CN101552338A - 膜电极接合体以及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种膜电极接合体以及燃料电池。在平面状排列单体蓄电池的平面排列型燃料电池中，缩短单体蓄电池的间隔。膜电极接合体(20)具备：电解质膜(22)、阳极催化剂层(24a－d)以及与阳极催化剂层(24a－d)分别对置的阴极催化剂层(26a－d)。在相邻的阳极催化剂层(24)之间的电解质膜(22)上设有绝缘层(60a)。另外，在相邻的阴极催化剂层(26)之间的电解质膜(22)上设有绝缘层(60b)。优选绝缘层(60)的电阻率与电解质膜(22)的电阻率相同，或者高于电解质膜(22)的电阻率。

Description

膜电极接合体以及燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池(燃料電池)。更具体而言，本发明涉及将单体蓄电池(セル)平面排列的燃料电池。

背景技术

燃料电池是由氢和氧产生电能的装置，且能够获得高发电效率。作为燃料电池主要的特征，由于不像目前的发电方式那样经过热能或动能的过程来发电而是直接发电，因此可以举出即使小规模也能期望获得高发电效率、以及由于氮化合物等的排放少且噪音和振动小因此环境性良好等特征。这样，燃料电池由于能够有效利用燃料具有的化学能，并具有良好的环境特性，因此作为承担21世纪的能源供给系统而受到期待，从宇宙用到汽车用、携带式设备用，从大规模发电到小规模发电，作为能够在多种用途使用的将来有美好前景的新型发电系统受到注目，并朝着实用化且技术开发的正规化发展。

尤其固体高分子型燃料电池，与其它种类的燃料电池相比，具有工作温度低、功率密度高的特征，特别近年来，被寄期望于用在携带式设备(移动电话、笔记本型个人计算机、PDA、MP3播放器、数码相机或者电子词典(书籍))等的电源中。作为携带式设备用的固体高分子型燃料电池，已知将多个单体蓄电池平面状排列的平面排列型的燃料电池(参考专利文献1)。作为燃料，除专利文献1中所述的甲醇外，还对存储在贮氢合金或者氢气瓶中的氢的利用进行了研究。

专利文献1：日本特开2004-146092号公报

在平面排列型的燃料电池中，催化剂的总面积与功率成比例。另一方面，电压取决于串联连接的单体蓄电池的数量。因此，为了实现燃料电池的小型化且获得需要的功率以及电压，需要进一步缩短催化剂层间的间隔，且尽可能扩大催化剂面积。但是，随着催化剂层间的间隔变短，出现了催化剂层间短路的问题。

另外，在形成微细的间隔的催化剂层时，虽然可以采用激光加工，但存在因激光加工而切断电解质膜的分子结构的侧链的结合之类的问题。另外，若激光加工所产生的热向电解质膜传导，则会产生电解质膜老化之类的问题。这样，若产生电解质膜的结构变化和老化，则在使用了氢作为燃料的情况下，会产生氢泄露从而燃料电池性能老化的问题。

发明内容

本发明鉴于上述课题而产生，其目的在于提供一种技术，该技术能够在平面状排列单体蓄电池的平面排列型燃料电池中，抑制短路且缩短单体蓄电池的间隔。另外，本发明的其他目的在于提供一种技术，该技术能够在平面状排列单体蓄电池的平面排列型燃料电池中，抑制电解质膜的损坏且缩短单体蓄电池的间隔。

本发明的一方式是膜电极接合体。该膜电极接合体的特征在于，具备：电解质膜，其含有离子交换剂；设置于电解质膜的一面上的多个第一催化剂层；与多个第一催化剂层对应而设置于电解质膜的另一面上的多个第二催化剂层；绝缘层，其设置于相邻的第一催化剂层之间以及相邻的第二催化剂层之间的至少一方的电解质膜上。

根据该方式，由于抑制在相邻的催化剂层间发生短路，因此能够进一步缩短催化剂层间的距离。即，由于可以缩短平面排列的单体蓄电池间的距离，因此能够使平面排列型的膜电极接合体更加紧凑。

