JP2009134953A - フレーム付き膜電極接合体および燃料電池セルの連続製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フレーム付き膜電極接合体１０を備えた高い発電性能を持つ燃料電池セル５０を連続して製造する。
【解決手段】搬送基材１として電解質膜と比較して剛性が高くセパレータとして機能できる帯状の薄板４０ａを用いる。その上にガス透過層２３を備えた第１フレーム２２を連続的に供給する。供給された第１フレーム２２のクリアランス２４内に触媒層形成材料１４ａを供給し、その上に、電解質膜１１または電解質膜用樹脂１１ａを連続的に配置する。さらのその上に、第２フレーム１５を供給して、その枠内に触媒層形成材料を供給する。必要な場合に、加水分解処理を施した後、ガス透過層３３を備えた第３フレーム３０を配置し、その上に前記搬送基材１と同等の帯状の金属薄板４０ｂを連続的に配置する。全体を一体化した後に、上下の帯状の金属薄板４０ａ，４０ｂの間に連続的に形成されたフレーム付き膜電極接合体１０ａを上下の金属薄板とともに連続的に打ち抜く。
【選択図】図４

Description

本発明は、フレーム付き膜電極接合体および燃料電池セルの連続製造方法に関する。

燃料電池の１つとして固体高分子形燃料電池が知られている。図５はその一例であり、電解質膜１の両側に触媒層２と拡散層３とが電極（アノード側電極、カソード側電極）４として積層された膜電極接合体（ＭＥＡ）５が形成され、それを両面にガス流路６、６を備えたセパレータ７で挟持して１つの燃料電池セル１０が形成される。通常、多数個のセルが気密に組み付けられて燃料電池スタック１１とされ、実用に供される。セパレータ７の外周領域にはガス流路となる穴（マニホルド穴）８・・が形成され、燃料電池の運転に必要な燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）がマニホルド穴８・・を通してセパレータ７の両面に形成したガス流路６、６を介して電極４、４にそれぞれ供給される。

膜電極接合体５は薄く曲がりやすいものであり、上下のセパレータ７、７の間に膜電極接合体５を所望するように積層することは容易でない。そのために、特許文献１には、膜電極接合体５の周囲に張り出している電解質膜部分を当該電解質膜部分を含む面積よりも一回り大きなフレームで上下から挟持一体化したフレーム付きの膜電極接合体を作り、そのフレームを利用してセパレータを積層一体化して燃料電池セルとする技術が提案されている。

さらに特許文献２には、帯状の電解質膜上に触媒層と拡散層とがこの順で積層した電極を所定間隔で形成して、当該帯状の電解質膜の長手方向に膜電極接合体を所定の間隔で連続的に形成し、形成された膜電極接合体の電極周囲の電解質膜部分を覆うようにしてフレームを配置して、連続した状態のフレーム付き膜電極接合体を形成し、次に、隣接する前記フレームとフレームの間に露出する電解質膜部分を切断してフレーム付きの膜電極接合体を個々に分離するようにしたフレーム付き膜電極接合体の製造方法が記載されている。また、個々に分離したフレーム付き膜電極接合体を上下のセパレータで挟持して燃料電池セルとすることも記載されている。

特開平７−２４９４１７号公報 特開２００５−１２９３４３号公報

特許文献２に記載の方法は、連続してフレーム付き膜電極接合体を作ることができる利点がある。しかし、帯状の電解質膜の長手方向に膜電極接合体を所定の間隔で連続的に形成するに際して、（１）ロール上であるＰＴＦＥなどの帯状シートに触媒インクを塗布・乾燥させて巻き取った転写シートロールを予め作製し、その転写シートロールを、２本のロール間を移動する帯状の電解質膜の上にあてがい、触媒層となる形状にのみ熱圧をかけて、触媒インクを電解質膜に転写する転写法か、あるいは、（２）帯状の電解質膜に適宜のマスキングを施して、その上から触媒インクを噴霧塗布する方法が、通常行われる。転写法の場合、触媒層はある間隔をおいて帯状の電解質膜の上に転写されるので、転写シートロールに塗布された触媒インク（触媒層形成材料）の歩留まり低下を招いている。スプレー法の場合にも、空中への飛散やマスクへの付着などにより、やはり触媒インク（触媒層形成材料）の歩留まり悪化を招いている。

