JP2009231094A - Membrane electrode assembly and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of restraining degradation of a cell performance when a fuel cell is structured with the use of an MEA with a seal member containing silicone. <P>SOLUTION: The membrane electrode assembly includes a stack with at least an electrolyte membrane and a catalyst layer laminated, an aluminum-hydroxide-content part containing aluminum hydroxide arranged inside the stack, and a seal member containing silicone arranged so as to cover at least part of the stack. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコーンを含むシール部を備える膜電極接合体に関する。   The present invention relates to a membrane electrode assembly including a seal part containing silicone.

従来から、電解質膜を有する膜電極複合体(MEA:Membrane-Electrode Assembly )と、セパレータとを積層して積層方向に締結する、いわゆるスタック構造の燃料電池が開発されている。このような燃料電池として、セパレータとMEAとの間から反応ガス(燃料ガスや酸化剤ガス)が漏出しないように、セパレータと当接するシール部材をMEAの周囲部分に設けたものがある(下記特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell having a so-called stack structure in which a membrane electrode assembly (MEA) having an electrolyte membrane and a separator are stacked and fastened in a stacking direction has been developed. As such a fuel cell, there is a fuel cell in which a sealing member that contacts the separator is provided around the MEA so that a reaction gas (fuel gas or oxidant gas) does not leak from between the separator and the MEA (the following patents) Reference 1).

特開2006−114227号公報JP 2006-114227 A

上記シール部材として、シリコーンゴムを用いられることがある。しかしながら、このシリコーンゴムに含まれるシリコーンは、燃料電池の動作環境下において分解されてケイ素酸化物として電解質膜や触媒層(電極)中に存在し得る(Journal of Power Sources 127(2004)222ページ〜229ページ参照)。そうすると、このケイ素酸化物によって電解質膜及び触媒層におけるプロトンや水の移動が妨げられて、電池性能が劣化するおそれがある。   Silicone rubber may be used as the sealing member. However, the silicone contained in the silicone rubber can be decomposed under the operating environment of the fuel cell and exist in the electrolyte membrane or the catalyst layer (electrode) as a silicon oxide (Journal of Power Sources 127 (2004) p. 222- See page 229). In this case, the movement of protons and water in the electrolyte membrane and the catalyst layer is hindered by the silicon oxide, and the battery performance may be deteriorated.

本発明は、シリコーンを含むシール部材を備えるMEAを用いて燃料電池を構成した場合に、電池性能の劣化を抑制することができる技術を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the technique which can suppress deterioration of battery performance, when a fuel cell is comprised using MEA provided with the sealing member containing silicone.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]膜電極接合体であって、少なくとも電解質膜と触媒層とが積層された積層体と、前記積層体の内部に配置された水酸化アルミニウムを含む水酸化アルミニウム含有部と、前記積層体の少なくとも一部を覆うように配置されたシリコーンを含むシール部材と、を備える膜電極接合体。   [Application Example 1] A membrane / electrode assembly, in which at least an electrolyte membrane and a catalyst layer are laminated, an aluminum hydroxide-containing portion including aluminum hydroxide disposed inside the laminate, A membrane electrode assembly comprising: a seal member including silicone disposed so as to cover at least a part of the laminate.

このように、適用例1の膜電極接合体は、水酸化アルミニウム含有部を備えているので、シール部に含まれるシリコーンが分解して生成される生成物(ケイ素酸化物)をこの水酸化アルミニウム含有部によって吸着することができ、燃料電池を構成した際にこのケイ素酸化物による電池性能の劣化を抑制することができる。   Thus, since the membrane electrode assembly of Application Example 1 includes the aluminum hydroxide-containing portion, the product (silicon oxide) generated by decomposition of the silicone contained in the seal portion is converted into the aluminum hydroxide. It can adsorb | suck by a containing part, and when a fuel cell is comprised, deterioration of the battery performance by this silicon oxide can be suppressed.

[適用例2]適用例1に記載の膜電極接合体であって、前記水酸化アルミニウム含有部は、前記積層体のうち前記シール部材によって覆われた被覆部に含まれる触媒層として構成されている、膜電極接合体。   [Application Example 2] The membrane electrode assembly according to Application Example 1, wherein the aluminum hydroxide-containing portion is configured as a catalyst layer included in a covering portion covered with the seal member in the laminated body. A membrane electrode assembly.

このようにすることで、膜電極接合体のうち、触媒によってシリコーンの分解が促進され易い部分において水酸化アルミニウム含有部を形成することができる。また、被覆部ではシリコーンの分解が起こり易いので、この被覆部内に水酸化アルミニウム含有部を設けることで、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。   By doing in this way, an aluminum hydroxide containing part can be formed in the part which is easy to accelerate | stimulate decomposition | disassembly of a silicone by a catalyst among membrane electrode assemblies. Further, since the silicone is easily decomposed in the covering portion, the silicon oxide can be efficiently adsorbed by providing the aluminum hydroxide-containing portion in the covering portion.

[適用例3]適用例1に記載の膜電極接合体であって、前記水酸化アルミニウム含有部は、前記積層体のうち前記シール部材によって覆われた被覆部に含まれる電解質膜として構成されている、膜電極接合体。   [Application Example 3] The membrane electrode assembly according to Application Example 1, wherein the aluminum hydroxide-containing portion is configured as an electrolyte membrane included in a covering portion covered with the seal member in the laminated body. A membrane electrode assembly.

このようにすることで、電解質膜において水酸化アルミニウム含有部を形成することができる。したがって、電解質膜におけるプロトンや水の移動がシリコーンの分解で生じたケイ素酸化物によって妨げられることを抑制することができる。また、被覆部はシリコーンの分解が起こり易いので、この被覆部内に水酸化アルミニウム含有部を設けることで、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。   By doing in this way, an aluminum hydroxide content part can be formed in an electrolyte membrane. Accordingly, it is possible to suppress the movement of protons and water in the electrolyte membrane from being hindered by silicon oxide generated by the decomposition of silicone. Further, since the covering portion is likely to decompose silicone, the silicon oxide adsorption can be efficiently performed by providing the aluminum hydroxide-containing portion in the covering portion.

[適用例4]適用例1に記載の膜電極接合体であって、前記水酸化アルミニウム含有部は、前記積層体のうち前記シール部材によって覆われた被覆部に含まれる電解質膜と触媒層とで挟まれて配置されている、膜電極接合体。   [Application Example 4] The membrane electrode assembly according to Application Example 1, wherein the aluminum hydroxide-containing portion includes an electrolyte membrane and a catalyst layer included in a covering portion covered with the seal member in the laminate. A membrane electrode assembly disposed between two electrodes.

このようにすることで、シリコーンの分解が促進され易い触媒層に存在するケイ素酸化物と、プロトンや水等の移動が行われる電解質膜内に存在するケイ素酸化物と、をいずれも吸着することができる。また、被覆部ではシリコーンの分解が起こり易いので、この被覆部内に水酸化アルミニウム含有部を設けることで、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。   By doing so, both the silicon oxide present in the catalyst layer in which the decomposition of the silicone is easily promoted and the silicon oxide present in the electrolyte membrane in which protons, water and the like are moved are adsorbed. Can do. Further, since the silicone is easily decomposed in the covering portion, the silicon oxide can be efficiently adsorbed by providing the aluminum hydroxide-containing portion in the covering portion.

[適用例5]膜電極接合体を製造するための方法であって、(a)少なくとも電解質膜と触媒層とが積層され、水酸化アルミニウムを含む水酸化アルミニウム含有部が内部に配置された積層体を用意する工程と、(b)前記積層体の少なくとも一部をシリコーンを含むシール部材で覆って被覆部を形成する工程と、を備える膜電極接合体製造方法。   Application Example 5 A method for producing a membrane electrode assembly, wherein (a) a laminate in which at least an electrolyte membrane and a catalyst layer are laminated, and an aluminum hydroxide-containing portion containing aluminum hydroxide is disposed inside A method of manufacturing a membrane electrode assembly, comprising: preparing a body; and (b) covering at least a part of the laminate with a sealing member containing silicone to form a covering portion.

