JP2015050058A

JP2015050058A - 膜電極接合体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2015050058A
Application number: JP2013181408A
Authority: JP
Inventors: 隆行嶺岸; Takayuki Minegishi
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2015-03-16
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: JP6354126B2

Abstract

【課題】固体高分子形燃料電池において触媒層とガスケットとの間に隙間がない膜電極接合体を提供する。
【解決手段】本発明に係る膜電極接合体１０の製造方法は、開口部を有するカソード側ガスケット１２ａ（アノード側ガスケット１２ｂ）を電解質膜１１上に配置する配置工程と、転写シート上に形成したカソード側触媒層１３ａ（アノード側触媒層１３ｂ）を開口部内の電解質膜１１上に転写する転写工程を有し、転写シート上に形成したカソード側触媒層１３ａ（アノード側触媒層１３ｂ）の大きさを、カソード側ガスケット１２ａ（アノード側ガスケット１２ｂ）の開口部の大きさ以上にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池用の膜電極接合体と、その製造方法とに関する。

燃料電池は、水素と酸素との電気化学反応から発電する発電機関であり、発電効率が高く、発電時には水のみを排出することから、次世代の電源として期待されている。固体高分子型燃料電池の膜電極接合体は、高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」ともいう。）の両面に一対の電極触媒層（以下、単に「触媒層」ともいう。）を接合させた構造である。膜電極接合体の触媒層の外側にガス拡散層を配置し、さらにセパレーターで挟んだものが、燃料電池として使用される。

膜電極接合体の製造方法として、転写法が知られている。転写法は、触媒担持カーボンとアイオノマーと溶媒とを含む触媒インクを高分子フィルムなどの基材上に塗工し乾燥させて形成した触媒層を備えた転写シートを作製し、その転写シートを電極の大きさに切り抜いて高分子電解質膜へ加熱及び加圧して熱圧着する方法である。この方法では、上記触媒インクを電解質膜やガス拡散層に直接塗工することがないため、電解質膜の膨潤や、ガス拡散層の目詰まりが生じることがない。
電解質膜上に所望の形状の触媒層を形成する方法として、所望の電極形状よりも大きいサイズの触媒層を形成した転写シートを用意し、所望の形状の開口部を有するマスクフィルムを電解質膜と転写シートとの間に挿入し、転写法により膜電極接合体を製造する方法が知られている。（例えば、特許文献１）

また、膜電極接合体の周囲には、ガスリークの防止を目的としたガスケットが配置される。このガスケットには、電解質膜を支持し、酸素及び水素のリークの抑制と電解質膜の湿度維持に寄与することが求められている。さらに、電解質膜の露出による劣化を抑制するため、触媒層の周囲に配置されるガスケットは、触媒層と隙間無く配置されることが望ましい。
ガスケットを触媒層と隙間無く配置する方法として、射出成型による方法が知られている。この方法は、成形型に膜電極接合体を組み込み、成形型内のキャビティにガスケットの材料を充填・固化させることで膜電極接合体の周囲にガスケットを配置する方法である。（例えば、特許文献２）

特開２００６−２４４９３０号公報特開２００２−４２８３６号公報

しかしながら、上述のマスクフィルムを用いた転写法では、ガスケットを配置する前工程として、触媒層の転写後にマスクフィルムを除去する必要があり、その際に、触媒層の一部が剥離する恐れがある。その結果、電極形状の再現性が悪くなり、所望の形状の開口部を有するガスケットとの間に隙間が生じ、電解質膜の劣化の要因となる。
また、上述の射出成型によるガスケットの配置では、工程数の増加や成形型が必要となるため、コスト面から不利である。さらに、液状ガスケットを硬化させる際に過熱することで電解質膜が劣化する恐れがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、従来技術と比較して、少ない工程数及び部品数で触媒層とガスケットとの間に隙間のない膜電極接合体及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、開口部を有するガスケットを電解質膜上に配置する配置工程と、転写シート上に形成した触媒層を前記開口部内の前記電解質膜上に転写する転写工程と、を有し、前記転写シート上に形成した前記触媒層の大きさを、前記ガスケットの前記開口部の大きさ以上にしたことを特徴とする膜電極接合体の製造方法である。
また、上記膜電極接合体の製造方法において、前記転写シート上に形成した前記触媒層の厚み寸法を、前記ガスケットの厚み寸法と同じにしたこととしてもよい。