さらに、２本のロール間を移動する帯状の電解質膜に対して適切にテンション制御することは容易でなく、ロール間を移動するときに電解質膜にかかるテンションが不用意に変化しがちであり、結果として、その上に転写した触媒層の面積にバラツキが生じることがある。特に、Ｆ型電解質樹脂と呼ばれる電解質前駆体樹脂を用いた電解質膜の場合には、加水分解処理を施して電解質樹脂にイオン伝導性を付与する処理を行うことが必要となるが、そのときに生じる吸湿による膜の膨張と、その後の乾燥処理時の膜の収縮に対して、ロール間でのテンション制御により適切に対処することは極めて困難であり、形成した触媒層の面積にバラツキが生じやすい。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明は、帯状の電解質膜の長手方向に連続してフレーム付き膜電極接合体を作る方法において、使用する触媒層形成材料の歩留まりを向上させること、および、製造時に起こりがちな電解質膜の膨張収縮を抑制してその上に形成される触媒層の寸法精度を向上させること、を課題とする。また、本発明は、そのような帯状の電解質膜の長手方向に連続してフレーム付き膜電極接合体を製造する方法を用いて、高い発電性能を持つ燃料電池セルを連続して製造することを課題とする。

本発明によるフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法は、搬送基材として電解質膜と比較して剛性の高い帯状の薄板を用い、連続移動する該搬送基材上に第１フレームを連続的に供給する第１の工程と、供給された第１フレームの枠内に触媒層形成材料を供給する第２の工程と、触媒層形成材料が供給された第１フレームの上に電解質膜または電解質膜用樹脂を連続的に配置する第３の工程と、配置した電解質膜または電解質膜用樹脂の上であって前記第１フレームに対向する位置に第２フレームを供給し圧着する第４の工程と、供給された第２フレームの枠内に触媒層形成材料を供給し触媒層を定着する第５の工程と、および、上記の工程により前記搬送基材上に連続的に形成されたフレーム付き膜電極接合体を個々に分離する第６の工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。

上記の製造方法では、搬送基材として電解質膜と比較して剛性の高い帯状の薄板を用い、その上でフレーム付き膜電極接合体を連続して形成するようにしており、従来の電解質膜を搬送基材とし、そこに膜電極接合体を連続形成していく場合に必要とされる搬送基材（すなわち電解質膜）に対するテンション制御を行わなくても、精度の高いフレーム付き膜電極接合体を得るとができる。また、搬送基材上に配置した第１フレームおよび第２フレームの枠内に触媒層形成材料を充填供給するので、触媒層形成材料の無駄をなくすことができ、使用する触媒層形成材料の歩留まりが向上する。さらに、製造の過程において、電解質膜または電解質膜用樹脂は第１フレームおよび第２フレームの間に挟持されて固定されているので、吸湿乾燥等による膨張収縮量を抑制することができる。製造されたフレーム付き膜電極接合体に、従来法に準じて、拡散層とセパレータを取り付けることにより、燃料電池セルが形成される。

本発明によるフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法の他の形態において、前記第１フレームとして、枠内における前記搬送基材に面する側にガス透過層を備えたものを用いる。そして、前記第５の工程の後に、前記第２フレームの上に枠内にガス透過層を備えた第３フレームを配置する工程を行い、その後に前記第６の工程を行う。この形態では、前記ガス透過層が、ガス流路および拡散層として機能する。そのために、製造されたフレーム付き膜電極接合体に、集電機能のみを備えた平板状のセパレータを取り付けることで燃料電池セルとすることができる。

