JP3828453B2 - 燃料電池の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正・負極間にイオン交換膜を配置し、負極の触媒に水素を接触させるとともに正極の触媒に酸素を接触させることにより発電する燃料電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の燃料電池を説明する説明図である。燃料電池１００は、負極層（水素極）１０１と正極層（酸素極）１０２との間にイオン交換膜１０３を配置し、負極層１０１に含む触媒に水素分子（Ｈ２）を接触させるとともに、正極層１０２に含む触媒に酸素分子（Ｏ２）を接触させることにより、電子ｅ−を矢印の如く流すことにより、電流を発生させるものである。電流を発生させる際に、水素分子（Ｈ２）と酸素分子（Ｏ２）とから生成水（Ｈ２Ｏ）を得る。
この燃料電池１０の負極層１０１、正極層１０２、イオン交換膜１０３を主要構成部材とする燃料電池用電極を次図で詳しく説明する。
【０００３】
図９は従来の燃料電池を構成する燃料電池用電極を示す説明図である。
燃料電池用電極は、一対の拡散層１０４，１０５の内側にそれぞれバインダー層１０６及びバインダー層１０７を備え、これらバインダー層１０６及びバインダー層１０７の内側にそれぞれ負極層１０１及び正極層１０２を備え、これら負極層１０１及び正極層１０２の間にイオン交換膜１０３を備える。
【０００４】
この燃料電池用電極を製造する際には、先ず拡散層１０４にバインダー層１０６用の溶液を塗布するとともに、拡散層１０５にバインダー層１０７用の溶液を塗布し、塗布したバインダー層１０６，１０７を焼成することによりバインダー層１０６，１０７を固化する。
【０００５】
次に、固化したバインダー層１０６に負極層１０１の溶液を塗布するとともに、固化したバインダー層１０７に正極層１０２の溶液を塗布し、塗布した負・正極層１０１，１０２を乾燥することにより負・正極層１０１，１０２を固化する。
次いで、固化した負極層１０１にシート状のイオン交換膜１０３を載せ、続いてイオン交換膜１０３に正極層１０２が固化された拡散層１０５を載せて７層の多層構造を形成する。
次に、この多層構造を矢印の如く加熱圧着することにより燃料電池用電極を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、燃料電池用電極はイオン交換膜１０３としてシートを使用しており、加えてバインダー層１０６、負極層１０１、正極層１０２、バインダー層１０７のそれぞれの層を固化した状態で加熱圧着するので、それぞれの層の境界に密着不良部分が発生する虞がある。
燃料電池用電極の各層に密着不良部分が発生すると、電流を効率よく発生することが難しくなり、製造ラインの検査の段階において、これらの燃料電池用電極が廃棄処分や修復処分になり、そのことが生産性を高める妨げになっている。
【０００７】
さらに、燃料電池用電極のイオン交換膜１０３としてシートを使用しているので、燃料電池用電極を加熱圧着の際に、イオン交換膜１０３を加熱状態で加圧することになり、イオン交換膜１０３の性能が低下する虞がある。これにより、検査の段階で廃棄処分や修復処分の対象となる部品が一層多くなり、そのことが生産性を高める妨げになっている。
【０００８】
加えて、イオン交換膜１０３としてシートを使用しているので、イオン交換膜１０３のハンドリング性（取扱い性）を考慮するとイオン交換膜１０３をある程度厚くする必要がある。このため、燃料電池用電極を薄くすることが難しく、そのことが燃料電池用電極の小型化を図る妨げになる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、それぞれの層の境界に密着不良部分が発生することを防ぐことができ、さらにイオン交換膜の性能低下を防ぐことができ、加えてイオン交換膜を薄くすることができる燃料電池の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、それぞれの層間に密着不良部分が発生するのは、先の塗膜が固化した後に、次の溶液を塗布して、この溶液が先の塗膜に滲み込まず、結果として密着不良が発生することが、その原因であることを突き止めた。
そこで、先の塗膜が乾かないうちに、次の溶液を重ねたところ、溶液が先の塗膜に滲み込み、密着性が著しく高まることが分かった。
同様に、シート状のイオン交換膜に溶液を塗布した場合にも、溶液がシート状のイオン交換膜に滲み込まず、結果として密着不良が発生することが、その原因であることを突き止めた。
【００１１】
そこで、請求項１は、カーボンペーパーの上に、撥水性を備えている樹脂とカーボンとを有した、バインダーを塗布してバインダー層を形成することで、これらカーボンペーパー及びバインダー層で一方の拡散層を形成する工程と、前記バインダー層が未乾燥のうちに、一方の拡散層の上面を押圧することで拡散層の上面を平坦に形成する工程と、この平坦な拡散層の上面に燃料電池を構成する正・負いずれか一方の電極用の溶液であって、炭素の表面に白金又は白金−ルテニウム合金が担持された触媒を混合した溶液を、塗布して一方の電極層を形成する工程と、この一方の電極層が未乾燥のうちに、この電極層上にイオン交換膜用の溶液を塗布してイオン交換膜を形成する工程と、このイオン交換膜が未乾燥のうちに、このイオン交換膜上に正・負いずれか他方の電極用の溶液であって、炭素の表面に白金−ルテニウム合金又は白金が担持された触媒を混合した溶液を、塗布して他方の電極層を形成する工程と、この他方の電極層の上面に他方の拡散層を形成する工程と、これら一方の拡散層上に形成された一方の電極層と、一方の電極層上に形成されたイオン交換膜と、イオン交換膜上に形成されるとともに上に他方の拡散層が形成された他方の電極層とを、荷重をかけないで、まとめて一緒に乾燥することにより各々層を固化する工程と、からなる燃料電池の製造方法である。
【００１２】
イオン交換膜に溶液を採用し、電極用の溶液及びイオン交換膜用の溶液をそれぞれ未乾燥の状態で塗布すれば、境界で混合が発生する。
これにより、一対の電極及びイオン交換膜の各層の境界に密着不良部分が発生することを防ぐことができるので、イオン交換膜における反応効率を良好に保つことができる。
【００１３】
ここで、イオン交換膜にシートを使用した場合、シート状イオン交換膜のハンドリング性を好適に保つためにはイオン交換膜をある程度厚くする必要がある。このため、燃料電池用電極を薄くすることが難しく、そのことが燃料電池用電極の小型化を図る妨げになる。
【００１４】
