JP2009193926A - 燃料電池用膜−電極接合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電解質膜と電極とを接合する際に、電解質膜と電極との密着性を確保しつつ、電極の潰れに起因して生じる問題を抑制する。
【解決手段】燃料電池用膜−電極接合体の製造方法は、電解質膜の両面上に、触媒と電解質とが混在して成る多孔質な一対の電極を配置して、電解質膜と前記電極とを備える積層体を形成する第１の工程（ステップＳ１２０）と、積層体が備える電解質膜２０の一方の面に対して、水および／または有機溶媒を供給しつつ、積層体を加圧して、電解質膜２０と前記一対の電極とを接合する第２の工程（ステップＳ１３０）と、を備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、燃料電池用膜−電極接合体の製造方法に関する。

固体高分子型燃料電池において、電解質膜と、この電解質膜の両面上に形成された電極と、から成る膜−電極接合体の製造方法としては、従来、種々の方法が知られている。電解質膜と電極とをホットプレスにより接合する際に、電解質膜と電極との接合性を向上させるための方法としては、電解質膜に水分を供給する方法が知られている。例えば、ガス拡散層に触媒層を形成したガス拡散電極と電解質膜とをプレス接合する際に、電解質膜と積層したガス拡散電極の外側からガス拡散電極へと水分供給する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−６６１６１ 特開２００５−２７６５９９ 特開２００７−１７３００９ 特開平８−１８０８８７

しかしながら、電解質膜と電極との積層体に対して水分を供給すると、電解質膜と共に、電極に含まれる電解質も軟化し易くなるため、プレス接合の際に、電極が潰れ易くなるという問題があった。電極は、触媒へのガス供給を確保するために多孔質体として形成されているため、電極が潰れる場合には、電極が備える細孔が潰れてしまう。電極が備える細孔が潰れると、触媒へのガス供給効率が低下したり、電極内の空間が液水によって閉塞され易くなるため、電池性能が低下する可能性がある。

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、電解質膜と電極とを接合する際に、電解質膜と電極との密着性を確保しつつ、電極の潰れに起因して生じる問題を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
電解質膜の両面上に、触媒と電解質とが混在して成る多孔質な一対の電極を配置して、前記電解質膜と前記電極とを備える積層体を形成する第１の工程と、
前記積層体が備える前記電解質膜の一方の面に対して、水および／または有機溶媒を供給しつつ、前記積層体を加圧して、前記電解質膜と前記一対の電極とを接合する第２の工程と、
を備えることを要旨とする。

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、電解質膜の一方の面に対して水および／または有機溶媒を供給しつつ加圧して、電解質膜と電極とを接合するため、電解質膜を軟化させて各電極との密着性を高めると共に、他方の面側の電極の軟化を抑制して、他方の面側の電極の潰れを抑えることができる。上記密着性を高めることにより、電解質膜と電極間の接触抵抗を抑制することができ、他方の面側の電極の潰れを抑制することにより、この電極におけるガス利用率を向上させつつ、多孔質な電極が備える細孔が液水により閉塞されることが抑制可能になる。

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の工程は、前記電解質膜面の内、アノードが形成された側に対して、水および／または有機溶媒を供給する工程を含むこととしても良い。このような構成とすれば、本発明により製造された膜−電極接合体を用いて組み立てた燃料電池において、燃料ガスとして純度の高い水素ガスを用いつつ酸化ガスとして空気を用いる場合のように、カソード側の方が電極活物質のガス中濃度が低い場合に、触媒へのガス供給を確保して電池性能を向上させる効果を、より顕著に得ることができる。

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の工程は、さらに、前記積層体を加圧する際に、前記電解質膜の他方の面に対応する前記積層体表面に対して、ドライガスを供給する工程を含むこととしても良い。このような構成とすれば、他方の側の電極における水および／または有機溶媒の蒸発を積極的に促進することにより、他方の電極が軟化して電極の潰れが生じることによる不都合を抑制する効果を、さらに高めることができる。

