JP3863068B2 - 燃料電池用電極の製造方法 - Google Patents
燃料電池用電極の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3863068B2 JP3863068B2 JP2002163549A JP2002163549A JP3863068B2 JP 3863068 B2 JP3863068 B2 JP 3863068B2 JP 2002163549 A JP2002163549 A JP 2002163549A JP 2002163549 A JP2002163549 A JP 2002163549A JP 3863068 B2 JP3863068 B2 JP 3863068B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- positive electrode
- negative electrode
- electrode side
- ion exchange
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
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用電極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用電極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、正極側拡散層の上に、カーボンの表面に白金が担持された触媒を混合した正極用の溶液を塗布して、正極層を形成し、この正極層が未乾燥のうちに、正極層の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し、このイオン交換膜が未乾燥のうちに、イオン交換膜の上に、カーボンの表面に白金−ルテニウム合金が担持された触媒を混合した負極用の溶液を塗布して、負極層を形成し、この負極層が未乾燥のうちに、負極層の上に負極側拡散層を積層した後、正極側拡散層、正極層、イオン交換膜、負極層及び負極側拡散層を乾燥することにより固化する燃料電池用電極の製造方法であって、前記負極側拡散層を、負極側カーボンペーパーと、この負極側カーボンペーパーに積層する負極側バインダー層とで構成するとともに、前記正極側拡散層を、正極側カーボンペーパーと、この正極側カーボンペーパーに積層する正極側バインダー層とで構成し、この正極側バインダー層用の溶液は、溶媒として水を含むととともに、撥水性を有し且つ融点が１５０℃を越えない低融点樹脂を含むことを特徴とする。
【００１２】
イオン交換膜に溶液を採用し、正・負極層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、正・負極層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、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、主に正極側拡散層を構成する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。
そこで、燃料電池の外部に生成水を効率よく排出することができるように、正極側カーボンペーパー上に、撥水性を有する樹脂（ポリ四フッ化エチレン、一例としてテフロン（登録商標））を含んだ溶液を塗布して正極側カーボンペーパーに撥水性を持たせている。
【００１６】
しかし、ポリ四フッ化エチレンの融点は３５０℃と、正・負極層やイオン交換膜と比較して高いため、正・負極層やイオン交換膜とは別にポリ四フッ化エチレンのみを個別に焼成し、ポリ四フッ化エチレンを焼成した後、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する必要がある。
【００１７】
よって、燃料電池用電極を製造する際に、ポリ四フッ化エチレンを焼成する乾燥工程と、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する乾燥工程との２回の乾燥工程が必要になり、燃料電池用電極の製造に手間がかかる。
このため、乾燥工程を減らして燃料電池用電極を効率よく製造することができる燃料電池用電極の製造方法の実用化が望まれていた。
【００１８】
そこで、請求項１において、撥水性を有する樹脂としてポリ四フッ化エチレンに代えて、融点が１５０℃を越えない低融点樹脂を用いることにした。
撥水性を有する樹脂の融点が１５０℃を超えると融点温度が高すぎて、正・負極層やイオン交換膜と一緒に、撥水性を有する樹脂を焼成できない虞がある。そこで、撥水性を有する樹脂を１５０℃以下の低融点樹脂とすることで、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を一緒に焼成できるようにした。
【００１９】
加えて、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を一緒にまとめて焼成することができるので、撥水性を有する樹脂（すなわち、正極側拡散層）が未乾燥のうちに、正極側拡散層に正極層の溶液を塗布することができ、正極側拡散層と正極層との境界を好適に混合させることができる。
ここで、正極側カーボンペーパーの表面は凹凸面なので、正極側カーボンペーパーの凹部に、正極側バインダー層の溶液（特に、撥水性を有する樹脂）を塗布することが難しく、正極側カーボンペーパーの凹部に撥水性を有する樹脂を浸透させることができない虞がある。
【００２０】
そこで、請求項１において、正極側バインダー層用の溶液に、溶媒として水を含ませた。
水は、分散能力に優れているので、水を溶媒として使用することで低融点樹脂やカーボンを溶媒に好適に混合させることができる。
これにより、正極側バインダー層用の溶液をスプレーやインクジェットなどで噴霧状に塗布することができるので、正極側バインダー層用の溶液を正極側カーボンペーパーの凹部にも好適に塗布することができる。
【００２１】
また、請求項２において、低融点樹脂はフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体であることを特徴とする。
フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体は、溶媒としての水に分散する性質を備えているので、１５０℃の乾燥温度で、本発明を好適に実施することができる。
すなわち、溶媒としての水が蒸発した後、水に分散していたフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体が融点に達して溶け、撥水性の効果を発揮することができる。
【００２２】
さらに、請求項３は、正極側拡散層の上に、カーボンの表面に白金が担持された触媒を混合した正極用の溶液を塗布して、正極層を形成し、この正極層が未乾燥のうちに、正極層の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し、このイオン交換膜が未乾燥のうちに、イオン交換膜の上に、カーボンの表面に白金−ルテニウム合金が担持された触媒を混合した負極用の溶液を塗布して、負極層を形成し、この負極層が未乾燥のうちに、負極層の上に負極側拡散層を積層した後、正極側拡散層、正極層、イオン交換膜、負極層及び負極側拡散層を乾燥することにより固化する燃料電池用電極の製造方法であって、前記負極側拡散層を、負極側カーボンペーパーと、この負極側カーボンペーパーに積層する負極側バインダー層とで構成するとともに、前記正極側拡散層を、正極側カーボンペーパーと、この正極側カーボンペーパーに積層する正極側バインダー層とで構成し、この正極側バインダー層用の溶液は、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤及びエステル系溶剤のうちの少なくとも一種の有機系溶媒を含むとともに、フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物より選択した樹脂を含み、互いに積層された前記正極側拡散層、正極層、イオン交換膜、負極層及び負極側拡散層を乾燥する際に、前記正極側バインダー層及び負極側バインダー層を一緒にまとめて焼成するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
請求項３によれば、請求項１と同様の効果を得ることができる。
さらに、正極側バインダー層用の溶液に、有機系溶媒を含ませた。有機系溶媒は、溶解能力に優れているので、有機系溶媒を使用することで、撥水性を有する樹脂を溶媒に好適に溶かすことができる。
なお、カーボンは、有機系溶媒に分散あるいは混合されている。
ここで、有機系溶媒の乾燥温度は、７０〜８０℃程度が想定されるので、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を残して有機系溶媒を飛ばすことができ、撥水性を有する樹脂を一緒に焼成できる。
【００２４】
加えて、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を一緒にまとめて焼成することができるので、撥水性を有する樹脂（すなわち、正極側拡散層）が未乾燥のうちに、正極側拡散層に正極層の溶液を塗布することができ、正極側拡散層と正極層との境界を好適に混合させることができる。
【００２５】
さらに、有機系溶媒は溶解能力に優れており、有機系溶媒を使用することで撥水性を有する樹脂を溶媒に好適に溶かすことができる。これにより、正極側バインダー層用の溶液をスプレーやインクジェットなどで噴霧して塗布することができるので、正極側バインダー層用の溶液を正極側カーボンペーパーの凹部にも好適に塗布することができる。
【００２６】
また、請求項３においては、正極側バインダー層用の溶液は、フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物より選択した樹脂を含むものである。
【００２７】
フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物は、有機系溶剤に溶ける性質を備えているので、本発明を好適に実施することができる。
【００２８】
また、請求項４において、前記正極側拡散層、正極層、イオン交換膜、負極層及び負極側拡散層を積層する際に、前記正極側拡散層のうちの前記正極側カーボンペーパー上に前記正極側バインダー層を形成し、この正極側バインダー層上に前記正極層を形成し、
この正極層上に前記イオン交換膜を形成し、このイオン交換上に前記負極層を形成し、この負極層に、前記負極側拡散層のうちの前記負極側バインダー層を形成し、この負極側バインダー層上に前記負極側カーボンペーパーを配置することにし、前記負極側バインダー層用の溶液に、接着性に優れた接着性樹脂を含ませたことを特徴とする。
【００２９】
ここで、正極側バインダー層上には、正極層を形成し、この正極層上にイオン交換膜を形成し、このイオン交換上に負極層を形成し、この負極層に負極側バインダー層を形成し、この負極側バインダー層上に負極側カーボンペーパーを配置する。
よって、正極側バインダー層には、正極層、イオン交換膜、負極層、負極側バインダー層及び負極側カーボンペーパーの重みをかけることができるので、正極側バインダー層と正極側カーボンペーパとを好適に密着させることができる。
