JP5272571B2 - 燃料電池の製造方法、及び、燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に関する。

従来、電解質膜上に触媒電極層が配置された燃料電池が知られている（特許文献１参照）。触媒電極層は、電解質膜との界面付近で電気化学反応が活性である。

特開２００６−２３６６３１号公報

しかしながら、上記燃料電池において、電解質膜が冷熱サイクルや乾湿サイクルなどにより伸縮すると、触媒電極層に大きな応力が生じ、触媒電極層において、電解質膜との界面付近が破壊されるおそれがあった。その結果、触媒電極層で電気化学反応の活性が低下し、燃料電池性能が低下するおそれがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃料電池の触媒電極層において、電解質膜との界面付近が破壊されることを抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現可能である。燃料電池の製造方法は、電解質膜を用意する工程と、第１面と、前記第１面とは反対面である第２面とを有し、電解質を含む触媒電極層を用意する工程と、前記触媒電極層において、前記第１面の温度が前記電解質のガラス転移温度よりも高い第１温度となると共に、前記第２面の温度が前記ガラス転移温度よりも低い第２温度となるような温度勾配が生じるように、前記第１面および前記第２面に熱を付与する熱付与工程であって、前記触媒電極層において、前記ガラス転移温度となるガラス転移温度地点と前記第１面との最短距離である第１距離が、前記ガラス転移温度地点と前記第２面との最短距離である第２距離よりも長くなるように、前記第１面および前記第２面に前記熱を付与する熱付与工程と、前記電解質膜と前記触媒電極層の前記第１面とが当接するように、前記電解質膜上に前記触媒電極層を配置する配置工程と、を備えることを特徴とする。本発明は、そのほか、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

[適用例１]
燃料電池の製造方法であって、電解質膜を用意する工程と、第１面と、前記第１面とは反対面である第２面とを有し、電解質を含む触媒電極層を用意する工程と、前記触媒電極層において、前記第１面の温度が前記電解質のガラス転移温度よりも高い第１温度となると共に、前記第２面の温度が前記ガラス転移温度よりも低い第２温度となるような温度勾配が生じるように、前記第１面および前記第２面に熱を付与する熱付与工程と、前記電解質膜と前記触媒電極層の前記第１面とが当接するように、前記電解質膜上に前記触媒電極層を配置する配置工程と、を備えることを要旨とする。

上記構成の燃料電池の製造方法によれば、製造した燃料電池の触媒電極層において、電解質膜との界面付近が破壊されることを抑制することができる。

[適用例２]
適用例１に記載の燃料電池において、前記熱付与工程は、前記触媒電極層において、前記ガラス転移温度となるガラス転移温度地点と前記第１面との最短距離である第１距離が、前記ガラス転移温度地点と前記第２面との最短距離である第２距離よりも長くなるように、前記第１面および前記第２面に前記熱を付与することを特徴とする燃料電池の製造方法。

このようにすれば、触媒電極層において、電気化学反応の活性が比較的高い部分の破壊を抑制することができ、燃料電池の電池性能の低下を抑制することができる。

[適用例３]
適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、前記熱付与工程は、前記配置工程後に行われることを特徴とする燃料電池の製造方法。

このようにすれば、配置工程前に熱付与工程が行われる場合と比較して、製造工程を容易化することができる。

[適用例４]
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池において、前記触媒電極層は、単一層で形成されていることを特徴とする燃料電池の製造方法。
このようにすれば、燃料電池の製造工程を短縮・容易化することができる。

[適用例５]
適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池において、前記触媒電極層は、カソードであることを特徴とする燃料電池の製造方法。

このようにすれば、燃料電池のカソードにおいて、電解質膜との界面付近が破壊されることを抑制することができる。

[適用例６]
燃料電池であって、電解質膜と、第１面と、前記第１面とは反対面である第２面とを有し、電解質を含み、前記電解質膜と前記第１面とが当接するように前記電解質膜上に配置され、前記第１面の温度が前記電解質のガラス転移温度よりも高い第１温度となると共に、前記第２面の温度が前記ガラス転移温度よりも低い第２温度となるような温度勾配が生じるように、前記第１面および前記第２面に熱が付与されて成る触媒電極層と、を備えることを要旨とする。