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１の工程は、前記積層体として、各々の前記電極上に、さらに、多孔質な導電性部材であるガス拡散層を配置した積層体を形成する工程を含み、前記第２の工程は、一方の前記ガス拡散層の外側から、前記ガス拡散層および前記電極を介して、前記電解質膜の一方の面に対して、水および／または有機溶媒を供給する工程を含むこととしても良い。このような構成とすれば、一方のガス拡散層および電極を介して、電解質膜へと水および／または有機溶媒を供給することができる。

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の工程は、気化した状態の水および／または有機溶媒を、前記電解質膜の一方の面に対して供給する工程を含むこととしても良い。気化した水および／または有機溶媒を電解質膜の一方の面に供給することで、一方の面側の電極に対して供給される水および／または有機溶媒の量を抑制することができ、一方の面側の電極が加圧の工程で過剰に潰れることを抑制できる。

このような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の工程は、液状の水および／または有機溶媒を含浸する溶媒含有体を、前記積層体における前記一方の面側の表面上に配置して、加熱プレスする工程を含むこととしても良い。このような構成とすれば、溶媒含有体が含浸する水および／または有機溶媒を、加熱プレス時に気化させて、蒸気の状態の水および／または有機溶媒を、溶媒含有体を配置した側から電解質膜に対して供給することができる。

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、本発明の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法によって製造された膜−電極接合体や、このような膜−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。

Ａ．燃料電池構成：
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。

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、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜とすることができ、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。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、電解質膜２０を構成する高分子電解質と同様の電解質と、を備えている。電解質膜２０と、アノード２１およびカソード２２とは、ＭＥＡ（膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly）３０を構成している。ＭＥＡ３０の製造工程については、後に詳述する。

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。

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。

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。

Ｂ．ＭＥＡ３０の製造方法：
図２は、ＭＥＡ３０の製造方法を表わす工程図である。また、図３は、ＭＥＡ３０を製造する工程の途中の様子を模式的に表わす説明図である。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、図３（Ａ））。本実施例では、既述したように、フッ素系の高分子電解質膜を用いている。

次に、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インクを作製する（ステップＳ１１０）。触媒インクは、白金を担持したカーボン粒子と、電解質膜２０と同様のフッ素系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、既述したフッ素系高分子電解質を含有する電解質溶液をさらに混合することで、触媒インクが得られる。

次に、上記触媒インクを、ステップＳ１００で用意した電解質膜２０上に塗布して、電解質膜２０の両面上にアノード２１あるいはカソード２２となる電極（触媒層）を成膜し、電解質膜２０と一対の電極から成る積層体を形成する（ステップＳ１２０、図３（Ｂ））。触媒インク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。上記のように触媒インクを塗布しつつ、あるいは塗布した後に、塗布した触媒インクを乾燥させて溶媒を気化させることで、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。

その後、ステップＳ１２０で形成した積層体に対して、アノード２１となる電極側から溶媒を供給しつつ、積層体を積層方向に加熱プレスして（ステップＳ１３０）、ＭＥＡ３０を完成する。本実施例では、このステップ１３０におけるプレスの工程に供する積層体として、ＭＥＡ３０をさらにガス拡散層２３，２４で挟持した積層体を用いており、ステップＳ１３０では、アノード側のガス拡散層２３の外側から溶媒を供給している。具体的には、ガス拡散層２３上に、溶媒を含有する溶媒含有体５０を重ね合わせて、溶媒含有体５０が含有する溶媒を供給しつつ、積層構造全体をプレスしている（図３（Ｃ））。これにより、ＭＥＡ３０の完成と共に、上記積層体に対するガス拡散層２３，２４の接合も同時に行なわれる。

ここで、ステップＳ１３０でアノード側から供給する溶媒としては、水、または有機溶媒、あるいはこれらの混合物とすることができる。用いる有機溶媒は、電解質膜２０や電極が備える高分子電解質を溶解し難い性質のものであれば良い。高分子電解質を溶解し難い有機溶媒として、特に、エタノールなどのアルコールが望ましい。本実施例では、水とエタノールの混合液を用いている。供給する溶媒として水を用いる場合には、高分子電解質において親水基を備える部分が水を吸収することにより、電解質膜２０が柔らかくなる。また、供給する溶媒として有機溶媒を用いる場合には、高分子電解質において疎水基を備える部分が有機溶媒を吸収することにより、電解質膜２０が柔らかくなる。上記のように電解質膜２０が柔らかくなることにより、電解質膜２０における弾性率が小さくなる。

