JP5369740B2 - Manufacturing method of fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell equipped with an electrode in a distribution state in which a distribution state of electrolyte is as aimed at in a thickness direction. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the fuel cell includes a first process for measuring each of a plurality of frequency AC impedances in a plurality of regions of a first membrane electrode assembly equipped with a first electrode containing a first electrolyte manufactured under given manufacturing conditions, a second process for estimating a distribution of the first electrolyte in a thickness direction of the first electrode based on an AC impedance of each frequency measured respectively to each regions in the first membrane electrode assembly, and a third process, in case, among regions in the first membrane electrode assembly, a first region which is not the desired distribution aimed at the distribution estimate result of the first electrolyte in the second process exists, manufacturing a second electrode containing second electrolyte by adjusting manufacturing conditions to a region corresponding to the first region based on the distribution estimate result of the first region. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、燃料電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell.

電極に電解質を含んだ燃料電池が知られている(下記特許文献1参照)。   A fuel cell including an electrolyte in an electrode is known (see Patent Document 1 below).

特開2005−071882号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-071882

ところで、厚さ方向において、電解質の分布状態が製造者の意図する分布状態である電極を備えた燃料電池を製造したいという要望があった。   By the way, in the thickness direction, there has been a demand for manufacturing a fuel cell including an electrode whose distribution state of electrolyte is a distribution state intended by the manufacturer.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、厚さ方向において、電解質の分布状態が意図する分布状態である電極を備えた燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell including an electrode whose distribution state of electrolyte is intended in the thickness direction.

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、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。
本発明の一形態によれば、燃料電池の製造方法が提供される。この燃料電池の製造方法は、所定の製造条件で製造される第1電解質を含む第1電極を備える第1膜電極接合体の複数の領域において、複数の周波数の交流インピーダンスをそれぞれ測定する第1工程と、 前記第1膜電極接合体における各領域に対して、それぞれ測定した各周波数における前記交流インピーダンスに基づいて、前記第1電極の厚さ方向の前記第1電解質の分布を推定する第2工程と、第2電解質を含む第2電極を製造する工程であって、前記第1膜電極接合体における各領域のうち、前記第2工程における前記第1電解質の分布推定結果が意図する分布状態でない第1領域がある場合において、前記第1領域の前記分布推定結果に基づいて、厚さ方向における第2電解質の分布が意図する分布状態となるように、前記第1領域に対応する領域に対して前記製造条件を調整することにより前記第2電極を製造する第3工程と、を備える。この形態の燃料電池の製造方法によれば、厚さ方向における電解質の分布状態が意図する分布状態である電極を備えた燃料電池を製造することができる。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
According to one aspect of the present invention, a method for manufacturing a fuel cell is provided. The fuel cell manufacturing method includes a first method of measuring AC impedances of a plurality of frequencies in a plurality of regions of a first membrane electrode assembly including a first electrode including a first electrolyte manufactured under predetermined manufacturing conditions. And a step of estimating a distribution of the first electrolyte in the thickness direction of the first electrode based on the alternating current impedance at each frequency measured for each region in the first membrane electrode assembly And a step of manufacturing a second electrode including a second electrolyte, and the distribution state intended by the distribution estimation result of the first electrolyte in the second step among the regions in the first membrane electrode assembly In the case where there is a non-first region, the first region is set so that the distribution of the second electrolyte in the thickness direction is in the intended distribution state based on the distribution estimation result of the first region. And a third step of manufacturing the second electrode by adjusting the manufacturing conditions with respect to the region corresponding to the region. According to the fuel cell manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture a fuel cell including an electrode whose distribution state of electrolyte in the thickness direction is intended.

[適用例1]
燃料電池の製造方法であって、所定の製造条件で製造される第1電解質を含む第1電極を備える第1膜電極接合体の複数の領域において、複数の周波数の交流インピーダンスをそれぞれ測定する第1工程と、前記第1膜電極接合体における各領域に対して、それぞれ測定した各周波数における前記交流インピーダンスに基づいて、前記第1電極の厚さ方向の前記第1電解質の分布を推定する第2工程と、第2電解質を含む第2電極を製造する工程であって、前記第1膜電極接合体における各領域のうち、前記第2工程における前記第1電解質の分布推定結果が意図する分布でない第1領域がある場合において、前記第1領域の前記分布推定結果に基づいて、前記第1領域に対応する領域に対して前記製造条件を調整することにより前記第2電極を製造する第3工程と、を備えることを要旨とする。
[Application Example 1]
A method for manufacturing a fuel cell, comprising: measuring a plurality of alternating current impedances at a plurality of frequencies in a plurality of regions of a first membrane electrode assembly including a first electrode including a first electrolyte manufactured under predetermined manufacturing conditions. And estimating the distribution of the first electrolyte in the thickness direction of the first electrode based on the AC impedance at each measured frequency for each region in the first membrane electrode assembly. 2 steps and a step of manufacturing a second electrode including a second electrolyte, the distribution of which the distribution estimation result of the first electrolyte in the second step is intended among the respective regions in the first membrane electrode assembly When there is a first region that is not, the second electric power is adjusted by adjusting the manufacturing condition for the region corresponding to the first region based on the distribution estimation result of the first region. A third step of producing, and summarized in that comprises a.