適用例5の膜電極接合体製造方法では、水酸化アルミニウム含有部が内部に配置された積層体を用いているので、シール部に含まれるシリコーンが分解して生成される生成物(ケイ素酸化物)をこの水酸化アルミニウム含有部によって吸着することができ、燃料電池を構成した際にこのケイ素酸化物による電池性能の劣化を抑制することができる。   In the method for producing a membrane / electrode assembly according to Application Example 5, since a laminated body in which an aluminum hydroxide-containing portion is disposed is used, a product (silicon oxide) generated by decomposition of silicone contained in the seal portion is used. ) Can be adsorbed by the aluminum hydroxide-containing part, and deterioration of battery performance due to the silicon oxide can be suppressed when a fuel cell is constructed.

[適用例6]適用例5に記載の膜電極接合体製造方法において、前記工程(a)は、(c)水酸化アルミニウムを含む第1の触媒用インクと水酸化アルミニウムを含まない第2の触媒用インクとを用意する工程と、(d)前記電解質膜のうち前記被覆部に含まれることとなる被覆対応部に、前記第1の触媒用インクを塗布することにより前記水酸化アルミニウム含有部を形成する工程と、(e)前記電解質膜のうち前記被覆対応部を除く他の部分に、前記第2の触媒用インクを塗布することにより前記触媒層を形成する工程と、を有する、膜電極接合体製造方法。   Application Example 6 In the method of manufacturing a membrane electrode assembly according to Application Example 5, the step (a) includes (c) a first catalyst ink containing aluminum hydroxide and a second ink not containing aluminum hydroxide. A step of preparing a catalyst ink; and (d) applying the first catalyst ink to a coating-corresponding portion of the electrolyte membrane that is to be included in the coating portion. And (e) forming the catalyst layer by applying the second catalyst ink to the other part of the electrolyte film excluding the coating corresponding part. Electrode assembly manufacturing method.

このようにすることで、2種類の触媒用インクを塗り分けることで水酸化アルミニウム含有部を形成することができ、比較的簡単に水酸化アルミニウム含有部を形成することができる。また、触媒によってシリコーンの分解が促進され易い触媒層の近くに水酸化アルミニウム含有部を形成することができるので、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。また、この製造方法によると、シリコーンの分解が起こり易い被覆部内に水酸化アルミニウム含有部を設けることができ、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。   By doing in this way, an aluminum hydroxide containing part can be formed by coating two types of catalyst inks separately, and an aluminum hydroxide containing part can be formed comparatively easily. Further, since the aluminum hydroxide-containing part can be formed near the catalyst layer where the decomposition of the silicone is easily promoted by the catalyst, the silicon oxide can be efficiently adsorbed. Moreover, according to this manufacturing method, the aluminum hydroxide-containing portion can be provided in the covering portion where the silicone is likely to be decomposed, and the silicon oxide can be efficiently adsorbed.

[適用例7]適用例5に記載の膜電極接合体製造方法において、前記工程(a)は、(f)前記電解質膜として、前記被覆部に含まれることとなる被覆対応部において水酸化アルミニウムを含み、かつ、前記被覆対応部を除く他の部分において水酸化アルミニウムを含まない膜を製造する工程を有する、膜電極接合体製造方法。   Application Example 7 In the method of manufacturing a membrane electrode assembly according to Application Example 5, the step (a) includes (f) aluminum hydroxide in a coating corresponding part to be included in the coating part as the electrolyte film. And a process for producing a film that does not contain aluminum hydroxide in the other part excluding the coating corresponding part.

このようにすることで、電解質膜の一部として水酸化アルミニウム含有部を形成することができる。したがって、電解質膜におけるプロトンや水の移動がシリコーンの分解で生じたケイ素酸化物によって妨げられることを抑制することができる。また、この製造方法によると、シリコーンの分解が起こり易い被覆部内に水酸化アルミニウム含有部を設けることができ、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。   By doing in this way, an aluminum hydroxide containing part can be formed as a part of electrolyte membrane. Accordingly, it is possible to suppress the movement of protons and water in the electrolyte membrane from being hindered by silicon oxide generated by the decomposition of silicone. Moreover, according to this manufacturing method, the aluminum hydroxide-containing portion can be provided in the covering portion where the silicone is likely to be decomposed, and the silicon oxide can be efficiently adsorbed.

[適用例8]適用例5に記載の膜電極接合体製造方法であって、前記工程(a)は、(g)前記被覆部に含まれることとなる電解質膜と触媒層とで挟まれる部分に水酸化アルミニウムを配置して前記水酸化アルミニウム含有部を形成する工程を有する、膜電極接合体製造方法。   [Application Example 8] The method for manufacturing a membrane electrode assembly according to Application Example 5, wherein the step (a) includes (g) a portion sandwiched between the electrolyte membrane and the catalyst layer to be included in the covering portion The manufacturing method of a membrane electrode assembly which has the process of arrange | positioning aluminum hydroxide and forming the said aluminum hydroxide containing part.

このようにすることで、シリコーンの分解が促進され易い触媒層に存在するケイ素酸化物と、プロトンや水等の移動が行われる電解質膜内に存在するケイ素酸化物とをいずれも吸着することができる。また、この製造方法によると、シリコーンの分解が起こり易い被覆部内に水酸化アルミニウム含有部を設けることができ、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。   By doing so, it is possible to adsorb both the silicon oxide present in the catalyst layer where the decomposition of silicone is easily promoted and the silicon oxide present in the electrolyte membrane in which protons, water, and the like are moved. it can. Moreover, according to this manufacturing method, the aluminum hydroxide-containing portion can be provided in the covering portion where the silicone is likely to be decomposed, and the silicon oxide can be efficiently adsorbed.

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1の実施例:
B.第2の実施例:
C.第3の実施例:
D.変形例:
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Variations:

A.第1の実施例:
図1は、本発明の一実施例としての膜電極接合体を適用した燃料電池の構成を示す断面図である。この燃料電池1000は、シール一体型MEA100と、セパレータと、が交互に積層された構成を有している。セパレータは、アノード側プレート22とカソード側プレート23とを張り合わせた2層構造を有している。なお、図示の便宜上、シール一体型MEA100と上下において接する2つのセパレータのうち、上側のセパレータのアノード側プレート22と、下側のセパレータのカソード側プレート23と、を示している。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell to which a membrane electrode assembly as one embodiment of the present invention is applied. This fuel cell 1000 has a configuration in which seal-integrated MEAs 100 and separators are alternately stacked. The separator has a two-layer structure in which the anode side plate 22 and the cathode side plate 23 are bonded together. For convenience of illustration, an anode side plate 22 of the upper separator and a cathode side plate 23 of the lower separator among the two separators that are in contact with the seal-integrated MEA 100 in the vertical direction are shown.

