JP2007179870A - Gas diffusion electrode, membrane-electrolyte assembly, polymer electrolyte fuel cell and methods for producing them - Google Patents

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利保 鈴木
Hiromasa Tanaka
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas diffusion electrode, a membrane-electrolyte assembly, a polymer electrolyte fuel cell and methods for producing the same, that retain favorable gas permeability and mechanical strength, and thus can favorably maintain cell properties. <P>SOLUTION: The gas diffusion electrode 10 includes a fluororesin film in which at least carbon material has been dispersed, in which the fluororesin film has a plurality of through-holes 11. A method for producing the fluororesin film includes a process for forming the fluororesin film by drying fluid in which the carbon material is dispersed in a fluororesin solution and a process for making the through-holes in the fluororesin film. The fluororesin film contains olefin fluoride resin and a rate of hole area in the fluororesin film is in a range of 20% to 95%. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス拡散電極、膜−電極接合体、固体高分子型燃料電池およびそれらの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a gas diffusion electrode, a membrane-electrode assembly, a polymer electrolyte fuel cell, and methods for producing them.

燃料電池は、燃料と酸化剤を連続的に供給し、これが電気化学反応したときの化学エネルギーを電力として取り出す発電システムである。この電気化学反応による発電方式を用いた燃料電池は、水の電気分解の逆反応、すなわち水素と酸素が結びついて電子と水が生成する仕組みを利用しており、高効率と優れた環境特性を有することから近年脚光を浴びている。   A fuel cell is a power generation system that continuously supplies fuel and an oxidant, and extracts chemical energy as electric power when the fuel and an oxidant react with each other. Fuel cells using this electrochemical power generation method use the reverse reaction of water electrolysis, that is, a mechanism in which hydrogen and oxygen are combined to produce electrons and water, and have high efficiency and excellent environmental characteristics. In recent years it has been in the spotlight.

燃料電池は、電解質の種類によって、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、アルカリ型燃料電池および固体高分子型燃料電池に分別される。近年、特に常温で起動し、かつ起動時間が極めて短い等の利点を有する固体高分子型燃料電池が注目されている。この固体高分子型燃料電池を構成する単セルの基本構造は、固体高分子電解質膜の両側に触媒層を、その外側にガス拡散電極を接合し、さらにその外側にセパレータを配したものである。   Fuel cells are classified into phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, solid oxide fuel cells, alkaline fuel cells, and solid polymer fuel cells depending on the type of electrolyte. In recent years, solid polymer fuel cells that have advantages such as startup at room temperature and extremely short startup time have attracted attention. The basic structure of a single cell constituting this polymer electrolyte fuel cell is such that a catalyst layer is bonded to both sides of a solid polymer electrolyte membrane, a gas diffusion electrode is bonded to the outside, and a separator is further arranged to the outside. .

このような固体高分子型燃料電池では、まず、燃料極側に供給された水素がセパレータ内のガス流路を通ってガス拡散電極に導かれる。次いで、その水素は、ガス拡散電極にて均一に拡散された後に、燃料極側の触媒層に導かれ、白金などの触媒によって水素イオンと電子とに分離される。そして、水素イオンは電解質膜を通って電解質膜を挟んで反対側の酸素極における触媒層に導かれる。一方、燃料極側に発生した電子は、負荷を有する回路を通って、酸素極側のガス拡散層に導かれ、更には酸素側の触媒層に導かれる。これと同時に、酸素極側のセパレータから導かれた酸素は、酸素極側のガス拡散電極を通って、酸素極側の触媒層に到達する。そして、酸素、電子、水素イオンとから水を生成して発電サイクルを完結する。なお、固体高分子型燃料電池に用いられる水素以外の燃料としては、メタノールおよびエタノール等のアルコールがあげられ、それらを直接燃料として用いることもできる。   In such a polymer electrolyte fuel cell, first, hydrogen supplied to the fuel electrode side is guided to the gas diffusion electrode through the gas flow path in the separator. Next, the hydrogen is uniformly diffused by the gas diffusion electrode and then led to the catalyst layer on the fuel electrode side, where it is separated into hydrogen ions and electrons by a catalyst such as platinum. Then, hydrogen ions are guided to the catalyst layer in the oxygen electrode on the opposite side through the electrolyte membrane and sandwiching the electrolyte membrane. On the other hand, electrons generated on the fuel electrode side are led to a gas diffusion layer on the oxygen electrode side through a circuit having a load, and further to a catalyst layer on the oxygen side. At the same time, oxygen introduced from the separator on the oxygen electrode side passes through the gas diffusion electrode on the oxygen electrode side and reaches the catalyst layer on the oxygen electrode side. Then, water is generated from oxygen, electrons, and hydrogen ions to complete the power generation cycle. In addition, examples of the fuel other than hydrogen used in the polymer electrolyte fuel cell include alcohols such as methanol and ethanol, and these can be directly used as fuel.

従来、固体高分子型燃料電池のガス拡散層としては、カーボン繊維からなるカーボンペーパーやカーボンクロスが用いられている。このカーボンペーパーやカーボンクロスにおいては、燃料電池運転時の加湿水やカソードでの電極反応で生成した水によるフラッディングを防止する目的で、表面またはその空隙内部に、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の撥水性バインダーによって撥水処理が施されている。しかしながら、これらのカーボンペーパーやカーボンクロスは、空孔径が非常に大きいため、十分な撥水効果が得られずに空孔中に水が滞留することがあった。   Conventionally, carbon paper or carbon cloth made of carbon fiber has been used as a gas diffusion layer of a polymer electrolyte fuel cell. In this carbon paper or carbon cloth, for the purpose of preventing flooding due to humidified water during fuel cell operation or water generated by electrode reaction at the cathode, such as polytetrafluoroethylene (PTFE) is formed on the surface or inside the gap. Water repellent treatment is performed with a water repellent binder. However, since these carbon paper and carbon cloth have a very large pore diameter, water may stay in the pores without obtaining a sufficient water repellent effect.

この点を改善するためのものとして、カーボンペーパーに炭素等からなる導電性フィラーを含む有孔性樹脂を含有させたガス拡散電極が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、このようなガス拡散電極は、カーボンペーパー表面上に直接、炭素などからなる導電性フィラーを含む有孔性樹脂を構成する塗料を塗布し、含浸・溶媒抽出・乾燥して作製するために、カーボンペーパーの空隙を塞いでしまい、そのため、空隙内部のガス透過性が下がり、電池性能を低下させるという問題を有していた。
In order to improve this point, a gas diffusion electrode in which a porous resin containing a conductive filler made of carbon or the like is contained in carbon paper has been proposed (for example, see Patent Document 1).
However, such a gas diffusion electrode is prepared by directly applying a coating material constituting a porous resin containing a conductive filler made of carbon or the like on the surface of carbon paper, and impregnating, extracting a solvent, and drying. In other words, the gap in the carbon paper is blocked, so that the gas permeability inside the gap is lowered and the battery performance is lowered.

また、ステンレス鋼メッシュにカーボンブラックとPTFEとの混合物を塗布して撥水化層を形成することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、このような混合物を塗布して形成したものは、ステンレス鋼メッシュの空隙を塞いでしまい、そのため空隙内部のガス透過性が下がり、電池性能が低下するという問題があった。さらに、燃料電池の製造時には、ガス拡散電極を電解質に密着させたり、接着剤を用いて接着させたりするために、ガス拡散電極に圧力が付加される過程で、ガス拡散電極の多孔質膜の空隙がつぶされ、ガス・水の排出が妨げられてしまうという問題もあった。
Further, it has been proposed to form a water repellent layer by applying a mixture of carbon black and PTFE to a stainless steel mesh (for example, see Patent Document 2).
However, the one formed by applying such a mixture has a problem in that the gap in the stainless steel mesh is blocked, and thus the gas permeability inside the gap is lowered, and the battery performance is lowered. Further, during the manufacture of the fuel cell, in order to make the gas diffusion electrode adhere to the electrolyte or to adhere it with an adhesive, in the process of applying pressure to the gas diffusion electrode, There was also a problem that the gaps were crushed and gas / water discharge was hindered.

また、粒子径の分布中心の異なる少なくとも2種類の炭素粒子を混合したガス拡散層として、粒子径の大きい方の炭素粒子に黒鉛を用いること、粒子径の小さい方の炭素粒子にフッ素樹脂で被覆して撥水性を付与した炭素粒子を用いることが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、この方法で形成された拡散層は強度が低く、撥水性も十分でないという問題があった。
Moreover, as a gas diffusion layer in which at least two types of carbon particles having different particle size distribution centers are mixed, graphite is used for the carbon particles having a larger particle size, and the carbon particles having a smaller particle size are coated with a fluororesin. Thus, it has been proposed to use carbon particles imparted with water repellency (see, for example, Patent Document 3).
However, the diffusion layer formed by this method has a problem that the strength is low and the water repellency is not sufficient.