また、本発明の別の態様は、開口部を有するガスケットを電解質膜上に配置する配置工程と、溶媒を含んだ触媒層を、前記触媒層の大きさが前記ガスケットの前記開口部の大きさよりも小さくなるように、転写シート上に形成する形成工程と、前記形成工程後に、前記触媒層から前記溶媒の一部を除去して前記触媒層を乾燥させる予備乾燥工程と、前記予備乾燥工程後に、前記触媒層を前記開口部内の前記電解質膜上に転写する転写工程と、を有し、前記予備乾燥工程では、前記転写工程で前記触媒層を前記電解質膜上に転写する際の押圧力と同じ押圧力の時に前記触媒層の形状が変化するように、前記触媒層内の残留溶媒量を調整することを特徴とする膜電極接合体の製造方法である。
また、上記膜電極接合体の製造方法において、前記転写工程では、一対の前記触媒層を前記電解質膜の表裏に同時に転写することとしてもよい。
また、本発明の別の態様は、燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、上記記載の膜電極接合体の製造方法によって製造されたことを特徴とする膜電極接合体である。

本発明の一態様によれば、開口部を有するガスケットを電解質膜上に形成し、転写シート上に形成した触媒層を前記開口部内の前記電解質膜上に転写している。また、前記転写シート上に形成した前記触媒層の大きさを、前記ガスケットの前記開口部の大きさ以上にしている。
この構成によれば、転写シート上に形成した触媒層の大きさがガスケットの開口部の大きさ以上となっているため、従来技術と比較して少ない工程数及び部品数で、触媒層とガスケットとの間に隙間のない膜電極接合体を製造することができる。

本発明の第一の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の概略断面図である。本発明の第一の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の一製造工程図である。本発明の第一の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の別の一製造工程図である。本発明の第二の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の一製造工程図である。本発明の第二の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の別の一製造工程図である。本発明の第二の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の概略断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
＜膜電極接合体について＞
本発明の第一の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体１０及びその製造方法について、図１を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体１０の概略断面図である。図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る膜電極接合体１０は、電解質膜１１と、この電解質膜１１の一方の面（図２では上面）に配置されたカソード側触媒層１３ａと、電解質膜１１の他方の面（図２では下面）に配置されたアノード側触媒層１３ｂとを備える。また、電解質膜１１上であって、カソード側触媒層１３ａとアノード側触媒層１３ｂの周囲には、それぞれカソード側ガスケット１２ａとアノード側ガスケット１２ｂが配置されている。

＜膜電極接合体の製造方法について＞
本発明の第一の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の製造方法について、図２、３を用いて詳細に説明する。
最初に、電解質膜２１上に所望の大きさの開口部を有するカソード側ガスケット２２ａを配置する。必要に応じて、電解質膜２１とカソード側ガスケット２２ａとの間に、粘着材料または接着材料を充填し、カソード側粘着層または接着層２３ａを形成してもよい。
続いて、カソード側転写シート２５ａ上にカソード側触媒層２４ａを形成する。カソード側触媒層２４ａを形成するにあたっては、まず、高分子電解質と、触媒物質と、触媒物質を担持するカーボン担体と、分散媒とを含むインク（触媒インク）を調製する。調製された触媒インクを、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、スプレー法などの塗布法、噴霧法を用いてカソード側転写シート２５ａ上に塗布することで、カソード側触媒層２４ａを形成する。

カソード側転写シート２５ａ上に形成したカソード側触媒層２４ａの形状は、特に指定されないが、カソード側触媒層２４ａの大きさ（例えば、幅寸法）はカソード側ガスケット２２ａの開口部の大きさ（例えば、幅寸法）よりも２〜１０ｍｍ大きいことが望ましい。このような大きさの触媒層にすることで、カソード側触媒層２４ａを電解質膜２１上に転写した際にカソード側ガスケット２２ａとカソード側触媒層２４ａとの間に隙間を生じさせないようにできる。なお、カソード側転写シート２５ａ上に形成したカソード側触媒層２４ａの大きさは、カソード側ガスケット２２ａの開口部の大きさ以上であればよい。また、カソード側転写シート２５ａ上に形成したカソード側触媒層２４ａの厚み寸法を、カソード側ガスケット２２ａの厚み寸法と同じにしてもよい。
カソード側ガスケット２２ａを配置した電解質膜２１と、カソード側触媒層２４ａを形成したカソード側転写シート２５ａとを積層し、転写により電解質膜２１上にカソード側触媒層２４ａを形成する。