【００３０】
これに対して、負極側バインダー層は、正極層、イオン交換膜や負極層の上方に積層されるので、負極側バインダー層と負極側カーボンペーパーとの密着性を、正極側バインダー層と正極側カーボンペーパーとの密着性のように好適に接合することは難しい。
【００３１】
そこで、請求項４において、負極側バインダー層用の溶液に、接着性に優れた接着性樹脂を含ませることにした。
これにより、負極側バインダー層と負極側カーボンペーパーとの密着性を、正極側バインダー層と正極側カーボンペーパーとの密着性と同様に好適に接合することができる。
【００３２】
また、請求項５において、接着性樹脂はイオン交換樹脂であることを特徴とする。
ここで、正・負極層の溶液には、イオン交換膜との接着性を好適に保つために、イオン交換樹脂が含まれている。そこで、接着剤樹脂としてイオン交換樹脂を採用することにより、他方のバインダー層の溶液を他方の極層の溶液と同種の材料とした。
これにより、他方のバインダー層の溶液に含まれたイオン交換樹脂と、他方の極層の溶液に含まれたイオン交換樹脂とを好適に混合することができる。
【００３３】
【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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
負極側拡散層１３は、負極側カーボンペーパー（他方のカーボンペーパー）１３ａ及び負極側バインダー層１５（他方のバインダー層）からなるシート材である。
また、正極側拡散層１４は、正極側カーボンペーパー（一方のカーボンペーパー）１４ａ及び正極側バインダー層（一方のバインダー層）１６からなるシート材である。
【００３９】
負極側バインダー層１５の溶液は、カーボン（一例として、粒状のもの）１５ａと、接着性に優れた接着性樹脂１５ｂとしてイオン交換樹脂を含む。
接着性樹脂１５ｂとしてのイオン交換樹脂は、一例としてパーフルオロ系イオン交換樹脂（ナフィオン「商品名」（デュポン）、フレミオン「商品名」（旭硝子）、アシプレックス「商品名」（旭化成））が該当する。
【００４０】
なお、負極側バインダー層１５に接着性樹脂１５ｂを含ませた理由は以下の通りである。
すなわち、燃料電池用電極１２を製造する際に、一例として正極側バインダー層１６上に、正極層１８、イオン交換膜１９及び負極層１７を順に積層し、負極層１７の上に負極側バインダー層１５を積層する。
【００４１】
よって、負極側カーボンペーパ１３ａと負極側バインダー層１５との接着性を高めるためには押圧工程が必要になるが、負極側バインダー層１５に接着性樹脂１５ｂを含ませることで、負極側カーボンペーパ１３ａと負極側バインダー層１５との密着性を好適に保つようにした。
【００４２】
また、接着性樹脂１５ｂとしてイオン交換樹脂を使用した理由は以下の通りである。
すなわち、接着剤樹脂１５ｂとしてイオン交換樹脂を採用することで、負極側バインダー層１５の溶液を負極層１７の溶液と同種の材料とした。これにより、負極側バインダー層１５の溶液に含まれたイオン交換樹脂と、負極層１７の溶液に含まれたイオン交換樹脂とが好適に混合して、負極側バインダー層１５と負極層１７との密着性を好適に保つことができる。
【００４３】
正極側バインダー層１６の溶液は、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１６ｂとしてのフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体と、溶媒としての水と、を有する。
【００４４】
正極側バインダー層１６の撥水性を有する樹脂１６ｂの融点を１５０℃以下に設定した。撥水性を有する樹脂１６ｂの融点が１５０℃を超えると、温度が高すぎて負極側バインダー層１５、正・負の電極層１７，１８やイオン交換膜１９と一緒に、撥水性を有する樹脂１６ｂを焼成できない虞がある。
【００４５】
そこで、撥水性を有する樹脂１６ｂを１５０℃以下の低融点樹脂とすることで、負極側バインダー層１５、正・負の電極層１７，１８やイオン交換膜１９を積層した後、撥水性を有する樹脂１６ｂを負極側バインダー層１５、正・負の電極層１７，１８やイオン交換膜１９と一緒にまとめて乾燥することができるようにした。
【００４６】
融点が１５０℃以下の撥水性に優れた樹脂（低融点樹脂）１６ｂとしては、例えば、上述したフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体が該当する。
フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体は、溶媒としての水に分散する性質を備えている。
このフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体は、溶媒としての水が蒸発した後、融点に達して溶け、撥水性の効果を発揮することができる。
【００４７】
また、正極側バインダー層１６の撥水性を有する樹脂１６ｂの融点を１００℃以上に設定することが好ましい。
すなわち、フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体は水に溶けないので、溶媒として水を用いた場合には、水を乾燥させるとともに、フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体を溶融させるために融点が１００℃以上必要になるからである。
【００４８】
さらに、正極側バインダー層１６の溶液には、溶媒として水を含ませた。
水は、分散能力に優れているので、水を溶媒として使用することで、撥水性に優れた樹脂（低融点樹脂）１６ｂやカーボン１６ａを溶媒としての水に好適に混合させることができる。
【００４９】
これにより、正極側バインダー層１６用の溶液をスプレーやインクジェットなどで噴霧状態で正極側カーボンペーパー１４ａに塗布することができる。よって、正極側バインダー層１６用の溶液を、表面が凹凸状態の正極側カーボンペーパー１４ａの凹部に好適に塗布することができる。
【００５０】
従って、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、正極側バインダー層１６用の溶液を良好に塗布することができるので、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、撥水性を有する樹脂１６ｂを浸透させて、正極側カーボンペーパー１４ａの撥水性を向上させることができる。
【００５１】
また、燃料電池用電極１２を構成する負極層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の表面に触媒として（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。
【００５２】
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の表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。
【００５３】
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。
【００５４】
次に、燃料電池用電極１２の製造方法を図３〜図５に基づいて説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）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、シート状の正極側拡散層１４を配置する。すなわち、正極側拡散層１４の正極側カーボンペーパー１４ａをセットした後、正極側カーボンペーパー１４ａの上方でスプレー５１を矢印の如く移動しながら、スプレー５１の噴射口５２から正極側バインダー層１６用の溶液を噴霧状に噴射することにより、正極側バインダー層１６を形成する。
【００５５】
ここで、正極側バインダー層１６の溶液には、分散能力に優れた水を溶媒として含んでいるので、低融点樹脂１６ｂやカーボン１６ａを溶媒に好適に混合させることができる。
これにより、正極側バインダー層１６用の溶液を噴霧状態で塗布することが可能になり、正極側カーボンペーパー１４ａの凹部に正極側バインダー層１６用の溶液を好適に塗布することができる。
【００５６】
よって（ａ）に示すように、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、正極側バインダー層１６用の溶液を良好に塗布することができる。これにより、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、撥水性を有する樹脂１６ｂを浸透させて、正極側カーボンペーパー１４ａの撥水性を向上させることができる。
【００５７】
（ｂ）において、正極用バインダー層１６が未乾燥のうちに、正極用バインダー層１６上に正極層１８の溶液を塗布して正極層１８を形成する。
これにより、正極側バインダー層１６と正極層１８との境界を好適に混合させて密着性を高めることができる。
【００５８】
（ｃ）において、正極層１８が未乾燥のうちに、正極層１８上にイオン交換膜１９の溶液を塗布してイオン交換膜１９を形成する。
これにより、正極層１８とイオン交換膜１９との境界を好適に混合させて密着性を高めることができる。
【００５９】
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、イオン交換膜１９が未乾燥のうちに、イオン交換膜１９上に負極層１７の溶液を塗布して負極層１７を形成する。
これにより、イオン交換膜１９と負極層１７との境界を好適に混合させて密着性を高めることができる。
【００６０】
（ｂ）において、負極層１７が未乾燥のうちに、負極層１７上に負極側バインダー層１５の溶液を塗布して負極側バインダー層１５を形成する。
これにより、負極層１７と負極側バインダー層１５との境界を好適に混合させて密着性を高めることができる。
【００６１】
ここで、負極側バインダー層１５の溶液には、接着性に優れた接着性樹脂１５ｂとしてイオン交換樹脂が含まれている。このイオン交換樹脂は、負極層１７の溶液に含まれているイオン交換樹脂と同種の材料であり、負極側バインダー層１５の溶液に含まれたイオン交換樹脂と、負極層１７の溶液に含まれたイオン交換樹脂とが好適に混合することができる。
【００６２】
これにより、負極側バインダー層１５に正極層１８、イオン交換膜１９及び負極層１７の重みがかからなくても、負極側バインダー層１５と負極層１７との密着性を、正極側バインダー層１６と正極層１８との密着性と同様に好適に保つことができる。
【００６３】
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、負極側バインダー層１５に負極側カーボンペーパー１３ａを載せることにより、負極側バインダー層１５及び負極側カーボンペーパー１３ａでシート状の負極側拡散層１３を形成する。
【００６４】
次に、正極側バインダー層１６、正・負の電極層１８，１７、イオン交換膜１９及び負極側バインダー層１５に加重をかけないで（すなわち、従来技術のように加熱圧着しないで）、正・負の電極層１８，１７、イオン交換膜１９を乾燥する際に、正極側バインダー層１６及び負極側バインダー層１５を一緒にまとめて焼成する。
【００６５】
