JP5262168B2 - Manufacturing method of membrane-electrode assembly for fuel cell - Google Patents

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Description

この発明は、燃料電池用膜−電極接合体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell.

固体高分子型燃料電池において、電解質膜と、この電解質膜の両面上に形成された電極と、から成る膜−電極接合体の製造方法としては、従来、種々の方法が知られている。電解質膜と電極とをホットプレスにより接合する際に、電解質膜と電極との接合性を向上させるための方法としては、電解質膜に水分を供給する方法が知られている。例えば、ガス拡散層に触媒層を形成したガス拡散電極と電解質膜とをプレス接合する際に、電解質膜と積層したガス拡散電極の外側からガス拡散電極へと水分供給する構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In a polymer electrolyte fuel cell, various methods are conventionally known as a method for producing a membrane-electrode assembly comprising an electrolyte membrane and electrodes formed on both surfaces of the electrolyte membrane. As a method for improving the bondability between the electrolyte membrane and the electrode when the electrolyte membrane and the electrode are joined by hot pressing, a method of supplying moisture to the electrolyte membrane is known. For example, a structure has been proposed in which moisture is supplied from the outside of the gas diffusion electrode laminated with the electrolyte membrane to the gas diffusion electrode when the gas diffusion electrode having a catalyst layer formed on the gas diffusion layer and the electrolyte membrane are press bonded. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2006−66161JP 2006-66161 A 特開2005−276599JP 2005-276599 A 特開2007−173009JP2007-173009 特開平8−180887JP-A-8-180887

しかしながら、電解質膜と電極との積層体に対して水分を供給すると、電解質膜と共に、電極に含まれる電解質も軟化し易くなるため、プレス接合の際に、電極が潰れ易くなるという問題があった。電極は、触媒へのガス供給を確保するために多孔質体として形成されているため、電極が潰れる場合には、電極が備える細孔が潰れてしまう。電極が備える細孔が潰れると、触媒へのガス供給効率が低下したり、電極内の空間が液水によって閉塞され易くなるため、電池性能が低下する可能性がある。   However, if moisture is supplied to the laminate of the electrolyte membrane and the electrode, the electrolyte contained in the electrode is easily softened together with the electrolyte membrane, so that there is a problem that the electrode is easily crushed during press bonding. . Since the electrode is formed as a porous body in order to ensure gas supply to the catalyst, when the electrode is crushed, the pores of the electrode are crushed. If the pores of the electrode are crushed, the gas supply efficiency to the catalyst is reduced, and the space in the electrode is likely to be clogged with liquid water, so that the battery performance may be reduced.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、電解質膜と電極とを接合する際に、電解質膜と電極との密着性を確保しつつ、電極の潰れに起因して生じる問題を抑制することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and when joining the electrolyte membrane and the electrode, the adhesion between the electrolyte membrane and the electrode is ensured and caused by the collapse of the electrode. The purpose is to suppress the problems that occur.

上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
電解質膜の両面上に、触媒と電解質とが混在して成る多孔質な一対の電極を配置して、前記電解質膜と前記電極とを備える積層体を形成する第1の工程と、
前記積層体が備える前記電解質膜の一方の面であって、アノードが形成された面のみに対して、水および/または有機溶媒を供給しつつ、前記積層体を加圧して、前記電解質膜と前記一対の電極とを接合する第2の工程と、
を備えることを要旨とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, comprising:
A first step of disposing a pair of porous electrodes made of a mixture of a catalyst and an electrolyte on both surfaces of the electrolyte membrane to form a laminate including the electrolyte membrane and the electrode;
While supplying water and / or an organic solvent to only one surface of the electrolyte membrane included in the laminate, the surface on which the anode is formed , the laminate is pressurized and A second step of joining the pair of electrodes;
It is a summary to provide.

以上のように構成された本発明の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法によれば、電解質膜の一方の面に対して水および/または有機溶媒を供給しつつ加圧して、電解質膜と電極とを接合するため、電解質膜を軟化させて各電極との密着性を高めると共に、他方の面側の電極の軟化を抑制して、他方の面側の電極の潰れを抑えることができる。上記密着性を高めることにより、電解質膜と電極間の接触抵抗を抑制することができ、他方の面側の電極の潰れを抑制することにより、この電極におけるガス利用率を向上させつつ、多孔質な電極が備える細孔が液水により閉塞されることが抑制可能になる。   According to the method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell of the present invention configured as described above, the electrolyte membrane is pressurized while supplying water and / or an organic solvent to one surface of the electrolyte membrane. In order to join the electrode and the electrode, the electrolyte membrane is softened to improve the adhesion with each electrode, and the softening of the electrode on the other surface side can be suppressed, and the collapse of the electrode on the other surface side can be suppressed. . By increasing the adhesion, the contact resistance between the electrolyte membrane and the electrode can be suppressed, and by suppressing the collapse of the electrode on the other surface side, the gas utilization rate in this electrode is improved, while being porous It is possible to suppress clogging of the pores of the simple electrode with liquid water.

また、このような構成とすれば、本発明により製造された膜−電極接合体を用いて組み立てた燃料電池において、燃料ガスとして純度の高い水素ガスを用いつつ酸化ガスとして空気を用いる場合のように、カソード側の方が電極活物質のガス中濃度が低い場合に、触媒へのガス供給を確保して電池性能を向上させる効果を、より顕著に得ることができる。 Further, with such a configuration, in the fuel cell assembled using the membrane-electrode assembly manufactured according to the present invention, as in the case of using air as the oxidizing gas while using high-purity hydrogen gas as the fuel gas. In addition, when the concentration of the electrode active material in the gas on the cathode side is lower, the effect of ensuring the gas supply to the catalyst and improving the battery performance can be obtained more remarkably.

本発明の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法において、前記第2の工程は、さらに、前記積層体を加圧する際に、前記電解質膜の他方の面に対応する前記積層体表面に対して、ドライガスを供給する工程を含むこととしても良い。このような構成とすれば、他方の側の電極における水および/または有機溶媒の蒸発を積極的に促進することにより、他方の電極が軟化して電極の潰れが生じることによる不都合を抑制する効果を、さらに高めることができる。   In the method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the present invention, the second step further includes a step of pressurizing the laminate against the surface of the laminate corresponding to the other surface of the electrolyte membrane. Thus, a step of supplying a dry gas may be included. With such a configuration, it is possible to positively promote the evaporation of water and / or an organic solvent in the electrode on the other side, thereby suppressing an inconvenience caused by the other electrode softening and causing the electrode to be crushed. Can be further increased.

