JP2007005122A - 燃料電池の製造方法および燃料電池用拡散層の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池用拡散層の破損脱落を少なくし、膜電極接合体の製造時にピンホールができることを防止し、燃料電池のクロスリークの少ない燃料電池の製造方法及び導電性繊維の破損脱落が少ない燃料電池用拡散層の製造方法を提供する。
【解決手段】 燃料極用の拡散層、酸化剤極用の拡散層の少なくとも一方の拡散層を、導電性繊維を含むシート状の拡散層用基材から両刃２１を用いて打ち抜いて製造する。この拡散層を使用して膜電極接合体を製造し、燃料電池を製造する。導電性繊維を含むシート状の拡散層用基材はスポンジ９上に載せ，その上にポリプロピレン樹脂からなる刃受け板８を載置する。その後図示しないダイベースに固定されたダイ７により刃受け板８を加圧する，刃受け板８と共にシート状の拡散層用基材が下降し，両刃２１により所定の形状に打ち抜かれる。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料電池の製造方法および燃料電池用拡散層の製造方法に関する。

燃料電池は、環境負荷を低減できる発電装置として期待されている。中でも電解質に高分子電解質膜を使用した高分子電解質型燃料電池は、自動車等の車載用燃料電池、家庭用・業務用などの定置用燃料電池、パソコン用などの携帯用燃料電池として期待されている。

図２は高分子電解質型燃料電池の単セル構造を模式的に説明する説明断面図である。高分子電解質膜１を燃料極２と酸化剤極３で挟持し、接合して膜電極接合体１０が作製されている。燃料極２は燃料極用触媒層２ａと燃料極用の拡散層２ｂで構成され、酸化剤極３は酸化剤極用触媒層３ａと酸化剤極用の拡散層３ｂで構成されている。膜電極接合体１０をセパレータ４と５で挟持し、燃料電池の単セルが構成されている。セパレータ４、５はそれぞれ燃料流路４ａ、酸化剤流路５ａを有する導電性部材である。

燃料流路４ａには入口４ｂから燃料が供給され、出口４ｃから排出される。酸化剤流路５ａには入口５ｂから酸化剤が供給され、出口５ｃから排出される。燃料として水素、水素含有ガス、メタノールなどが使用される。酸化剤として空気などの酸素含有ガスなどが使用される。ここでは燃料として水素、酸化剤として空気を使用した例で説明する。

燃料流路４ａに供給された水素は集電体でもある燃料極用の拡散層２ｂを通って、燃料極用触媒層２ａに到達し、下記の電極反応が起こる。

燃料極２で生成されたプロトンＨ^＋は水分子を伴って、高分子電解質膜１中を通って酸化剤極３に向かって移動する。それと同時に、燃料極２で生成された電子ｅ⁻は燃料極用触媒層２ａ、燃料極用の拡散層２ｂを通り、図示しない外部回路を介して酸化剤極３に移動する。

一方、酸化剤極３では、空気が集電体でもある酸化剤極用の拡散層３ｂを通って、酸化剤極用触媒層３ａに到達し、空気中の酸素が外部回路を介して移動してきた電子を貰って、下記の反応で還元され、燃料極２から高分子電解質膜１中を通して移動してきたプロトンＨ^＋と結合して水となる。

高分子電解質膜にはプロトンなどの移動が必要なためイオン伝導性が要求される。同時に燃料や酸化剤がそのまま透過すると発電性能が低下するため、それらに対する遮蔽性が要求される。燃料や酸化剤にはガスが使用される場合が多くので、以下ではガス遮蔽性で記述する。拡散層には燃料や酸化剤を通過させるため流体透過性（燃料や酸化剤にはガスが使用される場合が多くので、以下ではガス透過性で記述する。）と共に、上記した電子ｅ⁻を伝導させるため電気伝導性が要求される。このため導電性繊維によって形成された多孔体が使用される。また拡散層には酸化剤などのよる腐食環境あるいは電気化学反応時の腐食環境におかれているので耐腐食性が要求される。このため導電性繊維として一般的にカーボン繊維が使用されている。