上記構成の製造方法によれば、厚さ方向における電解質の分布状態が意図する分布状態である電極を備えた燃料電池を製造することができる。   According to the manufacturing method of the said structure, the fuel cell provided with the electrode which is the distribution state which the distribution state of the electrolyte in the thickness direction intends can be manufactured.

[適用例2]
適用例1に記載の製造方法において、前記製造条件は、前記第3電極の製造過程における乾燥条件を含むことを特徴とする製造方法。
[Application Example 2]
The manufacturing method according to Application Example 1, wherein the manufacturing condition includes a drying condition in a manufacturing process of the third electrode.

このようにすれば、厚さ方向における電解質の分布状態が意図する分布状態である電極を備えた燃料電池を容易に製造することができる。   In this way, it is possible to easily manufacture a fuel cell including an electrode in which the distribution state of the electrolyte in the thickness direction is the intended distribution state.

[適用例3]
適用例1または適用例2に記載の製造方法において、前記第3工程は、前記第2電解質を溶解可能な溶媒と、触媒担持担体と、基材と、を用意する工程と、前記第2電解質と、前記溶媒と、前記触媒担持担体と、から触媒インクを作成する工程と、前記触媒インクを、前記基材に塗工し、層状インクを作成する工程と、前記第1膜電極接合体における各領域のうち、前記第4工程における前記第1電解質の分布推定結果が意図する分布でない第1領域がある場合において、前記層状インクの前記第1領域に対応する領域に対して、前記分布推定結果に基づいて、前記乾燥条件を調整し、乾燥させる第4工程と、を含むことを特徴とする製造方法。
[Application Example 3]
In the manufacturing method according to Application Example 1 or Application Example 2, the third step includes a step of preparing a solvent capable of dissolving the second electrolyte, a catalyst-supporting carrier, and a base material, and the second electrolyte. A step of creating a catalyst ink from the solvent and the catalyst-carrying carrier, a step of applying the catalyst ink to the base material to create a layered ink, and the first membrane electrode assembly In each region, when there is a first region where the distribution estimation result of the first electrolyte in the fourth step is not an intended distribution, the distribution estimation is performed for a region corresponding to the first region of the layered ink. And a fourth step of adjusting and drying the drying conditions based on the results.

このようにすれば、厚さ方向における電解質の分布状態が意図する分布状態である電極を備えた燃料電池を製造することができる。   In this way, it is possible to manufacture a fuel cell including an electrode in which the distribution state of the electrolyte in the thickness direction is the intended distribution state.

[適用例4]
適用例3に記載の製造方法において、前記乾燥条件は、前記層状インクにおける前記第1領域に対応する領域において、乾燥させる乾燥面上の乾燥温度、前記乾燥面上の風速、前記乾燥面上の相対湿度のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする製造方法。
[Application Example 4]
In the manufacturing method according to Application Example 3, the drying conditions include: a drying temperature on a drying surface to be dried, a wind speed on the drying surface, and a speed on the drying surface in a region corresponding to the first region in the layered ink. A manufacturing method comprising at least one of relative humidity.

このようにすれば、厚さ方向における電解質の分布状態が意図する分布状態である電極を備えた燃料電池を容易に製造することができる。   In this way, it is possible to easily manufacture a fuel cell including an electrode in which the distribution state of the electrolyte in the thickness direction is the intended distribution state.

[適用例5]
適用例1ないし適用例4のいずれかに記載の製造方法において、前記第1工程は、各周波数における前記交流インピーダンスに基づいて、複素インピーダンスプロットを検出する工程と、前記複素インピーダンスプロットに基づいて、前記第1電極の厚さ方向の前記第1電解質の分布を推定する工程と、を含むことを特徴とする製造方法。
[Application Example 5]
In the manufacturing method according to any one of Application Example 1 to Application Example 4, the first step includes a step of detecting a complex impedance plot based on the AC impedance at each frequency, and based on the complex impedance plot. Estimating the distribution of the first electrolyte in the thickness direction of the first electrode.

このようにすれば、厚さ方向における電解質の分布状態を正確に推定することができる。   In this way, the distribution state of the electrolyte in the thickness direction can be accurately estimated.

[適用例6]
適用例1ないし適用例5のいずれかに記載の製造方法において、前記第2工程は、前記第1膜電極接合体の前記第1電極に不活性ガスを導入した状態で、各周波数における前記第1膜電極接合体の交流インピーダンスを測定することを特徴とする製造方法。
[Application Example 6]
In the manufacturing method according to any one of Application Example 1 to Application Example 5, in the second step, the first gas at each frequency is in a state where an inert gas is introduced into the first electrode of the first membrane electrode assembly. A manufacturing method characterized by measuring an alternating current impedance of one membrane electrode assembly.

このようにすれば、厚さ方向における電解質の分布状態を正確に推定することができる。   In this way, the distribution state of the electrolyte in the thickness direction can be accurately estimated.

