JP2017174501A - 燃料電池用膜電極接合体の製造方法 - Google Patents

燃料電池用膜電極接合体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電解質膜へのダメージを抑制しつつ必要な触媒層が除去されてしまうことを防止できる燃料電池用膜電極接合体の製造方法を提供すること。【解決手段】燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの製造方法は、高分子電解質膜ＰＥＭと第１触媒層付基材ＧＤＥ１とを接合するステップと、高分子電解質膜ＰＥＭと接合された第１触媒層付基材ＧＤＥ１を所定形状となるよう切れ目ＣＬを入れるステップと、第１触媒層付基材ＧＤＥ１における不要部分ＧＤＥ１２を高分子電解質膜ＰＥＭより剥がすステップと、高分子電解質膜ＰＥＭに、第１触媒層付基材ＧＤＥ１を透過せず高分子電解質膜ＰＥＭを透過するレーザ光ＬＢ２を照射し、高分子電解質膜ＰＥＭ上に付着している第１触媒層付基材ＧＤＥ１の残渣ＲＤを除去するステップ等を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、電解質膜の両面に電極層が積層された燃料電池用膜電極接合体の製造方法に関する。
燃料電池の膜電極接合体（ＭＥＡ）は、例えば特許文献１に記載されるように電解質膜を挟んで両面に触媒層と拡散層（合わせて「電極層」）が積層した構造を有している。また、両面の電極層同士の絶縁確保のため沿面距離をとるべく一方の電極層は周縁に電解質膜が露出するように構成される。
このようなＭＥＡを製造する方法としては、特許文献２に記載されるように拡散層基材に触媒層を形成しておき、これを電解質膜に接合するという方法がある。
一方、特許文献３に示されるように、ＭＥＡの製造効率を高めるためロールトゥロール法でＭＥＡを連続して製造することが提案されている。
特許第５６１１６０４号公報 特許第３２７３５９１号公報 特開２０１０−１１９９６７号公報
ところで、特許文献２に記載される触媒層付拡散層を電解質膜に接合してＭＥＡをロールトゥロール法により製造しようとすると、次のような手順が考えられる。まず、電解質膜ロールから巻き出された電解質膜の片面または両面に、触媒層付拡散層ロールから巻き出された触媒層付拡散層の積層・接合を行う。そして、触媒層付拡散層のうち余分な部分を電解質膜から剥がし、さらに電解質膜及び触媒層付拡散層を所定形状にカットしてＭＥＡを完成させる。
ところが、上述のように一旦接合した触媒層付拡散層を電解質膜から剥がすと、触媒層を全部取りきれず、触媒層の残渣が触媒層上に残るおそれがある。これにより、残った残渣が絶縁性やガスシール性を低下させるおそれがある。
そのような触媒層の残渣を除去するために残渣の残った領域に対してレーザの光を照射することが考えられる。しかしながら、該レーザの光の電解質膜への吸収率が高いと電解質膜までダメージを与えることになる。さらには、電解質膜の他方の面にも触媒層が形成されている場合には、残渣除去の際に他方の面の触媒層も除去してしまうことになる。
本発明は、電解質膜へのダメージを抑制しつつ必要な触媒層が除去されてしまうことを防止できる燃料電池用膜電極接合体の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明は、電解質膜（例えば、後述の高分子電解質膜ＰＥＭ）を準備するステップ（例えば、後述のステップ１）と、シート状の基材の一面に第１触媒層（例えば、後述の第１触媒層１１１）が形成された触媒層付基材（例えば、後述の第１触媒層付基材ＧＤＥ１）を準備するステップ（例えば、後述のステップ２）と、前記電解質膜の一方の面に前記第１触媒層が面するように前記触媒層付基材を積層するステップ（例えば、後述のステップ３）と、前記電解質膜と前記触媒層付基材とを接合するステップ（例えば、後述のステップ４）と、前記電解質膜と接合された前記触媒層付基材を所定形状となるよう切れ目（例えば、後述の切れ目ＣＬ）を入れるステップ（例えば、後述のステップ５）と、前記触媒層付基材における前記所定形状の部分（例えば、後述の所定形状の部分ＧＤＥ１１）以外の不要部分（例えば、後述の不要部