高分子電解質型燃料電池の本格的な実用化のためにはいくつかの課題が残されている。その一つに発電特性が徐々に低下する問題がある。その原因として様々なものが議論されているが、一つに高分子電解質膜にピンホールが存在する問題がある。高分子電解質膜にピンホールが存在すると、燃料電池の発電時に反応ガスがクロスリークし、電極特性が徐々に低下する。クロスリークとは、燃料が酸化剤極側に、あるいは酸化剤が燃料極側に透過する現象である。

従来技術１として、特許文献１には、高分子電解質膜を複数積層させた燃料電池が開示されている。高分子電解質膜にピンホール位置が存在しても、その位置は相互にずれるので、クロスリークを低減できると記載されている。

従来技術２として、特許文献２には、高分子電解質膜の表面をプラズマ処理、架橋処理などで改質した燃料電池が開示されている。表面を改質することによりピンホール等の欠陥が生じることがなくクロスリークを抑制できると記載されている。

従来技術３として、特許文献３には、拡散層と接する触媒層を補強材（多孔膜、繊維状物、微粒子）で補強したり、拡散層と触媒層の間にカーボン層を設けた燃料電池が開示されている。補強材やカーボン層により拡散層の毛羽立ち、破損等による高分子電解質膜の損傷を抑制できると記載されている。
特開平６−８４５２８号公報（請求項１、段落［００１０］、図１等） 特開２００３−２７２６６３号公報（特許請求の範囲、段落［００１０］等） 特開２００４−２２０８４３号公報（請求項１、２、段落［００８９］等）● 高分子電解質膜のピンホールには高分子電解質膜に元々存在するピンホールと膜電極接合体１０の製造時にできるピンホールがある。膜電極接合体１０の製造時にできるピンホールは、膜と電極の接合時（ガス拡散層の接合時）にガス拡散層を形成しているカーボン繊維が高分子電解質膜に突き刺さることにより形成される。

従来技術１、２は高分子電解質膜に元々存在するピンホールの対策であり、膜電極接合体１０の製造時にできるピンホールの対策となっていない。高分子電解質膜に元々存在するピンホールのガス透過量（水素ガス透過量３〜５×１０^−１０cm³・cm・cm^-2・sec^-1・Pa）は微量である。これに対し膜電極接合体１０の製造時にできるピンホールの方は桁違いに大きい。このため従来技術１、２ではクロスリークを防ぐことができない。

従来技術３は膜電極接合体１０の製造時にできるピンホールに対する対策である。しかしながら、従来技術３の対策でも不十分である。

本発明は上記課題を解決したもので、膜電極接合体の製造時にピンホールができることを防止し、クロスリークが少ない燃料電池の製造方法および導電性繊維の破損脱落が少ない燃料電池用拡散層の製造方法を提供する。

上記技術的課題を解決するために、請求項１の発明では、導電性繊維を含む燃料極用の拡散層と、燃料極用触媒を含む燃料極用触媒層と、イオン伝導性を有する高分子電解質膜と、酸化剤極用触媒を含む酸化剤用触媒層と、導電性繊維を含む酸化剤極用の拡散層とが順に積層されている膜電極接合体を有する燃料電池の製造方法において、前記燃料極用の拡散層、前記酸化剤極用の拡散層の少なくとも一方の拡散層の製造工程に、導電性繊維を含むシート状の拡散層用基材から両刃を用いて打ち抜く打ち抜き工程が設けられていることを特徴とする燃料電池の製造方法としている。

請求項２の発明では、前記導電性繊維がカーボン繊維であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の製造方法としている。

請求項３の発明では、前記拡散層の製造工程において、前記打ち抜き工程の前に、前記拡散層用基材を撥水処理する撥水処理工程が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池の製造方法としている。

請求項４の発明では、前記撥水処理工程は、前記拡散層用基材にポリテトラフルオロエチレン粒子を含浸する含浸工程と、含浸された前記ポリテトラフルオロエチレン粒子を焼結する焼結工程が設けられていることを特徴とする請求項３記載の燃料電池の製造方法としている。

