JP2006278070A - 燃料電池用膜電極接合体、燃料電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に解体可能なＭＥＡの提供。
【解決手段】電解質膜１１と、電解質膜１１の厚み方向の両側に接合された触媒層１２、１５と、更にその両側に触媒層１２、１５を介して接合されたガス拡散層１４、１７とを有し、拡散層１４、１７の周辺部と電解質膜１１との間に介設され、拡散層１４、１７から外側に突出する剥離補助部材１３、１６を有することを特徴とする。つまり、拡散層と電解質膜との間に予め剥離補助部材を介装することで、ＭＥＡを実際に解体する際に、拡散層と電解質膜との剥離を容易に行うことができる。特に、剥離補助部材は、本ＭＥＡを挟持するセパレータに固定可能な部材であることが望ましい。剥離補助部材がセパレータに固定されることで、セパレータを解体する際に、剥離補助部材に対して剥離される方向の力が加わり、拡散層も電解質膜から剥離できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、解体しやすさに特徴をもつ燃料電池用膜電極接合体、燃料電池及びその製造方法に関する。

従来、燃料電池用の膜電極接合体（以下、適宜、「ＭＥＡ」という）は、イオン伝導性をもつ電解質膜と、その電解質を両側から挟持する触媒層と、更にその両側から挟持する拡散層とをもつ。発電の際には、電解質の一面側から燃料が供給され、他面側から酸化剤が供給される。

上記ＭＥＡによれば、電解質膜、触媒層及び拡散層は接合されているため、複数のＭＥＡを並設させつつセパレータと共に燃料電池として組み付けるとき、電解質膜、触媒層及び拡散層の位置ずれが抑えられ、燃料電池の高品質化に寄与することができる。

特許文献１には、電解質膜に接合する前のガス拡散電極をこれの厚み方向にプレス型で加圧する技術が開示されている。特許文献１には、ガス拡散電極の表面における毛ばたちが抑制されると記載されている。

特許文献２には、プロトン伝導性をもつ電解質膜に加圧治具により触媒層を加熱圧着する技術を開示すると共に、加圧治具の表面が平面度０．０１０以下であり、触媒層を形成する基材フィルムの平面度が０．００５ｍｍ以下である技術が開示されている。
特開２００３−２３４１０６号公報 特開平６−３３８３３５号公報

ところで、上記した燃料電池の寿命は有限であるため、寿命の尽きた燃料電池を廃却したり、リサイクルで再利用することがある。この場合、燃料電池は解体される。殊に、白金、ルテニウムなどの価格が高い触媒を使用している場合には、ＭＥＡを解体して、触媒を回収することが好ましい。また、電解質膜、触媒層などにはフッ素樹脂などから構成される高価な電解質が採用されており、電解質を回収することが望まれる場合も多い。

しかしながら上記したＭＥＡは、電解質膜、触媒層及び拡散層が固く密着されているため、解体は容易ではない。このため、白金、ルテニウムなどの価格が高い触媒などを安価に回収することは必ずしも容易ではなかった。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、電解質膜、触媒層及び拡散層を容易に解体させることができるようにすることで、再生が望まれる材料を回収するのに有利な燃料電池用膜電極接合体（ＭＥＡ）及びその製造方法、並びに燃料電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決する目的で本発明者は鋭意研究を行った結果、以下の発明を完成した。

（１）すなわち、本発明のＭＥＡは、電解質膜と、該電解質膜の厚み方向の両側に接合された触媒層と、該電解質膜の厚み方向の両側に該触媒層を介して接合されたガス拡散層とを有するＭＥＡにおいて、
前記拡散層の周辺部と前記電解質膜との間に介設され、該拡散層から外側に突出する剥離補助部材を有することを特徴とする。

つまり、拡散層と電解質膜との間に予め剥離を考慮に入れた部材を介装することで、ＭＥＡを実際に解体する際に、拡散層と電解質膜との剥離を容易に行うことができる。

特に、前記剥離補助部材は、本発明のＭＥＡを燃料電池に適用する場合に、本ＭＥＡを挟持するセパレータに固定可能な部材であることが望ましい。剥離補助部材がセパレータに固定されることで、セパレータを解体する際に、剥離補助部材に対して剥離される方向の力が加わる。剥離補助部材は電解質膜と拡散層との間に介装されているので、拡散層を電解質膜から剥離する方向に作用する。この場合、特に、拡散層から外側に突出した部分がセパレータに固定されることが望ましい。