[適用例7]
適用例1ないし適用例6のいずれかに記載の製造方法において、前記第2電極を用いて第2膜電極接合体を製造する工程を備えることを特徴とする製造方法。
[Application Example 7]
The manufacturing method according to any one of Application Example 1 to Application Example 6, including a step of manufacturing a second membrane electrode assembly using the second electrode.

このようにすれば、製造者の意図通りの第2膜電極接合体を製造することができる。   If it does in this way, the 2nd membrane electrode assembly as a manufacturer's intent can be manufactured.

[適用例8]
適用例1ないし適用例7のいずれかに記載の製造方法において、前記第2電極は、カソードであることを特徴とする製造方法。
[Application Example 8]
8. The manufacturing method according to any one of application examples 1 to 7, wherein the second electrode is a cathode.

このようにすれば、厚さ方向における電解質の分布状態が意図する分布状態であるカソードを製造することができる。   In this way, it is possible to manufacture a cathode in which the distribution state of the electrolyte in the thickness direction is the intended distribution state.

なお、本発明は、上記した燃料電池の製造方法の他、膜電極接合体の製造方法、または、燃料電池用電極の製造方法等、他の方法発明の態様で実現することも可能である。また、方法発明の態様に限ることなく、装置発明としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。   The present invention can also be realized in other aspects of the method invention, such as a method for manufacturing a membrane electrode assembly or a method for manufacturing a fuel cell electrode, in addition to the method for manufacturing a fuel cell described above. Further, the present invention is not limited to the aspect of the method invention, and can be realized as an aspect of the apparatus invention. Further, aspects as a computer program for constructing those methods and apparatuses, aspects as a recording medium recording such a computer program, data signals embodied in a carrier wave including the computer program, etc. It can also be realized in various ways.

本発明の一実施例としての燃料電池における燃料電池セルCLの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the fuel cell CL in the fuel cell as one Example of this invention. 実施例における燃料電池セルCLの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the fuel cell CL in an Example. MEAの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of MEA. 基材K上に層状インクSを形成し乾燥させる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the layered ink S is formed on the base material K, and it is made to dry. 本実施例で用いる状態推定装置10と燃料電池セルとの接続の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the connection of the state estimation apparatus 10 and fuel cell which are used by a present Example. 燃料電池のサイクリックボルタモグラムを示す図である。It is a figure which shows the cyclic voltammogram of a fuel cell. 複素インピーダンスプロットVを示す図である。It is a figure which shows the complex impedance plot V. FIG. 複素インピーダンスプロットVにおいて転換点P付近を拡大した図である。FIG. 6 is an enlarged view of the vicinity of a turning point P in a complex impedance plot V. 新たなMEAの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of new MEA. 層状インクSにおける乾燥条件の例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of drying conditions in the layered ink S. FIG.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
A.実施例:
A1.燃料電池の構成:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池における燃料電池セルCLの概略構成を示す図である。本実施例の燃料電池は、固体高分子型の燃料電池であり、酸化ガス(例えば、空気)と、燃料ガス(例えば、水素)とを用いて、発電を行う。燃料電池は、複数の燃料電池セルCLと、2つのエンドプレート(図示せず)と、2つのターミナル(図示せず)と、2つのインシュレータ(図示せず)と、を備えている。燃料電池は、複数の燃料電池セルCLを、ターミナルおよびインシュレータで挟持し、さらにそのサンドイッチ構造を、2つのエンドプレートによって挟持したスタック構造を有している。また、燃料電池は、テンションプレート(図示せず)がボルト(図示せず)によって各エンドプレートに結合されることによって、各燃料電池セルCLを、積層方向に所定の力で締結する構造となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
A. Example:
A1. Fuel cell configuration:
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell CL in a fuel cell as one embodiment of the present invention. The fuel cell of the present embodiment is a solid polymer type fuel cell, and generates power using an oxidizing gas (for example, air) and a fuel gas (for example, hydrogen). The fuel cell includes a plurality of fuel cells CL, two end plates (not shown), two terminals (not shown), and two insulators (not shown). The fuel cell has a stack structure in which a plurality of fuel cells CL are sandwiched between terminals and insulators, and the sandwich structure is sandwiched between two end plates. Further, the fuel cell has a structure in which each fuel cell CL is fastened with a predetermined force in the stacking direction by connecting a tension plate (not shown) to each end plate by a bolt (not shown). ing.

燃料電池セルCLは、図1に示すように、膜電極接合体5(以下では、MEA(Membrane Electrode Assembly)5と呼ぶ)と、セパレータ6,7と、シール部材110と、を備える。   As shown in FIG. 1, the fuel battery cell CL includes a membrane electrode assembly 5 (hereinafter, referred to as MEA (Membrane Electrode Assembly) 5), separators 6 and 7, and a seal member 110.

MEA5は、電解質膜11と、電解質膜11の両面に配置されるカソード12およびアノード13と、カソード12の外側面に配置されるガス拡散層14と、アノード13の外側面に配置されるガス拡散層15とから成る。   The MEA 5 includes an electrolyte membrane 11, a cathode 12 and an anode 13 disposed on both surfaces of the electrolyte membrane 11, a gas diffusion layer 14 disposed on the outer surface of the cathode 12, and a gas diffusion disposed on the outer surface of the anode 13. Layer 15.