請求項５の発明では、前記含浸工程において、ポリテトラフルオロエチレン粒子と共に導電性物質を含浸させることを特徴とする請求項３記載の燃料電池の製造方法としている。

請求項６の発明では、導電性繊維を含むシート状の拡散層用基材から打ち抜く打ち抜き工程によって燃料電池用拡散層を製造する燃料電池用拡散層の製造方法において、前記打ち抜き工程時に、両刃を用いて打ち抜くことを特徴とする燃料電池用ガス拡散層の製造方法としている。

請求項１の発明によれば、拡散層用基材から両刃を用いて打ち抜いて燃料電池用拡散層を製造しているので、導電性繊維の破損脱落を少なくでき、破損脱落した導電性繊維による高分子電解質膜への突き刺しを少なくでき、クロスリークが少ない燃料電池を製造できる効果がある。

請求項２の発明によれば、導電性繊維としてカーボン繊維を使用しているので、耐食性と電気伝導性に優れた拡散層を製造できる効果がある。カーボン繊維は衝撃により破損しやすく、かつ破損したカーボン繊維は高分子電解質膜を突き刺しやすいので、両刃を用いて打ち抜くことが特に効果的である。

請求項３の発明によれば、拡散層用基材を撥水処理しているので、供給された燃料や酸化剤中の水や電極反応で生成された水によって拡散層が水づまりしにくいという効果がある。また打ち抜き工程の前に撥水処理しているので、大きな形状の拡散層用基材を撥水処理し、その拡散層用基材から複数の拡散層を打ち抜けるため、撥水処理工程にかかる工数を小さくできるという効果がある。

請求項４の発明によれば、拡散層用基材にポリテトラフルオロエチレン粒子を含有させているので、表面から内部まで撥水性が保たれ、より水づまりしにくいという効果がある。

請求項５の発明によれば、ポリテトラフルオロエチレン粒子と共に導電性物質を拡散層用基材に含浸させているので、電子を通す導電性と水づまりしにくい撥水性を併せ持つという効果がある。

請求項６の発明によれば、拡散層用基材から両刃を用いて打ち抜いて燃料電池用拡散層を製造しているので、導電性繊維の破損脱落を少なくできる効果がある。このため破損脱落した導電性繊維による他の部材への影響を少なくできる。高分子電解質膜を使用した高分子電解質型燃料電池の膜電極接合体の拡散層として使用した場合、破損脱落した導電性繊維による高分子電解質膜への突き刺しを少なくでき、クロスリークが少ない膜電極接合体を製造できる効果がある。これにより燃料電池の信頼性・耐久性を向上できる。

本発明者が鋭意研究し、従来技術３の方法でも導電性繊維の高分子電解質膜に対する突き刺さり防止に不十分である原因を突き止めた。従来技術３は、高分子電解質膜側に面する拡散層の面に存在する、あるいはこの面から破損脱落した導電性繊維の高分子電解質膜に対する突き刺さりには有効であるが、拡散層の端面から破損脱落した導電性繊維の高分子電解質膜に対する突き刺さりの対策になっていないことが判明した。拡散層は、導電性繊維で形成された大きな導電性繊維シートを所定の大きさに打ち抜くことによって製造される。この打ち抜き時に拡散層の端面部分の導電性繊維が破損脱落し、膜電極接合時に破損脱落した導電性繊維が高分子電解質膜に突き刺さることがわかった。本発明者はさらに研究し、拡散層を打ち抜きによって製造するときに、打ち抜き用の刃として両刃を使用すると、拡散層の端面部分の導電性繊維の破損脱落が防止できることを見いだした。

図１は実施例に使用した打ち抜き装置を説明する説明断面図である。打ち抜き刃の厚さ等、説明のために強調されている。図示しない下ダイベースに固定された下ダイ６の上に打ち抜き型２０が固定されている。打ち抜き型２０は、打ち抜き刃２１と、これを固定するホルダ２２で構成されている。打ち抜き刃２１はその長手方向が紙面垂直方向のものが図面左右に二つ図示されているが、ガス拡散層を長方形に打ち抜くように図面前後にもその長手方向が紙面平行なものが二つ設けられている。ホルダ２２が下ダイ６に固定されている。打ち抜き刃２１間にスポンジ９が設けられている。スポンジ９は、打ち抜き前において、その上面が打ち抜き刃２１の歯先の高さと略同じ高さになり、打ち抜き刃２１間に丁度はまるものを使用している。