そして、剥離補助部材がセパレータに固定されている場合、
（ａ）前記剥離補助部材は前記電解質膜の両面に配設され、
（ｂ）一方の面側の該剥離補助部材は、
該一方の面側に配設される前記セパレータに、その一部分にて固定可能であり、且つ、
該電解質膜側の一部分であって、該セパレータに固定された部位と異なる部分で該電解質膜及び／又は前記触媒層に固定され、
（ｃ）他方の面側の該剥離補助部材は、
該電解質膜側の一部分であって、一方の面側の該剥離補助部材が該電解質膜又は該触媒層に固定された部位と異なる部分で、該電解質膜及び／又は該触媒層に固定されており、且つ、
該他方の面側に配設される前記セパレータに、該電解質膜及び／又は該触媒層に固定された部位と異なる部分で固定可能である、ことが望ましい。

後に詳述するが、例えば、電解質膜の両面のいずれか一方側に配設された剥離補助部材について、ＭＥＡの広がり方向でできるだけ離れた２つの部位（正方形や長方形の場合の対向する辺など）で電解質膜及びセパレータに固定し、且つ、電解質膜の反対側に配設された剥離補助部材においては、同じくＭＥＡの広がり方向でできるだけ離れた２つの部位であって、前述の一方側に配設された剥離補助部材とは電解質膜側とセパレータ側との位置関係を反転した部位にてセパレータ及び電解質膜に固定するが挙げられる。この構成によると、本ＭＥＡを挟持するセパレータを２つに分離することで拡散層、剥離補助部材、電解質膜、剥離補助部材及び剥離補助部材がジャバラ状につながった状態となって容易に分離できる。従って、拡散層は、電解質膜の両側の面から共に簡便に剥離することができる。

ここで、前記拡散層及び前記電解質膜は前記触媒層よりも一回り大きく、前記剥離補助部材は、該触媒層と同程度の厚みであり、該触媒層の周囲に配設されていることが望ましい。このような構成によると、剥離補助部材が介装された部分においても、ＭＥＡの厚みの変化が小さくなり、好ましくない変形や応力が加わることが抑制できる。

そして、前記剥離補助部材を前記触媒層及び前記電解質膜の間に介設されている構成を採用することで、剥離補助部材により電解質膜と触媒層との間を容易に剥離することができる。また、前記剥離補助部材を前記拡散層及び前記触媒層の間に介設されている構成を採用することで、剥離補助部材により触媒層と拡散層との間を容易に剥離することができる。

また、前記剥離補助部材の形状を額縁状にすることで、剥離補助部材が、電解質膜及び触媒層の間、又は、触媒層及び拡散層の間のいずれかを剥離する際に、剥離補助部材から拡散層などがすり抜けることを防止できる。特に、剥離補助部材が拡散層の周辺部の全周にわたって重なるような形状を採用することで、剥離補助部材から拡散層がすり抜けることをより確実に防止できる。

更に、本ＭＥＡを解体するときに、前記触媒層は、前記拡散層又は前記電解質膜のうち、定まった一方から剥離され、定まった他方に付着するようにすることが望ましい。電解質膜及び拡散層のそれぞれに対して、触媒層を固定する強度に差を付けることで剥離した場合に触媒層がいずれに付着するかを制御できる。そして、前記電解質膜及び前記拡散層のうちの前記剥離される一方と前記触媒層との間は、その周辺部が接合されていないような構成を採用することで、解体時に、触媒層が電解質膜及び拡散層のうちのどちらに残存するかが、より確実に制御できる。

また、前記剥離補助部材としては前記電解質膜に固定されたものと前記拡散層に固定されたものとの２枚以上の薄膜状部材を重ね合わせたものを採用し、重ね合わせた２枚以上の該薄膜状部材の間を分離することで、該拡散層と該電解質膜とを分離解体できる構成を採用することができる。剥離補助部材を２枚以上用いることで、より簡単に電解質膜及び拡散層の間を剥離することができる。