電解質膜11は、固体高分子材料であ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、フッ素系樹脂に限ることなく、例えば、炭化水素系樹脂で構成されていてもよい。   The electrolyte membrane 11 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a fluorine-based resin that is a solid polymer material, and exhibits good proton conductivity in a wet state. The electrolyte membrane 11 is not limited to the fluorine resin, and may be composed of, for example, a hydrocarbon resin.

カソード12、および、アノード13は、触媒金属(例えば、白金(Pt))を担持した担体(例えば、カーボン)と、電解質(例えば、フッ素系樹脂)とから構成される。なお、カソード12、または、アノード13に含まれる電解質は、フッ素系樹脂に限ることなく、例えば、炭化水素系樹脂で構成されていてもよい。   The cathode 12 and the anode 13 are composed of a carrier (for example, carbon) supporting a catalyst metal (for example, platinum (Pt)) and an electrolyte (for example, a fluorine resin). Note that the electrolyte contained in the cathode 12 or the anode 13 is not limited to the fluorine-based resin, and may be composed of, for example, a hydrocarbon-based resin.

ガス拡散層14,15は、導電性を有するカーボン製の多孔質部材であり、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパによって形成される。   The gas diffusion layers 14 and 15 are conductive carbon porous members, and are formed of, for example, carbon cloth or carbon paper.

燃料電池セルCLにおいて各部材を積層する方向を積層方向とも呼ぶ。積層方向は、燃料電池セルCLの各部材の厚さ方向と同一の方向である。また、積層方向(厚さ方向)に垂直な方向であり、燃料電池セルCLの各部材の面に沿った方向を面方向とも呼ぶ。   A direction in which the members are stacked in the fuel cell CL is also referred to as a stacking direction. The stacking direction is the same direction as the thickness direction of each member of the fuel cell CL. Moreover, it is a direction perpendicular | vertical to a lamination direction (thickness direction), and the direction along the surface of each member of the fuel cell CL is also called a surface direction.

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、片面において凸部18aと凹部18b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18a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18b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セル内流路18を形成する。また、セパレータ7は、片面において凸部19aと凹部19bとが交互に形成された凹凸形状を有している。セパレータ7において、凸部19a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19b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セル内流路19を形成する。   The separators 6 and 7 can be formed of a gas-impermeable conductive member, for example, dense carbon that has been made to be gas-impermeable by compressing carbon, or a press-molded metal plate. The separator 6 has an uneven shape in which convex portions 18a and concave portions 18b are alternately formed on one side. In the separator 6, the convex portion 18 a presses the gas diffusion layer 14 (cathode 12 or the electrolyte membrane 11), and the concave portion 18 b is between the gas diffusion layer 14 and the gas diffusion layer 14 (cathode 12). An in-cell flow path 18 is formed to supply and discharge oxidizing gas. The separator 7 has an uneven shape in which convex portions 19a and concave portions 19b are alternately formed on one side. In the separator 7, the convex portion 19 a presses the gas diffusion layer 15 (the anode 13 or the electrolyte membrane 11), and the concave portion 19 b is between the gas diffusion layer 15 and the fuel gas with respect to the gas diffusion layer 15 (anode 13). In-cell flow path 19 is formed to supply and discharge the gas.

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103〜106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内部を貫通する流路を形成する。具体的には、孔部103は、酸化ガス供給マニホールドを形成し、孔部104は、酸化ガス排出マニホールドを形成し、孔部105は、燃料ガス供給マニホールドを形成し、孔部106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、セル内流路18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、セル内流路18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、セル内流路19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、セル内流路19から燃料ガスを排出すための流路である。   The separators 6 and 7 are provided with holes 103 to 106 at positions corresponding to each other near the outer periphery thereof. When the fuel cells are assembled by laminating the separators 6 and 7 together with the MEA 5 and the gas diffusion layers 14 and 15, the holes provided in the corresponding positions of the laminated separators 6 and 7 overlap each other, and the stacking direction A flow path penetrating the inside of the fuel cell is formed. Specifically, the hole 103 forms an oxidizing gas supply manifold, the hole 104 forms an oxidizing gas discharge manifold, the hole 105 forms a fuel gas supply manifold, and the hole 106 is a fuel. A gas exhaust manifold is formed. The oxidizing gas supply manifold is a channel for introducing oxidizing gas into the in-cell channel 18, and the oxidizing gas discharge manifold is a channel for discharging oxidizing gas from the in-cell channel 18. The fuel gas supply manifold is a flow path for introducing fuel gas into the in-cell flow path 19, and the fuel gas discharge manifold is a flow path for discharging fuel gas from the in-cell flow path 19.

シール部材110は、燃料電池セルCLにおいて、セル内流路18、セル内流路19、および、上記各マニホールド周辺に配設され、セル内流路18、セル内流路19、および、上記各マニホールドのガスシール性を確保する。   In the fuel cell CL, the seal member 110 is disposed around the in-cell flow path 18, the in-cell flow path 19, and the respective manifolds, and the in-cell flow path 18, the in-cell flow path 19 and the above-mentioned respective flow paths. Ensure the gas seal of the manifold.

