JP2009032438A - Manufacturing method for membrane-electrode assembly of fuel battery and membrane-electrode assembly - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve battery performance by reducing contact resistance between an electrode and an electrolyte membrane in a solid polymer fuel battery. <P>SOLUTION: A manufacturing method for a membrane-electrode assembly of a fuel battery comprises a first process (step S100) of preparing an electrolyte membrane 20 made of a first solid polymer electrolyte, a second process (step S110) of preparing a plurality of fine particles 29 including a second solid polymer electrolyte, a third process (step S140) of preparing the electrode including a catalyst, and a fourth process (step S150) of joining by overlapping the electrode and the electrolyte membrane 20 via the plurality of fine particles. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池用膜−電極接合体の製造方法および膜−電極接合体に関する。   The present invention relates to a method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell and a membrane-electrode assembly.

燃料電池の性能に影響する要因の一つとして、電解質膜と電極との間の接触抵抗が挙げられる。従来、電極と電解質膜との間の接触抵抗を低減する方法として、電解質膜上にプロトン伝導性を有する樹脂の溶液をスプレー噴霧して、この樹脂溶液の層が乾燥する前に、樹脂溶液層を介して電解質膜上に電極を形成する方法が提案されている。このように、電解質膜上に設けた樹脂溶液層が乾燥する前に電極を形成することにより、電極と電解質膜との間の密着性を向上させ、接触抵抗を低減することができる(例えば、特許文献1参照)。   One factor affecting the performance of the fuel cell is the contact resistance between the electrolyte membrane and the electrode. Conventionally, as a method of reducing the contact resistance between an electrode and an electrolyte membrane, a resin solution layer having a proton conductivity is sprayed on the electrolyte membrane, and the resin solution layer is dried before the resin solution layer is dried. There has been proposed a method of forming an electrode on an electrolyte membrane via a film. Thus, by forming the electrode before the resin solution layer provided on the electrolyte membrane is dried, the adhesion between the electrode and the electrolyte membrane can be improved and the contact resistance can be reduced (for example, Patent Document 1).

特開2004−63409号公報JP 2004-63409 A 特開平10−189002号公報JP-A-10-189002 特開2004−281152号公報JP 2004-281152 A

しかしながら、電解質膜上に樹脂溶液層を形成する場合には、樹脂溶液層が有する水分によって電解質膜が膨潤すると共に、電解質膜が乾燥する際には電解質膜が収縮する。そのため、樹脂溶液層を設けることにより電極と電解質膜との間の密着性を向上させようとしているにも拘わらず、電解質膜の膨潤と収縮とに起因して、電極と電解質膜との間の密着性がかえって低下してしまう場合があった。そのため、電極と電解質膜との間の接触抵抗のさらなる低減が望まれていた。   However, when a resin solution layer is formed on the electrolyte membrane, the electrolyte membrane swells due to moisture contained in the resin solution layer, and the electrolyte membrane contracts when the electrolyte membrane dries. Therefore, despite the fact that the resin solution layer is provided to improve the adhesion between the electrode and the electrolyte membrane, due to the swelling and shrinkage of the electrolyte membrane, there is a problem between the electrode and the electrolyte membrane. In some cases, the adhesion deteriorated. Therefore, further reduction in contact resistance between the electrode and the electrolyte membrane has been desired.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、固体高分子型燃料電池において、電極と電解質膜との間の接触抵抗を低減して電池性能を向上させることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to improve battery performance by reducing contact resistance between an electrode and an electrolyte membrane in a polymer electrolyte fuel cell. And

上記目的を達成するために、本発明の第1の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法は、
第1の固体高分子電解質から成る電解質膜を用意する第1の工程と、
第2の固体高分子電解質を含む複数の微粒子を用意する第2の工程と、
触媒を含む電極を用意する第3の工程と、
前記複数の微粒子を間に介して、前記電極と前記電解質膜とを重ね合わせて接合する第4の工程と
を備えることを要旨とする。
In order to achieve the above object, the first method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention comprises:
A first step of preparing an electrolyte membrane comprising a first solid polymer electrolyte;
A second step of preparing a plurality of fine particles containing a second solid polymer electrolyte;
A third step of preparing an electrode including a catalyst;
And a fourth step of superposing and joining the electrode and the electrolyte membrane with the plurality of fine particles interposed therebetween.

以上のように構成された本発明の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法によれば、複数の微粒子を介して電解質膜と電極との接合を行なうため、電解質膜と電極とを接合する際に、電解質膜に対して過剰な水分が供給されることがない。また、予め電解質膜とは別体で電極を作製し、このような電極と電解質膜とを接合しているため、電極から電解質膜に対する過剰な水分供給を抑制することができる。したがって、過剰な水分供給に起因する電解質膜の膨潤や、その後の乾燥に起因する電解質膜の収縮が生じることがない。このように、電極と電解質膜との接合に際して電解質膜の膨潤と収縮が抑制されることにより、電解質膜の膨潤と収縮とに起因する電解質膜と電極との間の密着性の低下を抑えることができる。   According to the method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention configured as described above, the electrolyte membrane and the electrode are joined to each other through the plurality of fine particles. At this time, excessive water is not supplied to the electrolyte membrane. In addition, since the electrode is prepared separately from the electrolyte membrane in advance and the electrode and the electrolyte membrane are joined together, excessive water supply from the electrode to the electrolyte membrane can be suppressed. Therefore, the electrolyte membrane does not swell due to excessive water supply, or the electrolyte membrane shrinks due to subsequent drying. In this way, by suppressing the swelling and shrinkage of the electrolyte membrane at the time of joining the electrode and the electrolyte membrane, it is possible to suppress a decrease in the adhesion between the electrolyte membrane and the electrode due to the swelling and shrinkage of the electrolyte membrane. Can do.

本発明の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法において、前記第4の工程は、前記微粒子を構成する前記第2の固体高分子電解質の少なくとも一部が軟化し得る温度に加熱して、前記電解質膜と前記電極とを接合させることとしても良い。このような構成とすれば、微粒子を構成する軟化した第2の固体高分子電解質によって、電解質膜と電極との間の密着性を高めることができる。   In the method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention, the fourth step is heating to a temperature at which at least a part of the second solid polymer electrolyte constituting the fine particles can be softened, The electrolyte membrane and the electrode may be joined. With such a configuration, the adhesion between the electrolyte membrane and the electrode can be enhanced by the softened second solid polymer electrolyte constituting the fine particles.

本発明の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法において、前記第4の工程で行なう加熱は、前記電極と前記電解質膜とを接合した後に前記複数の微粒子の少なくとも一部が溶融することなく粒子形状を保つ条件での加熱であることとしても良い。このような構成とすれば、電極近傍における液水に起因するガス流れの阻害の発生を抑制することができる。   In the method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the present invention, the heating performed in the fourth step is performed without melting at least a part of the plurality of fine particles after joining the electrode and the electrolyte membrane. It is good also as heating on the conditions which maintain particle shape. With such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of gas flow inhibition due to liquid water in the vicinity of the electrode.

本発明の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法において、前記第2の固体高分子電解質は、フッ素系電解質であり、前記第4の工程は、前記フッ素系電解質が軟化する温度に加熱して、前記電解質膜と前記電極とを接合させることとしても良い。フッ素系電解質は、固体高分子電解質の中ではガラス転移温度が比較的低い。そのため、比較的低い温度に加熱することにより、微粒子を容易に軟化させることができ、電解質膜と電極との間の密着性を確保することができる。   In the method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention, the second solid polymer electrolyte is a fluorine-based electrolyte, and the fourth step is performed by heating to a temperature at which the fluorine-based electrolyte is softened. Then, the electrolyte membrane and the electrode may be joined. Fluorine electrolytes have a relatively low glass transition temperature among solid polymer electrolytes. Therefore, by heating to a relatively low temperature, the fine particles can be easily softened, and the adhesion between the electrolyte membrane and the electrode can be ensured.

このような本発明の膜−電極接合体の製造方法において、前記第1の固体高分子電解質は、炭化水素系電解質であることとしても良い。このようにして製造した膜−電極接合体を用いて燃料電池を製造することにより、電解質膜を間に介した燃料ガスの流路と酸化ガスの流路との間のガスのクロスリークが比較的起こり難い燃料電池を得ることができる。このような炭化水素系電解質は、固体高分子電解質の中ではガラス転移温度が比較的高いが、フッ素系電解質から成る微粒子によって電解質膜と電極との間の密着性を確保するため、電解質膜と電極との接合の際には、炭化水素系電解質が軟化する温度にまで加熱することなく容易に接合を行なうことができる。   In such a method for producing a membrane-electrode assembly of the present invention, the first solid polymer electrolyte may be a hydrocarbon-based electrolyte. By manufacturing a fuel cell using the membrane-electrode assembly manufactured in this way, the gas cross-leakage between the fuel gas flow path and the oxidizing gas flow path through the electrolyte membrane is compared. It is possible to obtain a fuel cell that does not easily occur. Such a hydrocarbon-based electrolyte has a relatively high glass transition temperature among solid polymer electrolytes. However, in order to ensure adhesion between the electrolyte membrane and the electrode by fine particles comprising a fluorine-based electrolyte, When joining with an electrode, joining can be easily performed without heating to a temperature at which the hydrocarbon-based electrolyte softens.