本発明によるフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法のさらに他の形態において、少なくとも前記電解質膜または電解質膜用樹脂として電解質前駆体樹脂を用い、前記第５の工程の後に、前記電解質前駆体樹脂に加水分解処理を施してイオン伝導性を付与する工程をさらに行う。電解質前駆体樹脂とは、Ｆ型電解質樹脂と通称されるものであり、イオン伝導性は有しないが高い熱的安定性を持つ。側鎖末端にスルホニルフルオライド基（−ＳＯ_２Ｆ）を有し、常法によりアルカリで加水分解して酸処理により、側鎖端末がスルホン酸基（−ＳＯ_３Ｈ）となり、イオン伝導性を備えた電解質樹脂（Ｈ型電解質樹脂）となる。電解質前駆体樹脂は加水分解処理時に膨張し、その後の乾燥処理により収縮する。

この形態においても、搬送基材として電解質膜と比較して剛性の高い帯状の薄板を用いていることに加えて、電解質前駆体樹脂層は第１フレームおよび第２フレームの間に挟持されて固定されていることにより、加水分解処理に伴う膨張収縮後に、電解質膜は規定寸法に帰結することができ、触媒層の寸法変化が抑制される。

本発明によるフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法において、搬送基材である電解質膜と比較して剛性の高い帯状の薄板の具体例としては、金属薄板が挙げられる。より具体的には、ステンレス薄板、チタン薄板、などが挙げられる。製造工程中に加水分解処理を伴う場合には、腐食に強いことから、チタン薄板が好適である。

本発明による燃料電池セルの連続製造方法は、基本的に、上記したフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法を用いる。但し、前記搬送基材として燃料電池セルにおけるセパレータ材として機能しうる帯状の金属薄板を用いるとともに、前記第２フレームの上に枠内にガス透過層を備えた第３フレームを配置する工程を行った後、前記第３フレームの上に前記搬送基材と同等の帯状の金属薄板を連続的に配置する工程を行い、上記の工程により上下の帯状の金属薄板の間に連続的に形成されたフレーム付き膜電極接合体を上下の金属薄板とともに連続的に打ち抜く工程を、前記第６の工程に替えて行うようにする。

この方法により、セパレータを備えた燃料電池セルを一連の工程で製造することができる。搬送基材がセパレータを兼ねるので、材料の無駄をなくすことができる。さらに、前記のように、寸法精度が向上したバラツキのない触媒層（電極）が形成されるので、高い発電性能を備えた燃料電池セルを連続的に得ることができる。この場合にも、搬送基材としては、ステンレス薄板、チタン薄板、などを挙げることができる。製造工程に中に加水分解処理を伴う場合には、腐食に強いことから、チタン薄板が好適である。

本発明によれば、帯状の電解質膜の長手方向に連続してフレーム付き膜電極接合体を製造する方法において、触媒層形成材料の歩留まりを向上させることができる。また、製造時に起こりがちな電解質膜の膨張収縮を抑制してその上に形成される触媒層（電極）の寸法精度を向上させることができる。そのために、高い発電性能を持つ燃料電池セルを連続して製造することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態に基づき説明する。図１、図２、図３は、本発明によるフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法の３つの異なった形態を説明する図であり、図４は、本発明による燃料電池セルの連続製造方法を説明する図である。最初に、フレーム付き膜電極接合体の連続製造方法を説明する。

［第１の形態］（図１参照）
本発明において、搬送基材１として、製造しようとするフレーム付き膜電極接合体１０を構成する電解質膜１１と比較して剛性の高い帯状の薄板を用いる。より具体的には、ロール状に巻かれたステンレス薄板やチタン薄板等１ａが用いられ、図１で矢印Ａ方向に連続して送られる。図示の例では、ロール状の搬送基材１は、下流側で巻き取られるようになっているが、環状とした搬送基材を２つのロールに掛け渡して連続的に循環させるようにしてもよい。