そこで、請求項１においてイオン交換膜を溶液とし、イオン交換膜を溶液の状態でハンドリング（取り扱うことが）できるようにした。イオン交換膜を溶液とすることで、ハンドリング（取扱い）の際にイオン交換膜の厚さを規制する必要はない。このため、イオン交換膜を薄くすることが可能になり、燃料電池用電極を薄くして小型化を図ることができる。
【００１５】
ところで、一方の拡散層を形成するシートとしてカーボンペーパーを使用するが、カーボンペーパーはバインダーを塗布する面が一般的に凹凸面であり、この凹凸面にバインダーの溶液をスクリーン印刷により塗布すると、カーボンペーパーの凹凸面がバインダーの上面に転写される。
さらに、バインダーの上面に負極層の溶液を塗布することでバインダーの凹凸面が負極層の上面に転写される。
また、負極層の上面が凹凸面であるため、負極層上のイオン交換膜が負極層の凹凸面から流出する虞がある。
このため、イオン交換膜上に正極層の溶液を塗布した場合に、負極層の凸部に正極層が短絡する虞がある。
【００１６】
そこで、請求項１において、拡散層が未乾燥のうちに、拡散層の上面を押圧して拡散層の上面を平坦に形成することにした。拡散層の上面を平坦にすることで、拡散層上に負極層を平坦に塗布することができ、さらに負極層にイオン交換膜を平坦に塗布することができる。このように、イオン交換膜を平坦に形成することができるので、イオン交換膜上に塗布した正極層と負極層とが短絡することを防止できる。
【００１７】
また、請求項２において、一方の拡散層は、バインダーをスプレーで塗布することを特徴とする。
【００１８】
拡散層を構成するカーボンペーパーの上面は凹凸面なので、例えばスクリーン印刷でカーボンペーパーにバインダーを塗布した場合には、カーボンペーパーの凹面にバインダーを塗布することは難しい。
これにより、カーボンペーパーの凹部に、バインダーを塗布することが難しく、カーボンペーパーの凹部にバインダーを浸透させることができない虞がある。このため、カーボンペーパーの撥水効果を良好に確保することは難しい。
【００１９】
ここで、燃料電池を使用して電流を発生させる際に、水素分子（Ｈ２）と酸素分子（Ｏ２）とが反応して燃料電池内に生成水（Ｈ２Ｏ）を生成する。この生成水は拡散層（カーボンペーパー）を透過させて燃料電池の外部に排出する。
このため、カーボンペーパーの撥水効果を良好に確保することができないと、水素分子と酸素分子との反応で生成した生成水を良好に排出することができない虞がある。
【００２０】
生成水を効率よく排出することができないと、水素や酸素の反応ガスを好適に供給することが妨げられるので、濃度過電圧が高くなり、燃料電池の発電性能を良好に保つことが難しくなる。
なお、「濃度過電圧」とは、電極における反応物質及び反応生成物の補給及び除去の速度が遅く、電極の反応が妨害されるときに現れる電圧低下をいう。すなわち、濃度過電圧が高くなるということは電圧低下量が増すということである。
【００２１】
そこで、請求項２において、一方の拡散層は、バインダーをスプレーで塗布することにした。バインダーをスプレーで塗布することで、カーボンペーパーの凹部にバインダーを塗布することができる。これにより、カーボンペーパー全域にバインダーを塗布して撥水効果を得ることができるので、水素分子と酸素分子との反応で生成した生成水を良好に排出することができる。
また、請求項３において、一方の拡散層は、バインダーをインクジェット方式で塗布することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る燃料電池用電極（第１実施形態）を備えた燃料電池を示す分解斜視図である。
燃料電池ユニット１０は複数（２個）の燃料電池１１，１１で構成したものである。燃料電池１１は、燃料電池用電極１２を構成するシート状の負極側拡散層１３の外側に負極側流路基板３１を配置し、燃料電池用電極１２を構成するシート状の正極側拡散層１４の外側に正極側流路基板３４を配置したものである。
【００２３】
負極側拡散層１３に負極側流路基板３１を積層することで、負極側流路基板３１の流路溝３１ａを負極側拡散層１３で覆うことにより、水素ガス流路３２を形成する。また、正極側拡散層１４に正極側流路基板３４を積層することで、正極側流路基板３４の流路溝３４ａを正極側拡散層１４で覆うことにより、酸素ガス流路３５を形成する。
【００２４】
燃料電池用電極１２は、負極側拡散層１３及び正極側拡散層１４の内側にそれぞれバインダーを介して一方の電極層としての負極層１７及び他方の電極層としての正極層１８を備え、これら負極層１７及び正極層１８の間にイオン交換膜１９を備える。
このように、構成した燃料電池１１をセパレータ３６を介して複数個（図１では２個のみを示す）備えることで、燃料電池ユニット１０を構成する。
なお、燃料電池用電極１２については図２で詳しく説明する。
【００２５】
燃料電池ユニット１０によれば、水素ガス流路３２に水素ガスを供給することで、負極層１７に含む触媒に水素分子（Ｈ２）を吸着させるとともに、酸素ガス流路３５に酸素ガスを供給することで、正極１８に含む触媒に酸素分子（Ｏ２）を吸着させる。これにより、電子（ｅ−）を矢印の如く流して電流を発生させることができる。
なお、電流を発生させる際には、水素分子（Ｈ２）と酸素分子（Ｏ２）とから生成水（Ｈ２Ｏ）が発生する。
【００２６】
図２は本発明に係る燃料電池用電極（第１実施形態）を示す説明図である。
燃料電池用電極１２は、負極側拡散層１３及び正極側拡散層１４の内側にそれぞれ負極層１７及び正極層１８を備え、これら負極層１７及び正極層１８の間にイオン交換膜１９を備える。
負極側拡散層１３は、負極側のカーボンペーパー１３ａ及び負極側のバインダー層１５からなるシート材である。
また、正極側拡散層１４は、正極側のカーボンペーパー１４ａ及び正極側のバインダー層１６からなるシート材である。
【００２７】
負極側のバインダー層１５は、カーボン（一例として、粒状のもの）１５ａと、撥水性に優れた樹脂（一例として、フッ素樹脂）１５ｂとを有し、負極層１７に隣接する上面１５ｃを平坦に形成した層である。
また、正極側のバインダー層１６は、カーボン（一例として、粒状のもの）１６ａと、撥水性に優れた樹脂（一例として、フッ素樹脂）１６ｂとを有する。
【００２８】
負極層１７は、負極用の溶液に触媒２１を混合し、溶液を塗布後に乾燥することで固化したものである。負極層１７の触媒２１は、カーボン２２の上面に触媒として（白金−ルテニウム合金）２３を担持したものであり、（白金−ルテニウム合金）２３に水素分子（Ｈ２）を吸着させるものである。
【００２９】
正極層１８は、正極用の溶液に触媒２４を混合し、溶液を塗布後に乾燥することで固化したものである。正極層１８の触媒２４は、カーボン２５の上面に触媒として白金２６を担持したものであり、白金２６に酸素分子（Ｏ２）を吸着させるものである。
【００３０】