また、炭素材料を含む多孔質フッ素樹脂からなるガス拡散電極が提案されている(例えば、特許文献4参照)。詳しくはフッ素樹脂が可溶する溶媒成分と可溶しない溶媒成分を用いて多孔質の構造を形成するものであるが、多孔質の形成にフッ素樹脂が可溶しない溶媒成分が必須であった。また、この方法で作製された多孔質フッ素樹脂は、膜内部に空隙が分散して存在するため、耐圧力や引っ張り強度などの機械的強度に限界があり、燃料電池作製時の熱プレスにより空隙がつぶれやすい問題があった。   Further, a gas diffusion electrode made of a porous fluororesin containing a carbon material has been proposed (see, for example, Patent Document 4). Specifically, a porous structure is formed using a solvent component in which the fluororesin is soluble and a solvent component insoluble in the fluororesin. However, a solvent component in which the fluororesin is not soluble is essential for forming the porous material. In addition, since the porous fluororesin produced by this method has dispersed voids inside the membrane, there is a limit to the mechanical strength such as pressure resistance and tensile strength. There was a problem that was easy to collapse.

図4および図5を用いて従来の技術を説明する。
図4は、従来のガス拡散電極の概略斜視図、図5は、従来のガス拡散電極の概略断面図である。
20はガス拡散電極、21は空隙である。
図のように、ガス拡散電極20内部に空隙21が多数存在し、それらが繋がって孔を構成することでガス透過性に優れるが、機械的強度との両立、調整が難しかった。
A conventional technique will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a schematic perspective view of a conventional gas diffusion electrode, and FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the conventional gas diffusion electrode.
20 is a gas diffusion electrode, and 21 is a gap.
As shown in the figure, there are a large number of voids 21 in the gas diffusion electrode 20 and they are connected to form a hole, so that the gas permeability is excellent, but it is difficult to achieve and adjust the mechanical strength.

特開2003−303595号公報JP 2003-303595 A 特開2000−058072号公報JP 2000-058072 A 特開2001−057215号公報JP 2001-057215 A 特開2004−281363号公報JP 2004-281363 A

本発明は、以上のような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とする処は、ガス透過性を良好に保つとともに、機械的強度を保持し、それによって電池特性を良好に保ち得るガス拡散電極、膜−電極接合体、固体高分子型燃料電池およびそれらの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to maintain good gas permeability and mechanical strength, thereby improving battery characteristics. An object of the present invention is to provide a gas diffusion electrode, a membrane-electrode assembly, a polymer electrolyte fuel cell, and a production method thereof that can be maintained.

本発明は、下記の技術的構成により、前記課題を解決できたものである。   The present invention has solved the above problems by the following technical configuration.

(1)少なくとも炭素材料を分散したフッ素樹脂膜を有するガス拡散電極であって、前記フッ素樹脂膜は複数の貫通孔を有することを特徴とするガス拡散電極。
(2)前記フッ素樹脂膜は、フッ化オレフィン系樹脂を含有することを特徴とする前記(1)記載のガス拡散電極。
(3)前記炭素材料は、少なくとも粒子状の炭素材料および繊維状の炭素材料のいずれかを含むことを特徴とする前記(1)記載のガス拡散電極。
(4)前記粒子状の炭素材料は、カーボンブラックであることを特徴とする前記(3)記載のガス拡散電極。
(5)前記カーボンブラックは、アセチレンブラックであることを特徴とする前記(4)記載のガス拡散電極。
(6)前記フッ素樹脂膜の開孔率は、20%〜95%の範囲であることを特徴とする前記(1)または(2)記載のガス拡散電極。
(7)前記フッ素樹脂膜の密度は、0.10〜1.55g/cmの範囲であることを特徴とする前記(1)または(2)記載のガス拡散電極。
(8)前記フッ素樹脂膜の空隙率は、20%〜95%の範囲であることを特徴とする前記(1)または(2)記載のガス拡散電極。
(9)前記フッ素樹脂膜は、親水性を有する無機微粒子または有機微粒子をフィラーとして含むことを特徴とする前記(1)、(2)、(6)、(7)および(8)のいずれか記載のガス拡散電極。
(10)前記フッ素樹脂膜中のフッ素樹脂と炭素材料との重量比が、フッ素樹脂1重量部に対して、炭素材料1/3重量部乃至10重量部であることを特徴とする前記(1)、(2)、(6)、(7)、(8)および(9)のいずれか記載のガス拡散電極。
(11)前記(1)、(2)、(6)、(7)、(8)、(9)および(10)のいずれか記載のフッ素樹脂膜に、シート状導電性多孔質体が積層されてなることを特徴とするガス拡散電極。
(12)前記(1)ないし(11)のいずれか記載のガス拡散電極に、触媒層を介して高分子電解質膜を備えてなることを特徴とする膜−電極接合体。
(13)前記(12)記載の膜−電極接合体とセパレータとを備えることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
(14)炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程とを有することを特徴とするガス拡散電極の製造方法。
(15)炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程と、前記フッ素樹脂膜に触媒層を形成して触媒層付きガス拡散電極を得る工程と、前記触媒層付きガス拡散電極と高分子電解質膜とを接合する工程とを有することを特徴とする膜−電極接合体の製造方法。
(16)炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程と、前記フッ素樹脂膜と触媒層付き高分子電解質膜とを接合する工程とを有することを特徴とする膜−電極接合体の製造方法。
(17)炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程と、前記フッ素樹脂膜と触媒層とを接合して触媒層付きガス拡散電極を得る工程と、前記触媒層付きガス拡散電極と高分子電解質膜とを接合して膜−電極接合体を得る工程と、前記膜−電極接合体とセパレータとを単セルに組み込む工程とを有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。
(18)炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程と、前記フッ素樹脂膜と触媒層付き高分子電解質膜とを接合して膜−電極接合体を得る工程と、前記膜−電極接合体とセパレータとを単セルに組み込む工程とを有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。
(19)前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程が、フッ素樹脂膜にレーザを照射することからなることを特徴とする前記(14)ないし(18)のいずれか記載の製造方法。
(1) A gas diffusion electrode having a fluororesin film in which at least a carbon material is dispersed, wherein the fluororesin film has a plurality of through holes.
(2) The gas diffusion electrode according to (1), wherein the fluororesin film contains a fluorinated olefin resin.
(3) The gas diffusion electrode according to (1), wherein the carbon material includes at least one of a particulate carbon material and a fibrous carbon material.
(4) The gas diffusion electrode according to (3), wherein the particulate carbon material is carbon black.
(5) The gas diffusion electrode according to (4), wherein the carbon black is acetylene black.
(6) The gas diffusion electrode according to (1) or (2), wherein the porosity of the fluororesin film is in the range of 20% to 95%.
(7) The gas diffusion electrode according to (1) or (2), wherein the density of the fluororesin film is in the range of 0.10 to 1.55 g / cm 3 .
(8) The gas diffusion electrode according to (1) or (2), wherein the porosity of the fluororesin film is in the range of 20% to 95%.
(9) Any of (1), (2), (6), (7) and (8) above, wherein the fluororesin film contains inorganic fine particles or organic fine particles having hydrophilicity as fillers The gas diffusion electrode as described.
(10) The weight ratio of the fluororesin and the carbon material in the fluororesin film is 1/3 to 10 parts by weight of the carbon material with respect to 1 part by weight of the fluororesin (1) ), (2), (6), (7), (8) and (9).
(11) A sheet-like conductive porous material is laminated on the fluororesin film according to any one of (1), (2), (6), (7), (8), (9) and (10). A gas diffusion electrode characterized by being made.
(12) A membrane-electrode assembly, wherein the gas diffusion electrode according to any one of (1) to (11) is provided with a polymer electrolyte membrane through a catalyst layer.
(13) A polymer electrolyte fuel cell comprising the membrane-electrode assembly according to (12) and a separator.
(14) Manufacturing of a gas diffusion electrode comprising: a step of forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution; and a step of opening a through hole in the fluororesin film. Method.
(15) forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution, forming a through-hole in the fluororesin film, and forming a catalyst layer on the fluororesin film. A method for producing a membrane-electrode assembly, comprising: a step of obtaining a gas diffusion electrode with a catalyst layer; and a step of bonding the gas diffusion electrode with a catalyst layer and a polymer electrolyte membrane.
(16) A step of forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution, a step of opening a through hole in the fluororesin film, and a polymer electrolyte with the fluororesin film and a catalyst layer A method for producing a membrane-electrode assembly, comprising the step of joining a membrane.
(17) A step of forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution, a step of opening a through hole in the fluororesin film, and joining the fluororesin film and the catalyst layer. The step of obtaining a gas diffusion electrode with a catalyst layer, the step of joining the gas diffusion electrode with a catalyst layer and a polymer electrolyte membrane to obtain a membrane-electrode assembly, and the membrane-electrode assembly and the separator are simply combined. And a step of incorporating the polymer into a cell.
(18) A step of forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution, a step of opening a through hole in the fluororesin film, and a polymer electrolyte with the fluororesin film and a catalyst layer A method for producing a solid polymer fuel cell, comprising: a step of joining a membrane to obtain a membrane-electrode assembly; and a step of incorporating the membrane-electrode assembly and a separator into a single cell.
(19) The manufacturing method according to any one of (14) to (18), wherein the step of opening a through hole in the fluororesin film comprises irradiating the fluororesin film with a laser.

