JP2008077986A

JP2008077986A - 固体高分子形燃料電池用触媒層の転写方法及び電解質膜−触媒層接合体

Info

Publication number: JP2008077986A
Application number: JP2006256291A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Nishimura; 浩宣西村; Yoshikazu Osada; 美和長田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】電解質膜−触媒層接合体で所望の形状の厚膜触媒層の形成が可能であり、電解質膜にダメージを与えず、かつ触媒層を過度に緻密化しない固体高分子形燃料電池用触媒層の転写方法を提供する。
【解決手段】基材シート１１の一方面に、固体高分子形燃料電池用触媒層１２が薄膜状に形成されてなる複数の転写シートを準備するステップと、所定の形状を有し、触媒層と略同一の厚さを有する複数のマスクフィルム２を準備するステップと、電解質膜３の一方面または他方面の少なくとも一方にマスクフィルムを配置し、転写シートの触媒層を、マスクフィルムの形状に沿うように、電解質膜上に転写した後、基材シートを剥離するステップと、電解質膜上にあるマスクフィルム上に別のマスクフィルムを配置し、別の転写シートの触媒層を、マスクフィルムの形状に沿うように、転写された触媒層上に転写した後、基材シートを剥離するステップと、を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、固体高分子形燃料電池に用いられるアノード極触媒層、またはカソード極触媒層が塗布された転写シートにより、電解質膜上に触媒層を転写する転写方法、及びこの方法により作製される電解質膜−触媒層接合体に関する。

固体高分子電解質燃料電池はプロトン伝導性を有する固体高分子膜を電解質とし、この膜の両面に燃料極及び空気極を接合して構成され、燃料極に水素、空気極に酸素あるいは空気を供給して電気化学反応により発電するシステムである。各電極では下記反応が起こっている。

燃料極：H_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
空気極：(1/2)Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ
全反応：Ｈ_２＋(1/2)Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ
これらの反応式からわかるように、発電時に生成するのは水のみである。燃料電池は、従来の内燃機関とは異なり二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないため、次世代のクリーンエネルギーシステムの一つとして注目されている。また、固体高分子形燃料電池は、メタノールを燃料として供給しても発電させることが可能であり、この場合は特にメタノール直接燃料電池と呼ばれる。各電極では下記反応が起こっている。

燃料極：ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→６Ｈ^＋＋６ｅ⁻＋ＣＯ_２
空気極：(3/2)Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻→３Ｈ_２Ｏ
全反応：ＣＨ_３ＯＨ＋(3/2)Ｏ_２→２Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２
固体高分子形燃料電池は、電解質膜としてプロトン(水素イオン)伝導性高分子電解質膜を用い、その両面に触媒層を配置し、次いでその両面に電極基材を配置し、さらに、これをセパレータで挟んだ構造を有している。電解質膜の両面に触媒層を配置したもの（すなわち、触媒層／電解質膜／触媒層の層構成のもの）は、電解質膜−触媒層接合体（略称：ＣＣＭ）と称されており、さらに、その電解質膜−触媒層接合体の両面に電極基材を配置したもの（すなわち、電極基材／触媒層／電解質膜／触媒層／電極基材の層構成のもの）は、電解質膜−電極接合体（略称：ＭＥＡ）と称されている。

電解質膜−電極接合体の作製方法には、一般に以下に示す手法が用いられている。

（ａ）触媒電極および電解質材料からなる触媒インクを電解質膜上に直接塗布・乾燥して電解質膜−触媒層接合体を作成し、この電解質膜−触媒層接合体の触媒層上に電極基材を接合することにより電解質膜−電極接合体を作製する（例えば、特許文献１参照）。

（ｂ）触媒インクを塗布・乾燥した電極基材を電解質膜に接合することにより電解質膜−電極接合体を作製する（例えば、特許文献２〜４参照）。

一般に、電極基材としてはカーボンペーパーやカーボンクロス等の炭素材料が用いられ、触媒インクの塗布にはスクリーン印刷やスプレーコーティング、スピンコーティングなどの手法が用いられる。