また、ステップＳ１３０では、上記した水および／または有機溶媒を供給するために溶媒含有体５０を用いているが、水および／または有機溶媒を含有させるための溶媒含有体５０としては、加熱プレス時に化学反応を起こし難い材料から成る種々の多孔質体を用いることができる。例えば、ろ紙などの紙類、不織布などの布類、あるいは発泡性材料を用いることができる。このような溶媒含有体５０をガス拡散層２３上に配置して加熱プレスを行なうと、溶媒含有体５０が含有する液が気化して蒸気となる。そして、水および／または有機溶媒は、蒸気の状態で、ガス拡散層２３を介して、アノード２１および電解質膜２０へと供給される。

図４〜図６は、ステップＳ１３０のプレスの工程における様子を、電解質膜２０と、触媒担持カーボン３５および電解質３７を備える電極（アノード２１およびカソード２２）と、について拡大して模式的に順次表わす説明図である。図４は、アノード２１を介して水および有機溶媒（図中ではメタノール）が電解質膜２０へと供給される際の様子を表わす。図５は、水および／または有機溶媒が供給されている積層体を加熱プレスする際の様子を表わす。図６は、加熱プレスにより完成されたＭＥＡ３０の様子を表わす。

図４に示すように、溶媒含有体５０から、気化した水および／または有機溶媒が供給されると、アノード２１および電解質膜２０を構成する高分子電解質全体が、水および／または有機溶媒を吸収して軟化する。このような状態で加熱プレスを行なうと、図５に示すように、各電極が、軟化した電解質膜２０の表面から内部側へとめり込んだ状態になる。また、このとき、構成成分である高分子電解質が軟化しているアノード２１は、プレスによって若干押しつぶされる。このとき、溶媒含有体５０が配置されていない側の電極であるカソード２２は、水および／または有機溶媒の供給量が少なく、軟化の程度が小さいため、アノード２１に比べてプレスにより押しつぶされる程度が小さくなる。これにより、図６に示すように、各電極が電解質膜２０表面にめり込んで密着性が高められると共に、アノード２１に比べてカソード２２の潰れが抑制されたＭＥＡ３０が得られる。

なお、ステップＳ１３０において、電解質膜２０と電極との密着性を高めるために行なう加熱プレスの際の加熱温度としては、例えば、室温〜３００℃とすることができ、高分子電解質の耐熱温度を考慮して適宜設定することができる。温度が高いほど電解質膜２０が軟化して、電解質膜２０と電極との密着性を高め易くなるが、本実施例では水および／または有機溶媒供給することで電解質膜２０を軟化させているため、プレス時の加熱温度を抑えて、熱に起因する電解質膜２０の損傷を抑制することが可能になる。また、ステップＳ１３０において、加熱プレスの際のプレス圧としては、例えば、０．０１ＭＰａ〜１０ＭＰａとすることができる。プレス圧が高いほど電解質膜２０と電極との密着性を高め易くなるが、本実施例では水および／または有機溶媒供給して電解質膜２０を軟化させることで上記密着性を高めているため、プレス圧を抑えて、加圧に起因する電解質膜２０の損傷を抑制することが可能になる。

以上のように構成された本実施例の燃料電池によれば、ＭＥＡ３０を作製する際に、水および／または有機溶媒を供給しつつ、電解質膜２０と電極とから成る積層体のプレスを行なっているため、電解質膜２０を軟化させて各電極との密着性を高めることにより、内部抵抗を低減して発電性能を向上させると共に、燃料電池の耐久性を高めることができる。すなわち、一方の側（アノード側）から水および／または有機溶媒を供給することにより、水および／または有機溶媒が、電解質膜２０内を他方の側（カソード側）の表面にまで移動して、電解質膜２０全体が軟化される。このように電解質膜２０の両面が軟化されることにより、加熱プレス時において、電解質膜２０と双方の電極との密着性が向上する。