シール一体型MEA100は、ガス拡散層も含んで一体化されたいわゆるMEGA(Membrane-Electrode-Gas diffusion layer Assembly:膜−電極−拡散層アッセンブリ)として構成されている。具体的には、シール一体型MEA100は、電解質膜10と、電解質膜10のアノード側表面に形成されたアノード側触媒層20aと、このアノード側触媒層20a上に形成されたアノード側ガス拡散層21aと、電解質膜10のカソード側表面に形成されたカソード側触媒層20cと、このカソード側触媒層20c上に形成されたガス拡散層21cと、シール部40と、を備えている。電解質膜10としては、例えば、フッ素樹脂系イオン交換膜であるNafion(登録商標)やFlemion(登録商標)やAciplex(登録商標)等を用いることができる。   The seal-integrated MEA 100 is configured as a so-called MEGA (Membrane-Electrode-Gas diffusion layer Assembly) including a gas diffusion layer. Specifically, the seal-integrated MEA 100 includes an electrolyte membrane 10, an anode side catalyst layer 20a formed on the anode side surface of the electrolyte membrane 10, and an anode side gas diffusion layer formed on the anode side catalyst layer 20a. 21a, a cathode side catalyst layer 20c formed on the cathode side surface of the electrolyte membrane 10, a gas diffusion layer 21c formed on the cathode side catalyst layer 20c, and a seal portion 40. As the electrolyte membrane 10, for example, Nafion (registered trademark), Flemion (registered trademark), Aciplex (registered trademark) or the like, which is a fluororesin-based ion exchange membrane, can be used.

シール部40は、電解質膜10と2つの触媒層20a,20cと2つのガス拡散層21a,21cとが積層されてなる積層体110の周囲部分を覆うように形成されている。シール部40は、突起部42を備えており、この突起部42においてアノード側プレート22及びカソード側プレート23と当接してシール一体型MEA100における気密性を確保している。なお、シール部40は、シリコーンゴムで構成されている。   The seal portion 40 is formed so as to cover a peripheral portion of the laminate 110 formed by laminating the electrolyte membrane 10, the two catalyst layers 20a and 20c, and the two gas diffusion layers 21a and 21c. The seal portion 40 includes a protrusion 42, and the protrusion 42 abuts against the anode side plate 22 and the cathode side plate 23 to ensure airtightness in the seal-integrated MEA 100. The seal portion 40 is made of silicone rubber.

シール一体型MEA100とアノード側プレート22とカソード側プレート23とには、それぞれ、同じ位置に積層方向に貫通する貫通孔が形成されている。そして、燃料電池1000では、これらの貫通孔によって反応ガス(燃料ガス及び酸化剤ガス)の供給用マニホールド及び排出用マニホールドが構成されている。具体的には、シール一体型MEA100(シール部40)は、貫通孔である酸化剤ガス供給マニホールド形成部100yを備えている。また、アノード側プレート22は酸化剤ガス供給マニホールド形成部22yを、カソード側プレート23は酸化剤ガス供給マニホールド形成部23yを、それぞれ備えている。そして、これら各マニホールド形成部100y,22y,23yによって、酸化剤ガス供給マニホールド150が形成されている。同様にして、反対側には、酸化剤ガス排出マニホールド152が形成されている。なお、図1の例では、酸化剤ガスの供給及び排出用のマニホールド150,152が形成されている部分での燃料電池1000の断面を示しているが、図示せざる部分において、燃料ガスの供給用マニホールド及び排出用マニホールドが形成されている。   The seal-integrated MEA 100, the anode side plate 22, and the cathode side plate 23 are each formed with a through-hole penetrating in the stacking direction at the same position. In the fuel cell 1000, these through holes constitute a supply manifold and a discharge manifold for reaction gas (fuel gas and oxidant gas). Specifically, the seal-integrated MEA 100 (seal part 40) includes an oxidant gas supply manifold forming part 100y that is a through hole. The anode side plate 22 includes an oxidant gas supply manifold forming part 22y, and the cathode side plate 23 includes an oxidant gas supply manifold forming part 23y. The oxidant gas supply manifold 150 is formed by the manifold forming portions 100y, 22y, and 23y. Similarly, an oxidant gas discharge manifold 152 is formed on the opposite side. In the example of FIG. 1, a cross section of the fuel cell 1000 is shown at a portion where the manifolds 150 and 152 for supplying and discharging the oxidant gas are formed. And a discharge manifold are formed.

カソード側プレート23の内部には、中空の酸化剤ガス供給流路23aが形成されている。この酸化剤ガス供給流路23aの一端は酸化剤ガス供給マニホールド150と連通しており、他端はカソード側プレート23とシール一体型MEA100との間に形成された空間ARcと連通している。また、カソード側プレート23の内部には、中空の酸化剤ガス排出流路23bが形成されている。この酸化剤ガス排出流路23bの一端は前述の空間ARcと連通し、他端は酸化剤ガス排出マニホールド152と連通している。このような構成の下、酸化剤ガス供給マニホールド150から供給される酸化剤ガスは、カソード側プレート23において酸化剤ガス供給流路23aに流入し、空間ARcへと送られる。空間ARcに流入された酸化剤ガスは、ガス拡散層21cにおいて拡散されて電気化学反応に用いられる。そして、電気化学反応に用いられなかった酸化剤ガス(オフガス)は、酸化剤ガス排出流路23bを通って酸化剤ガス排出マニホールド152へと排出される。なお、アノード側プレート22の内部においても燃料ガスの供給流路及び排出流路(図示省略)が形成されており、アノード側プレート22とシール一体型MEA100との間に形成された空間ARaに燃料ガスが供給される。   A hollow oxidant gas supply channel 23 a is formed inside the cathode side plate 23. One end of the oxidant gas supply channel 23 a communicates with the oxidant gas supply manifold 150, and the other end communicates with a space ARc formed between the cathode side plate 23 and the seal-integrated MEA 100. A hollow oxidant gas discharge channel 23 b is formed inside the cathode side plate 23. One end of the oxidant gas discharge channel 23 b communicates with the space ARc, and the other end communicates with the oxidant gas discharge manifold 152. Under such a configuration, the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply manifold 150 flows into the oxidant gas supply flow path 23a in the cathode side plate 23 and is sent to the space ARc. The oxidant gas flowing into the space ARc is diffused in the gas diffusion layer 21c and used for the electrochemical reaction. Then, the oxidant gas (off-gas) that has not been used for the electrochemical reaction is discharged to the oxidant gas discharge manifold 152 through the oxidant gas discharge passage 23b. In addition, a fuel gas supply channel and a discharge channel (not shown) are also formed inside the anode side plate 22, and fuel is supplied to a space ARa formed between the anode side plate 22 and the seal-integrated MEA 100. Gas is supplied.

ここで、アノード側触媒層20aは、水酸化アルミニウムを含む部分(以下、「水酸化アルミニウム含有部」と呼ぶ)51aと、水酸化アルミニウムを含まない部分(以下、「水酸化アルミニウム非含有部」と呼ぶ)52aとからなる。同様に、カソード側触媒層20cは、水酸化アルミニウム含有部51cと、水酸化アルミニウム非含有部52cとからなる。2つの水酸化アルミニウム含有部51a,51cは、積層体110のうち、シール部分40で覆われた部分(以下、「被覆部」と呼ぶ)105の内部に配置されている。一方、水酸化アルミニウム非含有部52a,52cは、積層体110のうち、シール部40で覆われていない部分の内部に配置されている。   Here, the anode side catalyst layer 20a includes a portion containing aluminum hydroxide (hereinafter referred to as “aluminum hydroxide containing portion”) 51a and a portion not containing aluminum hydroxide (hereinafter referred to as “aluminum hydroxide non-containing portion”). 52a). Similarly, the cathode side catalyst layer 20c includes an aluminum hydroxide-containing portion 51c and an aluminum hydroxide non-containing portion 52c. The two aluminum hydroxide-containing portions 51 a and 51 c are arranged inside a portion (hereinafter referred to as “coating portion”) 105 covered with the seal portion 40 in the stacked body 110. On the other hand, the aluminum hydroxide non-containing parts 52 a and 52 c are arranged inside the part of the laminate 110 that is not covered with the seal part 40.