正極側バインダー層１６の撥水性を有する樹脂１６ｂを１５０℃以下の低融点樹脂とすることで、正・負の電極層１８，１７やイオン交換膜１９を乾燥する際に、正極側バインダー層１６及び負極側バインダー層１５を一緒にまとめて焼成することが可能になる。
これにより、従来の正極側バインダー層１６のみを焼成する乾燥工程を除去することができるので、乾燥工程を減らして燃料電池用電極を効率よく製造することができる。
【００６６】
（ｂ）において、正極側バインダー層１６、正極層１８、イオン交換膜１９、負極層１７、負極側バインダー層１５を固化した状態で一体に積層する。
これにより、燃料電池用電極１２の製造工程（第１実施形態）が完了する。
【００６７】
このように、燃料電池用電極１２の製造方法（第１実施形態）によれば、イオン交換膜１９に溶液を採用し、正極層１８が未乾燥のうちに、正極層１８上にイオン交換膜１９用の溶液を塗布することにより、正極層１８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上に負極層１７用の溶液を塗布することにより、イオン交換膜１９と負極層１７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。
【００６８】
そして、正・負の電極層１８，１７やイオン交換膜１９をまとめて一緒に乾燥することで、正・負の電極層１８，１７やイオン交換膜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・負の電極層１８，１７やイオン交換膜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。
【００６９】
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。
【００７０】
次に、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態において第１実施形態と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
図６は本発明に係る燃料電池用電極（第２実施形態）を示す説明図である。
燃料電池用電極４２は、負極側拡散層１３及び正極側拡散層４４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。
【００７１】
正極側拡散層４４は、正極側カーボンペーパー（一方のカーボンペーパー）１４ａ及び正極側バインダー層（一方のバインダー層）４６からなるシート材である。
正極側バインダー層４６の溶液は、カーボン（一例として、粒状のもの）１６ａと、有機系溶媒に溶解可能で且つ撥水性に優れた樹脂（以下、「撥水性に優れた樹脂」という）４６ｂと、有機系溶媒を有する。
【００７２】
撥水性に優れた樹脂４６ｂとしては、フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物から一種又は複数種選択した樹脂が該当する。
【００７３】
撥水性に優れた樹脂４６ｂとしての、フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物は、正極側バインダー層４６の溶液に含まれている有機系溶剤に溶ける性質を備えているので、本発明を好適に実施することができる。
【００７４】
ここで、有機系溶媒としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤及びエステル系溶剤のうちの少なくとも一種が該当する。
正極側バインダー層１６用の溶液に含ませた有機系溶媒は、溶解能力に優れているので、有機系溶媒を使用することで、撥水性に優れた樹脂４６ｂを有機系溶媒溶媒に好適に溶かすことができる。
なお、カーボン１６ａは、有機系溶媒に分散あるいは混合されている。
【００７５】
次に、燃料電池用電極１２の製造方法を図７に基づいて説明する。
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、シート状の正極側拡散層４４を配置する。すなわち、正極側拡散層４４の正極側カーボンペーパー１４ａをセットした後、正極側カーボンペーパー１４ａの上方でスプレー５１を矢印の如く移動しながら、スプレー５１の噴射口５２から正極側バインダー層４６用の溶液を噴霧状に噴射することにより、正極側バインダー層４６を形成する。
【００７６】
ここで、正極側バインダー層４６の溶液には、溶解能力に優れた有機系溶媒を含んでいるので、撥水性を有する樹脂４６ｂを有機系溶媒に好適に溶かすことができる。
これにより、正極側バインダー層４６用の溶液を噴霧状態で塗布することが可能になり、正極側カーボンペーパー１４ａの凹部に正極側バインダー層４６用の溶液を好適に塗布することができる。
【００７７】
よって、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、正極側バインダー層４６用の溶液を良好に塗布することができる。これにより、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、撥水性を有する樹脂４６ｂを浸透させて、正極側カーボンペーパー１４ａの撥水性を向上させることができる。
【００７８】
（ｂ）において、正極用バインダー層４６が未乾燥のうちに、正極用バインダー層４６上に正極層１８の溶液を塗布して正極層１８を形成する。
これにより、正極側バインダー層４６と正極層１８との境界を好適に混合させて密着性を高めることができる。
【００７９】
（ｃ）において、第１実施形態と同様に、正極層１８が未乾燥のうちに、正極層１８上にイオン交換膜１９の溶液を塗布してイオン交換膜１９を形成する。
これにより、正極層１８とイオン交換膜１９との境界を好適に混合させて密着性を高めることができる。
【００８０】
以下、図４〜図５に示す第１実施形態と同様に、イオン交換膜１９が未乾燥のうちに、イオン交換膜１９上に負極層１７の溶液を塗布して負極層１７を形成する。
次いで、負極層１７が未乾燥のうちに、負極層１７上に負極側バインダー層１５の溶液を塗布して負極側バインダー層１５を形成する。続いて、負極側バインダー層１５が未乾燥のうちに負極側カーボンペーパー１５ａを載置する。
【００８１】
このように、正極側拡散層１４、正・負の電極層１８，１７、イオン交換膜１９及び負極側拡散層１３を積層した後、正極側バインダー層４６、正・負の電極層１８，１７、イオン交換膜１９及び負極側バインダー層１５に加重をかけないで（すなわち、従来技術のように加熱圧着しないで）、正・負の電極層１８，１７、イオン交換膜１９を乾燥する際に、正極側バインダー層４６及び負極側バインダー層１５を一緒にまとめて焼成する。
【００８２】
ここで、有機系溶媒の乾燥温度は、７０〜８０℃程度が想定されるので、正・負極層１８，１７やイオン交換膜１９を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を残して有機系溶媒を飛ばすことができ、撥水性を有する樹脂を一緒にまとめて焼成することが可能になる。
これにより、第１実施形態と同様に、従来必要とされていた正極側バインダー層４６のみを焼成する乾燥工程を除去することができるので、乾燥工程を減らして燃料電池用電極を効率よく製造することができる。
【００８３】
この第２実施形態の製造方法によれば、第１実施形態の製造方法と同様の効果を得ることができる。
加えて、第２実施形態の製造方法によれば、正極側バインダー層４６用の溶液に、溶解能力に優れた有機系溶媒を含ませることで、撥水性に優れた樹脂４６ｂを有機系溶媒に好適に溶かすことができる。
【００８４】
有機系溶媒の乾燥温度は、７０〜８０℃程度が想定されるので、正・負極層１８，１７やイオン交換膜１９を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂４６ｂを残して有機系溶媒を飛ばすことができ、撥水性を有する樹脂４６ｂを一緒に焼成できる。
【００８５】
さらに、正・負極層１８，１７やイオン交換膜１９を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂４６ｂを一緒にまとめて焼成することができるので、撥水性を有する樹脂４６ｂ（すなわち、正極側拡散層１４）が未乾燥のうちに、正極側拡散層１４に正極層１８の溶液を塗布することができ、正極側拡散層１４と正極層１８との境界を好適に混合させることができる。
【００８６】
また、溶解能力に優れた有機系溶媒を使用することで撥水性を有する樹脂４６ｂを有機系溶媒に好適に溶かすことができる。これにより、正極側バインダー層４６用の溶液をスプレーやインクジェットなどで噴霧状して塗布することができるので、正極側バインダー層４６用の溶液を正極側カーボンペーパー１４ａの凹部にも好適に塗布することができる。
【００８７】
従って、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、正極側バインダー層４６用の溶液を良好に塗布することができるので、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、撥水性を有する樹脂４６ｂを浸透させて、正極側カーボンペーパー１４ａの撥水性を向上させることができる。
【００８９】
また、前記実施形態では、正極側カーボンペーパー１４ａの表面に正極側バインダー層１６を塗布する際に、スプレー５１で正極側バインダー層１６の溶液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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
【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、正・負極層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、正・負極層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。
【００９３】
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、燃料電池用電極の小型化を図ることができる。
【００９４】
また、撥水性を有する樹脂として使用していたポリ四フッ化エチレンに代えて、融点が１５０℃以下の低融点樹脂を用いることにした。撥水性を有する樹脂の融点が１５０℃を超えると融点温度が高すぎて、正・負極層やイオン交換膜と一緒に、撥水性を有する樹脂を焼成できない虞がある。
【００９５】
そこで、撥水性を有する樹脂を１５０℃以下の低融点樹脂とすることで、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を一緒に焼成できるようにした。
これにより、撥水性を有する樹脂のみを個別に焼成する乾燥工程を除去できるので、乾燥工程を減らして燃料電池用電極を効率よく製造することができる。
【００９６】
加えて、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を一緒にまとめて焼成することができるので、撥水性を有する樹脂（すなわち、正極側拡散層）が未乾燥のうちに、正極側拡散層に正極層の溶液を塗布することができる。これにより、正極側拡散層と正極層との境界を好適に混合させることができるので、正極側拡散層と正極層との密着性の向上を図ることができる。