A2.燃料電池セルCLの製造方法:
以下に本実施例の燃料電池における燃料電池セルCLの製造方法を説明する。この燃料電池セルCLの製造方法は、所定の製造者によって行われる。
A2. Manufacturing method of fuel cell CL:
A method for manufacturing the fuel cell CL in the fuel cell of the present embodiment will be described below. The manufacturing method of the fuel cell CL is performed by a predetermined manufacturer.

図2は、本実施例における燃料電池セルCLの製造方法を示すフローチャートである。本実施例における燃料電池セルCLの製造方法では、製造者は、まず、MEAを製造する(ステップS10)。   FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing the fuel cell CL in the present embodiment. In the manufacturing method of the fuel cell CL in the present embodiment, the manufacturer first manufactures the MEA (Step S10).

図3は、MEAの製造方法を示すフローチャートである。図4は、基材K上に層状インクSを形成し、乾燥させる様子を示す図である。MEAの製造工程では、図3に示すように、まず、電解質(例えば、フッ素系樹脂)と、溶媒(例えば、水、アルコール等)と、触媒担持担体(例えば、白金担持カーボン)と、テフロン(登録商標)製の基材Kとを用意する(図3:ステップS110)。   FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the MEA. FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the layered ink S is formed on the substrate K and dried. In the MEA manufacturing process, as shown in FIG. 3, first, an electrolyte (for example, fluorine-based resin), a solvent (for example, water, alcohol, etc.), a catalyst-supported carrier (for example, platinum-supported carbon), Teflon ( A base material K made of (registered trademark) is prepared (FIG. 3: step S110).

次に、電解質、溶媒、および、触媒担持担体を、混合させ、触媒インクを作成する(図3:ステップS120)。触媒インクを基材K上にデカール法で塗工して、図4に示すように、層状インクSを形成する(図3:ステップS130)。   Next, the electrolyte, the solvent, and the catalyst-supporting carrier are mixed to prepare a catalyst ink (FIG. 3: step S120). The catalyst ink is applied onto the substrate K by a decal method to form a layered ink S as shown in FIG. 4 (FIG. 3: step S130).

続いて、層状インクSを、図4に示すように、3つの領域(領域Qc1、領域Qc2、および、領域Qc3)に区分する(ステップS135)。   Subsequently, the layered ink S is divided into three regions (region Qc1, region Qc2, and region Qc3) as shown in FIG. 4 (step S135).

層状インクSの各領域(領域Qc1、領域Qc2、および、領域Qc3)に対して、熱風発生装置KS1,KS2,KS3をそれぞれ配置する。そして、層状インクSの各領域に対応する熱風発生装置を用いて、各領域ごとにそれぞれ熱風を流し乾燥させ、カソードを製造する(図3:ステップS140)。層状インクSを乾燥させる際には、乾燥させる乾燥面SAを選択し、各領域ごとに乾燥面SA上の熱風の温度、および、乾燥面SA上の熱風の風速を調整する。この場合、例えば、各熱風発生装置KS1,KS2,KS3から流す熱風の温度、または、熱風の風速は、同条件とする。乾燥面SAは、層状インクSにおいて、基材Kと接する面とは反対面である。   For each region (region Qc1, region Qc2, and region Qc3) of the layered ink S, hot air generators KS1, KS2, and KS3 are respectively disposed. Then, using a hot air generator corresponding to each region of the layered ink S, hot air is flowed and dried for each region to manufacture a cathode (FIG. 3: step S140). When drying the layered ink S, the drying surface SA to be dried is selected, and the temperature of the hot air on the drying surface SA and the wind speed of the hot air on the drying surface SA are adjusted for each region. In this case, for example, the temperature of the hot air flowing from each of the hot air generators KS1, KS2, and KS3 or the wind speed of the hot air is set to the same condition. The dry surface SA is the surface opposite to the surface in contact with the substrate K in the layered ink S.

次に、アノード、および、電解質膜を用意し(図3:ステップS150)、電解質膜を、製造したカソードとアノードとで挟持することで、MEAを製造する(ステップS160)。この場合、カソード(層状インク)は、基材Kごと電解質膜に転写するので、乾燥面SAが電解質膜と接する。以下では、カソード(層状インクS)において、乾燥面SAの反対面を乾燥面反対面SBとも呼ぶ。また、製造したMEAにおいて、カソードの領域Qc1,領域Qc2,領域Qc3に対応する領域を、それぞれ、領域Q1,領域Q2,領域Q3とも呼ぶ。   Next, an anode and an electrolyte membrane are prepared (FIG. 3: Step S150), and the MEA is manufactured by sandwiching the electrolyte membrane between the manufactured cathode and anode (Step S160). In this case, since the cathode (layered ink) is transferred to the electrolyte membrane together with the substrate K, the dry surface SA is in contact with the electrolyte membrane. Hereinafter, in the cathode (layered ink S), the opposite surface of the drying surface SA is also referred to as a drying surface opposite surface SB. In the manufactured MEA, regions corresponding to the cathode region Qc1, the region Qc2, and the region Qc3 are also referred to as a region Q1, a region Q2, and a region Q3, respectively.