第１の工程（Ｉ）として、連続移動する前記搬送基材１の上に、第１フレーム１２を連続的に供給する。搬送基材１と第１フレーム１２間の固定のために、クリップ等を用いてもよい。第１フレーム１２はフレーム付き膜電極接合体１０の一方側のフレームを構成するものであり、図１（ｃ）に示すように、枠体本体１２ａと枠内空間１３とを備える。第１フレーム１２の厚さおよび枠内空間１３の大きさと形状は、フレーム付き膜電極接合体１０の触媒層１４に合わせて作られる。第１フレーム１２の素材は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂やチタン等が好適である。供給された第１フレーム１２は、搬送基材１の移動により、熱圧ロール２、２を通過して、下流の第２の工程（ＩＩ）に送られる。

第２の工程（ＩＩ）では、供給された第１フレーム１２の枠内１３に触媒層形成材料１４ａを供給する。触媒層形成材料１４ａは、従来知られたものであってよく、触媒と触媒担持導電体（例えば触媒坦持カーボン）と混合物である。粉体状でもよく、溶媒に混合した触媒インクやペーストの形状でもよい。それらが、供給ポッハー３等を用いて第１フレーム１２の枠内１３に供給され、ブレード４を用いてすり切り充填される。枠内１３に触媒層形成材料１４ａを充填した第１フレーム１２は、搬送基材１の移動により、さらに下流の第３の工程（ＩＩＩ）に送られる。なお、フレーム付き膜電極接合体１０とされた後に、搬送基材１からフレーム付き膜電極接合体１０が分離しやすくする目的で、搬送基材１の表面にテフロンコーティングのような手段を施しておくことが推奨される。

第３の工程（ＩＩＩ）では、前記第１フレーム１２の上に電解質膜１１または電解質膜用樹脂１１ａを連続的に配置する。図１（ａ）に示す例では、加熱溶融した状態の従来知られた電解質樹脂１１ａをダイ５の樹脂吐出口から押し出して、第１フレーム１２の上に連続して流延している。図示しないが、多孔質補強膜を同時に送り出し、対向配置した２つの加熱した回転ロールにより、多孔質補強膜を溶融した電解質膜用樹脂１１ａ中に埋入させて、その多孔質補強膜中に溶融電解質樹脂を含浸させたものを、第１フレーム１２の上に連続して配置するようにしてもよい。なお、上記の電解質膜の製造方法は、本願と同じ出願人の出願に係る特願２００６−１７１８５２に詳細に記載されている。電解質膜用樹脂を連続的に配置する方法は、これに限らず、図１（ｂ）に示すように、多孔質補強膜を含む（または含まない）別工程で製造したロール状の電解質膜１１ｂを第１フレーム１２の上に連続して供給してもよく、キャスト法によってもよい。第１フレーム１２とその上に配置された電解質膜１１または電解質膜用樹脂１１ａは、搬送基材１の移動により、さらに下流の第４の工程（ＩＶ）に送られる。

第４の工程（ＩＶ）では、配置した電解質膜１１または電解質膜用樹脂１１ａの上であって前記第１フレーム１２に対向する位置に第２フレーム１５を連続的に供給し、熱圧ロール６、６の間を通過することにより、全体を熱圧着する。第２フレーム１５は、フレーム付き膜電極接合体１０の他方側のフレームを構成するものであり、第１フレーム１２と実質的に同等のものを用いる。第２フレーム１５の素材は、第１フレーム１２と同様に、ガラス繊維強化エポキシ樹脂やチタン等が好適である。第１フレーム１２と第２フレーム１５は、熱圧ロール６、６による圧着により、電解質膜１１または電解質膜用樹脂１１ａに対して固定される。仮圧着後に、全体は、搬送基材１の移動により、さらに下流の第５の工程（Ｖ）に送られる。

第５の工程（Ｖ）では、供給された第２フレーム１５の枠内に触媒層形成材料を供給し、触媒層を定着する。ここで用いる触媒層形成材料は、フレーム付き膜電極接合体１０の他方側の触媒層１６を形成する材料であり、図示の例では、第１フレーム１２の枠内１３に供給した触媒層形成材料１４ａと同じものを、同じ方法により第２フレーム１５の枠内に供給している。異なった触媒層形成材料を用いてもよく、また異なった方法により供給充填してもよい。触媒層形成材料が供給された後、全体が熱圧ロール７、７によって熱圧着され、電解質膜１１に対して触媒層１４、１６が定着する。それにより、移動する搬送基材１の上に、電解質膜１１を連続させた状態で、複数個のフレーム付き膜電極接合体１０が連続的に製造される。