本発明の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法において、前記第1の工程は、前記積層体として、各々の前記電極上に、さらに、多孔質な導電性部材であるガス拡散層を配置した積層体を形成する工程を含み、前記第2の工程は、一方の前記ガス拡散層の外側から、前記ガス拡散層および前記電極を介して、前記電解質膜の一方の面に対して、水および/または有機溶媒を供給する工程を含むこととしても良い。このような構成とすれば、一方のガス拡散層および電極を介して、電解質膜へと水および/または有機溶媒を供給することができる。   In the method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the present invention, in the first step, a gas diffusion layer that is a porous conductive member is further disposed on each of the electrodes as the laminate. Forming the laminated body, and the second step includes water from the outside of the one gas diffusion layer to one surface of the electrolyte membrane via the gas diffusion layer and the electrode. And / or a step of supplying an organic solvent may be included. With such a configuration, water and / or an organic solvent can be supplied to the electrolyte membrane via one gas diffusion layer and the electrode.

本発明の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法において、前記第2の工程は、気化した状態の水および/または有機溶媒を、前記電解質膜の一方の面に対して供給する工程を含むこととしても良い。気化した水および/または有機溶媒を電解質膜の一方の面に供給することで、一方の面側の電極に対して供給される水および/または有機溶媒の量を抑制することができ、一方の面側の電極が加圧の工程で過剰に潰れることを抑制できる。   In the method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the present invention, the second step includes a step of supplying vaporized water and / or an organic solvent to one surface of the electrolyte membrane. It's also good. By supplying vaporized water and / or organic solvent to one surface of the electrolyte membrane, the amount of water and / or organic solvent supplied to the electrode on one surface side can be suppressed, It is possible to suppress the surface side electrode from being excessively crushed in the pressurizing step.

このような本発明の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法において、前記第2の工程は、液状の水および/または有機溶媒を含浸する溶媒含有体を、前記積層体における前記一方の面側の表面上に配置して、加熱プレスする工程を含むこととしても良い。このような構成とすれば、溶媒含有体が含浸する水および/または有機溶媒を、加熱プレス時に気化させて、蒸気の状態の水および/または有機溶媒を、溶媒含有体を配置した側から電解質膜に対して供給することができる。   In such a method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the present invention, the second step includes a solvent-containing body impregnated with liquid water and / or an organic solvent, and the one surface of the laminate. It is good also as arrange | positioning on the surface of the side and including the process of heat-pressing. With such a configuration, water and / or an organic solvent impregnated by the solvent-containing body is vaporized at the time of hot pressing, and water and / or organic solvent in a vapor state is supplied from the side on which the solvent-containing body is disposed to the electrolyte. Can be supplied to the membrane.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法によって製造された膜−電極接合体や、このような膜−電極接合体を備える燃料電池などの形態で実現することが可能である。   The present invention can be realized in various forms other than those described above. For example, a membrane-electrode assembly manufactured by the method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to the present invention, or such a membrane-electrode assembly. It can be realized in the form of a fuel cell having a body.

A.燃料電池構成:
図1は、本発明の好適な一実施例としての燃料電池を構成する単セル10の概略構成を表わす断面模式図である。単セル10は、電解質膜20と、電解質膜20の各々の面上に形成された電極であるアノード21およびカソード22と、電極を形成した上記電解質膜20を両側から挟持するガス拡散層23,24と、ガス拡散層23,24のさらに外側に配設されたガスセパレータ25,26と、を備えている。
A. Fuel cell configuration:
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a single cell 10 constituting a fuel cell as a preferred embodiment of the present invention. The unit cell 10 includes an electrolyte membrane 20, an anode 21 and a cathode 22 that are electrodes formed on each surface of the electrolyte membrane 20, and a gas diffusion layer 23 that sandwiches the electrolyte membrane 20 on which the electrode is formed from both sides, 24 and gas separators 25 and 26 disposed further outside the gas diffusion layers 23 and 24.

本実施例の燃料電池は、固体高分子型燃料電池であり、電解質膜20は、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜とすることができ、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。アノード21およびカソード22は、触媒として、例えば白金、あるいは白金合金を備えている。より具体的には、アノード21およびカソード22は、上記触媒を担持したカーボン粒子と、電解質膜20を構成する高分子電解質と同様の電解質と、を備えている。電解質膜20と、アノード21およびカソード22とは、MEA(膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly)30を構成している。MEA30の製造工程については、後に詳述する。   The fuel cell of this example is a solid polymer type fuel cell, and the electrolyte membrane 20 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluororesin having perfluorocarbon sulfonic acid. And exhibits good electrical conductivity in the wet state. The anode 21 and the cathode 22 include, for example, platinum or a platinum alloy as a catalyst. More specifically, the anode 21 and the cathode 22 include carbon particles carrying the catalyst and an electrolyte similar to the polymer electrolyte that constitutes the electrolyte membrane 20. The electrolyte membrane 20, the anode 21, and the cathode 22 constitute an MEA (membrane-electrode assembly) 30. The manufacturing process of the MEA 30 will be described in detail later.

ガス拡散層23,24は、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパやカーボンクロス、あるいは金属メッシュや発泡金属によって形成することができる。本実施例のガス拡散層23,24は、いずれも、平坦な板状部材として形成されている。このようなガス拡散層24は、電気化学反応に供されるガスの流路になると共に、集電を行なう。   The gas diffusion layers 23 and 24 can be formed of a conductive member having gas permeability, such as carbon paper or carbon cloth, metal mesh, or foam metal. The gas diffusion layers 23 and 24 of the present embodiment are both formed as flat plate members. Such a gas diffusion layer 24 serves as a flow path for a gas used for an electrochemical reaction and collects current.

ガスセパレータ25,26は、ガス不透過な導電性部材、例えば圧縮カーボンやステンレス鋼から成る部材によって形成される。ガスセパレータ25,26は、それぞれ所定の凹凸形状を有している。この凹凸形状によって、ガスセパレータ25とガス拡散層23との間には、水素を含有する燃料ガスが流れる単セル内燃料ガス流路47が形成される。また、上記凹凸形状によって、ガスセパレータ26とガス拡散層24との間には、酸素を含有する酸化ガスが流れる単セル内酸化ガス流路48が形成される。   The gas separators 25 and 26 are formed of a gas impermeable conductive member, for example, a member made of compressed carbon or stainless steel. Each of the gas separators 25 and 26 has a predetermined uneven shape. Due to this uneven shape, an in-cell fuel gas channel 47 through which a fuel gas containing hydrogen flows is formed between the gas separator 25 and the gas diffusion layer 23. In addition, due to the uneven shape, an in-single cell oxidizing gas channel 48 through which an oxidizing gas containing oxygen flows is formed between the gas separator 26 and the gas diffusion layer 24.