本発明の膜−電極接合体の製造方法において、前記第3の工程は、触媒と溶媒とを含む触媒ペーストを基材上に塗布し、塗布した前記触媒ペーストを乾燥させる工程であり、前記第4の工程は、前記基材上に形成した前記電極と、前記電解質膜とを接合する工程であることとしても良い。このような構成とすれば、基材上に触媒ペーストを塗布するという簡便な方法により電極を形成することができると共に、接合に先立って触媒ペーストを乾燥させるため、電極から電解質膜へと供給される水分量を抑制することができる。   In the method for producing a membrane-electrode assembly of the present invention, the third step is a step of applying a catalyst paste containing a catalyst and a solvent on a substrate, and drying the applied catalyst paste. The step 4 may be a step of joining the electrode formed on the substrate and the electrolyte membrane. With such a configuration, the electrode can be formed by a simple method of applying the catalyst paste on the substrate, and the catalyst paste is dried prior to joining, so that the electrode is supplied from the electrode to the electrolyte membrane. It is possible to suppress the amount of moisture.

本発明の膜−電極接合体の製造方法において、前記第4の工程は、前記電極と前記電解質膜の一方の部材の面上に前記複数の微粒子を配置し、前記微粒子を配置した面と他方の部材とを重ね合わせて、接合を行なう工程であることとしても良い。このような構成とすれば、複数の微粒子を配置するという簡便な工程により、電解質膜と電極との間の密着性を確保することができる。   In the method of manufacturing a membrane-electrode assembly according to the present invention, the fourth step includes arranging the plurality of fine particles on the surface of one member of the electrode and the electrolyte membrane, and the surface on which the fine particles are arranged and the other side. It is good also as a process of superimposing these members and joining them. With such a configuration, the adhesion between the electrolyte membrane and the electrode can be ensured by a simple process of arranging a plurality of fine particles.

本発明の第1または第2の膜−電極接合体の製造方法において、前記微粒子は、粒径が、1〜100μmであることとしても良い。このような構成とすることで、電解質膜と電極との間の密着性を良好に確保することができる。   In the first or second membrane-electrode assembly production method of the present invention, the fine particles may have a particle size of 1 to 100 μm. By setting it as such a structure, the adhesiveness between an electrolyte membrane and an electrode can be ensured favorable.

本発明の燃料電池用膜−電極接合体は、
第1の固体高分子電解質から成る電解質膜と、
前記電解質膜上に配置された第2の固体高分子電解質を含む複数の微粒子によって形成される微粒子部と、
前記微粒子部を間に介して前記電解質膜上に形成された触媒を備える電極と
を備えることを要旨とする。
The membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention is
An electrolyte membrane comprising a first solid polymer electrolyte;
A fine particle portion formed by a plurality of fine particles including a second solid polymer electrolyte disposed on the electrolyte membrane;
And an electrode provided with a catalyst formed on the electrolyte membrane with the fine particle portion interposed therebetween.

以上のように構成された本発明の膜−電極接合体によれば、第2の固体高分子電解質を含む複数の微粒子から成る微粒子部によって、電解質膜と電極との間の密着性を確保することができる。したがって、本発明の膜−電極接合体を用いて燃料電池を製造することにより、電解質膜と電極との間の接触抵抗を低減し、電池性能を向上させることができる。また、本発明の膜−電極接合体のように、固体の微粒子によって電解質膜と電極との間の密着性が確保された膜−電極接合体では、電解質膜と電極との接合時に、電解質膜に対して過剰な水分が供給されることがない。そのため、膜−電極接合体において、過剰な水分供給に起因する電解質膜の膨潤や、その後の乾燥に起因する電解質膜の収縮が生じておらず、膜−電極接合体の内部における応力発生が抑制されている。したがって、本発明の膜−電極接合体を用いて燃料電池を製造することにより、燃料電池の耐久性を向上させることができる。   According to the membrane-electrode assembly of the present invention configured as described above, the adhesion between the electrolyte membrane and the electrode is ensured by the fine particle portion composed of a plurality of fine particles including the second solid polymer electrolyte. be able to. Therefore, by manufacturing a fuel cell using the membrane-electrode assembly of the present invention, the contact resistance between the electrolyte membrane and the electrode can be reduced, and the battery performance can be improved. Further, in the membrane-electrode assembly in which the adhesion between the electrolyte membrane and the electrode is ensured by solid fine particles, such as the membrane-electrode assembly of the present invention, the electrolyte membrane is bonded at the time of joining the electrolyte membrane and the electrode. Therefore, excessive moisture is not supplied. Therefore, in the membrane-electrode assembly, the electrolyte membrane does not swell due to excessive water supply or the electrolyte membrane shrinks due to subsequent drying, and the generation of stress inside the membrane-electrode assembly is suppressed. Has been. Therefore, the durability of the fuel cell can be improved by manufacturing the fuel cell using the membrane-electrode assembly of the present invention.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の膜−電極接合体の製造方法により製造した膜−電極接合体や、本発明の膜−電極接合体を備える燃料電池などの形態で実現することが可能である。   The present invention can be realized in various forms other than the above, for example, a membrane-electrode assembly manufactured by the method for manufacturing a membrane-electrode assembly of the present invention, or a fuel including the membrane-electrode assembly of the present invention. It can be realized in the form of a battery or the like.

A.燃料電池の構成:
図1は、本発明の好適な一実施例としての燃料電池を構成する単セル10の概略構成を表わす断面模式図である。単セル10は、電解質膜20と、電解質膜20の各々の面上に形成された微粒子部27,28と、微粒子部27,28上に形成された電極であるアノード21およびカソード22と、電極を形成した上記電解質膜20を両側から挟持するガス拡散層23,24と、ガス拡散層23,24のさらに外側に配設されたガスセパレータ25,26と、を備えている。
A. Fuel cell configuration:
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a single cell 10 constituting a fuel cell as a preferred embodiment of the present invention. The unit cell 10 includes an electrolyte membrane 20, fine particle portions 27 and 28 formed on each surface of the electrolyte membrane 20, an anode 21 and a cathode 22 that are electrodes formed on the fine particle portions 27 and 28, and an electrode. Gas diffusion layers 23 and 24 sandwiching the electrolyte membrane 20 formed with the gas from both sides, and gas separators 25 and 26 disposed further outside the gas diffusion layers 23 and 24.

本実施例の燃料電池は、固体高分子型燃料電池であり、電解質膜20は、湿潤状態でプロトン伝導性を示す固体高分子電解質を備えている。本実施例では、電解質膜20は、炭化水素系固体高分子電解質によって形成されている。微粒子部27、28は、電解質膜20上に配置され、フッ素系固体高分子電解質から成る複数の微粒子によって形成される。アノード21およびカソード22は、触媒として、例えば白金、あるいは白金合金を備えている。より具体的には、アノード21およびカソード22は、上記触媒を担持したカーボン粒子と、微粒子部27,28を構成する固体高分子電解質と同様のフッ素系電解質と、を備えている。電解質膜20と、微粒子部27,28と、アノード21およびカソード22は、MEA(膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly)30を構成している。MEA30の詳しい構成、および製造工程については、後に詳述する。   The fuel cell of this example is a solid polymer fuel cell, and the electrolyte membrane 20 includes a solid polymer electrolyte that exhibits proton conductivity in a wet state. In the present embodiment, the electrolyte membrane 20 is formed of a hydrocarbon-based solid polymer electrolyte. The fine particle portions 27 and 28 are disposed on the electrolyte membrane 20 and are formed of a plurality of fine particles made of a fluorine-based solid polymer electrolyte. The anode 21 and the cathode 22 include, for example, platinum or a platinum alloy as a catalyst. More specifically, the anode 21 and the cathode 22 include carbon particles supporting the catalyst and a fluorine-based electrolyte similar to the solid polymer electrolyte that forms the fine particle portions 27 and 28. The electrolyte membrane 20, the fine particle portions 27 and 28, the anode 21, and the cathode 22 constitute an MEA (Membrane Electrode Assembly) 30. The detailed configuration and manufacturing process of the MEA 30 will be described in detail later.

ガス拡散層23,24は、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロス、あるいは金属メッシュや発泡金属によって形成することができる。本実施例のガス拡散層23,24は、いずれも、平坦な板状部材として形成されている。このようなガス拡散層24は、電気化学反応に供されるガスの流路になると共に、集電を行なう。   The gas diffusion layers 23 and 24 can be formed of a conductive member having gas permeability, such as carbon paper or carbon cloth, metal mesh, or foam metal. The gas diffusion layers 23 and 24 of the present embodiment are both formed as flat plate members. Such a gas diffusion layer 24 serves as a flow path for a gas used for an electrochemical reaction and collects current.

