JP2004179092A

JP2004179092A - 固体高分子型燃料電池の製造方法および装置

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Publication number: JP2004179092A
Application number: JP2002346571A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Suzuki; 修一鈴木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP4043351B2

Abstract

【課題】シール性能の相違の少ない固体高分子型燃料電池を安定的に製造する。
【解決手段】固体高分子電解質膜２０、燃料極２２、空気極２４は、高分子電解型燃料電池の積層構造を形成する。第１ヒータ部１０２、第２ヒータ部１０８は、燃料極２２、固体高分子電解質膜２０、空気極２４を加熱し、さらに加圧する。第１冷却部１０６、第２冷却部１１２は、燃料極２２と空気極２４に重なっていない固体高分子電解質膜２０の部分を冷却する。第１断熱部１０４、第２断熱部１１０は、第２ヒータ部１０８と第２冷却部１１２の間に設けられる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体高分子型燃料電池の製造方法に関する。特に、電極と電解質膜を加圧して接合する工程を含む固体高分子型燃料電池の製造方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギー変換効率が高く、かつ、発電反応により有害物質を発生しない燃料電池が注目を浴びている。こうした燃料電池の一つとして、１００℃以下の低温で作動する固体高分子型燃料電池が知られている。
固体高分子型燃料電池は、電解質膜である固体高分子膜を燃料極と空気極との間に配した基本構造を有し、燃料極に水素、空気極に酸素を供給し、以下の電気化学反応により発電する。
燃料極：Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻（１）
空気極：１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ（２）
燃料極および空気極は、触媒層とガス拡散層が積層した構造からなる。各電極の触媒層が固体高分子膜を挟んで対向配置され、燃料電池を構成する。触媒層は、触媒を担持した炭素粒子がイオン交換樹脂により結着されてなる層である。ガス拡散層は酸素や水素の通過経路となる。発電反応は、触媒層における触媒、イオン交換樹脂および水素のいわゆる三相界面において進行する。
【０００３】
燃料極においては、供給された燃料中に含まれる水素が上記式（１）に示されるように水素イオンと電子に分解される。このうち水素イオンは固体高分子電解質膜の内部を酸素極に向かって移動し、電子は外部回路を通って空気極に移動する。一方、空気極においては、酸素極に供給された酸化剤に含まれる酸素が燃料極から移動してきた水素イオンおよび電子と反応し、上記式（２）に示されるように水が生成する。このように、外部回路では燃料極から空気極に向かって電子が移動するため、電力が取り出される。
【０００４】
固体高分子型燃料電池の製造過程は、例えば特許文献１に記載されており、固体高分子電解質膜と２つの電極は、一般に、固体高分子電解質膜を加熱しつつ、加圧するホットプレスによって接合される。例えば、２つの電極間に固体高分子電解質膜を挟みこみ、さらにこれらを２枚のプレス板間に挿入した後、１２５℃から１３０℃に温度を上昇させ、約１０ＭＰａの圧力で約６０秒間ホットプレスを行って、固体高分子電解質膜と２つの電極を接合させている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１３５７８５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