さらに、単セル10の外周部には、単セル内燃料ガス流路47および単セル内酸化ガス流路48におけるガスシール性を確保するために、ガスケット等のシール部材が配置されている(図示せず)。また、本実施例の燃料電池は、単セル10を複数積層したスタック構造を有しているが、このスタック構造の外周部には、単セル10の積層方向と平行であって燃料ガスあるいは酸化ガスが流通する複数のガスマニホールドが設けられている(図示せず)。これら複数のガスマニホールドのうちの燃料ガス供給マニホールドを流れる燃料ガスは、各単セル10に分配され、電気化学反応に供されつつ各単セル内燃料ガス流路47内を通過し、その後、燃料ガス排出マニホールドに集合する。同様に、酸化ガス供給マニホールドを流れる酸化ガスは、各単セル10に分配され、電気化学反応に供されつつ各単セル内酸化ガス流路48内を通過し、その後、酸化ガス排出マニホールドに集合する。   Further, a sealing member such as a gasket is disposed on the outer peripheral portion of the single cell 10 in order to ensure gas sealing performance in the single-cell fuel gas flow channel 47 and the single-cell oxidizing gas flow channel 48 (FIG. Not shown). In addition, the fuel cell of this embodiment has a stack structure in which a plurality of single cells 10 are stacked. The outer periphery of the stack structure is parallel to the stacking direction of the single cells 10 and is fuel gas or oxidation. A plurality of gas manifolds through which gas flows are provided (not shown). The fuel gas flowing through the fuel gas supply manifold among the plurality of gas manifolds is distributed to each single cell 10 and passes through each single cell fuel gas flow channel 47 while being subjected to an electrochemical reaction. Collect in the gas exhaust manifold. Similarly, the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas supply manifold is distributed to each single cell 10 and passes through each single cell oxidizing gas flow path 48 while being subjected to an electrochemical reaction, and then gathers in the oxidizing gas discharge manifold. To do.

B.MEA30の製造方法:
図2は、MEA30の製造方法を表わす工程図である。また、図3は、MEA30を製造する工程の途中の様子を模式的に表わす説明図である。MEA30を製造する際には、まず、電解質膜20となる固体高分子電解質から成る膜を用意する(ステップS100、図3(A))。本実施例では、既述したように、フッ素系の高分子電解質膜を用いている。
B. Manufacturing method of MEA30:
FIG. 2 is a process diagram showing a method for manufacturing the MEA 30. FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a state in the process of manufacturing the MEA 30. When manufacturing the MEA 30, first, a membrane made of a solid polymer electrolyte to be the electrolyte membrane 20 is prepared (step S100, FIG. 3A). In this embodiment, as described above, a fluorine-based polymer electrolyte membrane is used.

次に、電極であるアノード21およびカソード22を形成するための触媒インクを作製する(ステップS110)。触媒インクは、白金を担持したカーボン粒子と、電解質膜20と同様のフッ素系高分子電解質とを含有している。白金を担持したカーボン粒子は、例えばカーボンブラックから成るカーボン粒子を、白金化合物の溶液(例えば、テトラアンミン白金塩溶液やジニトロジアンミン白金溶液や白金硝酸塩溶液、あるいは塩化白金酸溶液など)中に分散させて、含浸法や共沈法、あるいはイオン交換法によって作製する。このようにして作製した白金担持カーボン粒子を、水および有機溶剤からなる適当な溶媒中に分散させると共に、既述したフッ素系高分子電解質を含有する電解質溶液をさらに混合することで、触媒インクが得られる。   Next, the catalyst ink for forming the anode 21 and the cathode 22 which are electrodes is produced (step S110). The catalyst ink contains carbon particles carrying platinum and a fluorine-based polymer electrolyte similar to the electrolyte membrane 20. For example, carbon particles comprising platinum are dispersed in a platinum compound solution (for example, a tetraammine platinum salt solution, a dinitrodiammine platinum solution, a platinum nitrate solution, or a chloroplatinic acid solution). It is produced by an impregnation method, a coprecipitation method or an ion exchange method. The platinum-supported carbon particles thus prepared are dispersed in an appropriate solvent composed of water and an organic solvent, and the catalyst ink is obtained by further mixing the electrolyte solution containing the aforementioned fluorine-based polymer electrolyte. can get.

次に、上記触媒インクを、ステップS100で用意した電解質膜20上に塗布して、電解質膜20の両面上にアノード21あるいはカソード22となる電極(触媒層)を成膜し、電解質膜20と一対の電極から成る積層体を形成する(ステップS120、図3(B))。触媒インクの基材上への塗布は、例えば、スプレー法や、スクリーン印刷、あるいは、ドクターブレード法や、インクジェット法により行なうこともできる。上記のように触媒インクを塗布しつつ、あるいは塗布した後に、塗布した触媒インクを乾燥させて溶媒を気化させることで、内部に微細な細孔を有する多孔質な電極を形成することができる。   Next, the catalyst ink is applied on the electrolyte membrane 20 prepared in step S100, and electrodes (catalyst layers) to be the anodes 21 or the cathodes 22 are formed on both surfaces of the electrolyte membrane 20. A stacked body including a pair of electrodes is formed (step S120, FIG. 3B). The application of the catalyst ink onto the base material can be performed by, for example, a spray method, screen printing, a doctor blade method, or an ink jet method. A porous electrode having fine pores inside can be formed by drying the applied catalyst ink and evaporating the solvent while or after applying the catalyst ink as described above.

その後、ステップS120で形成した積層体に対して、アノード21となる電極側から溶媒を供給しつつ、積層体を積層方向に加熱プレスして(ステップS130)、MEA30を完成する。本実施例では、このステップ130におけるプレスの工程に供する積層体として、MEA30をさらにガス拡散層23,24で挟持した積層体を用いており、ステップS130では、アノード側のガス拡散層23の外側から溶媒を供給している。具体的には、ガス拡散層23上に、溶媒を含有する溶媒含有体50を重ね合わせて、溶媒含有体50が含有する溶媒を供給しつつ、積層構造全体をプレスしている(図3(C))。これにより、MEA30の完成と共に、上記積層体に対するガス拡散層23,24の接合も同時に行なわれる。   Thereafter, the laminated body is heated and pressed in the laminating direction while supplying a solvent from the electrode side serving as the anode 21 to the laminated body formed in step S120 (step S130), thereby completing the MEA 30. In the present embodiment, a laminate in which the MEA 30 is further sandwiched between the gas diffusion layers 23 and 24 is used as the laminate to be subjected to the pressing process in Step 130. In Step S130, the outer side of the anode-side gas diffusion layer 23 is used. The solvent is supplied from Specifically, the solvent-containing body 50 containing the solvent is superimposed on the gas diffusion layer 23, and the entire laminated structure is pressed while supplying the solvent contained in the solvent-containing body 50 (FIG. 3 ( C)). Thereby, the completion of the MEA 30 and the bonding of the gas diffusion layers 23 and 24 to the laminated body are simultaneously performed.