ところが、上記手法（ａ）の場合、触媒インクの電解質膜への直接塗工において、溶剤による電解質膜の膨潤が生じ、これによって電解質膜の変形が起こり得るという問題がある。また、上記手法（ｂ）の場合、電極基材の表面および内部に空隙が存在するため、その空隙にインクの染み込みが起こり得る。以上の理由から、いずれの手法においても、厚さが均一で平坦な触媒層を作製するのは容易ではない。また、手法（ｂ）の場合には、電極基材内部に入り込んだ触媒層により空隙の閉塞が起こり、燃料および酸化剤あるいは水分の供給・排出が阻害されるおそれがある。

上記のような問題を解決する方法として、転写法による電解質膜−触媒層接合体の作製方法が注目されている（例えば、特許文献５〜７）。この転写法においては、基材シート上に触媒層が形成された転写シートを作製し、これを電解質膜の両面に触媒が対向する向きに配置して熱プレスを施す。これに続いて、基材シートを剥離することにより電解質膜上に触媒層を形成した後、これら触媒層の両面に電極基材を配置することにより電解質膜−電極接合体を作製する。

さらに、転写法による触媒層形成の利点は、上記工程により作成した電解質膜−触媒層接合体に対して、さらに同様にして触媒層の転写形成を繰り返すことにより、上記従来法では形成困難な厚膜の触媒層を形成することが可能な点である。
特公平２−４８６３２特開平６−２０３８４９特開平８−８８０１１特開平８−１０６９１５特開平１０−６４５７４特開２０００−３５３５２９特開２００２−２１６７８９

しかしながら、図１５に示すように、厚膜形成のために触媒層９１の熱転写を繰り返すと、電解質膜８１への集中荷重により電解質膜８１が損傷するという問題がある。また、電解質膜８１の損傷のみならず、変形によって長期耐久性が低下するという問題も生じる。さらに、繰り返し荷重を付与すると、触媒層９１の過度な緻密化が起こり、燃料や酸化剤、加湿或いは電極反応により生成する水等の供給および排出に障害を引き起こし、発電性能が低下するという問題も発生する。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、所望の形状の厚膜触媒層の形成が可能であり、電解質膜にダメージを与えず、かつ触媒層を過度に緻密化しない固体高分子形燃料電池用触媒層の転写方法、およびこの方法を用いて作製される電解質膜−触媒層接合体を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の固体高分子形燃料電池用触媒層の転写方法は、上記問題を解決するためになされたものであり、基材シートの一方面に、固体高分子形燃料電池用触媒層が薄膜状に形成されてなる複数の転写シートを準備するステップと、所定の形状を有し、前記触媒層と略同一の厚さを有する複数のマスクフィルムを準備するステップと、電解質膜の一方面または他方面の少なくとも一方に前記マスクフィルムを配置し、前記転写シートの触媒層を、前記マスクフィルムの形状に沿うように、前記電解質膜上に転写した後、前記基材シートを剥離するステップと、前記電解質膜上にあるマスクフィルム上に別のマスクフィルムを配置し、別の転写シートの触媒層を、前記マスクフィルムの形状に沿うように、転写された触媒層上に転写した後、基材シートを剥離するステップと、を備えている。

この構成によれば、電解質膜上に転写された触媒層上に、さらに別の触媒層を転写する際に、最初に用いたマスクフィル上にさらにマスクフィルムを配置した後、触媒層の転写を行っている。そのため、２層目の触媒層を転写するときの荷重の一部が上側のマスクフィルムに作用する。これにより、荷重が一層目の触媒層およびその下方の電解質膜に集中して作用するのを防止することができる。特に、本発明では、触媒層の厚さとマスクフィルムの厚さが略同一であるので、触媒層への荷重を確実に防止できるとともに、所望の形状で転写を確実に行うことができる。例えば、マスクフィルムの厚さが触媒層よりもかなり薄いと、マスクフィルムの端面によって触媒層を切断することができず、所望の形状を得られないという問題がある一方、マスクフィルムの厚さが触媒層よりもかなり厚いと、触媒層を転写する際に、大きいプレス荷重が必要であったり、触媒層が変形したりするおそれがある。したがって、本発明によれば、集中荷重による触媒層の緻密化および電解質膜の損傷・変形を防止することができる。

