JP2000182632A - 固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極特性および電極寿命の向上を図ること。 【解決手段】水素イオン伝導性を有する固体高分子を電
解質として用いる固体高分子電解質燃料電池用の電極の
製造方法において、高分子電解質膜２を相互に挟持する
ように燃料極３および酸化剤極４を配置して単位電極１
を構成し、しかる後に、対向配置された加熱圧着ローラ
ー7a,7b 間に単位電極１を挿入して圧着することによ
り、高分子電解質膜２と燃料極３および酸化剤極４とを
接着一体化形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素イオン伝導性
を有する高分子あるいは水素イオン伝導性を有する無機
または有機材料粉末と結着剤としての高分子材料との複
合材を電解質として用いる固体高分子電解質燃料電池用
の電極の製造方法に係り、特に電極特性および電極寿命
を向上させるようにした固体高分子電解質燃料電池用電
極の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高効率のエネルギー変換装置とし
て、燃料電池が注目を多く集めてきている。

【０００３】この燃料電池は、反応ガスである水素等の
燃料ガスと空気等の酸化剤ガスを電気化学的に反応させ
ることにより、燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エ
ネルギーに変換する装置である。

【０００４】そして、この燃料電池は、電解質の違い等
により様々なタイプのものに分類されるが、その一つと
して、水素イオン伝導性を有する固体高分子を電解質と
して用いる固体高分子電解質燃料電池は、コンパクトな
構造で高出力密度を得ることができ、また簡素なシステ
ムによる運転が可能であることから、宇宙用や車両用の
電源として大きく注目されてきている。

【０００５】ここで、高分子電解質としては、例えばス
ルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン交換膜、フ
ルオロカーボンスルホン酸とポリビニリデンフルオロラ
イドとの混台物質、フルオロカーボンマトリクスにトリ
フルオロエチレンをクラフト化して添加したもの等が知
られている。

【０００６】特に、最近では、バーフルオロカーボンス
ルホン酸膜（例えばナフィオン：商品名、デュポン社
製）等が多く用いられている。

【０００７】図６は、高分子電解質膜を電解質として用
いるこの種の固体高分子電解質燃料電池の構成例を示す
縦断面図である。

【０００８】固体高分子電解質燃料電池は、通常、図６
に示すように形成された単位セル１５を、複数積層した
積層体構造として構成されている。

【０００９】単位セル１５は、高分子電解質膜１６と、
白金等の触媒２８と多孔質体で形成されて高分子電解質
膜１６を相互で挟持するように配置された燃料極１７お
よび酸化剤極１８と、燃料極１７の背面に接触配置され
た多孔質体製の燃料極側集電体１９と、酸化剤極１８の
背面に接触配置された酸化剤極側集電体２０と、燃料極
側集電体１９の燃料極１７に接触する面に形成されて燃
料極１７に燃料ガスを分配供給する複数の燃料供給溝２
１と、酸化剤極側集電体２０の酸化剤極１８に接触する
面に形成されて酸化剤極１８に酸化剤ガスを分配供給す
る複数の酸化剤供給溝２２と、燃料極側集電体１９の背
面側に設けられた冷却板２３と、この冷却板２３に設け
られて冷却水を案内する冷却水案内溝２４と、この冷却
水案内溝２４によって案内された水の一部が燃料極側集
電体１９へ移行する量を制御する加湿水透過板２５とか
ら構成されている。

【００１０】なお、図６中、２６，２７は、高分子電解
質膜１６、燃料極１７、および酸化剤極１８からなる膜
電極複合体（以下、単位電極、略して単に電極と称す
る）の周囲を取り囲んで燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏
洩を防止すると共に、燃料極側集電体１９と酸化剤極側
集電体２０との間の絶縁を確保する絶縁状スペーサを示
している。

【００１１】また、冷却板２３を介在させない場合に
は、燃料極側集電体１９と酸化剤極側集電体２０とが一
体化されている場合もある。

【００１２】ところで、このような固体高分子電解質燃
料電池用電極の従来の製造方法としては、積層する方法
（第１の製造方法）と、熱間プレスで熱圧着する方法
（第２の製造方法）とがある。