水酸化アルミニウムは、ケイ素酸化物を吸着する性質を有する。そこで、燃料電池1000では、シール部40が分解して生成されたケイ素酸化物を、水酸化アルミニウム含有部51a,51cに含まれる水酸化アルミニウムによって吸着するようにして、燃料電池1000の電池性能の劣化を抑制するようにしている。   Aluminum hydroxide has the property of adsorbing silicon oxide. Therefore, in the fuel cell 1000, the silicon oxide produced by the decomposition of the seal portion 40 is adsorbed by the aluminum hydroxide contained in the aluminum hydroxide-containing portions 51a and 51c, so that the cell performance of the fuel cell 1000 is improved. Deterioration is suppressed.

図2は、図1に示すシール一体型MEA100の製造方法の手順を示すフローチャートである。ステップS105では、水酸化アルミニウムを含む触媒用インク(第1触媒用インク)と、水酸化アルミニウムを含まない触媒用インク(第2触媒用インク)とを用意する。)   FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of a manufacturing method of the seal-integrated MEA 100 shown in FIG. In step S105, a catalyst ink containing aluminum hydroxide (first catalyst ink) and a catalyst ink not containing aluminum hydroxide (second catalyst ink) are prepared. )

図3は、ステップS105で用意される第1触媒用インクの組成と第2触媒用インクの組成例とを示す説明図である。第1触媒用インクとしては、例えば、白金担持カーボン(白金担持50Wt%)が4.2Wt%であり、水酸化アルミニウムが4.2Wt%,電解質(例えば、Nafion(登録商標)20%溶液)が20.7Wt%,水が29.2Wt%,エタノールが41.7Wt%の混合溶液を用いることができる。第2触媒用インクとしては、例えば、白金担持カーボンが4.4Wt%,電解質が21.7Wt%,水が30.4Wt%,エタノールが43.5Wt%の混合溶液を用いることができる。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing the composition of the first catalyst ink and the composition example of the second catalyst ink prepared in step S105. As the first catalyst ink, for example, platinum-supported carbon (platinum-supported 50 Wt%) is 4.2 Wt%, aluminum hydroxide is 4.2 Wt%, and an electrolyte (for example, Nafion (registered trademark) 20% solution) is used. A mixed solution of 20.7 Wt%, water 29.2 Wt%, and ethanol 41.7 Wt% can be used. As the second catalyst ink, for example, a mixed solution containing 4.4 Wt% platinum-supported carbon, 21.7 Wt% electrolyte, 30.4 Wt% water, and 43.5 Wt% ethanol can be used.

ステップS110(図2)では、第1触媒用インクを被膜対応部に塗布する。ここで、被覆対応部とは、電解質膜10(図1)のうち被覆部105に含まれる部分をいう。   In step S110 (FIG. 2), the first catalyst ink is applied to the coating corresponding part. Here, the coating corresponding portion refers to a portion included in the coating portion 105 in the electrolyte membrane 10 (FIG. 1).

図4(A)は、ステップS110の後の電解質膜10を示す説明図である。また、図4(B)は、図4(A)におけるA−A断面を示す説明図である。上述したように、シール部40は、積層体110の周囲部分を覆うように形成される。したがって、被覆対応部11は積層体110の周囲部分に位置することとなる。そこで、電解質膜10のうち中央部分(被覆対応部11を除くその他の部分)をマスクして第1触媒用インクをスプレー塗布することで、被覆対応部11に第1触媒用インクを塗布することができる。この塗布された第1触媒用インクには水酸化アルミニウムが含まれていることから、被覆対応部11において水酸化アルミニウム含有部51a,51cが形成されることとなる。図4(A),(B)の例では、被覆対応部11において、アノード側(表側)に水酸化アルミニウム含有部51aが形成され、カソード側(裏側)に水酸化アルミニウム含有部51cが形成されている。なお、上述した電解質膜10の中央部をマスクする部材としては、例えば、テフロン(登録商標)シートなどを用いることができる。   FIG. 4A is an explanatory view showing the electrolyte membrane 10 after step S110. FIG. 4B is an explanatory diagram showing an AA cross section in FIG. As described above, the seal portion 40 is formed so as to cover the peripheral portion of the stacked body 110. Therefore, the covering corresponding portion 11 is located in the peripheral portion of the stacked body 110. Accordingly, the first catalyst ink is applied to the coating corresponding portion 11 by spraying the first catalyst ink while masking the central portion (other portions excluding the coating corresponding portion 11) of the electrolyte membrane 10. Can do. Since the applied first catalyst ink contains aluminum hydroxide, the aluminum hydroxide-containing portions 51 a and 51 c are formed in the coating corresponding portion 11. 4A and 4B, in the coating corresponding part 11, an aluminum hydroxide-containing part 51a is formed on the anode side (front side), and an aluminum hydroxide-containing part 51c is formed on the cathode side (back side). ing. In addition, as a member which masks the center part of the electrolyte membrane 10 mentioned above, a Teflon (trademark) sheet etc. can be used, for example.

ステップS115(図2)では、第2触媒用インクを電解質膜10のうち被覆対応部11を除く他の部分に塗布する。   In step S115 (FIG. 2), the second catalyst ink is applied to the other part of the electrolyte membrane 10 excluding the coating corresponding part 11.

図5(A)は、ステップS115の後の電解質膜10を示す説明図である。また、図5(B)は、図5(A)におけるA−A断面を示す説明図である。前述のステップS110では、被覆対応部11において水酸化アルミニウム含有部51a,51cが形成される。そして、ステップS115では、電解質膜10のうち被覆対応部11を除く部分、すなわち、電解質膜10の中央部分に第2触媒用インクを塗布する。具体的には、例えば、テフロン(登録商標)シートを用いて水酸化アルミニウム含有部51a,51cをマスクした上で、第2触媒用インクをスプレー塗布する。この塗布された第2触媒用インクには水酸化アルミニウムが含まれていないことから、電解質膜10の中央部分において水酸化アルミニウム非含有部52a,52cが形成されることとなる。図5(A),(B)の例では、電解質膜10の中央部分において、アノード側(表側)に水酸化アルミニウム非含有部52aが形成され、カソード側(裏側)に水酸化アルミニウム非含有部52cが形成されている。このようにして、電解質膜10のアノード側表面にアノード側触媒層20a(図1)が形成され、カソード側表面にカソード側触媒層20cが形成される。   FIG. 5A is an explanatory view showing the electrolyte membrane 10 after step S115. FIG. 5B is an explanatory diagram illustrating a cross section taken along the line AA in FIG. In the above-described step S110, the aluminum hydroxide containing portions 51a and 51c are formed in the covering corresponding portion 11. In step S115, the second catalyst ink is applied to a portion of the electrolyte membrane 10 excluding the coating corresponding portion 11, that is, the central portion of the electrolyte membrane 10. Specifically, for example, the second catalyst ink is applied by spraying after masking the aluminum hydroxide-containing portions 51a and 51c using a Teflon (registered trademark) sheet. Since the applied second catalyst ink does not contain aluminum hydroxide, the aluminum hydroxide non-containing portions 52 a and 52 c are formed in the central portion of the electrolyte membrane 10. 5A and 5B, in the central portion of the electrolyte membrane 10, an aluminum hydroxide-free portion 52a is formed on the anode side (front side), and an aluminum hydroxide-free portion on the cathode side (back side). 52c is formed. Thus, the anode side catalyst layer 20a (FIG. 1) is formed on the anode side surface of the electrolyte membrane 10, and the cathode side catalyst layer 20c is formed on the cathode side surface.