上記転写方法では、触媒層を２層形成しているが、その上にさらに触媒層を転写することもできる。すなわち、基材シートを剥離するステップに続き、最上層にあるマスクフィルム上に別のマスクフィルムを配置し、別の転写シートの触媒層を、マスクフィルムの形状に沿うように、最上層にある触媒層上に転写した後、基材シートを剥離するステップを少なくとも１回繰り返すことができる。このように所望の厚さになるまで触媒層を繰り返し転写しても、その都度、マスクフィルムを用いているので、触媒層に集中して荷重が作用して緻密化するのを防止することができるとともに、電解質膜の損傷も防止することができる。なお、上記のような方法の場合、転写する触媒層の厚さをすべて同じにしてもよいし、その都度変更してもよいが、いずれにしても、転写する触媒層の厚さとそのときに用いるマスクフィルムの厚さを略同一にしておく必要がある。

ところで、電解質膜の一方面および他方面の両方に触媒層を形成する際に、上記のようにマスクフィルムを用いると、特に有利である。すなわち、マスクフィルムを用いなければ、触媒層が転写されていない領域において、電解質膜が下方に曲がるおそれがあるが、上記のように触媒層の周囲にマスクフィルムを設けたままにしておくと、触媒層とマスクフィルムとの厚さが略同一であることから、電解質がマスクフィルムに支持されて下方に変形するのを防止することができる。

また、本発明に係る第２の固体高分子形燃料電池用触媒層の転写方法は、上記問題を解決するためになされたものであり、基材シートの一方面に、固体高分子形燃料電池用触媒層が薄膜状に形成されてなる複数の転写シートを準備する第１のステップと、所定の形状を有し、最初に転写する前記触媒層と略同一の厚さを有する第１のマスクフィルムを準備する第２のステップと、電解質膜の一方面または他方面の少なくとも一方に前記第１のマスクフィルムを配置し、前記転写シートの触媒層を、前記マスクフィルムの形状に沿うように、前記電解質膜上に転写した後、前記基材シートを剥離する第４のステップと、前記第１のマスクフィルムを取り外した後、当該第１のマスクフィルムと同じ形状を転写可能な第２のマスクフィルムを、転写した前記触媒層に沿うように配置する第５のステップと、別の転写シートの触媒層を、前記第２のマスクフィルムの形状に沿うように、転写された触媒層上に転写した後、基材シートを剥離する第６のステップと、を備え、前記第２のマスクフィルムは、初めに転写した触媒層の層厚さと、２回目に転写した触媒層の厚さとの合計と略同一の厚みを有している。

この構成によれば、電解質膜上に転写された触媒層上に、さらに別の触媒層を転写する際に、最初に用いたマスクフィルを取り外すとともに、１回目と２回目に転写する触媒層の合計の厚みと略同一のマスクフィルムを配置した後、触媒層の転写を行っている。そのため、上記第１の発明と同様に、２層目の触媒層を転写するときの荷重の一部が上側のマスクフィルムに作用し、荷重が一層目の触媒層およびその下方の電解質膜に集中して作用するのを防止することができる。

また、上記第６のステップに続き、電解質膜上にあるマスクフィルムを取り外し、最上層にある触媒層に沿うように、第１のマスクフィルムと同じ形状を転写可能な厚膜のマスクフィルムを配置した後、別の転写シートの触媒層を、厚膜のマスクフィルムの形状に沿うように、最上層にある触媒層上に転写し、その後基材シートを剥離するステップを少なくとも１回繰り返す第７のステップをさらに備えることが好ましい。このとき、厚膜のマスクフィルムは、既に転写済みの触媒層の総厚さと、次に転写する触媒層の厚さとの合計と略同一の厚みを有することが好ましい。

これにより、所望の厚さになるまで、繰り返し触媒層を転写しても電解質膜の損傷も防止することができる。なお、上記方法においては、第１の発明と同様、転写する触媒層の厚さをすべて同じにしてもよいし、その都度変更してもよい。