続いて、図３に示すように、カソード側触媒層２４ａが形成された電解質膜２１の面とは逆側の面（図３では上面）に所望の大きさの開口部を有するアノード側ガスケット２２ｂを配置する。必要に応じて、電解質膜２１とアノード側ガスケット２２ｂとの間に、粘着材料または接着材料を充填し、アノード側粘着層または接着層２３ｂを形成してもよい。
続いて、アノード側転写シート２５ｂ上にアノード側触媒層２４ｂを形成する。アノード側触媒層２４ｂを形成するにあたっては、まず、高分子電解質と、触媒物質と、触媒物質を担持するカーボン担体と、分散媒とを含むインク（触媒インク）を調製する。調製された触媒インクを、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、スプレー法などの塗布法、噴霧法を用いてアノード側転写シート２５ｂ上に塗布することで、アノード側触媒層２４ｂを形成する。

アノード側転写シート２５ｂ上に形成したアノード側触媒層２４ｂの形状は、特に指定されないが、アノード側触媒層２４ｂの大きさ（例えば、幅寸法）はアノード側ガスケット２２ｂの開口部の大きさ（例えば、幅寸法）よりも２〜１０ｍｍ大きいことが望ましい。このような大きさの触媒層にすることで、アノード側触媒層２４ｂを電解質膜２１上に転写した際にアノード側ガスケット２２ｂとアノード側触媒層２４ｂとの間に隙間を生じさせないようにできる。なお、アノード側転写シート２５ｂ上に形成したアノード側触媒層２４ｂの大きさは、アノード側ガスケット２２ｂの開口部の大きさ以上であればよい。また、アノード側転写シート２５ｂ上に形成したアノード側触媒層２４ｂの厚み寸法を、アノード側ガスケット２２ｂの厚み寸法と同じにしてもよい。
アノード側ガスケット２２ｂを配置した電解質膜２１と、アノード側触媒層２４ｂを形成したアノード側転写シート２５ｂとを積層し、転写により電解質膜２１上にアノード側触媒層２４ｂを形成し、目的の膜電極接合体を得る。

本実施形態では、カソード側触媒層２４ａを先に電解質膜２１に転写し、その後アノード側触媒層２４ｂを電解質膜２１に転写した場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、アノード側触媒層２４ｂを先に電解質膜２１に転写し、その後カソード側触媒層２４ａを電解質膜２１に転写してもよい。また、熱による電解質膜２１へのダメージを軽減するため、電解質膜２１の表裏（つまり、カソード側の面とアノード側の面）に一対の触媒層を同時に転写し、カソード側触媒層２４ａとアノード側触媒層２４ｂとを同時に形成することが望ましい。

図４は、本発明の第二の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体３０の一製造工程図である。
最初に、電解質膜３１上に所望の大きさの開口部を有するカソード側ガスケット３２ａを配置する。必要に応じて、電解質膜３１とカソード側ガスケット３２ａとの間に、粘着材料または接着材料を充填し、カソード側粘着層または接着層３３ａを形成してもよい。
続いて、カソード側転写シート３５ａ上にカソード側触媒層３４ａを形成する。カソード側触媒層３４ａを形成するにあたっては、まず、高分子電解質と、触媒物質と、触媒物質を担持するカーボン担体と、分散媒とを含むインク（触媒インク）を調製する。調製された触媒インクを、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、スプレー法などの塗布法、噴霧法を用いてカソード側転写シート３５ａ上に塗布することで、カソード側触媒層３４ａを形成する。

このとき、カソード側転写シート３５ａ上に塗布されたカソード側触媒層３４ａの大きさ（例えば、幅寸法）を、カソード側ガスケット３２ａの開口部の大きさ（例えば、幅寸法）よりも１ｍｍ程度小さく形成し、カソード側触媒層３４ａの厚みを、カソード側ガスケット３２ａの厚みよりも厚く形成することが望ましい。また、押圧によりカソード側触媒層３４ａの形状が変化することができる程度の量の有機溶媒をカソード側触媒層３４ａに残留させることで、転写時に、カソード側ガスケット３２ａの開口部形状にカソード側触媒層３４ａの形状が変化することが好ましい。換言すると、カソード側触媒層３４ａを電解質膜３１上に転写する際の押圧力と同じ押圧力の時にカソード側触媒層３４ａの形状が変化するように、カソード側触媒層３４ａ内の残留溶媒量を調整することが好ましい。ここで、「残留溶媒量」とは触媒層内に残留している水と溶媒の合計量をいい、触媒層質量に対し２０％以上残留することが好ましい。これにより、カソード側触媒層３４ａを、カソード側ガスケット３２ａ内に隙間なく形成することができる。なお、カソード側触媒層３４ａを電解質膜３１に転写する前に、カソード側転写シート３５ａ上に塗布されたカソード側触媒層３４ａに含まれる溶媒（例えば、有機溶媒）の一部を除去して、カソード側触媒層３４ａを乾燥（予備乾燥工程）させてもよい。
カソード側ガスケット３２ａを配置した電解質膜３１と、カソード側触媒層３４ａを形成したカソード側転写シート３５ａとを積層し、転写により電解質膜３１上にカソード側触媒層３４ａを形成する。

続いて、図５に示すように、カソード側触媒層３４ａが形成された電解質膜３１の面とは逆側の面（図５では上面）に所望の大きさの開口部を有するアノード側ガスケット３２ｂを配置する。必要に応じて、電解質膜３１とアノード側ガスケット３２ｂとの間に、粘着材料または接着材料を充填し、アノード側粘着層または接着層３３ｂを形成してもよい。
続いて、アノード側転写シート３５ｂ上にアノード側触媒層３４ｂを形成する。アノード側触媒層３４ｂを形成するにあたっては、まず、高分子電解質と、触媒物質と、触媒物質を担持するカーボン担体と、分散媒とを含むインク（触媒インク）を調製する。調製された触媒インクを、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、スプレー法などの塗布法、噴霧法を用いてアノード側転写シート３５ｂ上に塗布することで、アノード側触媒層３４ｂを形成する。

このとき、アノード側転写シート３５ｂ上に塗布されたアノード側触媒層３４ｂの大きさ（例えば、幅寸法）を、アノード側ガスケット３２ｂの開口部の大きさ（例えば、幅寸法）よりも１ｍｍ程度小さく形成し、アノード側触媒層３４ｂの厚みを、アノード側ガスケット３２ｂの厚みよりも厚く形成することが望ましい。また、押圧によりアノード側触媒層３４ｂの形状が変化することができる程度の量の有機溶媒をアノード側触媒層３４ｂに残留させることで、転写時に、アノード側ガスケット３２ｂの開口部形状にアノード側触媒層３４ｂの形状が変化することが好ましい。換言すると、アノード側触媒層３４ｂを電解質膜３１上に転写する際の押圧力と同じ押圧力の時にアノード側触媒層３４ｂの形状が変化するように、アノード側触媒層３４ｂ内の残留溶媒量を２０％以上となるように調整することが好ましい。これにより、アノード側触媒層３４ｂを、アノード側ガスケット３２ｂ内に隙間なく形成することができる。なお、アノード側触媒層３４ｂを電解質膜３１に転写する前に、アノード側転写シート３５ｂ上に塗布されたアノード側触媒層３４ｂに含まれる溶媒（例えば、有機溶媒）の一部を除去して、アノード側触媒層３４ｂを乾燥（予備乾燥工程）させてもよい。
アノード側ガスケット３２ｂを配置した電解質膜３１と、アノード側触媒層３４ｂを形成したアノード側転写シート３５ｂとを積層し、転写により電解質膜３１上にアノード側触媒層３４ｂを形成し、目的の膜電極接合体３０を得る。