ステップS120(図2)では、ステップS115において形成されたアノード側触媒層20aの上にアノード側ガス拡散層21aを形成し、カソード側触媒層20cの上にガス拡散層21cを形成してホットプレスして積層体110を形成する。なお、2つのガス拡散層21a,21cとしては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを用いることができる。ステップS125では、ステップS120で形成された積層体110の周囲部分にシール部40を形成する。具体的には、例えば、金型(モールド)を積層体110の周囲部に配置してこの金型にシリコーンゴムを注入して形成することができる。   In step S120 (FIG. 2), the anode side gas diffusion layer 21a is formed on the anode side catalyst layer 20a formed in step S115, and the gas diffusion layer 21c is formed on the cathode side catalyst layer 20c. Thus, the laminated body 110 is formed. For example, carbon paper or carbon cloth can be used as the two gas diffusion layers 21a and 21c. In step S125, the sealing part 40 is formed in the peripheral part of the laminated body 110 formed in step S120. Specifically, for example, a mold (mold) can be arranged around the laminated body 110 and silicone rubber can be injected into the mold.

以上の製造処理によって製造されたシール一体型MEA100において、シール部40を構成するシリコーンは、燃料電池1000の動作環境下において酸素と結びついてケイ素酸化物に分解される。この化学変化は、2つの触媒層20a,20cが有する白金が触媒として働いて促進される。それゆえ、2つの触媒層20a,20c及び電解質膜10の内部、特に被覆部105に含まれる部分においてケイ素酸化物が生成され易い。そして、この生成されたケイ素酸化物が水酸化アルミニウム非含有部52a,52cに移動して堆積すると、ケイ素酸化物によってプロトンや水の移動が妨げられて電池性能が劣化するおそれがある。しかしながら、上述したように、シール一体型MEA100は、アノード側触媒層20aにおいて水酸化アルミニウム含有部51aを備え、カソード側触媒層20cにおいて水酸化アルミニウム含有部51cを備えている。したがって、ケイ素酸化物は、これら水酸化アルミニウム含有部51a,51cに含まれる水酸化アルミニウムに吸着され、水酸化アルミニウム非含有部52a,52cへの移動が抑制される。それゆえ、シール一体型MEA100では、プロトンや水の移動が妨げられず電池性能の劣化が抑制される。   In the seal-integrated MEA 100 manufactured by the above manufacturing process, the silicone constituting the seal portion 40 is decomposed into silicon oxide in combination with oxygen under the operating environment of the fuel cell 1000. This chemical change is promoted by the platinum contained in the two catalyst layers 20a and 20c acting as a catalyst. Therefore, silicon oxide is easily generated in the two catalyst layers 20 a and 20 c and the electrolyte membrane 10, particularly in a portion included in the covering portion 105. And when this produced | generated silicon oxide moves and deposits on the aluminum hydroxide non-containing part 52a, 52c, there is a possibility that the movement of protons and water is hindered by the silicon oxide and the battery performance is deteriorated. However, as described above, the seal-integrated MEA 100 includes the aluminum hydroxide-containing portion 51a in the anode-side catalyst layer 20a, and the aluminum hydroxide-containing portion 51c in the cathode-side catalyst layer 20c. Accordingly, the silicon oxide is adsorbed by the aluminum hydroxide contained in the aluminum hydroxide-containing parts 51a and 51c, and the movement to the aluminum hydroxide non-containing parts 52a and 52c is suppressed. Therefore, in the seal-integrated MEA 100, the movement of protons and water is not hindered and deterioration of battery performance is suppressed.

B.第2の実施例:
図6は、第2の実施例における膜電極接合体を適用した燃料電池の構成を示す説明図である。なお、図6の例では、酸化ガス供給ルートの近傍を拡大して示している。第2の実施例における燃料電池1000aは、水酸化アルミニウム含有部が電解質膜の一部として構成されている点において燃料電池1000(図1)と異なり、他の構成は第1の実施例と同じである。
B. Second embodiment:
FIG. 6 is an explanatory view showing the structure of a fuel cell to which the membrane electrode assembly in the second embodiment is applied. In the example of FIG. 6, the vicinity of the oxidizing gas supply route is shown enlarged. The fuel cell 1000a in the second embodiment is different from the fuel cell 1000 (FIG. 1) in that the aluminum hydroxide-containing portion is configured as a part of the electrolyte membrane, and other configurations are the same as those in the first embodiment. It is.

具体的には、電解質膜10aは、被覆部105に含まれる部分(被覆対応部)において水酸化アルミニウムを含む部分(水酸化アルミニウム含有部)10yが形成され、その他部分は、水酸化アルミニウムを含まない部分(水酸化アルミニウム非含有部)10xとして形成されている。なお、シール一体型MEA100aにおいて、2つの触媒層20a,20bには、第1の実施例とは異なり、水酸化アルミニウム含有部は形成されていない。   Specifically, in electrolyte membrane 10a, a portion (aluminum hydroxide-containing portion) 10y including aluminum hydroxide is formed in a portion (covering corresponding portion) included in covering portion 105, and the other portion includes aluminum hydroxide. There is no portion (aluminum hydroxide non-containing portion) 10x. In the seal-integrated MEA 100a, the two catalyst layers 20a and 20b are not formed with an aluminum hydroxide-containing portion, unlike the first embodiment.

図7は、図6に示すシール一体型MEA100aの製造手順を示すフローチャートである。ステップS205では、電解質膜10aとして、被覆対応部に水酸化アルミニウムを含む膜を製作する。なお、このステップS205の詳細手順としては、例えば、以下のような手順が考えられる。   FIG. 7 is a flowchart showing a manufacturing procedure of the seal-integrated MEA 100a shown in FIG. In step S205, as the electrolyte membrane 10a, a membrane containing aluminum hydroxide at the coating corresponding portion is manufactured. As a detailed procedure of step S205, for example, the following procedure can be considered.

図8は、図7に示すステップS205の詳細手順を模式的に示す説明図である。まず、スピンコーター400の有する回転皿310の周囲部分(被覆対応部に対応する部分)に水酸化アルミニウム粉末200を配置する。次に、スピンコーター400を駆動して回転皿310を回転させながら、電解質溶液(例えば、Nafion(登録商標)20%溶液)300を滴下していく。そうすると、回転皿310において電解質の膜210が形成されて水酸化アルミニウム粉末200がコーティングされる。その後、滴下した電解質溶液中の溶媒が蒸発して、被覆対応部において水酸化アルミニウム含有部10yが形成され、また、その他の部分において水酸化アルミニウム非含有部10xが形成されて電解質膜10aが完成する。   FIG. 8 is an explanatory diagram schematically showing the detailed procedure of step S205 shown in FIG. First, the aluminum hydroxide powder 200 is disposed on the periphery of the rotating plate 310 of the spin coater 400 (the part corresponding to the coating corresponding part). Next, an electrolyte solution (for example, Nafion (registered trademark) 20% solution) 300 is dropped while the spin coater 400 is driven to rotate the rotating plate 310. Then, an electrolyte film 210 is formed on the rotating dish 310 and the aluminum hydroxide powder 200 is coated. Thereafter, the solvent in the dropped electrolyte solution evaporates to form an aluminum hydroxide-containing portion 10y in the coating-corresponding portion, and an aluminum hydroxide-free portion 10x is formed in the other portion to complete the electrolyte membrane 10a. To do.

ステップS210(図7)では、ステップS205で製作した電解質膜10a上に触媒層を形成する。具体的には、例えば、第1の実施例で用いた第2触媒用インク(図3)を、電解質膜10aの両面(アノード面及びカソード面)にスプレー塗布して触媒層を形成することができる。続くステップS120及びS125は、上述した第1の実施例における手順(図2参照)と同じであるので説明を省略する。   In step S210 (FIG. 7), a catalyst layer is formed on the electrolyte membrane 10a manufactured in step S205. Specifically, for example, the second catalyst ink (FIG. 3) used in the first embodiment is spray-coated on both surfaces (the anode surface and the cathode surface) of the electrolyte membrane 10a to form a catalyst layer. it can. Subsequent steps S120 and S125 are the same as the procedure in the first embodiment described above (see FIG. 2), and thus the description thereof is omitted.

