JP2010262829A - Method of manufacturing fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a fuel cell, capable of effectively preventing forming of a region having no surface pressure in a power generation region and forming of a region having excessive surface pressure in a non-power generation region, as a result of defining spaces among a lamination site where a reinforcement film is laminated on a catalyst layer, a catalyst layer and a gas transmission layer. <P>SOLUTION: The manufacturing method consists of a first step of forming first catalyst layers 21, 31 on either side of an electrolyte membrane 1, arranging reinforcement films 8A, 8B at an exposed region 1' of a peripheral edge of the electrolyte membrane 1 and laminating its part on the first catalyst layers 21, 31 to form a lamination site, a second step of forming second catalyst layers 22, 32 at a space defined by ends of the lamination site of the reinforcement films 8A, 8B, and the first catalyst layers 21, 31, and forming a membrane electrode assembly 4 in which total thicknesses of the first catalyst layers and the second catalyst layers, respectively, are made not less than total thicknesses of the first catalyst layers and the reinforcement film of the lamination site, respectively, and the third step of forming a fuel cell 10 by arranging gas permeation layers 5A, 6A, 5B, 6B on either side of the membrane electrode assembly 4. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、触媒層の周縁であって、ガス透過層と電解質膜の間に補強膜を備えた燃料電池セルの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a fuel cell having a reinforcing membrane between a gas permeable layer and an electrolyte membrane, which is the periphery of a catalyst layer.

固体高分子型燃料電池の燃料電池セルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側およびカソード側の触媒層とから膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)が形成され、この膜電極接合体とこれを挟持するアノード側およびカソード側のガス拡散層(GDL)とから電極体(MEGA:Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly)が形成され、電極体に燃料ガスもしくは酸化剤ガスを提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するための金属多孔体からなるガス流路層とセパレータが電極体の両側に配されて構成されている。なお、セパレータにガス流路溝が形成された燃料電池セルも従来一般のものであり、この形態の場合にはガス流路層となる金属多孔体は不要である。実際の燃料電池スタックは、所要電力に応じた基数の燃料電池セルが積層され、スタッキングされることによって形成されている。   A fuel cell of a polymer electrolyte fuel cell has a membrane electrode assembly (MEA) formed from an ion-permeable electrolyte membrane and an anode-side and cathode-side catalyst layer sandwiching the electrolyte membrane. An electrode body (MEGA: Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly) is formed from the membrane electrode assembly and the anode-side and cathode-side gas diffusion layers (GDL) sandwiching the membrane-electrode assembly, and a fuel gas or an oxidant is formed on the electrode body. A gas flow path layer made of a porous metal body for collecting gas and collecting electricity generated by an electrochemical reaction and a separator are arranged on both sides of the electrode body. In addition, the fuel cell in which the gas flow channel groove is formed in the separator is also a conventional one, and in this case, the metal porous body that becomes the gas flow channel layer is unnecessary. An actual fuel cell stack is formed by stacking and stacking a number of fuel cell cells according to required power.

上記する燃料電池では、アノード電極に燃料ガスとして水素ガス等が提供され、カソード電極には酸化剤ガスとして酸素や空気が提供され、各電極では固有のガス流路層(またはセパレータに形成されたガス流路溝)にて面内方向にガスが流れ、次いでガス拡散層にて拡散されたガスが電極触媒層に導かれて電気化学反応がおこなわれるものである。   In the fuel cell described above, hydrogen gas or the like is provided as a fuel gas to the anode electrode, oxygen or air is provided as the oxidant gas to the cathode electrode, and each electrode has a unique gas flow path layer (or formed in a separator). The gas flows in the in-plane direction in the gas channel groove), and then the gas diffused in the gas diffusion layer is guided to the electrode catalyst layer to cause an electrochemical reaction.

上記するガス拡散層の形態として、拡散層基材と集電層(MPL:Micro Porous Layer)とから構成されるものは一般に知られるところである。一般には、触媒層は電解質膜よりも狭小な平面積(小さな平面積)を有しており、電解質膜が触媒層にて被覆されていない触媒層の周縁の露出領域には、ポリマー素材の補強膜(もしくは保護フィルム)が配設されており、この補強膜が拡散層基材と電解質膜の間に介在した構造が一般的である。補強膜を触媒層の周縁領域で拡散層基材と電解質膜の間に介在させることにより、触媒層を有する電解質膜(膜電極接合体)とガス拡散層をたとえば100〜130℃程度の高温雰囲気下、1〜3MPa程度の圧縮力で熱圧着する(電解質膜に影響を与えない熱圧着条件)際に、繊維質の拡散層基材の表面から突出する毛羽が電解質膜に突き刺さることを抑止することができる。   As a form of the gas diffusion layer described above, a gas diffusion layer composed of a diffusion layer base material and a current collecting layer (MPL: Micro Porous Layer) is generally known. In general, the catalyst layer has a smaller planar area (smaller planar area) than the electrolyte membrane, and a polymer material is reinforced in the exposed area around the catalyst layer where the electrolyte membrane is not covered with the catalyst layer. A membrane (or protective film) is provided, and a structure in which this reinforcing membrane is interposed between a diffusion layer substrate and an electrolyte membrane is common. By interposing the reinforcing membrane between the diffusion layer base material and the electrolyte membrane in the peripheral region of the catalyst layer, the electrolyte membrane (membrane electrode assembly) having the catalyst layer and the gas diffusion layer are in a high temperature atmosphere of about 100 to 130 ° C., for example. Below, when thermocompression bonding is performed with a compressive force of about 1 to 3 MPa (thermocompression conditions that do not affect the electrolyte membrane), fuzz protruding from the surface of the fibrous diffusion layer base material is prevented from piercing the electrolyte membrane. be able to.

また、上記する燃料電池セルにおいては、膜電極接合体に供給される燃料ガスや酸化剤ガス、さらにはセルの昇温を抑止するための冷却水などの流体をシールするためのガスケットが、電極体や金属多孔体の周縁に射出成形や圧縮成形にて形成されている。たとえばガス流路となる金属多孔体を具備する燃料電池セルにおいては、成形型のキャビティ内にアノード側もしくはカソード側の一方の金属多孔体を収容し、次いで電極体を収容し、次いでアノード側もしくはカソード側の他方の金属多孔体を収容した姿勢で、電極体および金属多孔体の周縁のガスケット形成用キャビティに樹脂を注入してガスケット成形がおこなわれている。なお、キャビティ内にアノード側もしくはカソード側いずれか一方のセパレータを最初に収容し、次いで上記する構成部材を収容して射出成形をおこなう方法もある。   Further, in the fuel cell described above, a gasket for sealing a fluid such as a fuel gas and an oxidant gas supplied to the membrane electrode assembly, and a cooling water for suppressing the temperature rise of the cell, It is formed by injection molding or compression molding at the periphery of the body or porous metal body. For example, in a fuel cell having a metal porous body serving as a gas flow path, one metal porous body on the anode side or cathode side is accommodated in the cavity of the mold, and then the electrode body is accommodated, and then the anode side or Gasket molding is performed by injecting a resin into the gasket forming cavity at the periphery of the electrode body and the metal porous body in a posture in which the other metal porous body on the cathode side is accommodated. There is also a method in which either the anode side or the cathode side separator is first accommodated in the cavity, and then the above-described constituent members are accommodated for injection molding.

上記するセパレータには、たとえばチタンやステンレスからなる2枚のプレートの間に流路が形成された中間プレートが介層された3層構造のものや、中間層を樹脂製の枠材とし、2枚のプレートの一方から多数のディンプルや流路を画成するリブを突出させて冷却水流路を形成するものなどがある。この3層構造のセパレータは、当該セル自体のアノード側もしくはカソード側のいずれか一方のセパレータであると同時に、積層姿勢において隣接するセルのアノード側もしくはカソード側の他方のセパレータとなるものである。すなわち、この3層構造セパレータを有する燃料電池セルのセル構成部材は、一つの3層構造セパレータと、アノード側およびカソード側のガス透過層(エキスパンドメタルや金属発泡焼結体などの金属多孔体からなるガス流路層)と、電極体(膜電極接合体およびガス拡散層)と、からなり、複数の燃料電池セルが積層された姿勢において、任意の燃料電池セルは、その両端にアノード側およびカソード側のセパレータを有することとなる。   Examples of the separator include a three-layer structure in which an intermediate plate in which a flow path is formed between two plates made of titanium or stainless steel, for example, or an intermediate layer made of a resin frame. There are a plurality of dimples and ribs that define a flow path project from one of the plates to form a cooling water flow path. The separator having the three-layer structure is either the anode side or the cathode side separator of the cell itself, and at the same time, is the other separator on the anode side or the cathode side of the adjacent cell in the stacked posture. That is, the cell constituent member of the fuel cell having this three-layer structure separator is composed of one three-layer structure separator and a gas permeable layer on the anode side and the cathode side (from a porous metal body such as expanded metal or metal foam sintered body). Gas passage layer) and an electrode body (membrane electrode assembly and gas diffusion layer), and in a posture in which a plurality of fuel cells are stacked, an arbitrary fuel cell has an anode side at both ends and It has a cathode side separator.