次に、図2に示すように、製造したMEAを用いて、MEAの各領域Q1,領域Q2,領域Q3に独立してガスを導入可能な燃料電池セルを製造する(ステップS20)。具体的には、セパレータ6,7とは異なるセパレータであって、MEAの各領域Q1,領域Q2,領域Q3に独立してガスを導入可能なセパレータ、および、シール部材110を用意し、製造したMEAの周囲にシール部材110を配置し、それらを用意したセパレータで挟持することにより、この燃料電池セルを製造する。   Next, as shown in FIG. 2, using the manufactured MEA, a fuel cell that can introduce gas independently into each of the regions Q1, Q2, and Q3 of the MEA is manufactured (step S20). Specifically, a separator that is different from the separators 6 and 7 and that can introduce gas independently into each region Q1, region Q2, and region Q3 of the MEA and a seal member 110 were prepared and manufactured. The fuel cell is manufactured by disposing the seal member 110 around the MEA and sandwiching them with a prepared separator.

製造した燃料電池セルにおいて、カソードおよびアノードの領域Q1〜領域Q3に対して、不活性ガスとしての窒素および活性ガスとしての水素をそれぞれ封入する。そして、燃料電池セルのMEAにおける各領域ごとに、状態推定装置10を用いて、複数の周波数における交流インピーダンスを測定する(ステップS30)。以下に具体的に説明する。   In the manufactured fuel cell, nitrogen as an inert gas and hydrogen as an active gas are sealed in the cathode and anode regions Q1 to Q3, respectively. And the alternating current impedance in a several frequency is measured for every area | region in MEA of a fuel cell using the state estimation apparatus 10 (step S30). This will be specifically described below.

図5は、本実施例で用いる状態推定装置10と燃料電池セルとの接続の様子を示す図である。まず、図5に示すように、製造した燃料電池セル(セパレータ)において、交流インピーダンスを測定したいMEA領域に対応する部分に、状態推定装置10と接続される配線20およびセンシング線30を接続する。状態推定装置10は、配線20を介して燃料電池セルに複数周波数の交流電流を流し、センシング線30を介して、燃料電池セルの電圧を測定し、MEAのセンシング線30が接続された領域に対して、各周波数における交流インピーダンスを測定する。これら工程を、MEAの各領域ごとに行い、MEAの各領域ごとに、各周波数における交流インピーダンスを測定する。図5では、MEAの領域Q1において、交流インピーダンスを測定する様子を示している。なお、MEAの所定領域で、交流インピーダンスの測定を行っている場合には、MEAの他の領域において、カソードおよびアノードに、窒素および水素の封入を行わないようにする。燃料電池セルに導入する水素および窒素は、低加湿なガスを用いる。例えば、燃料電池セルに導入する水素および窒素の相対湿度は、0.1〜60%の範囲内であることが好ましく、10〜20%の範囲内であることが特に好ましい。本実施例において、燃料電池セルに導入する水素および窒素の温度は、23℃程度としている。   FIG. 5 is a diagram illustrating a state of connection between the state estimation device 10 and the fuel cell used in the present embodiment. First, as shown in FIG. 5, in the manufactured fuel battery cell (separator), the wiring 20 and the sensing wire 30 connected to the state estimation device 10 are connected to the portion corresponding to the MEA region where the AC impedance is to be measured. The state estimation device 10 causes a plurality of frequency alternating currents to flow through the fuel cell via the wiring 20, measures the voltage of the fuel cell via the sensing wire 30, and in the region where the sensing wire 30 of the MEA is connected. In contrast, the AC impedance at each frequency is measured. These steps are performed for each region of the MEA, and the AC impedance at each frequency is measured for each region of the MEA. FIG. 5 shows how AC impedance is measured in the MEA region Q1. Note that when AC impedance is measured in a predetermined area of the MEA, nitrogen and hydrogen are not sealed in the cathode and anode in other areas of the MEA. As the hydrogen and nitrogen introduced into the fuel cell, a low humidified gas is used. For example, the relative humidity of hydrogen and nitrogen introduced into the fuel cell is preferably in the range of 0.1 to 60%, and particularly preferably in the range of 10 to 20%. In this embodiment, the temperature of hydrogen and nitrogen introduced into the fuel battery cell is about 23 ° C.

図6は、燃料電池のサイクリックボルタモグラムを示す図である。縦軸が電流[A]を示し、横軸が電圧[V]を示す。ステップS30の工程において、状態推定装置10は、燃料電池セルに交流電流を流す場合には、印加電圧が、図6に示すように、サイクリックボルタモグラムの電気2重層領域(約0.3〜0.5V)内の電圧となるように、電流を調整する。   FIG. 6 is a diagram showing a cyclic voltammogram of the fuel cell. The vertical axis represents current [A], and the horizontal axis represents voltage [V]. In the step S30, the state estimating device 10 applies an electric double layer region (about 0.3 to 0) of a cyclic voltammogram as shown in FIG. Adjust the current so that the voltage is within 5V).

次に、製造した燃料電池セルに対して、MEAの各領域ごとに、複素インピーダンスプロットVを検出する(ステップS40)。図7を用いて複素インピーダンスプロットVについて説明する。なお、複素インピーダンスプロットは、コール・コールプロットとも呼ばれる。   Next, the complex impedance plot V is detected for each region of the MEA for the manufactured fuel cell (step S40). The complex impedance plot V will be described with reference to FIG. The complex impedance plot is also called a Cole-Cole plot.

図7は、複素インピーダンスプロットVを示す図である。図7において、縦軸は、交流インピーダンスの虚部値Z2を表しており、以下では、虚部軸とも呼び、横軸は、交流インピーダンスの実部値Z1を表しており、以下では、実部軸とも呼ぶ。この複素インピーダンスプロットVは、虚部軸と実部軸とで形成される平面(以下では、複素平面とも呼ぶ)において、ステップS30の工程で測定した各周波数における交流インピーダンスの実部値Z1および虚部値Z2との関係を示す。詳しくは、複素インピーダンスプロットVは、複素平面において、検出した各周波数において交流インピーダンスの実部値Z1および虚部値Z2を表す点(以下では、インピーダンス測定点とも呼ぶ)に基づいた近似曲線である。虚部軸と実部軸とは直交する。各軸において、各スケールは、それぞれ同様の大きさとなっている。すなわち、図7において、複素インピーダンスプロットVは、実部軸と虚部軸のそれぞれにおいて、同じだけ値が変化した時に、軸上の位置が同じだけ変化する。図7において、実線が複素インピーダンスプロットVを示し、黒抜き四角形がインピーダンス測定点を示す。また、図7において、複素インピーダンスプロットVには、転換点Pが示されている。   FIG. 7 is a diagram showing a complex impedance plot V. In FIG. In FIG. 7, the vertical axis represents the imaginary part value Z2 of the AC impedance, and is hereinafter also referred to as an imaginary part axis, and the horizontal axis represents the real part value Z1 of the AC impedance. Also called an axis. This complex impedance plot V is a plane formed by the imaginary part axis and the real part axis (hereinafter also referred to as a complex plane), and the real part value Z1 and the imaginary value of the AC impedance at each frequency measured in the step S30. The relationship with the part value Z2 is shown. Specifically, the complex impedance plot V is an approximate curve based on points (hereinafter also referred to as impedance measurement points) representing the real part value Z1 and the imaginary part value Z2 of the AC impedance at each detected frequency in the complex plane. . The imaginary part axis and the real part axis are orthogonal. In each axis, each scale has the same size. That is, in FIG. 7, when the value of the complex impedance plot V changes by the same amount in each of the real part axis and the imaginary part axis, the position on the axis changes by the same amount. In FIG. 7, the solid line indicates the complex impedance plot V, and the black square indicates the impedance measurement point. In FIG. 7, the turning point P is shown in the complex impedance plot V.

図7に示す転換点Pは、複素インピーダンスプロットVにおいて、関数の性質が変わる境界点であり、すなわち、複素インピーダンスプロットVにおいて、カソード12のイオン伝導抵抗の影響を大きく受ける領域と、イオン伝導抵抗の影響をほとんど受けない領域との境界点である。言い換えれば、転換点Pは、複素インピーダンスプロットVにおいて、接線の傾き(実部値Z1に対する虚部値Z2の変化量)が所定の閾値以上となった点である。この閾値は、燃料電池の具体的な設計、例えば、下記(i)〜(iii)等に基づき予め設定される。
(i)燃料電池セルにおいて、カソードの製造方法(触媒インクの分散手法、塗工方法等)。
(ii)カソード中の電解質の種類、分量、厚さ方向および面方向の分布状態。
(iii)カソード中の触媒担持担体の種類、粒径。
The turning point P shown in FIG. 7 is a boundary point at which the property of the function changes in the complex impedance plot V. That is, in the complex impedance plot V, the region that is greatly affected by the ionic conduction resistance of the cathode 12 and the ionic conduction resistance. It is a boundary point with a region that is hardly affected by the. In other words, the turning point P is a point in the complex impedance plot V where the slope of the tangent line (the amount of change of the imaginary part value Z2 with respect to the real part value Z1) is equal to or greater than a predetermined threshold value. This threshold value is set in advance based on a specific design of the fuel cell, for example, the following (i) to (iii).
(I) Production method of cathode in fuel cell (catalyst ink dispersion method, coating method, etc.).
(Ii) The type, amount, thickness direction and surface direction distribution of the electrolyte in the cathode.
(Iii) The type and particle size of the catalyst support in the cathode.

続いて、ステップS40の工程で検出したMEAの各領域の複素インピーダンスプロットVに基づいて、製造した燃料電池セル(MEA)において、カソードの各領域(領域Qc1,Qc2,Qc3)ごとに、厚さ方向の電解質分布をそれぞれ推定する(ステップS50)。   Subsequently, based on the complex impedance plot V of each region of the MEA detected in step S40, the thickness of each cathode region (region Qc1, Qc2, Qc3) in the manufactured fuel cell (MEA) is determined. The directional electrolyte distribution is estimated (step S50).