【００１３】以下、従来の電極の製造方法について説明
する。

【００１４】まず、第１の製造方法においては、電極の
触媒２８は、高分子電解質膜１６の上下の両側表面に担
持されており、これを、多孔質体で形成された燃料極１
７および酸化剤極１８で相互に挟持するように配置して
製造するようにしている。この場合には、高分子電解質
膜１６と燃料極１７と酸化剤極１８は、単に積層するの
みであり、加熱等の加工は行なわれない。

【００１５】一方、第２の製造方法においては、上下に
対向する平らな熱板によつて構成される熱間プレスを用
いて、白金等の触媒２８を担持した多孔質体で形成され
る燃料極１７および酸化剤極１８を、高分子電解質膜１
６を相互に挟持するように配置した後に、加熱圧着して
一体化するようにしている。

【００１６】しかしながら、上述したような従来の固体
高分子電解質燃料電池用電極の製造方法においては、次
のような問題がある。

【００１７】すなわち、まず、前述した第１の製造方法
においては、多孔質体で形成された燃料極１７および酸
化剤極１８は、触媒２８が上下の両側表面に担持された
高分子電解質膜１６の表面と接触するように配置されて
いる。

【００１８】この場合、燃料極１７および酸化剤極１８
は多孔質体であるので、高分子電解質膜１６の表面との
接触界面には凹凸があり、接触抵抗の増大による電極特
性の低下が懸念される。

【００１９】一方、前述した第２の製造方法において
は、熱間プレスを用いて加熱圧着する場合には、電極の
燃料極１７および酸化剤極１８を高分子電解質膜１６に
密着させるため、プレス圧着中は加熱と冷却を連続して
行なう必要がある。

【００２０】この時、高分子電解質膜１６は高温状態で
保持されるため、場合によっては、高分子電解質膜１６
の分子構造が変化し、膜の変形および水素イオン伝導性
の低下を招く恐れがある。

【００２１】また、従来の固体高分子電解質燃料電池用
電極にあっては、燃料極１７の高分子電解質膜１６に接
触する領域のエッジ部と、および酸化剤極１８の高分子
電解質膜１６に接触する領域のエッジ部とが、高分子電
解質膜１６を挟んで重なるように構成されている。

【００２２】このため、プレスで加熱圧着する時にエッ
ジ部分に圧力が集中し、高分子電解質膜１６の上記エッ
ジ部分に接触している部分が、両方から押されて破損す
る恐れがある。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法において
は、電極積層構成時に接触抵抗の増大によって電極特性
の低下が生じたり、プレス加熱圧着による一体化時に高
分子電解質の分子構造が変化して膜の変形および水素イ
オン伝導性の低下を招き、結果として電極寿命が短かく
なるという問題がある。

【００２４】本発明の目的は、電極特性および電極寿命
を向上させることが可能な固体高分子電解質燃料電池用
電極の製造方法を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、水素イオン伝導性を有する
固体高分子を電解質として用いる固体高分子電解質燃料
電池用の電極の製造方法において、高分子電解質膜を相
互に挟持するように燃料極および酸化剤極を配置して単
位電極を構成し、しかる後に、対向配置された加熱圧着
ローラーの間に単位電極を挿入して圧着することによ
り、高分子電解質膜と燃料極および酸化剤極とを接着一
体化形成するようにしている。

【００２６】従って、請求項１の発明の固体高分子電解
質燃料電池用電極の製造方法においては、対向する加熱
圧着ローラーの間を、高分子電解質膜と、この高分子電
解質膜を相互に挟持するように配置された燃料極および
酸化剤極とが移動することにより、プレスの場合に比べ
て高分子電解質膜を長時間高温状態にさらすことなく、
高分子電解質膜を燃料極および酸化剤極と密着させるこ
とができる。

【００２７】また、請求項２の発明では、上記請求項１
の発明の固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法に
おいて、加熱圧着ローラーは、電熱ヒーターあるいは電
磁誘導加熱装置による加熱手段を備えている。

【００２８】従って、請求項２の発明の固体高分子電解
質燃料電池用電極の製造方法においては、加熱圧着ロー
ラーは、電熱ヒーターあるいは電磁誘導加熱装置による
加熱手段を備えていることにより、ローラー圧着面の温
度分布を均一となるように制御できるため、電極特性を
安定化することができる。