【００９７】
さらに、正極側バインダー層の溶液に、溶媒として水を含ませた。水は分散能力に優れているので、水を溶媒として使用することで、低融点樹脂やカーボンを溶媒に好適に混合させることができる。
これにより、正極側バインダー層用の溶液をスプレーやインクジェットなどで噴霧状して塗布することができるので、正極側バインダー用の溶液を正極側カーボンペーパーの凹部にも好適に塗布することができる。
【００９８】
このように、正極側カーボンペーパーの表面全域に正極側バインダー層用の溶液を良好に塗布することができるので、正極側カーボンペーパーの表面全域に、撥水性を有する樹脂を浸透させて、正極側カーボンペーパーの撥水性を向上させることができる。
【００９９】
請求項２は、低融点樹脂としてフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体を採用した。フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体は、溶媒としての水に分散する性質を備えている。溶媒としての水が蒸発した後、水に分散していたフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体が融点に達して溶け、撥水性の効果を発揮することができ、本発明を好適に実施することができる。
【０１００】
請求項３は、正極側バインダー層用の溶液に、有機系溶媒を含ませた。有機系溶媒は、溶解能力に優れているので、有機系溶媒を使用することで、撥水性を有する樹脂を溶媒に好適に溶かすことができる。
なお、カーボンは、有機系溶媒に分散あるいは混合されている。
ここで、有機系溶媒の乾燥温度は、７０〜８０℃程度が想定されるので、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を残して有機系溶媒を飛ばすことができ、撥水性を有する樹脂を一緒に焼成できる。
これにより、撥水性を有する樹脂のみを個別に焼成する乾燥工程を除去できるので、乾燥工程を減らして燃料電池用電極を効率よく製造することができる。
【０１０１】
加えて、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を一緒にまとめて焼成することができるので、撥水性を有する樹脂（すなわち、正極側拡散層）が未乾燥のうちに、正極側拡散層に正極層の溶液を塗布することができる。これにより、正極側拡散層と正極層との境界を好適に混合させることができるので、正極側拡散層と正極層との密着性の向上を図ることができる。
【０１０２】
さらに、有機系溶媒は溶解能力に優れており、有機系溶媒を使用することで撥水性を有する樹脂を溶媒に好適に溶かすことができる。これにより、正極側バインダー層用の溶液をスプレーやインクジェットなどで噴霧状して塗布することができるので、正極側バインダー層用の溶液を正極側カーボンペーパーの凹部にも好適に塗布することができる。
【０１０３】
このように、正極側カーボンペーパーの表面全域に正極側バインダー層用の溶液を良好に塗布することができるので、正極側カーボンペーパーの表面全域に、撥水性を有する樹脂を浸透させて、正極側カーボンペーパーの撥水性を向上させることができる。
【０１０４】
請求項３は、樹脂としてフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物より選択した樹脂を採用した。
【０１０５】
フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物は、有機系溶剤に溶ける性質を備えているので、本発明を好適に実施することができる。
【０１０６】
請求項４は、負極側バインダー層用の溶液に、接着性に優れた接着性樹脂を含ませることにした。これにより、負極側バインダー層を、正極層、イオン交換膜や負極層の上方に積層しても、負極側バインダー層と負極側カーボンペーパーとの密着性を、正極側バインダー層と正極側カーボンペーパーとの密着性と同様に好適に接合することができる。
【０１０７】
請求項５は、接着性樹脂としてイオン交換樹脂を採用した。接着剤樹脂としてイオン交換樹脂を採用することにより、他方のバインダー層の溶液を他方の極層の溶液と同種の材料とした。
これにより、他方のバインダー層の溶液に含まれたイオン交換樹脂と、他方の極層の溶液に含まれたイオン交換樹脂とが好適に混合して、他方のバインダー層と他方の極層との密着性を好適に保つことができる。
【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（第２実施形態）を示す説明図
【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、１３ａ…負極側カーボンペーパー（他方のカーボンペーパー）、１４，４４…正極側拡散層、１４ａ…正極側カーボンペーパー（一方のカーボンペーパー）、１５…負極側バインダー層（他方のバインダー層）、１５ａ，１６ａ…カーボン、１５ｂ…接着性樹脂、１６ｂ，４６ｂ…撥水性を有する樹脂、１６，４６…正極側バインダー層（一方のバインダー層）、１７…負極層、１８…正極層、１９…イオン交換膜。
【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用電極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用電極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、正極側拡散層の上に、カーボンの表面に白金が担持された触媒を混合した正極用の溶液を塗布して、正極層を形成し、この正極層が未乾燥のうちに、正極層の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し、このイオン交換膜が未乾燥のうちに、イオン交換膜の上に、カーボンの表面に白金−ルテニウム合金が担持された触媒を混合した負極用の溶液を塗布して、負極層を形成し、この負極層が未乾燥のうちに、負極層の上に負極側拡散層を積層した後、正極側拡散層、正極層、イオン交換膜、負極層及び負極側拡散層を乾燥することにより固化する燃料電池用電極の製造方法であって、前記負極側拡散層を、負極側カーボンペーパーと、この負極側カーボンペーパーに積層する負極側バインダー層とで構成するとともに、前記正極側拡散層を、正極側カーボンペーパーと、この正極側カーボンペーパーに積層する正極側バインダー層とで構成し、この正極側バインダー層用の溶液は、溶媒として水を含むととともに、撥水性を有し且つ融点が１５０℃を越えない低融点樹脂を含むことを特徴とする。
【００１２】
イオン交換膜に溶液を採用し、正・負極層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、正・負極層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、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、主に正極側拡散層を構成する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。
そこで、燃料電池の外部に生成水を効率よく排出することができるように、正極側カーボンペーパー上に、撥水性を有する樹脂（ポリ四フッ化エチレン、一例としてテフロン（登録商標））を含んだ溶液を塗布して正極側カーボンペーパーに撥水性を持たせている。
【００１６】
しかし、ポリ四フッ化エチレンの融点は３５０℃と、正・負極層やイオン交換膜と比較して高いため、正・負極層やイオン交換膜とは別にポリ四フッ化エチレンのみを個別に焼成し、ポリ四フッ化エチレンを焼成した後、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する必要がある。
【００１７】
よって、燃料電池用電極を製造する際に、ポリ四フッ化エチレンを焼成する乾燥工程と、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する乾燥工程との２回の乾燥工程が必要になり、燃料電池用電極の製造に手間がかかる。
このため、乾燥工程を減らして燃料電池用電極を効率よく製造することができる燃料電池用電極の製造方法の実用化が望まれていた。
【００１８】
そこで、請求項１において、撥水性を有する樹脂としてポリ四フッ化エチレンに代えて、融点が１５０℃を越えない低融点樹脂を用いることにした。
撥水性を有する樹脂の融点が１５０℃を超えると融点温度が高すぎて、正・負極層やイオン交換膜と一緒に、撥水性を有する樹脂を焼成できない虞がある。そこで、撥水性を有する樹脂を１５０℃以下の低融点樹脂とすることで、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を一緒に焼成できるようにした。
【００１９】
加えて、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を一緒にまとめて焼成することができるので、撥水性を有する樹脂（すなわち、正極側拡散層）が未乾燥のうちに、正極側拡散層に正極層の溶液を塗布することができ、正極側拡散層と正極層との境界を好適に混合させることができる。
ここで、正極側カーボンペーパーの表面は凹凸面なので、正極側カーボンペーパーの凹部に、正極側バインダー層の溶液（特に、撥水性を有する樹脂）を塗布することが難しく、正極側カーボンペーパーの凹部に撥水性を有する樹脂を浸透させることができない虞がある。
【００２０】
そこで、請求項１において、正極側バインダー層用の溶液に、溶媒として水を含ませた。
水は、分散能力に優れているので、水を溶媒として使用することで低融点樹脂やカーボンを溶媒に好適に混合させることができる。
これにより、正極側バインダー層用の溶液をスプレーやインクジェットなどで噴霧状に塗布することができるので、正極側バインダー層用の溶液を正極側カーボンペーパーの凹部にも好適に塗布することができる。
【００２１】
また、請求項２において、低融点樹脂はフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体であることを特徴とする。
フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体は、溶媒としての水に分散する性質を備えているので、１５０℃の乾燥温度で、本発明を好適に実施することができる。
すなわち、溶媒としての水が蒸発した後、水に分散していたフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体が融点に達して溶け、撥水性の効果を発揮することができる。
【００２２】
