JP3491894B2 - 電解質膜電極接合体の製造方法 - Google Patents

電解質膜電極接合体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】技術分野 本発明は、主として水素と酸素とを反応させて発電を行
う高分子電解質型燃料電池に用いられる電解質膜電極接
合体の製造方法に関する。
【０００２】背景技術 高分子電解質を用いた燃料電池は、水素を含有する燃料
ガスと、空気などの酸素を含有する酸化剤ガスとを、電
気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に発生
するものである。
【０００３】図１に高分子電解質型燃料電池の構成要素
である電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）の概略断面図を示
す。図１に示すように、水素イオンを選択的に輸送する
高分子電解質膜１１の両面に、触媒層１２が形成され
る。この触媒層１２は、貴金属系の触媒を担持した導電
性のカーボン粉末に、水素イオン伝導性高分子電解質を
混合して得られる混合物で形成される。つぎに、この触
媒層１２の外側に、燃料ガスの通気性および電子伝導性
を併せ持つガス拡散層１３を形成する。このガス拡散層
１３としては、例えば撥水処理を施した導電性のカーボ
ンペーパーを用いる。この触媒層１２とガス拡散層１３
とで電極１４を構成する。
【０００４】供給する燃料ガスおよび酸化剤ガスが燃料
電池の外にリークしたり、これらのガスが互いに混合し
ないように、電極１４の周囲には高分子電解質膜を挟む
態様でガスケットなどのシール材が配置される。このシ
ール材は、あらかじめ電極１４および高分子電解質膜１
１と一体化して組み立てる。こうして電極１４および高
分子電解質膜１１がＭＥＡ１５を構成する。現在、高分
子電解質膜１１としては、式（１）：
【０００５】
【化１】
【０００６】で表される構造を有するパーフルオロカー
ボンスルホン酸が一般的に使用される。
【０００７】図２に、図１に示すＭＥＡ１５を用いた単
電池の概略断面図を示す。図２に示すように、ＭＥＡ１
５の外側に、これを機械的に固定するための導電性のセ
パレータ板２１を配置する。セパレータ板２１のＭＥＡ
１５と接触する部分には、電極１４にガスを供給し、生
成ガスおよび余剰ガスを運ぶためのガス流路２２が形成
される。ガス流路２２は別部材としてセパレータ板２１
に設置することもできるが、セパレータ板２１の表面に
溝を設けてガス流路２２を形成するのが一般的である。
【０００８】このように、一対のセパレータ板２１でＭ
ＥＡ１５を固定することによって単電池２３が得られ
る。そして、片側のガス流路２２に燃料ガスを供給し、
他方のガス流路２２に酸化剤ガスを供給することで、
０．８Ｖ程度の起電力を発生させることができる。
【０００９】しかし、通常、燃料電池を電源として使う
とき、数ボルトから数百ボルトの電圧を必要とする。こ
のため、実際には、必要な個数の単電池２３を直列に連
結する。このとき、セパレータ板２１の裏表の両面にガ
ス流路２２を形成し、セパレータ板／ＭＥＡ／セパレー
タ板／ＭＥＡの順序でセパレータ板およびＭＥＡを繰り
返し積層する。
【００１０】ガス流路２２に燃料ガスまたは酸化剤ガス
を供給するためには、ガスを供給する配管をセパレータ
板２１の枚数に相当する数に分岐し、その分岐先をガス
流路２２に連通させる配管部が必要である。この配管部
をマニホールドと呼ぶ。ガスの供給配管をセパレータ板
に直接連通させるマニホールドを外部マニホールドと呼
ぶ。一方、マニホールドには、より簡単な構造を有する
内部マニホールドがある。内部マニホールドは、ガス流
路を形成したセパレータ板の面内に貫通孔を設け、ガス
流路の出入り口をこの孔につなげ、この孔に直接ガスを
供給する形態を有する。
【００１１】燃料電池は運転中に熱を発生する。燃料電
池を良好な温度状態に維持するために、冷却水などを流
通させることによって燃料電池を冷却する必要がある。
通常、単電池１〜３個毎に、冷却水を流す冷却部をセパ
レータ板とセパレータ板との間に挿入する。実際には、
セパレータ板の背面（ガス拡散層と接しない面）に冷却
水用流路を設けて冷却部を形成する場合が多い。
【００１２】上述のセパレータ板２１の表面の構造を概
略的に示す平面図を図３に示し、セパレータ板２１の裏
面の構造を概略的に示す平面図を図４に示す。図３に示
すようにセパレータ板２１の表面には、燃料ガスまたは
酸化剤ガス用の流路が形成され、図４に示すようにセパ
レータ板２１の裏面には、冷却水を循環させるための流
路が形成される。
【００１３】図３において、燃料ガスは孔３１ａから注
入され、孔３１ｂから排出される。一方、酸化剤ガスは
孔３２ａから注入され、孔３２ｂから排出される。孔３
３ａから冷却水が注入され、孔３３ｂから冷却水が排出
される。孔３１ａから注入された燃料ガスは、ガス流路
を構成する凹部３４を通じて、蛇行しながら孔３１ｂへ
と導かれる。また、凹部３４とともに凸部３５がガス流
路を構成する。燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水はシ
ール材３６によってシールされている。
【００１４】高分子電解質型燃料電池に用いるセパレー
タ板は、高い導電性と燃料ガスに対する気密性とを有す
ることが必要であり、さらに水素と酸素との間の酸化還
元反応に対する高い耐食性、すなわち耐酸性を有するこ
とも必要である。そのため、従来のセパレータ板は、グ
ラッシーカーボン製の板の表面に切削加工でガス流路を
形成する方法、または、ガス流路溝を形成したプレス金
型にバインダーおよび膨張黒鉛粉末を充填し、プレス加
工した後、加熱する方法により作製していた。
【００１５】また、近年、従来より使用されているカー
ボン材料に代えて、ステンレスなどの金属板をセパレー
タ板の材料に用いる試みが行われている。しかし、金属
板を用いたセパレータ板は、高温で酸化性の雰囲気に曝
されるため、長期間使用すると腐食したり溶解したりす
ることがある。金属板が腐食すると、腐食部分の電気抵
抗が増大し、電池の出力が低下するという問題が生じ
る。
【００１６】また、金属板が溶解すると、溶解した金属
イオンが高分子電解質中に拡散し、高分子電解質のイオ
ン交換サイトにトラップされ、結果的に高分子電解質自