以上説明したように、第2の実施例におけるシール一体型MEA100aは、電解質膜10において水酸化アルミニウム含有部10yを備えているので、第1の実施例におけるシール一体型MEA100と同様な効果を奏する。   As described above, the seal-integrated MEA 100a in the second embodiment has the same effect as the seal-integrated MEA 100 in the first embodiment because the electrolyte membrane 10 includes the aluminum hydroxide-containing portion 10y. .

C.第3の実施例:
図9は、第3の実施例における膜電極接合体を適用した燃料電池の構成を示す説明図である。なお、図9の例では、酸化ガス供給ルートの近傍を拡大して示している。第3の実施例における燃料電池1000bは、水酸化アルミニウム含有部が電解質膜10とアノード側触媒層20aとの間、及び電解質膜10とカソード側触媒層20cとの間に配置されている点において燃料電池1000(図1)と異なり、他の構成は第1の実施例と同じである。
C. Third embodiment:
FIG. 9 is an explanatory view showing the structure of a fuel cell to which the membrane electrode assembly in the third embodiment is applied. In the example of FIG. 9, the vicinity of the oxidizing gas supply route is shown enlarged. In the fuel cell 1000b according to the third embodiment, the aluminum hydroxide-containing portion is disposed between the electrolyte membrane 10 and the anode side catalyst layer 20a and between the electrolyte membrane 10 and the cathode side catalyst layer 20c. Unlike the fuel cell 1000 (FIG. 1), other configurations are the same as those of the first embodiment.

具体的には、被覆部105において、電解質膜10とアノード側触媒層20aとの間に、水酸化アルミニウム含有部30aが配置されている。また、電解質膜10とカソード側触媒層20cとの間に水酸化アルミニウム含有部30cが配置されている。なお、シール一体型MEA100aにおいて、2つの触媒層20a,20bには、前述の第1の実施例とは異なり、水酸化アルミニウム含有部は形成されていない。また、前述の第2の実施例とは異なり、電解質膜10の被覆対応部において水酸化アルミニウム含有部は形成されていない。   Specifically, in the covering portion 105, an aluminum hydroxide-containing portion 30a is disposed between the electrolyte membrane 10 and the anode side catalyst layer 20a. In addition, an aluminum hydroxide-containing portion 30c is disposed between the electrolyte membrane 10 and the cathode side catalyst layer 20c. In the seal-integrated MEA 100a, the two catalyst layers 20a and 20b are not formed with an aluminum hydroxide-containing portion, unlike the first embodiment. Unlike the second embodiment, the aluminum hydroxide-containing portion is not formed in the coating corresponding portion of the electrolyte membrane 10.

図10は、図9に示すシール一体型MEA100bの製造手順を示すフローチャートである。ステップS305では、電解質膜10の被覆対応部に水酸化アルミニウム膜を形成する。なお、このステップS305の詳細手順としては、例えば、以下のような手順が考えられる。   FIG. 10 is a flowchart showing a manufacturing procedure of the seal-integrated MEA 100b shown in FIG. In step S305, an aluminum hydroxide film is formed on the coating corresponding portion of the electrolyte membrane 10. As a detailed procedure of step S305, for example, the following procedure can be considered.

図11は、図10に示すステップS305の詳細手順を模式的に示す説明図である。まず、電解質膜10のアノード側の中央部分(被覆対応部11を除くその他の部分)をマスク部材500によってマスクして、水酸化アルミニウムを蒸着する。その後、マスク部材500をとりはずすと、被覆対応部11に水酸化アルミニウム膜(水酸化アルミニウム含有部30a)が形成される。同様にして、カソード側についても水酸化アルミニウム含有部30c(図9)を形成することができる。なお、マスク部材500としては、例えば、テフロン(登録商標)シートを用いることができる。   FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing the detailed procedure of step S305 shown in FIG. First, the central portion of the electrolyte membrane 10 on the anode side (other portions excluding the coating corresponding portion 11) is masked by the mask member 500, and aluminum hydroxide is deposited. Thereafter, when the mask member 500 is removed, an aluminum hydroxide film (aluminum hydroxide-containing portion 30a) is formed on the covering corresponding portion 11. Similarly, the aluminum hydroxide containing portion 30c (FIG. 9) can be formed also on the cathode side. As the mask member 500, for example, a Teflon (registered trademark) sheet can be used.

ステップS305(図10)が終了すると、上述したステップS210,S120,S125の各処理がこの順番で実行され、シール一体型MEA100bが完成する。   When step S305 (FIG. 10) is completed, the processes of steps S210, S120, and S125 described above are executed in this order, and the seal-integrated MEA 100b is completed.

以上説明したように、第3の実施例におけるシール一体型MEA100bは、水酸化アルミニウム含有部30a,30cを備えているので、第1の実施例におけるシール一体型MEA100と同様な効果を奏する。   As described above, the seal-integrated MEA 100b in the third embodiment has the same effects as the seal-integrated MEA 100 in the first embodiment because the seal-integrated MEA 100b includes the aluminum hydroxide-containing portions 30a and 30c.

D.変形例:
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、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。
D. Variations:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in each of the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

D1.変形例1:
上述した各実施例では、水酸化アルミニウム含有部は、2つの触媒層20a,20bの内部、又は電解質膜10aの内部、又は触媒層と電解質膜との間に配置されていたが、これらに限らず、積層体110内部の他の部分に配置することもできる。例えば、アノード側ガス拡散層21aにおいて触媒層20aと接する面(境界面)に配置することもできる。また、カソード側についても同様に構成することができる。かかる構成は、例えば、ガス拡散層21aにおいて、触媒層20aと接する面に水酸化アルミニウムを蒸着させて実現することができる。このような構成においても、2つの触媒層20a,20cにおいて生成されたケイ素酸化物がこのガス拡散層21a,21cの表面に形成された水酸化アルミニウム含有部において吸着され、電池性能の劣化を抑制することができる。以上の実施例及び変形例からも理解できるように、水酸化アルミニウム含有部が積層体110の内部に配置された任意の構成を、本発明の膜電極接合体において採用することができる。
D1. Modification 1:
In each of the above-described embodiments, the aluminum hydroxide-containing portion is disposed inside the two catalyst layers 20a and 20b, or inside the electrolyte membrane 10a, or between the catalyst layer and the electrolyte membrane, but is not limited thereto. Alternatively, it may be disposed in another part inside the stacked body 110. For example, the anode-side gas diffusion layer 21a may be disposed on a surface (boundary surface) in contact with the catalyst layer 20a. The cathode side can be similarly configured. Such a configuration can be realized, for example, by depositing aluminum hydroxide on the surface in contact with the catalyst layer 20a in the gas diffusion layer 21a. Even in such a configuration, the silicon oxide generated in the two catalyst layers 20a and 20c is adsorbed in the aluminum hydroxide-containing portion formed on the surfaces of the gas diffusion layers 21a and 21c, thereby suppressing deterioration in battery performance. can do. As can be understood from the above examples and modifications, any configuration in which the aluminum hydroxide-containing portion is disposed inside the laminate 110 can be employed in the membrane electrode assembly of the present invention.