打ち抜き刃２１の刃先２１ｄは両側面が傾斜面２１ａ、２１ｂで形成されている両刃形状である。傾斜面２１ａは、内側（互いに対向する打ち抜き刃側）すなわち拡散層が形成される側の傾斜面である。傾斜面２１ａの傾斜角度としては３０〜４０度、望ましくは３３〜３７度を例示できる。傾斜面２１ｂは、外側すなわち拡散層が形成される側の反対側の傾斜面である。傾斜面２１ｂの傾斜角度としては１０〜２０度、望ましくは１３〜１７度を例示できる。傾斜面の傾斜角度とは、図１において刃先２１ｄの先端２１ｃから降ろした垂線と傾斜面とのなす角度をである。傾斜面２１ａ、２１ｂは、打ち抜き刃２１の長手方向（図１の紙面に垂直な方向）に平行な面である。傾斜面２１ａと傾斜面２１ｂの開き角度としては４０〜６０度、望ましくは４６〜５４度を例示できる。開き角度とは傾斜面２１ａと傾斜面２１ｂのなす角度である。実施例では、傾斜面２１ａの傾斜角度は３５度、傾斜面２１ｂの傾斜角度は１５度、傾斜面２１ａと傾斜面２１ｂの開き角度は５０度の打ち抜き刃２１を使用した。なお、打ち抜き刃２１の両刃の傾斜面は必ずしも平面でなくともよく、両方に刃が形成されている打ち抜き刃ならよい。

打ち抜き刃２１の厚さｔとしては０．１〜１ｍｍ、望ましくは０．２〜０．５ｍｍを例示できる。実施例では、０．２ｍｍ厚さｔの打ち抜き刃２１を使用した。刃先先端２１ｃの位置としては内側（スポンジ９側）にあたる面から０．５〜３ｍｍ、望ましくは１〜２ｍｍを例示できる。実施例では、刃先先端２１ｃの内側にあたる面から１ｍｍの位置に設けられた打ち抜き刃２１を使用した。

打ち抜き刃２１を形成する材料としては、焼入加工したステンレス鋼、ハイス鋼などを例示できる。実施例では、ハイス鋼から形成された打ち抜き刃２１を使用した。

拡散層用基材として導電性繊維をシート状に成形した導電性繊維板３０を使用する。導電性繊維としては、カーボン繊維、金属繊維、導電性を付与した無機繊維、導電性を有する樹脂繊維などを例示できる。金属繊維は耐食性を有するか、耐食性を与えるためのコーティングがされていれば用いることができる。中でもカーボン繊維は、耐食性と電気伝導性に優れているので、燃料電池用拡散層として特に望ましい。しかし、カーボン繊維は衝撃により破損しやすく、かつ破損したカーボン繊維は高分子電解質膜を突き刺しやすいので、本発明の製造方法を適用することが効果的である。カーボン繊維として、ＰＡＮ系やピッチ系のカーボンファイバでも、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバでもよい。導電性繊維板３０は、導電性繊維を用いてシート形状に成形した物なら織布、不織布など何でも使用できる。導電性繊維としてカーボン繊維を使用したものとして、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン不織布、カーボンフェルトが例示できる。中でもカーボンペーパーが望ましい。

導電性繊維板３０を燃料電池用拡散層として使用するときには、打ち抜き前に撥水処理しておくことが望ましい。撥水処理は、導電性繊維板中に撥水性物質を付着させることにより行われる。撥水処理方法としては、撥水性物質を含む液を導電性繊維板に含浸させる含浸法、アプリケータで表面に塗布する方法などが例示できる。中でも含浸法が簡便であり望ましい。撥水性物質としては、ポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥともいう）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライドなどが例示できる。中でもＰＴＦＥは撥水性が大きくため望ましい。ＰＴＦＥを使用する場合、ＰＴＦＥ粒子の分散液を導電性繊維板に含浸させ、乾燥後、焼結させることが望ましい。焼結によりＰＴＦＥ粒子同士が結合し、導電性繊維板中にＰＴＦＥを強固に付着させることができる。