【００２９】さらに、請求項３の発明では、上記請求項
２の発明の固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法
において、加熱圧着ローラーは、その形状が円柱状で、
かつこの円柱状ローラー面の円周長が、一体化する燃料
極および酸化剤極加熱面のローラー進行方向の長さより
も長くなっている。

【００３０】従って、請求項３の発明の固体高分子電解
質燃料電池用電極の製造方法においては、加熱圧着ロー
ラーの形状を円柱状で、かつローラー面の円周長が一体
化する燃料極および酸化剤極加熱面のローラー進行方向
の長さよりも長くすることにより、ローラー圧着面が燃
料極および酸化剤極の加熱圧着面を重複なく通過できる
ため、加熱圧着時の接触面の放熱による温度低下に影響
されることなく、加熱圧着面を密着させることができ
る。

【００３１】また、請求項４の発明では、上記請求項１
乃至請求項３のいずれか１項の発明の固体高分子電解質
燃料電池用電極の製造方法において、加熱圧着ローラー
は、液体または気体を媒体とする加圧手段を備えてい
る。

【００３２】ここで、特に上記加熱圧着ローラーの加圧
手段としては、例えば請求項５に記載したように、油圧
シリンダあるいは空気圧シリンダを用いることが好まし
い。

【００３３】従って、請求項４および請求項５の発明の
固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法において
は、加熱圧着ローラーは、液体または気体を媒体とする
加圧手段、例えば油圧シリンダあるいは空気圧シリンダ
を備えていることにより、加熱圧着ローラーの圧着面圧
を一定に保つことができる。

【００３４】この場合、高分子電解質膜の表面と、その
表面に接触する多孔質体で形成された燃料極および酸化
剤極との接触界面における凹凸に対して、均一に密着さ
せることが可能となる。

【００３５】例えば、比較例として、上記加圧手段を備
えずに、対向する一対の加熱圧着ローラーのギャップを
固定して電極を一体化した場合では、その接触界面の凹
凸はそのまま接着むらとなり、良好な特性は得られな
い。

【００３６】一方、請求項６の発明では、水素イオン伝
導性を有する固体高分子を電解質として用いる固体高分
子電解質燃料電池用の電極の製造方法において、高分子
電解質膜を相互に挟持するように燃料極および酸化剤極
を配置して単位電極を構成し、次に、燃料極および酸化
剤極の加熱圧着面を露出させるような額縁形状を有し、
かつ耐熱性材料によって構成される対向する嵌め合い構
造を有する板状の固定治具を、単位電極の高分子電解質
膜の加熱圧着面以外の部分を被覆するように配置し、し
かる後に、対向配置された加熱圧着ローラー間に、固定
治具に嵌め込まれた単位電極を挿入して圧着することに
より、高分子電解質膜と燃料極および酸化剤極とを一体
化形成するようにしている。

【００３７】ここで、特に上記固定治具としては、例え
ば請求項７に記載したように、高分子電解質膜と燃料極
および酸化剤極との接着温度近傍である１００゜Ｃ〜２
００゜Ｃの範囲で融解変形しない鉄系金属類、非鉄系金
属類、あるいはポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、
フッ素系樹脂のいずれかを含む高分子材料のいずれかの
材料から構成されているものを用いることが好ましい。

【００３８】従って、請求項６および請求項７の発明の
固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法において
は、加熱圧着ローラーの固定治具は、燃料極および酸化
剤極の加熱圧着面を露出させるような嵌め合い構造を持
つ額縁形状をしていることにより、燃料極および酸化剤
極が加熱圧着ローラーを通過する際にもずれを生じるこ
となく固定することができ、ローラーの加熱圧着を良好
に実施することができる。

【００３９】また、板状の耐熱性材料によって固定治具
を構成することにより、高分子電解質膜の加熱圧着面以
外の部分、すなわち燃料極の高分子電解質膜に接触する
領域のエッジ部と、および酸化剤極の高分子電解質膜に
接触する領域のエッジ部とが挟んで重なる高分子電解質
膜の露出部は、耐熱性材料の固定治具に被覆されるた
め、加熱が抑制されて高分子電解質膜の変形劣化を防止
することができる。

【００４０】一方、請求項８の発明では、上記請求項１
乃至請求項７のいずれか１項の発明の固体高分子電解質
燃料電池用電極の製造方法において、加熱圧着ローラー
は、ローラー進行方向に複数段並べて配置している。