このとき、積層体に対する水および／または有機溶媒の供給を、一方の側（アノード側）からのみ行なっているため、他方の側の電極（カソード２２）に対する水および／または有機溶媒の供給が抑えられ、他方の側の電極を構成する高分子電解質の軟化が抑制される。このように、他方の側の電極における高分子電解質の軟化が抑制されることで、他方の側の電極の強度を維持し、他方の側の電極が備える細孔のプレス時における潰れを抑制することができる。細孔の潰れを抑えることにより、他方の側の電極において、電極が備える触媒へのガス供給を確保して、電池性能を向上させることが可能になる。本実施例において、上記他方の側の電極であるカソード２２では、電気化学反応に伴って生成水が生じるが、カソード２２の細孔の潰れが抑制されることで、生成水によるカソード２２中の細孔の閉塞（いわゆるフラッディング）を抑えることができる。これにより、特に生成水量が増大する高負荷時における電池性能を高めることが可能になる。また、燃料電池に供給する燃料ガスとして純度の高い水素ガスを用い、酸化ガスとして空気を用いる場合のように、上記他方の側の電極に供給されるガス中の電極活物質濃度の方が低い場合には、上記他方の側の電極における細孔の潰れを抑制することで、触媒へのガス供給を確保して電池性能を向上させる効果を、より顕著に得ることができる。

なお、本実施例のように、電解質膜２０上に触媒インクを塗布することによって電極を形成した後に、改めて加熱プレスを行なう場合には、電解質膜２０と電極との密着性をさらに高める効果に加えて、細孔の大きさを均一化して電極を薄型化する効果が得られる。触媒インクを乾燥させて多孔質な電極を形成する場合には、内部に形成される細孔の大きさのばらつきが大きく、比較的大きな細孔が存在する場合には、電極内を電子やプロトンが移動する際のパスが長くなり、内部抵抗が大きくなるという問題を生じ得る。このような触媒インクを乾燥させて成る電極をプレスすることにより、大きすぎる細孔が潰れて細孔の大きさが均一化されると共に、電極全体が薄型化される。これにより、電子やプロトンのパスが短くなって、内部抵抗が低減され、また、電極内をガスが拡散する距離が短くなって、電極におけるガスの利用効率が向上する。その際に、本実施例では、カソード２２の過剰な潰れが抑制されることで、既述した効果が得られる。

図７は、本実施例と同様のＭＥＡの製造方法によって製造したＭＥＡ３０を備える燃料電池の性能を確認した結果を示す説明図である。ここでは、実施例のＭＥＡおよび比較例のＭＥＡのそれぞれを用いて燃料電池（単セル）を組み立て、大過剰の水素および空気を供給しつつ、出力電流値（図７では電流密度）を変化させたときの出力電圧値の変化を調べた結果（Ｖ−Ｉ特性）を示している。

実施例のＭＥＡを作製する際には、ステップＳ１００では、電解質膜２０として、スルホン酸基を有する高分子重合体から成る厚さ３０μｍのイオン交換膜を用意した。また、ステップＳ１１０において、白金担持量が６０ｗｔ％である白金担持カーボン粒子と、フッ素系高分子電解質を含有する電解質溶液（ナフィオン溶液、アルドリッチ社製）と、１：１の混合比である水とエタノールとから成る溶媒とを混合して、触媒インクを作製した。その後、ステップＳ１２０では、上記触媒インクを用いて、電解質膜２０の両面上に、スプレー法によって電極を形成した。なお、この電解質膜２０上に触媒インクを塗布する工程の後には、さらに乾燥工程を行なうことにより、触媒インク中の溶媒を気化させて、電極を多孔質化させている。

その後、ステップＳ１３０では、各電極上にさらにカーボンペーパから成るガス拡散層を積層して、加熱プレスを行なった。その際に、アノード２１となる電極とプレス機の加圧盤との間に、水とエタノールとを１：１の比で混合した液を１ｍｇ／ｃｍ²の割合で含有させたろ紙を配置して、水とエタノールが混合された蒸気がアノード側からのみ供給される状態で、加熱プレスを行なった。このとき、加熱温度は、１４０℃、プレス圧は３ＭＰａとして、４分間プレスを行なった。

