从1个能源提供热和电等多种能量。燃料电池中，发电时，可产生大量的热能，所以可以实现家庭用或企业用的高效率共生系统。而且，由于燃料电池发电时没有有毒物质等排出，所以能实现适宜地球环境的高环境性共生系统。
根据该发明的燃料电池制造方法，第1反应层和第2反应层中至少任意一层，是通过在基板上，各个不同的位置多次涂布含有催化剂材料的催化剂溶液而形成。因此，在基板上能均匀地涂布催化剂溶液，并能很容易地制造出高反应效率的燃料电池。由于在基板上各个不同的位置多次涂布催化剂溶液，所以能很容易地制造出反应层中均匀分散如白金微粒催化剂的高反应效率燃料电池。
Claims (3)
1.一种燃料电池的制造方法，包括：
第1气体流路形成工序，其在第1基板上形成供给第1反应气体的第1气体流路；
第1集电层形成工序，其形成对通过经上述第1气体流路供给的第1反应气体进行反应而生成的电子进行集聚的第1集电层；
第1反应层形成工序，其形成基于通过上述第1气体流路供给的第1反应气体进行反应的第1反应层；
电解质膜形成工序，形成电解质膜；
第2气体流路形成工序，其在第2基板上形成供给第2反应气体的第2气体流路；
第2集电层形成工序，其形成为使通过上述第2气体流路供给的第2反应气体进行反应，供给必需电子的第2集电层；和
第2反应层形成工序，其形成基于通过上述第2气体流路供给的第2反应气体进行反应的第2反应层，其特征在于，
上述第1反应层形成工序和上述第2反应层形成工序中的至少一个工序，使用喷出装置，在基板上分多次且每次在不同位置上涂布含有催化剂材料的催化剂溶液而形成反应层。
2.根据权利要求1所述的燃料电池制造方法，其特征在于，上述第1反应层形成工序和第2反应层形成工序中的至少一个工序，包括：
第1涂布工序，其在上述基板上涂布催化剂溶液；
中间干燥工序，其在上述第1涂布工序中，在基板上涂布催化剂溶液后，对上述涂布的催化剂溶液进行干燥；
第2涂布工序，其在上述中间干燥工序中，在对第1涂布工序中在基板上涂布的催化剂溶液进行干燥后，再在该基板上涂布催化剂溶液。
3.根据权利要求1所述的燃料电池制造方法，其特征在于，上述第1反应层形成工序和第2反应层形成工序中的至少一个工序，包括：
第1涂布工序，其在上述基板上涂布催化剂溶液；和
第2涂布工序，其在上述第1涂布工序中，在基板上涂布催化剂溶液后，再在上述基板上涂布催化剂溶液；其中，
在上述第2涂布工序中，通过在上述基板上涂布与上述第1涂布工序中不同大小液滴的催化剂溶液，以形成反应层。
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