ガスセパレータ25,26は、ガス不透過な導電性部材、例えば圧縮カーボンやステンレス鋼から成る部材によって形成される。ガスセパレータ25,26は、それぞれ所定の凹凸形状を有している。この凹凸形状によって、ガスセパレータ25とガス拡散層23との間には、水素を含有する燃料ガスが流れる単セル内燃料ガス流路47が形成される。また、上記凹凸形状によって、ガスセパレータ26とガス拡散層24との間には、酸素を含有する酸化ガスが流れる単セル内酸化ガス流路48が形成される。   The gas separators 25 and 26 are formed of a gas impermeable conductive member, for example, a member made of compressed carbon or stainless steel. Each of the gas separators 25 and 26 has a predetermined uneven shape. Due to this uneven shape, an in-cell fuel gas channel 47 through which a fuel gas containing hydrogen flows is formed between the gas separator 25 and the gas diffusion layer 23. In addition, due to the uneven shape, an in-single cell oxidizing gas channel 48 through which an oxidizing gas containing oxygen flows is formed between the gas separator 26 and the gas diffusion layer 24.

さらに、単セル10の外周部には、単セル内燃料ガス流路47および単セル内酸化ガス流路48におけるガスシール性を確保するために、ガスケット等のシール部材が配置されている(図示せず)。また、本実施例の燃料電池は、単セル10を複数積層したスタック構造を有しているが、このスタック構造の外周部には、単セル10の積層方向と平行であって燃料ガスあるいは酸化ガスが流通する複数のガスマニホールドが設けられている(図示せず)。これら複数のガスマニホールドのうちの燃料ガス供給マニホールドを流れる燃料ガスは、各単セル10に分配され、電気化学反応に供されつつ各単セル内燃料ガス流路47内を通過し、その後、燃料ガス排出マニホールドに集合する。同様に、酸化ガス供給マニホールドを流れる酸化ガスは、各単セル10に分配され、電気化学反応に供されつつ各単セル内酸化ガス流路48内を通過し、その後、酸化ガス排出マニホールドに集合する。   Further, a sealing member such as a gasket is disposed on the outer peripheral portion of the single cell 10 in order to ensure gas sealing performance in the single-cell fuel gas flow channel 47 and the single-cell oxidizing gas flow channel 48 (FIG. Not shown). In addition, the fuel cell of this embodiment has a stack structure in which a plurality of single cells 10 are stacked. The outer periphery of the stack structure is parallel to the stacking direction of the single cells 10 and is fuel gas or oxidation. A plurality of gas manifolds through which gas flows are provided (not shown). The fuel gas flowing through the fuel gas supply manifold among the plurality of gas manifolds is distributed to each single cell 10 and passes through each single cell fuel gas flow channel 47 while being subjected to an electrochemical reaction. Collect in the gas exhaust manifold. Similarly, the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas supply manifold is distributed to each single cell 10 and passes through each single cell oxidizing gas flow path 48 while being subjected to an electrochemical reaction, and then gathers in the oxidizing gas discharge manifold. To do.

B.MEA30の構成および製造方法:
図2は、MEA30のカソード側、すなわち、電解質膜20と、微粒子部28と、カソード22の様子を、拡大して模式的に表わす説明図である。図2では、図1とは異なり、膜面が水平となる向きにMEA30が表わされている。また、図2では、図中に四角で囲んだ領域について、さらに拡大して示している。既述したように、微粒子部27,28は、電解質膜20とアノード21あるいはカソード22との間に配置された固体高分子電解質から成る複数の微粒子29によって形成される層である。MEA30は、後述するように、電解質膜20上に微粒子29を配置した後に、電解質膜20とは別体で作製した電極をさらに重ね合わせてこれらを熱圧接合することによって形成している。そのため、図2では、微粒子部27,28を構成する複数の微粒子29の一部が、電解質膜20および各々の電極の表面から内部へと入り込むように表わされている。図2では、MEA30のカソード側の構成のみを示しているが、本実施例のMEA30は、アノード側においても同様の構成を有している。以下に、このようなMEA30の製造方法について説明する。
B. Configuration and manufacturing method of MEA 30:
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing an enlarged view of the state of the cathode side of the MEA 30, that is, the electrolyte membrane 20, the fine particle portion 28, and the cathode 22. In FIG. 2, unlike FIG. 1, the MEA 30 is shown in a direction in which the film surface is horizontal. In FIG. 2, the region enclosed by a square in the drawing is further enlarged. As described above, the fine particle portions 27 and 28 are layers formed by a plurality of fine particles 29 made of a solid polymer electrolyte disposed between the electrolyte membrane 20 and the anode 21 or the cathode 22. As will be described later, the MEA 30 is formed by arranging fine particles 29 on the electrolyte membrane 20 and then superimposing electrodes produced separately from the electrolyte membrane 20 and hot-pressing them. Therefore, in FIG. 2, a part of the plurality of fine particles 29 constituting the fine particle portions 27 and 28 is shown so as to enter the inside from the surface of the electrolyte membrane 20 and each electrode. In FIG. 2, only the configuration on the cathode side of the MEA 30 is shown, but the MEA 30 of the present embodiment also has the same configuration on the anode side. Below, the manufacturing method of such MEA30 is demonstrated.

図3は、MEA30の製造方法を表わす工程図である。MEA30を製造する際には、まず、電解質膜20となる固体高分子電解質から成る膜を用意する(ステップS100)。本実施例では、既述したように、炭化水素系の固体高分子膜を用いている。   FIG. 3 is a process diagram showing a method for manufacturing the MEA 30. When manufacturing the MEA 30, first, a membrane made of a solid polymer electrolyte to be the electrolyte membrane 20 is prepared (step S100). In this embodiment, as described above, a hydrocarbon-based solid polymer film is used.

また、電解質膜20とは別に、固体高分子電解質から成る微粒子29を作製する(ステップS110)。本実施例では、微粒子29を、フッ素系の固体高分子電解質であるパーフルオロスルホン酸系の電解質によって形成している。このような電解質から成る微粒子29を作製する方法としては、例えば、スプレードライ法を用いることができる。具体的は、上記フッ素系の固体高分子電解質を含有する溶液を用意して、この電解質溶液を、スプレードライヤによって造粒し、微粒子29を作製すればよい。スプレードライ法を用いる場合には、造粒の条件を適宜選択することにより、所望の粒径の粒子を造粒することができる。調節可能な造粒条件としては、用いる電解質溶液中の電解質(固形分)に対する溶媒(水やアルコールなど)の液量や、スプレードライを行なう際のノズル温度(入り口温度)や噴霧圧、あるいは電解質溶液の噴霧量を挙げることができる。スプレードライ法を用いることで、微粒子29として、略球形の粒子を容易に作製することができる。このような固体高分子電解質から成る微粒子29の粒径は、例えば、1〜100μmとすることができる。なお、微粒子29を作製する際には、スプレードライ法以外の方法を用いても良く、例えば、凍結乾燥法により形成することとしても良い。   Separately from the electrolyte membrane 20, fine particles 29 made of a solid polymer electrolyte are produced (step S110). In this embodiment, the fine particles 29 are formed of a perfluorosulfonic acid electrolyte that is a fluorine-based solid polymer electrolyte. As a method for producing the fine particles 29 made of such an electrolyte, for example, a spray drying method can be used. Specifically, a solution containing the above-described fluorine-based solid polymer electrolyte is prepared, and the electrolyte solution is granulated by a spray dryer to produce the fine particles 29. When the spray drying method is used, particles having a desired particle diameter can be granulated by appropriately selecting the granulation conditions. Adjustable granulation conditions include the amount of solvent (water, alcohol, etc.) with respect to the electrolyte (solid content) in the electrolyte solution used, the nozzle temperature (inlet temperature) and spray pressure when spray drying, or the electrolyte The spray amount of a solution can be mentioned. By using the spray drying method, substantially spherical particles can be easily produced as the fine particles 29. The particle size of the fine particles 29 made of such a solid polymer electrolyte can be set to 1 to 100 μm, for example. In producing the fine particles 29, a method other than the spray drying method may be used. For example, the fine particles 29 may be formed by a freeze drying method.

次に、ステップS110で作製した微粒子29を、ステップS100で用意した電解質膜20上に配置して(ステップS120)、電解質膜20上に、微粒子部27,28となる微粒子29から成る層を形成する。電解質膜20上に配置する微粒子29は、後述するように、電解質膜20と電極との間の密着性を高めるための構成である。そのため、本実施例では、電解質膜20上において、電解質膜20と電極とが重なる領域全体にわたって、微粒子29を配置している。   Next, the fine particles 29 prepared in step S110 are arranged on the electrolyte membrane 20 prepared in step S100 (step S120), and a layer made of the fine particles 29 to be the fine particle portions 27 and 28 is formed on the electrolyte membrane 20. To do. The fine particles 29 arranged on the electrolyte membrane 20 are configured to improve the adhesion between the electrolyte membrane 20 and the electrodes, as will be described later. Therefore, in the present embodiment, the fine particles 29 are arranged over the entire region where the electrolyte membrane 20 and the electrode overlap on the electrolyte membrane 20.