身のイオン伝導性が低下する。このような劣化を避ける
ため、金属板の表面に、ある程度の厚さで金をメッキす
ることが通例であった。さらに、エポキシ樹脂および金
属粉を混合して得られる導電性樹脂でセパレータ板を作
製することも検討されている。
【００１７】以上のようなＭＥＡ、セパレータ板および
冷却部を交互に重ねていき、単電池を１０〜２００個積
層し、集電板と絶縁板を介して、端板で前記積層体を挟
む。そして、締結ボルトで端板、集電板、絶縁板および
積層体を固定して燃料電池スタックを得る。
【００１８】図５は、ここでいう燃料電池スタックの概
略斜視図である。図５に示す燃料電池スタックにおいて
は、必要な数の単電池４１が積層されて積層体を構成
し、２枚の端板４２の間に積層体を挟んで、複数の締結
ボルト４３で締め上げる。ここで、端板４２には、酸化
剤ガスを注入するための孔４４ａ、燃料ガスを注入する
ための孔４５ａおよび冷却水を注入するための孔４６ａ
が設けられている。一方、酸化剤ガスを排出するための
孔４４ｂ、燃料ガスを排出するための孔４５ｂおよび冷
却水を排出するための孔４６ｂも設けられている。
【００１９】しかし、従来のＭＥＡにおいて、パーフル
オロカーボンスルフォン酸からなる電解質膜が、あまり
薄くなりすぎるとその機械的強度が低くなり、ＭＥＡの
作製時または電池運転中に電解質膜が破断したり、電解
質膜にピンホールが生じることが多かった。したがっ
て、電解質膜の厚さの下限は約２０〜３０μｍであっ
た。さらに薄い電解質膜の機械的強度を、補強メッシュ
または補強芯材などの補強および維持する工夫も試みら
れているが、この場合、電解質膜のイオン伝導性の低下
およびコストアップなどが問題となる。さらに、電解質
膜と触媒層の界面で、ボイドが発生したり、両者が互い
に剥離し易くなるなど、性能および耐久性の両面で問題
があった。
【００２０】また、近年、燃料電池のＭＥＡの量産性の
向上と触媒層および拡散層などの薄膜化により、ガス拡
散能および水素イオン伝導性を向上させるために、触媒
層イオンとそれ以外の機能性（例えば、拡散性）を有す
るインクとをテープ状の基材上に多層状に塗布する方法
が提案されている。触媒層インクおよびその他の少なく
とも１種のインクを基材上に多層状に塗布するためには
以下のような方法が採られている。例えば、まず、触媒
層インクを基材上に塗布して乾燥させて触媒層を形成す
る。同様にして、第２のインクを前記触媒層に重ねて塗
布して乾燥させ、第２の層を形成する。そして、さらに
別の第３のインクを前記第２の層に重ねて塗布して乾燥
させ、第３の層を形成する。そうして、続いて粘着剤を
前記第３の層上に重ねて塗布して乾燥させることで、触
媒層、第２の層および第３の層を固定する。
【００２１】しかし、このような従来技術には、つぎの
ような問題がある。すなわち、触媒層インクおよびその
他のインクを個別に塗布し乾燥させるため、前記製造方
法は塗布効率に劣る。特に、塗布するインクの種類およ
び層の数が増加するにしたがって、塗布工程が増加する
という問題がある。また、触媒層およびその他の層を順
に個別に形成するため、各層の界面が明確に分離し、各
層を互いに十分に密着させることが困難である。
【００２２】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、簡易かつ容易に複数種のインクを多層状
に効率良く塗布することのできる燃料電池の電解質膜電
極接合体（ＭＥＡ）の製造方法を提供することを目的と
する。
【００２３】発明の開示 本発明は、水素イオン伝導性高分子電解質層および前記
水素イオン伝導性高分子電解質層の両面に対向して配置
された触媒層を含む一対の電極層を具備する電解質膜電
極接合体の製造方法であって、（１）水素イオン伝導性
高分子電解質を含む分散液または水素イオン伝導性高分
子電解質の溶融液を有する電解質インクを吐出させて電
解質層を形成する工程、（２）触媒層インクを吐出させ
て前記電解質層上に触媒層を形成する工程、ならびに
（３）前記触媒層上に拡散層を形成する工程を含み、少
なくとも前記工程（１）および前記工程（２）を連続し
て、または同時に行なうことを特徴とする電解質膜電極
接合体の製造方法に関する。
【００２４】前記製造方法においては、前記工程（１）
および前記工程（２）を連続して、または同時に行なっ
て、前記電解質インクおよび前記触媒層インクを多層状
に吐出および塗布するのが有効である。特に、前記電解
質インクおよび前記触媒層インクを同時にスリット状吐
出口から多層状に吐出させ、前記スリット状吐出口の長
手方向に直交する方向に前記基材を進行させるのが有効
である。
【００２５】また、前記工程（３）が、前記触媒層上に
拡散層インクを吐出させて拡散層を形成する工程である
のが有効である。この場合、前記電解質インク、前記触
媒層インクおよび前記拡散層インクを同時にスリット状
吐出口から多層状に吐出させ、前記スリット状吐出口の
長手方向に直交する方向に前記基材を進行させるのが有
効である。これによれば、前記工程（１）〜（３）を同
時に行うことができる。
【００２６】また、前記工程（３）が、前記触媒層上に
熱間圧縮により拡散層を形成する工程であるのが有効で
ある。さらに、前記製造方法は、前記工程（２）で得た
電解質膜と触媒層との接合体を１００℃以上の温度でベ
ーキングする工程を含むのが有効である。
【００２７】さらにまた、本発明は、水素イオン伝導性
高分子電解質層および前記水素イオン伝導性高分子電解
質層の両面に対向して配置された触媒層を含む一対の電
極層を含む電解質膜電極接合体の製造方法であって、
（ａ）電解質層を構成する基材上に水素イオン伝導性高
分子電解質を含む触媒層を形成する工程、および（ｂ）
工程（ａ）で得た電解質膜と触媒層との接合体に、水素
イオン伝導性高分子電解質を含む分散液もしくは溶液ま
たは水素イオン伝導性高分子電解質の溶融液を含浸させ
る工程を含む電解質膜電極接合体の製造方法にも関す
る。この製造方法は、前記工程（ｂ）の後、前記基材と
前記触媒層との接合体を１００℃以上の温度でベーキン
グする工程を含むのが有効である。
【００２８】発明を実施するための最良の形態 本発明は、水素イオン伝導性高分子電解質層および前記
水素イオン伝導性高分子電解質層の両面に対向して配置
された触媒層を含む一対の電極層を具備する電解質膜電
極接合体（ＭＥＡ）の製造方法であって、（１）水素イ