さらに、請求項３は、正極側拡散層の上に、カーボンの表面に白金が担持された触媒を混合した正極用の溶液を塗布して、正極層を形成し、この正極層が未乾燥のうちに、正極層の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し、このイオン交換膜が未乾燥のうちに、イオン交換膜の上に、カーボンの表面に白金−ルテニウム合金が担持された触媒を混合した負極用の溶液を塗布して、負極層を形成し、この負極層が未乾燥のうちに、負極層の上に負極側拡散層を積層した後、正極側拡散層、正極層、イオン交換膜、負極層及び負極側拡散層を乾燥することにより固化する燃料電池用電極の製造方法であって、前記負極側拡散層を、負極側カーボンペーパーと、この負極側カーボンペーパーに積層する負極側バインダー層とで構成するとともに、前記正極側拡散層を、正極側カーボンペーパーと、この正極側カーボンペーパーに積層する正極側バインダー層とで構成し、この正極側バインダー層用の溶液は、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤及びエステル系溶剤のうちの少なくとも一種の有機系溶媒を含むとともに、フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物より選択した樹脂を含み、互いに積層された前記正極側拡散層、正極層、イオン交換膜、負極層及び負極側拡散層を乾燥する際に、前記正極側バインダー層及び負極側バインダー層を一緒にまとめて焼成するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
請求項３によれば、請求項１と同様の効果を得ることができる。
さらに、正極側バインダー層用の溶液に、有機系溶媒を含ませた。有機系溶媒は、溶解能力に優れているので、有機系溶媒を使用することで、撥水性を有する樹脂を溶媒に好適に溶かすことができる。
なお、カーボンは、有機系溶媒に分散あるいは混合されている。
ここで、有機系溶媒の乾燥温度は、７０〜８０℃程度が想定されるので、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を残して有機系溶媒を飛ばすことができ、撥水性を有する樹脂を一緒に焼成できる。
【００２４】
加えて、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を一緒にまとめて焼成することができるので、撥水性を有する樹脂（すなわち、正極側拡散層）が未乾燥のうちに、正極側拡散層に正極層の溶液を塗布することができ、正極側拡散層と正極層との境界を好適に混合させることができる。
【００２５】
さらに、有機系溶媒は溶解能力に優れており、有機系溶媒を使用することで撥水性を有する樹脂を溶媒に好適に溶かすことができる。これにより、正極側バインダー層用の溶液をスプレーやインクジェットなどで噴霧して塗布することができるので、正極側バインダー層用の溶液を正極側カーボンペーパーの凹部にも好適に塗布することができる。
【００２６】
また、請求項３においては、正極側バインダー層用の溶液は、フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物より選択した樹脂を含むものである。
【００２７】
フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物は、有機系溶剤に溶ける性質を備えているので、本発明を好適に実施することができる。
【００２８】
また、請求項４において、前記正極側拡散層、正極層、イオン交換膜、負極層及び負極側拡散層を積層する際に、前記正極側拡散層のうちの前記正極側カーボンペーパー上に前記正極側バインダー層を形成し、この正極側バインダー層上に前記正極層を形成し、
この正極層上に前記イオン交換膜を形成し、このイオン交換上に前記負極層を形成し、この負極層に、前記負極側拡散層のうちの前記負極側バインダー層を形成し、この負極側バインダー層上に前記負極側カーボンペーパーを配置することにし、前記負極側バインダー層用の溶液に、接着性に優れた接着性樹脂を含ませたことを特徴とする。
【００２９】
ここで、正極側バインダー層上には、正極層を形成し、この正極層上にイオン交換膜を形成し、このイオン交換上に負極層を形成し、この負極層に負極側バインダー層を形成し、この負極側バインダー層上に負極側カーボンペーパーを配置する。
よって、正極側バインダー層には、正極層、イオン交換膜、負極層、負極側バインダー層及び負極側カーボンペーパーの重みをかけることができるので、正極側バインダー層と正極側カーボンペーパとを好適に密着させることができる。
【００３０】
これに対して、負極側バインダー層は、正極層、イオン交換膜や負極層の上方に積層されるので、負極側バインダー層と負極側カーボンペーパーとの密着性を、正極側バインダー層と正極側カーボンペーパーとの密着性のように好適に接合することは難しい。
【００３１】
そこで、請求項４において、負極側バインダー層用の溶液に、接着性に優れた接着性樹脂を含ませることにした。
これにより、負極側バインダー層と負極側カーボンペーパーとの密着性を、正極側バインダー層と正極側カーボンペーパーとの密着性と同様に好適に接合することができる。
【００３２】
また、請求項５において、接着性樹脂はイオン交換樹脂であることを特徴とする。
ここで、正・負極層の溶液には、イオン交換膜との接着性を好適に保つために、イオン交換樹脂が含まれている。そこで、接着剤樹脂としてイオン交換樹脂を採用することにより、他方のバインダー層の溶液を他方の極層の溶液と同種の材料とした。
これにより、他方のバインダー層の溶液に含まれたイオン交換樹脂と、他方の極層の溶液に含まれたイオン交換樹脂とを好適に混合することができる。
【００３３】
【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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
負極側拡散層１３は、負極側カーボンペーパー（他方のカーボンペーパー）１３ａ及び負極側バインダー層１５（他方のバインダー層）からなるシート材である。
また、正極側拡散層１４は、正極側カーボンペーパー（一方のカーボンペーパー）１４ａ及び正極側バインダー層（一方のバインダー層）１６からなるシート材である。
【００３９】
負極側バインダー層１５の溶液は、カーボン（一例として、粒状のもの）１５ａと、接着性に優れた接着性樹脂１５ｂとしてイオン交換樹脂を含む。
接着性樹脂１５ｂとしてのイオン交換樹脂は、一例としてパーフルオロ系イオン交換樹脂（ナフィオン「商品名」（デュポン）、フレミオン「商品名」（旭硝子）、アシプレックス「商品名」（旭化成））が該当する。
【００４０】
なお、負極側バインダー層１５に接着性樹脂１５ｂを含ませた理由は以下の通りである。
すなわち、燃料電池用電極１２を製造する際に、一例として正極側バインダー層１６上に、正極層１８、イオン交換膜１９及び負極層１７を順に積層し、負極層１７の上に負極側バインダー層１５を積層する。
【００４１】
よって、負極側カーボンペーパ１３ａと負極側バインダー層１５との接着性を高めるためには押圧工程が必要になるが、負極側バインダー層１５に接着性樹脂１５ｂを含ませることで、負極側カーボンペーパ１３ａと負極側バインダー層１５との密着性を好適に保つようにした。
【００４２】
また、接着性樹脂１５ｂとしてイオン交換樹脂を使用した理由は以下の通りである。
すなわち、接着剤樹脂１５ｂとしてイオン交換樹脂を採用することで、負極側バインダー層１５の溶液を負極層１７の溶液と同種の材料とした。これにより、負極側バインダー層１５の溶液に含まれたイオン交換樹脂と、負極層１７の溶液に含まれたイオン交換樹脂とが好適に混合して、負極側バインダー層１５と負極層１７との密着性を好適に保つことができる。
【００４３】
正極側バインダー層１６の溶液は、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１６ｂとしてのフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体と、溶媒としての水と、を有する。
【００４４】
正極側バインダー層１６の撥水性を有する樹脂１６ｂの融点を１５０℃以下に設定した。撥水性を有する樹脂１６ｂの融点が１５０℃を超えると、温度が高すぎて負極側バインダー層１５、正・負の電極層１７，１８やイオン交換膜１９と一緒に、撥水性を有する樹脂１６ｂを焼成できない虞がある。
【００４５】
そこで、撥水性を有する樹脂１６ｂを１５０℃以下の低融点樹脂とすることで、負極側バインダー層１５、正・負の電極層１７，１８やイオン交換膜１９を積層した後、撥水性を有する樹脂１６ｂを負極側バインダー層１５、正・負の電極層１７，１８やイオン交換膜１９と一緒にまとめて乾燥することができるようにした。
【００４６】
融点が１５０℃以下の撥水性に優れた樹脂（低融点樹脂）１６ｂとしては、例えば、上述したフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体が該当する。
フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体は、溶媒としての水に分散する性質を備えている。
このフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体は、溶媒としての水が蒸発した後、融点に達して溶け、撥水性の効果を発揮することができる。
【００４７】
また、正極側バインダー層１６の撥水性を有する樹脂１６ｂの融点を１００℃以上に設定することが好ましい。
すなわち、フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体は水に溶けないので、溶媒として水を用いた場合には、水を乾燥させるとともに、フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体を溶融させるために融点が１００℃以上必要になるからである。
【００４８】
さらに、正極側バインダー層１６の溶液には、溶媒として水を含ませた。
水は、分散能力に優れているので、水を溶媒として使用することで、撥水性に優れた樹脂（低融点樹脂）１６ｂやカーボン１６ａを溶媒としての水に好適に混合させることができる。
【００４９】
これにより、正極側バインダー層１６用の溶液をスプレーやインクジェットなどで噴霧状態で正極側カーボンペーパー１４ａに塗布することができる。よって、正極側バインダー層１６用の溶液を、表面が凹凸状態の正極側カーボンペーパー１４ａの凹部に好適に塗布することができる。
【００５０】
従って、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、正極側バインダー層１６用の溶液を良好に塗布することができるので、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、撥水性を有する樹脂１６ｂを浸透させて、正極側カーボンペーパー１４ａの撥水性を向上させることができる。
【００５１】
また、燃料電池用電極１２を構成する負極層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の表面に触媒として（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。
【００５２】
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の表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。
【００５３】
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。
【００５４】