また、電解質膜20および微粒子29とは別に、電極であるアノード21およびカソード22を形成するための触媒ペーストを作製する(ステップS130)。触媒ペーストは、白金を担持したカーボン粒子と、微粒子29と同様のフッ素系固体高分子電解質とを含有している。白金を担持したカーボン粒子は、例えばカーボンブラックから成るカーボン粒子を、白金化合物の溶液(例えば、テトラアンミン白金塩溶液やジニトロジアンミン白金溶液や白金硝酸塩溶液、あるいは塩化白金酸溶液など)中に分散させて、含浸法や共沈法、あるいはイオン交換法によって作製する。このようにして作製した白金担持カーボン粒子を、水および有機溶剤からなる適当な溶媒中に分散させると共に、既述したフッ素系固体高分子電解質を含有する電解質溶液(例えば、ナフィオン溶液、アルドリッチ社製)をさらに混合することで、触媒ペーストが得られる。   Further, apart from the electrolyte membrane 20 and the fine particles 29, a catalyst paste for forming the anode 21 and the cathode 22 which are electrodes is prepared (step S130). The catalyst paste contains carbon particles carrying platinum and a fluorine-based solid polymer electrolyte similar to the fine particles 29. For example, carbon particles comprising platinum are dispersed in a platinum compound solution (for example, a tetraammine platinum salt solution, a dinitrodiammine platinum solution, a platinum nitrate solution, or a chloroplatinic acid solution). It is produced by an impregnation method, a coprecipitation method, or an ion exchange method. The platinum-supported carbon particles thus prepared are dispersed in an appropriate solvent composed of water and an organic solvent, and an electrolyte solution containing the above-described fluorine-based solid polymer electrolyte (for example, Nafion solution, manufactured by Aldrich) ) Is further mixed to obtain a catalyst paste.

次に、上記触媒ペーストを所定の基材に塗布して、基材上にアノード21あるいはカソード22となる電極を形成する(ステップS140)。触媒ペーストを塗布する基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)から成る基材を用いることができる。触媒ペーストの基材上への塗布は、例えば、スプレー法や、スクリーン印刷、あるいは、ドクターブレード法や、インクジェット法により行なうこともできる。これらの方法を用いることで、触媒ペーストを所望の厚みに塗布することができる。上記のように触媒ペーストを塗布した後に、塗布した触媒ペーストを乾燥させることで、内部に微細な細孔を有する多孔質な電極を形成することができる。なお、ステップS140において行なう塗布した触媒ペーストの乾燥は、塗布した触媒ペーストが含む溶媒の少なくとも一部を除去するものであれば良いが、乾燥の程度を大きくするほど、後述する電極と電解質膜との接合時に電極から電解質膜へと供給される水分量を抑えることができる。   Next, the catalyst paste is applied to a predetermined base material, and an electrode to be the anode 21 or the cathode 22 is formed on the base material (step S140). As a base material to which the catalyst paste is applied, for example, a base material made of polyethylene terephthalate (PET) or polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used. The application of the catalyst paste onto the substrate can be performed by, for example, a spray method, screen printing, a doctor blade method, or an ink jet method. By using these methods, the catalyst paste can be applied to a desired thickness. After applying the catalyst paste as described above, the applied catalyst paste is dried to form a porous electrode having fine pores inside. The applied catalyst paste is dried in step S140 as long as it removes at least a part of the solvent contained in the applied catalyst paste. However, as the degree of drying increases, the electrode and the electrolyte membrane described later are increased. The amount of water supplied from the electrode to the electrolyte membrane at the time of bonding can be suppressed.

その後、ステップS140で基材上に作製した電極を、ステップS120で微粒子29を配置した電解質膜20上に熱圧転写し(ステップS150)、その後に基材を剥離して除去することにより、MEA30が完成される。すなわち、電解質膜20上に、微粒子29から成る微粒子部27,28が形成されると共に、微粒子部27,28上に、さらにアノード21あるいはカソード22が形成されたMEA30が完成する。ステップS150の熱圧転写を行なう際の条件の一つとしての接合時の温度は、微粒子29を構成する固体高分子電解質の少なくとも一部が軟化する温度とすればよい。このように、微粒子29が軟化することにより、微粒子29から成る微粒子部27,28を介して電解質膜20と電極とが密着される。すなわち、微粒子部27,28は、電解質膜20と電極との密着性を向上させる接着層として働く。本実施例では、微粒子29をフッ素系電解質により形成しているため、熱圧転写を行なう際の温度は、フッ素系電解質から成る微粒子29が軟化する温度であれば良く、例えば、80〜160℃で行なうことができる。また、熱圧転写を行なう際の他の条件としての圧力は、上記のように軟化した電解質を備える微粒子部27,28を介して電解質膜20と電極とを充分に密着させることができる圧力であれば良く、例えば、1〜10MPaとすることができる。熱圧転写を行なう際の条件は、温度と圧力と時間との組み合わせとして設定できるが、この転写時の条件は、転写により接合された電解質膜20および電極の間の微粒子部27,28において、微粒子29の少なくとも一部が溶融することなく粒子形状を保つ条件とすることが望ましい。   Thereafter, the electrode produced on the substrate in step S140 is hot-pressure transferred onto the electrolyte membrane 20 in which the fine particles 29 are arranged in step S120 (step S150), and then the substrate is peeled off and removed, thereby removing the MEA 30. Is completed. That is, the MEA 30 in which the fine particle portions 27 and 28 made of the fine particles 29 are formed on the electrolyte membrane 20 and the anode 21 or the cathode 22 is further formed on the fine particle portions 27 and 28 is completed. The temperature at the time of joining as one of the conditions for performing the thermal pressure transfer in step S150 may be a temperature at which at least a part of the solid polymer electrolyte constituting the fine particles 29 is softened. As described above, the softening of the fine particles 29 brings the electrolyte membrane 20 and the electrode into close contact via the fine particle portions 27 and 28 formed of the fine particles 29. That is, the fine particle portions 27 and 28 function as an adhesive layer that improves the adhesion between the electrolyte membrane 20 and the electrode. In this embodiment, since the fine particles 29 are formed of a fluorine-based electrolyte, the temperature at which the thermal pressure transfer is performed may be a temperature at which the fine particles 29 made of the fluorine-based electrolyte are softened, for example, 80 to 160 ° C. Can be done. The pressure as another condition when performing the heat-pressure transfer is a pressure that can sufficiently bring the electrolyte membrane 20 and the electrode into close contact via the fine particle portions 27 and 28 including the softened electrolyte as described above. For example, it may be 1 to 10 MPa. The conditions for performing the hot-pressure transfer can be set as a combination of temperature, pressure, and time. The conditions at the time of the transfer are the fine particle portions 27 and 28 between the electrolyte membrane 20 and the electrodes joined by the transfer. It is desirable to maintain the particle shape without melting at least part of the fine particles 29.

なお、図3のステップS120あるいはステップS150の工程は、アノード側とカソード側とについて同時に行なう必要はない。アノード側とカソード側の一方の側についてステップS120ないしステップS150の工程を行なって電解質膜と電極の接合を行なった後に、他方の側について同様の工程を繰り返し行なえば良い。   Note that the process of step S120 or step S150 in FIG. 3 need not be performed simultaneously on the anode side and the cathode side. After the steps S120 to S150 are performed on one side of the anode side and the cathode side to join the electrolyte membrane and the electrode, the same steps may be repeated on the other side.

以上のように構成された本実施例の燃料電池が備えるMEA30の製造方法によれば、電解質膜20と電極との間に複数の微粒子29を配置した上で、電解質膜20と電極との接合を行なうことによって、電解質膜20と電極との間に微粒子部27,28を形成している。そのため、電解質膜20と電極との間の密着性を向上させる接着層として働く微粒子部27,28を形成する際に、電解質膜20に対して過剰な水分が供給されることがない。また、電極は、予め電解質膜20とは別体で作製して乾燥されているため、電極から電解質膜20に対して過剰な水分が供給されることもない。したがって、過剰な水分供給に起因する電解質膜20の膨潤や、その後の乾燥に起因する電解質膜20の収縮が生じることがない。電解質膜20の膨潤と収縮が抑制されることにより、電解質膜20の膨潤と収縮とに起因する燃料電池製造時における電解質膜20と電極との間の密着性の低下を抑えることができる。さらに、電解質膜20の膨潤と収縮が抑制されることにより、電解質膜20の膨潤と収縮とに起因するMEA30内部における応力発生を抑制し、燃料電池が発電を行なう過程における電解質膜20と電極との間の密着性の低下を抑えることができる。   According to the method of manufacturing the MEA 30 included in the fuel cell of the present embodiment configured as described above, a plurality of fine particles 29 are disposed between the electrolyte membrane 20 and the electrode, and then the electrolyte membrane 20 and the electrode are joined. As a result, fine particle portions 27 and 28 are formed between the electrolyte membrane 20 and the electrodes. Therefore, excessive moisture is not supplied to the electrolyte membrane 20 when forming the fine particle portions 27 and 28 that function as adhesive layers that improve the adhesion between the electrolyte membrane 20 and the electrodes. Further, since the electrode is prepared separately from the electrolyte membrane 20 and dried in advance, excessive water is not supplied from the electrode to the electrolyte membrane 20. Therefore, swelling of the electrolyte membrane 20 due to excessive water supply and shrinkage of the electrolyte membrane 20 due to subsequent drying do not occur. By suppressing the swelling and shrinkage of the electrolyte membrane 20, it is possible to suppress a decrease in adhesion between the electrolyte membrane 20 and the electrode during the production of the fuel cell due to the swelling and shrinkage of the electrolyte membrane 20. Further, by suppressing the swelling and shrinkage of the electrolyte membrane 20, the generation of stress inside the MEA 30 due to the swelling and shrinkage of the electrolyte membrane 20 is suppressed, and the electrolyte membrane 20 and the electrode in the process of generating power by the fuel cell It is possible to suppress a decrease in adhesion between the two.