次に打ち抜き工程について説明する。まず、打ち抜き型の上部（刃先先端２１ｃの上）に導電性繊維板３０を載置する。導電性繊維板３０の上にポリプロピレン樹脂からなる刃受け板８を載置する。その後、図示しない上ダイベースに固定された上ダイ７により刃受け板８を加圧する。刃受け板８とともにカーボン繊維板３０が下降し打ち抜き刃２１によって導電性繊維板３０が所定の形状に打ち抜かれる。打ち抜きによって形成された拡散層はスポンジ９上に載ったままであるが、導電性繊維板３０の周辺部分（拡散層として形成される以外の部分）はホルダ２２や下ダイ６上に落下する。このときスポンジ９は弾性変形により圧縮されている。上ダイ７の下降は導電性繊維板３０が刃先先端２１ｃに当接したときに終了する。その後、上ダイ７を上昇させると、スポンジ９の弾性反発力により拡散層が導電性繊維板３０を載置した位置にもどるので、拡散層を容易に取り出すことができる。以下、この打ち抜き装置を使用した実施例について図１、２を参照しながら説明する。

重量比で水１００に対して３０のカーボンブラック（導電性物質）を混入し撹拌機により撹拌した。これに、重量比で水１００に対して２５のポリテトラフルオロエチレンディスパージョン（以下ＰＴＦＥディスパージョンともいう）原液（ダイキン工業株式会社製：商品名ＰＯＬＹＦＬＯＮ Ｄ１グレード、ＰＴＦＥ含有濃度６０重量％）を加え、撹拌してカーボンインクを作製した。

拡散層用基材としてカーボンペーパー（東レ株式会社製：商品名トレカＴＧＰ−０６０、厚さ１８０μｍ）を使用した。このカーボンペーパーを上記で作製したカーボンインクに投入し、カーボンペーパーに充分にカーボンインクを含浸させた（含浸工程）。次に８０℃の温度に保った乾燥炉でカーボンペーパーの余分な水分を蒸発させた。その後、焼結温度３９０℃で６０分間保持して、ＰＴＦＥを焼結し（焼結工程）、撥水カーボンペーパー（導電性繊維板）３０を２個作製した（撥水処理工程）。２個の撥水カーボンペーパー３０をそれぞれ図１に示した両刃の打ち抜き装置で１００ｍｍ×１５０ｍｍの長方形形状に打ち抜き、燃料極用ガス拡散層（燃料極用の拡散層）２ｂおよび酸化剤極用ガス拡散層（酸化剤極用の拡散層）３ｂを製造した（打ち抜き工程）。なお、本実施例では燃料電池の燃料として水素等の燃料ガスを使用し、酸化剤として空気等の酸化剤ガスを使用するので、拡散層とガス拡散層と称している。

酸化剤極用触媒ペーストを白金担持カーボン（田中貴金属工業株式会社製：商品名ＴＥＣ１０Ｅ６０Ｅ、白金濃度５５ｗｔ％）を用いて作製した。白金担持カーボンは、触媒である白金をカーボン微小体（導電性微粒子）に担持した触媒担持導電性微粒子である。白金担持カーボン、５ｗｔ％濃度のイオン交換樹脂溶液（旭化成工業株式会社製：商品名ＳＳ−１０８０）、水、イソプロピルアルコ−ルを重量比で１２：１２７：２３：２３の割合で混合し、酸化剤極用触媒ペーストを作製した。

使用したイオン交換樹脂溶液は、イオン伝導性（プロトン伝導性）をもつ炭化フッ素系の電解質ポリマー（ガラス転移温度：１２０℃）を主要成分としており、これを液状媒体としての水とエタノールとの混合溶液に溶解または分散させたものである。具体的には、本実施例では炭化フッ素系の電解質ポリマーは、パーフルオロスルホン酸を主成分としている。

この酸化剤極用触媒ペーストをドクターブレード法によりＰＴＦＥシート（ＰＴＦＥで形成された膜状部材）の一方面に塗布して酸化剤極用触媒層３ａを形成し、乾燥させ、酸化剤極用触媒シートを作製した。酸化剤極用触媒層３ａは触媒担持量が０．６ｍｇ／ｃｍ^２になるように形成されている。