【００４１】従って、請求項８の発明の固体高分子電解
質燃料電池用電極の製造方法においては、加熱圧着ロー
ラーを、ローラー進行方向に複数段並べて配置すること
により、単位電極は、予熱した後に加熱圧着されるた
め、より一層効能率で安定的に高分子電解質膜と燃料極
および酸化剤極とを一体化することができる。

【００４２】以上により、高分子電解質膜と、この高分
子電解質膜を相互で挟持するように配置された燃料極お
よび酸化剤極との密着性が向上し、接触抵抗の増大を抑
制して電極特性の向上を図ると共に、高分子電解質膜の
変形劣化を防止して電極寿命の向上を図ることができ
る。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００４４】（第１の実施の形態）図１（ａ）および
（ｂ）は、本実施の形態による固体高分子電解質燃料電
池用電極の製造方法に用いる固定治具の配置構成例を示
す断面図および平面図である。

【００４５】図１（ａ）および（ｂ）において、電極１
は、高分子電解質膜２と、白金等の触媒と多孔質体で形
成されて高分子電解質膜２を相互に挟持するように配置
された燃料極３および酸化剤極４とから構成している。

【００４６】一方、固定治具５ａ，５ｂは、燃料極３お
よび酸化剤極４の加熱圧着面を露出させるような額縁形
状を有し、かつ耐熱性材料によって構成される板状とな
っている。

【００４７】また、固定治具５ａ，５ｂは、固定治具５
ａの四隅に貫通穴３４を設け、固定治具５ｂの側に凸部
３５を設けて、燃料極３および酸化剤極４の配置がずれ
ないように、対向する嵌め合い構造を持たせたものとな
っている。

【００４８】さらに、固定治具５ａ、５ｂは、互いに嵌
め合わせた時の厚みが電極１の厚みよりも薄くなるよう
になっている。

【００４９】図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、同固体高
分子電解質燃料電池用電極の製造方法に用いる加熱圧着
ローラーの構成例を示す断面図、平面図、斜視図を模式
的に示したものである。

【００５０】図２（ａ），（ｂ），（ｃ）において、加
熱圧着ローラー７は、上下に対向する一対の円柱状ロー
ラー７ａ，７ｂで構成され、円柱状ローラー７ａ，７ｂ
の表面には、電熱ヒータ−８ａ，８ｂ（あるいは電磁誘
導加熱装置）による加熱手段を取り付けている。

【００５１】また、円柱状ローラー７ａ，７ｂ面の円周
長は、一体化する燃料極３および酸化剤極４のローラー
進行方向の長さよりも長くしている。

【００５２】さらに、電熱ヒータ−８ａ，８ｂの温度を
監視するために、温度センサ１３ａ，１３ｂを設置して
いる。

【００５３】さらにまた、円柱状ローラー７ａ，７ｂの
駆動軸９ａ，９ｂには、気体を媒体とする加圧手段であ
る空気圧シリンダ１０ａ，１０ｂ（液体を媒体とする加
圧手段である油圧シリンダを用いてもよい）と、圧力調
整弁１１ａ，１１ｂを設置している。

【００５４】次に、以上のような構成に基づく本実施の
形態の固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法につ
いて説明する。

【００５５】まず、図１（ａ）および（ｂ）に示すよう
に、高分子電解質膜２を相互に挟持するように、燃料極
３および酸化剤極４を配置して電極１を構成する。

【００５６】次に、燃料極３および酸化剤極４の加熱圧
着面を露出させるような額縁形状を有し、耐熱性材料に
よって構成される対向する嵌め合い構造を有する板状の
固定治具５ａ，５ｂを、電極１の高分子電解質膜２の加
熱圧着面以外の部分を被覆するように、かつ電極１の燃
料極３および酸化剤極４をそれぞれ嵌め込むように配置
する。

【００５７】一方、加熱圧着ローラー７の一対の円柱状
ローラー７ａ，７ｂを同転させながら、電熱ヒータ−８
ａ，８ｂを加熱圧着に適した温度に設定し、空気圧シリ
ンダ１０ａ，１０ｂの加圧力を、圧力調整弁１１ａ、１
１ｂで調整する。