また、本実施例では、電解質膜20と電極との間に複数の微粒子29を配置して行なう接合の際に、微粒子29を構成する固体高分子電解質の少なくとも一部を軟化させることによって、電解質膜20と電極との間の密着性をより高めている。そのため、このように電解質膜20と電極との間の密着性を確保することにより、電解質膜20と電極との間の接触抵抗を低減して電池性能を向上させることができると共に、燃料電池の耐久性を向上させることができる。   Further, in the present embodiment, at the time of bonding performed by arranging a plurality of fine particles 29 between the electrolyte membrane 20 and the electrode, at least a part of the solid polymer electrolyte constituting the fine particles 29 is softened, so that the electrolyte The adhesion between the film 20 and the electrode is further increased. Therefore, by ensuring the adhesion between the electrolyte membrane 20 and the electrode in this way, the contact resistance between the electrolyte membrane 20 and the electrode can be reduced and the battery performance can be improved. Durability can be improved.

ここで、本実施例では、微粒子29を、固体高分子電解質、具体的には、電極が備える電解質と同様のフッ素系固体高分子電解質によって構成している。このように、微粒子29がプロトン伝導性を有することにより、電解質膜20と電極との間のプロトンの移動が微粒子29によって妨げられることが無く、微粒子部27,28を設けることに起因する電池性能の低下を抑制することができる。   Here, in this embodiment, the fine particles 29 are made of a solid polymer electrolyte, specifically, a fluorine-based solid polymer electrolyte similar to the electrolyte provided in the electrode. Thus, since the fine particles 29 have proton conductivity, the movement of protons between the electrolyte membrane 20 and the electrode is not hindered by the fine particles 29, and the battery performance resulting from the provision of the fine particle portions 27 and 28 is provided. Can be suppressed.

また、本実施例の燃料電池のように、炭化水素系電解質から成る電解質膜を用いた燃料電池は、電解質膜を間に介した燃料ガスの流路と酸化ガスの流路との間のガスのクロスリークが比較的起こり難く、さらに、炭化水素系電解質はフッ素系電解質に比べて製造コストが低い等の優れた特徴を有している。しかしながら、炭化水素系電解質は、ガラス転移温度が高く(約220℃)、ガラス転移温度が電解質の分解温度に近いという性質を有している。そのため、電解質膜と電極との接合を、例えば、電解質膜をガラス転移温度付近へと昇温させて電解質膜を軟化させた上で電極と熱圧着することにより行なおうとすると、電解質膜の分解・劣化を抑えつつ電解質膜と電極とを接合するための温度制御が困難になるという問題があった。本実施例では、このような炭化水素系電解質から成る電解質膜20と、電極との間に、フッ素系電解質から成る微粒子29を配置しているため、炭化水素系電解質の分解温度よりも低いが、フッ素系電解質が軟化する温度に昇温させて熱圧接合を行なうことができる。そのため、電解質膜20と電極とを熱圧接合して両者の密着性を確保する工程を容易化することができる。   Further, like the fuel cell of the present embodiment, a fuel cell using an electrolyte membrane made of a hydrocarbon-based electrolyte has a gas between a fuel gas channel and an oxidizing gas channel with the electrolyte membrane interposed therebetween. The cross-leakage is relatively unlikely to occur, and the hydrocarbon electrolyte has excellent features such as a lower manufacturing cost than the fluorine electrolyte. However, the hydrocarbon-based electrolyte has a property that the glass transition temperature is high (about 220 ° C.) and the glass transition temperature is close to the decomposition temperature of the electrolyte. Therefore, if the electrolyte membrane and the electrode are joined by, for example, increasing the temperature of the electrolyte membrane to near the glass transition temperature to soften the electrolyte membrane and then thermocompression bonding with the electrode, the electrolyte membrane is decomposed. There was a problem that it was difficult to control the temperature for joining the electrolyte membrane and the electrode while suppressing deterioration. In this embodiment, since the fine particle 29 made of a fluorine-based electrolyte is disposed between the electrolyte membrane 20 made of such a hydrocarbon-based electrolyte and the electrode, the decomposition temperature of the hydrocarbon-based electrolyte is lower. Then, the hot-pressure bonding can be performed by raising the temperature to a temperature at which the fluorine-based electrolyte is softened. Therefore, it is possible to facilitate the process of securing the adhesion between the electrolyte membrane 20 and the electrode by hot-pressure bonding.

なお、電解質膜20を炭化水素系電解質により形成し、微粒子29をフッ素系電解質により形成する場合には、上記のような利点を有するが、異なる構成としても良い。電解質膜20と微粒子29と電極が備える電解質としては、種々の組み合わせが可能である。   In addition, when the electrolyte membrane 20 is formed of a hydrocarbon-based electrolyte and the fine particles 29 are formed of a fluorine-based electrolyte, the above advantages are obtained, but different configurations may be employed. Various combinations are possible for the electrolyte included in the electrolyte membrane 20, the fine particles 29, and the electrode.

また、実施例では、微粒子29は、固体高分子電解質のみによって構成されることとしたが、異なる構成としても良い。微粒子29は、軟化して電解質膜20と電極との密着性を高めことができると共に、微粒子部27,28においてプロトン伝導性を確保することができる固体高分子電解質を、少なくとも一部の成分として含有していればよい。これにより、電解質膜と電極との密着性を高めて燃料電池の初期性能を高めると共に、電解質膜への過剰な水分供給を抑えて燃料電池の耐久性を高める効果を得ることができる。微粒子29が、固体高分子電解質以外の物質をさらに含有する場合には、電解質以外の他の物質が、導電性や触媒活性、あるいはプロトン伝導性を有していれば、微粒子29を配置することに起因する電池反応の低下を抑えることができる。微粒子が固体高分子電解質以外の物質を含む構成としては、例えば、微粒子が、白金などの触媒粒子や、カーボンなどの導電性物質から成る粒子を、さらに備える構成を挙げることができる。このような微粒子を作製するには、例えば、微粒子の材料として、固体高分子電解質に加えて、さらに上記触媒粒子や導電性粒子を含む分散液をスプレードライヤに供して、造粒すればよい。   In the embodiment, the fine particles 29 are composed only of the solid polymer electrolyte, but may be configured differently. The fine particles 29 can be softened to improve the adhesion between the electrolyte membrane 20 and the electrodes, and at least a part of the solid polymer electrolyte that can ensure proton conductivity in the fine particle portions 27 and 28. It should just contain. As a result, it is possible to improve the initial performance of the fuel cell by improving the adhesion between the electrolyte membrane and the electrode, and to suppress the excessive water supply to the electrolyte membrane and to increase the durability of the fuel cell. In the case where the fine particles 29 further contain a substance other than the solid polymer electrolyte, the fine particles 29 are disposed if the other substances than the electrolyte have conductivity, catalytic activity, or proton conductivity. It is possible to suppress a decrease in the battery reaction due to. Examples of the configuration in which the fine particles include a substance other than the solid polymer electrolyte include a configuration in which the fine particles further include catalyst particles such as platinum and particles made of a conductive material such as carbon. In order to produce such fine particles, for example, as a fine particle material, in addition to the solid polymer electrolyte, a dispersion containing the above catalyst particles and conductive particles may be used in a spray dryer and granulated.

ステップS120では、電解質膜20と電極とが重なる領域である接触領域全体に、微粒子29を配置して微粒子部27,28を形成したが、異なる構成としても良い。微粒子部を形成する領域が、上記接触領域の一部であっても、微粒子部を設けた部分において、電解質膜への水供給に起因する耐久性の劣化を抑えつつ、電解質膜と電極との密着性を向上させる同様の効果を得ることができる。例えば、上記接触領域において、外周部近傍のみに微粒子部を設けることとしても良い。ただし、上記接触領域全体において電解質膜と電極との間の密着性を均等に確保するには、実施例のように、接触領域全体に微粒子を略均等に配置して、微粒子部を形成することが望ましい。   In step S120, the fine particles 29 are arranged to form the fine particle portions 27 and 28 in the entire contact region, which is a region where the electrolyte membrane 20 and the electrode overlap, but a different configuration may be used. Even if the region where the fine particle part is formed is a part of the contact region, in the part where the fine particle part is provided, the deterioration of durability due to the water supply to the electrolyte membrane is suppressed, and the electrolyte membrane and the electrode A similar effect for improving adhesion can be obtained. For example, in the contact area, the fine particle part may be provided only in the vicinity of the outer peripheral part. However, in order to ensure an even adhesion between the electrolyte membrane and the electrode in the entire contact area, the fine particles are formed substantially uniformly in the entire contact area, as in the embodiment. Is desirable.