固体高分子型燃料電池を積層する場合、一般に、固体高分子型燃料電池を所定のフレームに固定する。当該フレームと、固体高分子型燃料電池の２つの電極と固体高分子電解質膜の間に対してガスシールを行うために、例えば、固体高分子電解質膜とフレームの間にＯリングなどのシール材を使用する。しかし、固体高分子型燃料電池ごとに、そのシール性能が異なっていた。
【０００７】
本発明者はこうした状況を認識して、本発明をなしたものであり、その目的はシール性能の相違の少ない固体高分子型燃料電池を安定的に製造するための製造方法および装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。固体高分子電解質膜の大きさを燃料極と空気極よりも大きくした場合に、燃料極、固体高分子電解質膜、空気極を重ねると、燃料極と空気極に重なっていない固体高分子電解質膜のみの部分と、燃料極、固体高分子電解質膜、空気極が重なった部分が存在する。前者は、ホットプレスによって、温度が上昇して水分が蒸発するために、固体高分子電解質膜が収縮する。一方、後者は、温度が上昇しても固定化されているため、固体高分子電解質膜はほとんど収縮しない。その結果、２つの部分の界面付近で、大きさの変化の相違が生じるため、固体高分子電解質膜にしわが発生する。さらに、発生したしわによって、電池積層時のシール性が低下する。
【０００９】
本発明のある態様は、固体高分子型燃料電池の製造方法である。この方法は、第１の電極と第２の電極の間に、第１の電極と第２の電極よりも大きい電解質膜を挟み込んで形成される積層構造を上下から加圧する工程を含む。この方法において、積層構造を上下から加圧する工程は、第１の電極と第２の電極に重なっていない電解質膜の部分を冷却しつつ、第１の電極と前記第２の電極と電解質膜の重なった部分を加熱しながら加圧してもよい。
以上の方法により、第１の電極と第２の電極に重なっていない電解質膜の部分は、冷却されて、水分の蒸発が抑制される。
【００１０】
本発明の別の態様は、固体高分子型燃料電池の製造方法である。この方法は、第１の電極と第２の電極の間に、第１の電極と第２の電極よりも大きい電解質膜を挟み込んで形成される積層構造を上下から加圧する工程を含む。この方法において、積層構造を上下から加圧する工程は、第１の電極と第２の電極に重なっていない電解質膜の部分を独立に加圧しつつ、第１の電極と第２の電極と電解質膜の重なった部分を加熱しながら加圧してもよい。
【００１１】
積層構造を上下から加圧する工程は、第１の電極と第２の電極に重なっていない電解質膜の部分を独立に加圧してから、第１の電極と第２の電極と電解質膜の重なった部分を加圧してもよい。また、積層構造を上下から加圧する工程は、第１の電極と第２の電極に重なっていない電解質膜の部分を冷却してもよい。
以上の方法により、第１の電極と第２の電極に重なっていない電解質膜の部分は、当該部分を独立に加圧する装置の存在によって、水分の蒸発が抑制される。
【００１２】
本発明のさらに別の態様は、固体高分子型燃料電池の製造装置である。この装置は、第１の電極と第２の電極の間に、第１の電極と第２の電極よりも大きい電解質膜を挟み込んで形成される積層構造のうち、第１の電極と第２の電極と電解質膜の重なった部分を、加熱しながら加圧する加熱加圧部と、積層構造のうち、第１の電極と第２の電極に重なっていない電解質膜の部分を冷却する冷却部とを含む。
【００１３】
本発明のさらに別の態様も、固体高分子型燃料電池の製造装置である。この装置は、第１の電極と第２の電極の間に、第１の電極と第２の電極よりも大きい電解質膜を挟み込んで形成される積層構造のうち、第１の電極と第２の電極と電解質膜の重なった部分を、加熱しながら加圧する加熱加圧部と、積層構造のうち、第１の電極と第２の電極に重なっていない電解質膜の部分を独立に加圧する押圧部とを含む。