上記構成の燃料電池によれば、製造した燃料電池の触媒電極層において、電解質膜との界面付近が破壊されることを抑制することができる。

[適用例７]
適用例６に記載の燃料電池において、前記触媒電極層は、単一層で形成されていることを特徴とする燃料電池。
このようにすれば、燃料電池の製造工程を短縮・容易化することができる。

[適用例８]
適用例６または適用例７に記載の燃料電池において、前記触媒電極層は、カソードであることを特徴とする燃料電池。

このようにすれば、燃料電池の触媒電極層において、電解質膜との界面付近が破壊されることを抑制することができる。

なお、上記した燃料電池の製造方法の他、触媒電極層の製造方法、カソードの製造方法、アノードの製造方法、膜電極接合体の製造方法、燃料電池セルの製造方法など、他の方法発明としての態様で実現することも可能である。また、本発明は、上記した燃料電池の他、燃料電池セル、膜電極接合体、触媒電極層、カソード、アノードなど他の装置発明の態様として実現することも可能である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、本発明の一実施例に係る燃料電池１００の外観構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１００は、複数の燃料電池セルＣＬと、エンドプレートＥＰと、テンションプレートＴＳと、インシュレータＩＳと、ターミナルＴＭと、を備えている。複数の燃料電池セルＣＬは、インシュレータＩＳおよびターミナルＴＭを挟んで、２枚のエンドプレートＥＰによって挟持される。すなわち、燃料電池１００は、燃料電池セルＣＬが、複数個積層されたスタック構造である。また、燃料電池１００は、テンションプレートＴＳがボルトＢＴによって各エンドプレートＥＰに結合され、各燃料電池セルＣＬを、各部材を積層する方向（以下では、積層方向とも呼ぶ）に所定の力で締結する構造となっている。なお、本実施例の燃料電池１００では、酸化ガスとしては、空気を用い、燃料ガスとしては、水素を用いる。積層方向に直交する方向であって、燃料電池セルＣＬに沿った方向を面方向とも呼ぶ。

図２は、燃料電池１００における燃料電池セルＣＬの概略構成を表わす分解斜視図である。図３は、燃料電池セルＣＬの断面の様子を示す断面模式図である。具体的には、図３は、図２の燃料電池セルＣＬにおけるＡ−Ａ断面を模式的に示した断面図である。燃料電池セルＣＬは、膜電極接合体５（以下では、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）５と呼ぶ）と、ガス拡散層１４，１５と、セパレータ６，７と、を備える。燃料電池セルＣＬは、ＭＥＡ５を、ガス拡散層１４，１５で挟持し、さらに、そのサンドイッチ構造を、セパレータ６，７で挟持して形成される。なお、図２では、ガス拡散層１４は、ＭＥＡ５の裏面に形成されているため、図示されていない。

ＭＥＡ５は、電解質膜１１と、酸化ガスが供給される触媒電極層（以下では、カソードとも呼ぶ）１２と、燃料ガスが供給される触媒電極層（以下では、アノードとも呼ぶ）１３と、を備え、電解質膜１１をカソード１２およびアノード１３で挟持して構成される。言い換えれば、ＭＥＡ５は、電解質膜１１において、一方の面にカソード１２が一方の面に配置され、他方の面にアノード１３が配置されて成る。

電解質膜１１は、固体高分子材料であるフッ素系電解質により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。なお、電解質膜１１は、フッ素系電解質に限らず、例えば、炭化水素系電解質膜であってもよい。

アノード１３は、触媒金属である白金（Ｐｔ）を担持したカーボン（以下では、白金担持カーボンとも呼ぶ）（図示せず）と、フッ素系電解質（図示せず）と、を備えている。なお、アノード１３において、含有する電解質は、フッ素系電解質に限らず、炭化水素系電解質であってもよい。

カソード１２は、白金担持カーボンと、フッ素系電解質と、を備えている。なお、カソード１２において、含有する電解質は、フッ素系電解質に限らず、炭化水素系電解質であってもよい。カソード１２の特徴点については、後述のＭＥＡの製造方法で説明する。

ガス拡散層１４，１５は、導電性を有する多孔質部材であり、例えば、カーボンクロス、カーボンペーパなどの炭素系多孔質体や、金属メッシュ、発泡金属などの金属多孔質体によって形成される。