ここで、剥離補助部材は、前記拡散層の周辺部と前記電解質膜との間に代えて、前記触媒層の周辺部と前記電解質との間、並びに、前記触媒層の周辺部と前記拡散層との間の少なくとも１つの間に介設することもできる。剥離補助部材を介設する部位を変更しても上述したような種々の構成を採用することができる。

（２）本発明の燃料電池は、上述の（１）に示したＭＥＡと該ＭＥＡを挟持するセパレータとを有することを特徴とする。

また、本発明の燃料電池の製造方法は、上述の燃料電池を製造する方法であって、前記電解質膜を、２つの前記触媒層、２つの前記拡散層の順であって、該電解質膜及び該拡散層の間のそれぞれに前記剥離補助部材を介装した状態で挟持してＭＥＡを製造する工程と、該ＭＥＡの両側をセパレータで挟持する工程と、を有することを特徴とする。

本発明のＭＥＡは、剥離補助部材を備えることにより、容易に電解質膜と拡散層との間を分離することができる。従って、使用済みの燃料電池から必要な部分を必要な形態で分離することが簡単にできる。

本実施形態のＭＥＡは、電解質膜と触媒層と拡散層と剥離補助部材とを有する。電解質膜は特に限定しないが、プロトン伝導性材料から構成される一般的な膜が採用できる。触媒層は電解質膜の両面に形成されている。触媒層の構成についても特に限定しないが、電解質材料中に触媒を分散させたものが採用できる。この触媒は貴金属などを含む場合が多く、リサイクルの対象になる。拡散層は電解質膜の両面に触媒層を形成した後の膜の両面に接合されている。拡散層の構成についても特に限定しない。例えば、カーボンペーパなどをそのまま、又は必要に応じて電解質材料を含浸させたものが採用できる。

一般的に触媒層は電解質溶液中に触媒粉末を分散させて調製した触媒ペーストから製膜することが多い。例えば、触媒ペーストを拡散層や電解質膜に直接、塗布することで、触媒層付きの拡散層や電解質膜を調製したり、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やポリオレフィン製の板上に触媒ペーストを塗布して製膜後、電解質膜や拡散層に転写する方法がある。

剥離補助部材は拡散層及び電解質膜の間に介装される部材である。剥離補助部材をＭＥＡから剥離することで電解質膜と拡散層との間を剥離することができる部材である。剥離補助部材の形態としては薄膜状のほか、断面楕円状、外側に行くに従い、厚みが増加（減少）する断面くさび状などの任意の断面形状をもつ部材を採用することができる。ＭＥＡの広がり方向の形態についても後述する僅かな限定を除けば概ね限定はない。

剥離補助部材は、電解質膜や拡散層よりも剛性（及び／又は強度）が高いことが望ましい。剛性などが高いと、拡散層などと共に剥離補助部材を剥がす際に剥離補助部材が破損したり、変形したりして拡散層などがすり抜けることを防止できる。剥離補助部材は、本ＭＥＡを燃料電池に使用した場合に、シール部材を兼ねることができるので、シール部材を兼ねる場合にはシール性が高い材料から構成されることが望ましい。また、化学的安定性に優れた材料から構成されることが望ましい。また、剥離補助部材は剥離する側の部材（電解質膜又は拡散層）に対して自己接着性がない素材から構成することで、より簡単に剥離作業を行うことができる。例えば、エラストマー系の材料、例えば、シリコンゴム、フッ素樹脂、ポリオレフィン系樹脂などから構成することができる。また、電解質膜や、拡散層に採用される素材と同系材料を採用することで、剥離補助部材自身の解体後の処理についても容易になる。

剥離補助部材は少なくとも一部が拡散層よりも外側に突出する。拡散層よりも外側に突出する部位を手がかりにして電解質膜から拡散層を剥離することができる。特に剥離補助部材は燃料電池に適用した際にセパレータに固定可能な素材乃至構成を採用することが望ましい。特に外側に突出する部位にてセパレータに固定できることが望ましい。剥離補助部材にてセパレータに固定された状態で燃料電池を解体すると、拡散層及び電解質膜の間に介装された状態で剥離補助部材がセパレータにより力を受けるので、拡散層及び電解質膜の間を剥離する方向に力を加えることができる。セパレータ及び剥離補助部材間の固定方法は特に限定しないが、熱融着による方法や、接着剤による方法、互いに切り欠きを設けて係合させる方法などが挙げられる。