実施例では、電解質膜20上に微粒子29を配置して、その上に電極を重ね合わせてMEAを作製したが、異なる構成としても良い。例えば、基材上に形成した電極上に微粒子29を配置して、その上に電解質膜20を重ね合わせて全体を熱圧接合し、MEAを作製しても良い。あるいは、電極上に微粒子29を配置して、その上に電解質膜20を重ね合わせ、その電解質膜20上にさらに微粒子29を配置し、その上にさらに電極を重ね合わせ、その後全体を熱圧接合して、MEAを作製することも可能である。   In the embodiment, the fine particles 29 are arranged on the electrolyte membrane 20 and the electrodes are stacked thereon to produce the MEA. However, a different configuration may be used. For example, the MEA may be manufactured by disposing the fine particles 29 on the electrode formed on the base material, and superposing the electrolyte membrane 20 on the electrode 29, followed by hot pressure bonding. Alternatively, the fine particles 29 are arranged on the electrodes, the electrolyte membrane 20 is overlaid thereon, the fine particles 29 are further arranged on the electrolyte membrane 20, and the electrodes are further overlaid thereon, and then the whole is subjected to hot-pressure bonding. Thus, the MEA can be manufactured.

また、実施例では、微粒子29を用いて、電解質膜20の両側に微粒子部27,28をそれぞれ設けたが、アノード側とカソード側のいずれか一方のみに微粒子部を設けることとしても良い。電解質膜の少なくともいずれか一方の面において、微粒子を間に介して電解質膜と電極とを接合させるならば、微粒子部を形成した側において、電解質膜への水供給に起因する耐久性の劣化を抑えつつ、電解質膜と電極との密着性を向上させる同様の効果を得ることができる。   In the embodiment, the fine particle 29 is used to provide the fine particle portions 27 and 28 on both sides of the electrolyte membrane 20, but the fine particle portion may be provided only on either the anode side or the cathode side. If the electrolyte membrane and the electrode are bonded to each other on at least one surface of the electrolyte membrane with the fine particles in between, the durability deterioration due to the water supply to the electrolyte membrane is reduced on the side where the fine particle portion is formed. While suppressing, the same effect which improves the adhesiveness of an electrolyte membrane and an electrode can be acquired.

C.実施例の燃料電池の評価結果:
既述した実施例に則して実験例1〜実験例4の燃料電池を作製し、比較例の燃料電池と共に性能を評価した。各燃料電池は、MEAの構成のみが異なっている。各燃料電池が備えるMEAの作製条件は、以下の通りである。なお、実験例1以外のMEAの作製条件としては、実験例1と異なる部分のみを説明している。
C. Evaluation results of fuel cells of Examples:
The fuel cells of Experimental Examples 1 to 4 were manufactured according to the above-described Examples, and the performance was evaluated together with the fuel cell of the Comparative Example. Each fuel cell differs only in the MEA configuration. The production conditions for the MEA provided in each fuel cell are as follows. In addition, as a manufacturing condition of MEAs other than Experimental Example 1, only the parts different from Experimental Example 1 are described.

実験例1:
ステップS100では、既述したように、炭化水素系電解質から成る電解質膜20を用意した。ステップS110では、電解質溶液として、ナフィオン溶液(デュポン社製、固形分20%)を溶媒で希釈して固形分10%としたものを用いた。そして、このような電解質溶液から、スプレードライヤを用いて、粒度分布のピークが粒径5〜10μmとなるような粉体を作製し、微粒子29とした。ステップS120では、所定量の上記微粒子29を、篩を通して電解質膜20の上に略均等になるように配置した。その際、目付量は、0.2mg/cm2とした。
Experimental example 1:
In step S100, as described above, the electrolyte membrane 20 made of a hydrocarbon-based electrolyte was prepared. In step S110, a Nafion solution (manufactured by DuPont, solid content 20%) diluted with a solvent to a solid content of 10% was used as the electrolyte solution. A powder having a particle size distribution peak of 5 to 10 μm was prepared from such an electrolyte solution using a spray dryer, and the particles 29 were obtained. In step S120, a predetermined amount of the fine particles 29 are arranged on the electrolyte membrane 20 so as to be substantially uniform through a sieve. At that time, the basis weight was 0.2 mg / cm 2 .

ステップS130では、白金の担持量が50wt%である白金担持カーボン粒子と、水と、ステップS110で用いたものと同様の電解質溶液とを混合し、この混合物を超音波によって分散させて触媒ペーストを作製した。ステップS140では、このような触媒ペーストを、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製の基材上にバーコータで塗布し、120℃のホットプレート上で乾燥させて、電極を形成した。得られた電極に含まれる単位面積当たりの白金量を算出したところ、約1mg/cm2であった。 In step S130, platinum-carrying carbon particles having a platinum loading of 50 wt%, water, and an electrolyte solution similar to that used in step S110 are mixed, and the mixture is dispersed by ultrasonic waves to obtain a catalyst paste. Produced. In step S140, such a catalyst paste was applied onto a polytetrafluoroethylene (PTFE) base material with a bar coater and dried on a hot plate at 120 ° C. to form an electrode. When the amount of platinum per unit area contained in the obtained electrode was calculated, it was about 1 mg / cm 2 .

ステップS150では、上記基材上に形成した電極を、電解質膜20における上記微粒子29を配置した面と重ね合わせて、電解質膜上に熱圧転写した。熱圧転写は、温度100℃、圧力3MPa、時間50分の条件にて行なった。   In step S150, the electrode formed on the substrate was superposed on the surface of the electrolyte membrane 20 on which the fine particles 29 were disposed, and was transferred onto the electrolyte membrane by heat and pressure. The hot-pressure transfer was performed under the conditions of a temperature of 100 ° C., a pressure of 3 MPa, and a time of 50 minutes.

実験例2(微粒子部27,28が厚い):
実験例2では、ステップS120において、微粒子29を電解質膜20上に略均等になるように配置する際の目付量を、0.4mg/cm2とした以外は、実験例1と同様の工程により製造した。
Experimental Example 2 (fine particle portions 27 and 28 are thick):
In Experimental Example 2, the same process as in Experimental Example 1 was performed except that the basis weight when placing the fine particles 29 on the electrolyte membrane 20 so as to be substantially equal in Step S120 was 0.4 mg / cm 2. Manufactured.

実験例3(微粒子29の粒径が大きい):
実験例3では、ステップS110において、スプレードライヤを用いて微粒子29を作製する際に、粒度分布のピークを粒径40〜50μmとした以外は、実験例1と同様の工程により製造した。
Experimental Example 3 (Particle 29 has a large particle size):
In Experimental Example 3, it was manufactured in the same process as in Experimental Example 1 except that when the fine particles 29 were prepared using a spray dryer in Step S110, the peak of the particle size distribution was changed to 40 to 50 μm.

実験例4(接合時の温度が高い):
実験例4では、ステップS150において、熱圧転写を行なう際に、温度を150℃とした以外は、実験例1と同様の工程により製造した。
Experimental example 4 (temperature at the time of joining is high):
In Experimental Example 4, it was manufactured by the same process as in Experimental Example 1 except that the temperature was changed to 150 ° C. when performing the thermal pressure transfer in Step S150.

比較例1(微粒子29に代えて電解質溶液を用いる):
比較例1では、電解質膜20と電極との間に、粉体状の微粒子29を配置する代わりに、電解質溶液を配置した。すなわち、ステップS110に代えて、ステップS110で用いたものと同様の電解質溶液(固形分10%)を用意する工程を行ない、ステップS120に代えて、上記電解質溶液を、スプレー噴霧によって、電解質膜20上に、目付量0.2mg/cm2となるように配置した。他の、ステップS100、S130、S140の工程は、実施例1と同様に行なっており、ステップS150では、電解質膜20上に配置した電解質溶液が乾燥する前に、電極の熱圧転写を行なった。
Comparative Example 1 (using an electrolyte solution instead of the fine particles 29):
In Comparative Example 1, an electrolyte solution was disposed instead of the powdery fine particles 29 between the electrolyte membrane 20 and the electrode. That is, instead of step S110, a process of preparing an electrolyte solution (solid content 10%) similar to that used in step S110 is performed, and instead of step S120, the electrolyte solution 20 is applied by spraying the electrolyte solution. Above, it was arranged so as to have a basis weight of 0.2 mg / cm 2 . The other steps S100, S130, and S140 are performed in the same manner as in Example 1. In step S150, the electrode was subjected to hot-pressure transfer before the electrolyte solution disposed on the electrolyte membrane 20 was dried. .

比較例2(電解質膜と電極とを直接接合する):
比較例2では、微粒子29に係るステップS110およびステップS120を行なうことなく、ステップS100で用意した電解質膜20上に、ステップS140で基材上に形成した電極を、直接接合した。ステップS150では、電解質膜と電極との界面に水を供給しつつ、温度は130℃で熱圧転写を行なった。電解質膜と電極との界面に水を供給する方法としては、液水を供給する方法、具体的には、電解質膜表面を予め水で濡らす方法を用いた。
Comparative example 2 (electrolyte membrane and electrode are directly joined):
In Comparative Example 2, the electrode formed on the base material in Step S140 was directly bonded onto the electrolyte membrane 20 prepared in Step S100 without performing Step S110 and Step S120 related to the fine particles 29. In step S150, hot-pressure transfer was performed at a temperature of 130 ° C. while supplying water to the interface between the electrolyte membrane and the electrode. As a method of supplying water to the interface between the electrolyte membrane and the electrode, a method of supplying liquid water, specifically, a method of pre-wetting the electrolyte membrane surface with water was used.