セパレータ６，７は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成形した金属板によって形成することができる。セパレータ６は、図２および図３に示すように、片面において凸部６ａと凹部６ｂとが交互に形成された凹凸形状を有している。そして、セパレータ６において、凸部６ａは、ガス拡散層１４（カソード１２または電解質膜１１）を押圧し、凹部６ｂは、ガス拡散層１４との間にガス拡散層１４（カソード１２）に対して酸化ガスを給排するため酸化ガス給排流路２０を形成する。また、セパレータ７において、凸部７ａは、ガス拡散層１５（アノード１３または電解質膜１１）を押圧し、凹部７ｂは、ガス拡散層１５との間にガス拡散層１５（アノード１３）に対して燃料ガスを給排するため燃料ガス給排流路３０を形成する。

図２に示すように、セパレータ６，７は、その外周近くの互いに対応する位置に、孔部５３〜５６を備えている。セパレータ６，７を、ＭＥＡ５およびガス拡散層１４，１５と共に積層して燃料電池１００を組み立てると、積層された各セパレータ６，７の対応する位置に設けられた孔部は、互いに重なり合って、積層方向に燃料電池１００内部を貫通する流路を形成する。具体的には、孔部５３は、酸化ガス供給マニホールドを形成し、孔部５４は、酸化ガス排出マニホールドを形成し、孔部５５は、燃料ガス供給マニホールドを形成し、孔部５６は、燃料ガス排出マニホールドを形成する。酸化ガス供給マニホールドは、酸化ガス給排流路２０に酸化ガスを導入するための流路であり、酸化ガス排出マニホールドは、酸化ガス給排流路２０から酸化ガスを排出するための流路である。燃料ガス供給マニホールドは、燃料ガス給排流路３０に燃料ガスを導入するための流路であり、燃料ガス排出マニホールドは、燃料ガス給排流路３０から燃料ガスを排出すための流路である。

燃料電池セルＣＬは、上記各マニホールド、酸化ガス給排流路２０、および、燃料ガス給排流路３０におけるガスシール性を確保するための図示しないシール部材が配設されている。また、燃料電池１００において、燃料電池セルＣＬ間に、燃料電池セルＣＬを冷却するための冷却機構（図示せず）が配設されている。

Ａ２．燃料電池の製造方法：
以下に、本実施例の燃料電池１００の製造方法を説明する。この燃料電池１００の製造方法では、ＭＥＡ５を製造し、それを用いて、燃料電池セルＣＬを製造し、そして、その燃料電池セルＣＬを用いて、燃料電池１００を製造する。以下に、具体的に説明する。

図４は、本実施例におけるＭＡＥ５の製造方法のフローチャートである。このＭＥＡ５の製造方法では、電解質膜１１、および、２つのテフロン基材（テフロンは登録商標）を用意する（ステップＳ１０）。

次に、白金担持カーボン、フッ素系電解質、溶媒（水またはエタノール）を用意し、カソード用およびアノード用の触媒インクを作成する（ステップＳ２０）。具体的には、白金担持カーボンと、フッ素系電解質とを、溶媒に溶かし、超音波振動装置を用いて、ミキシングすることによりカソード用触媒インクを作成する。また、アノード用触媒インクも、カソード用触媒インクと同様にして作成する。

続いて、カソード用触媒インクを、テフロン基材（テフロンは登録商標）に塗布し、所定時間乾燥させ、カソードを形成する。また、アノード用触媒インクも、同様にして、アノードを形成する（ステップＳ３０）。

次に、電解質膜１１において、一方の面に、カソードを転写し、他方の面に、アノードを転写する（ステップＳ４０）。電解質膜１１において、一方の面にカソードが転写され、他方の面にアノードが転写された積層体を、以下では、単に積層体と呼ぶ。また、積層体のカソードにおいて、電解質膜１１と当接する面をカソード当接面とも呼び、カソード当接面とは反対面をカソード外面とも呼ぶ。積層体のアノードにおいて、電解質膜１１と当接する面をアノード当接面とも呼び、アノード当接面とは反対面をアノード外面とも呼ぶ。

そして、ホットプレス装置（図示せず）を用いて、積層体において、アノード外面とカソード外面とを挟持するようにして所定時間、所定圧でホットプレスする（ステップＳ５０）。このステップＳ５０の工程を以下に具体的に説明する。

図５は、積層体において、ホットプレス時における温度―位置関係を示す図である。図５において、縦軸が温度［℃］を示し、横軸がカソード（ＭＥＡ）の厚さ方向（積層方向）の位置を示している。図５に示すように、カソードの厚さ方向（積層方向）において、カソード当接面の地点を当接面地点Ｘｉと呼び、カソード外面の地点を外面地点Ｘｏと呼ぶ。