比較例のＭＥＡは、ステップＳ１３０のプレス時における溶媒供給に係る構成以外は、上記実施例のＭＥＡと同様にして作製した。すなわち、比較例のＭＥＡは、ステップＳ１３０において、水とエタノールとを１：１の比で混合した液を１ｍｇ／ｃｍ²の割合で含有させたろ紙を、アノード側のガス拡散層と共に、カソード側のガス拡散層上にも配置して、加熱プレスを行なった。

図７に示すように、実施例のＭＥＡを備える燃料電池の方が、比較例のＭＥＡを備える燃料電池に比べて、出力電流値全体にわたって高い出力電圧が得られ、特に、出力電流値が大きいほど、この効果が顕著に得られた。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ１．変形例１（電極の形成方法）：
実施例では、電解質膜２０上に触媒インクを塗布することにより電極を形成したが、異なる構成としても良い。例えば、ガス拡散層２３，２４上に触媒インクを塗布して電極を形成し、ガス拡散層２３，２４の電極形成面と電解質膜２０とを重ね合わせてプレスすることによって、ＭＥＡ３０を作製しても良い。この場合には、図２と同様の製造工程において、ステップＳ１２０に代えて、ガス拡散層２３，２４上に触媒インクを塗布する工程を行なえばよい。そして、図３（Ｃ）に示すように、アノード側のガス拡散層２３上に溶媒含有体５０を配置して、加熱プレスを行なえばよい。

あるいは、ステップＳ１２０に代えて、触媒インクを用いて電解質膜２０とは別体で所定の基板上に電極を成膜し、成膜した電極を電解質膜２０上に熱転写する工程を行なっても良い。この場合には、電極の熱転写後に除去する上記基板としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）あるいはポリエチレン（ＰＥ）から成る基材を用いることができる。

Ｃ２．変形例２（溶媒の供給方法）：
実施例では、水および／または有機溶媒から成る液体を含浸させたろ紙などの溶媒含有体５０を配置することにより、電解質膜２０のアノード側の面に対して溶媒供給したが、異なる構成としても良い。例えば、ステップＳ１３０におけるプレスの工程で用いるプレス機において、アノード側の加圧盤表面から水および／または有機溶媒から成る上記を噴出させる蒸気供給装置を設け、積層体のプレスを行ないつつ、アノード側のプレス面に対して直接蒸気を吹き付ける構成としても良い。なお、このように蒸気を供給しつつ電極の密着性を高めるためのプレスを行なう際には、ガス拡散層の配置を行なわずＭＥＡ３０のプレスのみを行ない、蒸気の供給を伴うプレスの後に、別途、ガス拡散層の接合を行なっても良い。

また、電解質膜２０の一方の側にのみ水および／または有機溶媒を供給する方法としては、一方の電極（実施例ではアノード２１）の外側から、この一方の電極を介して供給する方法に代えて、電解質膜２０と上記一方の電極との界面に、直接供給しても良い。具体的には、例えば、電解質膜２０と、電解質膜２０とは別体で形成した電極とを接合する際に、電解質膜２０における上記一方の電極との接合面に対して、水および／または有機溶媒の蒸気を噴霧することとしても良い。あるいは、電極との接合に先立って、電解質膜２０における上記一方の電極との接合面に対して、予め、例えば霧吹きによって液体の状態で溶媒供給しても良い。

Ｃ３．変形例３（他方の電極の軟化抑制方法）：
実施例では、積層体の加熱プレス時に、一方の側からのみ溶媒供給することによって、他方の側に配置された電極の軟化および潰れを抑制しているが、より積極的に、他方の電極に対する溶媒供給を抑制して、他方の電極の軟化を抑えることとしても良い。図８は、このような変形例としてのＭＥＡ３０の製造方法の一例を表わす説明図である。図８では、図３（Ｃ）と同様に、電解質膜２０上に、アノード２１およびカソード２２と共に、ガス拡散層２３，２４を配置した積層体をプレスする際の様子を表わしている。ここでは、アノード側における溶媒含有体５０の配置に代えて、プレス機のアノード側の加圧盤から水および／または有機溶媒の蒸気を噴出させるための蒸気供給装置を設けて、電解質膜２０のアノード側に対する溶媒供給を行なっている。このような蒸気供給装置は、アノード側の加圧盤において積層体との接触面全体にわたって形成された蒸気噴出口５１と、バブラなどの蒸気発生装置（図示せず）と、アノード側の加圧盤内に形成されて蒸気発生装置と蒸気噴出口とを接続する蒸気流路５２と、によって構成することができる。

さらに、図８では、プレス機のカソード側の加圧盤からドライガスを噴出させるためのドライガス供給装置を設けている。ドライガスとしては、カソード側に供給することによって、カソード２２の軟化を抑制可能となるようにカソード２２の乾燥状態を保つことができるガスであれば、種々のガスを用いることができる。このようなドライガスとしては、例えば、加圧空気を用いることができる。図８に示すように、ドライガス供給装置は、カソード側の加圧盤において積層体との接触面全体にわたって形成されたドライガス噴出口５３と、このドライガス噴出口に連通してカソード側の加圧盤内に形成されたドライガス流路５４と、ドライガス流路にドライガスを送り込むためのブロワなどのドライガス供給部（図示せず）と、によって構成することができる。

このような構成とすれば、他方の電極における溶媒の蒸発を積極的に促進することにより、他方の電極が軟化して電極の潰れが生じることによる不都合を抑制する効果を、さらに高めることができる。

Ｃ４．変形例４：
電解質膜と電極とでは、異なる種類の高分子電解質を用いることとしても良い。例えば、電解質膜を、炭化水素系の高分子電解質によって構成し、電極が備える高分子電解質として、実施例と同様のフッ素系の電解質を用いることができる。このような場合であっても、電解質膜の一方の側からのみ溶媒供給を行なうことで、電解質膜と電極との密着性の向上と、他方の側の電極の潰れの抑制と、を両立させる同様の効果を得ることができる。

単セル１０の概略構成を表わす断面模式図である。 ＭＥＡ３０の製造方法を表わす工程図である。 ＭＥＡ３０を製造する工程の途中の様子を模式的に表わす説明図である。 ステップＳ１３０における途中の様子を表わす説明図である。 ステップＳ１３０における途中の様子を表わす説明図である。 ステップＳ１３０における途中の様子を表わす説明図である。 ＭＥＡ３０を備える燃料電池の性能を確認した結果を示す図である。 変形例としてのＭＥＡ３０の製造方法を表わす説明図である。

符号の説明

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
３０…ＭＥＡ
３５…触媒担持カーボン
３７…電解質
４７…単セル内燃料ガス流路
４８…単セル内酸化ガス流路
５０…溶媒含有体
５１…蒸気噴出口
５２…蒸気流路
５３…ドライガス噴出口
５４…ドライガス流路

Claims (8)

1. 燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
   電解質膜の両面上に、触媒と電解質とが混在して成る多孔質な一対の電極を配置して、前記電解質膜と前記電極とを備える積層体を形成する第１の工程と、
   前記積層体が備える前記電解質膜の一方の面に対して、水および／または有機溶媒を供給しつつ、前記積層体を加圧して、前記電解質膜と前記一対の電極とを接合する第２の工程と、
   を備える燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
2. 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２の工程は、前記電解質膜面の内、アノードが形成された側に対して、水および／または有機溶媒を供給する工程を含む
   燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
3. 請求項１または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の工程は、さらに、前記積層体を加圧する際に、前記電解質膜の他方の面に対応する前記積層体表面に対して、ドライガスを供給する工程を含む
   燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
4. 請求項１ないし３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１の工程は、前記積層体として、各々の前記電極上に、さらに、多孔質な導電性部材であるガス拡散層を配置した積層体を形成する工程を含み、
   前記第２の工程は、一方の前記ガス拡散層の外側から、前記ガス拡散層および前記電極を介して、前記電解質膜の一方の面に対して、水および／または有機溶媒を供給する工程を含む
   燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
5. 請求項１ないし４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２の工程は、気化した状態の水および／または有機溶媒を、前記電解質膜の一方の面に対して供給する工程を含む
   燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
6. 請求項５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の工程は、液状の水および／または有機溶媒を含浸する溶媒含有体を、前記積層体における前記一方の面側の表面上に配置して、加熱プレスする工程を含む
   燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
7. 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により製造された膜−電極接合体。
8. 請求項７記載の膜−電極接合体を備える燃料電池。

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