特に、剥離補助部材が電解質膜の両面に配設されている場合に、拡散層及び電解質膜の間の剥離をより確実に行う目的で、電解質膜の一方及び他方の面側に配設されたそれぞれの剥離補助部材として以下の構成を採用することができる。まず、それぞれの剥離補助部材は本ＭＥＡの広がり方向の異なる位置で、それぞれセパレータ及び電解質膜（剥離補助部材が触媒層上に配設される場合には触媒層）に固定される。ここで、剥離補助部材間で電解質膜側にて固定される部位が異なるようにする。

このような構成を採用すると、本ＭＥＡを燃料電池に適用後、解体する際に、本ＭＥＡを挟持するセパレータを分離することで、それぞれのセパレータに固定された剥離補助部材により、両面側それぞれの拡散層と電解質膜との３つの部材間で剥離方向の力が加わり、簡単に解体することができる。特に、一方の面側でセパレータに固定された部位と他方の面側で電解質膜側に固定された部位とをほぼ同じ部位にすることが解体の容易性向上の観点からは望ましい。

ここで、拡散層及び電解質膜は触媒層よりも一回り大きくすることが望ましい。その上で、剥離補助部材を触媒層と同程度の厚みとすることが望ましい。そして、剥離補助部材の形状を触媒層の周囲に配設されるような形状（例えば、環状、額縁状、円環状などＭＥＡの形状にあわせて採用する）にすることが望ましい。本形態を採用することで、触媒層が挟持された部位と、剥離補助部材が挟持された部位とにおける厚みがほぼ等しくなって、拡散層及び電解質膜に加わるひずみを小さくできる。

そして、剥離補助部材は触媒層及び電解質膜の間に介設されていることもできる。また、剥離補助部材は拡散層及び触媒層の間に介設されていることもできる。つまり、必要に応じて剥離補助部材を触媒層に重ねて介設することができる。更に、剥離補助部材により触媒層の両面から挟持することで、より確実に触媒層を分離することができる。

剥離補助部材を触媒層と重ねた場合、その重なった部位は、剥離補助部材に相当する厚みが増加するので、その厚みの大きさだけ、触媒層、拡散層及び電解質膜のうちの少なくとも１つの厚みを減少させることで全体としての厚みを均等化することが望ましい。また、剥離補助部材の厚みを部位によって変化させることを組み合わせることで、全体としての厚みを均等化することもできる。

ここで、本ＭＥＡは、解体するときに、触媒層が、拡散層又は電解質膜のうち、定まった一方から剥離され、定まった他方に付着するように構成されていることが望ましい。触媒層が、電解質膜及び拡散層のどちらの部材に付着・残存することになるかが定まることで、解体の作業効率が向上する。触媒層がどちらの部材に付着するかについては接着・固定の方法を両者の間で差を付けたりすることで制御することができる。

また、電解質膜及び拡散層のうちの剥離される一方になる部材について、触媒層との間の周辺部に接合されていない部位（一部分でも良いし、全周にわたっていても良い）を設けることでも、解体時にどちらの部材に付着することになるかを決定する要因の一つになる。

また、剥離補助部材は、電解質膜に固定されたものと、拡散層に固定されたものとの２枚以上の薄膜状部材を重ね合わせたものを採用することができる。解体時に、重ね合わせた２枚以上の薄膜状部材の間を分離することで、拡散層と電解質膜との分離解体を効率的に行うことができる。特に、剥離補助部材として、一枚の大きな薄膜状部材を折り畳んだものを採用することもできる。また、電解質膜の両面に配設する剥離補助部材について、一枚の大きな薄膜状部材をじゃばら状に折り畳んだ部材を採用することもできる。

以上説明したＭＥＡを有する燃料電池は解体時の作業効率が向上できる。

以下、本発明のＭＥＡを採用した燃料電池について、単セルを例に挙げ、図を用いて更に詳細に説明を行う。当然に、単セルを複数組み合わせた燃料電池スタックに本発明を適用することも可能である。なお、図を採用する場合に、各図は各部材の厚みなどの長さの比も正確なものではないことがある。特に、厚み方向は大きく誇張して示している。