本発明によれば、ガス透過性を良好に保つとともに、機械的強度を保持し、それによって電池特性を良好に保ち得るガス拡散電極、膜−電極接合体、固体高分子型燃料電池およびそれらの製造方法を提供することができる。
すなわち、本発明のガス拡散電極は、貫通孔を設けることでガス透過性を良好に保ち、かつ、柱状構造を残すことで機械的強度を保持するできるので、熱プレス時にも空隙がつぶれ難く、燃料電池運転時の加湿水や生成水によるフラッディングを防止し、また反応ガスの供給、除去を速やかに行うための撥水性、発生した電気を効率よく伝える導電性に優れている。
また、フッ素樹脂による撥水性・排水性、および炭素材料による導電性を備えた滑らかな表面を有するので、触媒層や高分子固体電解質膜を傷つけたり破壊したりすることが無いという効果もある。
さらに、本発明によれば、ガス拡散電極、膜−電極接合体、固体高分子型燃料電池の簡便な製造方法を提供できる。
すなわち、フッ素樹脂に孔を形成するのにフッ素樹脂が可溶しない溶媒成分を必要とせず、後から任意の孔を形成でき、開孔率の制御により、ガス透過性と機械的強度との調整も容易である。
According to the present invention, a gas diffusion electrode, a membrane-electrode assembly, a polymer electrolyte fuel cell, and their fuel cells that can maintain good gas permeability and mechanical strength, thereby maintaining good battery characteristics. A manufacturing method can be provided.
That is, the gas diffusion electrode of the present invention maintains good gas permeability by providing a through-hole, and can maintain mechanical strength by leaving a columnar structure, so that voids are not easily crushed during hot pressing, It is excellent in water repellency to prevent flooding due to humidified water or generated water during fuel cell operation, to quickly supply and remove reaction gas, and to conduct electricity efficiently.
In addition, since it has a smooth surface with water repellency / drainage by fluororesin and conductivity by carbon material, there is also an effect that the catalyst layer and the polymer solid electrolyte membrane are not damaged or destroyed.
Furthermore, according to the present invention, a simple method for producing a gas diffusion electrode, a membrane-electrode assembly, and a polymer electrolyte fuel cell can be provided.
That is, it does not require a solvent component in which the fluororesin is not soluble to form holes in the fluororesin, and can form arbitrary holes later, and control the gas permeability and mechanical strength by controlling the hole area ratio. Is also easy.

以下、本発明について具体的に説明する。
まず、本発明のガス拡散電極の構造を図1および図2を用いて説明する。
図1は、本発明のガス拡散電極の概略斜視図、図2は、本発明のガス拡散電極の概略断面図である。
10はガス拡散電極、11は貫通孔である。
図のように、ガス拡散電極10に貫通孔11を設けることでガス透過性に優れ、かつ、柱状構造を残すことで機械的強度を保てる。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
First, the structure of the gas diffusion electrode of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic perspective view of a gas diffusion electrode of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the gas diffusion electrode of the present invention.
10 is a gas diffusion electrode, and 11 is a through hole.
As shown in the figure, by providing the through holes 11 in the gas diffusion electrode 10, the gas permeability is excellent, and the mechanical strength can be maintained by leaving the columnar structure.

本発明のガス拡散電極の原料に用いられるフッ素樹脂としては、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等があげられ、これらの1種以上からなるフッ素樹脂を選択して用いることができる。これらの中でも、フッ化オレフィン系樹脂は、耐熱性が高く、機械的強度が良好であるので、特に好ましい。フッ化オレフィン系樹脂は、精度良くフッ素樹脂膜を形成することが可能であり、フッ素樹脂膜内部の加湿水およびカソードでの生成水を良好に排水することができるという利点を有している。本発明でいうフッ化オレフィン系樹脂とは、フッ化ビニリデンのホモポリマーの他、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、エチレンからなる群より選ばれる1種類以上のモノマーとフッ化ビニリデンとからなるコポリマーおよび3元以上の多元重合体を包含する。また、これらの樹脂を単独で用いる場合に加えて、2種以上の樹脂を混合して使用することも本発明に包含される。   Examples of the fluororesin used as a raw material for the gas diffusion electrode of the present invention include vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-fluoroalkyl vinyl ether copolymer, fluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, and the like. A fluororesin comprising at least one of the above can be selected and used. Among these, a fluorinated olefin resin is particularly preferable because it has high heat resistance and good mechanical strength. The fluorinated olefin resin has an advantage that a fluororesin film can be formed with high accuracy, and humidified water inside the fluororesin film and water generated at the cathode can be drained well. The fluorinated olefin-based resin as used in the present invention includes a vinylidene fluoride homopolymer, one or more monomers selected from the group consisting of ethylene tetrafluoride, propylene hexafluoride, and ethylene, and vinylidene fluoride. Includes copolymers and multi-component polymers of 3 or more. In addition to the case where these resins are used alone, it is also included in the present invention to use a mixture of two or more resins.

上記フッ素樹脂は、質量平均分子量が10万〜120万の範囲にあることが好ましい。
質量平均分子量が10万未満の場合は、強度が低くなる場合があり、一方、120万を越えると、溶媒への溶解性が劣ることから、塗料化が困難になったり、塗料の粘度ムラが生じて、最終的なガス拡散電極の厚さ精度が低下し、触媒層との密着性が不均一となる場合がある。
The fluororesin preferably has a mass average molecular weight in the range of 100,000 to 1,200,000.
If the mass average molecular weight is less than 100,000, the strength may be low. On the other hand, if it exceeds 1,200,000, the solubility in a solvent is inferior, making it difficult to form a paint, and uneven viscosity of the paint. As a result, the thickness accuracy of the final gas diffusion electrode may decrease, and the adhesion with the catalyst layer may become non-uniform.

フッ素樹脂に分散される炭素材料としては、粒子状であれば如何なるものでも利用可能であり、例えば、ファーネスブラック、チャネルブラック、アセチレンブラック等に代表される、いわゆるカーボンブラックを用いることができる。カーボンブラック、特にアセチレンブラックは高導電性および塗液中での分散性が良く好適に用いられる。カーボンブラックは、比表面積や粒子径の大きさによらず、いずれのグレードのものでも使用可能であり、例えば、ライオンアクゾ社製:ケッチェンEC、キャボット社製:バルカンXC72R、電気化学工業社製:デンカブラック等があげられる。本発明において、これらの炭素材料は、平均一次粒子径が10〜100nmの範囲のものが好ましい。粒子状の炭素材料には別に黒鉛があるが、これが含まれていてもかまわない。
また、繊維状の炭素材料も使用可能である。さらに粒子状の炭素材料と繊維状の炭素材料とが混在してもよい。
繊維状の炭素材料には、カーボン繊維や昭和電工のカーボンナノファイバー(商品名:VGCF)や、カーボンナノチューブがある。
Any carbon material dispersed in the fluororesin can be used as long as it is particulate, and for example, so-called carbon black typified by furnace black, channel black, acetylene black and the like can be used. Carbon black, particularly acetylene black, is preferably used because of its high conductivity and good dispersibility in the coating liquid. Carbon black can be used in any grade regardless of the specific surface area and particle size. For example, Lion Akzo: Ketjen EC, Cabot: Vulcan XC72R, Electrochemical Industry: For example, Denka Black. In the present invention, these carbon materials preferably have an average primary particle diameter in the range of 10 to 100 nm. The particulate carbon material includes graphite, but it may be included.
A fibrous carbon material can also be used. Furthermore, a particulate carbon material and a fibrous carbon material may be mixed.
Examples of fibrous carbon materials include carbon fibers, Showa Denko's carbon nanofibers (trade name: VGCF), and carbon nanotubes.

上記フッ素樹脂と上記炭素材料(粒子状および/または繊維状)の重量比は、フッ素樹脂1重量部に対して、炭素材料1/3重量部乃至10重量部の範囲が好ましい。さらに好ましくは、2/3重量部乃至6重量部の範囲である。炭素材料が粒子状炭素材料であるときは、2/3重量部乃至3/2重量部の範囲が好ましく、炭素材料が繊維状炭素材料であるときは、1重量部乃至6重量部の範囲が好ましい。炭素材料が1/3重量部より少ないとガス拡散層の導電性の低下が見られ、10重量部より多いと、フッ素樹脂膜の機械的強度が弱くなり過ぎてガス拡散の圧力に耐えられない。
いずれの場合においても、結果としては、燃料電池性能の低下を引き起こす。
The weight ratio of the fluororesin and the carbon material (particulate and / or fibrous) is preferably in the range of 1/3 to 10 parts by weight of the carbon material with respect to 1 part by weight of the fluororesin. More preferably, it is in the range of 2/3 to 6 parts by weight. When the carbon material is a particulate carbon material, a range of 2/3 to 3/2 parts by weight is preferable. When the carbon material is a fibrous carbon material, a range of 1 to 6 parts by weight is preferred. preferable. When the carbon material is less than 1/3 parts by weight, the conductivity of the gas diffusion layer is lowered. When the carbon material is more than 10 parts by weight, the mechanical strength of the fluororesin film becomes too weak to withstand the gas diffusion pressure. .
In either case, the result is a reduction in fuel cell performance.