分ＧＤＥ１２）を前記電解質膜より剥がすステップ（例えば、後述のステップ６）と、前記電解質膜における前記不要部分が接合されていた部分に、前記触媒層付基材を透過せず前記電解質膜を透過するエネルギー線（例えば、後述のレーザ光ＬＢ２）を照射し、前記電解質膜上に付着している前記触媒層付基材の残渣（例えば、後述の残渣ＲＤ）を除去するステップ（例えば、後述のステップ７）と、前記電解質膜の他方の面に第２触媒層（例えば、後述の第２触媒層１２１）を形成し、前記一方の面に接合された前記所定形状の前記触媒層付基材が囲まれるように前記電解質膜と前記第２触媒層とを打ち抜くステップ（例えば、後述のステップ８）と、を備える燃料電池用膜電極接合体の製造方法を提供する。
本発明では、まず、電解質膜の一方の面にのみ触媒層付基材を接合した後、不要部分を剥がし、触媒層付基材を透過せず電解質膜を透過するレーザ光等のエネルギー線を用いて残渣を除去してから、他方の面に触媒層を形成する。このように、残渣を除去した後に他方の面に触媒層を形成するので、電解質膜を透過したエネルギー線により該触媒層が除去されてしまうことがない。従って、本発明によれば、電解質膜へのダメージを抑制しつつ必要な触媒層が除去されてしまうことを防止できる。
上述の発明において、前記エネルギー線は、前記電解質膜に対する透過率が８０％以上であることが好ましい。
この発明では、電解質膜に対する透過率が８０％以上のエネルギー線を用いる。これにより、透過性の高いエネルギー線を用いることで電解質膜へのダメージをより確実に抑制できる。
本発明によれば、電解質膜へのダメージを抑制しつつ必要な触媒層が除去されてしまうことを防止できる燃料電池用膜電極接合体の製造方法を提供できる。
本発明の一実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの製造ライン１を示す概略図である。 第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２の波長と透過率との関係を示すグラフである。 第１触媒層付基材ＧＤＥ１の不要部分ＧＤＥ１２を電解質膜ＰＥＭより剥がした後、残渣ＲＤを除去する前の状態を示す拡大断面図である。 第１触媒層付基材ＧＤＥ１の不要部分ＧＤＥ１２を電解質膜ＰＥＭより剥がした後、残渣ＲＤを除去した後の状態を示す拡大断面図である。 製造された燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの断面図である。 第１触媒層付基材ＧＤＥ１の残渣ＲＤを電解質膜ＰＥＭ上から除去する前後の絶縁性を比較するグラフである。
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの製造ライン１を示す概略図である。図２は、第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２の波長と透過率との関係を示すグラフである。図３Ａは、第１触媒層付基材ＧＤＥ１の不要部分ＧＤＥ１２を電解質膜ＰＥＭより剥がした後、残渣ＲＤを除去する前の状態を示す拡大断面図である。図３Ｂは、第１触媒層付基材ＧＤＥ１の不要部分ＧＤＥ１２を電解質膜ＰＥＭより剥がした後、残渣ＲＤを除去した後の状態を示す拡大断面図である。図３は、第１触媒層付基材ＧＤＥ１の不要部分ＧＤＥ１２を電解質膜ＰＥＭより剥がした後の状態を示す拡大断面図である。図３（Ａ）は、残渣ＲＤを除去する前の状態を示す。図３（Ｂ）は、残渣ＲＤを除去した後の状態を示す。図４は、製造された燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの断面図である。図５は、第１触媒層付基材ＧＤＥ１の残渣ＲＤを電解質膜ＰＥＭ上から除去する前後の絶縁性を比較するグラフである。
図１に示す燃料電池用膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly）ＭＥＡの製造ライン１は、ロールトゥロール法で連続化することで、燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの製造効率を高めたものである。具体的には、燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの製造ライン１は、電解質膜ロール１０と、第１基材ロール１１と、上下一対の仮接合ロール１２，１３と、第１レーザ装置１４と、回収ロール１５と、第２レーザ装置１６と、第２基材ロール１７と、上下一対の接合ロール１８，１９と、カッター２０等を備えている。