最後に、搬送基材１上に連続的に形成されたフレーム付き膜電極接合体１０は、搬送基材１から取り外され、図示しないが、個々に分離する第６の工程が行われて、フレーム付き膜電極接合体１０となる。

図示しないが、第１の形態の変形例として、前記第１フレーム１２の複数個が連続した第１フレーム連続体を用いることもできる。その場合には、前記第１の工程（Ｉ）において、前記第１フレーム連続体を、連続移動する前記搬送基材１の上に載置する。以下の工程は同様であってよく、最後に、連続形成されたフレーム付き膜電極接合体１０を、前記第１フレーム連続体の各第１フレーム１２ごとに切断して、個々に分離したフレーム付き膜電極接合体１０とする。

［第２の形態］（図２参照）
第２の形態は、第１フレーム２２の形態と第３フレーム３０をさらに用いる点で、第１の形態と相違する。第１の形態と同じ構成については、図１と同じ符号を付して説明は省略する。第２の形態において、第１のフレーム２２として、枠内にガス透過層２３を備えたものを用いる。枠体本体の素材は、第１フレーム１２と同様、ガラス繊維強化エポキシ樹脂やチタン等が好適である。ガス透過層２３は、膜電極接合体における拡散層の機能を果たすものであり、チタン発泡体、カーボンペーパーのような材料で作られる。図示のように、枠体本体とガス透過層２３との間にはクリアランス２４が設けてあり、そのクリアランス２４が触媒層形成材料１４ａの充填空間となる。

前記第１の工程（Ｉ）において、第１フレーム２２は、そのガス透過層２３側が搬送基材１側となるようにして、連続移動する搬送基材１上に連続的に供給される。第２の工程（ＩＩ）では、供給された第１フレーム２２の前記クリアランス２４内に、第１の態様と同様にして触媒層形成材料１４ａが充填され、その後、第１の態様と同様に、第３工程から第５の工程までが進行する。第５の工程の後に、すなわち、供給された第２フレーム１５の枠内に触媒層形成材料を供給し触媒層を定着した後に、第２フレーム１５の上に第３のフレーム３０を配置する工程（Ｖａ）を行う。

第３のフレーム３０は、枠体本体は前記第２フレーム１５の枠体本体と同じものであり、その枠内にガス透過層３３を備える。ガス透過層３３は、第１フレーム２２のガス透過層２３と同様、膜電極接合体１０における他方の電極における拡散層の機能を果たすものであり、やはり、チタン発泡体、カーボンペーパーのような材料で作られる。なお、図示のように、第３のフレーム３０は、第１フレーム２２における触媒層用のクリアランス２４に相当する空間は備えない。

第２フレーム１５の上に第３フレーム３０が配置された状態で、搬送基材１の移動により、全体が熱圧ロール８間に送られて、熱圧着される。第２フレーム１５と第３フレーム３０の間にホットメルトのように適宜の接着剤を塗布しておくことにより、熱圧着時に、両者は一体に固定される。その後に前記第６の工程を行うことにより、拡散層を有するフレーム付き膜電極接合体１０ａとされる。

［第３の形態］（図３参照）
第３の形態は、電解質膜または電解質膜用樹脂として電解質前駆体樹脂を用い、前記第５の工程の後に、前記電解質前駆体樹脂に加水分解処理を施してイオン伝導性を付与する工程（工程Ｖｂ）をさらに行うことを特徴とする。図３に示す例は、上記第２の形態の製造方法において、電解質膜または電解質膜用樹脂として電解質前駆体樹脂を用いる場合を示しているが、図１に示した第１の形態においても同様である。また、第３の形態において、触媒層１４、１６を形成するのに用いられる電解質樹脂にも電解質前駆体樹脂を用いると、膜−触媒層界面が密着するので望ましい。なお、図３において、図２に示したものと同じ部材には同じ符号を付すことにより、説明は省略する。