イオン交換膜１９は、負極層１７及び正極層１８間に溶液の状態で塗布した後、負極層１７及び正極層１８とともに一緒に乾燥することにより負極層１７及び正極層１８と一体に個化したものである。
【００３１】
次に、燃料電池用電極１２の製造方法を図３〜図６に基づいて説明する。
図３（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第１工程説明図である。
（ａ）において、シート状の負極側拡散層１３を配置する。すなわち、負極側拡散層１３のカーボンペーパー１３ａをセットした後、カーボンペーパー１３ａの上方でスプレー５１を矢印１（丸数字１）の如く移動しながら、スプレー５１の噴射口５２からバインダー（すなわち、カーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂ）を噴射する。
【００３２】
ここで、カーボンペーパー１３ａは上面が凹凸面に形成されているが、スプレー５１を用いることで、カーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂを噴霧状にしてカーボンペーパー１３ａの上面に塗布することができるので、カーボンペーパー１３ａの凹部にもカーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂを確実に塗布することができる。
これにより、カーボンペーパー１３ａの全域にフッ素樹脂１５ｂを浸透させて、カーボンペーパー全域に対して撥水効果を得ることができる。
【００３３】
（ｂ）において、バインダー層１５が未乾燥のうちに、バインダー層１５の上面１５ｃに沿ってローラー５４を矢印２（丸数字２）の如く回転させながら、ローラー５４を矢印３（丸数字３）の如く移動する。これにより、バインダー層１５の上面１５ｃを平坦にすることができる。
【００３４】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第２工程説明図である。
（ａ）において、上面を平坦にしたバインダー層１５上に、バインダー層１５が未乾燥のうちに、負極層１７の溶液を塗布して負極層１７を形成する。
ここで、バインダー層１５の上面１５ｃを平坦にして、平坦なバインダー層１５上１５ｃに負極層１７の溶液を塗布して負極層１７を形成したので、負極層１７の上面を平坦にすることができる。
【００３５】
（ｂ）において、負極層１７が未乾燥のうちに、イオン交換膜１９の溶液を塗布することにより、イオン交換膜１９を形成する。
ここで、負極層１７の上面を平坦にして、平坦な負極層１７上にイオン交換膜１９の溶液を塗布してイオン交換膜１９を形成したので、イオン交換膜１９の上面を平坦にすることができる。
【００３６】
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第３工程説明図である。
（ａ）において、平坦な上面のイオン交換膜１９上に、イオン交換膜１９が未乾燥のうちに、正極層１８の溶液を塗布して正極層１８を形成する。
ここで、イオン交換膜１９の上面を平坦にして、平坦なイオン交換膜１９上に正極層１８の溶液を塗布して正極層１８を形成したので、正極層１８の上面を平坦にすることができる。
このように、イオン交換膜１９を平坦に形成することができるので、イオン交換膜１９上に塗布した正極層１８と、イオン交換膜１９下に塗布した負極層１７とを確実に離すことができ、正極層１８と負極層１７との短絡を防止できる。
【００３７】
（ｂ）において、正極層１８上に、正極層１８が未乾燥のうちに、正極側のバインダー層１６のバインダー（すなわち、カーボン１６ａ及びフッ素樹脂１６ｂ）を塗布して正極側のバインダー層１６を形成する。
【００３８】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第４工程説明図である。
（ａ）において、正極側のバインダー層１６に正極側のカーボンペーパー１４ａを載せることにより、バインダー層１６及びカーボンペーパー１４ａでシート状の正極側拡散層１４を形成する。
【００３９】
次に、負極層１７、イオン交換膜１９及び正極層１８が未乾燥のうちに、負極層１７、イオン交換膜１９及び正極層１８に荷重をかけないで、負極層１７、イオン交換膜１９及び正極層１８を一緒に乾燥する。
【００４０】
（ｂ）において、負極層１７、イオン交換膜１９及び正極層１８を固化することで、負極層１７、イオン交換膜１９及び正極層１８を一体に積層する。
これにより、燃料電池用電極１２の製造工程が完了する。
【００４１】
このように、燃料電池用電極１２の製造方法によれば、イオン交換膜１９に溶液を採用し、負極層１７が未乾燥のうちに、負極層１７上にイオン交換膜１９用の溶液を塗布することにより、負極層１７とイオン交換膜１９との境界で互いの溶液を効果的に混合させることができる。
また、イオン交換膜１９が未乾燥のうちに、イオン交換膜１９上に正極層１８用の溶液を塗布することにより、イオン交換膜１９と正極層１８との境界で互いの溶液を効果的に混合させることができる。
【００４２】
そして、これらの未乾燥の正・負極層１８，１７及び未乾燥のイオン交換膜１９をまとめて一緒に乾燥することで、正・負極層１８，１７及び未乾燥のイオン交換膜１９の境界を効果的に混合させた状態で固化することができる。
よって、正・負極層１８，１７及びイオン交換膜１９の各層の境界に密着不良部分が発生することを防ぐことができるので、イオン交換膜１９における反応効率を良好に保つことができる。
これにより、燃料電池用電極１２における反応効率を良好に保つことができる。
【００４３】
加えて、イオン交換膜１９を溶液とすることで、イオン交換膜１９を溶液の状態で取扱う（ハンドリングする）ことができるので、取扱性の点（ハンドリング性の観点）からイオン交換膜１９の厚さを規制する必要はない。このため、イオン交換膜１９を薄くすることが可能になり、燃料電池用電極１２を薄くすることができる。
【００４４】
次に、第２実施形態について説明する。
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第２実施形態）を示す工程説明図である。
（ａ）において、第１実施形態と同様に、負極側拡散層１３のカーボンペーパー１３ａをセットした後、カーボンペーパー１３ａの上方でスプレー５１を矢印１（丸数字１）の如く移動しながら、スプレー５１の噴射口５２からバインダー（すなわち、カーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂ）を噴射する。
【００４５】