具体的には、ホットプレス装置を用いて、図５に示すように、アノード外面を温度Ｔｘでホットプレスし、カソード外面を温度Ｔｙでホットプレスする。この温度Ｔｘおよび温度Ｔｙは、以下の（Ｉ），（ＩＩ）の条件を満たすように設定される。
（Ｉ）カソード当接面がカソードに含有されるフッ素系電解質のガラス転移温度Ｔｇよりも高い温度Ｔ１となり、カソード外面がガラス転移温度Ｔｇよりも低い温度Ｔ２となるような温度勾配が生じること。なお、以下では、図５に示すように、ガラス転移温度となっている地点をガラス転移温度地点Ｘｔとも呼ぶ。
（ＩＩ）カソードにおいて、ガラス転移温度地点Ｘｔと当接面地点Ｘｉとの最短距離である第１距離Ｌ１が、ガラス転移温度地点Ｘｔと外面地点Ｘｏとの最短距離である第２距離Ｌ２よりも長くなること。

言い換えれば、ホットプレス装置を用いて、カソード当接面がガラス転移温度Ｔｇよりも高い温度Ｔ１となり、カソード外面が上述のガラス転移温度Ｔｇよりも低い温度Ｔ２となるような温度勾配が生じるように、かつ、カソードにおいて、第１距離Ｌ１が、第２距離Ｌ２よりも長くなるように、アノード外面およびカソード外面に熱を付与する。なお、当然、上記各温度の関係は、Ｔｘ＞Ｔ１＞Ｔｇ＞Ｔ２＞Ｔｙとなる。上記各温度の単位は、［℃］である。

図６は、積層体において、ホットプレス時における温度―位置関係の実験例を示す図である。図６において、縦軸が温度［℃］を示し、横軸がカソード（ＭＥＡ）の厚さ方向（積層方向）の位置を示している。ステップＳ５０の工程において、例えば、カソード（厚さ１０μｍ）において、ガラス転移温度Ｔｇが１２０℃のフッ素系電解質を用いた場合には、以下のようにして、ホットプレスすればよい。すなわち、図６に示すように、アノード外面を２００℃でカソード外面を９０℃で、３．０ＭＰａの圧力で、２０分間ホットプレスすると、温度Ｔ１がガラス転移温度Ｔｇ（１２０℃）より高く、温度Ｔ２がガラス転移温度Ｔｇより低くすることができる共に、第１距離を、第２距離よりも長くすることができた。なお、第１距離の長さは、８μｍとなり、第２距離の長さは、２μｍとなった。

以上の工程を経て、電解質膜１１をカソード１２およびアノード１３で挟持したＭＥＡ５が完成する。

このようにして製造したＭＥＡ５をガス拡散層１４，１５で挟持し、さらに、そのサンドイッチ構造を、セパレータ６，７で挟持することにより燃料電池セルＣＬを製造する。そして、このようにして燃料電池セルＣＬを複数製造し、これら複数の燃料電池セルＣＬを、インシュレータＩＳおよびターミナルＴＭで挟持し、さらに、そのサンドイッチ構造を、２枚のエンドプレートＥＰによって挟持すると共に、テンションプレートＴＳをボルトＢＴでエンドプレートＥＰに結合することによって燃料電池１００を製造することができる。

以上のように、本実施例の燃料電池の製造方法では、ＭＥＡ５の製造方法のステップＳ５０の工程において、ホットプレス装置を用いて、カソード当接面がガラス転移温度Ｔｇよりも高い温度Ｔ１となり、カソード外面が上述のガラス転移温度Ｔｇよりも低い温度Ｔ２となるような温度勾配が生じるように、アノード外面およびカソード外面に熱を付与するようにしている。このようにすれば、カソード１２において、ガラス転移温度地点Ｘｔと外面地点Ｘｏとの間、すなわち、カソード外面付近は、ガラス転移温度Ｔｇよりも低い温度履歴しかないので、フッ素系電解質の結晶性を低くし、カソード１２の厚さ方向（積層方向）で破壊を起こしやすくすることができる。それに伴い、電解質膜１１が冷熱サイクルや乾湿サイクルなどで伸縮することにより、カソード１２に大きな応力が加わった場合であっても、カソード１２において、電気化学反応の活性が比較的高いカソード当接面付近ではなく、電気化学反応の活性が比較的低いカソード外面付近で破壊を起こさせ、電解質膜１１からの大きな応力を軽減させることができる。その結果、カソード１２において、電気化学反応の活性が比較的高いカソード当接面付近の破壊を抑制することができ、燃料電池１００の電池性能の低下を抑制することができる。