次に、燃料電池用電極１２の製造方法を図３〜図５に基づいて説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）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、シート状の正極側拡散層１４を配置する。すなわち、正極側拡散層１４の正極側カーボンペーパー１４ａをセットした後、正極側カーボンペーパー１４ａの上方でスプレー５１を矢印の如く移動しながら、スプレー５１の噴射口５２から正極側バインダー層１６用の溶液を噴霧状に噴射することにより、正極側バインダー層１６を形成する。
【００５５】
ここで、正極側バインダー層１６の溶液には、分散能力に優れた水を溶媒として含んでいるので、低融点樹脂１６ｂやカーボン１６ａを溶媒に好適に混合させることができる。
これにより、正極側バインダー層１６用の溶液を噴霧状態で塗布することが可能になり、正極側カーボンペーパー１４ａの凹部に正極側バインダー層１６用の溶液を好適に塗布することができる。
【００５６】
よって（ａ）に示すように、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、正極側バインダー層１６用の溶液を良好に塗布することができる。これにより、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、撥水性を有する樹脂１６ｂを浸透させて、正極側カーボンペーパー１４ａの撥水性を向上させることができる。
【００５７】
（ｂ）において、正極用バインダー層１６が未乾燥のうちに、正極用バインダー層１６上に正極層１８の溶液を塗布して正極層１８を形成する。
これにより、正極側バインダー層１６と正極層１８との境界を好適に混合させて密着性を高めることができる。
【００５８】
（ｃ）において、正極層１８が未乾燥のうちに、正極層１８上にイオン交換膜１９の溶液を塗布してイオン交換膜１９を形成する。
これにより、正極層１８とイオン交換膜１９との境界を好適に混合させて密着性を高めることができる。
【００５９】
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、イオン交換膜１９が未乾燥のうちに、イオン交換膜１９上に負極層１７の溶液を塗布して負極層１７を形成する。
これにより、イオン交換膜１９と負極層１７との境界を好適に混合させて密着性を高めることができる。
【００６０】
（ｂ）において、負極層１７が未乾燥のうちに、負極層１７上に負極側バインダー層１５の溶液を塗布して負極側バインダー層１５を形成する。
これにより、負極層１７と負極側バインダー層１５との境界を好適に混合させて密着性を高めることができる。
【００６１】
ここで、負極側バインダー層１５の溶液には、接着性に優れた接着性樹脂１５ｂとしてイオン交換樹脂が含まれている。このイオン交換樹脂は、負極層１７の溶液に含まれているイオン交換樹脂と同種の材料であり、負極側バインダー層１５の溶液に含まれたイオン交換樹脂と、負極層１７の溶液に含まれたイオン交換樹脂とが好適に混合することができる。
【００６２】
これにより、負極側バインダー層１５に正極層１８、イオン交換膜１９及び負極層１７の重みがかからなくても、負極側バインダー層１５と負極層１７との密着性を、正極側バインダー層１６と正極層１８との密着性と同様に好適に保つことができる。
【００６３】
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、負極側バインダー層１５に負極側カーボンペーパー１３ａを載せることにより、負極側バインダー層１５及び負極側カーボンペーパー１３ａでシート状の負極側拡散層１３を形成する。
【００６４】
次に、正極側バインダー層１６、正・負の電極層１８，１７、イオン交換膜１９及び負極側バインダー層１５に加重をかけないで（すなわち、従来技術のように加熱圧着しないで）、正・負の電極層１８，１７、イオン交換膜１９を乾燥する際に、正極側バインダー層１６及び負極側バインダー層１５を一緒にまとめて焼成する。
【００６５】
正極側バインダー層１６の撥水性を有する樹脂１６ｂを１５０℃以下の低融点樹脂とすることで、正・負の電極層１８，１７やイオン交換膜１９を乾燥する際に、正極側バインダー層１６及び負極側バインダー層１５を一緒にまとめて焼成することが可能になる。
これにより、従来の正極側バインダー層１６のみを焼成する乾燥工程を除去することができるので、乾燥工程を減らして燃料電池用電極を効率よく製造することができる。
【００６６】
（ｂ）において、正極側バインダー層１６、正極層１８、イオン交換膜１９、負極層１７、負極側バインダー層１５を固化した状態で一体に積層する。
これにより、燃料電池用電極１２の製造工程（第１実施形態）が完了する。
【００６７】
このように、燃料電池用電極１２の製造方法（第１実施形態）によれば、イオン交換膜１９に溶液を採用し、正極層１８が未乾燥のうちに、正極層１８上にイオン交換膜１９用の溶液を塗布することにより、正極層１８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上に負極層１７用の溶液を塗布することにより、イオン交換膜１９と負極層１７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。
【００６８】
そして、正・負の電極層１８，１７やイオン交換膜１９をまとめて一緒に乾燥することで、正・負の電極層１８，１７やイオン交換膜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・負の電極層１８，１７やイオン交換膜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。
【００６９】
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。
【００７０】
次に、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態において第１実施形態と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
図６は本発明に係る燃料電池用電極（第２実施形態）を示す説明図である。
燃料電池用電極４２は、負極側拡散層１３及び正極側拡散層４４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。
【００７１】
正極側拡散層４４は、正極側カーボンペーパー（一方のカーボンペーパー）１４ａ及び正極側バインダー層（一方のバインダー層）４６からなるシート材である。
正極側バインダー層４６の溶液は、カーボン（一例として、粒状のもの）１６ａと、有機系溶媒に溶解可能で且つ撥水性に優れた樹脂（以下、「撥水性に優れた樹脂」という）４６ｂと、有機系溶媒を有する。
【００７２】
撥水性に優れた樹脂４６ｂとしては、フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物から一種又は複数種選択した樹脂が該当する。
【００７３】
撥水性に優れた樹脂４６ｂとしての、フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物は、正極側バインダー層４６の溶液に含まれている有機系溶剤に溶ける性質を備えているので、本発明を好適に実施することができる。
【００７４】
ここで、有機系溶媒としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤及びエステル系溶剤のうちの少なくとも一種が該当する。
正極側バインダー層１６用の溶液に含ませた有機系溶媒は、溶解能力に優れているので、有機系溶媒を使用することで、撥水性に優れた樹脂４６ｂを有機系溶媒溶媒に好適に溶かすことができる。
なお、カーボン１６ａは、有機系溶媒に分散あるいは混合されている。
【００７５】
次に、燃料電池用電極１２の製造方法を図７に基づいて説明する。
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、シート状の正極側拡散層４４を配置する。すなわち、正極側拡散層４４の正極側カーボンペーパー１４ａをセットした後、正極側カーボンペーパー１４ａの上方でスプレー５１を矢印の如く移動しながら、スプレー５１の噴射口５２から正極側バインダー層４６用の溶液を噴霧状に噴射することにより、正極側バインダー層４６を形成する。
【００７６】
ここで、正極側バインダー層４６の溶液には、溶解能力に優れた有機系溶媒を含んでいるので、撥水性を有する樹脂４６ｂを有機系溶媒に好適に溶かすことができる。
これにより、正極側バインダー層４６用の溶液を噴霧状態で塗布することが可能になり、正極側カーボンペーパー１４ａの凹部に正極側バインダー層４６用の溶液を好適に塗布することができる。
【００７７】
よって、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、正極側バインダー層４６用の溶液を良好に塗布することができる。これにより、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、撥水性を有する樹脂４６ｂを浸透させて、正極側カーボンペーパー１４ａの撥水性を向上させることができる。
【００７８】
（ｂ）において、正極用バインダー層４６が未乾燥のうちに、正極用バインダー層４６上に正極層１８の溶液を塗布して正極層１８を形成する。
これにより、正極側バインダー層４６と正極層１８との境界を好適に混合させて密着性を高めることができる。
【００７９】
（ｃ）において、第１実施形態と同様に、正極層１８が未乾燥のうちに、正極層１８上にイオン交換膜１９の溶液を塗布してイオン交換膜１９を形成する。
これにより、正極層１８とイオン交換膜１９との境界を好適に混合させて密着性を高めることができる。
【００８０】
以下、図４〜図５に示す第１実施形態と同様に、イオン交換膜１９が未乾燥のうちに、イオン交換膜１９上に負極層１７の溶液を塗布して負極層１７を形成する。
次いで、負極層１７が未乾燥のうちに、負極層１７上に負極側バインダー層１５の溶液を塗布して負極側バインダー層１５を形成する。続いて、負極側バインダー層１５が未乾燥のうちに負極側カーボンペーパー１５ａを載置する。
【００８１】
このように、正極側拡散層１４、正・負の電極層１８，１７、イオン交換膜１９及び負極側拡散層１３を積層した後、正極側バインダー層４６、正・負の電極層１８，１７、イオン交換膜１９及び負極側バインダー層１５に加重をかけないで（すなわち、従来技術のように加熱圧着しないで）、正・負の電極層１８，１７、イオン交換膜１９を乾燥する際に、正極側バインダー層４６及び負極側バインダー層１５を一緒にまとめて焼成する。
【００８２】
ここで、有機系溶媒の乾燥温度は、７０〜８０℃程度が想定されるので、正・負極層１８，１７やイオン交換膜１９を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を残して有機系溶媒を飛ばすことができ、撥水性を有する樹脂を一緒にまとめて焼成することが可能になる。
これにより、第１実施形態と同様に、従来必要とされていた正極側バインダー層４６のみを焼成する乾燥工程を除去することができるので、乾燥工程を減らして燃料電池用電極を効率よく製造することができる。