（構成）
本実施例の燃料電池は、図１及び２に示すように、正方形の電解質膜１１、電解質膜１１の両面の略中央部に配設された同じく正方形の触媒層１２及び１５、触媒層１２及び１５の周囲を囲むように配設された額縁状の剥離補助部材１３及び１６、触媒層１２及び１５の電解質膜１１に対して反対側に配設される拡散層１４及び１７、剥離補助部材１３及び１６の周辺部にて、剥離補助部材１３及び１６並びに電解質膜１１を挟持するセパレータ２１及び２２から構成される。剥離補助部材１３及び１６はシール部材を兼ねている。

本実施例の燃料電池の製造は、図３及び４に示すように、まずＭＥＡを製造することから行う。最初に、電解質膜１１の両面に触媒層１２及び１５を形成する。触媒層１２及び１５は、一旦、ＥＴＦＥ製の平板上に触媒ペーストを塗布した後、電解質膜１１上に転写することで形成する。触媒層１２及び１５は、電解質膜１１よりも僅かに小さい外形をもつ。

その後、触媒層１２及び１５の周囲を囲むように剥離補助部材１３及び１６を配設する。剥離補助部材１３及び１６は形成された触媒層１２及び１５と同程度の厚みをもつ部材であり、ＥＴＦＥから形成される。

拡散層１４及び１７は、触媒層１２及び１５よりも僅かに大きい外形をもつ部材である。拡散層１４及び１７の周辺部と剥離補助部材１３及び１６の内周部とは全周にわたって重なっている。拡散層１４及び１７が重ね合わされることで、ＭＥＡが完成する。

図５に示すように、製造されたＭＥＡを両面からセパレータ２１及び２２により挟持することで、燃料電池が完成する。セパレータ２１及び２２と剥離補助部材１３及び１６との間は熱融着により接合されている。拡散層１４及び１７と剥離補助部材１３及び１６との重なる部分についても接合することができる。

（解体）
本実施例の燃料電池を解体するときの手順を説明する。図１に示すような状態の燃料電池に対し、セパレータを手がかりにして解体を行う。まず、セパレータ２１及び２２の間を引きはがす作業から始める。セパレータ２１及び２２を分離することで、接合されている剥離補助部材１３及び１６がセパレータ２１及び２２の分離に伴って電解質膜１１から分離する。このときに、拡散層１４及び１７は周辺部が剥離補助部材１３及び１６にて拘束されているので、セパレータ２１及び２２と共に電解質膜１１から分離し、電解質膜１１には触媒層１２及び１５だけが残る。従って、電解質膜１１と触媒層１２及び１５とを燃料電池から容易に分離することができる。

本実施例の燃料電池は、図７に示すように、外周面の一部乃至全部に切り欠きＣを設けたセパレータ２１ｂ及び２２ｂを採用したこと以外は実施例１の燃料電池と同様の構成をもつ。

燃料電池の解体を行うときに、切り欠きＣに、その切り欠きＣと嵌合できる形状の突起をもつ解体補助具を嵌合させてセパレータ２１ｂ及び２２ｂの間を分離することができる。切り欠きＣによりセパレータ２１ｂ及び２２ｂの間の分離が容易になる。

本実施例の燃料電池は、図８に示すように、触媒層１２及び１５の周辺部との間で未接合部をもつ拡散層１４ｂ及び１７ｂを採用したこと以外は実施例１の燃料電池と同様の構成をもつ。

燃料電池の解体を行うときに、拡散層１４ｂ及び１７ｂと触媒層１２及び１５の周辺部との間に未接合部を有することで、解体時に、触媒層１２及び１５が確実に電解質膜１１の方に接合した状態になる。

本実施例の燃料電池は、図９に示すように、剥離補助部材１３に代えて２枚の薄膜状部材１３１及び１３２を重ねた部材を、剥離補助部材１６に代えて２枚の薄膜状部材１６１及び１６２を重ねた部材を用いたこと以外は実施例１の燃料電池と同様の構成をもつ。

薄膜状部材１３１及び１６１は電解質膜１１に接合し薄膜状部材１３２及び１６２はそれぞれセパレータ２１及び２２に接合することで、電解質膜１１の剛性が増すため作業が容易になって、電解質膜１１及び触媒層１２及び１５を簡便に分離することができる（図１０）。

本実施例の燃料電池は、図１１及び１２に示すように、額縁形状である剥離補助部材１３の一辺部分１３ａにてセパレータ２１及び電解質膜１１に固定され、一辺部分１３ａに対向する他辺部分１３ｂにてセパレータ２１のみに固定されていること、剥離補助部材１６についても図１２には示さないが、一辺部分１３ａに対応する部分がセパレータ２２のみに固定され、他辺部分１３ｂに対応する部分がセパレータ２２及び電解質膜１１に固定されていること、剥離補助部材１３及び１６のその他の部分は電解質膜１１には固定されていないこと以外は実施例１の燃料電池と同様の構成をもつ。

従って、燃料電池を解体する際に、セパレータ２１及び２２の間を分離することにより、剥離補助部材１３は拡散層１４と共にセパレータ２１に固定された状態になる。このときに、剥離補助部材１３は、電解質膜１１に一辺部１３ａで固定・接合されているので、電解質膜１１の一辺部分が剥離補助部材１３に接合した状態のままになる。

反対側の剥離補助部材１６においては、電解質膜１１が剥離補助部材１３に接合している部分と反対側の部分で、電解質膜１１に接合している。その結果、セパレータ２１及び２２を単に分離しただけで、拡散層１４及び１７から電解質膜１１がほぼ完全に分離した状態にまで解体できる。

本実施例の燃料電池は、図１３に示すように、額縁形状である薄膜状部材１３１の一辺の部分にて薄膜状部材１３２及び電解質膜１１に固定され、一辺の部分に対向する他辺の部分にて電解質膜１１のみに固定され薄膜状部材１３２からは容易に剥離できる状態になっていること、薄膜状部材１６１についても、薄膜状部材１３１の一辺の部分に対応する部分が電解質膜１１のみに固定され薄膜状部材１６２には固定されておらず簡単に剥離でき、他辺の部分に対応する部分が薄膜状部材１６２及び電解質膜１１に固定されていること、薄膜状部材１３１及び１３２の間、並びに、１６１及び１６２間のその他の部分は固定されておらず簡単に剥離できること以外は実施例４の燃料電池と同様の構成をもつ。なお、薄膜状部材１３１及び１３２、薄膜状部材１６１及び１６２は一枚の部材を２つ折りにした状態で形成することができる。また、薄膜状部材１３１、１３２、１６１及び１６２の全て乃至は一部について任意の組み合わせで１つの部材から折り畳んで形成することができる。

従って、上述の構成を有することから、本実施例の燃料電池は、解体する際に、セパレータ２１及び２２の間を分離することにより、薄膜状部１３１及び１３２の間、並びに、薄膜状部材１６１及び１６２の間であって互いに接合・固定されていない部分が容易に剥離することで、セパレータ２１及び２２の間で、電解質膜１１及び触媒層１２が対向する辺をそれぞれセパレータ２１及び２２に接合した状態になっているだけで、他の部分はほぼ完全に拡散層１４及び１７から電解質膜１１が分離した状態にまで解体できる。

本実施例の燃料電池は、図１４に示すように、剥離補助部材１３及び１６が、触媒層１２及び１５の周辺部と電解質膜１１との間に介設されている以外、実施例１の燃料電池と同様の構成をもつ。触媒層１２及び１５の周辺部の剥離補助部材１３及び１６が重ね合わせられている側は、剥離補助部材１３及び１６を重ねた際に均一の厚みになるように厚みが薄くなっている。

従って、上述の構成を有することで、本実施例の燃料電池は、剥離補助部材１３及び１６を電解質膜１１から剥離することで、触媒層１２及び１５を確実に電解質膜１１から剥離することができる。すなわち、触媒層１２及び１５と、電解質膜１１、拡散層１４及び１７との間の密着性などを制御しなくても、触媒層１２及び１５が付着・分離する方向を決定でき、作業性が向上できる。