在上述方式的膜电极接合体中，在绝缘层设置于第一催化剂层的一侧的情况下，绝缘层的单体蓄电池排列方向的端部介于电解质膜和第一催化剂层之间，在绝缘层设置于第二催化剂层的一侧的情况下，绝缘层的单体蓄电池排列方向的端部介于电解质膜和第二催化剂层之间。此时，在绝缘层设置于第一催化剂层的一侧的情况下，位于绝缘层的单体蓄电池排列方向的端部上的区域的第一催化剂层，含有与和电解质膜相接的区域的第一催化剂层相比C-F键的数目少的离子传导体，在绝缘层设置于第二催化剂层的一侧的情况下，位于绝缘层的单体蓄电池排列方向的端部上的区域的第二催化剂层，含有与和电解质膜相接的区域的第二催化剂层相比C-F键的数目少的离子传导体。

另外，在上述方式的膜电极接合体中，绝缘层含有与电解质膜中含有的离子交换剂相比C-F键的数目多的树脂。

另外，在上述方式的膜电极接合体中，绝缘层与电解质膜相比耐热性高。另外，绝缘层与电解质膜相比导热性低。另外，绝缘层由与电解质膜相同的材料形成。

另外，催化剂层含有与电解质膜中含有的离子交换剂相比C-F键的数目少的树脂。另外，催化剂层的加工中使用的激光的绝缘层中的透射系数比电解质膜中的该激光的透射系数低。

本发明的其他方式是燃料电池。该燃料电池的特征在于，具备上述任意一种膜电极接合体。

另外，将上述各要素适当地组合而成的结构也都包含在本专利申请要求权利保护的发明范围内。

根据本发明，在将单体蓄电池平面状排列的平面排列型的燃料电池中，能够缩短单体蓄电池的间隔。

附图说明

图1是表示实施方式1的燃料电池的构造的分解立体图。

图2是沿着图1的A-A线的燃料电池的剖面图。

图3是表示制作实施方式1的膜电极接合体的方法的工序图。

图4是表示制作实施方式1的膜电极接合体的方法的工序图。

图5是激光照射后的比较例1的膜电极接合体的平面照片。

图6是激光照射后的实施例2的膜电极接合体的平面照片。

图7是激光照射后的比较例2的膜电极接合体的剖面照片。

图8是激光照射后的实施例3的膜电极接合体的剖面照片。

图9是表示实施方式2的膜电极接合体的构造的剖面图。

图10是表示制作实施方式2的膜电极接合体的方法的工序图。

图11是表示制作实施方式2的膜电极接合体的方法的工序图。

符号说明：10-燃料电池，20-膜电极接合体，22-电解质膜，24-阳极催化剂层，26-阴极催化剂层，40-阳极用壳，60-绝缘层。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。还有，在所有的图中，对同样的构成要素都采用同样的符号，省略适当的说明。

(实施方式1)

图1是表示实施方式1的燃料电池的构造的分解立体图。图2是沿着图1的A-A线的剖面图。如图1以及图2所示，燃料电池10具备膜电极接合体(MEA，也称作催化剂涂敷质子交换膜(CCM))20、阳极用壳40以及阴极用壳42。另外，在膜电极接合体20的周缘部上设有后述的密封部件50。

膜电极接合体20具备电解质膜22、阳极催化剂层24a-d(以下，有时将阳极催化剂层24a-d统称为阳极催化剂层24)以及与阳极催化剂层24a-d分别对置的阴极催化剂层26a-d(以下，有时将阴极催化剂层26a-d统称为阴极催化剂层26)。对阳极催化剂层24a-d供给作为燃料气体的氢。另一方面，对阴极催化剂层26a-d供给作为氧化剂的空气。通过在一对阳极催化剂层和阴极催化剂层之间夹持电解质膜22而构成单体蓄电池，各单体蓄电池通过氢和空气中的氧的电化学反应而发电。

阳极催化剂层24a-d以分离的状态形成在电解质膜22的一面上。电解质膜22的面积大于阳极催化剂层24a-d的总面积，且电解质膜22的阳极侧的周缘部将阳极催化剂层24a-d包围。电解质膜22包围阳极催化剂层24a-d的周缘部分的宽度例如是2mm。