ここで、スプレー５１を用いることで、カーボンペーパー１３ａの凹部にもカーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂを確実に塗布することができる。これにより、カーボンペーパー１３ａの全域にフッ素樹脂１５ｂを浸透させて、カーボンペーパー全域に対して撥水効果を得ることができる。
【００４６】
（ｂ）において、バインダー層１５が未乾燥のうちに、バインダー層１５の上面１５ｃに押圧プレート５６を矢印４（丸数字４）の如く押し付けることにより、バインダー層１５の上面１５ｃを平坦にすることができる。
バインダー層１５の上面１５ｃを平坦にする手段は、ローラ５４（図３に示す）や押圧プレート５６に限らないで、その他の手段を使用することも可能である。
【００４７】
なお、前記実施形態では、負極層１７を下方に配置するとともに正極層１８を上方に配置した例について説明したが、負極層１７を上方に配置するとともに正極層１８を下方に配置しても同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、前記実施形態では、負極側のカーボンペーパー１３ａの上面にバインダー（すなわち、カーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂ）を塗布する際に、スプレー５１でバインダー（すなわち、カーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂ）を噴霧状にして塗布する例について説明したが、スプレーに代えてインクジェット方式などのその他の噴霧塗布方式を採用することも可能である。
【００４９】
ここで、スプレー及びインクジェットは溶液を噴霧状に塗布する点で同じである。スプレーは噴霧範囲が比較的広く塗布時間を短くできるが、未塗布部分を確保するためにマスキング処理が必要になる。一般に、マスキング処理部に付着した溶液は回収が難しい。
【００５０】
一方、インクジェットは塗布範囲を正確に絞り込むことができるので、未塗布部分にマスキング処理を施す必要がなく、溶液を有効に使用することができる。但し、インクジェットは、塗布範囲が狭いのでスプレーと比較して塗布スピードが劣る。
【００５１】
さらに、前記実施形態では、負極側のバインダー層１５や正極側のバインダー層１６に、撥水性に優れたフッ素樹脂を含ませた例について説明したが、バインダー層を構成する樹脂はフッ素樹脂に限定するものではなく、要は撥水性を備えた樹脂であればよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、イオン交換膜に溶液を採用し、電極用の溶液及びイオン交換膜用の溶液をそれぞれ未乾の状態で塗布すれば、境界で混合が発生する。これにより、一対の電極及びイオン交換膜の各層の境界に密着不良部分が発生することを防ぐことができるので、イオン交換膜における反応効率を良好に保つことができる。
この結果、燃料電池用電極の品質を安定させることができるので、生産性を高めることができる。
【００５３】
加えて、イオン交換膜を溶液とすることで、イオン交換膜を溶液の状態でハンドリングすることができるので、ハンドリング性の観点からイオン交換膜の厚さを規制する必要はない。このため、イオン交換膜を薄くすることが可能になり、燃料電池用電極を薄くすることができるので、燃料電池の小型化を図ることができる。
【００５４】
また、拡散層が未乾燥のうちに、拡散層の上面を押圧して拡散層の上面を平坦に形成することにした。拡散層の上面を平坦にすることで、拡散層上に負極層を平坦に塗布することができ、さらに負極層にイオン交換膜を平坦に塗布することができる。このように、イオン交換膜を平坦に形成することができるので、イオン交換膜上に塗布した正極層と負極層とが短絡することを防止できる。
【００５５】
請求項２は、撥水性を有する樹脂を含んだ溶液をスプレーで塗布することで、カーボンペーパーの凹部に撥水性を有する樹脂を塗布することができる。これにより、カーボンペーパー全域に撥水性を有する樹脂を塗布して撥水効果を得ることができるので、水素分子と酸素分子との反応で生成した生成水を良好に排出することができる。
【００５６】
請求項３は、一方の拡散層が、バインダーをインクジェット方式で塗布するものである。インクジェットは塗布範囲を正確に絞り込むことができるので、未塗布部分にマスキング処理を施す必要がなく、溶液を有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る燃料電池用電極（第１実施形態）を備えた燃料電池を示す分解斜視図
【図２】 本発明に係る燃料電池用電極（第１実施形態）を示す説明図
【図３】 本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第１工程説明図
【図４】 本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第２工程説明図
【図５】 本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第３工程説明図
【図６】 本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第４工程説明図
【図７】 本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第２実施形態）を示す工程説明図
【図８】 従来の燃料電池を説明する説明図
【図９】 従来の燃料電池を構成する燃料電池用電極を示す説明図
【符号の説明】
１１…燃料電池、１２…燃料電池用電極、１３…負極側拡散層（一方の拡散層）、１３ａ，１４ａ…カーボンペーパー（シート）、１４…正極側拡散層（他押の拡散層）、１５，１６…バインダー層、１５ａ，１６ａ…カーボン、１５ｂ，１６ｂ…撥水性の樹脂、１５ｃ…負極側拡散層の上面（一方の拡散層の上面）、１７…負極層（一方の電極層）、１８…正極層（他方の電極層）、１９…イオン交換膜、５４…ローラー、５６…押圧プレート。
【発明の属する技術分野】
本発明は、正・負極間にイオン交換膜を配置し、負極の触媒に水素を接触させるとともに正極の触媒に酸素を接触させることにより発電する燃料電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の燃料電池を説明する説明図である。燃料電池１００は、負極層（水素極）１０１と正極層（酸素極）１０２との間にイオン交換膜１０３を配置し、負極層１０１に含む触媒に水素分子（Ｈ２）を接触させるとともに、正極層１０２に含む触媒に酸素分子（Ｏ２）を接触させることにより、電子ｅ−を矢印の如く流すことにより、電流を発生させるものである。電流を発生させる際に、水素分子（Ｈ２）と酸素分子（Ｏ２）とから生成水（Ｈ２Ｏ）を得る。
この燃料電池１０の負極層１０１、正極層１０２、イオン交換膜１０３を主要構成部材とする燃料電池用電極を次図で詳しく説明する。
【０００３】
図９は従来の燃料電池を構成する燃料電池用電極を示す説明図である。
燃料電池用電極は、一対の拡散層１０４，１０５の内側にそれぞれバインダー層１０６及びバインダー層１０７を備え、これらバインダー層１０６及びバインダー層１０７の内側にそれぞれ負極層１０１及び正極層１０２を備え、これら負極層１０１及び正極層１０２の間にイオン交換膜１０３を備える。
【０００４】
この燃料電池用電極を製造する際には、先ず拡散層１０４にバインダー層１０６用の溶液を塗布するとともに、拡散層１０５にバインダー層１０７用の溶液を塗布し、塗布したバインダー層１０６，１０７を焼成することによりバインダー層１０６，１０７を固化する。
【０００５】
次に、固化したバインダー層１０６に負極層１０１の溶液を塗布するとともに、固化したバインダー層１０７に正極層１０２の溶液を塗布し、塗布した負・正極層１０１，１０２を乾燥することにより負・正極層１０１，１０２を固化する。
次いで、固化した負極層１０１にシート状のイオン交換膜１０３を載せ、続いてイオン交換膜１０３に正極層１０２が固化された拡散層１０５を載せて７層の多層構造を形成する。
次に、この多層構造を矢印の如く加熱圧着することにより燃料電池用電極を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、燃料電池用電極はイオン交換膜１０３としてシートを使用しており、加えてバインダー層１０６、負極層１０１、正極層１０２、バインダー層１０７のそれぞれの層を固化した状態で加熱圧着するので、それぞれの層の境界に密着不良部分が発生する虞がある。
燃料電池用電極の各層に密着不良部分が発生すると、電流を効率よく発生することが難しくなり、製造ラインの検査の段階において、これらの燃料電池用電極が廃棄処分や修復処分になり、そのことが生産性を高める妨げになっている。
【０００７】
さらに、燃料電池用電極のイオン交換膜１０３としてシートを使用しているので、燃料電池用電極を加熱圧着の際に、イオン交換膜１０３を加熱状態で加圧することになり、イオン交換膜１０３の性能が低下する虞がある。これにより、検査の段階で廃棄処分や修復処分の対象となる部品が一層多くなり、そのことが生産性を高める妨げになっている。
【０００８】
加えて、イオン交換膜１０３としてシートを使用しているので、イオン交換膜１０３のハンドリング性（取扱い性）を考慮するとイオン交換膜１０３をある程度厚くする必要がある。このため、燃料電池用電極を薄くすることが難しく、そのことが燃料電池用電極の小型化を図る妨げになる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、それぞれの層の境界に密着不良部分が発生することを防ぐことができ、さらにイオン交換膜の性能低下を防ぐことができ、加えてイオン交換膜を薄くすることができる燃料電池の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、それぞれの層間に密着不良部分が発生するのは、先の塗膜が固化した後に、次の溶液を塗布して、この溶液が先の塗膜に滲み込まず、結果として密着不良が発生することが、その原因であることを突き止めた。
そこで、先の塗膜が乾かないうちに、次の溶液を重ねたところ、溶液が先の塗膜に滲み込み、密着性が著しく高まることが分かった。
同様に、シート状のイオン交換膜に溶液を塗布した場合にも、溶液がシート状のイオン交換膜に滲み込まず、結果として密着不良が発生することが、その原因であることを突き止めた。
【００１１】
そこで、請求項１は、カーボンペーパーの上に、撥水性を備えている樹脂とカーボンとを有した、バインダーを塗布してバインダー層を形成することで、これらカーボンペーパー及びバインダー層で一方の拡散層を形成する工程と、前記バインダー層が未乾燥のうちに、一方の拡散層の上面を押圧することで拡散層の上面を平坦に形成する工程と、この平坦な拡散層の上面に燃料電池を構成する正・負いずれか一方の電極用の溶液であって、炭素の表面に白金又は白金−ルテニウム合金が担持された触媒を混合した溶液を、塗布して一方の電極層を形成する工程と、この一方の電極層が未乾燥のうちに、この電極層上にイオン交換膜用の溶液を塗布してイオン交換膜を形成する工程と、このイオン交換膜が未乾燥のうちに、このイオン交換膜上に正・負いずれか他方の電極用の溶液であって、炭素の表面に白金−ルテニウム合金又は白金が担持された触媒を混合した溶液を、塗布して他方の電極層を形成する工程と、この他方の電極層の上面に他方の拡散層を形成する工程と、これら一方の拡散層上に形成された一方の電極層と、一方の電極層上に形成されたイオン交換膜と、イオン交換膜上に形成されるとともに上に他方の拡散層が形成された他方の電極層とを、荷重をかけないで、まとめて一緒に乾燥することにより各々層を固化する工程と、からなる燃料電池の製造方法である。
【００１２】
イオン交換膜に溶液を採用し、電極用の溶液及びイオン交換膜用の溶液をそれぞれ未乾燥の状態で塗布すれば、境界で混合が発生する。
これにより、一対の電極及びイオン交換膜の各層の境界に密着不良部分が発生することを防ぐことができるので、イオン交換膜における反応効率を良好に保つことができる。
【００１３】
ここで、イオン交換膜にシートを使用した場合、シート状イオン交換膜のハンドリング性を好適に保つためにはイオン交換膜をある程度厚くする必要がある。このため、燃料電池用電極を薄くすることが難しく、そのことが燃料電池用電極の小型化を図る妨げになる。
【００１４】
そこで、請求項１においてイオン交換膜を溶液とし、イオン交換膜を溶液の状態でハンドリング（取り扱うことが）できるようにした。イオン交換膜を溶液とすることで、ハンドリング（取扱い）の際にイオン交換膜の厚さを規制する必要はない。このため、イオン交換膜を薄くすることが可能になり、燃料電池用電極を薄くして小型化を図ることができる。
【００１５】
ところで、一方の拡散層を形成するシートとしてカーボンペーパーを使用するが、カーボンペーパーはバインダーを塗布する面が一般的に凹凸面であり、この凹凸面にバインダーの溶液をスクリーン印刷により塗布すると、カーボンペーパーの凹凸面がバインダーの上面に転写される。
さらに、バインダーの上面に負極層の溶液を塗布することでバインダーの凹凸面が負極層の上面に転写される。
また、負極層の上面が凹凸面であるため、負極層上のイオン交換膜が負極層の凹凸面から流出する虞がある。
このため、イオン交換膜上に正極層の溶液を塗布した場合に、負極層の凸部に正極層が短絡する虞がある。
【００１６】
そこで、請求項１において、拡散層が未乾燥のうちに、拡散層の上面を押圧して拡散層の上面を平坦に形成することにした。拡散層の上面を平坦にすることで、拡散層上に負極層を平坦に塗布することができ、さらに負極層にイオン交換膜を平坦に塗布することができる。このように、イオン交換膜を平坦に形成することができるので、イオン交換膜上に塗布した正極層と負極層とが短絡することを防止できる。
【００１７】
また、請求項２において、一方の拡散層は、バインダーをスプレーで塗布することを特徴とする。
【００１８】
拡散層を構成するカーボンペーパーの上面は凹凸面なので、例えばスクリーン印刷でカーボンペーパーにバインダーを塗布した場合には、カーボンペーパーの凹面にバインダーを塗布することは難しい。
これにより、カーボンペーパーの凹部に、バインダーを塗布することが難しく、カーボンペーパーの凹部にバインダーを浸透させることができない虞がある。このため、カーボンペーパーの撥水効果を良好に確保することは難しい。
【００１９】
ここで、燃料電池を使用して電流を発生させる際に、水素分子（Ｈ２）と酸素分子（Ｏ２）とが反応して燃料電池内に生成水（Ｈ２Ｏ）を生成する。この生成水は拡散層（カーボンペーパー）を透過させて燃料電池の外部に排出する。
このため、カーボンペーパーの撥水効果を良好に確保することができないと、水素分子と酸素分子との反応で生成した生成水を良好に排出することができない虞がある。
【００２０】
生成水を効率よく排出することができないと、水素や酸素の反応ガスを好適に供給することが妨げられるので、濃度過電圧が高くなり、燃料電池の発電性能を良好に保つことが難しくなる。
なお、「濃度過電圧」とは、電極における反応物質及び反応生成物の補給及び除去の速度が遅く、電極の反応が妨害されるときに現れる電圧低下をいう。すなわち、濃度過電圧が高くなるということは電圧低下量が増すということである。
【００２１】
そこで、請求項２において、一方の拡散層は、バインダーをスプレーで塗布することにした。バインダーをスプレーで塗布することで、カーボンペーパーの凹部にバインダーを塗布することができる。これにより、カーボンペーパー全域にバインダーを塗布して撥水効果を得ることができるので、水素分子と酸素分子との反応で生成した生成水を良好に排出することができる。
また、請求項３において、一方の拡散層は、バインダーをインクジェット方式で塗布することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る燃料電池用電極（第１実施形態）を備えた燃料電池を示す分解斜視図である。
燃料電池ユニット１０は複数（２個）の燃料電池１１，１１で構成したものである。燃料電池１１は、燃料電池用電極１２を構成するシート状の負極側拡散層１３の外側に負極側流路基板３１を配置し、燃料電池用電極１２を構成するシート状の正極側拡散層１４の外側に正極側流路基板３４を配置したものである。
【００２３】
負極側拡散層１３に負極側流路基板３１を積層することで、負極側流路基板３１の流路溝３１ａを負極側拡散層１３で覆うことにより、水素ガス流路３２を形成する。また、正極側拡散層１４に正極側流路基板３４を積層することで、正極側流路基板３４の流路溝３４ａを正極側拡散層１４で覆うことにより、酸素ガス流路３５を形成する。
【００２４】
燃料電池用電極１２は、負極側拡散層１３及び正極側拡散層１４の内側にそれぞれバインダーを介して一方の電極層としての負極層１７及び他方の電極層としての正極層１８を備え、これら負極層１７及び正極層１８の間にイオン交換膜１９を備える。
このように、構成した燃料電池１１をセパレータ３６を介して複数個（図１では２個のみを示す）備えることで、燃料電池ユニット１０を構成する。
なお、燃料電池用電極１２については図２で詳しく説明する。
【００２５】
燃料電池ユニット１０によれば、水素ガス流路３２に水素ガスを供給することで、負極層１７に含む触媒に水素分子（Ｈ２）を吸着させるとともに、酸素ガス流路３５に酸素ガスを供給することで、正極１８に含む触媒に酸素分子（Ｏ２）を吸着させる。これにより、電子（ｅ−）を矢印の如く流して電流を発生させることができる。
なお、電流を発生させる際には、水素分子（Ｈ２）と酸素分子（Ｏ２）とから生成水（Ｈ２Ｏ）が発生する。
【００２６】
図２は本発明に係る燃料電池用電極（第１実施形態）を示す説明図である。
燃料電池用電極１２は、負極側拡散層１３及び正極側拡散層１４の内側にそれぞれ負極層１７及び正極層１８を備え、これら負極層１７及び正極層１８の間にイオン交換膜１９を備える。
負極側拡散層１３は、負極側のカーボンペーパー１３ａ及び負極側のバインダー層１５からなるシート材である。
また、正極側拡散層１４は、正極側のカーボンペーパー１４ａ及び正極側のバインダー層１６からなるシート材である。
【００２７】
負極側のバインダー層１５は、カーボン（一例として、粒状のもの）１５ａと、撥水性に優れた樹脂（一例として、フッ素樹脂）１５ｂとを有し、負極層１７に隣接する上面１５ｃを平坦に形成した層である。
また、正極側のバインダー層１６は、カーボン（一例として、粒状のもの）１６ａと、撥水性に優れた樹脂（一例として、フッ素樹脂）１６ｂとを有する。
【００２８】
負極層１７は、負極用の溶液に触媒２１を混合し、溶液を塗布後に乾燥することで固化したものである。負極層１７の触媒２１は、カーボン２２の上面に触媒として（白金−ルテニウム合金）２３を担持したものであり、（白金−ルテニウム合金）２３に水素分子（Ｈ２）を吸着させるものである。
【００２９】
正極層１８は、正極用の溶液に触媒２４を混合し、溶液を塗布後に乾燥することで固化したものである。正極層１８の触媒２４は、カーボン２５の上面に触媒として白金２６を担持したものであり、白金２６に酸素分子（Ｏ２）を吸着させるものである。
【００３０】
イオン交換膜１９は、負極層１７及び正極層１８間に溶液の状態で塗布した後、負極層１７及び正極層１８とともに一緒に乾燥することにより負極層１７及び正極層１８と一体に個化したものである。
【００３１】
次に、燃料電池用電極１２の製造方法を図３〜図６に基づいて説明する。
図３（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第１工程説明図である。
（ａ）において、シート状の負極側拡散層１３を配置する。すなわち、負極側拡散層１３のカーボンペーパー１３ａをセットした後、カーボンペーパー１３ａの上方でスプレー５１を矢印１（丸数字１）の如く移動しながら、スプレー５１の噴射口５２からバインダー（すなわち、カーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂ）を噴射する。
【００３２】