【００５８】しかる後に、上記のようにして加熱圧着に
適した条件の揃ったところで、図１（ａ）に示すように
一体化用構成６で配置された固定治具７ａ，７ｂに嵌め
込まれた電極１を、支持テーブル１２に沿ってローラー
７ａ，７ｂに挿入し、加熱圧着する。

【００５９】以上により、高分子電解質膜２と、この高
分子電解質膜２を相互で挟持するように配置された燃料
極３および酸化剤極４とを一体化形成する。

【００６０】上述したように、本実施の形態の固体高分
子電解質燃料電池用電極の製造方法では、対向する加熱
圧着ローラー７の間を、高分子電解質膜２と、この高分
子電解質膜２を相互に挟持するように配置された燃料極
３および酸化剤極４とが移動するため、前述したプレス
の場合に比べて、高分子電解質膜２を長時間高温状態に
さらすことなく、高分子電解質膜２を燃料極３および酸
化剤極４と密着させることができる。

【００６１】これにより、高分子電解質膜２と燃料極３
および酸化剤極４との密着性を高めて、接触抵抗の増大
を抑制して電極特性の向上を図ると共に、高分子電解質
膜２の変形劣化をなくして電極寿命の向上を図ることが
可能となる。

【００６２】また、加熱圧着ローラー７は、電熱ヒータ
ー８ａ，８ｂによる加熱手段を備えているため、ローラ
ー圧着面の温度分布を均一となるように制御することが
でき、電極特性を安定化することが可能となる。

【００６３】さらに、加熱圧着ローラー７の形状を円柱
状で、かつローラー面の円周長が一体化する燃料極３お
よび酸化剤極４加熱面のローラー進行方向の長さよりも
長くするようにしているため、ローラー圧着面が燃料極
３および酸化剤極４の加熱圧着面を重複なく通過できる
ため、加熱圧着時の接触面の放熱による温度低下に影響
されることなく、加熱圧着面を密着させることが可能と
なる。

【００６４】一方、加熱圧着ローラー７は、気体を媒体
とする加圧手段である空気圧シリンダ１０ａ，１０ｂを
備えているため、加熱圧着ローラー７の圧着面圧を一定
に保つことができる。

【００６５】この場合、高分子電解質膜２の表面と、そ
の表面に接触する多孔質体で形成された燃料極３および
酸化剤極４との接触界面における凹凸に対して、均一に
密着させることが可能となる。

【００６６】例えば、比較例として、上記加圧手段を備
えずに、対向する一対の加熱圧着ローラーのギャップを
固定して電極を一体化した場合では、その接触界面の凹
凸はそのまま接着むらとなり、良好な特性は得られな
い。

【００６７】また、加熱圧着ローラー７の固定治具５
ａ，５ｂは、燃料極３および酸化剤極４の加熱圧着面を
露出させるような嵌め合い構造を持つ額縁形状をしてい
るため、燃料極３および酸化剤極４が加熱圧着ローラー
７を通過する際にもずれを生じることなく固定すること
ができ、ローラーの加熱圧着を良好に実施することが可
能となる。

【００６８】さらに、板状の耐熱性材料によって固定治
具５ａ，５ｂを構成しているため、高分子電解質膜２の
加熱圧着面以外の部分、すなわち燃料極３の高分子電解
質膜２に接触する領域のエッジ部と、および酸化剤極４
の高分子電解質膜２に接触する領域のエッジ部とが挟ん
で重なる高分子電解質膜２の露出部は、耐熱性材料の固
定治具５ａ，５ｂに被覆されることになり、加熱が抑制
されて高分子電解質膜２の変形劣化を防止することが可
能となる。

【００６９】（第２の実施の形態）図３（ａ）は、本実
施の形態による固体高分子電解質燃料電池用電極の製造
方法に用いる固定治具およびその周辺要素の配置構成例
を示す断面図であり、図１（ａ）と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【００７０】図３（ａ）において、燃料極３および酸化
剤極４と固定治具５ａおよび固定治具５ｂとの間には、
耐熱フィルム２９ａおよび耐熱フィルム２９ｂを配置し
ている。