次に、燃料極用触媒ペーストを白金ルテニウム合金担持カーボン（田中貴金属工業株式会社製：商品名ＴＥＣ６１Ｅ５４、白金濃度３０ｗｔ％、ルテニウム濃度２３ｗｔ％）を用いて作製した。白金ルテニウム合金担持カーボンは、触媒である白金とルテニウムをカーボン微小体（導電性微粒子）に担持した触媒担持導電性微粒子である。この白金ルテニウム合金担持カーボンを用いて、酸化剤極触媒ペーストと同様にして燃料極用触媒ペーストを作製した。

この燃料極用触媒ペーストをドクターブレード法によりＰＴＦＥシートの一方面に塗布して燃料極用触媒層２ａを形成し、乾燥させ、燃料極用触媒シートを作製した。燃料極用触媒層２ａは触媒担持量が０．６ｍｇ／ｃｍ^２になるように形成されている。

次にイオン伝導性（プロトン伝導性）を有するイオン交換膜（デュポン社製：商品名Ｎａｆｉｏｎ１１１、厚さ２５μｍ）からなる高分子電解質膜１の一方面に酸化剤極用触媒層３ａが高分子電解質膜１になるよう酸化剤極用触媒シートを当接し、他方面に燃料極用触媒層２ａが高分子電解質膜１になるよう燃料極用触媒シートを当接し中間積層体を形成した。酸化剤極用触媒シート、燃料極用触媒シートそれぞれのＰＴＦＥシートの外方から温度１２０℃、圧力８ＭＰａ、時間１分間でホットプレスしたのち、ＰＴＦＥシートを剥がして高分子電解質膜１に酸化剤極用触媒層３ａ、燃料極用触媒層２ａを転写した。

続いて、上記で作製した燃料極用ガス拡散層２ｂを燃料極用触媒層２ａ上に当接し、酸化剤極用ガス拡散層３ｂを酸化剤極用触媒層３ａ上に当接して、燃料極用ガス拡散層２ｂと酸化剤極用ガス拡散層３ｂの外方から温度１４０℃、圧力８ＭＰａ、時間３分間でホットプレスし、燃料極用ガス拡散層２ｂと酸化剤極用ガス拡散層３ｂを接合して膜電極接合体１０を製造した。

作製した膜電極接合体１０をクロスリーク試験で評価した。膜電極接合体１０のに燃料極２側に燃料流路４ａを有するセパレータ４を、酸化剤極３側に酸化剤流路５ｂを有するセパレータ５を配置した。高分子電解質膜１、セパレータ４、５の外周部分からガスが漏れないようにシールされている。まず、燃料流路４ａ、酸化剤流路５ｂに窒素ガスを流してパージした。次に燃料流路４ａに窒素ガスを供給して圧力を２０ＫＰａ（ゲージ圧）として封止した。酸化剤流路５ｂは大気開放とした。燃料流路４ａの封止した１分後の燃料流路４ａと酸化剤流路５ｂの差圧を測定し、クロスリークを評価した。

比較例１

両刃の打ち抜き型の代わりに片刃の打ち抜き型を用いた以外は、実施例１と同様にして膜電極接合体を製造した。図４は比較例に使用した打ち抜き装置を説明する説明断面図である。打ち抜き刃２１の代わりに片刃の打ち抜き刃４１を用いた以外、図１の打ち抜き装置と同じであり、同じ部位には同じ符号を付け、説明を省略する。

打ち抜き型４０は、打ち抜き刃４１と、これを固定するホルダ４２で構成されている。打ち抜き型４０は、打ち抜き型２０と同様に、ホルダ４２が下ダイ６の上に固定されている。打ち抜き刃４１は、片面側が傾斜面４１ａで形成された片刃形状である。傾斜面４１ａは、図４にように拡散層が形成される側に設けられている。傾斜面４１ａの傾斜角度は４５度である。傾斜角度とは実施例の場合と同様、図４において刃先の先端から降ろした垂線と傾斜面とのなす角度をである。