本実施例の燃料電池は、図１５に示すように、剥離補助部材１３及び１６が、触媒層１２及び１５の周辺部と拡散層１４及び１７との間に介設されている以外、実施例１の燃料電池と同様の構成をもつ。触媒層１２及び１５の周辺部の剥離補助部材１３及び１６が重ね合わせられている側は、剥離補助部材１３及び１６を重ねた際に均一の厚みになるように厚みが薄くなっている。また、剥離補助部材１３及び１６の厚みを調節する目的で、剥離補助部材１３及び１６の電解質膜１１側にはシール材（又は接着剤）からなる接着層１３３及び１６３が形成されている。この接着層１３３及び１６３は、剥離補助部材１３及び１６と電解質膜１１との間の接着力を拡散層１４及び１７側よりも相対的に大きく（接着層１３３及び１６３の組成、条件によっては小さく）制御するもので、剥離補助部材１３及び１６により触媒層１２及び１５がどのように回収できるかを制御するものである。

従って、上述の構成を有することで、本実施例の燃料電池は、剥離補助部材１３及び１６を拡散層１４及び１７から剥離することで、触媒層１２及び１５を確実に拡散層１４及び１７から剥離することができる。すなわち、触媒層１２及び１５と、電解質膜１１、拡散層１４及び１７との間の密着性などを制御しなくても、接着層１３３及び１６３の接着性を制御することで、触媒層１２及び１５が付着・分離する方向を決定でき、作業性が向上できる。

本実施例の燃料電池は、図１６に示すように、剥離補助部材１３１及び１３２が触媒層１２の周辺部の両側から挟持するように介設され、剥離補助部材１６１及び１６２が触媒層１５の周辺部の両側から挟持するように介設されていること（つまり、剥離補助部材が拡散層及び触媒層の間と触媒層及び電解質膜の間の両方に介設されている）以外は実施例４の燃料電池と同様の構成をもつ。

触媒層１２及び１５の周辺部の両面は、剥離補助部材１３及び１６を重ねた際に均一の厚みになるように厚みが薄くなっている。また、剥離補助部材１３１及び１３２の間及び剥離補助部材１６１及び１６２の間には、シール材（又は接着剤）からなる接着層１３３及び１６３がその間を接着するように形成されている。

この接着層１３３及び１６３によって、剥離補助部材１３１、１３２、１６１及び１６２が触媒層１２及び１５に確実に接合・一体化されている。

従って、上述の構成を有することで、本実施例の燃料電池は、剥離補助部材１３１、１３２、１６１及び１６２を剥離することで、触媒層１２及び１５を確実に拡散層１４及び１７、並びに電解質膜１１から剥離することができる。すなわち、触媒層１２及び１５と、電解質膜１１、拡散層１４及び１７との間の密着性などを制御しなくても、触媒層１２及び１５を簡単に単離することができる。その場合に、触媒層１２及び１５の周辺部は剥離補助部材１３１、１３２、１６１及び１６２により補強されている形態になり、触媒層１２及び１５を回収する際に破壊するおそれが少なくなる。

実施例１の燃料電池の概略断面図である。 実施例１の燃料電池の概略上面透視図である。 実施例１の燃料電池のＭＥＡの組み立て概略図である。 実施例１の燃料電池の組み立て時の概略断面図である。 実施例１の燃料電池の組み立て時の概略断面図である。 実施例１の燃料電池を解体した後の概略断面図である。 実施例２の燃料電池の概略断面図である。 実施例３の燃料電池の組み立て途中における概略断面図である。 実施例４の燃料電池の概略断面図である。 実施例４の燃料電池を解体した後の概略断面図である。 実施例５の燃料電池を解体した後の概略断面図である。 実施例５の燃料電池における剥離補助部材とセパレータ及び電解質膜との接合・固定する部位を示した概略上面透視図である。 実施例６の燃料電池を解体した後の概略断面図である。 実施例７の燃料電池の概略断面図である。 実施例８の燃料電池の概略断面図である。 実施例９の燃料電池の概略断面図である。