D2.変形例2:
上述した各実施例では、シール一体型MEA100,100a,100bは、いわゆるMEGA(膜−電極−拡散層アッセンブリ)として構成されていたが、これに代えて、ガス拡散層を別の部材とした、いわゆる膜−電極アッセンブリとして構成することもできる。この場合であっても、MEAを構成する電解質膜の内部、又はMEAを構成する触媒層の内部、又はこれら電解質膜と触媒層との間に水酸化アルミニウム含有部を配置することで、上述した各実施例と同様な効果を奏することができる。
D2. Modification 2:
In each of the above-described embodiments, the seal-integrated MEAs 100, 100a, and 100b are configured as so-called MEGA (membrane-electrode-diffusion layer assembly). Instead, the gas diffusion layer is a separate member. It can also be configured as a so-called membrane-electrode assembly. Even in this case, as described above, the aluminum hydroxide-containing portion is disposed inside the electrolyte membrane constituting the MEA, inside the catalyst layer constituting the MEA, or between the electrolyte membrane and the catalyst layer. The same effect as each embodiment can be produced.

D3.変形例3:
上述した第2の実施例では、ステップS205において被膜対応部に水酸化アルミニウムを含む膜を製作するためにスピンコーター400(図8)を用いていたが、スピンコーター400を用いずに製作することもできる。具体的には、例えば、シャーレ等の容器の縁部分(被膜対応部に対応する部分)に水酸化アルミニウム粉末200を配置し、その後容器全体にわたって電解質溶液を滴下する。この場合であっても、滴下した溶媒が蒸発すると、容器の縁部分において水酸化アルミニウム含有部10yが形成され、また、その他の部分において水酸化アルミニウム非含有部10xが形成されることとなる。
D3. Modification 3:
In the second embodiment described above, the spin coater 400 (FIG. 8) is used to produce the film containing aluminum hydroxide in the coating corresponding part in step S205. However, the production is performed without using the spin coater 400. You can also. Specifically, for example, the aluminum hydroxide powder 200 is disposed on an edge portion (a portion corresponding to the coating corresponding portion) of a container such as a petri dish, and then the electrolyte solution is dropped over the entire container. Even in this case, when the dropped solvent evaporates, the aluminum hydroxide-containing portion 10y is formed at the edge portion of the container, and the aluminum hydroxide-free portion 10x is formed at the other portion.

D4.変形例4:
上述した各実施例では、水酸化アルミニウム含有部51a,51c,10y,30a,30cは、触媒層や電解質膜などにおいて、被覆部105の水平方向の全面にわたって形成されていたが、これに代えて、被覆部105の水平方向の一部にのみ形成することもできる。例えば、第1の実施例では、被覆部105に含まれる触媒層のうち、外側寄りの半分の領域に水酸化アルミニウム含有部51a,51cを形成し、内側寄りの半分の領域には水酸化アルミニウム非含有部52a,52cを形成することもできる。
D4. Modification 4:
In each of the embodiments described above, the aluminum hydroxide-containing portions 51a, 51c, 10y, 30a, and 30c are formed over the entire horizontal surface of the covering portion 105 in the catalyst layer, the electrolyte membrane, and the like. Further, it can be formed only on a part of the covering portion 105 in the horizontal direction. For example, in the first embodiment, the aluminum hydroxide-containing portions 51a and 51c are formed in the outer half of the catalyst layer included in the covering portion 105, and the aluminum hydroxide is formed in the inner half. The non-containing parts 52a and 52c can also be formed.

D5.変形例5:
上述した第1の実施例では、水酸化アルミニウム含有部51a,51cの基となる第1触媒様インクは、白金担持カーボンを含む組成であったが、これに代えて、白金担持カーボンを全く含まない組成のインクを用いることもできる。このような構成とすることで、比較的高価な白金を含む白金担持カーボンを用いずに済み、燃料電池1000の製造コストを比較的低廉に抑えることができる。また、被覆部105において触媒がなくなるので、シリコーンの分解を抑制することができる。
D5. Modification 5:
In the first embodiment described above, the first catalyst-like ink that is the basis of the aluminum hydroxide-containing portions 51a and 51c has a composition containing platinum-supporting carbon, but instead contains platinum-supporting carbon at all. It is also possible to use inks having no composition. With such a configuration, it is not necessary to use platinum-supporting carbon containing relatively expensive platinum, and the manufacturing cost of the fuel cell 1000 can be kept relatively low. Further, since no catalyst is used in the covering portion 105, the decomposition of silicone can be suppressed.

D6.変形例6:
上述した各実施例をそれぞれ独立して実施することに代えて、各実施例を組み合わせて実施することもできる。例えば、触媒層の一部を水酸化アルミニウム含有部として構成する(第1の実施例に相当)と共に、電解質膜の被覆対応部を水酸化アルミニウム含有部として形成する(第2の実施例に相当)こともできる。さらに、この構成において、触媒層と電解質膜との間に水酸化アルミニウム含有部を形成する(第3の実施例に相当)こともできる。
D6. Modification 6:
Instead of implementing each of the above-described embodiments independently, each of the embodiments can be implemented in combination. For example, a part of the catalyst layer is configured as an aluminum hydroxide-containing portion (corresponding to the first embodiment), and the coating corresponding portion of the electrolyte membrane is formed as an aluminum hydroxide-containing portion (corresponding to the second embodiment). You can also Furthermore, in this configuration, an aluminum hydroxide-containing portion can be formed between the catalyst layer and the electrolyte membrane (corresponding to the third embodiment).

D7.変形例7:
上述した各実施例では、セパレータは、アノード側プレート22とカソード側プレート23との2層構造であるものとしたが、これに代えて任意の数のプレートからなる構成とすることもできる。例えば、アノード側プレート22とカソード側プレート23とを中間プレートで挟持した3層構造とすることもできる。
D7. Modification 7:
In each of the above-described embodiments, the separator has a two-layer structure of the anode side plate 22 and the cathode side plate 23. However, instead of this, it may be configured by an arbitrary number of plates. For example, a three-layer structure in which the anode side plate 22 and the cathode side plate 23 are sandwiched between intermediate plates can be used.

D8.変形例8:
上述した各実施例では、燃料電池1000,1000a,1000b,1000cは、シール一体型MEAとセパレータとが複数積層して構成されていたが、これに代えて、1つのシール一体型MEAと、このシール一体型MEAを挟んで配置された2つのセパレータとからなるいわゆる単セルとして構成することもできる。
D8. Modification 8:
In each of the above-described embodiments, the fuel cells 1000, 1000a, 1000b, and 1000c are configured by laminating a plurality of seal-integrated MEAs and separators, but instead of this, one seal-integrated MEA and this It can also be configured as a so-called single cell comprising two separators arranged with a seal-integrated MEA interposed therebetween.