また、本実施例の燃料電池の製造方法におけるＭＥＡ５の製造方法では、カソードにおいて、第１距離Ｌ１が、第２距離Ｌ２よりも長くなるように、アノード外面およびカソード外面に対して、熱を付与するようにしている。このようにすれば、電解質膜１１が冷熱サイクルや乾湿サイクルなどで伸縮することにより、カソード１２に大きな応力が加わった場合に、カソード１２において、よりカソード外面に近い部分で破壊を起こさせることができる。その結果、カソード１２において、電気化学反応の活性が比較的高い部分の破壊を抑制することができ、燃料電池１００の電池性能の低下を抑制することができる。

本実施例の燃料電池の製造方法におけるＭＥＡ５の製造方法では、カソード１２を単一層で形成すると共に、単一層内において、電解質膜１１から応力を受けた場合に、電解質膜１１から遠いカソード外面付近で破壊を起こさせるように形成するようにしている。このようにすれば、カソード１２を多層構造とする場合と比較して、ＭＥＡ５の製造工程を短縮・容易化することができる。

Ａ３．燃料電池のカソードの剥離実験：
図７は、本実施例の燃料電池１００および比較例の燃料電池において、カソードの剥離強度を比較した図である。この図７は、詳しくは、本実施例の燃料電池１００（以下では、「燃料電池」を省略し、単に実施例とも呼ぶ）のカソード１２と、比較例の燃料電池（以下では、「燃料電池」を省略し、単に比較例とも呼ぶ）のカソードと、を用いて同条件で剥離実験を行い、実施例のカソード１２の剥離強度［Ｎ］と、比較例のカソードの剥離強度［Ｎ］とを測定した実験結果を示す。図７において、縦軸が剥離強度を示し、横軸がカソードの厚さ方向の位置を示している。また、図７において、実施例のカソード１２の剥離強度を黒抜き四角形で示し、比較例のカソードの剥離強度を白抜き四角形で示している。

実施例のカソード１２は、図６で説明した実験例と同様、カソードにおいて、ガラス転移温度Ｔｇが１２０℃のフッ素系電解質を用い、アノード外面を２００℃でカソード外面を９０℃で、３．０ＭＰａの圧力で、２０分間ホットプレスし、温度Ｔ１がガラス転移温度Ｔｇ（１２０℃）より高く、温度Ｔ２がガラス転移温度Ｔｇより低くして形成されている。一方、比較例のカソードは、ＭＥＡの製造方法において、カソード当接面の温度、および、カソード外面の温度が、それぞれ、ガラス転移温度Ｔｇ（１２０℃）よりも高い１３０℃となるように、ホットプレスして形成されている。実施例と比較例は、この相違点以外では、同様の構成となっている。なお、実施例および比較例とも、カソードの厚さは、１０μｍとなっている。

実施例および比較例において行った剥離実験は、以下の（１）〜（４）に示す手順で行う。なお、この剥離実験は、剥離接着強さ試験方法（ＪＩＳ Ｋ６８５４）を応用したものである。

（１）カソードの所定部分に、粘着テープを貼り、その上から円柱体を一回転させることにより、所定の力で押圧する。
（２）引張試験機（図示せず）を用いて、カソードと、粘着テープとを、粘着テープが剥がれるまで、それぞれ逆方向に引っ張り、その時の荷重値を剥離強度として測定する。
（３）粘着テープに付着したカソード片の厚さをＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて測定する。
（４）カソードの上記所定部分において、電解質膜が露出するまで、上記（１）〜（３）工程を繰り返す。

図７に示すように、比較例のカソードよりも、実施例のカソード１２の方が、外面地点Ｘｏ付近での剥離強度が低くなっており、言い換えれば、比較例のカソードよりも、実施例のカソード１２の方が、外面地点Ｘｏ付近で破壊が起こりやすいと言える。従って、実施例のカソード１２は、カソード外面付近において、ガラス転移温度Ｔｇよりも低い温度履歴しかないことに起因して、フッ素系電解質の結晶性を低くくし、カソード１２の厚さ方向（積層方向）での破壊を起こしやすくなっていると推測することができる。