フッ素樹脂膜の厚みとしては、5μm乃至150μmであることが好ましく、より好ましくは10μm乃至100μmであり、さらに好ましくは15μm乃至50μmである。厚みが5μmより小さいと、保水効果が十分でなく、150μmより大きいと、厚すぎてガス拡散能力、排水能力が低下し、電池性能低下を引き起こす。   The thickness of the fluororesin film is preferably 5 μm to 150 μm, more preferably 10 μm to 100 μm, and still more preferably 15 μm to 50 μm. If the thickness is less than 5 μm, the water retention effect is not sufficient, and if it is greater than 150 μm, it is too thick and the gas diffusing capacity and drainage capacity are reduced, leading to battery performance degradation.

本発明において、フッ素樹脂膜に設けられる貫通孔の形状は単に円筒状でもよいし、フッ素樹脂膜の表面に近い部分が広がり、内部が狭くなる構造でもよい。また、一方の表面の孔径が広くその反対側の孔径が狭くなるすり鉢状でもいい。さらには、貫通孔は、フッ素樹脂膜に対し垂直でもいいが、ガスの流入経路によっては、フッ素樹脂膜面に対し斜めに配置される方がよい場合がある。ガスが均一に分散するように貫通孔の孔径は50μm以下が良い。   In the present invention, the shape of the through-hole provided in the fluororesin film may be simply a cylindrical shape, or may have a structure in which a portion near the surface of the fluororesin film expands and the inside becomes narrow. Alternatively, a mortar shape in which the hole diameter on one surface is wide and the hole diameter on the opposite side is narrow may be used. Furthermore, although the through hole may be perpendicular to the fluororesin film, depending on the gas inflow path, it may be better to be disposed obliquely with respect to the fluororesin film surface. The diameter of the through hole is preferably 50 μm or less so that the gas is uniformly dispersed.

本発明を構成するフッ素樹脂膜は、貫通孔を有する膜の構造を測る尺度である開孔率、密度、空隙率で、評価することができる。
開孔率は、下記の式により求めることができる。
開孔率(%)=(単位面積当たりの孔の面積/単位面積)×100
本発明のフッ素樹脂膜の開孔率としては、20%〜95%の範囲が好適であり、より好ましくは50%以上、特に好ましくは70%以上の範囲である。開孔率が20%未満では、ガス拡散能および水の排出が不十分であり、95%を超えると、機械的強度が著しく低下し、燃料電池を組み上げるまでの工程で破損しやすくなる。
The fluororesin film constituting the present invention can be evaluated by the open area ratio, density, and porosity, which are scales for measuring the structure of the film having through holes.
The hole area ratio can be obtained by the following equation.
Opening ratio (%) = (pore area per unit area / unit area) × 100
The porosity of the fluororesin film of the present invention is preferably in the range of 20% to 95%, more preferably 50% or more, and particularly preferably 70% or more. If the open area ratio is less than 20%, the gas diffusing capacity and water discharge are insufficient, and if it exceeds 95%, the mechanical strength is remarkably lowered and the fuel cell is easily damaged in the process until it is assembled.

密度は、以下に示すように、フッ素樹脂膜の膜厚および単位面積当たりの質量で決定できる。
密度(g/cm)=単位面積当たりの質量/(膜厚×単位面積)
本発明を構成するフッ素樹脂膜の密度としては0.10乃至1.55g/cmの範囲が好適である。
As shown below, the density can be determined by the thickness of the fluororesin film and the mass per unit area.
Density (g / cm 3 ) = mass per unit area / (film thickness × unit area)
The density of the fluororesin film constituting the present invention is preferably in the range of 0.10 to 1.55 g / cm 3 .

空隙率は、下記の式により求めることができる。
空隙率(%)=[{(a+b+c+d)−フッ素樹脂膜の密度}/(a+b+c+d)]×100
(ただし、a=(フッ素樹脂膜のフッ素樹脂の比重)×(フッ素樹脂膜のフッ素樹脂の質量含有率)、b=(粒子状の炭素材料の比重)×(フッ素樹脂膜における粒子状炭素材料の質量含有率)、c=(フィラーの比重)×(フッ素樹脂膜におけるフィラーの質量含有率)、d=(繊維状炭素材料の比重)×(フッ素樹脂膜における繊維状炭素材料の質量含有率))
本発明を構成するフッ素樹脂膜の空隙率としては、20%〜95%の範囲が好適であり、より好ましくは50%以上、特に好ましくは70%以上の範囲である。空隙率が20%未満では、ガス拡散能および水の排出が不十分であり、95%を超えると、機械的強度が著しく低下し、燃料電池を組み上げるまでの工程で破損しやすくなる。
なお、本発明では貫通孔を設けるので、開孔率と空隙率とは密接な関係にある。そこで、開孔率を加工時目標値とすることにより空隙率を制御できる。
The porosity can be obtained by the following formula.
Porosity (%) = [{(a + b + c + d) −density of fluororesin film} / (a + b + c + d)] × 100
(Where, a = (specific gravity of fluororesin of fluororesin film) × (mass content of fluororesin of fluororesin film), b = (specific gravity of particulate carbon material) × (particulate carbon material in fluororesin film) ), C = (specific gravity of filler) × (mass content of filler in fluororesin film), d = (specific gravity of fibrous carbon material) × (mass content of fibrous carbon material in fluororesin film) ))
The porosity of the fluororesin film constituting the present invention is preferably in the range of 20% to 95%, more preferably 50% or more, and particularly preferably 70% or more. If the porosity is less than 20%, the gas diffusing capacity and water discharge are insufficient, and if it exceeds 95%, the mechanical strength is remarkably lowered and the fuel cell is easily damaged in the process until it is assembled.
In the present invention, since the through holes are provided, the open area ratio and the porosity are closely related. Therefore, the porosity can be controlled by setting the hole area ratio to a target value during processing.

本発明を構成するフッ素樹脂膜においては、上記の炭素材料以外にフィラーが含まれてもよい。このフィラーの添加によって、ガス・水の排出および、炭素材料の分散をコントロールすることが可能になり、燃料電池性能に大きく影響を及ぼすことになる。本発明に用いられるフィラーとしては、親水性を有するものが好ましい。撥水性を有するフッ素樹脂に、親水性のフィラーが添加されることによって、撥水部と親水部が微視的に入り組むことになり、さらに炭素材料と凝集体を形成して、貫通孔内部に露出することで、ガス・水の排出が良好に行なわれるからである。その結果、フラッディング現象に起因する電池性能低下を防止することが可能となる。また、無機微粒子または有機微粒子のいずれのものも用いることが可能であるが、燃料電池中のガス拡散電極内部の環境を考慮すると、無機微粒子の方が好ましい。   In the fluororesin film constituting the present invention, a filler may be included in addition to the carbon material. By adding this filler, it becomes possible to control the discharge of gas and water and the dispersion of the carbon material, which greatly affects the fuel cell performance. As the filler used in the present invention, those having hydrophilicity are preferable. When a hydrophilic filler is added to a fluororesin having water repellency, the water-repellent part and the hydrophilic part are microscopically intricate, and a carbon material and an agglomerate are formed to form an inside of the through hole. This is because gas and water can be discharged well by being exposed to. As a result, it is possible to prevent a decrease in battery performance due to the flooding phenomenon. Further, either inorganic fine particles or organic fine particles can be used, but inorganic fine particles are preferable in consideration of the environment inside the gas diffusion electrode in the fuel cell.

このようなフィラーとしては、二酸化チタン及び二酸化ケイ素等の無機酸化物微粒子が好ましい。これらは、燃料電池中のガス拡散電極内部の環境に耐え、且つ、十分な親水性を持ち合わせているからである。上記フィラーの粒子径としては、いずれの大きさのものでも使用可能であるが、非常に微小の場合は、塗料中での分散が困難になり、また、非常に大きい場合は、できたフッ素樹脂膜の導電性を低下させるという問題が発生する。したがって、一般には、粒子状の炭素材料の粒子径と同程度の粒径範囲、すなわち、10〜100nmの範囲のものが用いられる。   As such a filler, inorganic oxide fine particles such as titanium dioxide and silicon dioxide are preferable. This is because they can withstand the environment inside the gas diffusion electrode in the fuel cell and have sufficient hydrophilicity. Any particle size of the filler can be used, but if it is very small, dispersion in the paint becomes difficult, and if it is very large, the resulting fluororesin The problem of decreasing the conductivity of the film occurs. Therefore, generally, a particle size range similar to the particle size of the particulate carbon material, that is, a range of 10 to 100 nm is used.