ここで、ステップS130でアノード側から供給する溶媒としては、水、または有機溶媒、あるいはこれらの混合物とすることができる。用いる有機溶媒は、電解質膜20や電極が備える高分子電解質を溶解し難い性質のものであれば良い。高分子電解質を溶解し難い有機溶媒として、特に、エタノールなどのアルコールが望ましい。本実施例では、水とエタノールの混合液を用いている。供給する溶媒として水を用いる場合には、高分子電解質において親水基を備える部分が水を吸収することにより、電解質膜20が柔らかくなる。また、供給する溶媒として有機溶媒を用いる場合には、高分子電解質において疎水基を備える部分が有機溶媒を吸収することにより、電解質膜20が柔らかくなる。上記のように電解質膜20が柔らかくなることにより、電解質膜20における弾性率が小さくなる。   Here, the solvent supplied from the anode side in step S130 can be water, an organic solvent, or a mixture thereof. The organic solvent to be used only needs to have a property that makes it difficult to dissolve the polymer electrolyte included in the electrolyte membrane 20 and the electrode. As an organic solvent in which the polymer electrolyte is difficult to dissolve, an alcohol such as ethanol is particularly desirable. In this embodiment, a mixed solution of water and ethanol is used. In the case where water is used as the solvent to be supplied, the electrolyte membrane 20 becomes soft because the portion having a hydrophilic group in the polymer electrolyte absorbs water. When an organic solvent is used as the solvent to be supplied, the electrolyte membrane 20 is softened by absorbing the organic solvent by the portion having a hydrophobic group in the polymer electrolyte. As the electrolyte membrane 20 becomes soft as described above, the elastic modulus in the electrolyte membrane 20 is reduced.

また、ステップS130では、上記した水および/または有機溶媒を供給するために溶媒含有体50を用いているが、水および/または有機溶媒を含有させるための溶媒含有体50としては、加熱プレス時に化学反応を起こし難い材料から成る種々の多孔質体を用いることができる。例えば、ろ紙などの紙類、不織布などの布類、あるいは発泡性材料を用いることができる。このような溶媒含有体50をガス拡散層23上に配置して加熱プレスを行なうと、溶媒含有体50が含有する液が気化して蒸気となる。そして、水および/または有機溶媒は、蒸気の状態で、ガス拡散層23を介して、アノード21および電解質膜20へと供給される。   In step S130, the solvent-containing body 50 is used to supply the above-described water and / or organic solvent. As the solvent-containing body 50 for containing water and / or the organic solvent, the solvent-containing body 50 may be used during hot pressing. Various porous bodies made of a material that hardly causes a chemical reaction can be used. For example, paper such as filter paper, cloth such as nonwoven fabric, or foamable material can be used. When such a solvent-containing body 50 is placed on the gas diffusion layer 23 and heated and pressed, the liquid contained in the solvent-containing body 50 is vaporized to become vapor. Then, water and / or an organic solvent is supplied to the anode 21 and the electrolyte membrane 20 through the gas diffusion layer 23 in a vapor state.

図4〜図6は、ステップS130のプレスの工程における様子を、電解質膜20と、触媒担持カーボン35および電解質37を備える電極(アノード21およびカソード22)と、について拡大して模式的に順次表わす説明図である。図4は、アノード21を介して水および有機溶媒(図中ではメタノール)が電解質膜20へと供給される際の様子を表わす。図5は、水および/または有機溶媒が供給されている積層体を加熱プレスする際の様子を表わす。図6は、加熱プレスにより完成されたMEA30の様子を表わす。   4 to 6 schematically show the state in the pressing process of step S130 in an enlarged manner for the electrolyte membrane 20 and the electrodes (the anode 21 and the cathode 22) including the catalyst-supporting carbon 35 and the electrolyte 37. It is explanatory drawing. FIG. 4 shows a state in which water and an organic solvent (methanol in the figure) are supplied to the electrolyte membrane 20 through the anode 21. FIG. 5 shows a state in which a laminate to which water and / or an organic solvent is supplied is hot-pressed. FIG. 6 shows a state of the MEA 30 completed by the hot press.

図4に示すように、溶媒含有体50から、気化した水および/または有機溶媒が供給されると、アノード21および電解質膜20を構成する高分子電解質全体が、水および/または有機溶媒を吸収して軟化する。このような状態で加熱プレスを行なうと、図5に示すように、各電極が、軟化した電解質膜20の表面から内部側へとめり込んだ状態になる。また、このとき、構成成分である高分子電解質が軟化しているアノード21は、プレスによって若干押しつぶされる。このとき、溶媒含有体50が配置されていない側の電極であるカソード22は、水および/または有機溶媒の供給量が少なく、軟化の程度が小さいため、アノード21に比べてプレスにより押しつぶされる程度が小さくなる。これにより、図6に示すように、各電極が電解質膜20表面にめり込んで密着性が高められると共に、アノード21に比べてカソード22の潰れが抑制されたMEA30が得られる。   As shown in FIG. 4, when vaporized water and / or organic solvent is supplied from the solvent-containing body 50, the whole polymer electrolyte constituting the anode 21 and the electrolyte membrane 20 absorbs water and / or organic solvent. And soften. When heat pressing is performed in such a state, as shown in FIG. 5, each electrode is in a state of being sunk from the surface of the softened electrolyte membrane 20 to the inner side. At this time, the anode 21 in which the polymer electrolyte as a constituent component is softened is slightly crushed by the press. At this time, the cathode 22, which is an electrode on which the solvent-containing body 50 is not disposed, has a small supply amount of water and / or organic solvent and a small degree of softening, so that it is crushed by the press compared to the anode 21. Becomes smaller. As a result, as shown in FIG. 6, each electrode sinks into the surface of the electrolyte membrane 20 to improve adhesion, and an MEA 30 in which the collapse of the cathode 22 is suppressed compared to the anode 21 is obtained.

なお、ステップS130において、電解質膜20と電極との密着性を高めるために行なう加熱プレスの際の加熱温度としては、例えば、室温〜300℃とすることができ、高分子電解質の耐熱温度を考慮して適宜設定することができる。温度が高いほど電解質膜20が軟化して、電解質膜20と電極との密着性を高め易くなるが、本実施例では水および/または有機溶媒供給することで電解質膜20を軟化させているため、プレス時の加熱温度を抑えて、熱に起因する電解質膜20の損傷を抑制することが可能になる。また、ステップS130において、加熱プレスの際のプレス圧としては、例えば、0.01MPa〜10MPaとすることができる。プレス圧が高いほど電解質膜20と電極との密着性を高め易くなるが、本実施例では水および/または有機溶媒供給して電解質膜20を軟化させることで上記密着性を高めているため、プレス圧を抑えて、加圧に起因する電解質膜20の損傷を抑制することが可能になる。   In step S130, the heating temperature at the time of the heating press for improving the adhesion between the electrolyte membrane 20 and the electrode can be, for example, room temperature to 300 ° C., and the heat resistant temperature of the polymer electrolyte is taken into consideration. And can be set as appropriate. The higher the temperature is, the softer the electrolyte membrane 20 becomes and it becomes easier to improve the adhesion between the electrolyte membrane 20 and the electrode. However, in this embodiment, the electrolyte membrane 20 is softened by supplying water and / or an organic solvent. It is possible to suppress the heating temperature at the time of pressing and suppress damage to the electrolyte membrane 20 due to heat. Moreover, in step S130, as a press pressure in the case of a hot press, it can be 0.01 MPa-10 MPa, for example. The higher the pressing pressure, the easier it is to improve the adhesion between the electrolyte membrane 20 and the electrode. However, in this embodiment, the adhesion is enhanced by softening the electrolyte membrane 20 by supplying water and / or an organic solvent. By suppressing the press pressure, it is possible to suppress damage to the electrolyte membrane 20 due to pressurization.

以上のように構成された本実施例の燃料電池によれば、MEA30を作製する際に、水および/または有機溶媒を供給しつつ、電解質膜20と電極とから成る積層体のプレスを行なっているため、電解質膜20を軟化させて各電極との密着性を高めることにより、内部抵抗を低減して発電性能を向上させると共に、燃料電池の耐久性を高めることができる。すなわち、一方の側(アノード側)から水および/または有機溶媒を供給することにより、水および/または有機溶媒が、電解質膜20内を他方の側(カソード側)の表面にまで移動して、電解質膜20全体が軟化される。このように電解質膜20の両面が軟化されることにより、加熱プレス時において、電解質膜20と双方の電極との密着性が向上する。   According to the fuel cell of the present example configured as described above, when the MEA 30 is manufactured, the laminate composed of the electrolyte membrane 20 and the electrode is pressed while supplying water and / or an organic solvent. Therefore, by softening the electrolyte membrane 20 and improving the adhesion with each electrode, the internal resistance can be reduced to improve the power generation performance, and the durability of the fuel cell can be increased. That is, by supplying water and / or organic solvent from one side (anode side), water and / or organic solvent moves in the electrolyte membrane 20 to the surface of the other side (cathode side), The entire electrolyte membrane 20 is softened. By softening both surfaces of the electrolyte membrane 20 in this way, the adhesion between the electrolyte membrane 20 and both electrodes is improved during hot pressing.

このとき、積層体に対する水および/または有機溶媒の供給を、一方の側(アノード側)からのみ行なっているため、他方の側の電極(カソード22)に対する水および/または有機溶媒の供給が抑えられ、他方の側の電極を構成する高分子電解質の軟化が抑制される。このように、他方の側の電極における高分子電解質の軟化が抑制されることで、他方の側の電極の強度を維持し、他方の側の電極が備える細孔のプレス時における潰れを抑制することができる。細孔の潰れを抑えることにより、他方の側の電極において、電極が備える触媒へのガス供給を確保して、電池性能を向上させることが可能になる。本実施例において、上記他方の側の電極であるカソード22では、電気化学反応に伴って生成水が生じるが、カソード22の細孔の潰れが抑制されることで、生成水によるカソード22中の細孔の閉塞(いわゆるフラッディング)を抑えることができる。これにより、特に生成水量が増大する高負荷時における電池性能を高めることが可能になる。また、燃料電池に供給する燃料ガスとして純度の高い水素ガスを用い、酸化ガスとして空気を用いる場合のように、上記他方の側の電極に供給されるガス中の電極活物質濃度の方が低い場合には、上記他方の側の電極における細孔の潰れを抑制することで、触媒へのガス供給を確保して電池性能を向上させる効果を、より顕著に得ることができる。   At this time, since water and / or organic solvent is supplied to the laminate only from one side (anode side), supply of water and / or organic solvent to the other side electrode (cathode 22) is suppressed. Thus, softening of the polymer electrolyte constituting the electrode on the other side is suppressed. Thus, the softening of the polymer electrolyte in the other electrode is suppressed, so that the strength of the other electrode is maintained, and the collapse of the pores of the other electrode during pressing is suppressed. be able to. By suppressing the collapse of the pores, it is possible to ensure the gas supply to the catalyst included in the electrode on the other side electrode and improve the battery performance. In this embodiment, the cathode 22 which is the electrode on the other side generates generated water along with the electrochemical reaction, but the collapse of the pores of the cathode 22 is suppressed, so that the generated water in the cathode 22 It is possible to suppress pore clogging (so-called flooding). Thereby, it becomes possible to improve the battery performance especially at the time of high load where the amount of generated water increases. In addition, the concentration of the electrode active material in the gas supplied to the electrode on the other side is lower as in the case where high purity hydrogen gas is used as the fuel gas supplied to the fuel cell and air is used as the oxidizing gas. In this case, by suppressing the collapse of the pores on the electrode on the other side, the effect of ensuring the gas supply to the catalyst and improving the battery performance can be obtained more remarkably.

なお、本実施例のように、電解質膜20上に触媒インクを塗布することによって電極を形成した後に、改めて加熱プレスを行なう場合には、電解質膜20と電極との密着性をさらに高める効果に加えて、細孔の大きさを均一化して電極を薄型化する効果が得られる。触媒インクを乾燥させて多孔質な電極を形成する場合には、内部に形成される細孔の大きさのばらつきが大きく、比較的大きな細孔が存在する場合には、電極内を電子やプロトンが移動する際のパスが長くなり、内部抵抗が大きくなるという問題を生じ得る。このような触媒インクを乾燥させて成る電極をプレスすることにより、大きすぎる細孔が潰れて細孔の大きさが均一化されると共に、電極全体が薄型化される。これにより、電子やプロトンのパスが短くなって、内部抵抗が低減され、また、電極内をガスが拡散する距離が短くなって、電極におけるガスの利用効率が向上する。その際に、本実施例では、カソード22の過剰な潰れが抑制されることで、既述した効果が得られる。   As in this embodiment, when the electrode is formed by applying a catalyst ink on the electrolyte membrane 20 and then heated and pressed again, the effect of further improving the adhesion between the electrolyte membrane 20 and the electrode is obtained. In addition, it is possible to obtain the effect of making the electrodes thin by making the pore sizes uniform. When the catalyst ink is dried to form a porous electrode, there is a large variation in the size of the pores formed in the interior. This may cause a problem that the path when moving becomes longer and the internal resistance becomes larger. By pressing an electrode formed by drying such a catalyst ink, too large pores are crushed and the size of the pores is made uniform, and the entire electrode is thinned. As a result, the path of electrons and protons is shortened, the internal resistance is reduced, and the distance over which the gas diffuses in the electrode is shortened, so that the gas utilization efficiency at the electrode is improved. At this time, in the present embodiment, the above-described effects can be obtained by suppressing excessive crushing of the cathode 22.

図7は、本実施例と同様のMEAの製造方法によって製造したMEA30を備える燃料電池の性能を確認した結果を示す説明図である。ここでは、実施例のMEAおよび比較例のMEAのそれぞれを用いて燃料電池(単セル)を組み立て、大過剰の水素および空気を供給しつつ、出力電流値(図7では電流密度)を変化させたときの出力電圧値の変化を調べた結果(V−I特性)を示している。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing the results of confirming the performance of the fuel cell including the MEA 30 manufactured by the same MEA manufacturing method as in this example. Here, a fuel cell (single cell) is assembled using each of the MEA of the example and the MEA of the comparative example, and the output current value (current density in FIG. 7) is changed while supplying a large excess of hydrogen and air. The result (VI characteristic) which investigated the change of the output voltage value at the time is shown.

実施例のMEAを作製する際には、ステップS100では、電解質膜20として、スルホン酸基を有する高分子重合体から成る厚さ30μmのイオン交換膜を用意した。また、ステップS110において、白金担持量が60wt%である白金担持カーボン粒子と、フッ素系高分子電解質を含有する電解質溶液(ナフィオン溶液、アルドリッチ社製)と、1:1の混合比である水とエタノールとから成る溶媒とを混合して、触媒インクを作製した。その後、ステップS120では、上記触媒インクを用いて、電解質膜20の両面上に、スプレー法によって電極を形成した。なお、この電解質膜20上に触媒インクを塗布する工程の後には、さらに乾燥工程を行なうことにより、触媒インク中の溶媒を気化させて、電極を多孔質化させている。   In producing the MEA of the example, in step S100, an ion exchange membrane having a thickness of 30 μm made of a polymer having a sulfonic acid group was prepared as the electrolyte membrane 20. In step S110, platinum-supported carbon particles having a platinum support amount of 60 wt%, an electrolyte solution containing a fluorine-based polymer electrolyte (Nafion solution, manufactured by Aldrich), and water having a mixing ratio of 1: 1; A catalyst ink was prepared by mixing with a solvent composed of ethanol. Thereafter, in step S120, electrodes were formed by spraying on both surfaces of the electrolyte membrane 20 using the catalyst ink. Note that, after the step of applying the catalyst ink on the electrolyte membrane 20, a drying step is further performed to vaporize the solvent in the catalyst ink and make the electrode porous.

その後、ステップS130では、各電極上にさらにカーボンペーパから成るガス拡散層を積層して、加熱プレスを行なった。その際に、アノード21となる電極とプレス機の加圧盤との間に、水とエタノールとを1:1の比で混合した液を1mg/cm2の割合で含有させたろ紙を配置して、水とエタノールが混合された蒸気がアノード側からのみ供給される状態で、加熱プレスを行なった。このとき、加熱温度は、140℃、プレス圧は3MPaとして、4分間プレスを行なった。 Thereafter, in step S130, a gas diffusion layer made of carbon paper was further laminated on each electrode, and a heat press was performed. At that time, a filter paper containing a mixture of water and ethanol in a ratio of 1: 1 at a ratio of 1 mg / cm 2 is disposed between the electrode serving as the anode 21 and the press panel of the press. The hot pressing was performed in a state where steam mixed with water and ethanol was supplied only from the anode side. At this time, the heating temperature was 140 ° C., the pressing pressure was 3 MPa, and pressing was performed for 4 minutes.

比較例のMEAは、ステップS130のプレス時における溶媒供給に係る構成以外は、上記実施例のMEAと同様にして作製した。すなわち、比較例のMEAは、ステップS130において、水とエタノールとを1:1の比で混合した液を1mg/cm2の割合で含有させたろ紙を、アノード側のガス拡散層と共に、カソード側のガス拡散層上にも配置して、加熱プレスを行なった。 The MEA of the comparative example was manufactured in the same manner as the MEA of the above example except for the configuration related to the solvent supply at the time of pressing in step S130. That is, in the MEA of the comparative example, in step S130, the filter paper containing a mixture of water and ethanol at a ratio of 1: 1 at a ratio of 1 mg / cm 2 is combined with the gas diffusion layer on the anode side and the cathode side. It was also placed on the gas diffusion layer and heated and pressed.

図7に示すように、実施例のMEAを備える燃料電池の方が、比較例のMEAを備える燃料電池に比べて、出力電流値全体にわたって高い出力電圧が得られ、特に、出力電流値が大きいほど、この効果が顕著に得られた。   As shown in FIG. 7, the fuel cell including the MEA of the example provides a higher output voltage over the entire output current value than the fuel cell including the MEA of the comparative example, and in particular, the output current value is large. This effect was remarkably obtained.

C.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
C. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

C1.変形例1(電極の形成方法):
実施例では、電解質膜20上に触媒インクを塗布することにより電極を形成したが、異なる構成としても良い。例えば、ガス拡散層23,24上に触媒インクを塗布して電極を形成し、ガス拡散層23,24の電極形成面と電解質膜20とを重ね合わせてプレスすることによって、MEA30を作製しても良い。この場合には、図2と同様の製造工程において、ステップS120に代えて、ガス拡散層23,24上に触媒インクを塗布する工程を行なえばよい。そして、図3(C)に示すように、アノード側のガス拡散層23上に溶媒含有体50を配置して、加熱プレスを行なえばよい。
C1. Modification 1 (Method for forming electrodes):
In the embodiment, the electrode is formed by applying the catalyst ink on the electrolyte membrane 20, but a different configuration may be used. For example, the MEA 30 is manufactured by applying the catalyst ink on the gas diffusion layers 23 and 24 to form electrodes, pressing the electrode formation surfaces of the gas diffusion layers 23 and 24 and the electrolyte membrane 20 and pressing them. Also good. In this case, in the manufacturing process similar to that shown in FIG. 2, a process of applying the catalyst ink on the gas diffusion layers 23 and 24 may be performed instead of step S120. Then, as shown in FIG. 3C, the solvent-containing body 50 may be disposed on the gas diffusion layer 23 on the anode side and heated and pressed.