Ａ４．燃料電池の性能実験：
次に、実施例の燃料電池セルＣＬと比較例の燃料電池セルの電池性能を比較する。実施例の燃料電池セルＣＬおよび比較例の燃料電池セルにおいて行った電池性能の比較実験は、以下の（ａ）〜（ｅ）に示す手順で行う。

（ａ）燃料電池セルに、燃料ガスとして高純度水素を、酸化ガスとして空気を、それぞれ大過剰量流し、燃料電池セル温度を８０℃とし、発電させ、セル電圧を測定する。
（ｂ）燃料電池セルのアノードおよびカソードに露点温度が８０℃であり、０．５Ｌ／ｍｉｎの窒素を１０分間流す。
（ｃ）燃料電池セルを−２０℃の雰囲気下に１時間配置する。
（ｄ）燃料電池セルを８０℃の雰囲気下に１時間配置する。
（ｅ）上記（ａ）〜（ｄ）工程を１００回繰り返す。

（ｂ）〜（ｄ）工程（冷熱サイクル）を１００回繰り返した後のセル電圧は、（ａ）工程で最初に測定したセル電圧に対して、比較例の燃料電池セルが、９３ｍＶ低下したのに対し、実施例の燃料電池セルＣＬは、４１ｍＶしか低下していなかった。このことから、比較例よりも実施例の方が、電解質膜が冷熱サイクルで伸縮することにより、カソードに大きな応力が加わった場合であっても、カソードにおいて、電気化学反応の活性が比較的高いカソード当接面付近で破壊が抑制されていると推測することができ、その結果、電池性能の低下が抑制されていると言える。すなわち、比較例よりも実施例の方が、電池性能が高いと言える。なお、セル電圧は、電流密度を０．８Ａ／ｃｍ²として測定した。

本実施例において、カソード当接面は、特許請求の範囲における第１面に該当し、カソード外面は、特許請求の範囲における第２面に該当し、温度Ｔ１は、特許請求の範囲における第１温度に該当し、温度Ｔ２は、特許請求の範囲における第２温度に該当し、第１距離Ｌ１は、特許請求の範囲における第１距離に該当し、第２距離Ｌ２は、特許請求の範囲における第２距離に該当する。

Ｂ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、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、例えば以下のような変形も可能である。

Ｂ１．変形例１：
上記実施例では、燃料電池１００として、固体高分子型燃料電池を用いているが、本発明は、これに限られるものではなく、固体酸化物型燃料電池電解質型や溶融炭酸塩電解質型等、種々のタイプの燃料電池を用いることができる。

Ｂ２．変形例２：
上記実施例および比較例のカソードの剥離実験において、剥離強度を測定する場合、ＳＡＩＣＡＳや微小硬度計を用いて、剥離強度を測定するようにしてもよい。

Ｂ３．変形例３：
上記実施例のＭＥＡ５の製造方法では、ステップＳ５０の工程において、ホットプレス装置を用いて、カソード当接面がガラス転移温度Ｔｇよりも高い温度Ｔ１となり、カソード外面が上述のガラス転移温度Ｔｇよりも低い温度Ｔ２となるような温度勾配が生じるように、アノード外面およびカソード外面に熱を付与するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、ホットプレス装置を用いて、アノード当接面がアノードに含有される電解質のガラス転移温度Ｔｇ１よりも高い温度となり、カソード外面がガラス転移温度Ｔｇ１よりも低いとなるような温度勾配が生じるように、アノード外面を、ガラス転移温度Ｔｇ１よりも低い温度でホットプレスし、カソード外面を、ガラス転移温度Ｔｇ１よりも高い温度でホットプレスするようにしてもよい。言い換えれば、ホットプレス装置を用いて、アノード当接面がガラス転移温度Ｔｇ１よりも高い温度となり、アノード外面がガラス転移温度Ｔｇ１よりも低い温度となるような温度勾配が生じるように、アノード外面およびカソード外面に熱を付与するようにしてもよい。このようにすれば、アノード１３において、アノード外面付近は、ガラス転移温度Ｔｇ１よりも低い温度履歴しかないので、電解質の結晶性を低くし、アノード１３の厚さ方向（積層方向）で破壊を起こしやすくすることができる。それに伴い、電解質膜１１が冷熱サイクルや乾湿サイクルなどで伸縮することにより、アノード１３に大きな応力が加わった場合であっても、アノード１３において、電気化学反応の活性が比較的高いアノード当接面付近ではなく、電気化学反応の活性が比較的低いアノード外面付近で破壊を起こさせ、電解質膜１１からの大きな応力を軽減させることができる。その結果、アノード１３において、電気化学反応の活性が比較的高いアノード当接面付近の破壊を抑制することができ、燃料電池１００の電池性能の低下を抑制することができる。