製造した膜電極接合体を使用して、実施例１と同じ方法でクロスリーク試験を行った。

（クロスリーク試験結果）
表１にクロスリーク試験結果を示す。両刃を使用した実施例１では差圧は封止した圧力のままであった。これに対して片刃を使用した比較例１では差圧は半分の１０ｋＰａになっている。実施例１、比較例１で製造したそれぞれのガス拡散層を観察したところ、比較例１ではガス拡散層の外周部（打ち抜きされた部分周辺）の表面が割れてカーボンペーパーを構成する導電性繊維（カーボン繊維）が破損脱落していた。また図５に示すような形状のバリが見られた。それに対して実施例１のガス拡散層の外周部の表面はきれいであり図３に示すようにバリの発生も見られなかったし、導電性繊維の破損脱落も見られなかった。

以上のように、燃料電池用拡散層を拡散層用基材から両刃を用いて打ち抜いて燃料電池用拡散層を製造しているので、導電性繊維の破損脱落を少なくできた。これは導電性繊維から形成されている拡散層用基材の場合、両刃の打ち抜き型を使用すると、切断が容易になり、切断面がきれいになるためである。本発明者の試験により、片刃の打ち抜き型にくらべて各段の違いがあることが判明した。この結果、片刃の打ち抜き型で生じていた拡散層の割れ、導電性繊維の破損脱落が防止でき、拡散層を形成している導電性繊維の高分子電解質膜への突き刺しが防止でき、高分子電解質膜のピンホールを少なくすることができた。そしてクロスリークが少ない膜電極接合体を製造でき、燃料電池の信頼性・耐久性を向上できる。なお、本発明は高分子電解質型燃料電池の高分子電解質膜のクロスリークを少なくすることを動機とした発明であるが、拡散層の導電性繊維の破損脱落等を防止でき、導電性繊維の破損脱落等による他の部材への影響を低減できるので、導電性繊維を含む拡散層をもつ燃料電池にはすべて適用できる。

実施例に使用した打ち抜き装置を説明する説明断面図 高分子電解質型燃料電池の単セル構造を模式的に説明する説明断面図 実施例１で製造されたガス拡散層の断面模式図 比較例に使用した打ち抜き装置を説明する説明断面図 比較例１で製造されたガス拡散層の断面模式図

符号の説明

１…高分子電解質膜
２…燃料極
２ａ…燃料極用触媒層
２ｂ…燃料極用の拡散層
３…酸化剤極
３ａ…酸化剤極用触媒層
３ｂ…酸化剤極用の拡散層
１０…膜電極接合体
２０…打ち抜き型
２１…打ち抜き刃
２２…ホルダ
３０…導電性繊維板（拡散層用基材）

Claims (6)

1. 導電性繊維を含む燃料極用の拡散層と、燃料極用触媒を含む燃料極用触媒層と、イオン伝導性を有する高分子電解質膜と、酸化剤極用触媒を含む酸化剤用触媒層と、導電性繊維を含む酸化剤極用の拡散層とが順に積層されている膜電極接合体を有する燃料電池の製造方法において、
   前記燃料極用の拡散層、前記酸化剤極用の拡散層の少なくとも一方の拡散層の製造工程に、導電性繊維を含むシート状の拡散層用基材から両刃を用いて打ち抜く打ち抜き工程が設けられていることを特徴とする燃料電池の製造方法。
2. 前記導電性繊維がカーボン繊維であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の製造方法。
3. 前記拡散層の製造工程において、前記打ち抜き工程の前に、前記拡散層用基材を撥水処理する撥水処理工程が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池の製造方法。
4. 前記撥水処理工程は、前記拡散層用基材にポリテトラフルオロエチレン粒子を含浸する含浸工程と、含浸された前記ポリテトラフルオロエチレン粒子を焼結する焼結工程が設けられていることを特徴とする請求項３記載の燃料電池の製造方法。
5. 前記含浸工程において、ポリテトラフルオロエチレン粒子と共に導電性物質を含浸させることを特徴とする請求項３記載の燃料電池の製造方法。
6. 導電性繊維を含むシート状の拡散層用基材から打ち抜く打ち抜き工程によって燃料電池用拡散層を製造する燃料電池用拡散層の製造方法において、
   前記打ち抜き工程時に、両刃を用いて打ち抜くことを特徴とする燃料電池用ガス拡散層の製造方法。

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