另外，阴极催化剂层26a-d以分离的状态形成在电解质膜22的另一面上。电解质膜22的面积大于阴极催化剂层26a-d的总面积，且电解质膜22的阴极侧的周缘部将阴极催化剂层26a-d包围。电解质膜22包围阴极催化剂层26a-d的周缘部分的宽度例如是2mm。

这样，在本实施方式的燃料电池中，阴极催化剂层26a-d相对于阳极催化剂层24a-d分别成对，平面状地形成多个单体蓄电池。在阳极催化剂层24a-d上分别设置集电体30a-d(以下，有时将集电体30a-d统称为集电体30)，在阴极催化剂层26a-d上分别设置集电体34a-d(以下，有时将集电体34a-d统称为集电体34)。作为集电体30以及集电体34，例如采用金网或者复写纸或者碳布等。相邻的单体蓄电池彼此通过集电体30、集电体34以及配线和互连器等连接部件(未图示)而串联连接。

电解质膜22优选在湿润状态下表现出良好的离子传导性，作为使质子在阳极催化剂层24和阴极催化剂层26之间移动的离子交换膜而发挥功能。电解质膜22由含氟聚合物或非氟聚合物等固体高分子材料形成，例如能够使用磺酸型全氟碳聚合物、聚砜树脂、具有膦酸基或者羧酸基的全氟碳聚合物等。作为磺酸型全氟碳聚合物的实例可以举出Nafion(ナフイオン)(杜邦公司制：注册商标)112等。另外，作为非氟聚合物的实例可以举出磺化芳香族聚醚醚酮以及磺化聚砜等。

阳极催化剂层24以及阴极催化剂层26具有离子交换树脂和催化剂粒子，根据情况不同具有碳粒子。

阳极催化剂层24以及阴极催化剂层26具有的离子交换树脂连接催化剂粒子和电解质膜22，具有在两者间传递质子的作用。该离子交换树脂由与电解质膜22相同的高分子材料形成即可。作为催化剂金属，可以举出从Sc、Y、Ti、Zr、V、Nb、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Pt、Os、Ir镧系元素或者锕系元素中选出的合金或者单质。另外在载持催化剂的情况下，作为碳粒子也可以使用乙炔黑、科琴黑(ケツチエンブラツク)以及碳纳米管(カ一ボンナノチユ一ブ)等。

另外，阳极催化剂层24以及阴极催化剂层26具有的离子交换树脂例如也可以像碳化氢系离子交换树脂那样，C-F键的数目少于包含在电解质膜22中的离子交换剂。

通过阳极用壳40形成燃料贮藏用的燃料贮藏部37。另外，通过在阳极用壳40上设置燃料供给口(未图示)，能够从燃料盒等适当补充燃料。

另一方面，在阴极用壳42上设有用于从外部取入空气的空气取入口44。

阳极用壳40和阴极用壳42经由设于电解质膜22的周缘部的密封部件50，使用螺栓、螺母等连结部件(未图示)进行连结。由此，在密封部件50上施加压力，通过密封部件50能够提高密封性。

在本实施方式的膜电极接合体20中，在相邻的阳极催化剂层24之间的电解质膜22上设有绝缘层60a。另外，在相邻的阴极催化剂层26之间的电解质膜22上设有绝缘层60b。以下，有时将绝缘层60a、60b统称为绝缘层60。

优选绝缘层60的电阻率与电解质膜22的电阻率相同，或者高于电解质膜22的电阻率。由此，由于抑制了在相邻的阳极催化剂层间的短路的发生，因此能够进一步缩短阳极催化剂层间的距离。同样地，由于抑制了在相邻的阴极催化剂层间的短路的发生，因此能够进一步缩短阴极催化剂层间的距离。即，由于可以缩短平面排列的单体蓄电池间的距离，因此能够使平面排列型的燃料电池更加紧凑。

在绝缘层60的电阻率和电解质膜22的电阻率相同的情况下，绝缘层60能够使用与电解质膜22相同的离子交换剂。

另外，在本实施方式中的膜电极接合体20中，绝缘层60a的端部介于电解质膜22和阳极催化剂层24之间。换言之，绝缘层60a的宽度长于相邻的阳极催化剂层24之间的距离。同样地，绝缘层60b的端部介于电解质膜22和阴极催化剂层26之间。换言之，绝缘层60b的宽度长于相邻的阴极催化剂层26之间的距离。在此，所谓绝缘层60a、绝缘层60b的端部是指图1的A-A线的方向(本实施方式中膜电极接合体20的单体蓄电池排列方向或者长度方向)的端部。