本発明の一実施例に係る燃料電池１００の外観構成を示す説明図である。 燃料電池１００における燃料電池セルＣＬの概略構成を表わす分解斜視図である。 燃料電池セルＣＬの断面の様子を示す断面模式図である。 上記実施例におけるＭＡＥ５の製造方法のフローチャートである。 積層体においてホットプレス時における温度―位置関係を示す図である。 積層体においてホットプレス時における温度―位置関係の実験例を示す図である。 上記実施例の燃料電池１００および比較例の燃料電池においてカソードの剥離強度を比較した図である。

符号の説明

５…ＭＥＡ
６…セパレータ
６ａ…凸部
６ｂ…凹部
７…セパレータ
７ａ…凸部
７ｂ…凹部
１１…電解質膜
１２…カソード
１３…アノード
１４，１５…ガス拡散層
２０…酸化ガス給排流路
３０…燃料ガス給排流路
５３〜５６…孔部
１００…燃料電池
Ｔ１…温度
Ｔ２…温度
ＣＬ…燃料電池セル
Ｔｇ…ガラス転移温度
Ｘｉ…当接面地点
Ｘｏ…外面地点
Ｘｔ…ガラス転移温度地点
Ｔｘ…温度
Ｔｙ…温度

Claims (7)

1. 燃料電池の製造方法であって、
   電解質膜を用意する工程と、
   第１面と、前記第１面とは反対面である第２面とを有し、電解質を含む触媒電極層を用意する工程と、
   前記触媒電極層において、前記第１面の温度が前記電解質のガラス転移温度よりも高い第１温度となると共に、前記第２面の温度が前記ガラス転移温度よりも低い第２温度となるような温度勾配が生じるように、前記第１面および前記第２面に熱を付与する熱付与工程であって、前記触媒電極層において、前記ガラス転移温度となるガラス転移温度地点と前記第１面との最短距離である第１距離が、前記ガラス転移温度地点と前記第２面との最短距離である第２距離よりも長くなるように、前記第１面および前記第２面に前記熱を付与する熱付与工程と、
   前記電解質膜と前記触媒電極層の前記第１面とが当接するように、前記電解質膜上に前記触媒電極層を配置する配置工程と、
   を備えることを特徴とする燃料電池の製造方法。
2. 請求項１に記載の燃料電池の製造方法において、
   前記熱付与工程は、前記配置工程後に行われることを特徴とする燃料電池の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池の製造方法において、
   前記触媒電極層は、単一層で形成されていることを特徴とする燃料電池の製造方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池の製造方法において、
   前記触媒電極層は、カソードであることを特徴とする燃料電池の製造方法。
5. 燃料電池であって、
   電解質膜と、
   第１面と、前記第１面とは反対面である第２面とを有し、電解質を含み、前記電解質膜と前記第１面とが当接するように前記電解質膜上に配置され、前記第１面の温度が前記電解質のガラス転移温度よりも高い第１温度となると共に、前記第２面の温度が前記ガラス転移温度よりも低い第２温度となるような温度勾配が生じるように、前記第１面および前記第２面に熱が付与されて成る触媒電極層であって、前記ガラス転移温度となるガラス転移温度地点と前記第１面との最短距離である第１距離が、前記ガラス転移温度地点と前記第２面との最短距離である第２距離よりも長くなるように、前記第１面および前記第２面に前記熱が付与されて成る触媒電極層と、
   を備えることを特徴とする燃料電池。
6. 請求項５に記載の燃料電池において、
   前記触媒電極層は、
   単一層で形成されていることを特徴とする燃料電池。
7. 請求項５または請求項６に記載の燃料電池において、
   前記触媒電極層は、カソードであることを特徴とする燃料電池。

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