オン伝導性高分子電解質を含む分散液または水素イオン
伝導性高分子電解質の溶融液を有する電解質インクを吐
出させて電解質層を形成する工程、（２）触媒層インク
を吐出させて前記電解質層上に触媒層を形成する工程、
ならびに（３）前記触媒層上に拡散層を形成する工程を
含み、少なくとも前記工程（１）および前記工程（２）
を連続して、または同時に行なうことを特徴とする電解
質膜電極接合体の製造方法に関する。
【００２９】すなわち、本発明は、水素イオン伝導性高
分子電解質層と前記電解質層の両面に触媒層を挟んでそ
れぞれ対向して配された一対の前記触媒層を有する電極
層とを含むＭＥＡ、前記電極層にガスを供給排出する手
段、および前記ＭＥＡから電流を取り出す手段を少なく
とも備えた高分子電解質型燃料電池の製造方法であっ
て、前記水素イオン伝導性高分子電解質層を、水素イオ
ン伝導性高分子電解質を含む分散液もしくは溶液または
水素イオン伝導性高分子電解質の溶融液のキャスト製膜
で形成し、前記触媒層を前記触媒層の構成材料を含有す
る液体のキャスト製膜で形成し、かつ前記触媒層のキャ
スト製膜と前記水素イオン伝導性高分子電解質層のキャ
スト製膜とを連続して行うことを特徴とする高分子電解
質型燃料電池の製造方法に関する。
【００３０】また、前記製造方法においては、前記電解
質インクおよび前記触媒層インクの吐出方向が、前記基
材の進行方向と直交しているのが有効である。さらに、
前記工程（１）および前記工程（２）を連続して、また
は同時に行なって、前記電解質インクおよび前記触媒層
インクを多層状に吐出および塗布するのが有効である。
特に、前記電解質インクおよび前記触媒層インクをスリ
ット状吐出口から多層状に同時に吐出させ、前記スリッ
ト状吐出口の長手方向に直交する方向に前記基材を進行
させるのが好ましい。
【００３１】すなわち、本発明の製造方法は、例えば触
媒金属、炭素微粉末および高分子電解質を含む触媒層イ
ンクと少なくとも１種のその他のインクを基材上に多層
状に塗布する工程を有し、前記触媒層インクと前記その
他のインクを吐出するスリット状吐出口を、前記吐出口
の長手方向が前記基材の進行方向に対して直交する向き
に配置し、注入した前記触媒インクおよび前記その他の
インクを前記吐出口から多層状に吐出させ、前記基材上
に前記触媒層インクと前記その他のインクとを多層状に
塗布することを特徴とする。
【００３２】換言すると、例えば塗布装置のノズルの内
部に注入される少なくとも２種のインクが互いに層を形
成してノズル内を移動し、前記ノズルの先端のスリット
状吐出口（開口部）から少なくとも２種のインクがその
まま積層されて吐出される。そして、スリット状吐出口
の長手方向に平行に各インクの層が積層されて吐出され
る場合、スリット状吐出口の長手方向に直交する方向
に、前記インクが塗布される基材を進行させるのが好ま
しい。なお、この点は、後述する実施例において詳述す
る。
【００３３】ここでいうその他のインクとは、水素イオ
ン伝導性高分子電解質を含む分散液または水素イオン伝
導性高分子電解質の溶融液を有する電解質インク、およ
びＭＥＡの電極のガス拡散層を構成する拡散層インクな
どのことをいう。このとき、前記塗布装置に前記触媒イ
ンクおよび少なくとも１種のその他のインクを注入する
ための注入口を、塗布装置にインクを注入する方向と前
記ノズルにインクを注入する方向が互いに直交するよう
に配置する。そして、塗布装置の注入口および／または
ノズルへの注入口（内部注入口）に２種以上の前記イン
クを一列に並べて注入し、注入した前記インクを前記吐
出口から多層状に吐出させて、基材上に触媒層とその他
のインクからなる層を形成するのが好ましい。
【００３４】より具体的には、本発明において用いる塗
布装置には、単一のノズルを有する塗布ヘッド複数個ま
たは複数本のノズルを有する単一の塗布ヘッドを設け
て、２種以上のインクをノズルの吐出口から吐出し、多
層状に塗布を行うのが好ましい。このような装置を用い
れば、各層を個別に形成する必要がなく、大幅に工程を
簡略化することができる。
【００３５】詳細は後述するが、特に、一列状に並べら
れた状態でノズルに注入された２種以上のインクを、そ
の並んだ順を保持しながら、ノズルへの内部注入口とほ
ぼ直角に捩じられた位置関係にある吐出口へ向かって塗
布装置内を流すとともに、流れるこれらインク全体の断
面形状を、吐出口の形状に変化させる。吐出口にまで流
れてきた２種以上のインクは、その吐出口から多層に積
み重なった状態で吐出される。この多層状の２種以上の
インクによって、基材に多層塗布が施される。上述のよ
うな塗布ヘッドの一体化によって、設備コストを低減す
ることができる。また、隣り合う層を構成するインクが
微妙に混ざり合い、隣り合う層の接合界面が増大し、接
触抵抗を低減させ、密着性を向上させることができる。
【００３６】また、前記工程（３）において拡散層を形
成する場合、前記触媒層上に拡散層インクを吐出させて
拡散層を形成してもよく、または、前記触媒層上に熱間
圧縮により拡散層を形成してもよい。特に後者において
は、例えばカーボンペーパーなどのあらかじめ層状に成
形された拡散層を用いればよい。さらに、前記触媒層上
に拡散層インクを吐出させて拡散層を形成する場合は、
電解質インク、触媒層インクおよび拡散層インクを用い
て、前記工程（ａ）〜（ｃ）を連続して、または同時に
行うことができ、電解質層、触媒層および拡散層を多層
状に形成することができる。
【００３７】すなわち、インクの一つに高分子電解質層
用のインクを用いれば、高分子電解質膜の形成工程もＭ
ＥＡの形成工程に一体化することができる。これによれ
ば、高分子電解質膜の作製に必要な高分子電解質膜の強
度および特別な工程が必要なく、大幅に工程を簡略化す
ることができる。ただし、前記基材としてあらかじめ成
形された高分子電解質膜を用いれば、その電解質膜の片
面または両面に、少なくとも触媒層インクおよび拡散層
インクを直接に多層状に塗布してＭＥＡを作製すること
もできる。
【００３８】一方、本発明は、水素イオン伝導性高分子
電解質層および前記水素イオン伝導性高分子電解質層の
両面に対向して配置された触媒層を含む一対の電極層を
含む電解質膜電極接合体の製造方法であって、（ａ）電
解質層を構成する基材上に水素イオン伝導性高分子電解
質を含む触媒層を形成する工程、および（ｂ）工程