上記のように作製した各MEAを用いて、燃料電池を、図1に示すような単セルの状態で作製し、負荷に接続して発電を行なわせた。図4は、各燃料電池について、温度を80℃に保ち、出力電流密度を0.2A/cm2に保持したときの出力電圧の測定値を示している。なお、このとき、各燃料電池のアノードおよびカソードに対しては、水素および酸素が大過剰(理論的に必要な量に対する実際の供給量の比の値であるいわゆるストイキが1.2〜6.0)になるように水素ガスあるいは空気を供給し、供給する水素ガスおよび空気は、バブラを用いて加湿した。 Using each MEA produced as described above, a fuel cell was produced in a single cell state as shown in FIG. 1 and connected to a load to generate power. FIG. 4 shows the measured value of the output voltage when the temperature is kept at 80 ° C. and the output current density is kept at 0.2 A / cm 2 for each fuel cell. At this time, hydrogen and oxygen are excessively large for the anode and cathode of each fuel cell (the so-called stoichiometry, which is the ratio of the actual supply amount to the theoretically required amount, is 1.2 to 6. Hydrogen gas or air was supplied to 0), and the supplied hydrogen gas and air were humidified using a bubbler.

図4に示すように、実験例1〜実験例4のいずれの燃料電池も、比較例1と同等の出力電圧を示した。すなわち、電解質から成る微粒子29を介して電解質膜20と電極とを接合させた場合には、初期性能として、電解質溶液を用いて電解質膜と電極とを接合させた場合と同等の性能が得られた。このように高い初期性能を示すことより、実施例のように粉体状の固層の接着層を用いる場合には、液層の接着層を用いる場合と同様に、電解質膜と電極との間の接触抵抗が充分に小さくなることが確認された。したがって、実施例のように粉体状の接着層を用いる場合には、液層の接着層を用いる場合と同様に、電解質膜と電極との間の密着性が高められていると考えられる。なお、既述したように実験例1〜実験例4は、微粒子29の目付量や、微粒子29の粒径、あるいは接合温度が異なっているが、これらの条件の違いによる初期性能の大きな低下は見られなかった。   As shown in FIG. 4, any of the fuel cells of Experimental Examples 1 to 4 showed an output voltage equivalent to that of Comparative Example 1. That is, when the electrolyte membrane 20 and the electrode are joined via the fine particles 29 made of the electrolyte, the initial performance is equivalent to that obtained when the electrolyte membrane and the electrode are joined using the electrolyte solution. It was. As shown in this example, when using a powdery solid adhesive layer as in the example, as in the case of using a liquid adhesive layer, the gap between the electrolyte membrane and the electrode is shown. It was confirmed that the contact resistance was sufficiently small. Therefore, when a powdery adhesive layer is used as in the examples, it is considered that the adhesion between the electrolyte membrane and the electrode is enhanced as in the case of using the liquid adhesive layer. As described above, in Experimental Examples 1 to 4, the basis weight of the fine particles 29, the particle size of the fine particles 29, or the bonding temperature is different, but the initial performance greatly decreases due to the difference in these conditions. I couldn't see it.

図5は、各燃料電池について、80℃の温度条件下で負荷に対する発電を行なわせると共に、一定の時間間隔で負荷との接続の入り切りを繰り返す動作を行ない、電解質膜の耐久性を調べた結果を示している。電解質膜の耐久性は、電解質膜を介した燃料ガス流路側から酸化ガス流路側への水素のリーク量に基づいて調べた。具体的には、燃料電池のカソード側から排出されるカソードオフガス中の水素濃度を測定し、カソードオフガス中の水素濃度が、予め定めた基準値を超えるまでの時間を耐久時間として、各々の燃料電池の耐久時間を比較した。上記基準値は、ここでは、水素の爆発下限界の100分の1の濃度としており、カソードオフガス中の水素濃度が上記基準値を超えるまでの時間、すなわち、オン−オフを繰り返す燃料電池の発電を開始してからの経過時間を、耐久時間とした。なお、上記耐久時間を測定する際には、各燃料電池のアノードおよびカソードに対しては、ストイキが1.2〜6.0となるように水素ガスあるいは空気を供給しており、供給する水素ガスおよび空気は、バブラを用いて加湿した。   FIG. 5 shows the results of examining the durability of the electrolyte membrane by causing each fuel cell to generate power for the load under a temperature condition of 80 ° C. and repeatedly turning on and off the connection with the load at regular time intervals. Is shown. The durability of the electrolyte membrane was examined based on the amount of hydrogen leakage from the fuel gas channel side to the oxidizing gas channel side through the electrolyte membrane. Specifically, the hydrogen concentration in the cathode offgas discharged from the cathode side of the fuel cell is measured, and the time until the hydrogen concentration in the cathode offgas exceeds a predetermined reference value is defined as the endurance time. The battery durability time was compared. Here, the reference value is set to 1 / 100th of the lower limit of hydrogen explosion, and the time until the hydrogen concentration in the cathode off-gas exceeds the reference value, that is, the power generation of the fuel cell that is repeatedly turned on and off. The elapsed time from the start of the process was defined as the durability time. When measuring the endurance time, hydrogen gas or air is supplied to the anode and cathode of each fuel cell so that the stoichiometric ratio is 1.2 to 6.0. Gas and air were humidified using a bubbler.

図5に示すように、実験例1〜実験例4のいずれの燃料電池も、比較例1および比較例2の燃料電池に比べて、有意に長い耐久時間を示した。以上のように、電解質微粒子から成る接着層を設ける場合には、電解質膜と電極とを接合する際に電解質膜に水分が供給される方法を用いる場合に比べて、燃料電池の耐久性が向上することが確認された。このような結果は、電解質微粒子から成る接着層を設ける場合には、電解質に過剰の水分が供給されることに起因する電解質膜の変形(寸法変化)を抑制できるため、燃料電池が発電する際に経時的に進行する電解質膜の劣化が抑制されることによると考えられる。   As shown in FIG. 5, all the fuel cells of Experimental Examples 1 to 4 showed significantly longer endurance time than the fuel cells of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. As described above, when an adhesive layer made of fine electrolyte particles is provided, the durability of the fuel cell is improved compared to the case where a method is used in which moisture is supplied to the electrolyte membrane when joining the electrolyte membrane and the electrode. Confirmed to do. As a result, when an adhesive layer made of electrolyte fine particles is provided, deformation (dimension change) of the electrolyte membrane caused by excessive water supply to the electrolyte can be suppressed. It is considered that the deterioration of the electrolyte membrane that progresses with time is suppressed.

また、上記図4および図5に示した結果とは別に、各実験例および比較例の燃料電池について、出力電流を変化させたときの出力電圧の変化(いわゆるI−V特性)を調べた。燃料電池のI−V特性は、一般に、出力電流がある程度大きく(高負荷に)なるまでは出力電圧も高くなるが、出力電流がある程度以上大きくなると、出力電圧は次第に低下するという特徴を示す。このように高負荷領域において出力電圧を低下させる要因の一つとして、電気化学反応に伴い発生する水に起因するフラッディング(液水に起因するガス流れの阻害)が挙げられる。発電量が多くなるほど生成水量が増すため、高負荷領域では、フラッディングに起因する電圧低下の程度が大きくなる。各実験例および比較例の燃料電池についてI−V特性を調べると、実験例2および実験例4では、比較例1と共に、実験例1および実験例3に比べて高負荷領域における電圧低下の程度が大きくなるという結果が得られた(データ示さず)。すなわち、実験例2および実験例4では、比較例1と共に、実験例1および実験例3に比べて、高負荷領域においてフラッディングの発生の程度が大きいと考えられる。この理由として、実験例2については、実施例1に比べて微粒子29の目付量が多いため、MEA内における電解質量の増加に起因してMEA内における保水量が増加したためと考えられる。また、実験例4については、微粒子の目付量(MEA内の電解質量)は実験例1と同じであるが、電極との接合温度が高い点が異なっている。接合温度が高いと、より多くの微粒子29が接合時に溶融して、微粒子部27,28は、微粒子の集合体ではなく、比較例1が備える電解質溶液から成る接着層に近い状態になっていると考えられる。したがって、以上の結果より、実施例1および実施例3のように微粒子の集合体としての形状を維持した構造の接着層を設ける場合には、溶融された電解質によって接着層を形成する場合よりも、フラッディングの発生を抑制できると考えられる。   In addition to the results shown in FIG. 4 and FIG. 5, changes in output voltage (so-called IV characteristics) when the output current was changed were examined for the fuel cells of each experimental example and comparative example. The IV characteristic of a fuel cell generally shows that the output voltage increases until the output current increases to a certain degree (high load), but the output voltage gradually decreases when the output current increases to a certain degree. As one of the factors for lowering the output voltage in such a high load region, flooding (inhibition of gas flow caused by liquid water) due to water generated by an electrochemical reaction can be cited. Since the amount of generated water increases as the amount of power generation increases, the degree of voltage drop due to flooding increases in a high load region. When the IV characteristics of the fuel cells of each experimental example and comparative example are examined, in experimental example 2 and experimental example 4, together with comparative example 1, the degree of voltage drop in the high load region as compared with experimental example 1 and experimental example 3 Was obtained (data not shown). That is, in Experimental Example 2 and Experimental Example 4, it is considered that the degree of occurrence of flooding in the high load region is greater in Comparative Example 1 than in Experimental Example 1 and Experimental Example 3. The reason for this is considered to be that the amount of water retained in the MEA increased in the experimental example 2 because the basis weight of the fine particles 29 was larger than that in the first example, and the electrolytic mass in the MEA increased. Further, in Experimental Example 4, the basis weight of fine particles (electrolytic mass in the MEA) is the same as that in Experimental Example 1, except that the bonding temperature with the electrode is high. When the bonding temperature is high, more fine particles 29 are melted at the time of bonding, and the fine particle portions 27 and 28 are not aggregates of fine particles but are in a state close to an adhesive layer made of an electrolyte solution included in Comparative Example 1. it is conceivable that. Therefore, based on the above results, when providing an adhesive layer having a structure that maintains the shape as an aggregate of fine particles as in Example 1 and Example 3, the adhesive layer is formed by using a molten electrolyte. It is thought that the occurrence of flooding can be suppressed.