また、上記第２の発明においても、電解質膜の両面に触媒層を形成することができる。

また、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、上記転写方法を用いて作製された電解質膜−触媒層接合体である。

本発明に係る固体高分子形燃料電池用触媒層の転写方法及び電解質膜−触媒層接合体によれば、所望形状の厚膜触媒層の形成が可能であり、電解質膜にダメージを与えず、かつ触媒層を過度に緻密化するのを防止することができる。

以下、本発明に係る固体高分子形燃料電池用触媒層の転写方法の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は転写シートの断面図であり、図２はマスクフィルムの平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。

本実施形態は、固体高分子形燃料電池の作製に関するものであり、転写シートを用いて、電解質膜上に触媒層を転写するものである。この際、触媒層を所定の形状に転写するため、電解質膜上には、マスクフィルムが配置される。以下、各部材について説明する。

図１に示すように、転写シート１は、枚葉シートからなる基材シート１１上に固体高分子形燃料電池用の触媒層１２を塗布することで構成されている。転写シート１には、必要に応じて基材シート１１と触媒層１２との間に離型層を設けることもできる。

図２及び図３に示すように、本実施形態に使用するマスクフィルム２は、平面視正方形状であり、中央に正方形の開口２１が形成されている。すなわち、転写する触媒層１２が、マスクフィルム２の中央に形成された正方形の開口２１と同じ形状になるように電解質膜上に転写される。

続いて、上記転写シート１、及びマスクフィルム２を構成する材料について説明する。但し、以下に示すものは、あくまで例示であり、これに限定されるものではない。

基材シート
基材シート１１としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを挙げることができる。

また、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ETFE）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（FEP）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（PFA）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。

さらに、基材シート１１は、高分子フィルム以外に、アート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙等の非塗工紙等の紙であってもよい。

基材シート１１の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から、通常６〜１００μｍ程度、好ましくは６〜３０μｍ程度、より好ましくは６〜１５μｍ程度とするのがよい。従って、基材シートとしては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。

離型層
離型層は、ワックスから構成される。ワックスとしては、例えば、石油系ワックス、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、合成系ワックス等を挙げることができる。ここで用いられるワックスには、例えば、Ｃ₁₆〜Ｃ₃₂の脂肪酸とアルコールとのエステルが包含される。また、これらワックスは、１種単独で又は２種以上混合して使用される。本発明で用いられるワックスは、好ましくは融点が４０〜１４０℃、より好ましくは融点が６０〜１００℃の範囲にあるのがよい。好ましいワックスは植物系ワックスであり、より好ましいワックスはカルナウバワックス、カンデリラワックス等である。

離型層の厚さは、通常０．１〜３μｍ程度、好ましくは０．５〜１μｍ程度がよい。基材シート１１上に離型層を形成させるに当たっては、所望の厚さになるように、上記ワックスを公知の方法にしたがって塗布するのがよい。また、塗布作業を容易にするために、ワックスを適当な溶剤に溶解又は分散して溶液又はエマルジョン液の形態で使用してもよい。塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。

電極触媒層
電極触媒層１２は、公知のものである。この触媒層１２は、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性電解質を含有する。触媒粒子としては、例えば白金、白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と白金との合金等が挙げられる。水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えばパーフルオロスルホン酸系の水素イオン交換樹脂、炭化水素系水素イオン交換樹脂、無機水素イオン交換材料、有機−無機ハイブリッド水素イオン交換材料、イオン液体等が挙げられる。一般的には、カソード触媒層として用いられる場合の触媒粒子は白金であり、アノード触媒層として用いられる場合の触媒粒子は上述した合金である。

離型層上に触媒層１２を形成させるに当たっては、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性電解質を適当な溶剤に混合、分散してペースト状にしておき、形成される触媒層が所望の厚さになるように、このペーストを公知の方法に従い離型層上に塗布するのがよい。また、溶剤としては、例えば、各種アルコール類、各種エーテル類、各種ジアルキルスルホキシド類、水又はこれらの混合物等が挙げられる。