【００７１】また、固定治具５ａおよび固定治具５ｂの
両外側には、耐熱フィルム３０ａおよび耐熱フィルム３
０ｂを配置している。

【００７２】さらに、固定治具５ａおよび固定治具５ｂ
の両外側の耐熱フィルム３０ａおよび耐熱フィルム３０
ｂとの間には、伝熱性のスペーサ３１ａおよびスペーサ
３１ｂを配置している。

【００７３】次に、以上のような構成に基づく本実施の
形態の固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法にお
いては、燃料極３および酸化剤極４と固定治具５ａおよ
び固定治具５ｂとの間に、耐熱フィルム２９ａおよび耐
熱フィルム２９ｂを配置しているため、加熱圧着ローラ
ー７で電極１を一体化した後に、固定治具５ａ，５ｂを
電極１から取り外し易くすることができる。

【００７４】また、固定治具５ａおよび固定治具５ｂの
両外側に、耐熱フィルム３０ａおよび耐熱フィルム３０
ｂを配置しているため、加熱圧着ローラー７で電極１を
一体化する際に、ローラー面を保護することができる。

【００７５】さらに、固定治具５ａおよび固定治具５ｂ
の両外側の耐熱フィルム３０ａおよび耐熱フィルム３０
ｂとの間に、伝熱性のスペーサ３１ａおよびスペーサ３
１ｂを配置しているため、電極１の厚みが固定治具５ａ
および固定治具５ｂを互いに嵌め合わせた時の厚みより
も薄くなるような場合にも、加熱圧着ローラー７で電極
１を安定に一体化することができる。

【００７６】（第３の実施の形態）図３（ｂ）および
（ｃ）は、本実施の形態による固体高分子電解質燃料電
池用電極の製造方法に用いる固定治具の配置構成例を示
す平面図であり、図１（ｂ）と同一要素には同一符号を
付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について
のみ述べる。

【００７７】すなわち、本実施の形態の固定治具５（５
ａ，５ｂ）は、前記第１の実施の形態で示したように、
電極１の形状が四角形に限定されるものではなく、四角
形のコーナー部を、図３（ｂ）に示すように湾曲型３２
ａ，３３ａとしたり、あるいは図３（ｃ）に示すように
切欠き型３２ｂ，３３ｂとするようにしている。

【００７８】次に、以上のような構成に基づく本実施の
形態の固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法にお
いては、固定治具５（５ａ，５ｂ）は、四角形のコーナ
ー部を、湾曲型３２ａ，３３ａ、あるいは切欠き型３２
ｂ，３３ｂとしているため、加熱圧着ローラー７により
一体化した後の電極１における高分子電解質膜２の残留
応力を緩和することができる。

【００７９】（第４の実施の形態）図４は、本実施の形
態による固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法に
用いる加熱圧着ローラーの構成例を示す断面図を模式的
に示したものであり、図２（ａ）と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【００８０】すなわち、本実施の形態では、図４に示す
ように、図２における一対の円柱状ローラー７ａ，７ｂ
からなる加熱圧着ローラー７の下流側に、もう一対の円
柱状ローラー７ｃ，７ｄからなる加熱圧着ローラー７を
配置することにより、加熱圧着ローラー７をローラー進
行方向に複数段（図では２段）並べて配置するようにし
ている。

【００８１】また、円柱状ローラー７ｃの駆動軸には、
気体を媒体とする加圧手段である空気圧シリンダ１０ｃ
（液体を媒体とする加圧手段である油圧シリンダを用い
てもよい）と、圧力調整弁１１ｃを設置している。

【００８２】なお、図示は省略しているが、円柱状ロー
ラー７ｄの駆動軸にも、加圧手段である空気圧シリンダ
と、圧力調整弁を設置している。

【００８３】次に、以上のような構成に基づく本実施の
形態の固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法にお
いては、加熱圧着ローラー７を、ローラー進行方向に複
数段並べて配置しているため。電極１は、予熱した後に
加熱圧着されることになり、より一層効能率で安定的に
高分子電解質膜２と燃料極３および酸化剤極４とを一体
化することができる。

【００８４】（第５の実施の形態）前記固定治具５（５
ａ，５ｂ）の材料としては、高分子電解質膜と燃料極お
よび酸化剤極との接着温度近傍である１００゜Ｃ〜２０
０゜Ｃの範囲で融解変形しない構成であれば、鉄系金属
類（例えばステンレス）、非鉄系金属類（例えばアルミ
ニウム）、あるいはポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹
脂、フッ素系樹脂のいずれかを含む高分子材料のいずれ
かの材料を組合わせて構成されているものを用いるよう
にしてもよい。