図３に示すように、前記熱圧ローラ７、７の直後に、加水分解・乾燥装置９が設けてあり、そこで、電解質膜または電解質膜用樹脂を構成する電解質前駆体樹脂（および触媒層１４、１６を形成するのに用いられた電解質前駆体樹脂）に加水分解処理（工程Ｖｂ）が施される。電解質前駆体樹脂は加水分解処理時に膨張し、その後の乾燥処理により収縮するが、前記搬送基材１として電解質膜と比較して剛性の高い帯状の薄板を用いていることに加えて、電解質前駆体樹脂層は第１フレーム１２および第２フレーム１５の間に挟持されて固定されていることにより、加水分解処理に伴う膨張収縮後に、電解質膜は規定寸法に帰結することができ、触媒層１４、１６の寸法変化が抑制される。

図４は、図３に示した第３の形態によるフレーム付き膜電極接合体１０ａの連続製造方法を用いて、燃料電池セル５０を製造する方法を示している。ここでは、前記搬送基材１として燃料電池セル１０ａにおけるセパレータ材４０として機能しうる帯状の金属薄板４０ａを用いるとともに、前記第２フレーム１５の上に枠内にガス透過層３３を備えた第３フレーム３０を配置する程（工程Ｖａ）を行った後に、前記第３フレーム３０の上に前記搬送基材１（帯状の金属薄板４０ａ）と同等の帯状の金属薄板４０ｂを連続的に配置する工程（工程Ｖｃ）を行い、上記の工程により上下の帯状の金属薄板４０ａ，４０ｂの間に連続的に形成されたフレーム付き膜電極接合体１０ａを上下の金属薄板４０ａ，４０ｂとともに連続的に打ち抜く工程（Ｖｄ）を、前記第６の工程に替えて行うようにしている。なお、上記した以外の工程は、図３に示したものと実質的に同じであり、図３と同じ符号を付して、説明は省略する。

図４に示す方法において、帯状の金属薄板４０ａ，４０ｂには、ステンレス薄板またはチタン薄板が好ましくは用いられる。また、この製造方法では、搬送基材１である帯状の金属薄板４０ａは、前記工程（Ｖｄ）で打ち抜きされるので、環状とした搬送基材を２つのロールに掛けて連続的に循環させる態様は取られない。

第１フレーム２２を搬送基材１である帯状の金属薄板４０ａに供給した後、熱圧ロール２、２を間を通過させることによって、両者間を一体に固定する処理を行う。固定にはホットメルトのような接着剤を用いてもよく、素材がチタンのような金属材料同士の場合には、拡散接合による一体化も可能である。その後、前記した第２工程（ＩＩ）から第５工程（Ｖ）の処理を行い、さらに前記した加水分解処理（工程Ｖｂ）、第３フレーム３０を配置する処理（工程Ｖａ）を行った後、配置した第３フレーム３０の上に帯状の金属薄板４０ｂを連続的に配置する処理（工程Ｖｃ）を行う。このときに、熱圧ロール８、８の間に、全体を金属薄板４０ｂと共に通過させることにより、第３のフレーム３０と金属薄板４０ｂとを一体に固定する処理を行う。なお、ここでは、固定にはホットメルトのような接着剤を用いる。拡散接合は他部材の耐熱性不足のために用いられない。

この工程Ｖｃを行うことにより、セパレータとして機能する上下の帯状の金属薄板４０ａ，４０ｂの間にフレーム付き膜電極接合体１０ａ（拡散層２３、触媒層１４、電解質膜１１、触媒層１６および３３がこの順で積層一体化されている）が、電解質膜１１を連続された状態で連続的に形成された積層体が形成される。その積層体を、適宜の打ち抜き装置により燃料電池セルの形状に打ち抜くことにより（工程Ｖｄ）、平坦面であるセパレータ４０、４０間で、拡散層２３、３３を備えたフレーム付き膜電極接合体１０ａを挟持した燃料電池セル５０が製造される。打ち抜きに際して、セパレータ４０、４０の外周領域にはガス流路となる穴（マニホルド穴）を同時に打ち抜き形成することもできる。