ペーストの塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。ペーストを塗布した後、乾燥することにより、触媒層が形成される。乾燥温度は、ワックスの融点以下であることが望ましく、通常４０〜１００℃程度、好ましくは６０〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常５分〜２時間程度、好ましくは３０分〜１時間程度である。

また、触媒層１２の厚さは、通常１０〜５０μｍ程度、好ましくは１５〜３０μｍ程度がよい。

電解質膜
電解質膜３の材料としては、公知の水素イオン伝導性電解質膜が使用でき、例えば、パーフルオロスルホン酸系の水素イオン交換樹脂、より具体的には、炭化水素系イオン交換膜のＣ−Ｈ結合をフッ素で置換したパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー（ＰＦＳ系ポリマー）等が挙げられる。このような水素イオン伝導性電解質膜の具体例としては、デュポン社製の「Nafion」、旭硝子（株）製の「Flemion」、旭化成（株）製の「Aciplex」、ゴア（Gore）社製の「Gore Select」等が挙げられる。上記以外にも、炭化水素系水素イオン交換膜、無機水素イオン交換膜、有機−無機ハイブリッド水素イオン交換膜などの水素イオン交換材料からなる電解質膜を用いることができる。

マスクフィルム
マスクフィルム２は、熱プレスに対して変形したり損傷したりしないこと、および電解質膜に対して接合せず剥離可能であることを満たす材質であれば、特に制限されない。例えば、ステンレスやアルミ合金等の金属もしくは合金、ポリエステルやポリテトラフルオロエチレン等のポリマーなどでマスクフイルムを作成することが可能である。さらに、銅板の表面にポリテトラフルオロエチレンをコーティングした複合材料を用いることも可能である。また、マスクフィルムの厚みは、上述した触媒層とほぼ同じ厚さであることが好ましい。

次に上記のように構成された転写シート及びマスクフィルムを用いた転写の方法について図４〜図１１を参照しつつ説明する。図４〜図１１は、転写方法の概略を示す断面図である。

まず、図４に示すような積層体Ｓを形成する。すなわち、ゴムシート６、テフロン（登録商標）シート７をこの順で配置した後、テフロン（登録商標）シート７上に電解質膜３を配置する。次に、電解質膜３上にマスクフィルム２を配置する。続いて、マスクフィルム２上に、開口２１を覆うように、触媒層１２を下向きにして転写シート１を配置する。このとき、触媒層１２は、アノード用触媒層とする。これに続いて、転写シート１上にテフロン（登録商標）シート８、ゴムシート９をこの順で配置すれば、積層体Ｓが完成する。

続いて、熱を発生可能なプレス用の一対の熱盤５ａ，５ｂを準備し、図５に示すように、これらの間に上記積層体Ｓを配置する。そして、熱盤５ａ，５ｂを所定の温度に設定し、所定時間圧力を作用させて、積層体Ｓをプレスする。これにより、図６に示すように、電解質膜３上には、マスクフィルム２の開口２１の形状に触媒層１２が転写される。

次に、熱盤５ａ，５ｂの間から積層体Ｓを取り出した後、ゴムシート９、テフロン（登録商標）シート８を順に取り外し、基材シート１１を触媒層１２から剥離する。このとき、図７に示すように、触媒層１２は、電解質膜３に強固に接着しているので、基材シート１１を触媒層１２から容易に剥離することができる。また、マスクフィルム２に遮られ、電解質膜３に転写されなかった触媒層１２は、基材シート１１上に残っており、基材シート１１とともに回収される。

続いて、触媒層をもう一層形成する。まず、図８に示すように、電解質膜３上に配置されているマスクフィルム２に別のマスクフィルム６１を配置する。このとき、開口が一致するように配置する。そして、この上に、上記と同様に、転写シート１００、テフロン（登録商標）シート８、ゴムシート９を配置して積層体を形成する。これに続いて、図９に示すように、この積層体を熱盤５ａ，５ｂの間に挟み、プレスすることで、２層目の触媒層１０２を転写する。その後、図１０に示すように、ゴムシート９、テフロン（登録商標）シート８、基材シート１０１を順に取り外し、最後にマスクフィルム６１を取り外すと、２つの層からなる厚膜の触媒層の形成が完了する。同様にして、電解質膜３の下面にカソード用触媒層を形成すると、図１１に示すような電解質膜−触媒層接合体が完成する。