また、上記フィラーとフッ素樹脂の重量比は、フッ素樹脂1重量部に対して、フィラー3重量部以下が好ましい。さらに好ましくは、3/2重量部以下である。上記フィラーの配合量が3重量部より多いと、フッ素樹脂膜の内部に充填され過ぎてしまい、ガス拡散能力の低下および導電性の低下の原因となり、結果的には燃料電池性能の低下を引き起こす。   Moreover, the weight ratio of the filler to the fluororesin is preferably 3 parts by weight or less of the filler with respect to 1 part by weight of the fluororesin. More preferably, it is 3/2 parts by weight or less. If the blending amount of the filler is more than 3 parts by weight, the fluororesin film is filled too much, which causes a decrease in gas diffusion capacity and a decrease in conductivity, resulting in a decrease in fuel cell performance. .

本発明のガス拡散電極は、貫通孔を有するフッ素樹脂膜をそのままガス拡散電極としてもよいし、さらにシート状導電性多孔質体を積層してガス拡散電極としてもよい。シート状導電性多孔質体としては、カーボン繊維からなるカーボンペーパー及びカーボンクロス、発泡ニッケル、チタン繊維焼結体等をあげることができる。フッ素樹脂膜とシート状導電性多孔質体とが積層構造を有することで、フッ素樹脂膜を構成する樹脂及び炭素材料などによってシート状導電性多孔質体の空隙が塞がれることがない。したがって、空隙内部のガス透過性が良好であり、電池性能を低下させるという問題がなくなる。   In the gas diffusion electrode of the present invention, a fluororesin film having through-holes may be used as a gas diffusion electrode as it is, or a sheet-like conductive porous body may be laminated to form a gas diffusion electrode. Examples of the sheet-like conductive porous material include carbon paper and carbon cloth made of carbon fiber, nickel foam, titanium fiber sintered body, and the like. Since the fluororesin film and the sheet-like conductive porous body have a laminated structure, the voids of the sheet-like conductive porous body are not blocked by the resin and the carbon material constituting the fluororesin film. Therefore, the gas permeability inside the voids is good, and the problem of reducing battery performance is eliminated.

次に、本発明の膜−電極接合体は、前述のガス拡散電極に、触媒層を介して高分子電解質膜を備えてなる。
触媒層とガス拡散電極とは、高分子電解質膜の少なくとも片面に積層される。すなわち、高分子電解質膜の両面に、触媒層を介して、本発明のガス拡散電極を配してもよいし、片面に、触媒層と本発明のガス拡散電極を配してもう一方の面には触媒層と公知のガス拡散電極を配してもよい。
図3に、本発明の膜−電極接合体の構造の一例を示す。
15は高分子電解質膜、16は触媒層、50は膜−電極接合体である。
そして、本発明の固体高分子型燃料電池は、この膜−電極接合体の外側に、必要に応じてカーボンペーパーまたはカーボンクロスを配し、その外側にセパレータを配した構造を有する。
本発明の固体高分子型燃料電池は、上記のガス拡散電極を備えているので、優れた発電特性を有するものとなる。なお、セパレータとしては、固体高分子型燃料電池において使用されるものならば如何なるものでも使用することができる。
Next, the membrane-electrode assembly of the present invention comprises a polymer electrolyte membrane on the gas diffusion electrode described above via a catalyst layer.
The catalyst layer and the gas diffusion electrode are laminated on at least one surface of the polymer electrolyte membrane. That is, the gas diffusion electrode of the present invention may be disposed on both sides of the polymer electrolyte membrane via the catalyst layer, or the catalyst layer and the gas diffusion electrode of the present invention are disposed on one side of the other surface. May be provided with a catalyst layer and a known gas diffusion electrode.
FIG. 3 shows an example of the structure of the membrane-electrode assembly of the present invention.
15 is a polymer electrolyte membrane, 16 is a catalyst layer, and 50 is a membrane-electrode assembly.
The polymer electrolyte fuel cell of the present invention has a structure in which carbon paper or carbon cloth is arranged outside the membrane-electrode assembly as necessary, and a separator is arranged outside the membrane-electrode assembly.
Since the polymer electrolyte fuel cell of the present invention includes the gas diffusion electrode, it has excellent power generation characteristics. As the separator, any separator can be used as long as it is used in a polymer electrolyte fuel cell.

次に、本発明のガス拡散電極の製造方法を説明する。
本発明のガス拡散電極は、炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程とにより製造できる。
Next, the manufacturing method of the gas diffusion electrode of this invention is demonstrated.
The gas diffusion electrode of the present invention can be manufactured by a step of forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution, and a step of opening a through hole in the fluororesin film.

具体的には、まず、フッ素樹脂を溶媒に溶解させ、粒子状および/または繊維状の炭素材料、さらに、場合によっては炭素材料以外のフィラーを分散させて混合し、溶媒混合物である塗料を作製する。フッ素樹脂が溶解する溶媒としては、例えば、1−メチル−2−ピロリドンがあげられる。溶解・分散・混合は、市販の撹拌機、分散機を用いることができる。
得られた塗料を、適当な基体の上に塗布し、乾燥することによって導電性のフッ素樹脂膜を形成できる。基体は、燃料電池に組み込む際には除去されるものであって、例えばポリイミドフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム(PEN)などが好適に使用される。
そして、得られたフッ素樹脂膜に後から孔開け加工を施して貫通孔を設け、貫通孔を有するフッ素樹脂膜であるガス拡散電極を得ることができる。
フッ素樹脂膜に貫通孔を開けて本発明のガス拡散電極を作製するには、該フッ素樹脂膜の表面にレーザを照射する方法がある。レーザには紫外線(UV)レーザやCOレーザ、エキシマレーザなどがあり、半導体回路基板やフレキシブル基板などの孔開け加工に用いられている。
また、別の方法として極細針やドリルなどの機械的手段でフッ素樹脂膜を突き通すことで貫通孔を作製することもできる。
なお、所望の貫通孔が開けば良いので、これらに限定されるものでは無い。
Specifically, first, a fluororesin is dissolved in a solvent, and particulate and / or fibrous carbon materials, and in some cases, fillers other than carbon materials are dispersed and mixed to produce a paint that is a solvent mixture. To do. Examples of the solvent in which the fluororesin dissolves include 1-methyl-2-pyrrolidone. For the dissolution / dispersion / mixing, commercially available stirrers and dispersers can be used.
A conductive fluororesin film can be formed by applying the obtained paint on a suitable substrate and drying. The substrate is removed when it is incorporated into a fuel cell. For example, a polyimide film, a polyethylene naphthalate film (PEN), or the like is preferably used.
Then, the obtained fluororesin film can be subsequently perforated to provide through holes, thereby obtaining a gas diffusion electrode that is a fluororesin film having through holes.
There is a method of irradiating the surface of the fluororesin film with a laser in order to produce a gas diffusion electrode of the present invention by making a through hole in the fluororesin film. Lasers include ultraviolet (UV) lasers, CO 2 lasers, excimer lasers, etc., and are used for drilling holes in semiconductor circuit boards and flexible boards.
Further, as another method, the through hole can be formed by penetrating the fluororesin film by mechanical means such as an ultrafine needle or a drill.
In addition, since what is necessary is just to open a desired through-hole, it is not limited to these.

また、シート状導電性多孔質体を積層したガス拡散電極を作製する場合には、上記のようにして形成されたフッ素樹脂膜の上に、シート状導電性多孔質体を重ね、熱プレス等によって加圧して接合することによって得ることができる。   In the case of producing a gas diffusion electrode in which a sheet-like conductive porous body is laminated, the sheet-like conductive porous body is stacked on the fluororesin film formed as described above, and hot pressing or the like. It can obtain by pressurizing and joining.

次に、本発明の膜−電極接合体は、炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程と、前記フッ素樹脂膜に触媒層を形成して触媒層付きガス拡散電極を得る工程と、前記触媒層付きガス拡散電極と高分子電解質膜とを接合する工程とにより製造できる。
また、本発明の膜−電極接合体は、炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程と、前記フッ素樹脂膜と触媒層付き高分子電解質膜とを接合する工程とによっても製造できる。
Next, the membrane-electrode assembly of the present invention includes a step of forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution, a step of opening a through-hole in the fluororesin film, It can be manufactured by forming a catalyst layer on a fluororesin film to obtain a gas diffusion electrode with a catalyst layer and joining the gas diffusion electrode with a catalyst layer and a polymer electrolyte membrane.
The membrane-electrode assembly of the present invention includes a step of forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution, a step of opening a through hole in the fluororesin film, and the fluorine It can also be produced by a step of joining the resin membrane and the polymer electrolyte membrane with a catalyst layer.

すなわち、まず、基体の上に、前述のようにしてガス拡散電極を作製し、その上に触媒層形成用の塗料を塗布して触媒層付きガス拡散電極を作製し、次いで得られた触媒層付きガス拡散電極を、それらの触媒層が高分子電解質膜に接するように載置し、熱プレスによって、高分子電解質膜と触媒層付きガス拡散電極とを接合させる。次いで、基体を剥離することによって、本発明の膜−電極接合体を作製することができる。   That is, first, a gas diffusion electrode is produced on a substrate as described above, and a catalyst layer-forming gas diffusion electrode is produced by applying a coating for forming a catalyst layer thereon, and then the obtained catalyst layer The attached gas diffusion electrodes are placed so that their catalyst layers are in contact with the polymer electrolyte membrane, and the polymer electrolyte membrane and the gas diffusion electrode with the catalyst layer are joined by hot pressing. Next, the membrane-electrode assembly of the present invention can be produced by peeling the substrate.

または、高分子電解質膜に触媒層形成用の塗料を塗布して触媒層を形成し、触媒層付き高分子電解質膜を作製しておく。その上で、触媒層付き高分子電解質膜の触媒層面に、上記のようにして作製されたガス拡散電極を配し、熱プレスにて触媒層付き高分子電解質膜とガス拡散電極を接合させる。次いで、基体を剥離することによって、膜−電極接合体を作製することができる。   Alternatively, a catalyst layer-forming coating material is applied to the polymer electrolyte membrane to form a catalyst layer, thereby preparing a polymer electrolyte membrane with a catalyst layer. Then, the gas diffusion electrode prepared as described above is arranged on the catalyst layer surface of the polymer electrolyte membrane with the catalyst layer, and the polymer electrolyte membrane with the catalyst layer and the gas diffusion electrode are joined by hot pressing. Subsequently, a membrane-electrode assembly can be produced by peeling the substrate.

このような膜−電極接合体の製造方法は、高分子電解質膜を触媒層を介してガス拡散電極に接合し、基体を剥離するのみであるので、非常に簡単に膜−電極接合体を製造することができる。また、形成された膜−電極接合体は、上記のガス拡散電極を備えているので、ガス・水の排出が良く、導電性に優れている。   Such a membrane-electrode assembly manufacturing method simply bonds the polymer electrolyte membrane to the gas diffusion electrode through the catalyst layer and peels off the substrate, so that the membrane-electrode assembly can be manufactured very easily. can do. Further, since the formed membrane-electrode assembly is provided with the gas diffusion electrode described above, the gas / water discharge is good and the conductivity is excellent.

そして、本発明の固体高分子型燃料電池は、前述の膜−電極接合体の両面に、必要に応じてカーボンペーパーまたはカーボンクロスを配し、その外側にセパレータを配して単セルに組み込むことで製造できる。膜−電極接合体の製造方法は前述の方法のいずれでもよい。   In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, carbon paper or carbon cloth is arranged on both sides of the membrane-electrode assembly as necessary, and a separator is arranged on the outside of the membrane-electrode assembly to be incorporated into a single cell. Can be manufactured. Any of the methods described above may be used as the method for producing the membrane-electrode assembly.

本発明を実施例および比較例によって説明する。
以下のようにガス拡散電極を作製し、続いて該ガス拡散電極を燃料極側および酸素極側の何れにも配備した固体高分子型燃料電池を作製し、評価した。
The present invention will be described with reference to examples and comparative examples.
A gas diffusion electrode was prepared as follows, and then a polymer electrolyte fuel cell in which the gas diffusion electrode was disposed on both the fuel electrode side and the oxygen electrode side was manufactured and evaluated.

(ガス拡散電極の製造)
まず、実施例1〜11のガス拡散電極を製造した。
フッ化ビニリデン樹脂30重量部を600重量部の1−メチル−2−ピロリドンに溶解し、平均一次粒子径40nmのアセチレンブラックまたは/およびカーボンナノファイバー(昭和電工社製、商品名:VGCF(アスペクト比10〜500))を表1記載の重量部分散し、さらに実施例10では二酸化ケイ素を、実施例11では二酸化チタンを、それぞれフィラーとして添加し、分散液である塗料を得た。得られた塗料を、PEN製の基体にアプリケータを用いて塗工して塗工膜を得、乾燥させて、フッ素樹脂膜を得た。
(Manufacture of gas diffusion electrode)
First, the gas diffusion electrode of Examples 1-11 was manufactured.
30 parts by weight of vinylidene fluoride resin is dissolved in 600 parts by weight of 1-methyl-2-pyrrolidone, and acetylene black and / or carbon nanofibers having an average primary particle size of 40 nm (made by Showa Denko KK, trade name: VGCF (aspect ratio) 10 to 500)) were dispersed in parts by weight as shown in Table 1, and in Example 10, silicon dioxide was added as a filler, and in Example 11, titanium dioxide was added as a filler to obtain a coating material as a dispersion. The obtained paint was applied to a PEN substrate using an applicator to obtain a coating film and dried to obtain a fluororesin film.

Figure 2007179870
Figure 2007179870

その後、表2記載の開孔率(加工時目標値)になるようにフッ素樹脂膜に紫外線(UV)レーザを当て微細な貫通孔を開けた。孔径は凡そ25μmにした。これにより貫通孔を有するフッ素樹脂膜である実施例1〜11のガス拡散電極を得た。
次に、比較例1〜2のガス拡散電極を製造した。
フッ化ビニリデン樹脂30重量部を600重量部の1−メチル−2−ピロリドンに溶解し、平均一次粒子径40nmのアセチレンブラックを表1記載の重量部分散し、次いで、45重量部のジエチレングリコールを混合・撹拌して塗料を得た。得られた塗料を、PEN製の基体にアプリケータを用いて塗工して塗工膜を得、乾燥させて、多孔質フッ素樹脂である比較例1〜2のガス拡散電極を得た。
Thereafter, an ultraviolet (UV) laser was applied to the fluororesin film to open fine through holes so that the aperture ratios (target values during processing) shown in Table 2 were obtained. The pore diameter was about 25 μm. Thus, gas diffusion electrodes of Examples 1 to 11 which are fluororesin films having through holes were obtained.
Next, gas diffusion electrodes of Comparative Examples 1 and 2 were manufactured.
Dissolve 30 parts by weight of vinylidene fluoride resin in 600 parts by weight of 1-methyl-2-pyrrolidone, disperse acetylene black having an average primary particle size of 40 nm as shown in Table 1, and then mix 45 parts by weight of diethylene glycol. A paint was obtained by stirring. The obtained paint was applied to a PEN substrate using an applicator to obtain a coating film and dried to obtain gas diffusion electrodes of Comparative Examples 1 and 2 which are porous fluororesins.

(物性値測定と貫通孔・空隙つぶれ確認試験)
実施例1〜11および比較例1〜2のガス拡散電極の単位面積当たりの質量と膜厚(X)を測定した。測定した質量から密度を算出し、前述の空隙率を算出した。さらに、熱プレスによる貫通孔・空隙つぶれの程度を確認するために、PEN上で熱プレス(120℃、10MPa、10分)して、熱プレス後の膜厚(Y)を測定した。そして、機械的強度(%)として(Y/X)×100を示した。
物性値を表2に示す。
(Physical property measurement and through hole / void crushing confirmation test)
The mass per unit area and the film thickness (X) of the gas diffusion electrodes of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 and 2 were measured. The density was calculated from the measured mass, and the aforementioned porosity was calculated. Further, in order to confirm the degree of crushing of through holes and voids by hot pressing, hot pressing (120 ° C., 10 MPa, 10 minutes) on PEN was performed, and the film thickness (Y) after hot pressing was measured. And (Y / X) * 100 was shown as mechanical strength (%).
Table 2 shows the physical property values.

Figure 2007179870
Figure 2007179870

実施例、比較例とも空隙率は20%以上であり、ガス透過性は高いと考えられる。特に実施例2、3、5、6、8、9、10、11、比較例1、2は空隙率が55%以上で特にガス透過性は高い。
熱プレス後の膜厚は、表2に示すように、比較例1〜2では非常に薄くなったのに比べて実施例1〜11ではそれほど変わっていない。機械的強度でいえば、実施例1〜11は65%以上であるのに対し、比較例1〜2では50%未満となってしまっている。これは実施例では柱状構造を残すことで機械的強度を保ち、空隙つぶれを防いだためと考えられる。
In both Examples and Comparative Examples, the porosity is 20% or more, and the gas permeability is considered high. In particular, Examples 2, 3, 5, 6, 8, 9, 10, 11, and Comparative Examples 1 and 2 have a porosity of 55% or more and particularly high gas permeability.
As shown in Table 2, the film thickness after hot pressing does not change so much in Examples 1 to 11 as compared to that in Comparative Examples 1 and 2 which was very thin. In terms of mechanical strength, Examples 1 to 11 are 65% or more, while Comparative Examples 1 and 2 are less than 50%. This is considered to be because the mechanical strength is maintained by leaving the columnar structure in the embodiment, and the void collapse is prevented.

(固体高分子型燃料電池の作製)
(1)固体高分子型燃料電池の製法1
実施例1〜11、比較例1〜2で得られた50mm角のガス拡散電極(基体付き)を2枚用意した。白金触媒を担持させたカーボンとイオン伝導性樹脂および水とエタノールの混合溶媒からなる触媒塗料を2枚のガス拡散電極のフッ素樹脂膜の表面にそれぞれ塗布・乾燥し、触媒層を形成し、触媒層付きガス拡散電極を得た。それぞれの白金触媒の量は、0.3mg/cmであった。次いで、触媒層付きガス拡散電極を、高分子電解質膜の両面に、触媒層面が高分子電解質膜(デュポン社製、商品名:ナフィオン117)と接するように配し、熱プレス(120℃、10MPa、10分)にて触媒層と高分子電解質膜とを接合し、ガス拡散電極製造時に用いた基体であるPENフィルムを剥離除去して、膜−電極接合体を得た。得られた膜−電極接合体の両側にカーボンペーパーを配し、その外側に黒鉛製セパレータを配し、単セルに組み込んで評価用の固体高分子型燃料電池(実施例1−1〜実施例11−1、比較例1−1〜比較例2−1)を得た。なお、実施例1−1〜実施例11−1は、それぞれ実施例1〜実施例11のガス拡散電極を用いた固体高分子型燃料電池であり、比較例1−1〜比較例2−1は、それぞれ比較例1〜比較例2のガス拡散電極を用いた固体高分子型燃料電池である。
(Production of polymer electrolyte fuel cell)
(1) Production method 1 of a polymer electrolyte fuel cell
Two 50 mm square gas diffusion electrodes (with substrate) obtained in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared. A catalyst coating composed of a carbon / ion conductive resin carrying platinum catalyst and a mixed solvent of water and ethanol is applied and dried on the surface of the fluororesin film of the two gas diffusion electrodes to form a catalyst layer. A gas diffusion electrode with a layer was obtained. The amount of each platinum catalyst was 0.3 mg / cm 2 . Next, a gas diffusion electrode with a catalyst layer was arranged on both sides of the polymer electrolyte membrane so that the catalyst layer surface was in contact with the polymer electrolyte membrane (DuPont, product name: Nafion 117), and hot press (120 ° C., 10 MPa) 10 minutes), the catalyst layer and the polymer electrolyte membrane were joined, and the PEN film, which was the substrate used in the production of the gas diffusion electrode, was peeled off to obtain a membrane-electrode assembly. A carbon paper is disposed on both sides of the obtained membrane-electrode assembly, a graphite separator is disposed on the outside thereof, and a solid polymer fuel cell for evaluation (Example 1-1 to Example) is incorporated into a single cell. 11-1, Comparative Example 1-1 to Comparative Example 2-1) were obtained. In addition, Example 1-1 to Example 11-1 are polymer electrolyte fuel cells using the gas diffusion electrodes of Examples 1 to 11, respectively. Comparative Example 1-1 to Comparative Example 2-1 These are polymer electrolyte fuel cells using the gas diffusion electrodes of Comparative Examples 1 and 2, respectively.

(2)固体高分子型燃料電池の製法2
高分子電解質膜(デュポン社製、商品名:ナフィオン117)の両面に、白金触媒を担持させたカーボンとイオン伝導性樹脂および溶媒からなる触媒塗料を塗布・乾燥し、触媒層を形成して、触媒層付き高分子電解質膜を得た。それぞれの白金触媒の量は、0.3mg/cmであった。次いで、前記実施例1〜11、比較例1〜2で得られたガス拡散電極(基体付き)を、ガス拡散電極面が触媒層に接するように配し、熱プレス(120℃、10MPa、10分)にて触媒層とガス拡散電極とを接合し、ガス拡散電極製造時に用いた基体であるPENフィルムを剥離除去して、膜−電極接合体を得た。得られた膜−電極接合体の両面にカーボンペーパーを配し、その外側に黒鉛製セパレータを配し、単セルに組み込んで評価用の固体高分子型燃料電池(実施例1−2〜実施例11−2、比較例1−2〜比較例2−2)を得た。なお、実施例1−2〜実施例11−2は、それぞれ実施例1〜実施例11のガス拡散電極を用いた固体高分子型燃料電池であり、比較例1−2〜比較例2−2は、それぞれ比較例1〜比較例2のガス拡散電極を用いた固体高分子型燃料電池である。
(2) Production method 2 of polymer electrolyte fuel cell
A catalyst coating composed of carbon carrying an platinum catalyst, an ion conductive resin and a solvent is applied and dried on both surfaces of a polymer electrolyte membrane (DuPont, Nafion 117) to form a catalyst layer. A polymer electrolyte membrane with a catalyst layer was obtained. The amount of each platinum catalyst was 0.3 mg / cm 2 . Next, the gas diffusion electrodes (with a substrate) obtained in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 and 2 were placed so that the gas diffusion electrode surface was in contact with the catalyst layer, and hot pressing (120 ° C., 10 MPa, 10 MPa Min)), the catalyst layer and the gas diffusion electrode were joined, and the PEN film, which was the substrate used in the production of the gas diffusion electrode, was peeled off to obtain a membrane-electrode assembly. Carbon paper is arranged on both surfaces of the obtained membrane-electrode assembly, a graphite separator is arranged on the outside thereof, and a polymer electrolyte fuel cell for evaluation (Examples 1-2 to Examples) incorporated in a single cell. 11-2, Comparative Example 1-2 to Comparative Example 2-2) were obtained. Examples 1-2 to 11-2 are polymer electrolyte fuel cells using the gas diffusion electrodes of Examples 1 to 11, respectively. Comparative Examples 1-2 to 2-2 These are polymer electrolyte fuel cells using the gas diffusion electrodes of Comparative Examples 1 and 2, respectively.

(固体高分子型燃料電池の評価)
上記、固体高分子型燃料電池(実施例1−1〜実施例11−1、比較例1−1〜比較例2−1、実施例1−2〜実施例11−2、比較例1−2〜比較例2−2)の発電特性を下記の要領で評価した。
固体高分子型燃料電池の供給ガスとして、燃料極側に水素ガスおよび酸素極側に酸素ガスを用いた。水素ガスは85℃の加湿温度で500mL/min、0.1MPaとなるように供給し、酸素ガスは70℃の加湿温度で1000mL/min、0.1MPaとなるように供給した。この条件下で、電流密度1A/cmでの電圧を測定した。
その結果を表3に示す。
(Evaluation of polymer electrolyte fuel cells)
The polymer electrolyte fuel cells (Example 1-1 to Example 11-1, Comparative Example 1-1 to Comparative Example 2-1, Example 1-2 to Example 11-2, Comparative Example 1-2) The power generation characteristics of Comparative Example 2-2) were evaluated in the following manner.
Hydrogen gas was used on the fuel electrode side and oxygen gas was used on the oxygen electrode side as the supply gas for the polymer electrolyte fuel cell. Hydrogen gas was supplied at a humidification temperature of 85 ° C. so as to be 500 mL / min and 0.1 MPa, and oxygen gas was supplied so as to be 1000 mL / min and 0.1 MPa at a humidification temperature of 70 ° C. Under this condition, the voltage at a current density of 1 A / cm 2 was measured.
The results are shown in Table 3.

Figure 2007179870
Figure 2007179870

表3に示すように、実施例1−1〜実施例11−1および実施例1−2〜実施例11−2の固体高分子型燃料電池は、比較例1−1〜比較例2−1および比較例1−2〜比較例2−2の固体高分子型燃料電池よりも、電流密度1A/cmでの電圧は高く、発電特性が優れていた。
具体的には、実施例では電圧は0.64V以上に保たれるが、比較例では電圧は0.63V以下であった。
これは、本発明のガス拡散電極が、炭素、特にアセチレンブラックを含有するフッ素樹脂に、所定の空隙率になるように貫通孔を設けて機械的強度を保持したことにより、燃料電池運転時の加湿水や生成水によるフラッディングを防止するとともに、ガス透過性も高くなり、電池性能が良好となったものである。
また、その中でも、実施例2−1、2−2、3−1、3−2、6−1、6−2、8−1、8−2、9−1、9−2、10−1、10−2、11−1、11−2では電圧が0.67V以上で良好であった。
これは、機械的強度と空隙率とが共に高い値となっているため、特に電池性能が良好となったものと思われる。
また、実施例1−1〜11−1と実施例1−2〜11−2との対比では、実施例1−2〜11−2での電圧が高くなる傾向があった。
これは製法の違いにより、空隙つぶれの度合いが微妙に変化したためと考えられる。
As shown in Table 3, the polymer electrolyte fuel cells of Example 1-1 to Example 11-1 and Example 1-2 to Example 11-2 are Comparative Example 1-1 to Comparative Example 2-1. The voltage at a current density of 1 A / cm 2 was higher than that of the polymer electrolyte fuel cells of Comparative Examples 1-2 to 2-2, and the power generation characteristics were excellent.
Specifically, in the example, the voltage was maintained at 0.64 V or higher, but in the comparative example, the voltage was 0.63 V or lower.
This is because the gas diffusion electrode of the present invention has a mechanical strength by providing a through-hole so as to have a predetermined porosity in a fluororesin containing carbon, particularly acetylene black. In addition to preventing flooding due to humidified water or generated water, gas permeability is also improved, and battery performance is improved.
Among them, Examples 2-1, 2-2, 3-1, 3-2, 6-1, 6-2, 8-1, 8-2, 9-1, 9-2, 10-1 In 10-2, 11-1, and 11-2, the voltage was 0.67 V or more, which was good.
This is probably because the battery strength was particularly good because both the mechanical strength and the porosity were high.
In contrast between Examples 1-1 to 11-1 and Examples 1-2 to 11-2, the voltages in Examples 1-2 to 11-2 tended to increase.
This is presumably because the degree of void collapse slightly changed due to the difference in the manufacturing method.

本発明のガス拡散電極の概略斜視図Schematic perspective view of the gas diffusion electrode of the present invention 本発明のガス拡散電極の概略断面図Schematic sectional view of the gas diffusion electrode of the present invention 本発明の膜−電極接合体の構造の一例を示す図The figure which shows an example of the structure of the membrane-electrode assembly of this invention 従来のガス拡散電極の概略斜視図Schematic perspective view of a conventional gas diffusion electrode 従来のガス拡散電極の概略断面図Schematic sectional view of a conventional gas diffusion electrode

符号の説明Explanation of symbols

10 ガス拡散電極
11 貫通孔
15 高分子電解質膜
16 触媒層
20 ガス拡散電極
21 空隙
50 膜−電極接合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas diffusion electrode 11 Through-hole 15 Polymer electrolyte membrane 16 Catalyst layer 20 Gas diffusion electrode 21 Void 50 Membrane-electrode assembly

Claims (19)

少なくとも炭素材料を分散したフッ素樹脂膜を有するガス拡散電極であって、前記フッ素樹脂膜は複数の貫通孔を有することを特徴とするガス拡散電極。   A gas diffusion electrode having a fluororesin film in which at least a carbon material is dispersed, wherein the fluororesin film has a plurality of through holes. 前記フッ素樹脂膜は、フッ化オレフィン系樹脂を含有することを特徴とする請求項1記載のガス拡散電極。   The gas diffusion electrode according to claim 1, wherein the fluororesin film contains a fluorinated olefin resin. 前記炭素材料は、少なくとも粒子状の炭素材料および繊維状の炭素材料のいずれかを含むことを特徴とする請求項1記載のガス拡散電極。   The gas diffusion electrode according to claim 1, wherein the carbon material includes at least one of a particulate carbon material and a fibrous carbon material. 前記粒子状の炭素材料は、カーボンブラックであることを特徴とする請求項3記載のガス拡散電極。   The gas diffusion electrode according to claim 3, wherein the particulate carbon material is carbon black. 前記カーボンブラックは、アセチレンブラックであることを特徴とする請求項4記載のガス拡散電極。   The gas diffusion electrode according to claim 4, wherein the carbon black is acetylene black. 前記フッ素樹脂膜の開孔率は、20%〜95%の範囲であることを特徴とする請求項1または2記載のガス拡散電極。   The gas diffusion electrode according to claim 1 or 2, wherein a hole area ratio of the fluororesin film is in a range of 20% to 95%. 前記フッ素樹脂膜の密度は、0.10〜1.55g/cmの範囲であることを特徴とする請求項1または2記載のガス拡散電極。 The gas diffusion electrode according to claim 1 or 2, wherein the density of the fluororesin film is in a range of 0.10 to 1.55 g / cm 3 . 前記フッ素樹脂膜の空隙率は、20%〜95%の範囲であることを特徴とする請求項1または2記載のガス拡散電極。   The gas diffusion electrode according to claim 1 or 2, wherein a porosity of the fluororesin film is in a range of 20% to 95%. 前記フッ素樹脂膜は、親水性を有する無機微粒子または有機微粒子をフィラーとして含むことを特徴とする請求項1、2、6、7および8のいずれか記載のガス拡散電極。   The gas diffusion electrode according to any one of claims 1, 2, 6, 7, and 8, wherein the fluororesin film contains inorganic fine particles or organic fine particles having hydrophilicity as a filler. 前記フッ素樹脂膜中のフッ素樹脂と炭素材料との重量比が、フッ素樹脂1重量部に対して、炭素材料1/3重量部乃至10重量部であることを特徴とする請求項1、2、6、7、8および9のいずれか記載のガス拡散電極。   The weight ratio between the fluororesin and the carbon material in the fluororesin film is 1/3 to 10 parts by weight of the carbon material with respect to 1 part by weight of the fluororesin. The gas diffusion electrode according to any one of 6, 7, 8, and 9. 請求項1、2、6、7、8、9および10のいずれか記載のフッ素樹脂膜に、シート状導電性多孔質体が積層されてなることを特徴とするガス拡散電極。   A gas diffusion electrode comprising a sheet-like conductive porous body laminated on the fluororesin film according to any one of claims 1, 2, 6, 7, 8, 9, and 10. 請求項1ないし11のいずれか記載のガス拡散電極に、触媒層を介して高分子電解質膜を備えてなることを特徴とする膜−電極接合体。   12. A membrane-electrode assembly comprising the gas diffusion electrode according to claim 1 and a polymer electrolyte membrane through a catalyst layer. 請求項12記載の膜−電極接合体とセパレータとを備えることを特徴とする固体高分子型燃料電池。   A polymer electrolyte fuel cell comprising the membrane-electrode assembly according to claim 12 and a separator. 炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程とを有することを特徴とするガス拡散電極の製造方法。   A method for producing a gas diffusion electrode, comprising: forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution; and forming a through hole in the fluororesin film. 炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程と、前記フッ素樹脂膜に触媒層を形成して触媒層付きガス拡散電極を得る工程と、前記触媒層付きガス拡散電極と高分子電解質膜とを接合する工程とを有することを特徴とする膜−電極接合体の製造方法。   A step of forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution, a step of forming a through-hole in the fluororesin film, and forming a catalyst layer on the fluororesin film with a catalyst layer A method for producing a membrane-electrode assembly, comprising: a step of obtaining a gas diffusion electrode; and a step of bonding the gas diffusion electrode with a catalyst layer and a polymer electrolyte membrane. 炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程と、前記フッ素樹脂膜と触媒層付き高分子電解質膜とを接合する工程とを有することを特徴とする膜−電極接合体の製造方法。   A step of forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution; a step of opening a through-hole in the fluororesin film; and the fluororesin film and a polymer electrolyte membrane with a catalyst layer. And a step of bonding the membrane-electrode assembly. 炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程と、前記フッ素樹脂膜と触媒層とを接合して触媒層付きガス拡散電極を得る工程と、前記触媒層付きガス拡散電極と高分子電解質膜とを接合して膜−電極接合体を得る工程と、前記膜−電極接合体とセパレータとを単セルに組み込む工程とを有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。   A step of forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution, a step of opening a through-hole in the fluororesin film, and joining the fluororesin film and the catalyst layer to form a catalyst layer A step of obtaining a gas diffusion electrode with a catalyst, a step of obtaining a membrane-electrode assembly by joining the gas diffusion electrode with a catalyst layer and a polymer electrolyte membrane, and incorporating the membrane-electrode assembly and a separator into a single cell. And a process for producing a polymer electrolyte fuel cell. 炭素材料をフッ素樹脂溶液に分散した液を乾燥することによってフッ素樹脂膜を形成する工程と、前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程と、前記フッ素樹脂膜と触媒層付き高分子電解質膜とを接合して膜−電極接合体を得る工程と、前記膜−電極接合体とセパレータとを単セルに組み込む工程とを有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。   A step of forming a fluororesin film by drying a liquid in which a carbon material is dispersed in a fluororesin solution; a step of opening a through-hole in the fluororesin film; and the fluororesin film and a polymer electrolyte membrane with a catalyst layer. A method for producing a polymer electrolyte fuel cell, comprising: a step of bonding to obtain a membrane-electrode assembly; and a step of incorporating the membrane-electrode assembly and a separator into a single cell. 前記フッ素樹脂膜に貫通孔を開ける工程が、フッ素樹脂膜にレーザを照射することからなることを特徴とする請求項14ないし18のいずれか記載の製造方法。   19. The manufacturing method according to claim 14, wherein the step of forming a through-hole in the fluororesin film comprises irradiating the fluororesin film with a laser.
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