なお、電解質膜用樹脂あるいは電解質膜としてイオン電導性を備えたいわゆるＨ型電解質樹脂を用いる場合には、図４に示す工程から、加水分解処理工程（工程Ｖｂ）は省略される。

本発明によるフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法の第１の形態を説明する図。 本発明によるフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法の第２の形態を説明する図。 本発明によるフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法の第３の形態を説明する図。 本発明による燃料電池セルの連続製造方法を説明する図。 固体高分子形燃料電池の一例を説明する図。

符号の説明

１…搬送基材（帯状の薄板）、２、６、７、８…熱圧ロール、３…供給ポッハー、４…ブレード、５…ダイ、９…加水分解・乾燥装置、１０、１０ａ…フレーム付き膜電極接合体、１１…電解質膜、１１ａ…電解質膜用樹脂、１２、２２…第１フレーム、１２ａ…枠体本体、１３…枠内空間、１４、１６…触媒層、１４ａ…触媒層形成材料、１５…第２フレーム、２３…ガス透過層、２４…クリアランス、３０…第３フレーム、３３…ガス透過層、４０…セパレータ材、４０ａ、４０ｂ…セパレータ材として機能しうる帯状の金属薄板、５０…燃料電池セル

Claims (6)

1. フレーム付き膜電極接合体の連続製造方法であって、
   搬送基材として電解質膜と比較して剛性の高い帯状の薄板を用い、連続移動する該搬送基材上に第１フレームを連続的に供給する第１の工程、
   供給された第１フレームの枠内に触媒層形成材料を供給する第２の工程、
   触媒層形成材料が供給された第１フレームの上に電解質膜または電解質膜用樹脂を連続的に配置する第３の工程、
   配置した電解質膜または電解質膜用樹脂の上であって前記第１フレームに対向する位置に第２フレームを供給し圧着する第４の工程、
   供給された第２フレームの枠内に触媒層形成材料を供給し触媒層を定着する第５の工程、および、
   前記第１から第５の工程により前記搬送基材上に連続的に形成されたフレーム付き膜電極接合体を個々に分離する第６の工程、
   とを少なくとも含むことを特徴とするフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法。
2. 請求項１に記載のフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法であって、
   第１フレームとして枠内における前記搬送基材に面する側にガス透過層を備えたものを用い、前記第５の工程の後に、前記第２フレームの上に枠内にガス透過層を備えた第３フレームを配置する工程を行い、その後に前記第６の工程を行うことを特徴とするフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法。
3. 請求項１または２に記載のフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法であって、
   少なくとも前記電解質膜または電解質膜用樹脂として電解質前駆体樹脂を用い、前記第５の工程の後に、前記電解質前駆体樹脂に加水分解処理を施してイオン伝導性を付与する工程をさらに行うことを特徴とするフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法。
4. 搬送基材として、帯状の金属薄板を用いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法。
5. 請求項２または３に記載のフレーム付き膜電極接合体の連続製造方法を用いた燃料電池セルの製造方法であって、
   前記搬送基材として燃料電池セルにおけるセパレータ材として機能しうる帯状の金属薄板を用いるとともに、前記第２フレームの上に枠内にガス透過層を備えた第３フレームを配置する工程を行った後に、前記第３フレームの上に前記搬送基材と同等の帯状の金属薄板を連続的に配置する工程を行い、上記の工程により上下の帯状の金属薄板の間に連続的に形成されたフレーム付き膜電極接合体を上下の金属薄板とともに連続的に打ち抜く工程を、前記第６の工程に替えて行うことを特徴とする燃料電池セルの連続製造方法。
6. 前記帯状の金属薄板として、ステンレス薄板またはチタン薄板のいずれかを用いることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池セルの連続製造方法。

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