【００８３】
この第２実施形態の製造方法によれば、第１実施形態の製造方法と同様の効果を得ることができる。
加えて、第２実施形態の製造方法によれば、正極側バインダー層４６用の溶液に、溶解能力に優れた有機系溶媒を含ませることで、撥水性に優れた樹脂４６ｂを有機系溶媒に好適に溶かすことができる。
【００８４】
有機系溶媒の乾燥温度は、７０〜８０℃程度が想定されるので、正・負極層１８，１７やイオン交換膜１９を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂４６ｂを残して有機系溶媒を飛ばすことができ、撥水性を有する樹脂４６ｂを一緒に焼成できる。
【００８５】
さらに、正・負極層１８，１７やイオン交換膜１９を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂４６ｂを一緒にまとめて焼成することができるので、撥水性を有する樹脂４６ｂ（すなわち、正極側拡散層１４）が未乾燥のうちに、正極側拡散層１４に正極層１８の溶液を塗布することができ、正極側拡散層１４と正極層１８との境界を好適に混合させることができる。
【００８６】
また、溶解能力に優れた有機系溶媒を使用することで撥水性を有する樹脂４６ｂを有機系溶媒に好適に溶かすことができる。これにより、正極側バインダー層４６用の溶液をスプレーやインクジェットなどで噴霧状して塗布することができるので、正極側バインダー層４６用の溶液を正極側カーボンペーパー１４ａの凹部にも好適に塗布することができる。
【００８７】
従って、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、正極側バインダー層４６用の溶液を良好に塗布することができるので、正極側カーボンペーパー１４ａの表面全域に、撥水性を有する樹脂４６ｂを浸透させて、正極側カーボンペーパー１４ａの撥水性を向上させることができる。
【００８９】
また、前記実施形態では、正極側カーボンペーパー１４ａの表面に正極側バインダー層１６を塗布する際に、スプレー５１で正極側バインダー層１６の溶液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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
【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、正・負極層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、正・負極層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。
【００９３】
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、燃料電池用電極の小型化を図ることができる。
【００９４】
また、撥水性を有する樹脂として使用していたポリ四フッ化エチレンに代えて、融点が１５０℃以下の低融点樹脂を用いることにした。撥水性を有する樹脂の融点が１５０℃を超えると融点温度が高すぎて、正・負極層やイオン交換膜と一緒に、撥水性を有する樹脂を焼成できない虞がある。
【００９５】
そこで、撥水性を有する樹脂を１５０℃以下の低融点樹脂とすることで、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を一緒に焼成できるようにした。
これにより、撥水性を有する樹脂のみを個別に焼成する乾燥工程を除去できるので、乾燥工程を減らして燃料電池用電極を効率よく製造することができる。
【００９６】
加えて、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を一緒にまとめて焼成することができるので、撥水性を有する樹脂（すなわち、正極側拡散層）が未乾燥のうちに、正極側拡散層に正極層の溶液を塗布することができる。これにより、正極側拡散層と正極層との境界を好適に混合させることができるので、正極側拡散層と正極層との密着性の向上を図ることができる。
【００９７】
さらに、正極側バインダー層の溶液に、溶媒として水を含ませた。水は分散能力に優れているので、水を溶媒として使用することで、低融点樹脂やカーボンを溶媒に好適に混合させることができる。
これにより、正極側バインダー層用の溶液をスプレーやインクジェットなどで噴霧状して塗布することができるので、正極側バインダー用の溶液を正極側カーボンペーパーの凹部にも好適に塗布することができる。
【００９８】
このように、正極側カーボンペーパーの表面全域に正極側バインダー層用の溶液を良好に塗布することができるので、正極側カーボンペーパーの表面全域に、撥水性を有する樹脂を浸透させて、正極側カーボンペーパーの撥水性を向上させることができる。
【００９９】
請求項２は、低融点樹脂としてフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体を採用した。フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体は、溶媒としての水に分散する性質を備えている。溶媒としての水が蒸発した後、水に分散していたフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体が融点に達して溶け、撥水性の効果を発揮することができ、本発明を好適に実施することができる。
【０１００】
請求項３は、正極側バインダー層用の溶液に、有機系溶媒を含ませた。有機系溶媒は、溶解能力に優れているので、有機系溶媒を使用することで、撥水性を有する樹脂を溶媒に好適に溶かすことができる。
なお、カーボンは、有機系溶媒に分散あるいは混合されている。
ここで、有機系溶媒の乾燥温度は、７０〜８０℃程度が想定されるので、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を残して有機系溶媒を飛ばすことができ、撥水性を有する樹脂を一緒に焼成できる。
これにより、撥水性を有する樹脂のみを個別に焼成する乾燥工程を除去できるので、乾燥工程を減らして燃料電池用電極を効率よく製造することができる。
【０１０１】
加えて、正・負極層やイオン交換膜を乾燥する際に、撥水性を有する樹脂を一緒にまとめて焼成することができるので、撥水性を有する樹脂（すなわち、正極側拡散層）が未乾燥のうちに、正極側拡散層に正極層の溶液を塗布することができる。これにより、正極側拡散層と正極層との境界を好適に混合させることができるので、正極側拡散層と正極層との密着性の向上を図ることができる。
【０１０２】
さらに、有機系溶媒は溶解能力に優れており、有機系溶媒を使用することで撥水性を有する樹脂を溶媒に好適に溶かすことができる。これにより、正極側バインダー層用の溶液をスプレーやインクジェットなどで噴霧状して塗布することができるので、正極側バインダー層用の溶液を正極側カーボンペーパーの凹部にも好適に塗布することができる。
【０１０３】
このように、正極側カーボンペーパーの表面全域に正極側バインダー層用の溶液を良好に塗布することができるので、正極側カーボンペーパーの表面全域に、撥水性を有する樹脂を浸透させて、正極側カーボンペーパーの撥水性を向上させることができる。
【０１０４】
請求項３は、樹脂としてフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物より選択した樹脂を採用した。
【０１０５】
フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物は、有機系溶剤に溶ける性質を備えているので、本発明を好適に実施することができる。
【０１０６】
請求項４は、負極側バインダー層用の溶液に、接着性に優れた接着性樹脂を含ませることにした。これにより、負極側バインダー層を、正極層、イオン交換膜や負極層の上方に積層しても、負極側バインダー層と負極側カーボンペーパーとの密着性を、正極側バインダー層と正極側カーボンペーパーとの密着性と同様に好適に接合することができる。
【０１０７】
請求項５は、接着性樹脂としてイオン交換樹脂を採用した。接着剤樹脂としてイオン交換樹脂を採用することにより、他方のバインダー層の溶液を他方の極層の溶液と同種の材料とした。
これにより、他方のバインダー層の溶液に含まれたイオン交換樹脂と、他方の極層の溶液に含まれたイオン交換樹脂とが好適に混合して、他方のバインダー層と他方の極層との密着性を好適に保つことができる。
【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（第２実施形態）を示す説明図
【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、１３ａ…負極側カーボンペーパー（他方のカーボンペーパー）、１４，４４…正極側拡散層、１４ａ…正極側カーボンペーパー（一方のカーボンペーパー）、１５…負極側バインダー層（他方のバインダー層）、１５ａ，１６ａ…カーボン、１５ｂ…接着性樹脂、１６ｂ，４６ｂ…撥水性を有する樹脂、１６，４６…正極側バインダー層（一方のバインダー層）、１７…負極層、１８…正極層、１９…イオン交換膜。
Claims (5)
- 正極側拡散層の上に、カーボンの表面に白金が担持された触媒を混合した正極用の溶液を塗布して、正極層を形成し、
この正極層が未乾燥のうちに、正極層の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し、
このイオン交換膜が未乾燥のうちに、イオン交換膜の上に、カーボンの表面に白金−ルテニウム合金が担持された触媒を混合した負極用の溶液を塗布して、負極層を形成し、
この負極層が未乾燥のうちに、負極層の上に負極側拡散層を積層した後、
正極側拡散層、正極層、イオン交換膜、負極層及び負極側拡散層を乾燥することにより固化する燃料電池用電極の製造方法であって、
前記負極側拡散層を、負極側カーボンペーパーと、この負極側カーボンペーパーに積層する負極側バインダー層とで構成するとともに、前記正極側拡散層を、正極側カーボンペーパーと、この正極側カーボンペーパーに積層する正極側バインダー層とで構成し、
この正極側バインダー層用の溶液は、溶媒として水を含むととともに、撥水性を有し且つ融点が１５０℃を越えない低融点樹脂を含むことを特徴とする燃料電池用電極の製造方法。 - 前記低融点樹脂はフッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用電極の製造方法。
- 正極側拡散層の上に、カーボンの表面に白金が担持された触媒を混合した正極用の溶液を塗布して、正極層を形成し、
この正極層が未乾燥のうちに、正極層の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し、
このイオン交換膜が未乾燥のうちに、イオン交換膜の上に、カーボンの表面に白金−ルテニウム合金が担持された触媒を混合した負極用の溶液を塗布して、負極層を形成し、
この負極層が未乾燥のうちに、負極層の上に負極側拡散層を積層した後、
正極側拡散層、正極層、イオン交換膜、負極層及び負極側拡散層を乾燥することにより固化する燃料電池用電極の製造方法であって、
前記負極側拡散層を、負極側カーボンペーパーと、この負極側カーボンペーパーに積層する負極側バインダー層とで構成するとともに、前記正極側拡散層を、正極側カーボンペーパーと、この正極側カーボンペーパーに積層する正極側バインダー層とで構成し、