あるいは、ステップS120に代えて、触媒インクを用いて電解質膜20とは別体で所定の基板上に電極を成膜し、成膜した電極を電解質膜20上に熱転写する工程を行なっても良い。この場合には、電極の熱転写後に除去する上記基板としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレンナフタレート(PEN)あるいはポリエチレン(PE)から成る基材を用いることができる。   Alternatively, instead of step S120, a process may be performed in which an electrode is formed on a predetermined substrate separately from the electrolyte film 20 using catalyst ink, and the formed electrode is thermally transferred onto the electrolyte film 20. . In this case, for example, a substrate made of polyethylene terephthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene naphthalate (PEN) or polyethylene (PE) is used as the substrate to be removed after the thermal transfer of the electrode. Can do.

C2.変形例2(溶媒の供給方法):
実施例では、水および/または有機溶媒から成る液体を含浸させたろ紙などの溶媒含有体50を配置することにより、電解質膜20のアノード側の面に対して溶媒供給したが、異なる構成としても良い。例えば、ステップS130におけるプレスの工程で用いるプレス機において、アノード側の加圧盤表面から水および/または有機溶媒から成る上記を噴出させる蒸気供給装置を設け、積層体のプレスを行ないつつ、アノード側のプレス面に対して直接蒸気を吹き付ける構成としても良い。なお、このように蒸気を供給しつつ電極の密着性を高めるためのプレスを行なう際には、ガス拡散層の配置を行なわずMEA30のプレスのみを行ない、蒸気の供給を伴うプレスの後に、別途、ガス拡散層の接合を行なっても良い。
C2. Modification 2 (solvent supply method):
In the embodiment, the solvent supply body 50 such as a filter paper impregnated with a liquid composed of water and / or an organic solvent is disposed to supply the solvent to the surface on the anode side of the electrolyte membrane 20. good. For example, in the press used in the pressing step in step S130, a steam supply device for ejecting the above-described water and / or organic solvent from the surface of the pressure plate on the anode side is provided, and while pressing the laminate, It is good also as a structure which sprays a vapor | steam directly with respect to a press surface. In addition, when performing the press for improving the adhesion of the electrode while supplying the vapor in this way, only the MEA 30 is pressed without disposing the gas diffusion layer, and after the press accompanied with the supply of the vapor, separately. The gas diffusion layer may be joined.

また、電解質膜20の一方の側にのみ水および/または有機溶媒を供給する方法としては、一方の電極(実施例ではアノード21)の外側から、この一方の電極を介して供給する方法に代えて、電解質膜20と上記一方の電極との界面に、直接供給しても良い。具体的には、例えば、電解質膜20と、電解質膜20とは別体で形成した電極とを接合する際に、電解質膜20における上記一方の電極との接合面に対して、水および/または有機溶媒の蒸気を噴霧することとしても良い。あるいは、電極との接合に先立って、電解質膜20における上記一方の電極との接合面に対して、予め、例えば霧吹きによって液体の状態で溶媒供給しても良い。   Further, as a method of supplying water and / or an organic solvent only to one side of the electrolyte membrane 20, a method of supplying from the outside of one electrode (the anode 21 in the embodiment) via this one electrode is used. Then, it may be supplied directly to the interface between the electrolyte membrane 20 and the one electrode. Specifically, for example, when the electrolyte membrane 20 and an electrode formed separately from the electrolyte membrane 20 are joined, water and / or the surface of the electrolyte membrane 20 to which the one electrode is joined. It is good also as spraying the vapor | steam of an organic solvent. Alternatively, prior to bonding with the electrode, the solvent may be supplied in a liquid state to the bonding surface of the electrolyte membrane 20 with the one electrode in advance by, for example, spraying.

C3.変形例3(他方の電極の軟化抑制方法):
実施例では、積層体の加熱プレス時に、一方の側からのみ溶媒供給することによって、他方の側に配置された電極の軟化および潰れを抑制しているが、より積極的に、他方の電極に対する溶媒供給を抑制して、他方の電極の軟化を抑えることとしても良い。図8は、このような変形例としてのMEA30の製造方法の一例を表わす説明図である。図8では、図3(C)と同様に、電解質膜20上に、アノード21およびカソード22と共に、ガス拡散層23,24を配置した積層体をプレスする際の様子を表わしている。ここでは、アノード側における溶媒含有体50の配置に代えて、プレス機のアノード側の加圧盤から水および/または有機溶媒の蒸気を噴出させるための蒸気供給装置を設けて、電解質膜20のアノード側に対する溶媒供給を行なっている。このような蒸気供給装置は、アノード側の加圧盤において積層体との接触面全体にわたって形成された蒸気噴出口51と、バブラなどの蒸気発生装置(図示せず)と、アノード側の加圧盤内に形成されて蒸気発生装置と蒸気噴出口とを接続する蒸気流路52と、によって構成することができる。
C3. Modification 3 (Method for suppressing softening of the other electrode):
In the examples, during the heat pressing of the laminate, the solvent is supplied only from one side to suppress the softening and crushing of the electrode arranged on the other side. It is good also as suppressing supply of a solvent and suppressing softening of the other electrode. FIG. 8 is an explanatory view showing an example of a method for manufacturing the MEA 30 as such a modification. FIG. 8 shows a state in which a laminated body in which the gas diffusion layers 23 and 24 are arranged on the electrolyte membrane 20 together with the anode 21 and the cathode 22 is pressed as in FIG. 3C. Here, instead of the arrangement of the solvent-containing body 50 on the anode side, a vapor supply device for ejecting water and / or organic solvent vapor from the pressure plate on the anode side of the press machine is provided, and the anode of the electrolyte membrane 20 is provided. The solvent is supplied to the side. Such a steam supply device includes a steam outlet 51 formed over the entire contact surface with the laminate in the anode-side pressure plate, a steam generator (not shown) such as a bubbler, and the anode-side pressure plate. And a steam flow path 52 that connects the steam generator and the steam outlet.

さらに、図8では、プレス機のカソード側の加圧盤からドライガスを噴出させるためのドライガス供給装置を設けている。ドライガスとしては、カソード側に供給することによって、カソード22の軟化を抑制可能となるようにカソード22の乾燥状態を保つことができるガスであれば、種々のガスを用いることができる。このようなドライガスとしては、例えば、加圧空気を用いることができる。図8に示すように、ドライガス供給装置は、カソード側の加圧盤において積層体との接触面全体にわたって形成されたドライガス噴出口53と、このドライガス噴出口に連通してカソード側の加圧盤内に形成されたドライガス流路54と、ドライガス流路にドライガスを送り込むためのブロワなどのドライガス供給部(図示せず)と、によって構成することができる。   Further, in FIG. 8, a dry gas supply device is provided for ejecting dry gas from a pressurizing plate on the cathode side of the press machine. As the dry gas, various gases can be used as long as the gas can be kept dry so that the cathode 22 can be prevented from being softened by being supplied to the cathode side. As such a dry gas, for example, pressurized air can be used. As shown in FIG. 8, the dry gas supply device includes a dry gas jet 53 formed over the entire contact surface with the laminated body in the cathode-side pressurizing plate, and a cathode-side additive that communicates with the dry gas jet. A dry gas channel 54 formed in the platen and a dry gas supply unit (not shown) such as a blower for feeding the dry gas into the dry gas channel can be configured.