由此，由于阳极催化剂层24的端部和电解质膜22间的导电性被绝缘层60a遮断，因此能够进一步提高上述阳极催化剂层间的短路抑制效果。另外，由于阴极催化剂层26的端部和电解质膜22间的导电性被绝缘层60b遮断，因此能够进一步提高上述阴极催化剂层间的短路抑制效果。

(膜电极接合体的制作方法)

关于实施方式1的膜电极接合体20的制作方法，参照图3到图4进行说明。图3到图4是表示实施方式1的膜电极接合体20的制作方法的工序图。另外，图3到图4中，在左侧(i)表示平面图，在右侧(ii)表示沿平面图的A-A线的剖面图。

首先，如图3(A)所示，准备电解质膜22。电解质膜22的膜厚是20～150μm。作为电解质膜22，例如可以采用Nafion膜。

接下来，如图3(B)所示，在电解质膜22的一主表面上设置掩模(模具)70a，该掩模70a具有与阳极侧的绝缘层形成区域对应的宽度大约500μm的开口部72a。同样地，在电解质膜22的另一主表面上设置掩模(模具)70b，该掩模70b具有与阴极侧的绝缘层形成区域对应的宽度大约500μm的开口部72b。

接下来，如图3(C)所示，在与开口部72a对应的电解质膜22上形成绝缘层60a。同样地，在与开口部72b对应的电解质膜22上形成绝缘层60b。具体而言，采用喷雾涂敷法从掩模70a上向电解质膜22上涂敷Nafion溶液等离子交换剂溶液，由此形成绝缘层60a。同样地，采用喷雾涂敷法从掩模70b上向电解质膜22上涂敷Nafion溶液等离子交换剂溶液，由此形成绝缘层60b。另外，作为绝缘层60，如上所述，优选与电解质膜22相比电阻率高。即，绝缘层60所使用的Nafion与电解质膜22所使用的Nafion相比电阻率高。

接下来，如图4(A)所示，去除掩模70a以及掩模70b。由此，在电解质膜22的一主表面上以分离的状态形成多个绝缘层60a，在电解质膜22的另一主表面上以分离的状态形成多个绝缘层60b。

另外，绝缘层60所使用的聚酰亚胺等一部分树脂在成膜时需要在大约300～500℃的高温下热处理。在这种情况下，若电解质膜22的玻化温度在300℃以下，则可能在形成绝缘层60时熔化或者分解。因此，也可以通过将预先成膜的树脂以长方状切断后采用热压机进行加压而形成绝缘层60。

接下来，如图4(B)所示，在电解质膜22的一主表面侧，以跨越多个绝缘层60a的方式沿电解质膜22的长度方向形成催化剂层80a。具体而言，通过将水10g、Nafion溶液5g、铂黑或者载持有铂的碳5g充分地搅拌而调制催化剂浆料，且喷雾涂敷该催化剂浆料，由此形成催化剂层80a。同样地，在电解质膜22的另一主表面侧，以跨越绝缘层60b的方式沿电解质膜22的长度方向形成催化剂层80b。具体而言，通过喷雾涂敷上述催化剂浆料而形成催化剂层80b。

接下来，如图4(C)所示，使用准分子激光器等激光器局部去除在电解质膜22的一主表面侧设置的催化剂层80a的规定区域，即，与绝缘层60a的中央区域对应的催化剂层80a(去除催化剂层80a的宽度为1～500μm，优选50～200μm)，由此切断催化剂层80a，使绝缘层60a的中央区域露出而形成阳极催化剂层24a-d。

另外，使用准分子激光器等激光器局部去除在电解质膜22的另一主表面侧设置的催化剂层80b的规定区域，即，与绝缘层60b的中央区域对应的催化剂层80b(去除催化剂层80b的宽度为1～500μm，优选50～200μm)，由此切断催化剂层80b，使绝缘层60b的中央区域露出而形成阴极催化剂层26a-d。另外，去除催化剂层所使用的激光器除准分子激光器外还可以使用其激发波长在180nm以上550nm以下的YAG第三高频激光器或者YVO₄第四高频绿色激光器等。激光器的输出只要足够将激光照射部分的催化剂层完全去除即可，根据催化剂层的材料和厚度而适当调整即可。