この正極側バインダー層用の溶液は、
アルコール系溶剤、ケトン系溶剤及びエステル系溶剤のうちの少なくとも一種の有機系溶媒を含むとともに、
フッ化ビニリデン・テトラフルオロチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン・炭化水素系オレフィン共重合体、フルオロアクリレート共重合体、フルオロエポシキ化合物より選択した樹脂を含み、
互いに積層された前記正極側拡散層、正極層、イオン交換膜、負極層及び負極側拡散層を乾燥する際に、前記正極側バインダー層及び負極側バインダー層を一緒にまとめて焼成するようにしたことを特徴とする燃料電池用電極の製造方法。 - 前記正極側拡散層、正極層、イオン交換膜、負極層及び負極側拡散層を積層する際に、
前記正極側拡散層のうちの前記正極側カーボンペーパー上に前記正極側バインダー層を形成し、
この正極側バインダー層上に前記正極層を形成し、
この正極層上に前記イオン交換膜を形成し、
このイオン交換上に前記負極層を形成し、
この負極層に、前記負極側拡散層のうちの前記負極側バインダー層を形成し、この負極側バインダー層上に前記負極側カーボンペーパーを配置することにし、
前記負極側バインダー層用の溶液に、接着性に優れた接着性樹脂を含ませたことを特徴とする請求項１又は請求項３記載の燃料電池用電極の製造方法。 - 前記接着性樹脂はイオン交換樹脂であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池用電極の製造方法。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002163549A JP3863068B2 (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | 燃料電池用電極の製造方法 |
| CNB028238184A CN1321474C (zh) | 2001-11-30 | 2002-11-26 | 燃料电池用电极的制备方法和燃料电池用电极 |
| US10/494,866 US20050019649A1 (en) | 2001-11-30 | 2002-11-26 | Method for manufacturing electrode for fuel cell |
| PCT/JP2002/012301 WO2003047018A1 (fr) | 2001-11-30 | 2002-11-26 | Procede de fabrication d'electrode de pile a combustible |
| AU2002355028A AU2002355028A1 (en) | 2001-11-30 | 2002-11-26 | Method for manufacturing electrode for fuel cell |
| CA2462303A CA2462303C (en) | 2001-11-30 | 2002-11-26 | Fuel cell electrode manufacturing method |
| KR1020047005453A KR100909759B1 (ko) | 2001-11-30 | 2002-11-26 | 연료 전지용 전극의 제조 방법 |
| EP02788648A EP1450426B1 (en) | 2001-11-30 | 2002-11-26 | Method for manufacturing electrode for fuel cell |
| DE60236614T DE60236614D1 (de) | 2001-11-30 | 2002-11-26 | Verahren zur herstellung einer elektrode für eine brennstoffzelle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002163549A JP3863068B2 (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | 燃料電池用電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004014202A JP2004014202A (ja) | 2004-01-15 |
| JP3863068B2 true JP3863068B2 (ja) | 2006-12-27 |
Family
ID=30432003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002163549A Expired - Fee Related JP3863068B2 (ja) | 2001-11-30 | 2002-06-04 | 燃料電池用電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3863068B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3912384B2 (ja) * | 2004-02-10 | 2007-05-09 | セイコーエプソン株式会社 | 燃料電池の製造方法 |
| WO2006104128A1 (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 燃料電池 |
| KR101011566B1 (ko) * | 2005-11-01 | 2011-01-27 | 제이에스알 가부시끼가이샤 | 전극 촉매층 |
| JP5024606B2 (ja) | 2007-03-29 | 2012-09-12 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池とその製造方法 |
| JP6205822B2 (ja) * | 2013-04-26 | 2017-10-04 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池 |
-
2002
- 2002-06-04 JP JP2002163549A patent/JP3863068B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004014202A (ja) | 2004-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3466082B2 (ja) | 燃料電池用電極の製造法 | |
| US8372474B2 (en) | Method of making fuel cell components including a catalyst layer and a plurality of ionomer overcoat layers | |
| JP4970253B2 (ja) | 燃料電池の膜電極接合体を作製する方法 | |
| JP4738350B2 (ja) | 触媒が被覆された拡散媒体が膜に貼り合わされていない耐久性膜電極組立体の製作方法 | |
| JP2007317658A (ja) | 膜電極アッセンブリの性能を最適化するための制御パラメータ | |
| JP6529982B2 (ja) | 触媒コーティング型の膜シールアセンブリを製造する方法 | |
| JP4301397B2 (ja) | 燃料電池用膜電極接合体およびその製造方法 | |
| JP4833860B2 (ja) | 触媒を膜に直接噴霧することにより準備された膜電極アッセンブリ | |
| JP3863068B2 (ja) | 燃料電池用電極の製造方法 | |
| JP4696462B2 (ja) | 膜電極接合体の製造方法 | |
| JP4766014B2 (ja) | 膜電極接合体の製造方法 | |
| JP2004185930A (ja) | 固体高分子型燃料電池の製造方法 | |
| JP2009289692A (ja) | 燃料電池用電極層の製造方法 | |
| JP3827653B2 (ja) | 燃料電池用電極の製造方法 | |
| JP2010238641A (ja) | 膜電極接合体の製造方法及びその製造装置 | |
| JP4400212B2 (ja) | 燃料電池用膜・電極接合体の製造方法 | |
| KR102031399B1 (ko) | 연료 전지 막-전극 접합체 및 이의 제조 방법 | |
| JP3828455B2 (ja) | 燃料電池の製造方法 | |
| JP3898569B2 (ja) | 燃料電池の製造方法 | |
| JP5885007B2 (ja) | 燃料電池用電極シートの製造方法 | |
| JP3943442B2 (ja) | 燃料電池用膜−電極構造体の製造方法 | |
| JP3828507B2 (ja) | 燃料電池用電極 | |
| JP3828453B2 (ja) | 燃料電池の製造方法 | |
| JP2008053011A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池の製造方法 | |
| JP2013084427A (ja) | 膜−触媒層接合体の製造方法及び膜電極接合体の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041201 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060221 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060424 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060704 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060824 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060926 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060927 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091006 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101006 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101006 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111006 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111006 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121006 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131006 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |