JP2003068320A - 燃料電池用膜電極接合体の製造方法 - Google Patents
燃料電池用膜電極接合体の製造方法Info
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池の生産性が飛躍的に高められると同
時に、得られる燃料電池の性能も大きく向上する燃料電
池用膜電極接合体の製造方法を提供する。 【解決手段】 基材９を連続して移送し、その上に貴金
属担持固形物と水素イオン導電性樹脂とを含む塗料を塗
布して基材９上に第一の触媒層２０１を形成し、次に水
素イオン導電性樹脂を主成分とする塗料を塗布して第一
の触媒層２０１上に高分子電解質層３０１を形成し、次
いで貴金属担持固形物と水素イオン導電性樹脂とを含む
塗料を塗布して第二の触媒層４０１を形成して三層積層
帯を得る。続いて、この三層積層帯を打ち抜きして膜電
極接合体を得る。ここでは各層の幅が、所定の関係を満
たすように塗料を塗布する。
時に、得られる燃料電池の性能も大きく向上する燃料電
池用膜電極接合体の製造方法を提供する。 【解決手段】 基材９を連続して移送し、その上に貴金
属担持固形物と水素イオン導電性樹脂とを含む塗料を塗
布して基材９上に第一の触媒層２０１を形成し、次に水
素イオン導電性樹脂を主成分とする塗料を塗布して第一
の触媒層２０１上に高分子電解質層３０１を形成し、次
いで貴金属担持固形物と水素イオン導電性樹脂とを含む
塗料を塗布して第二の触媒層４０１を形成して三層積層
帯を得る。続いて、この三層積層帯を打ち抜きして膜電
極接合体を得る。ここでは各層の幅が、所定の関係を満
たすように塗料を塗布する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質型燃
料電池に使用される膜電極接合体の製造方法に関する。
料電池に使用される膜電極接合体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、燃料ガスと、酸素等エアー
を含む酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力エネ
ルギーを発生させるものである。高分子電解質型燃料電
池は、燃料電池の一種である。高分子電解質型燃料電池
を構成する単電池の一例を図９に示す。
を含む酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力エネ
ルギーを発生させるものである。高分子電解質型燃料電
池は、燃料電池の一種である。高分子電解質型燃料電池
を構成する単電池の一例を図９に示す。
【０００３】図９において、３１は高分子電解質膜（以
下、高分子膜という）、水素イオン導電性膜として使用
される。３２は燃料極であり、カーボンシートと撥水層
よりなるガス拡散層（ガス透過型集電体等）と触媒層よ
り構成される。３３は空気極であり、燃料極と同様のガ
ス拡散層と、触媒層より構成される。３４、３５はセパ
レータであり、単電池を接合して燃料電池を構成すると
きに燃料極に入る水素と空気極に入る空気とが混じるの
を防ぐ役割を果たすものである。このうち、膜電極接合
体は、高分子電解質膜３１と、燃料極３２、空気極３３
のそれぞれの触媒層とが接着されてなるものである。
下、高分子膜という）、水素イオン導電性膜として使用
される。３２は燃料極であり、カーボンシートと撥水層
よりなるガス拡散層（ガス透過型集電体等）と触媒層よ
り構成される。３３は空気極であり、燃料極と同様のガ
ス拡散層と、触媒層より構成される。３４、３５はセパ
レータであり、単電池を接合して燃料電池を構成すると
きに燃料極に入る水素と空気極に入る空気とが混じるの
を防ぐ役割を果たすものである。このうち、膜電極接合
体は、高分子電解質膜３１と、燃料極３２、空気極３３
のそれぞれの触媒層とが接着されてなるものである。
【０００４】このような高分子電解質型燃料電池は、次
のようにして作製される。まず、貴金属触媒を担持する
カーボン粉末を触媒体とし、これに結合剤樹脂を混合し
て触媒層用ペーストを作製する。さらに、水素を含む燃
料ガスの通気性と電子導電性を併せ持った、例えば撥水
処理を施したカーボンペーパー等でガス拡散層を形成
し、このガス拡散層上に前述したペーストを塗布して触
媒層を形成して電極を作製する。続いてこの電極を高分
子膜の両面から接着して高分子電解質型燃料電池の単電
池を作製する。
のようにして作製される。まず、貴金属触媒を担持する
カーボン粉末を触媒体とし、これに結合剤樹脂を混合し
て触媒層用ペーストを作製する。さらに、水素を含む燃
料ガスの通気性と電子導電性を併せ持った、例えば撥水
処理を施したカーボンペーパー等でガス拡散層を形成
し、このガス拡散層上に前述したペーストを塗布して触
媒層を形成して電極を作製する。続いてこの電極を高分
子膜の両面から接着して高分子電解質型燃料電池の単電
池を作製する。
【０００５】この高分子電解質型燃料電池において、触
媒層と高分子膜とが接着された膜電極接合体は、高分子
膜（高分子層）の表面に触媒層を直接形成する方法や、
フイルム等の基材上に電極を形成したものを高分子膜に
転写する方法等によって製造される。
媒層と高分子膜とが接着された膜電極接合体は、高分子
膜（高分子層）の表面に触媒層を直接形成する方法や、
フイルム等の基材上に電極を形成したものを高分子膜に
転写する方法等によって製造される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
法では、一般に触媒層等の各層を個別に塗布して形成す
るため燃料電池の生産性が低い。
法では、一般に触媒層等の各層を個別に塗布して形成す
るため燃料電池の生産性が低い。
【０００７】また、各層の層間での接着を、各層を塗布
して形成した後に行うため、触媒層と高分子膜との接着
性に劣り、その結果、微少な隙間が生じて界面において
分離することがあった。
して形成した後に行うため、触媒層と高分子膜との接着
性に劣り、その結果、微少な隙間が生じて界面において
分離することがあった。
【０００８】さらに、触媒層の原料となる塗料を高分子
膜の表面に塗布するとき、触媒層用塗料に含まれる溶媒
が高分子膜を溶解したり、膨潤させたりして良好な膜電
極接合体が得られないことがあった。
膜の表面に塗布するとき、触媒層用塗料に含まれる溶媒
が高分子膜を溶解したり、膨潤させたりして良好な膜電
極接合体が得られないことがあった。
【０００９】本発明は、燃料電池の生産性が飛躍的に高
められると同時に、得られる燃料電池の性能も大きく向
上する燃料電池用膜電極接合体の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
められると同時に、得られる燃料電池の性能も大きく向
上する燃料電池用膜電極接合体の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明の燃料電池用膜電極接合体の製造方法に
おいては、基材を連続して移送し、この基材上に貴金属
を担持する固形物と、水素イオン導電性を有する樹脂と
を含む塗料を帯状に塗布して基材上に第一の触媒層を形
成し、それと同時またはその後に水素イオン導電性を有
する樹脂を主成分とする塗料を帯状に塗布して第一の触
媒層上に電解質層を形成し、それと同時またはその後に
貴金属を担持する固形物と水素イオン導電性を有する樹
脂とを含む塗料を帯状に塗布して電解質層上に第二の触
媒層を形成して三層積層帯を作製する。次に、この三層
積層帯を打ち抜きして三層積層体を作製して、これを膜
電極接合体とする。
ために、本発明の燃料電池用膜電極接合体の製造方法に
おいては、基材を連続して移送し、この基材上に貴金属
を担持する固形物と、水素イオン導電性を有する樹脂と
を含む塗料を帯状に塗布して基材上に第一の触媒層を形
成し、それと同時またはその後に水素イオン導電性を有
する樹脂を主成分とする塗料を帯状に塗布して第一の触
媒層上に電解質層を形成し、それと同時またはその後に
貴金属を担持する固形物と水素イオン導電性を有する樹
脂とを含む塗料を帯状に塗布して電解質層上に第二の触
媒層を形成して三層積層帯を作製する。次に、この三層
積層帯を打ち抜きして三層積層体を作製して、これを膜
電極接合体とする。
【００１１】ここで、第一の触媒層の幅Ｗ1、電解質層
の幅Ｗ2、および第二の触媒層の幅Ｗ 3が、Ｗ1≦Ｗ2とＷ
3≦Ｗ2を満たすようする。
の幅Ｗ2、および第二の触媒層の幅Ｗ 3が、Ｗ1≦Ｗ2とＷ
3≦Ｗ2を満たすようする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。
て図面を用いて説明する。
【００１３】（第一の実施の形態）図１に、本実施の形
態に係る膜電極接合体の概略構成図を示す。ここで、９
は膜電極接合体を連続して作製する際に用いるテープ状
の基材であり、この上に各層が形成される。２０１は第
一の触媒層であり基材９の上に形成される。また、３０
１は高分子電解質層（高分子膜）であり、第一の触媒層
の上に形成される。さらに、４０１は第二の触媒層であ
り、高分子電解質層３０１の上に形成される。
態に係る膜電極接合体の概略構成図を示す。ここで、９
は膜電極接合体を連続して作製する際に用いるテープ状
の基材であり、この上に各層が形成される。２０１は第
一の触媒層であり基材９の上に形成される。また、３０
１は高分子電解質層（高分子膜）であり、第一の触媒層
の上に形成される。さらに、４０１は第二の触媒層であ
り、高分子電解質層３０１の上に形成される。
【００１４】このような膜電極接合体は、次のように作
製する。即ち、まず、ポリエチレンテレフタレート製ま
たはガス透過型集電体からなる基材９を連続して移送し
ながら、その上に白金や白金合金等の触媒を担持する貴
金属担持カーボン粉末、水素イオン導電性を有するフッ
素樹脂、及び溶媒とが混合された塗料をノズルのスリッ
トを通して押し出して帯状に塗布して、第一の触媒層２
０１を形成する。
製する。即ち、まず、ポリエチレンテレフタレート製ま
たはガス透過型集電体からなる基材９を連続して移送し
ながら、その上に白金や白金合金等の触媒を担持する貴
金属担持カーボン粉末、水素イオン導電性を有するフッ
素樹脂、及び溶媒とが混合された塗料をノズルのスリッ
トを通して押し出して帯状に塗布して、第一の触媒層２
０１を形成する。
【００１５】ここで、カーボン粉末としては、ケッチェ
ンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボンブ
ラックが使用できる。また、フッ素系樹脂としては、ポ
リエチレンフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフ
ッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、
パーフルオロスルホン酸等の単独または複数種が使用で
きる。さらに、溶媒としては、水、エチルアルコール、
メチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレン
グリコール、メチレングリコール、プロピレングリコー
ル、メチルエチルケトン、アセトン、トルエン、キシレ
ン、ｎメチル−２−ピロリドン等の単独または複数種が
使用できる。また、溶媒の添加量は、カーボン粉末を１
００として重量比で１０〜４００とするのが良い。
ンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボンブ
ラックが使用できる。また、フッ素系樹脂としては、ポ
リエチレンフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフ
ッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、
パーフルオロスルホン酸等の単独または複数種が使用で
きる。さらに、溶媒としては、水、エチルアルコール、
メチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレン
グリコール、メチレングリコール、プロピレングリコー
ル、メチルエチルケトン、アセトン、トルエン、キシレ
ン、ｎメチル−２−ピロリドン等の単独または複数種が
使用できる。また、溶媒の添加量は、カーボン粉末を１
００として重量比で１０〜４００とするのが良い。
【００１６】第一の触媒層２０１の形成と同時、また
は、その後に、水素イオン導電性を有するフッ素樹脂を
主成分とする塗料をノズルのスリットを通して押し出し
て帯状に塗布して、第一の触媒層２０１上に高分子電解
質層３０１を形成する。
は、その後に、水素イオン導電性を有するフッ素樹脂を
主成分とする塗料をノズルのスリットを通して押し出し
て帯状に塗布して、第一の触媒層２０１上に高分子電解
質層３０１を形成する。
【００１７】次いで、貴金属担持カーボン粉末、水素イ
オン導電性を有する樹脂、及び溶媒を含む塗料をノズル
のスリットを通して押し出して帯状に塗布して、高分子
電解質層３０１上に第二の触媒層４０１を形成する。第
一の触媒層２０１と第二の触媒層４０１の膜厚は、３〜
１００μｍの範囲とするのが良い。
オン導電性を有する樹脂、及び溶媒を含む塗料をノズル
のスリットを通して押し出して帯状に塗布して、高分子
電解質層３０１上に第二の触媒層４０１を形成する。第
一の触媒層２０１と第二の触媒層４０１の膜厚は、３〜
１００μｍの範囲とするのが良い。
【００１８】こうして、三つの層が積層された帯状物
（以下、三層積層帯という）を作製する。なお、ここで
塗料を塗布する際には、第一の触媒層２０１の幅Ｗ1、
高分子電解質層３０１の幅Ｗ2、および第二の触媒層４
０１の幅Ｗ3が、Ｗ1≦Ｗ2とＷ3≦Ｗ2を満たすことが必
要である。
（以下、三層積層帯という）を作製する。なお、ここで
塗料を塗布する際には、第一の触媒層２０１の幅Ｗ1、
高分子電解質層３０１の幅Ｗ2、および第二の触媒層４
０１の幅Ｗ3が、Ｗ1≦Ｗ2とＷ3≦Ｗ2を満たすことが必
要である。
【００１９】次に、得られた三層積層帯を基材９から剥
がし、所定の形状に打ち抜いて三層構造の積層体（以
下、三層積層体という）、即ち膜電極接合体を作製す
る。次いで、この膜電極接合体の両面に撥水処理された
カーボンペーパーを貼り合わせて電極を作製する。さら
に、この電極の外周部にゴム製のガスケット板を接合
し、冷却水とガスの流通用のマニホールド孔を形成す
る。
がし、所定の形状に打ち抜いて三層構造の積層体（以
下、三層積層体という）、即ち膜電極接合体を作製す
る。次いで、この膜電極接合体の両面に撥水処理された
カーボンペーパーを貼り合わせて電極を作製する。さら
に、この電極の外周部にゴム製のガスケット板を接合
し、冷却水とガスの流通用のマニホールド孔を形成す
る。
【００２０】一方、外寸２０ｃｍ×３２ｃｍ×１．３ｍ
ｍ、深さ０．５ｍｍの、フェノール樹脂を含浸する黒鉛
板からなる導電性セパレータ板を２枚準備する。このセ
パレータ板の内１枚は燃料ガス流通用の流路を、もう１
枚は酸化剤ガス流通用の流路を備えたものとし、その流
路と前記した電極のマニホールド孔とが接合するように
して、電極の表面と裏面から重ね合わせて接合し、最終
的に図９に示す単電池を作製する。
ｍ、深さ０．５ｍｍの、フェノール樹脂を含浸する黒鉛
板からなる導電性セパレータ板を２枚準備する。このセ
パレータ板の内１枚は燃料ガス流通用の流路を、もう１
枚は酸化剤ガス流通用の流路を備えたものとし、その流
路と前記した電極のマニホールド孔とが接合するように
して、電極の表面と裏面から重ね合わせて接合し、最終
的に図９に示す単電池を作製する。
【００２１】本実施の形態によれば、基材上に各層用塗
料を連続して塗布して各層を形成するため、膜電極接合
体を構成する各層の境界面での接着強度が高くなり、カ
ーボン粉末が凝集することなく、表面の平滑性や平坦性
に優れ、膜厚のバラツキが小さく、ひび割れもない膜電
極接合体が得られる。さらに、この接合体より得られる
燃料電池の放電率や寿命特性が格段に向上する。
料を連続して塗布して各層を形成するため、膜電極接合
体を構成する各層の境界面での接着強度が高くなり、カ
ーボン粉末が凝集することなく、表面の平滑性や平坦性
に優れ、膜厚のバラツキが小さく、ひび割れもない膜電
極接合体が得られる。さらに、この接合体より得られる
燃料電池の放電率や寿命特性が格段に向上する。
【００２２】また、従来の、塗布と休止を繰り返すスク
リーン印刷法や、シートに一枚一枚塗布していた方法に
おいて発生していた、塗布を休止する間に塗料中のカー
ボン粉末が凝集してノズルから均一に供給できなる不具
合が解消され、燃料電池の生産性が飛躍的に高められ
る。
リーン印刷法や、シートに一枚一枚塗布していた方法に
おいて発生していた、塗布を休止する間に塗料中のカー
ボン粉末が凝集してノズルから均一に供給できなる不具
合が解消され、燃料電池の生産性が飛躍的に高められ
る。
【００２３】さらに、従来、高分子電解質層は機械的強
度に劣り、また、溶媒により膨潤し易いために三層積層
体を得るのが困難であったところ、本実施の形態によれ
ば、塗料を連続して塗布して各層を形成することによ
り、容易に三層構造の膜電極接合体を得ることができ
る。また、高分子電解質層は、機械的強度の高い第一の
触媒層と第二の触媒層によって保護され、触媒層同士も
接触しなくなるため、得られる燃料電池のリーク不良等
が有効に防止できる。
度に劣り、また、溶媒により膨潤し易いために三層積層
体を得るのが困難であったところ、本実施の形態によれ
ば、塗料を連続して塗布して各層を形成することによ
り、容易に三層構造の膜電極接合体を得ることができ
る。また、高分子電解質層は、機械的強度の高い第一の
触媒層と第二の触媒層によって保護され、触媒層同士も
接触しなくなるため、得られる燃料電池のリーク不良等
が有効に防止できる。
【００２４】本発明では、図１に示すように、第一の触
媒層２０１と第二の触媒層４０１を、互いの外縁が重な
る矩形形状に形成されるように塗料を間欠的に塗布する
のが好ましい。これにより、図示しない後の工程で、得
られた膜電極接合体をシート状に打ち抜く際に、その打
ち抜きの形状を触媒層の矩形形状に合致させれば、高価
な貴金属を含む触媒層のロスが極力防止でき、燃料電池
の製造コストが低減される。
媒層２０１と第二の触媒層４０１を、互いの外縁が重な
る矩形形状に形成されるように塗料を間欠的に塗布する
のが好ましい。これにより、図示しない後の工程で、得
られた膜電極接合体をシート状に打ち抜く際に、その打
ち抜きの形状を触媒層の矩形形状に合致させれば、高価
な貴金属を含む触媒層のロスが極力防止でき、燃料電池
の製造コストが低減される。
【００２５】図２に図１のＡ−Ａ断面を示す。本発明で
は、図２に示すように、第一の触媒層２０１の矩形形状
における、基材９の移送方向の長さＬ1、高分子電解質
層３０１の矩形形状における、基材９の移送方向の長さ
Ｌ2、および第二の触媒層２０１の矩形形状における、
基材９の移送方向の長さＬ3が、Ｌ1≦Ｌ2とＬ3≦Ｌ2を
満たすように塗料を塗布するのが好ましい。これによ
り、触媒層２０１と触媒層４０１とが、積層後に実質的
に接触しなくなり、得られる燃料電池のリーク不良等を
抑制できる。
は、図２に示すように、第一の触媒層２０１の矩形形状
における、基材９の移送方向の長さＬ1、高分子電解質
層３０１の矩形形状における、基材９の移送方向の長さ
Ｌ2、および第二の触媒層２０１の矩形形状における、
基材９の移送方向の長さＬ3が、Ｌ1≦Ｌ2とＬ3≦Ｌ2を
満たすように塗料を塗布するのが好ましい。これによ
り、触媒層２０１と触媒層４０１とが、積層後に実質的
に接触しなくなり、得られる燃料電池のリーク不良等を
抑制できる。
【００２６】また、図１と図２に示すように、高分子電
解質層３０１が第一の触媒層２０１を包み込むように形
成するのが好ましい。これにより、得られる燃料電池の
リーク不良がより効果的に抑制できる。
解質層３０１が第一の触媒層２０１を包み込むように形
成するのが好ましい。これにより、得られる燃料電池の
リーク不良がより効果的に抑制できる。
【００２７】また、触媒層２０１と高分子電解質層３０
１の層間には、塗料の組成を変更することにより層間の
接着性を高める中間の層を形成するのが好ましい。これ
により、膜電極接合体を構成する各層の境界面での接着
強度がさらに高くなり、得られる燃料電池の放電率や寿
命特性がさらに向上する。
１の層間には、塗料の組成を変更することにより層間の
接着性を高める中間の層を形成するのが好ましい。これ
により、膜電極接合体を構成する各層の境界面での接着
強度がさらに高くなり、得られる燃料電池の放電率や寿
命特性がさらに向上する。
【００２８】さらに、第一の触媒層２０１と第二の触媒
層４０１の固形分濃度がそれぞれ１０〜９９％、好まし
くは１５〜９９％となるように、乾燥処理等の手段を用
いて各層を形成するのが良い。また、高分子電解質層３
０１の固形分濃度が１０〜９９％、好ましくは１５〜９
９％、より好ましくは１５〜９９．９％となるように、
乾燥処理等の手段を用いて各層を形成するのが良い。こ
れにより、高分子電解質層の表層が適度な多孔性を備え
たものとなり、得られる膜電極接合体の特性が向上す
る。また、各層の固形分濃度が前記した範囲内にあるこ
とにより、各層を同時でなく順次形成した場合でも、三
層が混在せずに明瞭に分離した高品質の膜電極接合体が
得られる。
層４０１の固形分濃度がそれぞれ１０〜９９％、好まし
くは１５〜９９％となるように、乾燥処理等の手段を用
いて各層を形成するのが良い。また、高分子電解質層３
０１の固形分濃度が１０〜９９％、好ましくは１５〜９
９％、より好ましくは１５〜９９．９％となるように、
乾燥処理等の手段を用いて各層を形成するのが良い。こ
れにより、高分子電解質層の表層が適度な多孔性を備え
たものとなり、得られる膜電極接合体の特性が向上す
る。また、各層の固形分濃度が前記した範囲内にあるこ
とにより、各層を同時でなく順次形成した場合でも、三
層が混在せずに明瞭に分離した高品質の膜電極接合体が
得られる。
【００２９】なお、高分子電解質層３０１は、図１に示
すように帯状に連続的に形成しても良いが、第一の触媒
層２０１や第二の触媒層４０１を構成する矩形形状と互
いの外縁が重なる矩形形状になるように間欠的に塗布し
て形成しても良い。
すように帯状に連続的に形成しても良いが、第一の触媒
層２０１や第二の触媒層４０１を構成する矩形形状と互
いの外縁が重なる矩形形状になるように間欠的に塗布し
て形成しても良い。
【００３０】これらの層を塗布により形成する方法とし
ては、例えば、特許第２８４２３４７号公報や特許第３
１６２０２６号公報に開示された方法が適用できる。こ
こでは、塗料の塗布と乾燥とを順次繰り返す方法、２種
の塗料を同時に塗布して乾燥する方法、３種の塗料を同
時に塗布して乾燥する方法のいずれの方法でも良い。ま
た、貴金属担持カーボン粉末には、フッ素系樹脂を予め
付着させたものを用いても良い。即ち、前述するフッ素
系樹脂を、例えば三井鉱山（株）製ヘンシェルミキサー
を用いてカーボン粉末に予め被着させておくこともでき
る。
ては、例えば、特許第２８４２３４７号公報や特許第３
１６２０２６号公報に開示された方法が適用できる。こ
こでは、塗料の塗布と乾燥とを順次繰り返す方法、２種
の塗料を同時に塗布して乾燥する方法、３種の塗料を同
時に塗布して乾燥する方法のいずれの方法でも良い。ま
た、貴金属担持カーボン粉末には、フッ素系樹脂を予め
付着させたものを用いても良い。即ち、前述するフッ素
系樹脂を、例えば三井鉱山（株）製ヘンシェルミキサー
を用いてカーボン粉末に予め被着させておくこともでき
る。
【００３１】（第二の実施の形態）図３に、本実施の形
態で用いる膜電極接合体の製造装置の概略を示す。１は
基材９上に塗料を吐出するノズルであり、スリット１０
１、１０２、１０３、マニホールド１０４、１０５、１
０６、サックバック装置５、塗料供給装置６、７，８よ
り構成される。ここで、サックバック装置５は、ノズル
１の各スリットから間欠的に塗料を塗布するために各マ
ニホールド中の塗料を吸引する。また、塗料供給装置６
は、各マニホールドに塗料を供給するものであり、塗料
貯溜用のタンク６０１、塗料の送液ポンプ６０２、塗料
の送液の切替を行う三方バルブ６０３から構成される。
塗料供給装置８も同様の構成であり、塗料供給装置７
は、三方バルブを備えない以外は、塗料供給装置６、８
と同様の構成である。また、１０はロールであり、基材
９を連続して移送する。
態で用いる膜電極接合体の製造装置の概略を示す。１は
基材９上に塗料を吐出するノズルであり、スリット１０
１、１０２、１０３、マニホールド１０４、１０５、１
０６、サックバック装置５、塗料供給装置６、７，８よ
り構成される。ここで、サックバック装置５は、ノズル
１の各スリットから間欠的に塗料を塗布するために各マ
ニホールド中の塗料を吸引する。また、塗料供給装置６
は、各マニホールドに塗料を供給するものであり、塗料
貯溜用のタンク６０１、塗料の送液ポンプ６０２、塗料
の送液の切替を行う三方バルブ６０３から構成される。
塗料供給装置８も同様の構成であり、塗料供給装置７
は、三方バルブを備えない以外は、塗料供給装置６、８
と同様の構成である。また、１０はロールであり、基材
９を連続して移送する。
【００３２】この装置は、ノズル１に、スリット、マニ
ホールド、塗料供給装置をそれぞれ３基ずつ備えてお
り、ロール１０により連続して移送される基材９上に塗
料が同時に塗布される。
ホールド、塗料供給装置をそれぞれ３基ずつ備えてお
り、ロール１０により連続して移送される基材９上に塗
料が同時に塗布される。
【００３３】本装置を用いて、基材９上に各層を形成す
るときは、ノズル１のマニホールド１０４へ第一触媒層
用塗料２を送り込み、スリット１０１から押し出し、ロ
ール１０によって連続的に移送される基材９の上に塗布
して触媒層２０１を形成する。
るときは、ノズル１のマニホールド１０４へ第一触媒層
用塗料２を送り込み、スリット１０１から押し出し、ロ
ール１０によって連続的に移送される基材９の上に塗布
して触媒層２０１を形成する。
【００３４】ここでは、触媒層２０１が基材９上で帯状
に整列する矩形形状に形成されるように、三方バルブ６
０３を切り替え、ノズル１への塗料の供給を停止すると
同時に、塗料を吸引するサックバック装置５を作動さ
せ、ノズル１内部の塗料２を吸引しながら塗料を間欠的
に供給する。さらに触媒層４０１は、触媒層２０１と同
様にして、触媒層２０１の矩形形状と外縁が重なるよう
に、触媒層２０１と同様にして塗料を間欠的に塗布す
る。また、高分子電解質層３０１はマニホールド１０５
とスリット１０２に塗料を供給して帯状に連続的に塗布
する。この際、第一の触媒層２０１の幅Ｗ1と第二の触
媒層４０１の幅Ｗ3、高分子電解質膜３０１の幅Ｗ2が、
Ｗ1≦Ｗ2とＷ3≦Ｗ2を満たすようにする。
に整列する矩形形状に形成されるように、三方バルブ６
０３を切り替え、ノズル１への塗料の供給を停止すると
同時に、塗料を吸引するサックバック装置５を作動さ
せ、ノズル１内部の塗料２を吸引しながら塗料を間欠的
に供給する。さらに触媒層４０１は、触媒層２０１と同
様にして、触媒層２０１の矩形形状と外縁が重なるよう
に、触媒層２０１と同様にして塗料を間欠的に塗布す
る。また、高分子電解質層３０１はマニホールド１０５
とスリット１０２に塗料を供給して帯状に連続的に塗布
する。この際、第一の触媒層２０１の幅Ｗ1と第二の触
媒層４０１の幅Ｗ3、高分子電解質膜３０１の幅Ｗ2が、
Ｗ1≦Ｗ2とＷ3≦Ｗ2を満たすようにする。
【００３５】さらに、第一の触媒層２０１の矩形形状に
おける、基材９の移送方向の長さＬ 1、高分子電解質層
３０１の矩形形状における、基材９の移送方向の長さＬ
2、および触媒層２０１の矩形形状における、基材９の
移送方向の長さＬ3が、Ｌ1≦Ｌ 2とＬ3≦Ｌ2を満たすよ
うにする。
おける、基材９の移送方向の長さＬ 1、高分子電解質層
３０１の矩形形状における、基材９の移送方向の長さＬ
2、および触媒層２０１の矩形形状における、基材９の
移送方向の長さＬ3が、Ｌ1≦Ｌ 2とＬ3≦Ｌ2を満たすよ
うにする。
【００３６】こうして、本実施の形態では、各層の原料
となる３つの塗料をノズル１からほぼ同時に供給して三
層積層帯が作製される。さらに、第一の実施の形態と同
様にして膜電極接合体、単電池を作製する。
となる３つの塗料をノズル１からほぼ同時に供給して三
層積層帯が作製される。さらに、第一の実施の形態と同
様にして膜電極接合体、単電池を作製する。
【００３７】また、ここでは、各層の原料に用いる塗料
の粘度と固形分濃度の調整は極めて重要であり、各層を
安定して形成するために、塗布を供給する速度により変
化するせん断速度を同一とするときの各層の塗料の粘度
ができるだけ均等になるようにする。具体的には、剪断
速度が１０００（１／ｓｅｃ）のとき、各層の塗料粘度
は０．０１〜１０Ｐａ・Ｓの範囲内になるようにし、か
つ塗料２〜４の粘度は中間の値のものを基準として±２
００％以内に収まるようにする。
の粘度と固形分濃度の調整は極めて重要であり、各層を
安定して形成するために、塗布を供給する速度により変
化するせん断速度を同一とするときの各層の塗料の粘度
ができるだけ均等になるようにする。具体的には、剪断
速度が１０００（１／ｓｅｃ）のとき、各層の塗料粘度
は０．０１〜１０Ｐａ・Ｓの範囲内になるようにし、か
つ塗料２〜４の粘度は中間の値のものを基準として±２
００％以内に収まるようにする。
【００３８】本実施の形態によれば、基材上に各層用の
塗料を同時に塗布して各層を形成するため、膜電極接合
体を構成する各層の境界面での接着強度が格段に高くな
り、また、表面の平滑性や平坦性に優れ、膜厚のバラツ
キが小さく、ひび割れもない膜電極接合体が得られる。
さらに、この接合体より得られる燃料電池の放電率や寿
命特性が格段に向上する。
塗料を同時に塗布して各層を形成するため、膜電極接合
体を構成する各層の境界面での接着強度が格段に高くな
り、また、表面の平滑性や平坦性に優れ、膜厚のバラツ
キが小さく、ひび割れもない膜電極接合体が得られる。
さらに、この接合体より得られる燃料電池の放電率や寿
命特性が格段に向上する。
【００３９】（第三の実施の形態）図４に、本実施の形
態で用いる膜電極接合体の製造装置の概略を示す。１、
１２、１３は基材９上に塗料を吐出するノズルであり、
それぞれスリット２、１２、１３、マニホールド２、
３、４より構成される。ここで、サックバック装置５
は、ノズル１の各スリットから間欠的に塗料を塗布する
ために各マニホールド中の塗料を吸引する。ノズル１２
のみ、サックバック装置５を備えず、塗料を連続的に供
給する。また、１０はロールであり、基材９を連続して
移送する。
態で用いる膜電極接合体の製造装置の概略を示す。１、
１２、１３は基材９上に塗料を吐出するノズルであり、
それぞれスリット２、１２、１３、マニホールド２、
３、４より構成される。ここで、サックバック装置５
は、ノズル１の各スリットから間欠的に塗料を塗布する
ために各マニホールド中の塗料を吸引する。ノズル１２
のみ、サックバック装置５を備えず、塗料を連続的に供
給する。また、１０はロールであり、基材９を連続して
移送する。
【００４０】この装置は、スリットとマニホールドから
なるノズルを基材の移送方向に３基備えており、移送方
向に直列した３基のロール１０によって連続して移送さ
れる基材９上に塗料が同時に塗布される。
なるノズルを基材の移送方向に３基備えており、移送方
向に直列した３基のロール１０によって連続して移送さ
れる基材９上に塗料が同時に塗布される。
【００４１】本装置を用いて、基材９上に各層を形成す
るときは、基材９が移送される方向に直列したノズル１
１〜１３のマニホールドへ触媒層用塗料２、４、高分子
電解質層用塗料３をぞれぞれ送り込み、ノズル１１〜１
３のスリットから押し出し、ロール１０によって連続的
に移送される基材９の上に順次塗布する。ここでは、隣
接するロール１０の間に設置された乾燥装置１４、１５
により、触媒層２０１、高分子電解質層３０１、および
触媒層２０１の各層の固形分濃度が１０〜９９％、好ま
しくは１５〜９９％となるようにオンラインで乾燥処理
して各層を順次形成する。さらに、第一の実施の形態と
同様にして膜電極接合体、単電池を作製する。
るときは、基材９が移送される方向に直列したノズル１
１〜１３のマニホールドへ触媒層用塗料２、４、高分子
電解質層用塗料３をぞれぞれ送り込み、ノズル１１〜１
３のスリットから押し出し、ロール１０によって連続的
に移送される基材９の上に順次塗布する。ここでは、隣
接するロール１０の間に設置された乾燥装置１４、１５
により、触媒層２０１、高分子電解質層３０１、および
触媒層２０１の各層の固形分濃度が１０〜９９％、好ま
しくは１５〜９９％となるようにオンラインで乾燥処理
して各層を順次形成する。さらに、第一の実施の形態と
同様にして膜電極接合体、単電池を作製する。
【００４２】本実施の形態によれば、前述した乾燥処理
により、高分子電解質層の表層が適度な多孔性を備えた
ものとなり、得られる膜電極接合体の特性が向上する。
また、固形分濃度が前記した範囲内にあることにより、
このように各層を同時でなく順次形成した場合でも、三
層が混在せずに明瞭に分離した高品質の膜電極接合体が
得られる。また、各層の固形分濃度が前記した範囲内に
あれば、触媒層を、溶媒で溶解するときに層状に形成す
るのが困難となったり、触媒層を形成した後、その上に
高分子電解質層を塗布するときに、触媒層に高分子電解
質層用塗料が浸透して高分子電解質層を形成するのが困
難となったりする不具合が防止できる。
により、高分子電解質層の表層が適度な多孔性を備えた
ものとなり、得られる膜電極接合体の特性が向上する。
また、固形分濃度が前記した範囲内にあることにより、
このように各層を同時でなく順次形成した場合でも、三
層が混在せずに明瞭に分離した高品質の膜電極接合体が
得られる。また、各層の固形分濃度が前記した範囲内に
あれば、触媒層を、溶媒で溶解するときに層状に形成す
るのが困難となったり、触媒層を形成した後、その上に
高分子電解質層を塗布するときに、触媒層に高分子電解
質層用塗料が浸透して高分子電解質層を形成するのが困
難となったりする不具合が防止できる。
【００４３】（第四の実施の形態）図５に、本実施の形
態で用いる膜電極接合体の製造装置の概略を示す。１
６、１７は基材９上に塗料を吐出するノズルであり、そ
れぞれスリット、マニホールド、サックバック装置より
構成される。ここで、サックバック装置は、ノズル１
６、１７の各スリットから間欠的に塗料を塗布するため
に各マニホールド中の塗料を吸引する。また、２基のロ
ールが、基材９を連続して移送する。
態で用いる膜電極接合体の製造装置の概略を示す。１
６、１７は基材９上に塗料を吐出するノズルであり、そ
れぞれスリット、マニホールド、サックバック装置より
構成される。ここで、サックバック装置は、ノズル１
６、１７の各スリットから間欠的に塗料を塗布するため
に各マニホールド中の塗料を吸引する。また、２基のロ
ールが、基材９を連続して移送する。
【００４４】この装置は、スリットとマニホールドから
なるノズルを基材の移送方向に２基備えており、移送方
向に直列した２基のロールによって、ノズル１６で、触
媒層２０１と高分子電解質層３０１が同時に塗布され、
その後、ノズル１７で、高分子電解質層３０１上に触媒
層４０１が塗布される。
なるノズルを基材の移送方向に２基備えており、移送方
向に直列した２基のロールによって、ノズル１６で、触
媒層２０１と高分子電解質層３０１が同時に塗布され、
その後、ノズル１７で、高分子電解質層３０１上に触媒
層４０１が塗布される。
【００４５】本装置を用いて、基材９上に各層を形成す
るときは、基材９が移送される方向に直列したノズル１
６、１７のマニホールドへ触媒層用塗料、高分子電解質
層用塗料をぞれぞれ送り込み、ノズル１６、１７のスリ
ットから押し出し、ロールによって連続的に移送される
基材９の上に順次塗布する。ここでは、隣接するロール
の間に設置された乾燥装置１４、１５により、第一の触
媒層の固形分濃度が１５〜９９％となり、高分子電解質
層３０１および触媒層４０１の各層の固形分濃度が１５
〜９９％、好ましくは１５〜９９．９％となるようにオ
ンラインで乾燥処理して各層を順次形成する。さらに、
第一の実施の形態と同様にして膜電極接合体、単電池を
作製する。
るときは、基材９が移送される方向に直列したノズル１
６、１７のマニホールドへ触媒層用塗料、高分子電解質
層用塗料をぞれぞれ送り込み、ノズル１６、１７のスリ
ットから押し出し、ロールによって連続的に移送される
基材９の上に順次塗布する。ここでは、隣接するロール
の間に設置された乾燥装置１４、１５により、第一の触
媒層の固形分濃度が１５〜９９％となり、高分子電解質
層３０１および触媒層４０１の各層の固形分濃度が１５
〜９９％、好ましくは１５〜９９．９％となるようにオ
ンラインで乾燥処理して各層を順次形成する。さらに、
第一の実施の形態と同様にして膜電極接合体、単電池を
作製する。
【００４６】本実施の形態によれば、前述した乾燥処理
により、高分子電解質層の表層が適度な多孔性を備えた
ものとなり、得られる膜電極接合体の特性が向上する。
また、固形分濃度が前記した範囲内にあることにより、
このように各層を同時でなく順次形成した場合でも、三
層が混在せずに明瞭に分離した高品質の膜電極接合体が
得られる。
により、高分子電解質層の表層が適度な多孔性を備えた
ものとなり、得られる膜電極接合体の特性が向上する。
また、固形分濃度が前記した範囲内にあることにより、
このように各層を同時でなく順次形成した場合でも、三
層が混在せずに明瞭に分離した高品質の膜電極接合体が
得られる。
【００４７】なお、本実施の形態では各層を一度のオン
ライン処理で形成しているが、第一の触媒層２０１と高
分子電解質層３０１とを二層構造になるよう形成した
後、一旦巻き取り、再度オンラインで第二の触媒層４０
１を形成してもよい。このように、第一の触媒層２０１
と高分子電解質層３０１とが同時に塗布されて形成され
ていれば、両層の接着強度が高められる。
ライン処理で形成しているが、第一の触媒層２０１と高
分子電解質層３０１とを二層構造になるよう形成した
後、一旦巻き取り、再度オンラインで第二の触媒層４０
１を形成してもよい。このように、第一の触媒層２０１
と高分子電解質層３０１とが同時に塗布されて形成され
ていれば、両層の接着強度が高められる。
【００４８】（第五の実施の形態）図６に、本実施の形
態で用いる膜電極接合体の製造装置の概略を示す。２
０、２１は基材９上に塗料を吐出するノズルであり、そ
れぞれスリット、マニホールド、サックバック装置より
構成される。ここで、サックバック装置は、ノズル２
０、２１の各スリットから間欠的に塗料を塗布するため
に各マニホールド中の塗料を吸引する。また、２基のロ
ールが、基材９を連続して移送する。
態で用いる膜電極接合体の製造装置の概略を示す。２
０、２１は基材９上に塗料を吐出するノズルであり、そ
れぞれスリット、マニホールド、サックバック装置より
構成される。ここで、サックバック装置は、ノズル２
０、２１の各スリットから間欠的に塗料を塗布するため
に各マニホールド中の塗料を吸引する。また、２基のロ
ールが、基材９を連続して移送する。
【００４９】この装置は、スリットとマニホールドから
なるノズルを基材の移送方向に２基備えており、移送方
向に直列した２基のロールによって、ノズル２０で、第
一の触媒層２０１が塗布される。その後、ノズル２１
で、第一の触媒層２０１上に高分子電解質層３０１と第
二の触媒層４０１が同時に塗布される。
なるノズルを基材の移送方向に２基備えており、移送方
向に直列した２基のロールによって、ノズル２０で、第
一の触媒層２０１が塗布される。その後、ノズル２１
で、第一の触媒層２０１上に高分子電解質層３０１と第
二の触媒層４０１が同時に塗布される。
【００５０】本装置を用いて、基材９上に各層を形成す
るときは、基材９が移送される方向に直列したノズル２
０、２１のマニホールドへ触媒層用塗料、高分子電解質
層用塗料をぞれぞれ送り込み、ノズル２０、２１のスリ
ットから押し出し、ロールによって連続的に移送される
基材９の上に順次塗布する。ここでは、隣接するロール
の間に設置された乾燥装置１８、１９により、第一の触
媒層２０１の固形分濃度が１５〜９９％となり、高分子
電解質層３０１および第二の触媒層４０１の各層の固形
分濃度が１５〜９９％、好ましくは１５〜９９．９％と
なるようにオンラインで乾燥処理して各層を順次形成す
る。さらに、第一の実施の形態と同様にして膜電極接合
体、単電池を作製する。
るときは、基材９が移送される方向に直列したノズル２
０、２１のマニホールドへ触媒層用塗料、高分子電解質
層用塗料をぞれぞれ送り込み、ノズル２０、２１のスリ
ットから押し出し、ロールによって連続的に移送される
基材９の上に順次塗布する。ここでは、隣接するロール
の間に設置された乾燥装置１８、１９により、第一の触
媒層２０１の固形分濃度が１５〜９９％となり、高分子
電解質層３０１および第二の触媒層４０１の各層の固形
分濃度が１５〜９９％、好ましくは１５〜９９．９％と
なるようにオンラインで乾燥処理して各層を順次形成す
る。さらに、第一の実施の形態と同様にして膜電極接合
体、単電池を作製する。
【００５１】本実施の形態によれば、前述した乾燥処理
により、高分子電解質層の表層が適度な多孔性を備えた
ものとなり、得られる膜電極接合体の特性が向上する。
また、固形分濃度が前記した範囲内にあることにより、
このように各層を同時でなく順次形成した場合でも、三
層が混在せずに明瞭に分離する高品質の膜電極接合体が
得られる。
により、高分子電解質層の表層が適度な多孔性を備えた
ものとなり、得られる膜電極接合体の特性が向上する。
また、固形分濃度が前記した範囲内にあることにより、
このように各層を同時でなく順次形成した場合でも、三
層が混在せずに明瞭に分離する高品質の膜電極接合体が
得られる。
【００５２】なお、本実施の形態では各層を一度のオン
ライン処理で形成しているが、第一の触媒層２０１を単
層構造になるよう形成した後、一旦巻き取り、再度オン
ラインで高分子電解質層３０１と第二の触媒層４０１を
形成してもよい。このように、高分子電解質層３０１と
第二の触媒層４０１とが同時に塗布されて形成されてい
れば、両層の接着強度が高められる。
ライン処理で形成しているが、第一の触媒層２０１を単
層構造になるよう形成した後、一旦巻き取り、再度オン
ラインで高分子電解質層３０１と第二の触媒層４０１を
形成してもよい。このように、高分子電解質層３０１と
第二の触媒層４０１とが同時に塗布されて形成されてい
れば、両層の接着強度が高められる。
【００５３】（第六の実施の形態）図７に、本実施の形
態で用いる膜電極接合体の製造装置の概略を示す。２３
はガス透過型集電体（基材）である。また、２０１は第
一の触媒層、３０１は高分子電解質層、４０１は第二の
触媒層であり、それぞれガス透過型集電体２３上に形成
される。
態で用いる膜電極接合体の製造装置の概略を示す。２３
はガス透過型集電体（基材）である。また、２０１は第
一の触媒層、３０１は高分子電解質層、４０１は第二の
触媒層であり、それぞれガス透過型集電体２３上に形成
される。
【００５４】本装置を用いて、ガス透過型集電体２３上
に各層を形成するときは、ノズルのマニホールドへ各塗
料を送り込み、スリットから押し出し、連続的に移送さ
れるガス透過型集電体２３の上に塗布して第一の触媒層
２０１、高分子電解質層３０１、および第二の触媒層４
０１を形成して三層構造帯を作製する。
に各層を形成するときは、ノズルのマニホールドへ各塗
料を送り込み、スリットから押し出し、連続的に移送さ
れるガス透過型集電体２３の上に塗布して第一の触媒層
２０１、高分子電解質層３０１、および第二の触媒層４
０１を形成して三層構造帯を作製する。
【００５５】次に、図７に示すように、得られた三層構
造帯ともう一方のガス透過型集電体２３を、それぞれプ
レスロール２２によりオンラインで供給しながら、両者
を貼り合わせる。さらに、第一の実施の形態と同様にし
て膜電極接合体、単電池を作製する。なお、ここでは、
ガス透過型集電体に、カーボンーペーパーを用いたが、
その他カーボンクロス、カーボン不織布等も使用でき
る。
造帯ともう一方のガス透過型集電体２３を、それぞれプ
レスロール２２によりオンラインで供給しながら、両者
を貼り合わせる。さらに、第一の実施の形態と同様にし
て膜電極接合体、単電池を作製する。なお、ここでは、
ガス透過型集電体に、カーボンーペーパーを用いたが、
その他カーボンクロス、カーボン不織布等も使用でき
る。
【００５６】本実施の形態によれば、触媒層とガス透過
型集電体とをオンライン処理で貼り合わせるため、触媒
層とガス透過型集電体との接着強度が高められ、得られ
る膜電極接合体の特性が向上する。
型集電体とをオンライン処理で貼り合わせるため、触媒
層とガス透過型集電体との接着強度が高められ、得られ
る膜電極接合体の特性が向上する。
【００５７】また、本実施の形態によれば、ガス透過型
集電体と各層の接着強度が格段に高くなり、また、表面
の平滑性や平坦性に優れ、膜厚のバラツキが小さく、さ
らにひび割れもない膜電極接合体が得られる。さらに、
この接合体より得られる燃料電池の放電率や寿命特性が
格段に向上する。
集電体と各層の接着強度が格段に高くなり、また、表面
の平滑性や平坦性に優れ、膜厚のバラツキが小さく、さ
らにひび割れもない膜電極接合体が得られる。さらに、
この接合体より得られる燃料電池の放電率や寿命特性が
格段に向上する。
【００５８】（第七の実施の形態）図８に、本実施の形
態で用いる膜電極接合体の製造装置の概略を示す。２
４、２５は塗料を吐出するノズルであり、それぞれスリ
ット、マニホールド、サックバック装置より構成され
る。ここで、サックバック装置は、ノズル２４、２５の
各スリットから間欠的に塗料を塗布するために各マニホ
ールド中の塗料を吸引する。
態で用いる膜電極接合体の製造装置の概略を示す。２
４、２５は塗料を吐出するノズルであり、それぞれスリ
ット、マニホールド、サックバック装置より構成され
る。ここで、サックバック装置は、ノズル２４、２５の
各スリットから間欠的に塗料を塗布するために各マニホ
ールド中の塗料を吸引する。
【００５９】この装置は、スリットとマニホールドから
なるノズルを基材の移送方向に２基備えている。移送方
向に直列した２基のロールによって、ノズル２４、２５
で、第一の触媒層２０１と第二の触媒層４０１が、図示
しないロールによって連続的に移送される高分子電解質
の帯状体（高分子膜）２６の両面から同時に塗布され
る。
なるノズルを基材の移送方向に２基備えている。移送方
向に直列した２基のロールによって、ノズル２４、２５
で、第一の触媒層２０１と第二の触媒層４０１が、図示
しないロールによって連続的に移送される高分子電解質
の帯状体（高分子膜）２６の両面から同時に塗布され
る。
【００６０】本装置を用いて、高分子電解質の帯状体２
６上に各層を形成するときは、ノズルのマニホールドへ
各塗料を送り込み、スリットから押し出し、連続的に移
送される高分子電解質層３０１の両面に塗布して第一の
触媒層２０１および第二の触媒層４０１を形成する。こ
の際、第一の触媒層２０１の幅Ｗ1と第二の触媒層４０
１の幅Ｗ3、高分子電解質層３０１の幅Ｗ2が、Ｗ1≦Ｗ2
とＷ3≦Ｗ2を満たすようにする。
６上に各層を形成するときは、ノズルのマニホールドへ
各塗料を送り込み、スリットから押し出し、連続的に移
送される高分子電解質層３０１の両面に塗布して第一の
触媒層２０１および第二の触媒層４０１を形成する。こ
の際、第一の触媒層２０１の幅Ｗ1と第二の触媒層４０
１の幅Ｗ3、高分子電解質層３０１の幅Ｗ2が、Ｗ1≦Ｗ2
とＷ3≦Ｗ2を満たすようにする。
【００６１】次に各層の固形分濃度が１５〜９９％の範
囲内となるように乾燥装置１８により乾燥処理して各層
を形成し、次いで第一の触媒層２０１と第二の触媒層４
０１の表面にガス透過型集電体を図７に示すプレスロー
ルで接着させる。さらに、第一の実施の形態と同様にし
て膜電極接合体、単電池を作製する。
囲内となるように乾燥装置１８により乾燥処理して各層
を形成し、次いで第一の触媒層２０１と第二の触媒層４
０１の表面にガス透過型集電体を図７に示すプレスロー
ルで接着させる。さらに、第一の実施の形態と同様にし
て膜電極接合体、単電池を作製する。
【００６２】なお、ここでは、特許第３１６２０２６号
公報に開示された方法で塗布するが、特開平１０―３４
０７２７号公報に開示された方法も適用できる。
公報に開示された方法で塗布するが、特開平１０―３４
０７２７号公報に開示された方法も適用できる。
【００６３】本実施の形態によれば、高分子電解質層の
両面に第一の触媒層２０１と第二の触媒層４０１が同時
に形成されるので、触媒層の収縮によって、高分子電解
質層の平坦性を損なわれることがない。
両面に第一の触媒層２０１と第二の触媒層４０１が同時
に形成されるので、触媒層の収縮によって、高分子電解
質層の平坦性を損なわれることがない。
【００６４】また、本実施の形態によれば、前述した乾
燥処理により、触媒層の表層が適度な多孔性を備えたも
のとなり、ガスの透過性が向上して得られる膜電極接合
体の特性が向上する。
燥処理により、触媒層の表層が適度な多孔性を備えたも
のとなり、ガスの透過性が向上して得られる膜電極接合
体の特性が向上する。
【００６５】さらに、本実施の形態によれば、ガス透過
型集電体と各層の接着強度が格段に高くなり、表面の平
滑性や平坦性に優れ、膜厚のバラツキが小さく、さらに
ひび割れもない膜電極接合体が得られる。さらに、この
接合体より得られる燃料電池の放電率や寿命特性が格段
に向上する。
型集電体と各層の接着強度が格段に高くなり、表面の平
滑性や平坦性に優れ、膜厚のバラツキが小さく、さらに
ひび割れもない膜電極接合体が得られる。さらに、この
接合体より得られる燃料電池の放電率や寿命特性が格段
に向上する。
【００６６】
【発明の効果】本発明の膜電極接合体の製造方法によれ
ば、各層用の塗料を連続して塗布して触媒層と高分子電
解質層を形成することから、層間の接着強度が格段に高
くなり、また、表面の平滑性や平坦性に優れ、膜厚のバ
ラツキが小さく、さらにひび割れもない膜電極接合体が
得られる。さらに、この接合体より得られる燃料電池の
放電率や寿命特性が格段に向上する。
ば、各層用の塗料を連続して塗布して触媒層と高分子電
解質層を形成することから、層間の接着強度が格段に高
くなり、また、表面の平滑性や平坦性に優れ、膜厚のバ
ラツキが小さく、さらにひび割れもない膜電極接合体が
得られる。さらに、この接合体より得られる燃料電池の
放電率や寿命特性が格段に向上する。
【図１】 第一の実施の形態に係る膜電極接合体の概略
図
図
【図２】 第一の実施の形態に係る膜電極接合体の断面
図
図
【図３】 第二の実施の形態に係る膜電極接合体の製造
装置を示す概略図
装置を示す概略図
【図４】 第三の実施の形態に係る膜電極接合体の製造
装置を示す概略図
装置を示す概略図
【図５】 第四の実施の形態に係る膜電極接合体の製造
装置を示す概略図
装置を示す概略図
【図６】 第五の実施の形態に係る膜電極接合体の製造
装置を示す概略図
装置を示す概略図
【図７】 第六の実施の形態に係る膜電極接合体の製造
装置を示す概略図
装置を示す概略図
【図８】 第七の実施の形態に係る膜電極接合体の製造
装置を示す概略図
装置を示す概略図
【図９】 燃料電池を構成する単電池の概略図
１０１、１０２、１０３ スリット
１０４、１０５、１０６ マニホールド
２０１ 第一の触媒層
３０１ 高分子電解質層
４０１ 第二の触媒層
６０１、７０１、８０１ タンク
６０２、７０２、８０２ 送液ポンプ
６０３、７０３、８０３ 三方バルブ
１１〜１３、１６、１７、２０、２１、２４、２５
ノズル ２、４ 触媒層用の塗料 ３ 高分子電解質層用の
塗料 ５ サックバック装置 ６〜８ 塗料供給装置 ９ 基材 １０ ロール １４、１５、１８、１９、２７ 乾燥装置 ２２ プレスロール ２３ ガス透過型集電体 ２６ 高分子電解質の帯状
体 ３１ 高分子膜 ３２ 燃料極 ３３ 空気極 ３４、３５ セパレータ
ノズル ２、４ 触媒層用の塗料 ３ 高分子電解質層用の
塗料 ５ サックバック装置 ６〜８ 塗料供給装置 ９ 基材 １０ ロール １４、１５、１８、１９、２７ 乾燥装置 ２２ プレスロール ２３ ガス透過型集電体 ２６ 高分子電解質の帯状
体 ３１ 高分子膜 ３２ 燃料極 ３３ 空気極 ３４、３５ セパレータ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS01 BB08 BB11 DD08
EE03 EE17 HH03 HH05
5H026 AA06 BB04 BB06 CX05 EE02
EE18 HH03 HH05
Claims (11)
- 【請求項１】 基材を連続して移送し、前記基材上に貴
金属を担持する固形物と、水素イオン導電性を有する樹
脂とを含む塗料を帯状に塗布して基材上に第一の触媒層
を形成し、それと同時またはその後に前記樹脂を主成分
とする塗料を帯状に塗布して前記第一の触媒層上に高分
子電解質層を形成し、それと同時またはその後に前記固
形物と前記樹脂とを含む塗料を帯状に塗布して前記電解
質層上に第二の触媒層を形成して全体として三層積層帯
を作製し、次に前記三層積層帯を打ち抜きして三層積層
体を作製する膜電極接合体の製造方法であって、前記第
一の触媒層の幅Ｗ1、前記電解質層の幅Ｗ2、および前記
第二の触媒層の幅Ｗ3が、Ｗ1≦Ｗ2とＷ3≦Ｗ2を満たす
ように塗料を塗布することを特徴とする燃料電池用膜電
極接合体の製造方法。 - 【請求項２】 前記第一の触媒層と前記第二の触媒層
は、互いの外縁が重なる矩形形状になるように塗料を間
欠的に塗布することを特徴とする請求項１に記載の燃料
電池用膜電極接合体の製造方法。 - 【請求項３】 前記第一の触媒層と前記第二の触媒層の
それぞれの固形分濃度が１０〜９９％となるように各層
を形成することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池
用膜電極接合体の製造方法。 - 【請求項４】 基材を連続して移送し、前記基材上に貴
金属を担持する固形物と、水素イオン導電性を有する樹
脂とを含む塗料を帯状に塗布し、それと同時またはその
後に前記樹脂を主成分とする塗料を帯状に塗布して、前
記基材上に触媒層と高分子電解質層よりなる二層積層帯
を形成し、その後に前記固形物と前記樹脂とを含む塗料
を帯状に塗布して前記二層積層帯上に第二の触媒層を形
成して全体として三層積層帯を作製し、次に前記三層積
層帯を打ち抜きして三層積層体を作製する膜電極接合体
の製造方法であって、前記第一の触媒層と前記第二の触
媒層は、互いの外縁が重なる矩形形状となるように塗料
を間欠的に塗布することを特徴とする請求項１または３
に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 【請求項５】 基材を連続して移送し、前記基材上に貴
金属を担持する固形物と、水素イオン導電性を有する樹
脂とを含む塗料を帯状に塗布して前記基材上に第一の触
媒層を形成し、その後に前記樹脂を主成分とする塗料を
帯状に塗布し、それと同時またはその後に前記固形物と
前記樹脂とを含む塗料を帯状に塗布して前記第一の触媒
層上に高分子電解質層と触媒層よりなる二層積層帯を形
成して全体として三層積層帯を作製し、次に前記三層積
層帯を打ち抜きして三層積層体を作製する膜電極接合体
の製造方法であって、前記第一の触媒層と前記第二の触
媒層は、互いの外縁が重なる矩形形状になるように塗料
を間欠的に塗布することを特徴とする請求項１または３
に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 【請求項６】 前記第一の触媒層および前記電解質層の
ぞれぞれの固形分濃度が１５〜９９％となるように各層
を形成することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池
用膜電極接合体の製造方法。 - 【請求項７】 前記第一の触媒層の固形分濃度が１５〜
９９％、前記電解質層の固形分濃度が１５〜９９．９％
となるように各層を形成することを特徴とする請求項４
または５に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 【請求項８】 前記第一の触媒層を構成する矩形形状に
おける、基材の移送方向の長さＬ1、前記電解質層を構
成する矩形形状における、同方向の長さＬ2、および前
記第二の触媒層を構成する矩形形状における、同方向の
長さＬ3が、Ｌ1≦Ｌ2とＬ3≦Ｌ2を満たすように塗料を
塗布することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記
載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 - 【請求項９】 前記第二の触媒層を形成し、次にその表
面にガス透過型集電体を貼着することを特徴とする請求
項２または８に記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方
法。 - 【請求項１０】 高分子電解質からなる帯状体を連続し
て移送し、前記帯状体の両側の面から、貴金属を担持す
る固形物と、水素イオン導電性を有する樹脂とを含む塗
料を帯状にほぼ同時に塗布して前記帯状体上に第一の触
媒層と第二の触媒層を形成して全体として三層積層帯を
作製し、次に前記三層積層帯を打ち抜きして三層積層体
を作製する膜電極接合体の製造方法であって、前記第一
の触媒層の幅Ｗ1、前記電解質層の幅Ｗ2、および前記第
二の触媒層の幅Ｗ3が、Ｗ1≦Ｗ2とＷ3≦Ｗ2を満たすよ
うに塗料を塗布することを特徴とする燃料電池用膜電極
接合体の製造方法。 - 【請求項１１】 前記第一触媒層と第二の触媒層を、そ
の固形分濃度が１５〜９９％となるように形成し、次に
前記第一触媒層と第二の触媒層の表面にガス透過型集電
体を貼着することを特徴とする請求項１０に記載の燃料
電池用膜電極接合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001255109A JP2003068320A (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 燃料電池用膜電極接合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001255109A JP2003068320A (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 燃料電池用膜電極接合体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003068320A true JP2003068320A (ja) | 2003-03-07 |
Family
ID=19083143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001255109A Withdrawn JP2003068320A (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 燃料電池用膜電極接合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003068320A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004303594A (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-28 | Seiko Epson Corp | 燃料電池、その製造方法、電子機器および自動車 |
| JP2006524898A (ja) * | 2003-04-16 | 2006-11-02 | キャボット コーポレイション | プロトン交換膜燃料電池及び直接メタノール燃料電池において用いるための膜電極アセンブリを製造する方法 |
| JP2007048556A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Jsr Corp | 膜電極接合体の製造方法 |
| JP2007048555A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Jsr Corp | 膜電極接合体の製造方法 |
| US7910037B2 (en) | 2003-12-26 | 2011-03-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell manufacturing method and system |
| JP2016012455A (ja) * | 2014-06-27 | 2016-01-21 | 日産自動車株式会社 | 電極触媒層の製造装置および製造方法 |
| CN109847974A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-06-07 | 一汽解放汽车有限公司 | 一种质子交换膜燃料电池膜电极喷涂夹具及其制备方法 |
-
2001
- 2001-08-24 JP JP2001255109A patent/JP2003068320A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004303594A (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-28 | Seiko Epson Corp | 燃料電池、その製造方法、電子機器および自動車 |
| JP2006524898A (ja) * | 2003-04-16 | 2006-11-02 | キャボット コーポレイション | プロトン交換膜燃料電池及び直接メタノール燃料電池において用いるための膜電極アセンブリを製造する方法 |
| US7910037B2 (en) | 2003-12-26 | 2011-03-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell manufacturing method and system |
| JP2007048556A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Jsr Corp | 膜電極接合体の製造方法 |
| JP2007048555A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Jsr Corp | 膜電極接合体の製造方法 |
| JP2016012455A (ja) * | 2014-06-27 | 2016-01-21 | 日産自動車株式会社 | 電極触媒層の製造装置および製造方法 |
| CN109847974A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-06-07 | 一汽解放汽车有限公司 | 一种质子交换膜燃料电池膜电极喷涂夹具及其制备方法 |
| CN109847974B (zh) * | 2018-11-23 | 2021-07-09 | 一汽解放汽车有限公司 | 一种质子交换膜燃料电池膜电极喷涂夹具及使用该夹具制备膜电极的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20081104 |