【００８５】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について図面
を参照して説明する。

【００８６】（第１の実施例）本実施例では、前記図１
（ａ）における電極１は、多孔質炭素繊維上に白金を担
持させた燃料極３および酸化剤極４と、高分子電解質膜
２とによって構成している。

【００８７】また、高分子電解質膜２の加熱圧着面以外
の外周部２ａは、ポリイミド系高分子樹脂からなる板状
の額縁形状をした固定治具５，５ｂの間に挟んでいる。

【００８８】一方、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）におけ
る加熱圧着ローラー７は、金属製の軸に、ゴム製のシー
トに電熱線を埋設したヒーター８ａ，８ｂを外周部に取
り付けた構成としている。

【００８９】また、圧着は、加熱圧着ローラー７の駆動
軸９ａ，９ｂの両端に取り付けられた空気圧シリンダ１
０ａ，１０ｂで調節する。

【００９０】ここで、加熱圧着ローラー７のヒーター８
ａ，８ｂの温度、および加熱圧着ローラー７の回転速度
によって加熱条件を設定する。

【００９１】以上のような固定治具５，５ｂの構成、加
熱圧着ローラー７の構成により、高分子電解質膜２と、
この高分子電解質膜２を相互で挟持するように配置され
た燃料極３および酸化剤極４とが密着し、高分子電解質
膜２の変形劣化のない良好な電極１を得ることができ
る。

【００９２】（第２の実施例）前記第１の実施例におい
て、例えば図５に示すような装置を付加して実施するこ
ともできる。

【００９３】すなわち、図５に示すように、高分子電解
質膜連続供給装置３６と、燃料極基板連続供給装置３７
と、酸化剤極基板連続供給装置３８と、電極一体化前あ
るいは電極一体化後に固定治具５を、例えばベルト状に
連続体として組立配置あるいは分解取出しする治具組立
分解装置３９と、一連の一体化後電極の連続体を単位毎
に分離し仕分けする電極分離装置４０とを有する装置を
配置するようにしてもよい。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体高分
子電解質燃料電池用電極の製造方法によれば、対向配置
された加熱圧着ローラーにより、高分子電解質膜と燃料
極および酸化剤極とを接着一体化形成するようにしてい
るので、高分子電解質膜と、この高分子電解質膜を相互
に挟持するように配置された燃料極および酸化剤極との
密着性を高め、接触抵抗の増大を抑制して電極特性の向
上を図ると共に、高分子電解質膜の変形劣化をなくして
電極寿命の向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体高分子電解質燃料電池用電極
の製造方法の第１の実施の形態を示す概要図。

【図２】本発明による固体高分子電解質燃料電池用電極
の製造方法の第１の実施の形態を示す模式図。

【図３】本発明による固体高分子電解質燃料電池用電極
の製造方法の第２および第３の各実施の形態をそれぞれ
示す概要図。

【図４】本発明による固体高分子電解質燃料電池用電極
の製造方法の第４の実施の形態を示す概要図。

【図５】本発明による固体高分子電解質燃料電池用電極
の製造方法の第２の実施例を示す概要図。

【図６】従来の固体高分子電解質燃料電池に組込まれた
単位セルの構成例を示す縦断面図。

【符号の説明】

１…電極、 ２…高分子電解質膜、 ３…燃料極、 ４…酸化剤極、 ５…固定治具、 ６…一体化用構成、 ７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…加熱圧着ローラー、 ８ａ，８ｂ…電熱ヒーター、 ９ａ，９ｂ…ローラー駆動軸、 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ…空気圧シリンダ、 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ…圧力調整弁、 １２…支持テーブル、 １３ａ，１３ｂ…温度センサ、 １４…ローラー本体、 １５…単位セル、 １６…高分子電解質膜、 １７…燃料極、 １８…酸化剤極、 １９…燃料極側集電体、 ２０…酸化剤極側集電体、 ２１…燃料供給溝、 ２２…酸化剤供給溝、 ２３…冷却板、 ２４…冷却水案内溝、 ２５…加湿水透過板、 ２６…絶縁状スペーサ、 ２７…絶縁状スペーサ、 ２８…触媒、 ２９ａ，２９ｂ…耐熱フイルム、 ３０ａ，３０ｂ…耐熱フィルム、 ３１ａ，３１ｂ…スペーサ、 ３２ａ，３２ｂ…固定治具、 ３３ａ，３３ｂ…電極、 ３４…固定治具の貫通穴、 ３５…固定治具の凸部、 ３６…高分子電解質膜連続供給装置、 ３７…燃料極連続供給装置、 ３８…酸化剤極連続供給装置、 ３９…治具組立分解装置、 ４０…電極分離装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 克己 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 鈴木 直俊 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 5H018 AA06 BB01 BB03 HH08 5H026 AA06 BB00 BB01 BB02 HH08