本発明の一実施例としての膜電極接合体を適用した燃料電池の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel cell to which the membrane electrode assembly as one Example of this invention is applied. 図1に示すシール一体型MEA100の製造方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the manufacturing method of seal integrated MEA100 shown in FIG. ステップS105で用意される第1触媒用インクの組成例と第2触媒用インクの組成例とを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the composition example of the 1st catalyst ink prepared in step S105, and the composition example of the 2nd catalyst ink. ステップS110の後の電解質膜10を示す説明図及び図4(A)のA−A断面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electrolyte membrane 10 after step S110, and explanatory drawing which shows the AA cross section of FIG. 4 (A). ステップS115の後の電解質膜10を示す説明図及び図5(A)のA−A断面を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electrolyte membrane 10 after step S115, and explanatory drawing which shows the AA cross section of FIG. 5 (A). 第2の実施例における膜電極接合体を適用した燃料電池の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the fuel cell to which the membrane electrode assembly in a 2nd Example is applied. 図6に示すシール一体型MEA100aの製造手順を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing a manufacturing procedure of the seal-integrated MEA 100a shown in FIG. 図7に示すステップS205の詳細手順を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the detailed procedure of step S205 shown in FIG. 第3の実施例における膜電極接合体を適用した燃料電池の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the fuel cell to which the membrane electrode assembly in a 3rd Example is applied. 図9に示すシール一体型MEA100bの製造手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a manufacturing procedure of the seal-integrated MEA 100b shown in FIG. 図10に示すステップS305の詳細手順を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the detailed procedure of step S305 shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10,10a...電解質膜
10x...水酸化アルミニウム非含有部
10y...水酸化アルミニウム含有部
11...被覆対応部
20a...アノード側触媒層
20c...カソード側触媒層
21a...アノード側ガス拡散層
21c...カソードガス拡散層
22...アノード側プレート
22y...酸化剤ガス供給マニホールド形成部
23...カソード側プレート
23a...酸化剤ガス供給流路
23b...酸化剤ガス排出流路
23y...酸化剤ガス供給マニホールド形成部
30a,30c...水酸化アルミニウム含有部
40...シール部
42...突起部
51a,51c...水酸化アルミニウム含有部
52a,52c...水酸化アルミニウム非含有部
100y...酸化剤ガス供給マニホールド形成部
105...被覆部
110...積層体
150...酸化剤ガス供給マニホールド
152...酸化剤ガス排出マニホールド
200...水酸化アルミニウム粉末
210...膜
310...回転皿
400...スピンコーター
500...マスク部材
1000,1000a,1000b...燃料電池
100,100a,100b,100c...シール一体型MEA
ARa,ARc...空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,10a ... Electrolyte membrane 10x ... Aluminum hydroxide non-contained part 10y ... Aluminum hydroxide containing part 11 ... Covering | corresponding part 20a ... Anode side catalyst layer 20c ... Cathode side catalyst layer 21a ... Anode side gas diffusion layer 21c ... Cathode gas diffusion layer 22 ... Anode side plate 22y ... Oxidant gas supply manifold forming part 23 ... Cathode side plate 23a ... Oxidant gas supply Flow path 23b ... Oxidant gas discharge flow path 23y ... Oxidant gas supply manifold forming part 30a, 30c ... Aluminum hydroxide-containing part 40 ... Seal part 42 ... Projection part 51a, 51c. .. Aluminum hydroxide containing part 52a, 52c ... Aluminum hydroxide non-containing part 100y ... Oxidant gas supply manifold forming part 105 ... Covering part 110 ... Laminate 150 ... Oxidant gas supply Manifold 152 ... Oxidation Gas exhaust manifold 200 ... Aluminum hydroxide powder 210 ... Membrane 310 ... Rotating dish 400 ... Spin coater 500 ... Mask member 1000, 1000a, 1000b ... Fuel cell 100, 100a, 100b, 100c ... MEA with integrated seal
ARa, ARc ... space

Claims (8)

膜電極接合体であって、
少なくとも電解質膜と触媒層とが積層された積層体と、
前記積層体の内部に配置された水酸化アルミニウムを含む水酸化アルミニウム含有部と、
前記積層体の少なくとも一部を覆うように配置されたシリコーンを含むシール部材と、
を備える膜電極接合体。
A membrane electrode assembly,
A laminate in which at least an electrolyte membrane and a catalyst layer are laminated;
An aluminum hydroxide-containing portion containing aluminum hydroxide disposed inside the laminate;
A seal member including silicone arranged to cover at least a part of the laminate;
A membrane electrode assembly comprising:
請求項1に記載の膜電極接合体であって、
前記水酸化アルミニウム含有部は、前記積層体のうち前記シール部材によって覆われた被覆部に含まれる触媒層として構成されている、膜電極接合体。
The membrane electrode assembly according to claim 1,
The said aluminum hydroxide containing part is a membrane electrode assembly comprised as a catalyst layer contained in the coating | coated part covered with the said sealing member among the said laminated bodies.
請求項1に記載の膜電極接合体であって、
前記水酸化アルミニウム含有部は、前記積層体のうち前記シール部材によって覆われた被覆部に含まれる電解質膜として構成されている、膜電極接合体。
The membrane electrode assembly according to claim 1,
The said aluminum hydroxide containing part is a membrane electrode assembly comprised as an electrolyte membrane contained in the coating | coated part covered with the said sealing member among the said laminated bodies.
請求項1に記載の膜電極接合体であって、
前記水酸化アルミニウム含有部は、前記積層体のうち前記シール部材によって覆われた被覆部に含まれる電解質膜と触媒層とで挟まれて配置されている、膜電極接合体。
The membrane electrode assembly according to claim 1,
The said aluminum hydroxide containing part is a membrane electrode assembly arrange | positioned on both sides of the electrolyte membrane and catalyst layer contained in the coating | coated part covered with the said sealing member among the said laminated bodies.
膜電極接合体を製造するための方法であって、
(a)少なくとも電解質膜と触媒層とが積層され、水酸化アルミニウムを含む水酸化アルミニウム含有部が内部に配置された積層体を用意する工程と、
(b)前記積層体の少なくとも一部をシリコーンを含むシール部材で覆って被覆部を形成する工程と、
を備える膜電極接合体製造方法。
A method for producing a membrane electrode assembly, comprising:
(A) a step of preparing a laminate in which at least an electrolyte membrane and a catalyst layer are laminated and an aluminum hydroxide-containing portion containing aluminum hydroxide is disposed inside;
(B) covering at least a part of the laminate with a sealing member containing silicone to form a covering portion;
A membrane electrode assembly manufacturing method comprising:
請求項5に記載の膜電極接合体製造方法において、
前記工程(a)は、
(c)水酸化アルミニウムを含む第1の触媒用インクと水酸化アルミニウムを含まない第2の触媒用インクとを用意する工程と、
(d)前記電解質膜のうち前記被覆部に含まれることとなる被覆対応部に、前記第1の触媒用インクを塗布することにより前記水酸化アルミニウム含有部を形成する工程と、
(e)前記電解質膜のうち前記被覆対応部を除く他の部分に、前記第2の触媒用インクを塗布することにより前記触媒層を形成する工程と、
を有する、膜電極接合体製造方法。
In the manufacturing method of a membrane electrode assembly according to claim 5,
The step (a)
(C) preparing a first catalyst ink containing aluminum hydroxide and a second catalyst ink not containing aluminum hydroxide;
(D) forming the aluminum hydroxide-containing portion by applying the first catalyst ink to a coating corresponding portion to be included in the coating portion of the electrolyte membrane;
(E) forming the catalyst layer by applying the second catalyst ink to other portions of the electrolyte membrane excluding the coating corresponding portion;
A method for producing a membrane electrode assembly, comprising:
請求項5に記載の膜電極接合体製造方法において、
前記工程(a)は、
(f)前記電解質膜として、前記被覆部に含まれることとなる被覆対応部において水酸化アルミニウムを含み、かつ、前記被覆対応部を除く他の部分において水酸化アルミニウムを含まない膜を製造する工程を有する、膜電極接合体製造方法。
In the manufacturing method of a membrane electrode assembly according to claim 5,
The step (a)
(F) A step of producing a film containing aluminum hydroxide in the coating corresponding part to be included in the coating part and not including aluminum hydroxide in the other part excluding the coating corresponding part as the electrolyte film. A method for producing a membrane electrode assembly, comprising:
請求項5に記載の膜電極接合体製造方法であって、
前記工程(a)は、
(g)前記被覆部に含まれることとなる電解質膜と触媒層とで挟まれる部分に水酸化アルミニウムを配置して前記水酸化アルミニウム含有部を形成する工程を有する、膜電極接合体製造方法。
It is a membrane electrode assembly manufacturing method according to claim 5,
The step (a)
(G) A method for producing a membrane / electrode assembly, including a step of forming aluminum hydroxide-containing portions by placing aluminum hydroxide in a portion sandwiched between an electrolyte membrane and a catalyst layer to be included in the covering portion.
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