このような構成とすれば、他方の電極における溶媒の蒸発を積極的に促進することにより、他方の電極が軟化して電極の潰れが生じることによる不都合を抑制する効果を、さらに高めることができる。   With such a configuration, by actively promoting the evaporation of the solvent in the other electrode, it is possible to further enhance the effect of suppressing inconvenience due to the other electrode softening and causing the electrode to collapse. .

C4.変形例4:
電解質膜と電極とでは、異なる種類の高分子電解質を用いることとしても良い。例えば、電解質膜を、炭化水素系の高分子電解質によって構成し、電極が備える高分子電解質として、実施例と同様のフッ素系の電解質を用いることができる。このような場合であっても、電解質膜の一方の側からのみ溶媒供給を行なうことで、電解質膜と電極との密着性の向上と、他方の側の電極の潰れの抑制と、を両立させる同様の効果を得ることができる。
C4. Modification 4:
Different types of polymer electrolytes may be used for the electrolyte membrane and the electrode. For example, the electrolyte membrane is made of a hydrocarbon-based polymer electrolyte, and the same fluorine-based electrolyte as in the embodiment can be used as the polymer electrolyte included in the electrode. Even in such a case, by supplying the solvent only from one side of the electrolyte membrane, it is possible to achieve both the improvement of the adhesion between the electrolyte membrane and the electrode and the suppression of the collapse of the electrode on the other side. Similar effects can be obtained.

単セル10の概略構成を表わす断面模式図である。2 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a single cell 10. FIG. MEA30の製造方法を表わす工程図である。5 is a process diagram illustrating a method for manufacturing MEA 30. FIG. MEA30を製造する工程の途中の様子を模式的に表わす説明図である。It is explanatory drawing which represents typically the mode in the middle of the process of manufacturing MEA30. ステップS130における途中の様子を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the state in the middle in step S130. ステップS130における途中の様子を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the state in the middle in step S130. ステップS130における途中の様子を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the state in the middle in step S130. MEA30を備える燃料電池の性能を確認した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having confirmed the performance of the fuel cell provided with MEA30. 変形例としてのMEA30の製造方法を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the manufacturing method of MEA30 as a modification.

符号の説明Explanation of symbols

10…単セル
20…電解質膜
21…アノード
22…カソード
23,24…ガス拡散層
25,26…ガスセパレータ
30…MEA
35…触媒担持カーボン
37…電解質
47…単セル内燃料ガス流路
48…単セル内酸化ガス流路
50…溶媒含有体
51…蒸気噴出口
52…蒸気流路
53…ドライガス噴出口
54…ドライガス流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Single cell 20 ... Electrolyte membrane 21 ... Anode 22 ... Cathode 23, 24 ... Gas diffusion layer 25, 26 ... Gas separator 30 ... MEA
35 ... Catalyst-supporting carbon 37 ... Electrolyte 47 ... Fuel gas flow path in single cell 48 ... Oxidation gas flow path in single cell 50 ... Solvent-containing body 51 ... Steam outlet 52 ... Steam passage 53 ... Dry gas outlet 54 ... Dry Gas flow path

Claims (5)

燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
電解質膜の両面上に、触媒と電解質とが混在して成る多孔質な一対の電極を配置して、前記電解質膜と前記電極とを備える積層体を形成する第1の工程と、
前記積層体が備える前記電解質膜の一方の面であって、アノードが形成された面のみに対して、水および/または有機溶媒を供給しつつ、前記積層体を加圧して、前記電解質膜と前記一対の電極とを接合する第2の工程と、
を備える燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, comprising:
A first step of disposing a pair of porous electrodes made of a mixture of a catalyst and an electrolyte on both surfaces of the electrolyte membrane to form a laminate including the electrolyte membrane and the electrode;
While supplying water and / or an organic solvent to only one surface of the electrolyte membrane included in the laminate, the surface on which the anode is formed, the laminate is pressurized and A second step of joining the pair of electrodes;
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell.
請求項1記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第2の工程は、さらに、前記積層体を加圧する際に、前記電解質膜の他方の面に対応する前記積層体表面に対して、ドライガスを供給する工程を含む
燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to claim 1,
The second step further includes a step of supplying a dry gas to the surface of the laminate corresponding to the other surface of the electrolyte membrane when the laminate is pressurized. Manufacturing method of joined body.
請求項1または2記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第1の工程は、前記積層体として、各々の前記電極上に、さらに、多孔質な導電性部材であるガス拡散層を配置した積層体を形成する工程を含み、
前記第2の工程は、一方の前記ガス拡散層の外側から、前記ガス拡散層および前記電極を介して、前記電解質膜の一方の面に対して、水および/または有機溶媒を供給する工程を含む
燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to claim 1 or 2,
The first step includes a step of forming a laminate in which a gas diffusion layer, which is a porous conductive member, is further disposed on each of the electrodes as the laminate.
The second step includes a step of supplying water and / or an organic solvent from one outside of the gas diffusion layer to one surface of the electrolyte membrane via the gas diffusion layer and the electrode. A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell.
請求項1ないし3いずれか記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第2の工程は、気化した状態の水および/または有機溶媒を、前記電解質膜の一方の面に対して供給する工程を含む
燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The second step includes a step of supplying vaporized water and / or an organic solvent to one surface of the electrolyte membrane. A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell.
請求項4記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法であって、
前記第2の工程は、液状の水および/または有機溶媒を含浸する溶媒含有体を、前記積層体における前記一方の面側の表面上に配置して、加熱プレスする工程を含む
燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
A method for producing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to claim 4,
The second step includes a step of placing a solvent-containing body impregnated with liquid water and / or an organic solvent on the surface on the one surface side of the laminate and heat-pressing the fuel cell membrane -Manufacturing method of electrode assembly.
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JP2006066161A (en) * 2004-08-26 2006-03-09 Nissan Motor Co Ltd Manufacturing method of fuel cell film/electrode junction
KR100909521B1 (en) * 2005-03-31 2009-07-27 가부시끼가이샤 도시바 Fuel cell
JP2007048643A (en) * 2005-08-11 2007-02-22 Jsr Corp Membrane electrode assembly
JP2007173009A (en) * 2005-12-21 2007-07-05 Nissan Motor Co Ltd Manufacturing method of membrane-electrode assembly
JP4861025B2 (en) * 2006-03-02 2012-01-25 東芝燃料電池システム株式会社 Electrode for solid polymer electrolyte fuel cell and method for producing the same
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