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素イオン伝導性を有する固体高分子を
   電解質として用いる固体高分子電解質燃料電池用の電極
   の製造方法において、 高分子電解質膜を相互に挟持するように燃料極および酸
   化剤極を配置して単位電極を構成し、 しかる後に、対向配置された加熱圧着ローラーの間に前
   記単位電極を挿入して圧着することにより、前記高分子
   電解質膜と燃料極および酸化剤極とを接着一体化形成し
   たことを特徴とする固体高分子電解質燃料電池用電極の
   製造方法。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の固体高分子電解質
   燃料電池用電極の製造方法において、 前記加熱圧着ローラーは、電熱ヒーターあるいは電磁誘
   導加熱装置による加熱手段を備えていることを特徴とす
   る固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法。
3. 【請求項３】 前記請求項２に記載の固体高分子電解質
   燃料電池用電極の製造方法において、 前記加熱圧着ローラーは、その形状が円柱状で、かつこ
   の円柱状ローラー面の円周長が、一体化する燃料極およ
   び酸化剤極加熱面のローラー進行方向の長さよりも長く
   なっていることを特徴とする固体高分子電解質燃料電池
   用電極の製造方法。
4. 【請求項４】 前記請求項１乃至請求項３のいずれか１
   項に記載の固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法
   において、 前記加熱圧着ローラーは、液体または気体を媒体とする
   加圧手段を備えていることを特徴とする固体高分子電解
   質燃料電池用電極の製造方法。
5. 【請求項５】 前記請求項４に記載の固体高分子電解質
   燃料電池用電極の製造方法において、 前記加熱圧着ローラーの加圧手段としては、油圧シリン
   ダあるいは空気圧シリンダを用いることを特徴とする固
   体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法。
6. 【請求項６】 水素イオン伝導性を有する固体高分子を
   電解質として用いる固体高分子電解質燃料電池用の電極
   の製造方法において、 高分子電解質膜を相互に挟持するように燃料極および酸
   化剤極を配置して単位電極を構成し、 次に、前記燃料極および酸化剤極の加熱圧着面を露出さ
   せるような額縁形状を有し、かつ耐熱性材料によって構
   成される対向する嵌め合い構造を有する板状の固定治具
   を、前記単位電極の高分子電解質膜の加熱圧着面以外の
   部分を被覆するように配置し、 しかる後に、対向配置された加熱圧着ローラー間に、前
   記固定治具に嵌め込まれた単位電極を挿入して圧着する
   ことにより、前記高分子電解質膜と燃料極および酸化剤
   極とを一体化形成したことを特徴とする固体高分子電解
   質燃料電池用電極の製造方法。
7. 【請求項７】 前記請求項６に記載の固体高分子電解質
   燃料電池用電極の製造方法において、 前記固定治具としては、前記高分子電解質膜と燃料極お
   よび酸化剤極との接着温度近傍である１００゜Ｃ〜２０
   ０゜Ｃの範囲で融解変形しない鉄系金属類、非鉄系金属
   類、あるいはポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、フ
   ッ素系樹脂のいずれかを含む高分子材料のいずれかの材
   料から構成されているものを用いることを特徴とする固
   体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法。
8. 【請求項８】 前記請求項１乃至請求項７のいずれか１
   項に記載の固体高分子電解質燃料電池用電極の製造方法
   において、 前記加熱圧着ローラーは、ローラー進行方向に複数段並
   べて配置したことを特徴とする固体高分子電解質燃料電
   池用電極の製造方法。