（ａ）で得た電解質膜と触媒層との接合体に、水素イオ
ン伝導性高分子電解質を含む分散液もしくは溶液または
水素イオン伝導性高分子電解質の溶融液を含浸させる工
程を含む電解質膜電極接合体の製造方法にも関する。
【００３９】この製造方法は、前記工程（ｂ）の後、前
記基材と前記触媒層との接合体を１００℃以上の温度で
ベーキングする工程を含むのが有効である。以下に、実
施例を用いて本発明をより具体的に説明するが、本発明
は、これらのみに限定されるものではない。
【００４０】実施例１ 図６の（ａ）に示すように、ＰＦＳＩ（パーフルオロカ
ーボンスルフォネートアイオノマー）の１０重量％のア
ルコール溶液を、厚み１００ミクロンのＰＥＴ（ポリエ
チレンテレフタレート）フィルム１上に塗布し、乾燥し
て、約５ミクロンのキャスト膜として電解質膜２を得
た。この電解質膜２の厚みはＰＦＳＩのアルコール溶液
の濃度や塗布条件を変えることによって平均２〜３５μ
ｍの範囲で調整可能であった。また、このＰＥＴフィル
ム１にはあらかじめフッ素系離型剤またはシリコン系離
型剤を塗布しておいた。
【００４１】触媒層はつぎのようにして作製した。比表
面積１００ｍ２／ｇのアセチレンブラックにＰｔを２５
重量％担持させた白金カーボン粉末（Ｐｔ／Ｃ粉末）を
用意し、これをＰＦＳＩのアルコール溶液と混合して触
媒層インクを調製した。このときＰＦＳＩとカーボンの
重量がほぼ同じになるようにした。図６の（ｂ）に示す
ようにＰＥＴフィルム１上の電解質膜２（５μｍ以下）
の中央部分に、触媒層インクを用いてキャスト製膜を行
った。乾燥後の触媒層３の寸法は５ｃｍ×５ｃｍ×約１
５μｍであり、Ｐｔの量は０．３ｍｇ／ｃｍ２とした。
【００４２】こうして作製したＰＥＴフィルム１−電解
質膜２−触媒層３の複合体を触媒層３の周囲に２ｃｍの
電解質膜を残して切り取った。図６の（ｃ）に示すよう
に、切り取った２枚のＰＥＴフィルム１−電解質膜２−
触媒層３複合体からＰＥＴフィルム１を剥がすと同時に
それぞれの電解質膜２側が接合するように貼り合わせ
た。それぞれの触媒層３の位置が互いに重なり合うよう
にし、触媒層３−電解質膜２−電解質膜２−触媒層３複
合体を得た（図示せず）。このとき、ＰＥＴフィルム１
を剥がしてから接合するまで、電解質膜２を破損しない
ような治具を用意した。
【００４３】最後に、ガス拡散層となるカーボンペーパ
ー（厚み２７０μｍ）を触媒層３とほぼ同じ大きさに切
り、前記触媒層３−電解質膜２−電解質膜２−触媒層３
複合体の両面からホットプレスした。ホットプレス時に
は、図６の（ｃ）に示すように、同時にガス拡散層の周
囲にガスシール材４を配して接合し、ＭＥＡを作製し
た。
【００４４】ガスシール材としてはシリコーンゴムを用
いた。完成したＭＥＡを、１３０℃の温度において、１
０分間ベーキング（熱処理）した。ベーキング雰囲気を
乾燥条件下および水蒸気共存下で検討した。ベーキング
温度は１００〜１６０℃が適しており、ベーキング雰囲
気には水蒸気を存在させるのが望ましいことがわかっ
た。
【００４５】以上のようなガスシール材４を最終のＭＥ
Ａ化の工程で配する方法（ａ）の他に、基材であるＰＥ
Ｔフィルム１を剥がす前の段階でシール材を形成する方
法（ｂ）も試みた。さらに電解質膜をキャスト製膜した
後に、まず周囲にシール材を成形し、その後で触媒層を
形成する方法（ｃ）も検討した。いずれの方法において
も、得られた電池の性能に大きな差は認められなかっ
た。
【００４６】図７に、従来の電池、および上記（ａ）〜
（ｃ）で得られたＭＥＡを用いた単電池のＩ−Ｖ特性を
示した。ここでは、単電池の燃料極に純水素ガスを，空
気極に空気をそれぞれ供給し、電池温度を７５℃、燃料
ガス利用率（Ｕｆ）を７０％、空気利用率（Ｕｏ）を４
０％とした。燃料ガスを６５℃の温水に通して加湿し、
空気は６０℃の温水に通して加湿した。上記従来の電池
は、膜厚３０μｍの市販の電解質膜を用いた他の上記
（ａ）で得られたＭＥＡを用いた単電池と同様にして作
製した。図７から、本発明の電池の性能が改善されてい
ることがわかった。また、供給した空気の露点を３０℃
にしたときには、本実施例の電池は従来の電池に比べて
電圧が５０ｍＶ高かった（電流密度が０．７Ａ／ｃｍ２
のとき）。これは、電解質膜が薄くなった分、空気極側
で生成した水が逆拡散によって燃料極側へ移動し易くな
り、燃料極側の乾燥が抑制されるためであると推測され
た。
【００４７】また、耐久性評価試験として、１分間に５
秒間だけ空気を過剰に流し、空気側と水素側との間に差
圧をつけるようなモードで燃料電池の連続運転試験を行
った。従来の電池と同様の耐久性能を有し、５００時間
後の水素ガスのクロスリーク量も従来の電池と同じであ
った。本実施例に用いた電池が、１０μｍの薄い電解質
膜を用いているにもかかわらず、膜厚３０μｍの電解質
膜を用いた従来の電池と同等なクロスリーク劣化性を示
したことから、本発明の製造方法によれば膜の薄型化に
よる機械強度の低下を補うことがわかった。
【００４８】なお、本実施例では電解質膜のキャストに
おいて、ＰＦＳＩのアルコール溶液を用いたが、ＰＦＳ
Ｉまたはその前駆体の溶融液を用いることも可能であっ
た。さらに、上記では、電解質膜をキャスト形成した
後、触媒層を形成したが、つぎに、順序を逆にして触媒
層を形成した後、電解質膜を形成する方法を試みた。す
なわち、ＰＥＴフィルムの上にまず触媒層をキャスト製
膜した後、電解質膜をキャスト製膜し、さらに触媒層を
キャスト製膜した。得られた触媒層−電解質膜−触媒層
複合体の両面から、ガスシール材を電極部分の周囲に配
し、ガス拡散層とともにホットプレスしてＭＥＡを作製
した。得られたＭＥＡを用いた電池を試験した結果、前
記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）と比較してやや優れた結
果が得られた。
【００４９】本実施例のいずれの電池においても性能が
改善されたのは、電解質膜の膜厚を薄くすることができ
たことに加えて、触媒層中の電解質と電解質膜との接合
性が改善されたと考えられる。したがって、ひとつの層
をキャスト製膜により形成した後、ベーキングが行わず
に、つぎの層を直接キャスト製膜により形成することが
重要であった。
【００５０】さらに、電池試験終了後の電池を解体およ
び点検したところ、従来の電池のＭＥＡの触媒層が剥が
れ易かったのに対し、本発明の電池のＭＥＡの各層は比
較的強固に接合されていた。また、使用する電解質量
も、電解質膜の厚みが５〜１０μｍと薄くなった分だ
け、少なくなっており、電解質膜の材料コストが削減で
きた。
【００５１】実施例２ つぎに、電解質層を構成する基材である補強芯材シート
として膜厚約５μｍの延伸ＰＴＦＥ膜を用意した。これ
は、１５μｍの延伸ＰＴＦＥ膜を２軸延伸することによ
って得た。比表面積１００ｍ２／ｇのアセチレンブラッ
クにＰｔを２５重量％担持させた白金カーボン粉末（Ｐ
ｔ／Ｃ粉末）に適量のエチルアルコールを加え、得られ
た混合物を遊星ボールミルで攪拌し、電解質が入ってい
ない触媒層インクを調製した。
【００５２】前記の膜厚約５μｍの延伸ＰＴＦＥ膜の両
面の中央部分の５ｃｍ×５ｃｍの領域にスクリーン印刷
によって触媒層インクを印刷した。触媒層の脱落を抑え
ること、Ｐｔ／Ｃ粒子間の電気的接触性を高めることを
目的として、触媒層−基材−触媒層複合体をその表裏か
ら加圧（５ｋｇｆ／ｃｍ２）した。なお、ここで、触媒
層インクに１０重量％程度の電解質を入れることによっ
て触媒層の脱落を抑制できることがわかった。
【００５３】前記触媒層の周囲にシリコーンゴムからな
るシール材を射出成形によって形成した後、前記複合体
を真空中でＰＦＳＩの１０重量％アルコール−水系の溶
液に含浸させた。ＰＦＳＩを充分含浸させた後、遠心脱
水機にかけて触媒層中に貯まっている余分なＰＦＳＩ溶
液を取り除いた。前記複合体を乾燥させた後、真空含浸
および脱水機処理を３回繰り返し、ＭＥＡを得た。
【００５４】基材および触媒層の微細構造（細孔径およ
び表面接触角）で決まる液体の含浸バランスにより、Ｐ
ＦＳＩの溶液濃度、含浸条件および脱水機条件を調整す
ることによって、中心部の基材部分には電解質が密に連
続して詰まっており、触媒層には適度な微細孔が多数形
成されていた。すなわち、前記基材は電解質層に転換し
ていた。
【００５５】実施例１と同様に１３０℃の加湿条件下で
前記ＭＥＡをベーキングした後、このＭＥＡを用いた電
池を作製して試験を実施した。図８に、従来の電池およ
び実施例２の電池の電圧の空気露点依存性（電流密度
０．７Ａ／ｃｍ２）を示した。従来の電池に比べて、露
点の低い場合の電池性能が大幅に改善されていることが
わかった。これは電解質膜の膜厚が約５μｍとさらに薄
くなったことによって空気極側の生成水の燃料極側への
逆拡散が促進されたためと考えられた。
【００５６】実施例２では電解質膜部分を構成する補強
芯材として延伸ＰＴＦＥ膜をそのまま用いたが、フッ酸
または親水処理剤を用いて延伸ＰＴＦＥ膜の表面を親水
化し、ＰＦＳＩを含む溶液の保持および含浸を促進させ
ることもできた。また、補強芯材としては、延伸ＰＴＦ
Ｅ膜の他、耐食性セラミックスの短繊維など電気的に非
導電性で電解質に対して化学的に安定で、ＰＦＳＩを含
む溶液を含浸する比表面積の大きい材料を用いることが
できる。
【００５７】実施例３および４ 図９は、本発明を実施するための多層塗布装置の概略構
成を示す図である。基材１０１は、ガイドロール１０
２、サポートロール１０３および１０４ならびにガイド
ロール１０５を通って連続的に供給され、後工程に導か
れる。必要に応じ、例えば乾燥工程および転写工程など
に導かれる。基材１０１は、インクをその状態で保持す
るものであり、例えば紙、布、ポリプロピレン（Ｐ
Ｐ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹
脂、または高分子電解質膜からなる。
【００５８】サポートロール１０３および１０４の間に
おいては、塗布ヘッド１０６が基材１０１の表面に押し
つけられ、この押圧力の程度により、基材１０１の塗布
部分における張力が設定される。この張力の設定は、塗
布ヘッド１０６の背後から例えばスクリューねじ１１０
によって塗布ヘッド１０６と基材１０１との距離を調整
することにより行うことができる。
【００５９】この塗布ヘッド１０６は、例えば２種のイ
ンクをそれぞれ供給する第１のノズル１０７および第２
のノズル１０８を有する。なお、この実施例では２種の
インクを用いる場合について説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、例えば、多層状に塗布する
ための複数のインクを、それらの種類の異同にかかわら
ず適用することができる。塗布ヘッド１０６は、フロン
トエッジ１０６Ａ、センターエッジ１０６Ｂおよびバッ
クエッジ１０６Ｃを有し、各エッジ間のスリット１０７
および１０８に例えば触媒層インクおよび拡散層インク
がそれぞれ供給される。
【００６０】一方、図１０は、触媒層インクおよび拡散
層インクなどの各インクごとに塗布ヘッドを設置した塗
布装置を示す図である。基材２０１は、ガイドロール２
０２、サポートロール２０３、２０４および２０５、な
らびにガイドロール２０６を通って連続的に供給され、
後工程に導かれる。必要に応じ、例えば乾燥工程および
転写工程に導かれる。サポートロール２０３、２０４お
よび２０５の間には、塗布ヘッド２０７および２０８が
基材１０１の表面に押しつけられ、この押しつけ力の程
度により、基材１０１の塗布部分における張力が設定さ
れる。各塗布ヘッドのスリット（ノズル）２０９および
２１０にそれぞれ触媒層インクおよび拡散層インクが供
給される。
【００６１】上述した実施例３および４に係る塗布装置
を用い、以下の条件によって、基材に多層塗布を施した
結果、各層の境界面が良好な多層塗布を行うことができ
た。 正極用触媒層インク：ライオン（株）製の炭素微粉末で
あるケッチェンブラックＥＣ上にＰｔを５０重量％担持
させた触媒、旭硝子（株）製のパーフルオロカーボンス
ルホン酸アイオノマーのエタノール溶液、および水１０
重量％からなる混合物。
【００６２】正極用拡散層インク：電気化学工業（株）
製のデンカブラック（アセチレンブラック）およびダイ
キン工業（株）製のルブロンＬＤＷ−４０（ＰＴＦＥデ
ィスパージョン、乾燥重量２０重量％）からなる混合
物。 負極用触媒層インク：ライオン（株）製の炭素微粉末で
あるケッチェンブラックＥＣ上にＰｔ触媒を４０重量％
およびＲｕを２０重量％担持させた触媒、旭硝子（株）
製のパーフルオロカーボンスルホン酸アイオノマーのエ
タノール溶液、および水１０重量％からなる混合物。
【００６３】負極用拡散層インク：電気化学工業（株）
製のデンカブラック（アセチレンブラック）およびダイ
キン工業（株）製のルブロンＬＤＷ−４０（ＰＴＦＥデ
ィスパージョン、乾燥重量２０重量％）からなる混合
物。
【００６４】実施例５ 図１１は、本発明を実施するために用いる多層塗布装置
の構成を示す図である。この多層塗布装置は、多層塗布
が施される基材３０３をその裏面を支持しながらを搬送
するバックアップロール３０２、バックアップロール３
０２に対向して配置される塗布ヘッド３０１、および塗
布ヘッド３０１に例えば５種類のインクをそれぞれ供給
する注入口３１１〜３１５から構成される。なお、この
実施例では５種類のインクを用いる場合について説明す
るが、上述のように、本発明はこれに限定されるもので
はない。
【００６５】基材３０３は、実施例３および４で説明し
たものと同じであり、基材３０３の一端には、モーター
などの基材搬送機構が設けられており（図示せず）、こ
の基材搬送機構の駆動により基材３０３は、図１１中に
おいて矢印で示される方向に搬送される。なお、後述す
る塗布ヘッド３０１によって多層塗布が施された後、イ
ンクを保持した状態の基材３０３は、例えば乾燥工程お
よび転写工程などに搬送される。
【００６６】バックアップロール３０２は、ベアリング
（図示せず）などにより回転することができ、基材３０
３の搬送にともなって矢印方向に回転するとともに、基
材３０３の塗布面と塗布ヘッド３０１が具備する吐出口
３０９との間隔を一定に保持するように基材３０３の裏
面を支持する。
【００６７】塗布ヘッド３０１は、バックアップロール
３０２と対向する面に設けられたスリット状の吐出口３
０９の長手方向が基材３０３の進行方向に直交するよう
に配置されており、内部注入口３０７から一列に並べて
注入された５種類のインクを吐出口３０９から多層状に
吐出して、基材３０１に多層状に塗布する。
【００６８】この実施例に係る塗布ヘッド３０１の構造
について説明する。この塗布ヘッド３０１は、基材３０
３の進行方向に対して上流側に位置する上流側ダイ３０
４、基材３０３の進行方向に対して下流側に位置する下
流側ダイ３０５、およびこれらのダイを連結する連結部
材３０６から構成されている。
【００６９】連結部材３０６には、後述する各インク注
入口３１１〜３１５にそれぞれ連通する５本の供給管を
一列に配列して連結するための連結部３０６ａが形成さ
れている。この連結部３０６ａは、５本の供給管を連結
および接続するために、５つの孔が一列に並べて形成さ
れてる。
【００７０】内部注入口３０７は、吐出口３０９とほぼ
同じ面積を持つが、５種類のインクが注入されやすいよ
うに、少し幅広の長方形状である。さらに、内部注入口
３０７から吐出口３０９までを連通する空間に流路３０
８が形成されている。この流路３０８の構造を概念的に
示した図を図１２に示す。
【００７１】図１２に示すように、内部注入口３０７
は、その長手方向がスリット状の吐出口３０９の長手方
向と実質的に直交するように、吐出口３０９からほぼ直
角に捩じられた状態で配置される。そして、内部注入口
３０７の短辺は吐出口３０９の長辺につながり、内部注
入口３０７の長辺が吐出口３０９の短辺につながるよう
に、流路３０８が形成されている。さらに、流路３０８
は、いずれの流路の断面積もほぼ同じになるように形成
されている。つまり、内部注入口３０７の形状は、その
断面積を変化させることなく、縦横比を変化させなが
ら、吐出口３０９の形状にまで連続的に変化して続いて
いる。
【００７２】このように構成された塗布ヘッド３０１
は、スリット状の吐出口３０９の長手方向が基材３０３
の進行方向に直交するとともに、バックアップロール３
０２に対向するように配置される。
【００７３】第１〜第５注入口３１１〜３１５は、それ
ぞれ異なる種類のインクを塗布ヘッド３０１に供給す
る。例えば、第１注入口３１１から供給するインクＡは
正極用拡散層インクであり、第２注入口３１２から供給
するインクＢは正極用触媒層インクである。また、第３
注入口３１３から供給するインクＣは電解質インクであ
り、第４注入口３１４から供給するインクＤは負極用触
媒層インクである。さらに、第５注入口３１５から供給
されるインクＥは負極用拡散層インクである。このよう
にして、各インク用注入口３１１〜３１５は、目的に応
じた機能性を備えた膜電極接合体を製造するために必要
なインクを基材３０１に供給する。
【００７４】各インク用注入口３１１〜３１５から供給
されるインクＡ〜Ｅを塗布ヘッド３０１に送液するため
の供給管は、塗布ヘッド３０１の連結部材３０６の供給
管用の連結部３０６ａに連通および接続される。
【００７５】以下、塗布ヘッド３０１を備えた多層塗布
装置の一連の動作を説明する。各インク用の注入口３１
１〜３１５は、例えばエアによって内部注入口３０７に
続く供給管にインクＡ〜Ｅを供給する。これらの供給管
から送られてきたインクＡ〜Ｅは、塗布ヘッド３０１の
連結部材３０６に供給される。連結部材３０６の連結部
３０６ａにおいては、供給管が一列に並んでいるため、
この連結部３０６ａから内部注入口３０７に注入される
インクＡ〜Ｅは、内部注入口３０７の長辺方向に並んだ
状態で注入される（図１２）。さらに供給されてくるイ
ンクＡ〜Ｅの供給圧力によって、インクＡ〜Ｅは、流路
３０８内を流れて吐出口３０９から吐出される。このと
き、インクＡ〜Ｅは、内部注入口３０７に注入される際
に並べられた順番、すなわちスリット状の吐出口３０９
の長手方向に平行における多層構造を保持し、その断面
形状を流路３０８の断面形状に合わせて変化させて、吐
出口３０９にまで到達する。このとき流路３０８内を流
れるインクＡ〜Ｅの層構造の様子を図１２に示す。
【００７６】図１２に示すように、内部注入口３０７お
けるインクＡ〜Ｅの断面３２０では、内部注入口３０７
の長辺方向に一列に並んでいる。内部注入口３０７から
吐出口３０９側に進んだ位置の断面３２１は、インクＡ
〜Ｅの層構造が保持されたまま、その流路３０８の流路
断面形状に合わせて変化している。このとき、各インク
Ａ〜Ｅからなる層の断面形状が、各々同じような比率で
変化している。断面３２２では、各インクＡ〜Ｅからな
る層の断面形状が長方形状になり始めている。さらに吐
出口３０９に近い部分の断面３２３においては、インク
Ａ〜Ｅからなる層の断面形状が、断面３２２を９０゜回
転させたような形状になっている。断面３２４では、イ
ンクＡ〜Ｅの各層が薄く積み重なった状態になってい
る。吐出口３０９の断面３２５は、インクＡ〜Ｅの各層
は、基材３０３上に形成される各層の厚みに対応した厚
みを有しつつ積層された状態になっている。
【００７７】吐出口３０９は、上述した断面３２５の状
態となった多層状のインクＡ〜Ｅを、図１２の矢印の方
向、すなわち前記スリット状の吐出口３０９の長手方向
に直交する方向に進行する基材３０３に向けて吐出す
る。これによって、基材３０３には、インクＡ〜Ｅが多
層状に所定の厚みを持って積み重ねられ、多層塗布が施
される。
【００７８】このとき製造されるＭＥＡの概略断面図を
図１３に示す。図１３に示すように、得られるＭＥＡに
おいては、基材３０３上にインクＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄおよび
Ｅからなる層が順に積み重なっている。
【００７９】上述した塗布ヘッド３０１の内部注入口３
０７に希望する数種のインクを注入することで、吐出口
３０９から吐出させる層の数を任意に設定することがで
きる。そのため、多層塗布における層の数および厚みな
どを、適宜効率良く、かつ容易に変更することができ
る。また、単一の吐出口３０９から多層状に複数種のイ
ンクを吐出しているので、吐出口の数に限定されること
なく、層の数を増やすこともできる。
【００８０】なお、本発明は、上述した実施例で説明し
たインクＡ〜Ｅの組み合わせに限定されるものではな
く、また、５種のインクに限定するものではない。例え
ば、粘度の異なる同種類のインク複数個を多層状に吐出
することもできる。また、この実施例の塗布ヘッド３０
１は、インクＡ〜Ｅからなる各層の厚みがほぼ同じにな
るように設定したが、例えば、内部注入口３０７に注入
する各インクＡ〜Ｅの各々の断面積を変えることで、塗
布の厚みを変更することもできる。
【００８１】また、内部注入口３０７または吐出口３０
９の形状および大きさなどは、この実施例で説明したも
のに限定されるものではない。例えば、内部注入口と吐
出口との開口面積を同じにし、かつ、その流路における
いずれの位置における断面積も一定であるようにすれ
ば、その内部吐出口および注入口の形状および大きさは
任意に設定することができる。
【００８２】上述した塗布装置を用い、以下の条件によ
って、基材に多層塗布を施した結果、各層の境界面が良
好な多層塗布を行うことができた。 インクＡ：電気化学工業（株）製のデンカブラック（ア
セチレンブラック）およびダイキン工業（株）製のルブ
ロンＬＤＷ−４０（ＰＴＦＥディスパージョン、乾燥重
量２０重量％）からなる拡散層インク。
【００８３】インクＢ：ライオン（株）製の炭素微粉末
であるケッチェンブラックＥＣ上にＰｔを５０重量％担
持させた触媒、旭硝子（株）製のパーフルオロカーボン
スルホン酸アイオノマーのエタノール溶液および水１０
重量％からなる触媒層インク。 インクＣ：米国アルドリッチ社製の５重量％Ｎａｆｉｏ
ｎ溶液を濃縮して得られた１５重量％電解質インク。
【００８４】インクＤ：ライオン（株）製の炭素微粉末
であるケッチェンブラックＥＣ上にＰｔを４０重量％、
Ｒｕを２０重量％担持させた触媒、旭硝子（株）製のパ
ーフルオロカーボンスルホン酸アイオノマーのエタノー
ル溶液および水１０重量％からなる触媒層インク。
【００８５】インクＥ：電気化学工業（株）製のデンカ
ブラック（アセチレンブラック）、ダイキン工業（株）
製のルブロンＬＤＷ−４０（ＰＴＦＥディスパージョ
ン、乾燥重量２０重量％）からなる拡散層インク。 基材：ポリプロピレン（ＰＰ）からなる厚み５０μｍの
素材。 基材搬送速度：１ｍ／分。
【００８６】以上の実施例３および４に基づいて米国デ
ュポン社製のＮａｆｉｏｎ１１２膜の片面に正極用触媒
層および正極用拡散層を設け、もう一方の面に負極用触
媒層および負極用拡散層を設け、ＭＥＡを作製し、この
ＭＥＡを用いて常法により単電池ａを作製した。
【００８７】また、実施例３および４ならびに実施例５
の塗布ヘッドを３種類の塗料を吐出できる構成にし、上
記実施例３および４と同じ組成の拡散層、触媒層および
米国アルドリッチ社製の５重量％Ｎａｆｉｏｎ溶液の１
５重量％濃縮インクを用いた電解質層からなる複合体を
２個作製した。
【００８８】その後、電解質層同士を重ね合わせるよう
に２個の複合体を接合してＭＥＡを作製し、このＭＥＡ
を用いて単電池ｂを作製した。さらに、実施例５の塗布
ヘッドをもちいて、５層同時に作製したＭＥＡを用いて
単電池ｃを作製した。
【００８９】比較例 比較のために、実施例３〜５と同様の組成のインクを用
いて、ＰＰからなる基材上に拡散層インクを塗布、乾燥
することにより拡散層を作成した。また、別のＰＰから
なる基材に触媒層インクを塗布、乾燥することにより拡
散層を作成した。触媒層を米国デュポン社製のＮａｆｉ
ｏｎ１１２膜の両面に転写した後、その両側の触媒層の
上にそれぞれ正極用および負極用の拡散層を転写して、
比較用のＭＥＡを作製した。ついで、このＭＥＡを用い
て常法により単電池ｘを作製した。
【００９０】上記実施例３〜５および比較例の単電池
ａ、ｂ、ｃおよびｘの燃料極に純水素ガスを，空気極に
空気をそれぞれ供給し、電池温度を７５℃、燃料ガス利
用率（Ｕｆ）を７０％、空気利用率（Ｕｏ）を４０％と
した。燃料ガスを６５℃の温水に通して加湿し、空気は
６０℃の温水に通して加湿した。そうして、前記単電池
を水素−空気燃料電池として用いて放電試験を行った。
【００９１】図１４に，単電池ａ、ｂ、ｃおよびｘの放
電特性を示した。電流密度３００ｍＡ／ｃｍ２における
単電池電圧で示すと、単電池ａ、ｂ、ｃおよびｘの電圧
は、それぞれ、７２３ｍＶ、７５２ｍＶ、７８１ｍＶお
よび６１０ｍＶであった。
【００９２】産業上の利用の可能性 本発明により、電解質膜をＰＥＴなど基材上にＰＦＳＩ
を含む液体のキャスティングによって形成し、引き続い
て触媒層のキャスティングを行うなど、機械的強度が十
分な基材の上でＭＥＡの製造を行い、それぞれを構成す
る膜を非常に薄くすることができる。本発明により、触
媒層と電解質膜との接合性に加えて、使用する電解質の
量を抑制することが可能となり、低コスト化が実現でき
る。
【００９３】また、本発明によれば、高分子電解質膜の
製造プロセスを簡略化することができ、製造コストが低
減できる。また、高分子電解質膜と触媒層および拡散層
の接合界面が増大させることができ、触媒層と膜の界面
におけるプロトン抵抗が低減し、触媒層と拡散層におけ
る内部電子抵抗が低減する。さらに、ガス拡散能が向上
することによって、従来の電池に比べて高い放電特性を
示す。
【００９４】また、一列に注入した２種以上のインク
を、吐出口から多層に積み重なった状態で吐出すること
で、基材に多層塗布を行うことができる。したがって、
希望する多層塗布を行うために必要な数のインクを注入
口に一列に注入するだけで、従来のようにインクの数が
限定されることなく、効率良く多層塗布を行うことがで
きる。
【００９５】なお、燃料としては、水素の他、燃料を改
質して得られる水素、または炭酸ガス、窒素および一酸
化炭素などの不純物を含む燃料を用いることもできる。
例えばメタノール、エタノールもしくはジメチルエーテ
ルなどの液体燃料またはこれらの混合物を用いても同様
の結果が得られる。また、液体燃料は液体状態で供給し
ても、あらかじめ蒸発させ、蒸気として供給してもよ
い。
【００９６】さらに、本発明は、上記実施例の拡散層お
よび電解質膜の構成に限定されるものではない。例え
ば、高分子電解質として、フッ素系高分子または炭化水
素系高分子を重合させて得られるもの、またはこれらの
混合物を用いることもできよう。さらに、本発明により
得られるＭＥＡを用いて、酸素、オゾンまたは水素など
のガス発生機、ガス精製機、酸素センサおよびアルコー
ルセンサなどの各種ガスセンサへの応用できる。 ［図面の簡単な説明］
【図１】高分子電解質型燃料電池を構成する電解質膜電
極接合体（ＭＥＡ）の概略断面図である。
【図２】図１に示すＭＥＡ１５を用いた単電池の概略断
面図である。
【図３】セパレータ板の表面の構造を概略的に示す平面
図である。
【図４】セパレータ板の裏面の構造を概略的に示す平面
図である。
【図５】燃料電池スタックの概略斜視図である。
【図６】実施例１においてＭＥＡを作製する方法を説明
するための図である。
【図７】従来の燃料電池のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図８】従来の燃料電池および実施例２の燃料電池の電
圧の空気露点依存性を示す図である。
【図９】本発明を実施するための多層塗布装置の概略構
成を示す図である。
【図１０】触媒層インクおよび拡散層インクなどの各イ
ンクごとに塗布ヘッドを設置した塗布装置を示す図であ
る。
【図１１】本発明を実施するための別の多層塗布装置の
概略構成を示す図である。
【図１２】図１１に示す多層塗布装置における流路３０
８の構造を概念的に示した図である。
【図１３】図１１に示す多層塗布装置を用いて得られる
ＭＥＡの概略断面図である。
【図１４】実施例３〜５および比較例の燃料電池の放電
特性を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 羽藤 一仁 大阪府大阪市城東区新喜多１−２−７− 2610 (72)発明者 保坂 正人 大阪府大阪市北区天満１−19−15−901 (72)発明者 神原 輝壽 大阪府豊中市宮山町２−19−６ (56)参考文献 特開 平11−224677（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−40175（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−193374（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/02 H01M 8/10 H01M 4/86 H01M 4/88

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水素イオン伝導性高分子電解質層および
    前記水素イオン伝導性高分子電解質層の両面に対向して
    配置された触媒層を含む一対の電極層を具備する高分子
    電解質型燃料電池用の電解質膜電極接合体の製造方法で
    あって、 （１）水素イオン伝導性高分子電解質を含む分散液また
    は水素イオン伝導性高分子電解質の溶融液を有する電解
    質インクを吐出させて電解質層を形成する工程、 （２）触媒層インクを吐出させて前記電解質層上に触媒
    層を形成する工程、 （３）前記触媒層上に拡散層を形成する工程、ならびに （４）前記電解質層、触媒層および拡散層のうち、少な
    くとも２つの層を形成した後にベーキングを１００〜１
    ６０℃で行う工程を含み、 少なくとも前記工程（１）および前記工程（２）を連続
    して、または同時に行なって、前記電解質インクおよび
    前記触媒層インクを多層状に吐出および塗布することを
    特徴とする高分子電解質型燃料電池用の電解質膜電極接
    合体の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記電解質インクおよび前記触媒層イン
    クを同時にスリット状吐出口から多層状に吐出させ、前
    記スリット状吐出口の長手方向に直交する方向に進行す
    る基材に塗布することを特徴とする請求項１記載の電解
    質膜電極接合体の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記工程（３）が、前記触媒層上に拡散
    層インクを吐出させて拡散層を形成する工程であること
    を特徴とする請求項１または２記載の電解質膜電極接合
    体の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記電解質インク、前記触媒層インクお
    よび前記拡散層インクを同時にスリット状吐出口から多
    層状に吐出させ、前記スリット状吐出口の長手方向に直
    交する方向に前記基材を進行させることを特徴とする請
    求項３記載の電解質膜電極接合体の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記工程（３）が、前記触媒層上に熱間
    圧縮により拡散層を形成する工程であることを特徴とす
    る請求項１または２記載の電解質膜電極接合体の製造方
    法。
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