符号の説明

１１…電解質膜
１２、１５…触媒層
１３、１６…剥離補助部材
１３１、１３２、１６１及び１６２…剥離補助部材（剥離補助部材）
１３３、１６３…接着層
１４、１７…拡散層
２１、２２、２１ａ、２２ａ…セパレータ Ｃ…切り欠き

Claims (13)

1. 電解質膜と、該電解質膜の厚み方向の両側に接合された触媒層と、該電解質膜の厚み方向の両側に該触媒層を介して接合されたガス拡散層とを有する燃料電池用膜電極接合体において、
   前記拡散層の周辺部と前記電解質膜との間に介設され、該拡散層から外側に突出する剥離補助部材を有することを特徴とする燃料電池用膜電極接合体。
2. 電解質膜と、該電解質膜の厚み方向の両側に接合された触媒層と、該電解質膜の厚み方向の両側に該触媒層を介して接合されたガス拡散層とを有する燃料電池用膜電極接合体において、
   前記触媒層の周辺部と前記電解質との間、並びに、前記触媒層の周辺部と前記拡散層との間の少なくとも１つの間に介設され、該拡散層から外側に突出する剥離補助部材を有することを特徴とする燃料電池用膜電極接合体。
3. 本燃料電池用膜電極接合体を燃料電池に適用する場合に、前記剥離補助部材は、本燃料電池用膜電極接合体を挟持するセパレータに固定可能な部材である請求項１又は２に記載の燃料電池用膜電極接合体。
4. （ａ）前記剥離補助部材は前記電解質膜の両面に配設され、
   （ｂ）一方の面側の該剥離補助部材は、
   該一方の面側に配設される前記セパレータに、その一部分にて固定可能であり、且つ、
   該電解質膜側の一部分であって、該セパレータに固定された部位と異なる部分で該電解質膜及び／又は前記触媒層に固定され、
   （ｃ）他方の面側の該剥離補助部材は、
   該電解質膜側の一部分であって、一方の面側の該剥離補助部材が該電解質膜又は該触媒層に固定された部位と異なる部分で、該電解質膜及び／又は該触媒層に固定されており、且つ、
   該他方の面側に配設される前記セパレータに、該電解質膜及び／又は該触媒層に固定された部位と異なる部分で固定可能である、
   請求項３に記載の燃料電池用膜電極接合体。
5. 前記拡散層及び前記電解質膜は前記触媒層よりも一回り大きく、
   前記剥離補助部材は、該触媒層と同程度の厚みであり、該触媒層の周囲に配設されている請求項１、３及び４のいずれかに記載の燃料電池用膜電極接合体。
6. 前記剥離補助部材は前記触媒層及び前記電解質膜の間に介設されている請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池用膜電極接合体。
7. 前記剥離補助部材は前記拡散層及び前記触媒層の間に介設されている請求項１〜４のいずれか記載の燃料電池用膜電極接合体。
8. 前記剥離補助部材の形状は額縁状である請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池用膜電極接合体。
9. 本燃料電池用膜電極接合体を解体するときに、前記触媒層は、前記拡散層又は前記電解質膜のうち、定まった一方から剥離され、定まった他方に付着する請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池用膜電極接合体。
10. 前記電解質膜及び前記拡散層のうちの前記剥離される一方と前記触媒層との間は、その周辺部が接合されていない請求項９に記載の燃料電池用膜電極接合体。
11. 前記剥離補助部材は前記電解質膜に固定されたものと前記拡散層に固定されたものとの２枚以上の薄膜状部材を重ね合わせたものであり、
    重ね合わせた２枚以上の該薄膜状部材の間を分離することで、該拡散層と該電解質膜とを分離解体できる請求項１〜１０のいずれかに記載の燃料電池用膜電極接合体。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の燃料電池用膜電極接合体と該燃料電池用膜電極接合体を挟持するセパレータとを有することを特徴とする燃料電池。
13. 請求項１２に記載の燃料電池を製造する方法であって、
    前記電解質膜を、２つの前記触媒層、２つの前記拡散層の順であって、該電解質膜及び該拡散層の間のそれぞれに前記剥離補助部材を介装した状態で挟持して燃料電池用膜電極接合体を製造する工程と、
    該燃料電池用膜電極接合体の両側をセパレータで挟持する工程と、
    を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。

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