単セル10の概略構成を表わす断面模式図である。2 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a single cell 10. FIG. MEA30のカソード側の様子を拡大して模式的に表わす説明図である。It is explanatory drawing which expands and shows the mode of the cathode side of MEA30 typically. MEA30の製造方法を表わす工程図である。5 is a process diagram illustrating a method for manufacturing MEA 30. FIG. 実験例と比較例の燃料電池について、初期性能を調べた結果を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the result of having investigated initial performance about the fuel cell of an experiment example and a comparative example. 実験例と比較例の燃料電池について、耐久性を調べた結果を表わす説明図でる。It is explanatory drawing showing the result of having investigated durability about the fuel cell of an experiment example and a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

10…単セル
20…電解質膜
21…アノード
22…カソード
23,24…ガス拡散層
25,26…ガスセパレータ
27,28…微粒子部
29…微粒子
30…MEA
47…単セル内燃料ガス流路
48…単セル内酸化ガス流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Single cell 20 ... Electrolyte membrane 21 ... Anode 22 ... Cathode 23, 24 ... Gas diffusion layer 25, 26 ... Gas separator 27, 28 ... Fine particle part 29 ... Fine particle 30 ... MEA
47 ... Fuel gas flow path in single cell 48 ... Oxidation gas flow path in single cell

Claims (13)

燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
第1の固体高分子電解質から成る電解質膜を用意する第1の工程と、
第2の固体高分子電解質を含む複数の微粒子を用意する第2の工程と、
触媒を含む電極を用意する第3の工程と、
前記複数の微粒子を間に介して、前記電極と前記電解質膜とを重ね合わせて接合する第4の工程と
を備える膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, comprising:
A first step of preparing an electrolyte membrane comprising a first solid polymer electrolyte;
A second step of preparing a plurality of fine particles containing a second solid polymer electrolyte;
A third step of preparing an electrode including a catalyst;
A fourth step of superposing and joining the electrode and the electrolyte membrane with the plurality of fine particles in between, and a method for producing a membrane-electrode assembly.
請求項1記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第4の工程は、前記微粒子を構成する前記第2の固体高分子電解質の少なくとも一部が軟化し得る温度に加熱して、前記電解質膜と前記電極とを接合させる
膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to claim 1,
In the fourth step, the electrolyte membrane and the electrode are joined by heating to a temperature at which at least a part of the second solid polymer electrolyte constituting the fine particles can be softened. Production method.
請求項2記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第4の工程で行なう加熱は、前記電極と前記電解質膜とを接合した後に前記複数の微粒子の少なくとも一部が溶融することなく粒子形状を保つ条件での加熱である
膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to claim 2,
The heating performed in the fourth step is heating under a condition that maintains the particle shape without melting at least a part of the plurality of fine particles after bonding the electrode and the electrolyte membrane. Production method.
請求項2記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第2の固体高分子電解質は、フッ素系電解質であり、
前記第4の工程は、前記フッ素系電解質が軟化する温度に加熱して、前記電解質膜と前記電極とを接合させる
膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to claim 2,
The second solid polymer electrolyte is a fluorine-based electrolyte,
The fourth step is a method of manufacturing a membrane-electrode assembly in which the electrolyte membrane and the electrode are joined by heating to a temperature at which the fluorine-based electrolyte is softened.
請求項4記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第1の固体高分子電解質は、炭化水素系電解質である
膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to claim 4,
The first solid polymer electrolyte is a hydrocarbon electrolyte. A method for producing a membrane-electrode assembly.
請求項1ないし5いずれか記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第3の工程は、触媒と溶媒とを含む触媒ペーストを基材上に塗布し、塗布した前記触媒ペーストを乾燥させる工程であり、
前記第4の工程は、前記基材上に形成した前記電極と、前記電解質膜とを接合する工程である
膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to any one of claims 1 to 5,
The third step is a step of applying a catalyst paste containing a catalyst and a solvent on a substrate and drying the applied catalyst paste,
The fourth step is a step of joining the electrode formed on the substrate and the electrolyte membrane. A method for producing a membrane-electrode assembly.
請求項1ないし6いずれか記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第4の工程は、前記電極と前記電解質膜の一方の部材の面上に前記複数の微粒子を配置し、前記微粒子を配置した面と他方の部材とを重ね合わせて、接合を行なう工程である
膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to any one of claims 1 to 6,
The fourth step is a step in which the plurality of fine particles are arranged on the surface of one member of the electrode and the electrolyte membrane, and the surface on which the fine particles are arranged and the other member are overlapped to perform bonding. A method for producing a membrane-electrode assembly.
請求項1ないし7いずれか記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記微粒子は、粒径が、1〜100μmである
膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to any one of claims 1 to 7,
The method for producing a membrane-electrode assembly, wherein the fine particles have a particle size of 1 to 100 μm.
燃料電池用膜−電極接合体であって、
第1の固体高分子電解質から成る電解質膜と、
前記電解質膜上に配置された第2の固体高分子電解質を含む複数の微粒子によって形成される微粒子部と、
前記微粒子部を間に介して前記電解質膜上に形成された触媒を備える電極と
を備える膜−電極接合体。
A fuel cell membrane-electrode assembly comprising:
An electrolyte membrane comprising a first solid polymer electrolyte;
A fine particle portion formed by a plurality of fine particles including a second solid polymer electrolyte disposed on the electrolyte membrane;
A membrane-electrode assembly comprising: an electrode comprising a catalyst formed on the electrolyte membrane with the fine particle portion interposed therebetween.
請求項9記載の燃料電池用膜−電極接合体であって、
前記第2の固体高分子電解質は、フッ素系電解質である
膜−電極接合体。
A membrane-electrode assembly for a fuel cell according to claim 9,
The second solid polymer electrolyte is a fluorine-based electrolyte. Membrane-electrode assembly.
請求項10記載の燃料電池用膜−電極接合体であって、
前記第1の固体高分子電解質は、炭化水素系電解質である
膜−電極接合体。
A membrane-electrode assembly for a fuel cell according to claim 10,
The first solid polymer electrolyte is a hydrocarbon electrolyte. Membrane-electrode assembly.
請求項9ないし11いずれか記載の燃料電池用膜−電極接合体であって、
前記微粒子は、粒径が、1〜100μmである
膜−電極接合体。
A fuel cell membrane-electrode assembly according to any one of claims 9 to 11,
The fine particle has a particle size of 1 to 100 μm.
燃料電池であって、
請求項9ないし12いずれか記載の膜−電極接合体を備える燃料電池。
A fuel cell,
A fuel cell comprising the membrane-electrode assembly according to any one of claims 9 to 12.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010272356A (en) * 2009-05-21 2010-12-02 Toyota Motor Corp Membrane-electrode assembly for fuel cell, method of manufacturing the same, and fuel cell
WO2012060029A1 (en) * 2010-11-04 2012-05-10 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell and method for manufacturing fuel cell
WO2019151310A1 (en) * 2018-01-31 2019-08-08 凸版印刷株式会社 Membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell, and solid polymer fuel cell
JP2020091973A (en) * 2018-12-04 2020-06-11 凸版印刷株式会社 Membrane electrode assembly for solid polymer fuel battery, and solid polymer fuel battery

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010272356A (en) * 2009-05-21 2010-12-02 Toyota Motor Corp Membrane-electrode assembly for fuel cell, method of manufacturing the same, and fuel cell
WO2012060029A1 (en) * 2010-11-04 2012-05-10 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell and method for manufacturing fuel cell
US8877404B2 (en) 2010-11-04 2014-11-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell and method of manufacturing a fuel cell
WO2019151310A1 (en) * 2018-01-31 2019-08-08 凸版印刷株式会社 Membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell, and solid polymer fuel cell
JP2020091973A (en) * 2018-12-04 2020-06-11 凸版印刷株式会社 Membrane electrode assembly for solid polymer fuel battery, and solid polymer fuel battery
JP7256359B2 (en) 2018-12-04 2023-04-12 凸版印刷株式会社 Membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell and polymer electrolyte fuel cell

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