上記する補強膜とガスケットを備えた従来の燃料電池セルの構造を図4に示しており、同図にはさらに、スタッキング時の圧縮力による、電極体に作用する面圧を該電極体の部位ごとに示している。図4において、電解質膜aと、カソード側およびアノード側の触媒層b1、b2と、から膜電極接合体cが形成され、この膜電極接合体cをカソード側およびアノード側のガス拡散層d(拡散層基材d1と集電層d2とから構成される)が挟持して形成される。触媒層b1、b2は電解質膜aに比して狭小であり、電解質膜aが触媒層b1、b2で被覆されていない露出領域にはカソード側およびアノード側の補強膜e1,e2が配され、これらが電解質膜aと拡散層基材d1の間に介在している。また、図示例はガス流路となる金属多孔体fをカソード側およびアノード側に備えたものであり、電極体と金属多孔体fの周縁には、射出成形され、その内部に流体流通用のマニホールドMを有するガスケットgが形成されている。   FIG. 4 shows the structure of a conventional fuel cell having the above-described reinforcing membrane and gasket. Further, the surface pressure acting on the electrode body due to the compressive force at the time of stacking is further shown in FIG. Shown for each. In FIG. 4, a membrane electrode assembly c is formed from an electrolyte membrane a and cathode and anode catalyst layers b1 and b2, and the membrane electrode assembly c is formed into a cathode-side and anode-side gas diffusion layer d ( A diffusion layer base material d1 and a current collecting layer d2) are sandwiched and formed. The catalyst layers b1 and b2 are narrower than the electrolyte membrane a, and the cathode-side and anode-side reinforcing membranes e1 and e2 are disposed in the exposed regions where the electrolyte membrane a is not covered with the catalyst layers b1 and b2. These are interposed between the electrolyte membrane a and the diffusion layer base material d1. In the illustrated example, a metal porous body f serving as a gas flow path is provided on the cathode side and the anode side, and the periphery of the electrode body and the metal porous body f is injection-molded, and fluid circulation is provided in the inside thereof. A gasket g having a manifold M is formed.

図示例のごとく、補強膜e1,e2は、その触媒層側端部が触媒層b1、b2にラップ(積層)しているのが一般的である。この補強膜e1,e2は、熱圧着時に拡散層基材の毛羽が電解質膜aに突き刺さると、この突き刺さり箇所がガスのクロスリークを助長することとなり、燃料電池のクロスリーク耐久性が低下し、発電性能の低下に直結するという課題を解消するために設けられている。すなわち、電解質膜aが触媒層b1、b2と接触している領域は、該触媒層b1、b2にて電解質膜aが毛羽の突き刺さりから保護されている一方で、上記する電解質膜aの露出領域は補強膜e1,e2で毛羽の突き刺さりから保護される。ここで、触媒層b1、b2の端部から毛羽が電解質膜aに通じることを回避するべく、図示するように、補強膜e1,e2の端部を触媒層b1、b2に積層させるようにしている。上記補強膜の積層構造を呈する従来技術として、特許文献1に開示の燃料電池を挙げることができる。   As in the illustrated example, the reinforcing membranes e1 and e2 generally have their catalyst layer side ends wrapped (laminated) on the catalyst layers b1 and b2. When the fluff of the diffusion layer base material pierces the electrolyte membrane a during thermocompression bonding, the reinforcing membranes e1 and e2 promote gas cross-leakage, and the cross-leak durability of the fuel cell decreases. It is provided in order to solve the problem of being directly linked to a decrease in power generation performance. In other words, the region where the electrolyte membrane a is in contact with the catalyst layers b1 and b2 is the region where the electrolyte membrane a is protected from fluff sticking by the catalyst layers b1 and b2, while the exposed region of the electrolyte membrane a described above. Are protected from fluff sticking by the reinforcing films e1 and e2. Here, in order to avoid the fluff from passing through the end portions of the catalyst layers b1 and b2 to the electrolyte membrane a, the end portions of the reinforcing membranes e1 and e2 are laminated on the catalyst layers b1 and b2, as shown in the figure. Yes. As a prior art exhibiting the laminated structure of the reinforcing membrane, a fuel cell disclosed in Patent Document 1 can be cited.

なお、一般に補強膜は電解質膜や触媒層に比して高剛性であり、硬度も相対的に高いことから、上記する毛羽が突き刺さった場合でも、補強膜を貫通する毛羽の数は極めて少なくなり、結果として、補強膜を介し、電解質膜を介してアノード側とカソード側を毛羽が貫通することが効果的に抑止されている。   In general, since the reinforcing membrane is higher in rigidity than the electrolyte membrane and the catalyst layer and has a relatively high hardness, the number of fluff penetrating through the reinforcing membrane is extremely small even when the above-mentioned fluff is pierced. As a result, it is effectively prevented that the fluff penetrates the anode side and the cathode side through the reinforcing membrane and the electrolyte membrane.

ところで、燃料電池スタックは複数の燃料電池セルが積層され、スタッキングされて形成されるものであるが、このスタッキング時の圧縮力は各燃料電池セルに伝達され、図示のごとく膜電極接合体cに対してその上下から圧縮力Pとして作用する。ここで、図示のごとく補強膜e1,e2が触媒層b1、b2と積層している場合、相対的に高剛性の補強膜が積層している電極体箇所A(補強膜の積層箇所)が相対的に多くの割合の圧縮力を負担することとなり、それに起因して、他の電極体箇所には所期の圧縮力が作用しなくなるという課題が生じ得る。   By the way, the fuel cell stack is formed by stacking and stacking a plurality of fuel cells, and the compressive force at the time of stacking is transmitted to each fuel cell, and as shown in the drawing, it is applied to the membrane electrode assembly c. On the other hand, it acts as a compressive force P from above and below. Here, when the reinforcing membranes e1 and e2 are laminated with the catalyst layers b1 and b2, as shown in the figure, the electrode body portion A (the laminated portion of the reinforcing membrane) where the relatively rigid reinforcing membrane is laminated is relatively As a result, a large amount of compressive force is borne, resulting in a problem that the desired compressive force does not act on other electrode body locations.

あるいは、図4の面圧グラフで示すように、補強膜が触媒層に積層してなる電極体箇所Aでは面圧が過度に高くなり、その外側の補強膜が存在する領域は、該補強膜が電解質膜等に比して高剛性であるがゆえに過面圧領域となる。その一方で、電極体箇所Aの内側は、ガス拡散層と触媒層が接触しない箇所Gが存在することにより、この箇所Gに対応する電極体箇所には面圧が作用せず、面圧無領域が形成される。   Alternatively, as shown in the surface pressure graph of FIG. 4, in the electrode body portion A in which the reinforcing film is laminated on the catalyst layer, the surface pressure is excessively high, and the region where the outer reinforcing film is present is the reinforcing film. However, since it is more rigid than an electrolyte membrane or the like, it becomes an overpressure region. On the other hand, the inside of the electrode body portion A has a portion G where the gas diffusion layer and the catalyst layer are not in contact with each other, so that no surface pressure acts on the electrode body portion corresponding to this portion G, and there is no surface pressure. A region is formed.

そして、一般に、この面圧無領域より内側(面圧無領域を含む)は発電領域であり、それよりも外側の過面圧領域は非発電領域であるが、この非発電領域に図示のごとく過大な面圧が作用し、そのために、発電領域に十分な圧縮力が作用しない、さらには図示のごとく面圧無領域が生じてしまう、という不具合が生じ、燃料電池の発電性能を著しく低下させる要因となることは理解に易い。   In general, the inner side (including no surface pressure region) of this surface pressure non-region is the power generation region, and the outer surface pressure region outside the non-power generation region is a non-power generation region. Excessive surface pressure acts, which causes a problem that sufficient compression force does not act on the power generation region, and that no surface pressure region occurs as shown in the figure, which significantly reduces the power generation performance of the fuel cell. Being a factor is easy to understand.

特開2008−71542号公報JP 2008-71542 A

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、触媒層の周縁であって、ガス透過層と電解質膜の間に補強膜(たとえば保護フィルム)を備え、この補強膜の端部が触媒層に積層(ラップ)している膜電極接合体と、該膜電極接合体の両側に配されたガス透過層と、を備えた燃料電池セルの製造方法において、この補強膜が触媒層に積層している積層箇所が、スタッキング時の圧縮力のうちの相対的に多くの割合の圧縮力を過度に負担し、そのために、発電領域に十分な圧縮力が作用しなくなるという課題や、あるいは、本来的に発電領域であるはずの電極体の一部に面圧が作用せず、そのために発電量が低くならざるを得ないという課題、を効果的に解消することのできる燃料電池セルの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and is provided at the periphery of the catalyst layer, including a reinforcing film (for example, a protective film) between the gas permeable layer and the electrolyte film, and an end of the reinforcing film is provided. In a method of manufacturing a fuel cell comprising: a membrane electrode assembly laminated (wrapped) on a catalyst layer; and a gas permeable layer disposed on both sides of the membrane electrode assembly, the reinforcing membrane is formed on the catalyst layer. The stacking location where the layers are stacked excessively bears a relatively large proportion of the compressive force during stacking, and therefore, a problem that sufficient compressive force does not act on the power generation region, or A fuel cell that can effectively solve the problem that the surface pressure does not act on a part of the electrode body that should essentially be in the power generation region, and therefore the amount of power generation must be reduced. An object is to provide a manufacturing method.

前記目的を達成すべく、本発明による燃料電池セルの製造方法は、電解質膜と、これよりも狭小な平面積で該電解質膜の両側で当接する触媒層と、から膜電極接合体が形成され、該膜電極接合体の両側にガス透過層が配されてなる燃料電池セルの製造方法であって、電解質膜の両側に第1の触媒層を形成し、該電解質膜のうち、該第1の触媒層で被覆されていない周縁の露出領域に補強膜を配し、かつ該補強膜の一部を第1の触媒層上に積層して積層箇所を形成する、第1の工程、補強膜の前記積層箇所の端部と、前記第1の触媒層と、で画成された空間に第2の触媒層を形成し、第1の触媒層と第2の触媒層それぞれの厚みの和を第1の触媒層と積層箇所の補強膜それぞれの厚みの和以上として膜電極接合体を形成する、第2の工程、ガス透過層を膜電極接合体の両側に配して燃料電池セルを形成する第3の工程、からなるものである。   In order to achieve the above object, a method of manufacturing a fuel cell according to the present invention includes a membrane electrode assembly formed of an electrolyte membrane and a catalyst layer that has a smaller planar area than the catalyst layer and contacts both sides of the electrolyte membrane. A fuel cell manufacturing method in which gas permeable layers are disposed on both sides of the membrane electrode assembly, wherein a first catalyst layer is formed on both sides of the electrolyte membrane, and the first of the electrolyte membranes A first step, a reinforcing membrane, in which a reinforcing film is disposed in an exposed area on the periphery not covered with the catalyst layer, and a part of the reinforcing film is laminated on the first catalyst layer to form a laminated portion A second catalyst layer is formed in a space defined by the end portion of the stacked portion and the first catalyst layer, and the sum of the thicknesses of the first catalyst layer and the second catalyst layer is determined. A second step of forming a membrane / electrode assembly as a sum of the thicknesses of the first catalyst layer and the reinforcing membranes at the laminated portion, a gas A third step of forming a fuel cell by arranging an over layer on both sides of the membrane electrode assembly, is made of.

また、本発明による燃料電池セルの製造方法の他の実施の形態は、電解質膜の両側に第1の触媒層を形成し、該電解質膜のうち、該第1の触媒層で被覆されていない周縁の露出領域に補強膜を配し、かつ該補強膜の一部を第1の触媒層上に積層して積層箇所を形成する、第1の工程、ガス透過層の表面であって、補強膜の前記積層箇所の端部と前記第1の触媒層とで画成された空間に対応する位置に、第2の触媒層を形成し、第1の触媒層と第2の触媒層を当接するようにして電解質膜とガス透過層を該触媒層を介して積層し、第1の触媒層と第2の触媒層それぞれの厚みの和を第1の触媒層と積層箇所の補強膜それぞれの厚みの和以上として燃料電池セルを形成する、第2の工程、からなるものである。   In another embodiment of the method for producing a fuel cell according to the present invention, the first catalyst layer is formed on both sides of the electrolyte membrane, and the electrolyte membrane is not covered with the first catalyst layer. A reinforcing film is disposed in the exposed area of the periphery, and a part of the reinforcing film is laminated on the first catalyst layer to form a laminated portion. A second catalyst layer is formed at a position corresponding to the space defined by the end portion of the laminated portion of the membrane and the first catalyst layer, and the first catalyst layer and the second catalyst layer are applied to each other. The electrolyte membrane and the gas permeable layer are laminated through the catalyst layer so as to be in contact with each other, and the sum of the thicknesses of the first catalyst layer and the second catalyst layer is determined for each of the first catalyst layer and the reinforcing membrane of the laminated portion. The second step is to form the fuel cell as the sum of the thickness or more.

上記する本発明の製造方法によって製造される燃料電池セルは、補強膜の一部が触媒層上に積層して積層箇所を形成しているものであり、この触媒層を2層以上の複数層から形成するものとし、電解質膜に当接する第1の触媒層上に補強膜の積層箇所を形成し、補強膜の積層箇所の端部と、第1の触媒層と、で画成された空間に第2の触媒層を形成して、この空間を触媒層にて閉塞することで、従来構造の燃料電池セルの有する課題、すなわち、補強膜が存在する領域が過面圧領域となり、空間が形成されることでガス透過層(ガス拡散層)と触媒層が接触しない発電領域に面圧が作用せず、面圧無領域が形成されることで発電性能が低下し得るという課題を効果的に解消するものである。なお、この製造方法によって製造された燃料電池セルが所定基数積層され、スタッキングされることによって燃料電池(スタック)が形成される。   The fuel cell manufactured by the manufacturing method of the present invention described above has a part of the reinforcing film stacked on the catalyst layer to form a stacked portion, and the catalyst layer is formed of a plurality of layers of two or more layers. A space formed by forming a laminated portion of the reinforcing film on the first catalyst layer in contact with the electrolyte membrane, and defining an end portion of the laminated portion of the reinforcing membrane and the first catalyst layer The second catalyst layer is formed and the space is closed by the catalyst layer, so that the problem of the fuel cell of the conventional structure, that is, the region where the reinforcing membrane exists is an overpressure region, The formation of a surface pressure-free region does not act on the power generation region where the gas permeable layer (gas diffusion layer) and the catalyst layer do not contact with each other, and the problem that the power generation performance may be reduced due to the formation of the surface pressure-free region is effective. It will be solved. A predetermined number of fuel cells manufactured by this manufacturing method are stacked and stacked to form a fuel cell (stack).

ここで、第2の触媒層の形成方法の一実施の形態として、この第2の触媒層を、電解質膜に当接する第1の触媒層の表面(の上記空間)に直接形成してもよい。すなわち、電解質膜の表面に第1の触媒層を形成し、次いで補強膜を第1の触媒層の周縁にその一部をラップさせるようにして形成し(積層箇所の形成)、補強膜の積層箇所の端部と、第1の触媒層と、で画成された空間に第2の触媒層用の触媒インク(触媒溶液)を塗工等し、これを乾燥させることで、当該空間に第2の触媒層を形成するものである。   Here, as an embodiment of the method for forming the second catalyst layer, the second catalyst layer may be directly formed on the surface (the space) of the first catalyst layer in contact with the electrolyte membrane. . That is, the first catalyst layer is formed on the surface of the electrolyte membrane, and then the reinforcing membrane is formed so as to be partially wrapped around the periphery of the first catalyst layer (formation of the laminated portion). The catalyst ink (catalyst solution) for the second catalyst layer is applied to the space defined by the end portion of the portion and the first catalyst layer, and dried, so that 2 catalyst layers are formed.

また、第2の触媒層の形成方法の他の実施の形態として、たとえばガス拡散層等のガス透過層のうち、第1の触媒層をその表面に有する電解質膜とホットプレスされた際に、補強膜の積層箇所の端部と第1の触媒層とで画成された空間に対応する当該ガス透過層の表面位置に第2の触媒層を形成し、第2の触媒層が形成されたガス透過層と第1の触媒層が形成された電解質膜とをホットプレス等することで、第1の触媒層と第2の触媒層が積層してなる触媒層を形成する方法であってもよい。   Further, as another embodiment of the method of forming the second catalyst layer, for example, when a gas permeable layer such as a gas diffusion layer is hot pressed with an electrolyte membrane having the first catalyst layer on the surface thereof, The second catalyst layer was formed by forming the second catalyst layer at the surface position of the gas permeable layer corresponding to the space defined by the end of the laminated portion of the reinforcing membrane and the first catalyst layer. Even in a method of forming a catalyst layer in which the first catalyst layer and the second catalyst layer are laminated by hot pressing the gas permeable layer and the electrolyte membrane on which the first catalyst layer is formed. Good.

なお、ここで、触媒層を第1の触媒層と第2の触媒層とで区分しているのは、その製造過程やその形成される基材が異なるためであり、たとえば、双方の触媒層の成分(触媒素材、触媒の担持量など)が同一の場合、最終的に当接された姿勢においては、第1の触媒層と第2の触媒層が一体の触媒層となり得るものであることは言うまでもない。また、第1の触媒層と第2の触媒層とで、双方の触媒成分(触媒の素材、担持量など)が同じ形態のほか、双方が異なる触媒成分からなる形態であってもよい。さらには、従来構造は1層のみの触媒層(ここでいう第1の触媒層のみに相当)を有するものであることから、第1、第2の触媒層の全触媒量を、従来構造の1層の触媒層の触媒量と同程度とすることで、2層以上とした場合に触媒量が増加することを抑制することもできる。   Here, the reason why the catalyst layer is divided into the first catalyst layer and the second catalyst layer is because the manufacturing process and the base material formed are different. When the components of the catalyst (the catalyst material, the amount of catalyst supported, etc.) are the same, the first catalyst layer and the second catalyst layer can be an integral catalyst layer in the final contacted posture. Needless to say. In addition, the first catalyst layer and the second catalyst layer may have the same catalyst component (catalyst material, supported amount, etc.), or may be formed of different catalyst components. Furthermore, since the conventional structure has only one catalyst layer (corresponding to only the first catalyst layer here), the total amount of catalyst in the first and second catalyst layers is set to that of the conventional structure. By making it the same as the catalyst amount of one catalyst layer, it is possible to suppress an increase in the catalyst amount when two or more layers are formed.

なお、第1、第2の触媒層がそれぞれ、さらに複数の触媒層から構成されるものであってもよく、このことはすなわち、3以上の触媒層(第3の触媒層、第4の触媒層など)からなる形態ということもできるが、このように3層以上の積層構造であっても、第1の触媒層〜第nの触媒層(n≧3)の厚みの和が第1の触媒層と積層箇所の補強膜の厚みの和以上であればよい。   Each of the first and second catalyst layers may be composed of a plurality of catalyst layers, which means that three or more catalyst layers (third catalyst layer, fourth catalyst layer) In this way, even in a laminated structure of three or more layers, the sum of the thicknesses of the first catalyst layer to the nth catalyst layer (n ≧ 3) is the first. What is necessary is just to be more than the sum of the thickness of the reinforcing film of a catalyst layer and a lamination | stacking location.

さらに、上記する製造方法では、第1の触媒層と第2の触媒層それぞれの厚みの和を第1の触媒層と積層箇所の補強膜それぞれの厚みの和以上として膜電極接合体を形成するものであり、これにより、たとえばスタッキング時の圧縮力がガス拡散層を介して触媒層と補強膜に作用した姿勢において、触媒層の全面に圧縮力を作用させることを担保でき、上記する面圧無領域が形成されることを抑止することができる。このことは、補強膜の積層箇所にスタッキング時の圧縮力が過度に作用する(過度に圧縮力を負担する)のを効果的に抑制できることをも意味するものであり、もって、発電領域に所望の圧縮力を作用させることに繋がるのである。   Furthermore, in the manufacturing method described above, the membrane electrode assembly is formed by setting the sum of the thicknesses of the first catalyst layer and the second catalyst layer to be equal to or greater than the sum of the thicknesses of the first catalyst layer and the reinforcing membranes at the laminated positions. Thus, for example, in a posture in which the compressive force at the time of stacking acts on the catalyst layer and the reinforcing film via the gas diffusion layer, it is possible to ensure that the compressive force acts on the entire surface of the catalyst layer, and the above-described surface pressure The formation of no area can be suppressed. This also means that it is possible to effectively prevent the compressive force during stacking from acting excessively (bearing excessive compressive force) on the laminated portion of the reinforcing membrane, and thus it is desirable for the power generation region. This leads to the application of the compression force.

尤も、補強膜に比して、触媒層は低剛性で、かつ同一の圧縮力に対して変形量も大きいことに鑑みれば、第1の触媒層と第2の触媒層それぞれの厚みの和を第1の触媒層と積層箇所の補強膜それぞれの厚みの和よりも大きくしておくのが好ましい。   However, in view of the fact that the catalyst layer has low rigidity and a large amount of deformation with respect to the same compressive force as compared with the reinforcing membrane, the sum of the thicknesses of the first catalyst layer and the second catalyst layer can be calculated. It is preferable that the thickness is larger than the sum of the thicknesses of the first catalyst layer and the reinforcing film at the laminated portion.

以上より、本発明の燃料電池セルの製造方法では、補強膜が第1の触媒層に積層する積層箇所の端部と、該第1の触媒層と、で画成された空間に別途の触媒層(第2の触媒層)を形成し、しかも、この第2の触媒層が形成された領域の全触媒層の厚みを補強膜の積層箇所の厚み以上の厚みに形成するだけの極めて簡易な製造方法により、触媒層の発電領域に対して、所期の、しかも面内均一な圧縮力を作用させることができるものである。   As described above, in the fuel cell manufacturing method of the present invention, a separate catalyst is formed in the space defined by the end portion of the laminated portion where the reinforcing membrane is laminated on the first catalyst layer and the first catalyst layer. A layer (second catalyst layer) is formed, and the thickness of all the catalyst layers in the region where the second catalyst layer is formed is extremely simple simply by forming it to a thickness greater than the thickness of the laminated portion of the reinforcing membrane. By the manufacturing method, a desired and uniform in-plane compressive force can be applied to the power generation region of the catalyst layer.

ここで、本発明の製造方法で製造される燃料電池セルの構造は、膜電極接合体のアノード側とカソード側の双方に拡散層基材と集電層からなるガス拡散層を具備する形態、アノード側とカソード側のいずれか一方は集電層のみを具備する(拡散層基材が廃された)形態の双方を含んでいる。また、本明細書では、これらのいずれの形態も電極体と称呼している。また、電極体の両側にガス流路溝が形成されたセパレータが直接配された形態は勿論のこと、いわゆるフラットタイプのセパレータと電極体の間に、ガス流路層(エキスパンドメタル等の金属多孔体)が配された形態を含むものである。さらに、「ガス透過層」とは、ガス拡散層とガス流路層の双方を含む意味である。したがって、ガス流路層を具備しないセル形態においては「ガス透過層」は「ガス拡散層」を意味するものであり、ガス拡散層とガス流路層の双方を具備するセル形態においては「ガス透過層」は「ガス拡散層」と「ガス流路層」の双方もしくはいずれか一方を意味するものである。   Here, the structure of the fuel cell manufactured by the manufacturing method of the present invention is a mode in which a gas diffusion layer comprising a diffusion layer base material and a current collecting layer is provided on both the anode side and the cathode side of the membrane electrode assembly, Either one of the anode side and the cathode side includes both of the forms including only the current collecting layer (the diffusion layer base material is discarded). In the present specification, any of these forms is referred to as an electrode body. In addition to a configuration in which separators having gas flow channel grooves formed on both sides of the electrode body are directly arranged, a gas flow channel layer (a porous metal such as an expanded metal) is formed between a so-called flat type separator and the electrode body. Body) is included. Furthermore, the “gas permeable layer” is meant to include both a gas diffusion layer and a gas flow path layer. Therefore, in a cell configuration that does not include a gas flow path layer, a “gas permeable layer” means a “gas diffusion layer”, and in a cell configuration that includes both a gas diffusion layer and a gas flow path layer, The “permeation layer” means either or both of “gas diffusion layer” and “gas flow path layer”.

また、セパレータは、既述する3層構造のセパレータ、すなわち、第1のプレート(たとえばカソード側プレート)、中間層(もしくは中間プレート)、第2のプレート(たとえばアノード側プレート)が積層してなる3層構造のセパレータを有していてもよいし、一側面にガス用溝流路が形成され、他側面に冷却媒体用溝流路が形成された、従来一般のセパレータを有していてもよい。   The separator has a three-layer structure as described above, that is, a first plate (for example, cathode side plate), an intermediate layer (or intermediate plate), and a second plate (for example, anode side plate) are laminated. It may have a separator having a three-layer structure, or may have a conventional general separator in which a gas groove channel is formed on one side surface and a cooling medium groove channel is formed on the other side surface. Good.

なお、上記する第2の触媒層は、アノード側とカソード側の双方に設ける形態以外にも、アノード側もしくはカソード側のいずれか一方にのみ当該第2の触媒層を形成するものであってもよく、この形態でも、双方の極でガス透過層と触媒層の間に空間が形成されている従来構造に比して、非発電領域に生じ得る過度な面圧を効果的に緩和でき、面圧無領域や過面圧領域の形成抑止を図ることができる。   Note that the second catalyst layer described above may be formed only on either the anode side or the cathode side, in addition to the form provided on both the anode side and the cathode side. Well, even in this configuration, it is possible to effectively relieve the excessive surface pressure that may occur in the non-power generation region, as compared with the conventional structure in which a space is formed between the gas permeable layer and the catalyst layer at both poles. It is possible to suppress formation of a pressureless region and an overpressure region.

以上の説明から理解できるように、本発明の燃料電池の製造方法によれば、少なくとも、電解質膜のうち、触媒層で被覆されていない周縁の露出領域とガス透過層の間に補強膜が介在し、かつ、該補強膜の一部が(第1の)触媒層上に積層して積層箇所を形成するものに関し、この補強膜の積層箇所の端部と、(第1の)触媒層と、で画成される空間を別途の(第2の)触媒層で閉塞することにより、非発電領域となる周縁領域に過度の面圧が作用するのを効果的に抑制でき、中央の発電領域に所望の面圧を確実に作用させることができる。このことは、燃料電池の発電性能の向上、発電量の増大に繋がるものである。   As can be understood from the above description, according to the method of manufacturing a fuel cell of the present invention, at least a reinforcing membrane is interposed between the exposed region of the peripheral edge of the electrolyte membrane not covered with the catalyst layer and the gas permeable layer. And a part of the reinforcing membrane is laminated on the (first) catalyst layer to form a laminated portion, the end of the laminated portion of the reinforcing membrane, the (first) catalyst layer, By closing the space defined by a separate (second) catalyst layer, it is possible to effectively suppress an excessive surface pressure from acting on the peripheral region that becomes the non-power generation region, and the central power generation region Thus, a desired surface pressure can be reliably applied. This leads to an improvement in the power generation performance of the fuel cell and an increase in the amount of power generation.

本発明の製造方法によって製造された燃料電池セルの一実施の形態の一部を示した縦断面図であって、スタッキング時の圧縮力が作用した状態を示した図である。It is the longitudinal cross-sectional view which showed a part of one Embodiment of the fuel cell manufactured by the manufacturing method of this invention, Comprising: It is the figure which showed the state which the compression force acted on the stacking. 本発明の製造方法によって製造された燃料電池セルの他の実施の形態の一部を示した縦断面図であって、スタッキング時の圧縮力が作用した状態を示した図である。It is the longitudinal cross-sectional view which showed a part of other embodiment of the fuel cell manufactured by the manufacturing method of this invention, Comprising: It is the figure which showed the state which the compression force at the time of stacking acted. 本発明の製造方法によって製造された燃料電池セルのさらに他の実施の形態の一部を示した縦断面図であって、スタッキング時の圧縮力が作用した状態を示した図である。It is the longitudinal cross-sectional view which showed a part of further another embodiment of the fuel cell manufactured by the manufacturing method of this invention, Comprising: It is the figure which showed the state which the compression force at the time of stacking acted. 従来構造の燃料電池セルの一部を示した縦断面図であって、スタッキング時の圧縮力による、電極体に作用する面圧をともに示した図である。It is the longitudinal cross-sectional view which showed a part of fuel cell of the conventional structure, Comprising: It is the figure which showed together the surface pressure which acts on an electrode body by the compressive force at the time of stacking.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示例は、カソード側およびアノード側の双方に補強膜が配されたセル構造を示しているが、ガス拡散層からの毛羽の突き刺さりに起因した電解質膜を貫通する貫通孔が形成されないことを前提として、アノード側およびカソード側のいずれか一方にのみ補強膜が配されたセル構造であってもよい。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Although the illustrated example shows a cell structure in which a reinforcing film is disposed on both the cathode side and the anode side, a through-hole penetrating the electrolyte membrane due to fluff sticking out from the gas diffusion layer is not formed. As a premise, a cell structure in which a reinforcing film is disposed only on one of the anode side and the cathode side may be used.

図1〜図3はそれぞれ、本発明の製造方法によって製造された燃料電池セルの一部を示した縦断面図である。図1で示す燃料電池セル10は、電解質膜1と、カソード側およびアノード側の触媒層2,3と、から膜電極接合体4が形成され、これをカソード側およびアノード側のガス拡散層5A,5B(ガス透過層)が挟持して電極体を形成し、電極体の両側にカソード側およびアノード側のガス流路層6A,6B(ガス透過層)が配され、ガス流路層6A,6Bの一方側に3層構造のセパレータ7が配され、電極体およびガス流路層6A,6Bの周縁に樹脂素材のガスケット9が形成されて、その全体が大略構成されている。なお、図示する燃料電池セル10が複数積層され、スタッキングされた姿勢において、電極体およびガス流路層6A,6Bは、自身のセパレータ7と、積層姿勢で隣接する燃料電池セルのセパレータ7とで挟持された構造となる。   1 to 3 are longitudinal sectional views showing a part of a fuel battery cell manufactured by the manufacturing method of the present invention. In the fuel cell 10 shown in FIG. 1, a membrane electrode assembly 4 is formed from the electrolyte membrane 1 and the catalyst layers 2 and 3 on the cathode side and the anode side, and this is formed into a gas diffusion layer 5A on the cathode side and the anode side. , 5B (gas permeable layer) sandwiched to form an electrode body, cathode side and anode side gas flow path layers 6A, 6B (gas permeable layer) are arranged on both sides of the electrode body, and gas flow path layer 6A, A separator 7 having a three-layer structure is disposed on one side of 6B, and a gasket 9 made of a resin material is formed on the periphery of the electrode body and the gas flow path layers 6A and 6B. In the posture in which a plurality of illustrated fuel cells 10 are stacked and stacked, the electrode body and the gas flow path layers 6A and 6B are composed of their own separators 7 and the separators 7 of adjacent fuel cells in the stacked posture. It becomes a sandwiched structure.

ここで、触媒層2,3は電解質膜1に比してそれらの面積が狭小であり、したがって、電解質膜1の両側の触媒層2,3の周縁には該触媒層2,3が存在しない露出領域1’が形成される。   Here, the catalyst layers 2 and 3 have a smaller area than the electrolyte membrane 1, and therefore the catalyst layers 2 and 3 do not exist at the periphery of the catalyst layers 2 and 3 on both sides of the electrolyte membrane 1. An exposed region 1 ′ is formed.

この露出領域1’には、カソード側およびアノード側の補強膜8A,8Bが配されており、より具体的には、該補強膜8A,8Bの一部が触媒層2,3上にラップして積層箇所を形成した姿勢で、触媒層2,3から露出領域1’に亘って補強膜8A,8Bが配されている。この積層箇所を形成した姿勢で補強膜8A,8Bが配されていることにより、ガス拡散層5A,5Bから突出する毛羽が電解質膜1に突き刺さるのを完全に防護することができる。   In the exposed region 1 ′, reinforcing films 8A and 8B on the cathode side and the anode side are arranged. More specifically, a part of the reinforcing films 8A and 8B is wrapped on the catalyst layers 2 and 3. Thus, the reinforcing films 8A and 8B are arranged from the catalyst layers 2 and 3 to the exposed region 1 ′ in a posture in which stacked portions are formed. By arranging the reinforcing films 8A and 8B in a posture in which the laminated portion is formed, it is possible to completely prevent the fluff protruding from the gas diffusion layers 5A and 5B from being stuck into the electrolyte membrane 1.

ここで、膜電極接合体4を構成する電解質膜1は、たとえば、スルホン酸基やカルボニル基を持つフッ素系イオン交換膜、置換フェニレンオキサイドやスルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリアリールエーテルスルホン、スルホン化フェニレンスルファイドなどの非フッ素系のポリマーなどから形成される。   Here, the electrolyte membrane 1 constituting the membrane electrode assembly 4 is, for example, a fluorine ion exchange membrane having a sulfonic acid group or a carbonyl group, a substituted phenylene oxide, a sulfonated polyaryletherketone, a sulfonated polyarylethersulfone, It is formed from a non-fluorine polymer such as sulfonated phenylene sulfide.

ここで、触媒層2,3は、電解質膜1の表面に直接的に形成され、しかも補強膜8A,8Bの一部が積層する第1の触媒層21,31と、この補強膜8A,8Bの積層箇所の端部と、第1の触媒層21,31と、で画成される空間を閉塞する第2の触媒層22,32と、から構成されている。   Here, the catalyst layers 2 and 3 are formed directly on the surface of the electrolyte membrane 1, and the first catalyst layers 21 and 31 in which a part of the reinforcing membranes 8A and 8B are laminated, and the reinforcing membranes 8A and 8B. And the second catalyst layers 22 and 32 for closing the space defined by the first catalyst layers 21 and 31.

ここで、図示する燃料電池セル10の製造方法を概説する。
まず、不図示の容器にて、白金や白金合金等の触媒が担持された導電性担体(粒子状のカーボン担体など)と、ナフィオン(Nafion)(登録商標、デュポン社製)からなる電解質と、エタノール、プロピレングリコールなどの分散溶媒(有機溶媒)と、を混合して触媒溶液を生成する。ここで、電解質の分散は、各種ミルや超音波分散機などを使用しておこなわれる。この方法で生成された触媒溶液は、カソード側、アノード側双方の触媒層の形成に使用される(すなわち、同素材の触媒溶液にて両極の触媒層が製造される)。
Here, the manufacturing method of the illustrated fuel cell 10 will be outlined.
First, in a container (not shown), a conductive carrier (such as a particulate carbon carrier) on which a catalyst such as platinum or a platinum alloy is supported, and an electrolyte made of Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), A catalyst solution is produced by mixing a dispersion solvent (organic solvent) such as ethanol or propylene glycol. Here, the dispersion of the electrolyte is performed using various mills, ultrasonic dispersers, or the like. The catalyst solution produced by this method is used to form both the cathode side and the anode side catalyst layers (that is, the bipolar catalyst layers are produced with the catalyst solution of the same material).

生成された触媒溶液を電解質膜1上に流し込み、不図示の塗工ブレード等にて触媒溶液を層状に引き伸ばしてアノード側の塗膜を形成し、これをたとえば温風乾燥することでアノード側の第1の触媒層31が形成される。   The produced catalyst solution is poured onto the electrolyte membrane 1, and the catalyst solution is stretched in layers by a coating blade (not shown) to form an anode-side coating film. A first catalyst layer 31 is formed.

ここで、電解質膜1は、スルホン酸基やカルボニル基を持つフッ素系イオン交換膜、置換フェニレンオキサイドやスルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリアリールエーテルスルホン、スルホン化フェニレンスルファイドなどの非フッ素系のポリマーなどから形成されている。なお、塗膜の形成方法はこの方法に限定されるものではなく、スプレー塗工やインクジェット法、スクリーン印刷法などの従来公知の形成方法が適用できる。   Here, the electrolyte membrane 1 is a fluorine-based ion exchange membrane having a sulfonic acid group or a carbonyl group, a non-fluorine-based material such as a substituted phenylene oxide, a sulfonated polyaryletherketone, a sulfonated polyarylethersulfone, or a sulfonated phenylene sulfide. It is formed from such a polymer. In addition, the formation method of a coating film is not limited to this method, Conventionally well-known formation methods, such as spray coating, the inkjet method, and the screen printing method, are applicable.

電解質膜1の一方面にアノード側の第1の触媒層31が形成されたら、この電解質膜1の他方面にアノード側と同素材の触媒溶液を流し、同様の製法にてカソード側の第1の触媒層21を形成する。なお、第1の触媒層31,21の形成順序は逆であってもよい。   When the anode-side first catalyst layer 31 is formed on one surface of the electrolyte membrane 1, a catalyst solution of the same material as the anode side is flowed to the other surface of the electrolyte membrane 1, and the cathode-side first catalyst layer 31 is subjected to the same manufacturing method. The catalyst layer 21 is formed. The formation order of the first catalyst layers 31 and 21 may be reversed.

次に、ポリエチレンナフタレート(PEN)からなる補強膜8A,8Bを、その一部を第1の触媒層31,21にラップさせるようにして電解質膜の露出領域1’表面に接着剤等を介して配することにより、第1の触媒層31,21と、補強膜8A,8Bの積層箇所の端部と、で画成された空間が形成される。なお、図1は、燃料電池セル10の右側のみを示した縦断面図であり、左側にも同様の構造が形成されていることは言うまでもない。
この第1の触媒層31,21と、補強膜8A,8Bの積層箇所の端部と、で画成された空間に、第1の触媒層31,21と同素材の触媒溶液を流し込み、上記する第1の触媒層31,21と同様の方法で第2の触媒層32,22を形成することにより、図示のごとき、2層の触媒層が積層されたカソード側の触媒層2、アノード側の触媒層3が形成できる。
Next, reinforcing membranes 8A and 8B made of polyethylene naphthalate (PEN) are partially wrapped with the first catalyst layers 31 and 21, and an adhesive or the like is interposed on the surface of the exposed region 1 ′ of the electrolyte membrane. By arranging these, a space defined by the first catalyst layers 31 and 21 and the end portions of the laminated portions of the reinforcing membranes 8A and 8B is formed. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing only the right side of the fuel cell 10, and it goes without saying that a similar structure is formed on the left side.
A catalyst solution made of the same material as that of the first catalyst layers 31 and 21 is poured into a space defined by the first catalyst layers 31 and 21 and end portions of the laminated portions of the reinforcing films 8A and 8B. By forming the second catalyst layers 32 and 22 in the same manner as the first catalyst layers 31 and 21, the catalyst layer 2 on the cathode side on which the two catalyst layers are laminated as shown in the drawing, the anode side The catalyst layer 3 can be formed.

そして、この触媒層の形成に際しては、スタッキング時の圧縮力:Pが作用した図示の姿勢において、中央の発電領域(第2の触媒層22,32が形成されている領域)の厚みと、周縁の非発電領域(第2の触媒層22,32が形成されていない領域)領域の厚みと、が同程度の厚み:tとなるように、予め、第1の触媒層21と第2の触媒層22の厚みの和(第1の触媒層31と第2の触媒層32の厚みの和)を、第1の触媒層21と補強膜8Aの厚みの和よりも厚く形成しておくのがよい。   In forming the catalyst layer, the thickness of the central power generation region (the region where the second catalyst layers 22 and 32 are formed) and the peripheral edge in the posture shown in FIG. The first catalyst layer 21 and the second catalyst are previously set so that the thickness of the non-power generation region (region in which the second catalyst layers 22 and 32 are not formed) is approximately the same thickness: t. The sum of the thicknesses of the layers 22 (the sum of the thicknesses of the first catalyst layer 31 and the second catalyst layer 32) is formed to be thicker than the sum of the thicknesses of the first catalyst layer 21 and the reinforcing membrane 8A. Good.

一般的に、触媒層2,3は、補強膜8A,8Bに比して低剛性であり、圧縮力に対する変形量が大きいことを勘案すれば、スタッキングされる前の状態で、中央の発電領域の触媒層の厚みを非発電領域の厚みよりも所定量だけ厚く調整しておくことで、スタッキング時の圧縮力が作用し、触媒層2,3および補強膜8A,8Bがそれぞれに固有の変形量で変形した最終姿勢において、中央の発電領域の触媒層の厚みと、周縁の非発電領域の触媒層の厚みに補強膜8A,8Bを付加した厚みと、を同程度にすることができる。   In general, the catalyst layers 2 and 3 have a lower rigidity than the reinforcing membranes 8A and 8B, and a large amount of deformation with respect to the compressive force takes into account the central power generation region in a state before stacking. By adjusting the thickness of the catalyst layer to be a predetermined amount larger than the thickness of the non-power generation region, the compressive force at the time of stacking acts, and the catalyst layers 2 and 3 and the reinforcing membranes 8A and 8B have their own deformations. In the final posture deformed by the amount, the thickness of the catalyst layer in the central power generation region and the thickness obtained by adding the reinforcing films 8A and 8B to the thickness of the catalyst layer in the peripheral non-power generation region can be made comparable.

膜電極接合体4が形成されたら、この両側にガス拡散層5A,5Bを順に、所定の高温雰囲気下、所定圧にて加圧することにより、膜電極接合体4とガス拡散層5A,5Bを熱圧着する。   When the membrane / electrode assembly 4 is formed, the gas diffusion layers 5A and 5B are sequentially pressed on both sides of the membrane / electrode assembly 4 at a predetermined pressure in a predetermined high-temperature atmosphere to thereby connect the membrane / electrode assembly 4 and the gas diffusion layers 5A and 5B. Thermocompression bonding.

最後に、成形型内に、3層構造のセパレータ7、アノード側のガス流路層6B,電極体、カソード側のガス流路層6Aを収容して型閉めし、膜電極接合体4の側方のガスケット用キャビティ内に樹脂を注入する(射出成形)等の方法でガスケット9が成形される。
なお、上記の方法のほかにも、第2の触媒層22,32を、ガス拡散層5A,5Bの表面であって上記する空間に対応する位置に形成し、第1の触媒層21,31が形成された電解質膜1と、第2の触媒層22,32が形成されたガス拡散層5A,5Bを、第1の触媒層21,31と第2の触媒層22,32を当接させた姿勢で熱圧着する方法であってもよい。
Finally, the separator 7 having the three-layer structure, the anode-side gas flow path layer 6B, the electrode body, and the cathode-side gas flow path layer 6A are accommodated in the mold, and the mold is closed. The gasket 9 is formed by a method such as injection of resin into the other gasket cavity (injection molding).
In addition to the above method, the second catalyst layers 22 and 32 are formed on the surfaces of the gas diffusion layers 5A and 5B at positions corresponding to the spaces described above, and the first catalyst layers 21 and 31 are formed. The first catalyst layers 21 and 31 and the second catalyst layers 22 and 32 are brought into contact with the electrolyte membrane 1 formed with the gas diffusion layers 5A and 5B formed with the second catalyst layers 22 and 32. A method of thermocompression bonding in a different posture may be used.

ここで、上記する燃料電池セル10の各構成要素の素材についてより詳細に例示する。まず、触媒溶液を形成する電解質としては、プロトン伝導性ポリマーである、有機系の含フッ素高分子を骨格とするイオン交換樹脂、例えばパーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等のスルホン化プラスチック系電解質、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルケトン、スルホアルキル化ポリエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリスルホン、スルホアルキル化ポリスルフィド、スルホアルキル化ポリフェニレンなどのスルホアルキル化プラスチック系電解質などを挙げることができる。なお、市販素材としては、ナフィオン(Nafion)(登録商標、デュポン社製)やフレミオン(Flemion)(登録商標、旭硝子株式会社製)などを挙げることができる。   Here, it demonstrates in detail about the raw material of each component of the fuel cell 10 mentioned above. First, as an electrolyte for forming a catalyst solution, an ion exchange resin having an organic fluorine-containing polymer as a skeleton, which is a proton conductive polymer, for example, a perfluorocarbon sulfonic acid resin, a sulfonated polyether ketone, a sulfonated polyether. Sulfonated plastic electrolytes such as sulfone, sulfonated polyetherethersulfone, sulfonated polysulfone, sulfonated polysulfide, sulfonated polyphenylene, sulfoalkylated polyetheretherketone, sulfoalkylated polyethersulfone, sulfoalkylated polyetherethersulfone And sulfoalkylated plastic electrolytes such as sulfoalkylated polysulfone, sulfoalkylated polysulfide, and sulfoalkylated polyphenylene. Examples of commercially available materials include Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont) and Flemion (registered trademark, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.).

また、分散溶媒としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、酢酸エチルや酢酸ブチルなどのエステル類、芳香族系あるいはハロゲン系の種々の溶媒を挙げることができ、さらには、これらを単独で、もしくは混合液として使用することができる。さらに、触媒が担持された導電性担体に関し、この導電性担体としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のほか、炭化ケイ素などに代表される炭素化合物などを挙げることができ、この触媒(金属触媒)としては、たとえば、白金や白金合金、パラジウム、ロジウム、金、銀、オスミウム、イリジウムなどのうちのいずれか一種を使用することができ、好ましくは白金または白金合金を使用するのがよい。さらに、この白金合金としては、たとえば、白金と、アルミニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ガリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、バナジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、チタンおよび鉛のうちの少なくとも一種との合金を挙げることができる。   Examples of the dispersion solvent include alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, ethylene glycol, and diethylene glycol, acetone, methyl ethyl ketone, dimethylformamide, dimethylimidazolidinone, dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide, and N-methylpyrrolidone. , Propylene carbonate, esters such as ethyl acetate and butyl acetate, and various aromatic or halogen solvents, and these can be used alone or as a mixed solution. Furthermore, regarding a conductive carrier carrying a catalyst, examples of the conductive carrier include carbon materials such as carbon black, carbon nanotubes, and carbon nanofibers, and carbon compounds typified by silicon carbide. As this catalyst (metal catalyst), for example, any one of platinum, platinum alloy, palladium, rhodium, gold, silver, osmium, iridium, etc. can be used, preferably platinum or platinum alloy is used. It is good to do. Furthermore, as this platinum alloy, for example, platinum, aluminum, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, gallium, zirconium, molybdenum, ruthenium, rhodium, palladium, vanadium, tungsten, rhenium, osmium, iridium, titanium and lead An alloy with at least one of them can be mentioned.

また、ガス拡散層5A,5Bは、拡散層基材51a,51bと集電層52a,52bからなるものであり、拡散層基材51a,51bとしては、電気抵抗が低く、集電を行えるものであれば特に限定されるものではないが、たとえば、導電性無機物質を主とするものを挙げることができ、この導電性無機物質としては、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛等の炭素材やこれらのナノカーボン材料、ステンレススチール、モリブデン、チタン等を挙げることができる。また、拡散層基材51a,51bの導電性無機物質の形態は特に限定されるものではなく、たとえば繊維状あるいは粒子状で用いられるが、ガス透過性の点から無機導電性繊維であって、特に炭素繊維が好ましい。無機導電性繊維を用いた拡散層基材としては、織布あるいは不織布いずれの構造のものも使用することができ、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを挙げることができる。織布としては、平織、紋織、綴織など、特に限定されるものではなく、不織布としては、抄紙法、ニードルパンチ法、ウォータージェットパンチ法によるものなどが挙げられる。さらに、この炭素繊維としては、フェノール系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などを挙げることができる。さらに、集電層52a,52bはアノード側、カソード側の触媒層3,2から電子を集める電極の役割を果たすとともに、生成水等を排水する撥水作用を有するものであり、導電性材料である、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、金、銀、銅及びこれらの化合物または合金、導電性炭素材料と、フッ素樹脂(PTFE)などから形成できる。   The gas diffusion layers 5A and 5B are composed of diffusion layer base materials 51a and 51b and current collection layers 52a and 52b. The diffusion layer base materials 51a and 51b have low electrical resistance and can collect current. If it is, it will not specifically limit, For example, what mainly has an electroconductive inorganic substance can be mentioned, As this electroconductive inorganic substance, the baking body from a polyacrylonitrile, the baking body from a pitch, Examples thereof include carbon materials such as graphite and expanded graphite, nanocarbon materials thereof, stainless steel, molybdenum, titanium, and the like. Further, the form of the conductive inorganic substance of the diffusion layer base materials 51a and 51b is not particularly limited, and for example, it is used in the form of fibers or particles, but is an inorganic conductive fiber from the viewpoint of gas permeability, Carbon fiber is particularly preferable. As the diffusion layer substrate using inorganic conductive fibers, a woven fabric or non-woven fabric structure can be used, and examples thereof include carbon paper and carbon cloth. The woven fabric is not particularly limited, such as plain weaving, crest weaving, and binding weaving, and examples of the nonwoven fabric include those made by a papermaking method, a needle punching method, and a water jet punching method. Further, examples of the carbon fiber include phenol-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber, and rayon-based carbon fiber. Further, the current collecting layers 52a and 52b serve as electrodes for collecting electrons from the catalyst layers 3 and 2 on the anode side and the cathode side, and have a water repellent action for draining generated water and the like. It can be formed from platinum, palladium, ruthenium, rhodium, iridium, gold, silver, copper and their compounds or alloys, a conductive carbon material, and a fluororesin (PTFE).

また、ガス流路層6A,6Bは、エキスパンドメタルや金属発砲焼結体などの金属多孔体から形成されており、この発砲焼結体においては、チタンやステンレス、銅、ニッケル等の耐食性に優れた金属素材が使用されるのがよく、さらには、ステンレス中にクロム炭化物や鉄−クロム炭化物などを分散した発泡体であってもよい。   Further, the gas flow path layers 6A and 6B are formed of a porous metal body such as expanded metal or a metal fired sintered body, and the fired sintered body is excellent in corrosion resistance such as titanium, stainless steel, copper, and nickel. Further, a metal material may be used, and a foam in which chromium carbide or iron-chromium carbide is dispersed in stainless steel may be used.

さらに、補強膜8A,8Bは、ポリテトラフルオロエチレン、PVDF(二フッ化ポリビニル)、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、コポリアミド、ポリアミドエラストマ、ポリイミド、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマ、シリコーン、シリコンゴム、シリコンベースのエラストマなどから形成されるものである。   Further, the reinforcing films 8A and 8B are made of polytetrafluoroethylene, PVDF (polyvinyl difluoride), polyethylene, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate, polyphenylene ether (PPE), polypropylene, polyester, polyamide, copolyamide, polyamide elastomer. , Polyimide, polyurethane, polyurethane elastomer, silicone, silicone rubber, silicon-based elastomer, and the like.

ガスケット9は、その端部のマニホールドMの周縁に該マニホールドMを囲繞する無端リブ(不図示)を有するものであり、このガスケットの材料としては、耐メタノール性を有するエポキシ系樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ウレタンRTVゴムやブチルゴム系樹脂、シリコーンRTVゴム、EPDM系樹脂等が使用できる。   The gasket 9 has an endless rib (not shown) surrounding the manifold M on the periphery of the manifold M at the end thereof. As a material of this gasket, an epoxy resin having methanol resistance and an epoxy-modified silicone are used. Resin, silicone resin, fluorine resin, urethane RTV rubber, butyl rubber resin, silicone RTV rubber, EPDM resin, and the like can be used.

また、3層構造のセパレータ7は、ステンレスやチタンからなるカソード側プレート71,アノード側プレート72と、その間に、金属素材もしくは樹脂素材で冷却水等の冷却媒体用流路が形成された中間層73(中間プレート)が介層されたものである。このセパレータ7は、自身が構成要素となる燃料電池セルのアノード側のガス流路層6Bに燃料ガスを供給するためのガス流路(不図示)と、セルの積層姿勢において隣接するセルのカソード側のガス流路層6Aに酸化剤ガスを供給するためのガス流路(不図示)が形成されており、さらには、上記する冷却媒体用流路(不図示)が形成されている。   The separator 7 having a three-layer structure includes a cathode side plate 71 and an anode side plate 72 made of stainless steel or titanium, and an intermediate layer in which a flow path for a cooling medium such as cooling water is formed between a metal material or a resin material. 73 (intermediate plate) is interposed. The separator 7 includes a gas flow path (not shown) for supplying fuel gas to the gas flow path layer 6B on the anode side of the fuel cell, which is a constituent element, and a cathode of an adjacent cell in the cell stacking posture. A gas flow path (not shown) for supplying an oxidant gas to the gas flow path layer 6A on the side is formed, and further, the above-described cooling medium flow path (not shown) is formed.

図1で示すように、上記する製造方法で製造された燃料電池セル10によれば、スタッキング時の圧縮力:Pが作用した姿勢において、触媒層2,3の中央の発電領域の厚みと、触媒層2,3の周縁の非発電領域の厚み(周縁の触媒層および補強膜の積層箇所の厚みの和)が同程度となり、しかも、従来構造のごとき中央の発電領域の空間が形成されることはない。そのため、発電領域内に面圧無領域が形成されること、および、非発電領域に過面圧領域が形成されることで発電領域に十分な面圧が作用しなくなる危険性が生じること、の双方が効果的に解消され、発電領域に対して、所与の圧縮力を面内均一に作用させることができる。   As shown in FIG. 1, according to the fuel cell 10 manufactured by the above-described manufacturing method, the thickness of the power generation region in the center of the catalyst layers 2 and 3 in the posture in which the compression force P during stacking is applied, The thickness of the non-power generation region at the periphery of the catalyst layers 2 and 3 (the sum of the thicknesses of the laminated portions of the catalyst layer and the reinforcing film on the periphery) is approximately the same, and a space in the central power generation region as in the conventional structure is formed. There is nothing. For this reason, there is a risk that a surface pressureless region is formed in the power generation region, and that a surface pressure region is not formed in the non-power generation region, so that a sufficient surface pressure does not act on the power generation region. Both are effectively eliminated, and a given compressive force can be uniformly applied to the power generation region in the plane.

図2で示す燃料電池セル10Aは、スタッキング時の圧縮力:Pが作用した姿勢において、発電領域の厚み:t1を非発電領域の厚み:tよりも厚くしたものであり、この厚み増は、第2の触媒層22A,32Aの厚みを燃料電池セル10の第2の触媒層22,32に比して厚くすることで形成されるものである。図示例では、この第2の触媒層22A,32Aと第1の触媒層21,31とから触媒層2A,3Aが形成され、触媒層2A,3Aと電解質膜1とから膜電極接合体4Aが形成されている。   The fuel cell 10A shown in FIG. 2 has a power generation region thickness: t1 thicker than a non-power generation region thickness: t in a posture in which compression force P during stacking is applied. The second catalyst layers 22 </ b> A and 32 </ b> A are formed by making them thicker than the second catalyst layers 22 and 32 of the fuel cell 10. In the illustrated example, the catalyst layers 2A and 3A are formed from the second catalyst layers 22A and 32A and the first catalyst layers 21 and 31, and the membrane electrode assembly 4A is formed from the catalyst layers 2A and 3A and the electrolyte membrane 1. Is formed.

図3で示す燃料電池セル10Bは、図1で示す燃料電池セル10の構成から、アノード側の触媒層から第2の触媒層を廃した構造を有するもの、すなわち、この膜電極接合体4Bにおいて、アノード側の触媒層3'は、第1の触媒層のみから形成されている形態である。   The fuel cell 10B shown in FIG. 3 has a structure in which the second catalyst layer is eliminated from the anode-side catalyst layer from the configuration of the fuel cell 10 shown in FIG. 1, that is, in this membrane electrode assembly 4B. The anode-side catalyst layer 3 ′ is formed only from the first catalyst layer.

この形態でも、少なくともカソード側電極において、触媒層2の中央の発電領域と周縁の非発電領域双方の厚みが同程度であり、しかも、発電領域に図4で示す従来構造のごとき空間が存在しないことにより、当該従来構造の燃料電池セルに比して、非発電領域に生じ得る過大な面圧は抑制される。   Also in this embodiment, at least in the cathode side electrode, the thickness of both the central power generation region and the peripheral non-power generation region of the catalyst layer 2 is approximately the same, and there is no space in the power generation region as in the conventional structure shown in FIG. Thus, an excessive surface pressure that can occur in the non-power generation region is suppressed as compared with the fuel cell of the conventional structure.

なお、図3で示す触媒層の構造が、アノード側とカソード側で逆転した形態であってもよいことは勿論のことである。さらには、図3の構造において、アノード側の補強膜8Bをさらに廃した形態であってもよい。尤も、その場合には、カソード側の補強膜8Aのみで、ガス拡散層5A,5Bからの毛羽の突き刺さりに起因した電解質膜1を貫通する貫通孔が形成されないことが担保される必要がある。   Of course, the structure of the catalyst layer shown in FIG. 3 may be reversed between the anode side and the cathode side. Further, in the structure of FIG. 3, the anode side reinforcing film 8B may be further eliminated. However, in that case, it is necessary to ensure that only the reinforcing film 8A on the cathode side does not form a through-hole penetrating the electrolyte membrane 1 due to fluff sticking from the gas diffusion layers 5A and 5B.

なお、実際の燃料電池は、図1〜3で示す燃料電池セルが所定段積層されて燃料電池スタックが形成される。さらに、この燃料電池スタックは、最外側にターミナルプレート、絶縁プレート、エンドプレートが配され、テンションプレートを介して圧縮力が加えられて燃料電池が形成される。電気自動車等に車載される燃料電池システムは、この燃料電池と、水素ガスや空気を収容する各種タンク、これらのガスを燃料電池に提供するためのブロア、燃料電池を冷却するためのラジエータ、燃料電池で生成された電力を蓄電するバッテリ、この電力で駆動する駆動モータ等から大略構成されるものである。   In an actual fuel cell, the fuel cell shown in FIGS. 1 to 3 is stacked in a predetermined stage to form a fuel cell stack. Further, in the fuel cell stack, a terminal plate, an insulating plate, and an end plate are arranged on the outermost side, and a compressive force is applied through a tension plate to form a fuel cell. A fuel cell system mounted on an electric vehicle or the like includes this fuel cell, various tanks for storing hydrogen gas and air, a blower for supplying these gases to the fuel cell, a radiator for cooling the fuel cell, a fuel The battery is generally composed of a battery that stores electric power generated by the battery, a drive motor that is driven by the electric power, and the like.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

1…電解質膜、1’…電解質膜の露出領域、2,2A…カソード側の触媒層、21…第1の触媒層、22,22A…第2の触媒層,3,3A,3’…アノード側の触媒層、31…第1の触媒層、32,32A…第2の触媒層、4,4A,4B…膜電極接合体、5A…カソード側のガス拡散層(ガス透過層)、5B…アノード側のガス拡散層(ガス透過層)、6A…カソード側のガス流路層(ガス透過層)、6B…アノード側のガス流路層(ガス透過層)、7…セパレータ、71…カソード側プレート、72…アノード側プレート、73…中間層(中間プレート)、8A…カソード側の補強膜、8B…アノード側の補強膜、9…ガスケット、10,10A,10B…燃料電池セル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolyte membrane, 1 '... Exposed area | region of electrolyte membrane, 2, 2A ... Cathode side catalyst layer, 21 ... 1st catalyst layer, 22, 22A ... 2nd catalyst layer, 3, 3A, 3' ... Anode Catalyst layer on the side, 31 ... first catalyst layer, 32, 32A ... second catalyst layer, 4,4A, 4B ... membrane electrode assembly, 5A ... gas diffusion layer (gas permeable layer) on the cathode side, 5B ... Gas diffusion layer (gas permeable layer) on the anode side, 6A ... Gas channel layer on the cathode side (gas permeable layer), 6B ... Gas channel layer on the anode side (gas permeable layer), 7 ... Separator, 71 ... Cathode side Plate, 72 ... Anode side plate, 73 ... Intermediate layer (intermediate plate), 8A ... Reinforcing membrane on the cathode side, 8B ... Reinforcing membrane on the anode side, 9 ... Gasket, 10, 10A, 10B ... Fuel cell

Claims (4)

電解質膜と、これよりも狭小な平面積で該電解質膜の両側で当接する触媒層と、から膜電極接合体が形成され、該膜電極接合体の両側にガス透過層が配されてなる燃料電池セルの製造方法であって、
電解質膜の両側に第1の触媒層を形成し、該電解質膜のうち、該第1の触媒層で被覆されていない周縁の露出領域に補強膜を配し、かつ該補強膜の一部を第1の触媒層上に積層して積層箇所を形成する、第1の工程、
補強膜の前記積層箇所の端部と、前記第1の触媒層と、で画成された空間に第2の触媒層を形成し、第1の触媒層と第2の触媒層それぞれの厚みの和を第1の触媒層と積層箇所の補強膜それぞれの厚みの和以上として膜電極接合体を形成する、第2の工程、
ガス透過層を膜電極接合体の両側に配して燃料電池セルを形成する第3の工程、からなる燃料電池セルの製造方法。
A fuel in which a membrane electrode assembly is formed from an electrolyte membrane and a catalyst layer abutting on both sides of the electrolyte membrane with a smaller plane area than this, and gas permeable layers are arranged on both sides of the membrane electrode assembly A battery cell manufacturing method comprising:
Forming a first catalyst layer on both sides of the electrolyte membrane, disposing a reinforcing membrane in an exposed region of the peripheral edge of the electrolyte membrane not covered with the first catalyst layer, and a part of the reinforcing membrane; A first step of laminating on the first catalyst layer to form a laminated portion;
A second catalyst layer is formed in a space defined by the end of the laminated portion of the reinforcing membrane and the first catalyst layer, and the thickness of each of the first catalyst layer and the second catalyst layer is A second step of forming a membrane electrode assembly by setting the sum to be equal to or greater than the sum of the thicknesses of the first catalyst layer and the reinforcing membrane at the stacking portion,
A fuel cell manufacturing method comprising a third step of forming a fuel cell by disposing a gas permeable layer on both sides of the membrane electrode assembly.
電解質膜と、これよりも狭小な平面積で該電解質膜の両側で当接する触媒層と、から膜電極接合体が形成され、該膜電極接合体の両側にガス透過層が配されて燃料電池セルを成し、該燃料電池セルが積層されてなる燃料電池の製造方法であって、
電解質膜の両側に第1の触媒層を形成し、該電解質膜のうち、該第1の触媒層で被覆されていない周縁の露出領域に補強膜を配し、かつ該補強膜の一部を第1の触媒層上に積層して積層箇所を形成する、第1の工程、
ガス透過層の表面であって、補強膜の前記積層箇所の端部と前記第1の触媒層とで画成された空間に対応する位置に、第2の触媒層を形成し、第1の触媒層と第2の触媒層を当接するようにして電解質膜とガス透過層を該触媒層を介して積層し、第1の触媒層と第2の触媒層それぞれの厚みの和を第1の触媒層と積層箇所の補強膜それぞれの厚みの和以上として燃料電池セルを形成する、第2の工程、からなる燃料電池の製造方法。
A membrane electrode assembly is formed from an electrolyte membrane and a catalyst layer that is in contact with both sides of the electrolyte membrane with a smaller plane area than this, and a gas permeable layer is disposed on both sides of the membrane electrode assembly to provide a fuel cell A method of manufacturing a fuel cell comprising a cell and the fuel cell being stacked,
Forming a first catalyst layer on both sides of the electrolyte membrane, disposing a reinforcing membrane in an exposed region of the peripheral edge of the electrolyte membrane not covered with the first catalyst layer, and a part of the reinforcing membrane; A first step of laminating on the first catalyst layer to form a laminated portion;
A second catalyst layer is formed on the surface of the gas permeable layer at a position corresponding to a space defined by an end of the laminated portion of the reinforcing film and the first catalyst layer, The electrolyte membrane and the gas permeable layer are laminated via the catalyst layer so that the catalyst layer and the second catalyst layer are in contact with each other, and the sum of the thicknesses of the first catalyst layer and the second catalyst layer is set to the first thickness. A fuel cell manufacturing method comprising a second step of forming a fuel cell with a thickness equal to or greater than the sum of the thicknesses of the catalyst layer and the reinforcing film at the laminated portion.
アノード側とカソード側のいずれか一方のみ、第2の触媒層が形成される、請求項1または2に記載の燃料電池セルの製造方法。   The method for producing a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the second catalyst layer is formed only on one of the anode side and the cathode side. 前記ガス透過層は、ガス拡散層、金属多孔体からなるガス流路層、該ガス拡散層と該ガス流路層の組み合わせ、のいずれかの形態からなり、
アノード側とカソード側双方のガス透過層が、複数の前記形態中の同一の形態、もしくは異なる形態のいずれかからなる、請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池セルの製造方法。
The gas permeable layer is in any form of a gas diffusion layer, a gas flow path layer made of a metal porous body, a combination of the gas diffusion layer and the gas flow path layer,
The method for manufacturing a fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas permeable layers on both the anode side and the cathode side are formed of either the same form among the plurality of forms or different forms.
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