ここで、カーボンペーパー１３ａは上面が凹凸面に形成されているが、スプレー５１を用いることで、カーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂを噴霧状にしてカーボンペーパー１３ａの上面に塗布することができるので、カーボンペーパー１３ａの凹部にもカーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂを確実に塗布することができる。
これにより、カーボンペーパー１３ａの全域にフッ素樹脂１５ｂを浸透させて、カーボンペーパー全域に対して撥水効果を得ることができる。
【００３３】
（ｂ）において、バインダー層１５が未乾燥のうちに、バインダー層１５の上面１５ｃに沿ってローラー５４を矢印２（丸数字２）の如く回転させながら、ローラー５４を矢印３（丸数字３）の如く移動する。これにより、バインダー層１５の上面１５ｃを平坦にすることができる。
【００３４】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第２工程説明図である。
（ａ）において、上面を平坦にしたバインダー層１５上に、バインダー層１５が未乾燥のうちに、負極層１７の溶液を塗布して負極層１７を形成する。
ここで、バインダー層１５の上面１５ｃを平坦にして、平坦なバインダー層１５上１５ｃに負極層１７の溶液を塗布して負極層１７を形成したので、負極層１７の上面を平坦にすることができる。
【００３５】
（ｂ）において、負極層１７が未乾燥のうちに、イオン交換膜１９の溶液を塗布することにより、イオン交換膜１９を形成する。
ここで、負極層１７の上面を平坦にして、平坦な負極層１７上にイオン交換膜１９の溶液を塗布してイオン交換膜１９を形成したので、イオン交換膜１９の上面を平坦にすることができる。
【００３６】
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第３工程説明図である。
（ａ）において、平坦な上面のイオン交換膜１９上に、イオン交換膜１９が未乾燥のうちに、正極層１８の溶液を塗布して正極層１８を形成する。
ここで、イオン交換膜１９の上面を平坦にして、平坦なイオン交換膜１９上に正極層１８の溶液を塗布して正極層１８を形成したので、正極層１８の上面を平坦にすることができる。
このように、イオン交換膜１９を平坦に形成することができるので、イオン交換膜１９上に塗布した正極層１８と、イオン交換膜１９下に塗布した負極層１７とを確実に離すことができ、正極層１８と負極層１７との短絡を防止できる。
【００３７】
（ｂ）において、正極層１８上に、正極層１８が未乾燥のうちに、正極側のバインダー層１６のバインダー（すなわち、カーボン１６ａ及びフッ素樹脂１６ｂ）を塗布して正極側のバインダー層１６を形成する。
【００３８】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第４工程説明図である。
（ａ）において、正極側のバインダー層１６に正極側のカーボンペーパー１４ａを載せることにより、バインダー層１６及びカーボンペーパー１４ａでシート状の正極側拡散層１４を形成する。
【００３９】
次に、負極層１７、イオン交換膜１９及び正極層１８が未乾燥のうちに、負極層１７、イオン交換膜１９及び正極層１８に荷重をかけないで、負極層１７、イオン交換膜１９及び正極層１８を一緒に乾燥する。
【００４０】
（ｂ）において、負極層１７、イオン交換膜１９及び正極層１８を固化することで、負極層１７、イオン交換膜１９及び正極層１８を一体に積層する。
これにより、燃料電池用電極１２の製造工程が完了する。
【００４１】
このように、燃料電池用電極１２の製造方法によれば、イオン交換膜１９に溶液を採用し、負極層１７が未乾燥のうちに、負極層１７上にイオン交換膜１９用の溶液を塗布することにより、負極層１７とイオン交換膜１９との境界で互いの溶液を効果的に混合させることができる。
また、イオン交換膜１９が未乾燥のうちに、イオン交換膜１９上に正極層１８用の溶液を塗布することにより、イオン交換膜１９と正極層１８との境界で互いの溶液を効果的に混合させることができる。
【００４２】
そして、これらの未乾燥の正・負極層１８，１７及び未乾燥のイオン交換膜１９をまとめて一緒に乾燥することで、正・負極層１８，１７及び未乾燥のイオン交換膜１９の境界を効果的に混合させた状態で固化することができる。
よって、正・負極層１８，１７及びイオン交換膜１９の各層の境界に密着不良部分が発生することを防ぐことができるので、イオン交換膜１９における反応効率を良好に保つことができる。
これにより、燃料電池用電極１２における反応効率を良好に保つことができる。
【００４３】
加えて、イオン交換膜１９を溶液とすることで、イオン交換膜１９を溶液の状態で取扱う（ハンドリングする）ことができるので、取扱性の点（ハンドリング性の観点）からイオン交換膜１９の厚さを規制する必要はない。このため、イオン交換膜１９を薄くすることが可能になり、燃料電池用電極１２を薄くすることができる。
【００４４】
次に、第２実施形態について説明する。
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第２実施形態）を示す工程説明図である。
（ａ）において、第１実施形態と同様に、負極側拡散層１３のカーボンペーパー１３ａをセットした後、カーボンペーパー１３ａの上方でスプレー５１を矢印１（丸数字１）の如く移動しながら、スプレー５１の噴射口５２からバインダー（すなわち、カーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂ）を噴射する。
【００４５】
ここで、スプレー５１を用いることで、カーボンペーパー１３ａの凹部にもカーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂを確実に塗布することができる。これにより、カーボンペーパー１３ａの全域にフッ素樹脂１５ｂを浸透させて、カーボンペーパー全域に対して撥水効果を得ることができる。
【００４６】
（ｂ）において、バインダー層１５が未乾燥のうちに、バインダー層１５の上面１５ｃに押圧プレート５６を矢印４（丸数字４）の如く押し付けることにより、バインダー層１５の上面１５ｃを平坦にすることができる。
バインダー層１５の上面１５ｃを平坦にする手段は、ローラ５４（図３に示す）や押圧プレート５６に限らないで、その他の手段を使用することも可能である。
【００４７】