電解質膜ロール１０は、連続するシート状（帯状）の高分子電解質膜（Polymer Electrolyte Membrane）ＰＥＭを準備するロールであり、製造ライン１の上流で水平軸回りに回転する。この電解質膜ロール１０は、回転することで、高分子電解質膜ＰＥＭを下流に繰り出す。電解質膜ロール１０から下流に繰り出されて走行する高分子電解質膜ＰＥＭは、高分子電解質膜ＰＥＭの一方の面である上面に、第１基材ロール１１から下流に繰り出されて走行する第１触媒層付基材ＧＤＥ１の一方の面である下面が、第１触媒層付基材ＧＤＥ１の下面に形成された第１触媒層１１１（図４参照）が面するように積層される。
第１基材ロール１１は、連続するシート状（帯状）の第１触媒層付基材（Gas Diffusion Electrode）ＧＤＥ１を準備するロールであり、製造ライン１の上流で水平軸回りに回転する。この第１基材ロール１１は、回転することで、電解質膜ロール１０の上方から第１触媒層付基材ＧＤＥ１を下流に繰り出す。第１基材ロール１１から下流に繰り出されて走行する第１触媒層付基材ＧＤＥ１は、その一面である下面に第１触媒層１１１（図４参照）が形成されている。また、第１基材ロール１１から下流に繰り出されて走行する第１触媒層付基材ＧＤＥ１は、その一方の面である下面に、電解質膜ロール１０から下流に繰り出されて走行する高分子電解質膜ＰＥＭの一方の面である上面が、第１触媒層１１１が面するように積層される。
上下一対の仮接合ロール１２，１３は、電解質膜ロール１０及び第１基材ロール１１の下流に、各々が水平軸回りに回転自在となるように、且つ、互いの周面が略接触するように設けられている。これら上下一対の仮接合ロール１２，１３は、昇温可能に構成され、上下に積層されている高分子電解質膜ＰＥＭと第１触媒層付基材ＧＤＥ１とを上流から下流に通過させることで、回転しながらこれら高分子電解質膜ＰＥＭと第１触媒層付基材ＧＤＥ１とに上下方向の外力及び熱を加え、これら高分子電解質膜ＰＥＭと第１触媒層付基材ＧＤＥ１とを接合する。
第１レーザ装置１４は、上下一対の仮接合ロール１２，１３の下流において、これら上下一対の仮接合ロール１２，１３を通過して高分子電解質膜ＰＥＭの上面に接合している第１触媒層付基材ＧＤＥ１の上方に、水平方向に移動自在となるように設けられ、その第１触媒層付基材ＧＤＥ１に向けてレーザ光ＬＢ１を照射する。この第１レーザ装置１４は、水平方向に移動しながら第１触媒層付基材ＧＤＥ１に向けてレーザ光ＬＢ１を照射することで、高分子電解質膜ＰＥＭと接合している第１触媒層付基材ＧＤＥ１を所定形状（例えば、矩形状）となるよう切れ目ＣＬを入れる。
第１レーザ装置１４のレーザ光ＬＢ１は、後述する第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２と同様、第１触媒層付基材ＧＤＥ１を透過せず高分子電解質膜ＰＥＭを透過する波長である。この第１レーザ装置１４のレーザ光ＬＢ１は、高分子電解質膜ＰＥＭに対する透過率が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。すなわち図２に示すように、第１レーザ装置１４のレーザ光ＬＢ１の波長は、４００ｎｍ以上であることが好ましく、６００ｎｍ以上であることがより好ましい。具体的には、ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）を用いることができる。
また、図２から明らかであるように、第１レーザ装置１４のレーザ光ＬＢ１は後述する第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２と同様、波長によらずカーボン系材料に対しては透過率がほぼ０％である。後述するように、触媒層付基材はカーボン系材料で構成されるところ、第１レーザ装置１４のレーザ光ＬＢ１は第１触媒層付基材ＧＤＥ１を透過せずに吸収される。これにより、第１レーザ装置１４のレーザ光ＬＢ１によって第１触媒層付基材ＧＤＥ１に対してカットや除去が可能となっている。