以上のように、本実施形態によれば、電解質膜３上に転写された触媒層１２上に、さらに別の触媒層１０２を転写する際に、最初に用いたマスクフィル２上にさらにマスクフィルム６１を配置した後、触媒層１０２の転写を行っている。そのため、２層目の触媒層１０２を転写するときの荷重の一部がマスクフィルム６１に作用する。これにより、荷重が一層目の触媒層１２およびその下方の電解質膜３に集中して作用するのを防止することができる。その結果、集中荷重による触媒層の緻密化および電解質膜の損傷・変形を防止することができる。特に、本実施形態では、触媒層１２，１０２の厚さとマスクフィルム２、６１の厚さが略同一であるので、下側の触媒層１２への荷重の集中を確実に防止できるとともに、所望の形状で転写を確実に行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、触媒層を２層形成しているが、これ以上の層の触媒層を重ね合わせることもできる。この際も、触媒層を転写するたびにマスクフィルムを重ねていけばよい。

また、上記実施形態では、電解質膜３の上面にしか触媒層を形成していないが、下面にも形成することができる。すなわち、上記実施形態で示した上面への触媒層の転写と同様の方法で下面にも触媒層を転写する。図１２に示すように、電解質膜の下面にも、マスクフィルムを配置し、触媒層の転写を上面と同時に行う。なお、図１２（ａ）は、１層目の触媒層を形成する図であり、図１２（ｂ）は２層目の触媒層を形成する図であり、図１２（ｃ）は３層目の触媒層を形成する図である。いずれの場合も、転写後にマスクフィルムを取り外さず、転写の都度、新たなマスクフィルム６１，７１を積層することで、上記のように触媒層及び電解質膜への応力の集中を防止している。また、下側の触媒層も同時に形成する場合、上記のようにマスクフィルムを設けておけば、図１３に示すような触媒層が形成されていない領域において電解質膜３が下方へ変形するのを防止することができるという利点もある。

さらに、上記実施形態では、触媒層を転写するごとにマスクフィルムを積層していたが、次のような方法でもよい。まず、図７の状態からマスクフィルム２を取り外し、図１４に示すように、厚膜のマスクフィルム２００を配置する。このマスクフィルム２００は、最初に用いたマスクフィルム２と同一形状で厚みのみ相違している。その厚みｔ_１は、初めに転写した触媒層１２の厚みｔ_２と次に転写する触媒層１０２の厚みｔ_３の合計とほぼ同一である。このようなマスクフィルムを用いても、図９と同様にプレスすることで、２層目の触媒層１０２が転写され、厚膜の触媒層を形成することができる。この例では、所望の合計厚さの触媒層と同じ厚さのマスクフィルム２００を用いているが、これによっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、マスクフィルムを一枚ずつ積層すると、合計厚さに誤差が生じる可能性があるが、一枚のマスクフィルムを用いると、そのような誤差の低減が可能であり、触媒層の膜厚や緻密性を精度よく制御することができる。なお、このようなマスクフィルムを一枚用いる方法も、図１２のような、電解質の両面に触媒層を形成する方法に適用することができる。また、上記触媒層１０２の後、さらに触媒層を転写する場合には、その都度マスクフィルムを取り外し、それまでに転写された触媒層の合計厚さと次に転写する触媒層の厚さとの合計とほぼ同一厚さを有するマスクフィルムを用いればよい。

また、上記実施形態では、枚葉シートからなる転写シート１、マスクフィルム２を用いているが、ロールから繰り出して用いることもできる。また、マスクフィルム２に正方形の開口２１を形成し、この形状に転写がなされるようにしているが、転写の形状は任意であり、それに合わせた開口の形状にすればよい。また、開口でなくても、マスクフィルム２の一辺、または複数の辺を用いて触媒層の形状を規定することもできる。

本発明に係る転写方法の一実施形態に用いられる転写シートの断面図である。本発明に係る転写方法の一実施形態に用いられるマスクフィルムの断面図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。本発明に係る転写方法の一実施形態を示す断面図である。本発明に係る転写方法の一実施形態を示す断面図である。本発明に係る転写方法の一実施形態を示す断面図である。本発明に係る転写方法の一実施形態を示す断面図である。本発明に係る転写方法の一実施形態を示す断面図である。本発明に係る転写方法の一実施形態を示す断面図である。本発明に係る転写方法の一実施形態を示す断面図である。本発明に係る転写方法の一実施形態を示す断面図である。本発明に係る転写方法の他の実施形態を示す断面図である。従来例を示す断面図である。本発明に係る転写方法のさらに他の実施形態を示す断面図である。従来例を示す断面図である。

符号の説明

１転写シート
１１基材シート
１２アノード用触媒層
１３カソード用触媒層
２マスクフィルム
２２傾斜面
３電解質

Claims

基材シートの一方面に、固体高分子形燃料電池用触媒層が薄膜状に形成されてなる複数の転写シートを準備する第１のステップと、
所定の形状を有し、転写する前記触媒層と略同一の厚さを有する複数のマスクフィルムを準備する第２のステップと、
電解質膜の一方面または他方面の少なくとも一方に前記マスクフィルムを配置し、前記転写シートの触媒層を、前記マスクフィルムの形状に沿うように、前記電解質膜上に転写した後、前記基材シートを剥離する第３のステップと、
前記電解質膜上にあるマスクフィルム上に別のマスクフィルムを配置し、別の転写シートの触媒層を、前記マスクフィルムの形状に沿うように、転写された触媒層上に転写した後、基材シートを剥離する第４のステップと、
を備えている、固体高分子形燃料電池用触媒層の転写方法。
前記第４のステップに続き、
最上層にあるマスクフィルム上に別のマスクフィルムを配置し、別の転写シートの触媒層を、前記別のマスクフィルムの形状に沿うように、最上層にある触媒層上に転写した後、基材シートを剥離する第５のステップを少なくとも１回繰り返す、請求項１に記載の固体高分子形燃料電池用触媒層の転写方法。
基材シートの一方面に、固体高分子形燃料電池用触媒層が薄膜状に形成されてなる複数の転写シートを準備する第１のステップと、
所定の形状を有し、最初に転写する前記触媒層と略同一の厚さを有する第１のマスクフィルムを準備する第２のステップと、
電解質膜の一方面または他方面の少なくとも一方に前記第１のマスクフィルムを配置し、前記転写シートの触媒層を、前記マスクフィルムの形状に沿うように、前記電解質膜上に転写した後、前記基材シートを剥離する第４のステップと、
前記第１のマスクフィルムを取り外した後、当該第１のマスクフィルムと同じ形状を転写可能な第２のマスクフィルムを、転写した前記触媒層に沿うように配置する第５のステップと、
別の転写シートの触媒層を、前記第２のマスクフィルムの形状に沿うように、転写された触媒層上に転写した後、基材シートを剥離する第６のステップと、
を備え、
前記第２のマスクフィルムは、初めに転写した触媒層の層厚さと、２回目に転写した触媒層の厚さとの合計と略同一の厚さを有している、固体高分子形燃料電池用触媒層の転写方法。
前記第６のステップに続き、
前記電解質膜上にあるマスクフィルムを取り外し、最上層にある触媒層に沿うように、前記第１のマスクフィルムと同じ形状を転写可能な厚膜のマスクフィルムを配置した後、別の転写シートの触媒層を、前記厚膜のマスクフィルムの形状に沿うように、最上層にある触媒層上に転写し、その後、基材シートを剥離するステップを少なくとも１回繰り返す第７のステップをさらに備え、
前記厚膜のマスクフィルムは、既に転写済みの触媒層の合計厚さと、次に転写する触媒層の厚さとの合計と略同一の厚みを有している、請求項３に記載の固体高分子形燃料電池用触媒層の転写方法。
前記電解質膜の一方面および他方面の両方に触媒層を形成する、請求項１から４のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池用触媒層の転写方法。
請求項１から５のいずれかに記載の転写方法を用いて作製された電解質膜−触媒層接合体。