なお、前記実施形態では、負極層１７を下方に配置するとともに正極層１８を上方に配置した例について説明したが、負極層１７を上方に配置するとともに正極層１８を下方に配置しても同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、前記実施形態では、負極側のカーボンペーパー１３ａの上面にバインダー（すなわち、カーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂ）を塗布する際に、スプレー５１でバインダー（すなわち、カーボン１５ａ及びフッ素樹脂１５ｂ）を噴霧状にして塗布する例について説明したが、スプレーに代えてインクジェット方式などのその他の噴霧塗布方式を採用することも可能である。
【００４９】
ここで、スプレー及びインクジェットは溶液を噴霧状に塗布する点で同じである。スプレーは噴霧範囲が比較的広く塗布時間を短くできるが、未塗布部分を確保するためにマスキング処理が必要になる。一般に、マスキング処理部に付着した溶液は回収が難しい。
【００５０】
一方、インクジェットは塗布範囲を正確に絞り込むことができるので、未塗布部分にマスキング処理を施す必要がなく、溶液を有効に使用することができる。但し、インクジェットは、塗布範囲が狭いのでスプレーと比較して塗布スピードが劣る。
【００５１】
さらに、前記実施形態では、負極側のバインダー層１５や正極側のバインダー層１６に、撥水性に優れたフッ素樹脂を含ませた例について説明したが、バインダー層を構成する樹脂はフッ素樹脂に限定するものではなく、要は撥水性を備えた樹脂であればよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、イオン交換膜に溶液を採用し、電極用の溶液及びイオン交換膜用の溶液をそれぞれ未乾の状態で塗布すれば、境界で混合が発生する。これにより、一対の電極及びイオン交換膜の各層の境界に密着不良部分が発生することを防ぐことができるので、イオン交換膜における反応効率を良好に保つことができる。
この結果、燃料電池用電極の品質を安定させることができるので、生産性を高めることができる。
【００５３】
加えて、イオン交換膜を溶液とすることで、イオン交換膜を溶液の状態でハンドリングすることができるので、ハンドリング性の観点からイオン交換膜の厚さを規制する必要はない。このため、イオン交換膜を薄くすることが可能になり、燃料電池用電極を薄くすることができるので、燃料電池の小型化を図ることができる。
【００５４】
また、拡散層が未乾燥のうちに、拡散層の上面を押圧して拡散層の上面を平坦に形成することにした。拡散層の上面を平坦にすることで、拡散層上に負極層を平坦に塗布することができ、さらに負極層にイオン交換膜を平坦に塗布することができる。このように、イオン交換膜を平坦に形成することができるので、イオン交換膜上に塗布した正極層と負極層とが短絡することを防止できる。
【００５５】
請求項２は、撥水性を有する樹脂を含んだ溶液をスプレーで塗布することで、カーボンペーパーの凹部に撥水性を有する樹脂を塗布することができる。これにより、カーボンペーパー全域に撥水性を有する樹脂を塗布して撥水効果を得ることができるので、水素分子と酸素分子との反応で生成した生成水を良好に排出することができる。
【００５６】
請求項３は、一方の拡散層が、バインダーをインクジェット方式で塗布するものである。インクジェットは塗布範囲を正確に絞り込むことができるので、未塗布部分にマスキング処理を施す必要がなく、溶液を有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る燃料電池用電極（第１実施形態）を備えた燃料電池を示す分解斜視図
【図２】 本発明に係る燃料電池用電極（第１実施形態）を示す説明図
【図３】 本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第１工程説明図
【図４】 本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第２工程説明図
【図５】 本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第３工程説明図
【図６】 本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第１実施形態）を示す第４工程説明図
【図７】 本発明に係る燃料電池用電極の製造方法（第２実施形態）を示す工程説明図
【図８】 従来の燃料電池を説明する説明図
【図９】 従来の燃料電池を構成する燃料電池用電極を示す説明図
【符号の説明】
１１…燃料電池、１２…燃料電池用電極、１３…負極側拡散層（一方の拡散層）、１３ａ，１４ａ…カーボンペーパー（シート）、１４…正極側拡散層（他押の拡散層）、１５，１６…バインダー層、１５ａ，１６ａ…カーボン、１５ｂ，１６ｂ…撥水性の樹脂、１５ｃ…負極側拡散層の上面（一方の拡散層の上面）、１７…負極層（一方の電極層）、１８…正極層（他方の電極層）、１９…イオン交換膜、５４…ローラー、５６…押圧プレート。
Claims (3)
- カーボンペーパーの上に、撥水性を備えている樹脂とカーボンとを有した、バインダーを塗布してバインダー層を形成することで、これらカーボンペーパー及びバインダー層で一方の拡散層を形成する工程と、
前記バインダー層が未乾燥のうちに、一方の拡散層の上面を押圧することで拡散層の上面を平坦に形成する工程と、
この平坦な拡散層の上面に燃料電池を構成する正・負いずれか一方の電極用の溶液であって、炭素の表面に白金又は白金−ルテニウム合金が担持された触媒を混合した溶液を、塗布して一方の電極層を形成する工程と、
この一方の電極層が未乾燥のうちに、この電極層上にイオン交換膜用の溶液を塗布してイオン交換膜を形成する工程と、
このイオン交換膜が未乾燥のうちに、このイオン交換膜上に正・負いずれか他方の電極用の溶液であって、炭素の表面に白金−ルテニウム合金又は白金が担持された触媒を混合した溶液を、塗布して他方の電極層を形成する工程と、
この他方の電極層の上面に他方の拡散層を形成する工程と、
これら一方の拡散層上に形成された一方の電極層と、一方の電極層上に形成されたイオン交換膜と、イオン交換膜上に形成されるとともに上に他方の拡散層が形成された他方の電極層とを、荷重をかけないで、まとめて一緒に乾燥することにより各々層を固化する工程と、からなる燃料電池の製造方法。 - 前記一方の拡散層は、前記バインダーをスプレーで塗布することを特徴とする請求項１記載の燃料電池の製造方法。
- 前記一方の拡散層は、前記バインダーをインクジェット方式で塗布することを特徴とする請求項１記載の燃料電池の製造方法。
Priority Applications (9)
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