回収ロール１５は、第１触媒層付基材ＧＤＥ１の不要部分ＧＤＥ１２を回収するロールであり、第１レーザ装置１４の下流において第１触媒層付基材ＧＤＥ１の上方で水平軸回りに回転する。この回収ロール１５は、回転することで、第１レーザ装置１４のレーザ光ＬＢ１によって切れ目ＣＬが入れられた第１触媒層付基材ＧＤＥ１における所定形状（例えば、矩形状）の部分ＧＤＥ１１以外の不要部分ＧＤＥ１２を高分子電解質膜ＰＥＭより剥がし、その不要部分ＧＤＥ１２を巻き取りながら回収する。
なお、第１触媒層付基材ＧＤＥ１の不要部分ＧＤＥ１２が剥がされた後の高分子電解質膜ＰＥＭ上には、第１触媒層付基材ＧＤＥ１の残渣ＲＤが付着している（図３Ａ参照）。
第２レーザ装置１６は、第１レーザ装置１４の下流において、第１触媒層付基材ＧＤＥ１の不要部分ＧＤＥ１２が剥がされた高分子電解質膜ＰＥＭの上方に、水平方向に移動自在となるように設けられ、その高分子電解質膜ＰＥＭに向けてレーザ光ＬＢ２を照射する。この第２レーザ装置１６は、水平方向に移動しながら、高分子電解質膜ＰＥＭにおける第１触媒層付基材ＧＤＥ１の不要部分ＧＤＥ１２が接合されていた部分に向けてレーザ光ＬＢ２を照射することで、高分子電解質膜ＰＥＭ上に付着している第１触媒層付基材ＧＤＥ１の残渣ＲＤを除去する（図３Ｂ参照）。
第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２は、第１レーザ装置１４のレーザ光ＬＢ１と同様、第１触媒層付基材ＧＤＥ１を透過せず高分子電解質膜ＰＥＭを透過する波長である。この第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２は、高分子電解質膜ＰＥＭに対する透過率が８０％であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい（図２参照）。すなわち図２に示すように、第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２の波長は、４００ｎｍ以上であることが好ましく、６００ｎｍ以上であることがより好ましい。具体的には、ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）を用いることができる。
また、図２から明らかであるように、第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２は第１レーザ装置１４のレーザ光ＬＢ１と同様、波長によらずカーボン系材料に対しては透過率がほぼ０％である。後述するように、触媒層付基材はカーボン系材料で構成されるところ、第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２は第１触媒層付基材ＧＤＥ１を透過せずに吸収される。これにより、第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２によって高分子電解質膜ＰＥＭ上に付着している第１触媒層付基材ＧＤＥ１の残渣ＲＤを除去が可能となっている。
第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２によって第１触媒層付基材ＧＤＥ１の残渣ＲＤが除去された高分子電解質膜ＰＥＭは、その他方の面である下面に、第２基材ロール１７から下流に繰り出されて走行する第２触媒層付基材ＧＤＥ２の一方の面である上面が、第２触媒層付基材ＧＤＥ２の上面に形成された第２触媒層１２１（図４参照）が面するように積層される。
第２基材ロール１７は、連続するシート状（帯状）の第２触媒層付基材（Gas Diffusion Electrode）ＧＤＥ２を準備するロールであり、第２レーザ装置１６の下流において高分子電解質膜ＰＥＭの下方で水平軸回りに回転する。この第２基材ロール１７は、回転することで、走行する高分子電解質膜ＰＥＭの下方から第２触媒層付基材ＧＤＥ２を下流に繰り出す。第２基材ロール１７から下流に繰り出されて走行する第２触媒層付基材ＧＤＥ２は、その一面である上面に第２触媒層１２１（図４参照）が形成されている。また、第２基材ロール１７から下流に繰り出されて走行する第２触媒層付基材ＧＤＥ２は、その一方の面である上面に、第１触媒層付基材ＧＤＥ１の残渣ＲＤが除去された高分子電解質膜ＰＥＭの他方の面である下面が、第２触媒層１２１が面するように積層される。