由此，在通过激光加工局部去除催化剂层80a时，由于电解质膜22由绝缘层60a保护，因而抑制电解质膜22的结构变化和老化。另外，在通过激光加工局部去除催化剂层80b时，由于电解质膜22由绝缘层60b保护，因而抑制电解质膜22的结构变化和老化。

根据以上的制造工序制作实施方式1的膜电极接合体20。另外，在上述制造工序中，虽然在各工序中对阳极以及阴极实施相同的工序后，再转移到下一工序，但例如也可以对阳极实施一连串的工序后，再对阴极实施一连串的工序。

在如上所述通过激光加工形成绝缘层60的情况下，列举对绝缘层60所期望的特性。

(1)作为绝缘层60使用含氟聚合物，优选在绝缘层60中含有的含氟聚合物的C-F键的数目多于在电解质膜22中含有的离子交换剂的C-F键的数目。在此，C-F键的数目是每单位重量上存在的C-F键的数目，例如能够使用XPS(X射线光电子光谱：X-ray photoelectron spectroscopy)进行评价。另外，由于C-F键的键能高于在激光加工中使用的准分子激光器(波长248nm)的能量，因此C-F键的数目越多越难受到由准分子激光器产生的结构变化。

具体而言，在绝缘层60使用了Nafion的情况下，作为C-F键的数目少于绝缘层60的电解质膜22，可以举出由1-丙醇作为溶剂的磺酸化聚(苯乙烯-无规-乙烯)5wt％溶液、1-丙醇和二氯乙烷作为溶剂的磺酸化聚苯乙烯-嵌段-聚(苯乙烯-无规-丁烯)-嵌段-聚苯乙烯5wt％溶液、1-丙醇作为溶剂的可交联的磺酸化聚(苯乙烯-无规-乙烯)5wt％溶液以及1-丙醇和二氯乙烷作为溶剂的可交联的磺酸化聚苯乙烯-嵌段-聚(苯乙烯-无规-丁烯)-嵌段-聚苯乙烯5wt％溶液的各溶液分别浇注而得到的凝胶化的聚2-丙烯酰胺2-甲基丙烷磺酸等的电解质膜。

由此，在通过激光加工局部去除催化剂层80a时，即使对绝缘层60a照射激光，构成绝缘层60a的分子也难于产生结构变化。另外，在通过激光加工局部去除催化剂层80b时，即使对绝缘层60b照射激光，构成绝缘层60b的分子也难于产生结构变化。

另外，优选催化剂层80a、催化剂层80b中含有的离子交换剂的C-F键的数目少于绝缘层60中含有的含氟聚合物的C-F键的数目。由此，催化剂层80a、催化剂层80b易于激光加工，能够提高阳极催化剂层24、阴极催化剂层26的加工精度。

(2)优选绝缘层60与电解质膜22相比耐热性高。作为这样的绝缘层60，能举出酚醛树脂、聚酰亚胺。

由此，在通过激光加工局部去除催化剂层80a时，即使对绝缘层60a照射激光，绝缘层60a也难于老化。另外，在通过激光加工局部去除催化剂层80b时，即使对绝缘层60b照射激光，绝缘层60b也难于老化。

(3)优选绝缘层60与电解质膜22相比导热性低。作为这样的绝缘层60，能举出聚酰亚胺、纤维素。

由此，在通过激光加工局部去除催化剂层80a时，由于难于通过绝缘层60a向电解质膜22传导热，因而抑制电解质膜22的老化。另外，在通过激光加工局部去除催化剂层80b时，由于难于通过绝缘层60b向电解质膜22传导热，因而抑制电解质膜22的老化。