本実施形態では、カソード側触媒層３４ａを先に電解質膜３１に転写し、その後アノード側触媒層３４ｂを電解質膜３１に転写した場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、アノード側触媒層３４ｂを先に電解質膜３１に転写し、その後カソード側触媒層３４ａを電解質膜３１に転写してもよい。また、熱による電解質膜３１へのダメージを軽減するため、電解質膜３１の表裏（つまり、カソード側の面とアノード側の面）に一対の触媒層を同時に転写し、カソード側触媒層３４ａとアノード側触媒層３４ｂとを同時に形成することが望ましい。

＜電解質膜について＞
本実施形態で用いられる電解質膜１１、２１、３１は、固体高分子形燃料電池に一般的に用いられるものでよい。例えば、フッ素系電解質膜や炭化水素電解質膜が好適に使用でき、特にフッ素系電解質膜が望ましい。フッ素系高分子電解質膜としては、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、デュポン社製）、Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標、旭硝子株式会社製）、Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標、旭化成株式会社製）、ＧｏｒｅＳｅｌｅｃｔ（登録商標、ゴア社製）等を用いることができる。炭化水素系高分子電解質膜としては、例えば、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フィド、スルホン化ポリフェニレン等の電解質膜を用いることができる。

＜触媒層について＞
カソード側触媒層１２ａ、２４ａ、３４ａ、アノード側触媒層１２ｂ、２４ｂ、３４ｂについても、固体高分子形燃料電池に一般的に用いられるものでよい。例えば、白金または白金と他の金属（例えばルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）等）との合金の微粒子（平均粒径は１０ｎｍ以下が好ましい）と、表面に担持されたカーボンブラックなどの導電性炭素微粒子（平均粒径は２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度が好ましい）と、パーフルオロスルホン酸樹脂溶液などの高分子溶液とが、適当な溶剤（例えばエタノールなど）中で均一に混合されたインクにより作製されるものが使用できる。

導電性炭素微粒子の平均粒径は、小さすぎると電子伝導パスが形成されにくくなる。また、大きすぎると触媒層のガス拡散性の低下や、触媒の利用率の低下が起こる恐れがある。そのため、導電性炭素微粒子の平均粒径は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度が好ましい。適当な溶媒としては、高分子電解質と触媒物質とを溶解又は分散できるものであればよいが、常温または加熱により蒸発させて除去しやすいものが好ましい。例えば、沸点が２００℃以下の溶媒であることが好ましい。なお、本実施形態において、溶媒は有機溶媒であってもよい。

＜ガスケットについて＞
カソード側ガスケット１２ａ、２２ａ、３２ａ、アノード側ガスケット１２ｂ、２２ｂ、３２ｂは、固体高分子形燃料電池に一般的に用いられるものでよい。例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＳＰＳ（シンジオタクチックポリスチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＩ（ポリイミド）等が使用できる。また、カソード側ガスケット１２ａ、２２ａ、３２ａ、アノード側ガスケット１２ｂ、２２ｂ、３２ｂは、単一のフィルムまたはシートであることが好ましい。ただし、必要に応じて、複数の層を重ね合わせたフィルムまたはシートを単一のフィルムまたはシートとして、カソード側ガスケット１２ａ、２２ａ、３２ａ、アノード側ガスケット１２ｂ、２２ｂ、３２ｂに採用してもよい。

＜粘着層または接着層について＞
カソード側ガスケット１２ａ、２２ａ、３２ａ、アノード側ガスケット１２ｂ、２２ｂ、３２ｂは、必要に応じて粘着層または接着層２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂを用いて、電解質膜２１、３１表面に配置されている。粘着層または接着層２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂを形成する際に用いる粘着材料および接着材料としては、例えば、主鎖骨格がポリシロキサン骨格やポリエーテル骨格、フルオロエーテル骨格、ポリオレフィン骨格等の材料が使用できる。また、上述のように、粘着層または接着層２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂは電解質膜２１、３１上に配置される。このことから、粘着層または接着層２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂに含まれる溶媒によって電解質膜２１、３１が膨潤することを避けるために、粘着層または接着層２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂは、無溶媒系であることが望ましい。

以下、具体的な実施例により、本実施形態の固体高分子形燃料電池の膜電極接合体およびその製造方法を説明する。なお、後述する実施例は本発明の一実施形態の実施例であり、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
白金担持量が５０％である白金担持カーボン触媒（商品名：ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ、田中貴金属工業製）と、質量２０％である高分子電解質溶液Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、デュポン社製）とを溶媒（水、１−プロパノ−ル、２−プロパノ−ル＝１：１：１（体積比））中で混合し、遊星型ボールミル（ＦＲＩＴＳＣＨ社製Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ７）（ボールミルのポット、ボールはジルコニア製）を用いて分散処理を行い、触媒インクを作製した。こうして作製した触媒インク中の固形分含有量は、１０重量％であった。

この触媒インクをドクターブレード法により、転写シートに塗布し、転写シート上に塗布された触媒インクを、温度が８０℃の大気雰囲気中で５分間乾燥させることにより、実施例のカソード側触媒層及びアノード側触媒層をそれぞれ得た。この際、触媒物質Ｐｔの担持量が０．４ｍｇ／ｃｍ^２になるように、カソード側触媒層及びアノード側触媒層の厚さを調節した。

続いて、５０ｍｍ四方の正方形を打ち抜いたガスケットフィルムに、スクリーン印刷によりフルオロエーテルタイプの接着剤を３５μｍの厚さになるよう塗布し、ナフィオン（登録商標）ＸＬ（デュポン社製）電解質膜に貼り付けた。この電解質膜に、カソード側触媒層及びアノード側触媒層と、電解質膜の各面とが互いに向い合うように、２つの転写シートと電解質膜とを配置した。その後、これら２つの転写シートで挟まれた電解質膜を１３０℃に加熱するとともに、加圧下で１０分間保持するホットプレスを行った。こうして、本実施例における電解質膜とカソード側触媒層とアノード側触媒層とを備えた膜電極接合体を得た。

本発明は、固体高分子形燃料電池、特に燃料電池自動車や家庭用燃料電池などにおける、固体高分子形燃料電池単セルやスタックに好適に活用することができる。

１０・・・膜電極接合体
１１・・・電解質膜
１２ａ・・カソード側ガスケット
１２ｂ・・アノード側ガスケット
１３ａ・・カソード側触媒層
１３ｂ・・アノード側触媒層
２１・・・電解質膜
２２ａ・・カソード側ガスケット
２２ｂ・・アノード側ガスケット
２３ａ・・カソード側粘着層または接着層
２３ｂ・・アノード側粘着層または接着層
２４ａ・・カソード側触媒層
２４ｂ・・アノード側触媒層
２５ａ・・カソード側転写シート
２５ｂ・・アノード側転写シート
３０・・・膜電極接合体
３１・・・電解質膜
３２ａ・・カソード側ガスケット
３２ｂ・・アノード側ガスケット
３３ａ・・カソード側粘着層または接着層
３３ｂ・・アノード側粘着層または接着層
３４ａ・・カソード側触媒層
３４ｂ・・アノード側粘着層または接着層
３５ａ・・カソード側転写シート
３５ｂ・・アノード側転写シート

Claims

開口部を有するガスケットを電解質膜上に配置する配置工程と、転写シート上に形成した触媒層を前記開口部内の前記電解質膜上に転写する転写工程と、を有し、
前記転写シート上に形成した前記触媒層の大きさを、前記ガスケットの前記開口部の大きさ以上にしたことを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
前記転写シート上に形成した前記触媒層の厚み寸法を、前記ガスケットの厚み寸法と同じにしたことを特徴とする請求項１に記載の膜電極接合体の製造方法。
開口部を有するガスケットを電解質膜上に配置する配置工程と、
溶媒を含んだ触媒層を、前記触媒層の大きさが前記ガスケットの前記開口部の大きさよりも小さくなるように、転写シート上に形成する形成工程と、
前記形成工程後に、前記触媒層から前記溶媒の一部を除去して前記触媒層を乾燥させる予備乾燥工程と、
前記予備乾燥工程後に、前記触媒層を前記開口部内の前記電解質膜上に転写する転写工程と、を有し、
前記予備乾燥工程では、前記転写工程で前記触媒層を前記電解質膜上に転写する際の押圧力と同じ押圧力の時に前記触媒層の形状が変化するように、前記触媒層内の残留溶媒量を調整することを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
前記転写工程では、一対の前記触媒層を前記電解質膜の表裏に同時に転写することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の膜電極接合体の製造方法。
燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の膜電極接合体の製造方法によって製造されたことを特徴とする膜電極接合体。