上下一対の接合ロール１８，１９は、第２基材ロール１７の下流に、各々が水平軸回りに回転自在となるように、且つ、互いの周面が略接触するように設けられている。これら上下一対の接合ロール１８，１９は、昇温可能に構成され、上下に積層されている第１触媒層付基材ＧＤＥ１の所定形状の部分ＧＤＥ１１と、高分子電解質膜ＰＥＭと、第２触媒層付基材ＧＤＥ２とを上流から下流に通過させることで、回転しながらこれら第１触媒層付基材ＧＤＥ１の所定形状の部分ＧＤＥ１１と、高分子電解質膜ＰＥＭと、第２触媒層付基材ＧＤＥ２とに上下方向の外力及び熱を加え、これら第１触媒層付基材ＧＤＥ１の所定形状の部分ＧＤＥ１１と、高分子電解質膜ＰＥＭと、第２触媒層付基材ＧＤＥ２とを接合する。すなわち、上下一対の接合ロール１８，１９は、高分子電解質膜ＰＥＭの他方の面である下面に第２触媒層１２１を形成する。
カッター２０は、上下一対の接合ロール１８，１９の下流において、これら上下一対の接合ロール１８，１９を通過して互いに接合している第１触媒層付基材ＧＤＥ１の所定形状の部分ＧＤＥ１１と、高分子電解質膜ＰＥＭと、第２触媒層付基材ＧＤＥ２との上方に、上下方向に移動自在となるように設けられている。このカッター２０は、下方に移動して高分子電解質膜ＰＥＭと第２触媒層付基材ＧＤＥ２とに対し、カット等のトリムを行う。すなわち、カッター２０は、高分子電解質膜ＰＥＭの一方の面である上面に接合されている所定形状の第１触媒層付基材ＧＤＥ１１が囲まれるように、高分子電解質膜ＰＥＭと、第２触媒層１２１が形成されている第２触媒層付基材ＧＤＥ２とを打ち抜く。これにより、複数の燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡが完成する。
次に、図１を参照しながら、製造ライン１により実行される本実施形態の燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの製造方法について説明する。
製造ライン１における燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの製造方法は、ステップ１と、ステップ２と、ステップ３と、ステップ４と、ステップ５と、ステップ６と、ステップ７と、ステップ８等を備えている。
ステップ１では、高分子電解質膜ＰＥＭを準備する。具体的に、ステップ１では、電解質膜ロール１０から高分子電解質膜ＰＥＭを下流に繰り出す。
ステップ２では、連続するシート状（帯状）の基材の一面である下面に第１触媒層１１１が形成された第１触媒層付基材ＧＤＥ１を準備する。具体的に、ステップ２では、第１基材ロール１１から第１触媒層付基材ＧＤＥ１を下流に繰り出す。
ステップ３では、電解質膜ロール１０から繰り出されて走行する高分子電解質膜ＰＥＭの一方の面である上面に、第１触媒層１１１が面するように、第１基材ロール１１から繰り出されて走行する第１触媒層付基材ＧＤＥ１を積層する。
ステップ４では、上下一対の仮接合ロール１２，１３によって、互いに積層されて走行する高分子電解質膜ＰＥＭと第１触媒層付基材ＧＤＥ１とを接合する。
ステップ５では、第１レーザ装置１４のレーザ光ＬＢ１を照射することによって、高分子電解質膜ＰＥＭと接合している第１触媒層付基材ＧＤＥ１を所定形状となるよう切れ目ＣＬを入れる。
ステップ６では、第１触媒層付基材ＧＤＥ１における所定形状の部分ＧＤＥ１１以外の不要部分ＧＤＥ１２を、高分子電解質膜ＰＥＭより剥がして回収ロール１５に回収する。
ステップ７では、高分子電解質膜ＰＥＭにおける不要部分ＧＤＥ１２が接合されていた部分に、第１触媒層付基材ＧＤＥ１を透過せず高分子電解質膜ＰＥＭを透過する第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２を照射し、高分子電解質膜ＰＥＭ上に付着している第１触媒層付基材ＧＤＥ１の残渣ＲＤを除去する。
ステップ８では、第２基材ロール１７から繰り出されて走行する第２触媒層付基材ＧＤＥ２を用い、上下一対の接合ロール１８，１９によって、高分子電解質膜ＰＥＭの他方の面である下面に第２触媒層１２１を形成すると共に、カッター２０によって、高分子電解質膜ＰＥＭの一方の面である上面に接合されている所定形状の第１触媒層付基材ＧＤＥ１１が囲まれるように、高分子電解質膜ＰＥＭと、第２触媒層１２１が形成されている第２触媒層付基材ＧＤＥ２とを打ち抜く。これにより、複数の燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡが完成する。
次に、図４を参照しながら、製造ライン１により実行される本実施形態の燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの製造方法で製造された燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの構造について説明する。
図４に示すように、燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡは、高分子電解質膜ＰＥＭが第１触媒層付基材ＧＤＥ１１と第２触媒層付基材ＧＤＥ２とで挟持された構造を有する。
第１触媒層付基材ＧＤＥ１１は、第１拡散層１１３と、第１中間層１１２と、第１触媒層１１１がこの順に積層されて構成されている。第１拡散層１１３は、厚み方向に貫通する多孔質体で構成され、例えば炭素繊維やカーボンバインダーを含むカーボンペーパーが用いられる。第１中間層１１２は、例えば電子伝導性物質と撥水性樹脂とを含んで構成される。第１触媒層１１１は、例えばカーボンブラック等の触媒担体に白金等の触媒金属を担持してなる触媒粒子と、イオン伝導性高分子バインダー等の高分子電解質を含んで構成される。
同様に第２触媒層付基材ＧＤＥ２も、第２拡散層１２３と、第２中間層１２２と、第２触媒層１２１がこの順に積層されて構成されている。第２拡散層１２３は第１拡散層１１３と同様の構成であり、第２中間層１２２は第１中間層１１２と同様の構成であり、第２触媒層１２１は第１触媒層１１１と同様の構成である。
また、燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡでは、第１触媒層付基材ＧＤＥ１１が第２触媒層付基材ＧＤＥ２及び高分子電解質膜ＰＥＭよりも面積が小さい矩形状であることにより、四周に段差が形成されている。そのため、高分子電解質膜ＰＥＭの一方の面（上面）は、周縁が矩形枠状に露出している。これにより、第１触媒層１１１及び第２触媒層１２１の沿面距離がとられ、絶縁が確保されている。製造ライン１により実行される本実施形態の燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの製造方法は、このような段差を有するＭＥＡの製造に好適である。
次に、図５を参照しながら、第１触媒層付基材ＧＤＥ１の残渣ＲＤを電解質膜ＰＥＭ上から除去する前後の絶縁性について説明する。
図５に示すように、残渣ＲＤが除去されていない電極残渣部は抵抗値が０［ＭΩ］であり、第１触媒層１１１及び第２触媒層１２１の絶縁が確保されていない。一方、残渣ＲＤが除去された後のクリーニング部は抵抗値が５［ＭΩ］程度であり、第１触媒層１１１及び第２触媒層１２１の絶縁が確保されていることが分かる。
以上説明した本実施形態の燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの製造方法によれば、以下のような効果を奏する。
本実施形態の燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの製造方法、すなわち製造ライン１における燃料電池用膜電極接合体ＭＥＡの製造方法は、高分子電解質膜ＰＥＭを準備するステップ１と、シート状の基材の一面に第１触媒層１１１が形成された第１触媒層付基材ＧＤＥ１を準備するステップ２と、高分子電解質膜ＰＥＭの一方の面に第１触媒層１１１が面するように第１触媒層付基材ＧＤＥ１を積層するステップ３と、高分子電解質膜ＰＥＭと第１触媒層付基材ＧＤＥ１とを接合するステップ４と、高分子電解質膜ＰＥＭと接合された第１触媒層付基材ＧＤＥ１を所定形状となるよう切れ目ＣＬを入れるステップ５と、第１触媒層付基材ＧＤＥ１における所定形状の部分ＧＤＥ１１以外の不要部分ＧＤＥ１２を高分子電解質膜ＰＥＭより剥がすステップ６と、高分子電解質膜ＰＥＭにおける不要部分ＧＤＥが接合されていた部分に、第１触媒層付基材ＧＤＥ１を透過せず高分子電解質膜ＰＥＭを透過する第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２を照射し、高分子電解質膜ＰＥＭ上に付着している第１触媒層付基材ＧＤＥ１の残渣ＲＤを除去するステップ７と、高分子電解質膜ＰＥＭの他方の面に第２触媒層１２１を形成し、一方の面に接合された所定形状の第１触媒層付基材ＧＤＥ１１が囲まれるように高分子電解質膜ＰＥＭと第２触媒層１２１とを打ち抜くステップ８等を備える構成とした。
要するに本実施形態では、まず高分子電解質膜ＰＥＭの一方の面にのみ第１触媒層付基材ＧＤＥ１を接合した後、不要部分ＧＤＥ１２を剥がし、第１触媒層付基材ＧＤＥ１を透過せず高分子電解質膜ＰＥＭを透過する第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２を用いて残渣ＲＤを除去してから、他方の面に第２触媒層１２１を形成するようにした。このように、残渣ＲＤを除去した後に他方の面に触媒層Ｂを形成するので、高分子電解質膜ＰＥＭを透過したレーザ光ＬＢ２により当該第２触媒層１２１が除去されてしまうことがない。従って、本実施形態によれば、電解質膜へのダメージを抑制しつつ必要な触媒層が除去されてしまうことを防止できる。
また、本実施形態では、第２レーザ装置１６のレーザ光ＬＢ２を、高分子電解質膜ＰＥＭに対する透過率が８０％以上とした。これにより、透過性の高いレーザ光を用いることで高分子電解質膜ＰＥＭへのダメージをより確実に抑制できる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
１ 製造ライン
１０ 電解質膜ロール
１１ 第１基材ロール
１２，１３ 仮接合ロール
１４ 第１レーザ装置
１５ 回収ロール
１６ 第２レーザ装置
１７ 第２基材ロール
１８，１９ 接合ロール
２０ カッター
１１１ 第１触媒層
１２１ 第２触媒層
ＭＥＡ 燃料電池用膜電極接合体
ＬＢ１，ＬＢ２ レーザ光（エネルギー線）
ＰＥＭ 高分子電解質膜
ＧＤＥ１ 第１触媒層付基材
ＧＤＥ１１ 第１触媒層付基材における所定形状の部分
ＧＤＥ１２ 第１触媒層付基材における不要部分
ＣＬ 切れ目
ＲＤ 残渣
ＧＤＥ２ 第２触媒層付基材

Claims (2)

  1. 電解質膜を準備するステップと、
    シート状の基材の一面に第１触媒層が形成された触媒層付基材を準備するステップと、
    前記電解質膜の一方の面に前記第１触媒層が面するように前記触媒層付基材を積層するステップと、
    前記電解質膜と前記触媒層付基材とを接合するステップと、
    前記電解質膜と接合された前記触媒層付基材を所定形状となるよう切れ目を入れるステップと、
    前記触媒層付基材における前記所定形状の部分以外の不要部分を前記電解質膜より剥がすステップと、
    前記電解質膜における前記不要部分が接合されていた部分に、前記触媒層付基材を透過せず前記電解質膜を透過するエネルギー線を照射し、前記電解質膜上に付着している前記触媒層付基材の残渣を除去するステップと、
    前記電解質膜の他方の面に第２触媒層を形成し、前記一方の面に接合された前記所定形状の前記触媒層付基材が囲まれるように前記電解質膜と前記第２触媒層とを打ち抜くステップと、を備える燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
  2. 前記エネルギー線は、前記電解質膜に対する透過率が８０％以上である請求項１記載の燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
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