优选绝缘层60与电解质膜22相比激光的透射率低。在激光的激发波长为180nm以上550nm以下的情况下，作为遮断这样的激光的绝缘层60，能举出聚酰亚胺、磺化聚酰亚胺、聚碳酸酯、异丁烯树脂等。由此，在通过激光加工局部去除催化剂层80a时，由于绝缘层60a遮断激光，因此能够防止激光透射电解质膜22而去除催化剂层80b。另外，在通过激光加工局部去除催化剂层80b时，由于绝缘层60b遮断激光，因此能够防止激光透射电解质膜22而去除催化剂层80a。

(实施例1)

在实施例1中作为电解质膜使用了Nafion膜。进而在电解质膜上形成Nafion膜作为绝缘层，在其两个面上涂敷使用了Nafion作为离子交换剂的催化剂浆料，准备实施例1的膜电极接合体。即，在本实施例的膜电极接合体中，电解质膜以及绝缘层使用相同的材料。接下来使用准分子激光器仅对膜电极接合体的一面实施激光加工。

(比较例1)

在比较例1中作为电解质膜使用了Nafion膜。在其两个面上涂敷使用了Nafion作为离子交换剂的催化剂浆料，准备比较例1的膜电极接合体。与实施例1相同，使用准分子激光器仅对膜电极接合体的一面实施激光加工。

(实验结果1)

通过在实施例1以及比较例1的膜电极接合体的两侧装载GDL，由此将多个单体蓄电池以并联连接的状态装入试验夹具。接下来在对阳极供给氢、对阴极供给空气的状态下测定单体蓄电池温度50℃的OCV值。测定结果如表1所示。

表1

	实施例1	比较例1	参考(普通单体蓄电池)
				OCV值	0.973V	0.921V	0.97～0.98V

所谓普通单体蓄电池是在比较例1中不进行激光加工的单体蓄电池。

由于实施例1得到了与不进行激光加工的普通单体蓄电池同等的OCV值，因此可知通过绝缘层的设置可以防止电解质膜的交叉泄漏(クロスリ一ク)。另一方面，比较例1比实施例1低大约50mV。由此确认由于激光的影响而使电解质膜产生交叉泄漏。

(实施例2)

在实施例2中，作为电解质膜使用了Nafion膜。在电解质膜上形成Nafion膜作为绝缘层之后，在其两个面上涂敷使用了磺酸化聚苯乙烯-嵌段-聚(乙烯-无规-丁烯)-嵌段-聚苯乙烯作为离子交换剂的催化剂浆料，准备膜电极接合体。使用准分子激光器仅对膜电极接合体的一面实施激光加工。

(实验结果2)

激光照射后的比较例1的表面观察结果如图5所示。激光照射的部位产生了气泡状物，由此确认由于激光的照射对电解质膜造成损伤。

接下来，激光照射后的实施例2的表面观察结果如图6所示。在实施例2的加工后的电解质膜的表面上没有产生气泡状物，没有观察到由于激光照射造成的损伤。

在比较例1中，在催化剂层内易于去除催化剂的部位和难于去除催化剂的部位混合在一起。考虑到由于在难于去除催化剂的部位以去除催化剂的方式设定激光强度，因此在易于去除催化剂的部位，对去除催化剂后露出的电解质膜照射激光，从而对电解质膜造成损伤。与此相对，在实施例2中，易于去除催化剂的部位和难于去除催化剂的部位没有混合在一起，能够均匀地去除催化剂层。

由以上可知，磺酸化聚苯乙烯-嵌段-聚(乙烯-无规-丁烯)-嵌段-聚苯乙烯比Nafion易于进行准分子激光器加工。

(实施例3)

在实施例3中使用了Nafion膜作为电解质膜。在电解质膜上作为绝缘层形成聚酰亚胺膜，与比较例1同样地制作膜电极接合体。接下来使用绿色激光仅对膜电极接合体的一面实施激光加工。

(比较例2)

在比较例2中使用了Nafion膜作为电解质膜，在其两个面上涂敷使用了Nafion作为离子交换剂的催化剂浆料而形成膜电极接合体。与实施例3同样地使用绿色激光仅对膜电极接合体的一面实施激光加工。

(实验结果3)

激光照射后的比较例2的膜电极接合体的剖面照片如图7所示。在比较例2中，虽然仅对一面进行激光照射，但是激光透射电解质膜，连相反侧的催化剂层也被去除。

接下来，激光照射后的实施例3的膜电极接合体的剖面照片如图8所示。在实施例3中可知，由于绝缘层使用了聚酰亚胺，因此激光被遮断，催化剂层仅被去除照射激光的一侧。

由以上可以确认，由于设置遮断激光的绝缘层60，因此可以仅对一面进行激光加工。

(实施方式2)

图9是表示实施方式2的膜电极接合体的构造的剖面图。除了阳极催化剂层24、阴极催化剂层26的结构之外，本实施方式的膜电极接合体20与实施方式1的膜电极接合体相同。

本实施方式的阳极催化剂层24由在与电解质膜22相接的区域R1和位于绝缘层60a的端部上的区域R2上不同的离子交换剂成分构成。具体而言，区域R2的阳极催化剂层24含有与区域R1的阳极催化剂层24相比C-F键的数目少的离子交换剂。

由此，由于阳极催化剂层24的端部易于激光加工，因此能够提高阳极催化剂层24的加工精度，且能够实现膜电极接合体20的进一步微细化。

另外，本实施方式的阴极催化剂层26由在与电解质膜22相接的区域R1’和位于绝缘层60b的端部上的区域R2’上不同的离子交换剂成分构成。具体而言，区域R2’的阴极催化剂层26含有与区域R1’的阴极催化剂层26相比C-F键的数目少的离子交换剂。

由此，由于阴极催化剂层26的端部易于激光加工，因此能够提高阴极催化剂层26的加工精度，且能够实现膜电极接合体20的进一步微细化。

(膜电极接合体的制作方法)

关于实施方式2的膜电极接合体20的制作方法，参照图10到图11进行说明。图10到图11是表示实施方式2的膜电极接合体20的制作方法的工序图。另外，在图10到图11中，在左侧(i)表示平面图，在右侧(ii)表示沿平面图的A-A线的剖面图。

实施方式2的膜电极接合体20的制作方法从图3(A)到(C)与实施方式1的膜电极接合体的制作方法相同。

在如图3(C)所示的工序后，如图10(A)所示，在开口部72a的绝缘层60a上涂敷催化剂浆料而形成催化剂层80a’，该催化剂层80a’含有与后述的催化剂层80a相比C-F键的数目少的离子交换剂。同样地，在开口部72b的绝缘层60b上涂敷催化剂浆料而形成催化剂层80b’，该催化剂层80b’含有与后述的催化剂层80b相比C-F键的数目少的离子交换剂。另外，作为催化剂层80a’以及催化剂层80b’使用的离子交换剂，可以举出由1-丙醇作为溶剂的磺酸化聚(苯乙烯-无规-乙烯)5wt％溶液、1-丙醇和二氯乙烷作为溶剂的磺酸化聚苯乙烯-嵌段-聚(苯乙烯-无规-丁烯)-嵌段-聚苯乙烯5wt％溶液、1-丙醇作为溶剂的可交联的磺酸化聚(苯乙烯-无规-乙烯)5wt％溶液以及1-丙醇和二氯乙烷作为溶剂的可交联的磺酸化聚苯乙烯-嵌段-聚(苯乙烯-无规-丁烯)-嵌段-聚苯乙烯5wt％溶液的各溶液分别浇注而得到的聚2-丙烯酰胺2-甲基丙烷磺酸。

接下来，如图10(B)所示，去除掩模70a以及掩模70b后在催化剂层80a’以及催化剂层80b’上分别另行设置掩模75a以及掩模75b。

接下来，如图10(C)所示，通过在与电解质膜22相接的区域涂敷催化剂浆料，形成含有与催化剂层80a’相比C-F键的数目多的离子交换剂的催化剂层80a，之后去除掩模75a。同样地，通过在与电解质膜22相接的区域涂敷催化剂浆料，形成含有与催化剂层80b’相比C-F键的数目多的离子交换剂的催化剂层80b，之后去除掩模75b。另外，作为催化剂层80a以及催化剂层80b使用的离子交换剂，可以举出Nafion。