押圧部は、第１の電極と第２の電極に重なっていない電解質膜の部分を冷却してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、本実施の形態において製造の対象となる固体高分子型燃料電池について説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる燃料電池１０の断面構造を模式的に示す。燃料電池１０は平板状のセル５０を備え、このセル５０の両側にはセパレータ３４およびセパレータ３６が設けられる。この例では一つのセル５０のみを示すが、セパレータ３４やセパレータ３６を介して複数のセル５０を積層して、燃料電池１０が構成されてもよい。セル５０は、固体高分子電解質膜２０、燃料極２２および空気極２４とを有する。燃料極２２および空気極２４を「触媒電極」と呼んでもよい。燃料極２２は、積層した触媒層２６およびガス拡散層２８を有し、同様に空気極２４も、積層した触媒層３０およびガス拡散層３２を有する。燃料極２２の触媒層２６と空気極２４の触媒層３０は、固体高分子電解質膜２０を挟んで対向するように設けられる。
【００１５】
燃料極２２側に設けられるセパレータ３４にはガス流路３８が設けられており、このガス流路３８を通じてセル５０に燃料ガスが供給される。同様に、空気極２４側に設けられるセパレータ３６にもガス流路４０が設けられ、このガス流路４０を通じてセル５０に酸素が供給される。具体的には、燃料電池１０の運転時、ガス流路３８から燃料極２２に燃料ガス、例えば水素ガスが供給され、ガス流路４０から空気極２４に酸化剤ガス、例えば空気が供給される。これにより、セル５０内で発電反応が生じる。ガス拡散層２８を介して触媒層２６に水素ガスが供給されると、ガス中の水素がプロトンとなり、このプロトンが固体高分子電解質膜２０中を空気極２４側へ移動する。このとき放出される電子は外部回路に移動し、外部回路から空気極２４に流れ込む。一方、ガス拡散層３２を介して触媒層３０に空気が供給されると、酸素がプロトンと結合して水となる。この結果、外部回路においては燃料極２２から空気極２４に向かって電子が流れることとなり、電力を取り出すことができる。
【００１６】
固体高分子電解質膜２０は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示すことが好ましく、燃料極２２および空気極２４の間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。固体高分子電解質膜２０は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などがあげられる。また、非フッ素重合体の例として、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどがあげられる。
【００１７】
燃料極２２におけるガス拡散層２８および空気極２４におけるガス拡散層３２は、供給される水素ガス又は空気を触媒層２６および触媒層３０に供給する機能をもつ。また発電反応により生じる電荷を外部回路に移動させる機能や、水や未反応ガスなどを外部に放出する機能ももつ。ガス拡散層２８およびガス拡散層３２は、電子伝導性を有する多孔体で構成されることが好ましく、例えばカーボンペーパーやカーボンクロスなどで構成される。
【００１８】
燃料極２２における触媒層２６および空気極２４における触媒層３０は、多孔膜であり、イオン交換樹脂と、触媒を担持した炭素粒子とから構成されるのが好ましい。担持される触媒には、例えば白金、ルテニウム、ロジウムなどの１種または２種以上を混合したものがある。また触媒を担持する炭素粒子には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどがある。
【００１９】
イオン交換樹脂は、触媒を担持した炭素粒子と固体高分子電解質膜２０を電気化学的に接続させる機能をもつ。燃料極２２においてはプロトン透過性を要求され、また空気極２４においては酸素透過性を要求される。イオン交換樹脂は、固体高分子電解質膜２０と同様の高分子材料から形成されてよい。
【００２０】
以下、セル５０の作製方法の一例を示す。まず、燃料極２２および空気極２４を作製するべく、白金などの触媒を、例えば含浸法やコロイド法を用いて炭素粒子に担持させる。次に、触媒を担持する炭素粒子とイオン交換樹脂とを溶媒に分散させて触媒インクを生成する。この触媒インクをガス拡散層となる例えばカーボンペーパーに塗布して加熱、乾燥させることにより、燃料極２２および空気極２４を作製する。塗布方法は、例えば刷毛塗りやスプレー塗布の技術を用いてもよい。続いて、固体高分子電解質膜２０を、燃料極２２の触媒層２６と空気極２４の触媒層３０とで挟み、ホットプレスして接合する。これにより、セル５０が作製される。固体高分子電解質膜２０や、触媒層２６および触媒層３０におけるイオン交換樹脂を軟化点やガラス転移のある高分子材料で構成する場合、軟化温度やガラス転移温度を超える温度でホットプレスを行うことが好ましい。
【００２１】
図２は、セル５０の断面構造を模式的に示す。燃料極２２において、触媒層２６が、カーボンペーパーなどで構成されるガス拡散層２８の表面よりも内側に入り込んでいる様子が示される。空気極２４においても、触媒層３０がガス拡散層３２の内側に入り込んでいる。
【００２２】
（実施の形態１）
実施の形態１は、燃料極、固体高分子電解質膜、空気極からなる積層構造において、固定高分子電解質膜の大きさが燃料極と空気極より大きくされている固体高分子型燃料電池の製造に関する。本製造方法は、燃料極、固体高分子電解質膜、空気極を接合するためのホットプレスにおいて、燃料極、固体高分子電解質膜、空気極の重なった部分を加熱しつつ加圧するだけでなく、燃料極と空気極に重なっていない固体高分子電解質膜のみ部分を冷却して、当該部分の温度上昇を抑えて水分の蒸発をより少なくする。
【００２３】
図３は、実施の形態１に係る燃料電池製造装置１００の上面を示す。燃料電池製造装置１００は、第１ヒータ部１０２、第１断熱部１０４、第１冷却部１０６を含む。第１冷却部１０６はスリット部１１４、注入部１２０、排出部１２２を含む。図３における燃料電池製造装置１００のＡ−Ａ’断面の構造を図４に、Ｂ−Ｂ’断面構造を図５に示す。
【００２４】
図４における燃料電池製造装置１００は、第１ヒータ部１０２、第１断熱部１０４、第１冷却部１０６、第２ヒータ部１０８、第２断熱部１１０、第２冷却部１１２、スリット部１１４を含む。
固体高分子電解質膜２０、燃料極２２、空気極２４は、高分子電解型燃料電池の積層構造を形成し、燃料電池製造装置１００によって接合される。
第１ヒータ部１０２、第２ヒータ部１０８は、燃料極２２、固体高分子電解質膜２０、空気極２４のホットプレスを実行するために、燃料極２２、固体高分子電解質膜２０、空気極２４を加熱し、さらに第１ヒータ部１０２は下向きに働く力を生じ、第２ヒータ部１０８は上向きに働く力を生じて、加圧する。
【００２５】
第１冷却部１０６、第２冷却部１１２は、燃料極２２、空気極２４と重ならない固体高分子電解質膜２０の部分を、内部循環の冷却水で冷却する。第１冷却部１０６は、燃料極２２を燃料電池製造装置１００の内部にセットするための後述するスリット部１１４を有する。ここでは、第１冷却部１０６と第２冷却部１１２の内側の大きさがそれぞれ燃料極２２と空気極２４にほぼ同一となるように、第１冷却部１０６と第２冷却部１１２の外側の大きさがそれぞれ燃料極２２と空気極２４より大きくなるように設計されている。図３において、冷却水は注入部１２０から第１冷却部１０６に吸入され、第１冷却部１０６を時計回りに１周して、排出部１２２から排出される。なお、第１冷却部１０６、第２冷却部１１２に、ポリテトラフルオロエチレンなどの固体高分子電解質膜２０と粘着しにくい材料が使用されるとより望ましい。
【００２６】
第１断熱部１０４、第２断熱部１１０は、それぞれ第１ヒータ部１０２と第１冷却部１０６、第２ヒータ部１０８と第２冷却部１１２の間の熱伝導を防ぎ、それぞれの温度を独立に設定するために、それぞれ第１ヒータ部１０２と第１冷却部１０６、第２ヒータ部１０８と第２冷却部１１２の間に設けられる。
図５における燃料電池製造装置１００は、第１冷却部１０６、第２冷却部１１２、スリット部１１４を含む。スリット部１１４は、第１冷却部１０６内部に設けられ、それは燃料極２２を挿入可能な大きさを有する。
【００２７】
図６は、燃料電池製造装置１００による燃料極２２、固体高分子電解質膜２０、空気極２４の接合工程の手順を示す。第１冷却部１０６、第２冷却部１１２の内部に、冷却水を循環させ、第１冷却部１０６と第２冷却部１１２を、固体高分子電解質膜２０の軟化温度以下に冷却する（Ｓ１０）。なお、固体高分子電解質膜２０にナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２を使用する場合、軟化温度は約１２０℃である。第１ヒータ部１０２と第２ヒータ部１０８を約１１０℃から１５０℃の温度に加熱する（Ｓ１２）。図７に示すように、第２冷却部１１２の内側を位置のガイドとして、当該内側に合わせるように、空気極２４を第２ヒータ部１０８、第２断熱部１１０の上に置く（Ｓ１４）。図８に示すように、固体高分子電解質膜２０を空気極２４と第２冷却部１１２の上に置く（Ｓ１６）。
【００２８】
図９に示すように、第１冷却部１０６を第２冷却部１１２の位置に合わせて、固体高分子電解質膜２０の上に固定する（Ｓ１８）。図１０に示すように、燃料極２２を第１冷却部１０６に設けられたスリット部１１４から挿入し、第１冷却部１０６の内側を位置のガイドとして、当該内側に合わせるように、固体高分子電解質膜２０の上に置く（Ｓ２０）。図４に示すように、第１ヒータ部１０２、第１断熱部１０４を下降させて燃料極２２の上に固定する（Ｓ２２）。第１ヒータ部１０２と第２ヒータ部１０８の間に約５ＭＰａの圧力を約３０秒から６０秒間加えて、ホットプレスを行う（Ｓ２４）。第１ヒータ部１０２と第２ヒータ部１０８による加圧を終了する（Ｓ２６）。最終的に、接合された燃料極２２、固体高分子電解質膜２０、空気極２４を燃料電池製造装置１００から取り出す（Ｓ２８）。
【００２９】
実施の形態１によれば、燃料極と空気極に重なっていない固体高分子電解質膜のみ部分を冷却して、当該部分の大きさの縮みを抑制することによって、固体高分子電解質膜に生じるしわの防止が可能である。また、冷却水を使用して冷却するため、迅速に冷却できる。さらに、固体高分子電解質膜を接合する前に湿潤する場合は、固体高分子電解質膜中の水分の増加に伴い体積が増加し、固体高分子電解質膜の大きさの変化がより大きくなることによって、固体高分子電解質膜にしわが生じやすくなるため、本製造方法は有効である。
【００３０】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１と同様に、固体高分子型燃料電池の製造のために、燃料極、固体高分子電解質膜、空気極をホットプレスによって接合する。本製造方法は、燃料極、固体高分子電解質膜、空気極の重なった部分を加熱しつつ加圧するだけではなく、燃料極と空気極に重なっていない固体高分子電解質膜のみ部分も独立に加圧し、この加圧する装置の存在によって、固体高分子電解質膜の変形をより少なくする。
図１１は、実施の形態２に係る燃料電池製造装置１００の上面を示す。燃料電池製造装置１００は、第１ヒータ部１０２、第１押圧部１１６を含む。図１１における燃料電池製造装置１００のＡ−Ａ’断面の構造を図１２に示す。
【００３１】
図１２における燃料電池製造装置１００は、第１ヒータ部１０２、第２ヒータ部１０８、第１押圧部１１６、第２押圧部１１８、スリット部１１４を含む。
第１押圧部１１６、第２押圧部１１８は、燃料極２２、空気極２４と重なっていない固体高分子電解質膜２０の部分に、所定の圧力を加えるが、この値は、第１ヒータ部１０２、第２ヒータ部１０８が加える圧力の値と独立でもかまわない。また、第１押圧部１１６には、図４の第１冷却部１０６と同様に、スリット部１１４が設けられている。なお、第１押圧部１１６、第２押圧部１１８に、ポリテトラフルオロエチレンなどの固体高分子電解質膜２０と粘着しにくい材料が使用されるとより望ましい。
【００３２】
図１３は、燃料電池製造装置１００による燃料極２２、固体高分子電解質膜２０、空気極２４の接合工程の手順を示す。第１ヒータ部１０２と第２ヒータ部１０８を約１１０℃から１５０℃の温度に加熱する（Ｓ５０）。第２押圧部１１８の内側を位置のガイドとして、当該内側に合わせるように空気極２４を第２ヒータ部１０８の上に置く（Ｓ５２）。固体高分子電解質膜２０を空気極２４と第２押圧部１１８の上に置く（Ｓ５４）。第１押圧部１１６を第２押圧部１１８の位置に合わせて、固体高分子電解質膜２０の上に固定する（Ｓ５６）。燃料極２２を第１押圧部１１６に設けられたスリット部１１４から挿入し、第１押圧部１１６の内側を位置のガイドとして、当該内側に合わせるように固体高分子電解質膜２０の上に置く（Ｓ５８）。
【００３３】
第１ヒータ部１０２を下降させて燃料極２２の上に固定する（Ｓ６０）。第１押圧部１１６、第２押圧部１１８によって、これらに接する固体高分子電解質膜２０の部分に約５ＭＰａの圧力を加える（Ｓ６２）。第１ヒータ部１０２と第２ヒータ部１０８の間に約５ＭＰａの圧力を約３０秒から６０秒加えて、ホットプレスを行う（Ｓ６４）。第１ヒータ部１０２と第２ヒータ部１０８による加圧を終了する（Ｓ６６）。第１押圧部１１６、第２押圧部１１８による加圧を終了する（Ｓ６８）。最終的に、接合された燃料極２２、固体高分子電解質膜２０、空気極２４を燃料電池製造装置１００から取り出す（Ｓ７０）。
【００３４】
実施の形態２によれば、電極と重なっていない電解質膜のみ部分も加圧して、当該部分の大きさの縮みを抑制することによって、電解質膜に生じるしわの防止が可能である。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３５】
実施の形態１において、第１冷却部１０６、第２冷却部１１２の大きさは燃料極２２、空気極２４と重ならない固体高分子電解質膜２０の部分より大きく設計されている。しかし、第１冷却部１０６、第２冷却部１１２の大きさはこれに限られず、例えば、固体高分子電解質膜２０より小さくてもよい。つまり、第１冷却部１０６、第２冷却部１１２の大きさは、第１冷却部１０６、第２冷却部１１２の冷却能力、第１ヒータ部１０２、第２ヒータ部１０８の設定温度、固体高分子電解質膜２０が軟化する温度などにより決定されればよい。実施の形態２における第１押圧部１１６、第２押圧部１１８の大きさも同様に決定されればよい。
【００３６】
実施の形態１において、第１冷却部１０６、第２冷却部１１２はこれらに接する固体高分子電解質膜２０を冷却している。しかし、第１冷却部１０６、第２冷却部１１２の動作はこれに限られない。例えば、第１押圧部１１６、第２押圧部１１８のように、さらに固体高分子電解質膜２０を加圧する動作および装置が付加されてもよい。つまり、第１冷却部１０６、第２冷却部１１２は、冷却する動作に加えて、他の動作を実行してもよい。
【００３７】
実施の形態１において、第１冷却部１０６に含まれる注入部１２０と排出部１２２をそれぞれひとつ設けている。しかし、注入部１２０と排出部１２２はひとつに限られず、複数設けてもよい。例えば、第１冷却部１０６の上面の各頂点に注入部１２０と排出部１２２をひとつずつ設け、第１冷却部１０６の上面の各辺をそれぞれ別々に冷却してもよい。つまり、注入部１２０と排出部１２２は、第１冷却部１０６、第２冷却部１１２の冷却能力、第１ヒータ部１０２、第２ヒータ部１０８の設定温度、固体高分子電解質膜２０が軟化する温度などにより決定されればよい。
【００３８】
実施の形態２において、第１押圧部１１６、第２押圧部１１８はこれらに接する固体高分子電解質膜２０を加圧している。しかし、第１押圧部１１６、第２押圧部１１８の動作はこれに限られない。例えば、第１冷却部１０６、第２冷却部１１２のように、さらに固体高分子電解質膜２０を冷却する動作および装置が付加されてもよい。つまり、第１押圧部１１６、第２押圧部１１８は、加圧する動作に加えて、他の動作を実行してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、シール性能の相違の少ない固体高分子型燃料電池を安定的に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池の断面構造を模式的に示す図である。
【図２】セルの断面構造を模式的に示す図である。
【図３】実施の形態１に係る燃料電池の製造装置の上面図である。
【図４】実施の形態１に係る燃料極、固体高分子電解質膜、空気極の加圧状態における燃料電池の製造装置の第１の断面図である。
【図５】実施の形態１に係る燃料極、固体高分子電解質膜、空気極の加圧状態における燃料電池の製造装置の第２の断面図である。
【図６】実施の形態１に係る燃料極、固体高分子電解質膜、空気極の接合工程の手順を示す図である。
【図７】図６の第１の状態を示す図である。
【図８】図６の第２の状態を示す図である。
【図９】図６の第３の状態を示す図である。
【図１０】図６の第４の状態を示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る燃料電池の製造装置の上面図である。
【図１２】実施の形態２に係る燃料極、固体高分子電解質膜、空気極の加圧状態における燃料電池の製造装置の断面図である。
【図１３】実施の形態２に係る燃料極、固体高分子電解質膜、空気極の接合工程の手順を示す図である。
【符号の説明】
１０燃料電池、２０固体高分子電解質膜、２２燃料極、２４空気極、２６、３０触媒層、２８、３２ガス拡散層、３４、３６セパレータ、３８、４０ガス流路、５０セル、１００燃料電池製造装置、１０２第１ヒータ部、１０４第１断熱部、１０６第１冷却部、１０８第２ヒータ部、１１０第２断熱部、１１２第２冷却部、１１４スリット部、１１６第１押圧部、１１８第２押圧部、１２０注入部、１２２排出部。

Claims

第１の電極と第２の電極の間に、前記第１の電極と前記第２の電極よりも大きい電解質膜を挟み込んで形成される積層構造を上下から加圧する工程を含み、
前記積層構造を上下から加圧する工程は、前記第１の電極と前記第２の電極に重なっていない前記電解質膜の部分を冷却しつつ、前記第１の電極と前記第２の電極と前記電解質膜の重なった部分を加熱しながら加圧することを特徴とする固体高分子型燃料電池の製造方法。
第１の電極と第２の電極の間に、前記第１の電極と前記第２の電極よりも大きい電解質膜を挟み込んで形成される積層構造を上下から加圧する工程を含み、
前記積層構造を上下から加圧する工程は、前記第１の電極と前記第２の電極に重なっていない前記電解質膜の部分を独立に加圧しつつ、前記第１の電極と前記第２の電極と前記電解質膜の重なった部分を加熱しながら加圧することを特徴とする固体高分子型燃料電池の製造方法。
前記積層構造を上下から加圧する工程は、前記第１の電極と前記第２の電極に重なっていない前記電解質膜の部分を独立に加圧してから、前記第１の電極と前記第２の電極と前記電解質膜の重なった部分を加圧することを特徴とする請求項２に記載の固体高分子型燃料電池の製造方法。
前記積層構造を上下から加圧する工程は、前記第１の電極と前記第２の電極に重なっていない前記電解質膜の部分を冷却することを特徴とする請求項２または３に記載の固体高分子型燃料電池の製造方法。
第１の電極と第２の電極の間に、前記第１の電極と前記第２の電極よりも大きい電解質膜を挟み込んで形成される積層構造のうち、前記第１の電極と前記第２の電極と前記電解質膜の重なった部分を、加熱しながら加圧する加熱加圧部と、
前記積層構造のうち、前記第１の電極と前記第２の電極に重なっていない前記電解質膜の部分を冷却する冷却部と、
を含むことを特徴とする固体高分子型燃料電池の製造装置。
第１の電極と第２の電極の間に、前記第１の電極と前記第２の電極よりも大きい電解質膜を挟み込んで形成される積層構造のうち、前記第１の電極と前記第２の電極と前記電解質膜の重なった部分を、加熱しながら加圧する加熱加圧部と、
前記積層構造のうち、前記第１の電極と前記第２の電極に重なっていない前記電解質膜の部分を独立に加圧する押圧部と、
を含むことを特徴とする固体高分子型燃料電池の製造装置。
前記押圧部は、前記第１の電極と前記第２の電極に重なっていない前記電解質膜の部分を冷却することを特徴とする請求項６に記載の固体高分子型燃料電池の製造装置。