接下来，如图11所示，使用准分子激光器等激光器局部去除在电解质膜22的一主表面侧设置的催化剂层80a’的规定区域，即，与绝缘层60a的中央区域对应的催化剂层80a’(去除催化剂层80a’的宽度为1～500μm，优选50～200μm)，由此切断催化剂层80a’，使绝缘层60a的中央区域露出而形成阳极催化剂层24a-d。由于催化剂层80a’中含有的离子交换剂的C-F键的数目相对少，因此能够高精度地加工催化剂层80a’，能够实现膜电极接合体20的进一步微细化。

通过以上工序，阳极催化剂层24由在与电解质膜22相接的区域R1和位于绝缘层60a的端部上的区域R2上不同的离子交换剂成分构成，区域R2的阳极催化剂层24形成为含有与区域R1的阳极催化剂层24相比C-F键的数目少的离子交换剂的结构。

另外，使用准分子激光器等激光器局部去除在电解质膜22的另一主表面侧设置的催化剂层80b’的规定区域，即，与绝缘层60b的中央区域对应的催化剂层80b’(去除催化剂层80b’的宽度为1～500μm，优选50～200μm)，由此切断催化剂层80b’，使绝缘层60b的中央区域露出而形成阴极催化剂层26a-d。由于催化剂层80b’中含有的离子交换剂的C-F键的数目相对少，因此能够高精度地加工催化剂层80b’，能够实现膜电极接合体20的进一步微细化。

通过以上工序，阴极催化剂层26由在与电解质膜22相接的区域R 1’和位于绝缘层60b的端部上的区域R2’上不同的离子交换剂成分构成，区域R2’的阴极催化剂层26形成为含有与区域R1’的阴极催化剂层26相比C-F键的数目少的离子交换剂的结构。

本发明并不局限于上述各实施方式，可以根据本领域技术人员的知识施加各种设计变更等变形，施加了这样的变形的实施方式也包含在本发明的范围内。

例如，在上述各实施方式中，在电解质膜的阳极侧以及阴极侧的两方的催化剂层间设有上述绝缘层，但也可以仅在电解质膜的阳极侧以及阴极侧的任意一方的催化剂层间设置上述绝缘层。

Claims (10)

1.一种膜电极接合体，其特征在于，具备：

电解质膜，其含有离子交换剂；

设置于所述电解质膜的一面上的多个第一催化剂层；

与所述多个第一催化剂层对应而设置于所述电解质膜的另一面上的多个第二催化剂层；

绝缘层，其设置于相邻的第一催化剂层之间以及相邻的第二催化剂层之间的至少一方的所述电解质膜上。

2.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其特征在于，

在所述绝缘层设置于所述第一催化剂层的一侧的情况下，所述绝缘层的单体蓄电池排列方向的端部介于所述电解质膜和所述第一催化剂层之间，

在所述绝缘层设置于所述第二催化剂层的一侧的情况下，所述绝缘层的单体蓄电池排列方向的端部介于所述电解质膜和所述第二催化剂层之间。

3.根据权利要求2所述的膜电极接合体，其特征在于，

在所述绝缘层设置于所述第一催化剂层的一侧的情况下，位于所述绝缘层的单体蓄电池排列方向的端部上的区域的所述第一催化剂层，含有与和所述电解质膜相接的区域的所述第一催化剂层相比C-F键的数目少的离子传导体，

在所述绝缘层设置于所述第二催化剂层的一侧的情况下，位于所述绝缘层的单体蓄电池排列方向的端部上的区域的所述第二催化剂层，含有与和所述电解质膜相接的区域的所述第二催化剂层相比C-F键的数目少的离子传导体。

4.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其特征在于，

所述绝缘层含有与所述电解质膜中含有的离子交换剂相比C-F键的数目多的树脂。

5.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其特征在于，

所述绝缘层与所述电解质膜相比耐热性高。

6.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其特征在于，

所述绝缘层与所述电解质膜相比导热性低。

7.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其特征在于，

所述绝缘层由与所述电解质膜相同的材料形成。

8.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其特征在于，

所述催化剂层含有与所述电解质膜中含有的离子交换剂相比C-F键的数目少的树脂。

9.根据权利要求1所述的膜电极接合体，其特征在于，

所述催化剂层的加工中使用的激光的所述绝缘层中的透射系数比所述电解质膜中的该激光的透射系数低。

10.一种燃料电池，其特征在于，

具备权利要求1至9中任意一项所述的膜电极接合体。

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