図8は、複素インピーダンスプロットVにおいて転換点P付近を拡大した図である。カソードの厚さ方向における電解質分布を推定する場合には、複素インピーダンスプロットVにおいて、転換点Pよりも高周波側の所定点における接線と、実部軸に平行な線分とで形成される角の角度θに基づいて、推定する。具体的には、以下の考えに基づき、推定を行う。   FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of the turning point P in the complex impedance plot V. FIG. When estimating the electrolyte distribution in the thickness direction of the cathode, in the complex impedance plot V, the angle formed by a tangent at a predetermined point on the high frequency side of the turning point P and a line segment parallel to the real part axis. Estimate based on the angle θ. Specifically, estimation is performed based on the following idea.

すなわち、角度θが45°±α(α:誤差定数)の範囲内で場合には、カソードの厚さ方向において、電解質のイオン伝導抵抗がほぼ等しいと考えられ、角度θが45°+αよりも大きい場合には、カソードの厚さ方向において、電解質膜側における電解質のイオン伝導抵抗が低い状態であると考えられ、一方、角度θが45°−αよりも小さい場合には、カソードの厚さ方向において、電解質膜側における電解質膜のイオン伝導抵抗が高い状態であると考えられる。誤差定数αは、微小な正の値であればよく、例えば、0.1〜1の範囲内の値をとる。   That is, when the angle θ is within the range of 45 ° ± α (α: error constant), the ion conduction resistance of the electrolyte is considered to be substantially equal in the thickness direction of the cathode, and the angle θ is greater than 45 ° + α. When the angle θ is larger, it is considered that the ion conduction resistance of the electrolyte on the electrolyte membrane side is low in the thickness direction of the cathode. On the other hand, when the angle θ is smaller than 45 ° −α, the thickness of the cathode In the direction, it is considered that the ionic conduction resistance of the electrolyte membrane on the electrolyte membrane side is high. The error constant α may be a minute positive value, and takes a value in the range of 0.1 to 1, for example.

従って、角度θが、45°±αの範囲内である場合には、カソードの厚さ方向において、略均一に電解質が分布していると推定し、角度θが、45°+αよりも大きい場合には、カソードの厚さ方向において、乾燥面反対面SB側よりも乾燥面SA側に電解質が多く分布していると推定し、角度θが、45°−αよりも小さい場合には、カソードの厚さ方向において、乾燥面SA側よりも乾燥面反対面SB側に電解質が多く分布していると推定する。なお、上記「転換点Pより高周波側」とは、例えば、10Hz〜1kHzの範囲をいう。   Therefore, when the angle θ is within the range of 45 ° ± α, it is estimated that the electrolyte is distributed substantially uniformly in the thickness direction of the cathode, and the angle θ is larger than 45 ° + α. In the thickness direction of the cathode, it is estimated that more electrolyte is distributed on the dry surface SA side than on the dry surface opposite surface SB side, and when the angle θ is smaller than 45 ° −α, the cathode In the thickness direction, it is estimated that more electrolyte is distributed on the dry surface opposite surface SB side than on the dry surface SA side. The “high frequency side from the turning point P” refers to a range of 10 Hz to 1 kHz, for example.

次に、ステップS50の工程で推定した各領域(領域Qc1,Qc2,Qc3)における電解質分布に基づいて、製造した燃料電池セルのMEAのカソード(各領域)が、意図したものであるか否かを判断する(ステップS60)。例えば、カソードの各領域(領域Qc1,Qc2,Qc3)において、厚さ方向に略均一に電解質が分布した燃料電池セルを製造したい場合に、各領域における電解質分布の推定結果が、カソードの厚さ方向において、略均一に電解質が分布しているとそれぞれ推定されると、意図した燃料電池セルが製造できたと判断する(ステップS60:Yes)。一方、カソードの各領域(領域Qc1,Qc2,Qc3)において、厚さ方向に略均一に電解質が分布した燃料電池セルを製造したい場合に、各領域の電解質分布の推定結果のうち、所定の領域の推定結果が、カソードの厚さ方向において、電解質が、略均一に分布しておらず、例えば、乾燥面SA側よりも乾燥面反対面SB側に多く分布していると推定されると、意図した燃料電池セルが製造できていないと判断する(ステップS60:No)。   Next, based on the electrolyte distribution in each region (region Qc1, Qc2, Qc3) estimated in the process of step S50, whether or not the MEA cathode (each region) of the manufactured fuel cell is intended. Is determined (step S60). For example, when it is desired to manufacture a fuel cell in which the electrolyte is distributed substantially uniformly in the thickness direction in each region of the cathode (regions Qc1, Qc2, Qc3), the estimation result of the electrolyte distribution in each region is the thickness of the cathode. If it is estimated that the electrolyte is distributed substantially uniformly in the direction, it is determined that the intended fuel cell has been manufactured (step S60: Yes). On the other hand, when it is desired to manufacture a fuel cell in which the electrolyte is distributed substantially uniformly in the thickness direction in each region of the cathode (regions Qc1, Qc2, Qc3), a predetermined region among the estimation results of the electrolyte distribution in each region In the thickness direction of the cathode, it is estimated that the electrolyte is not distributed substantially uniformly, for example, more distributed on the drying surface opposite surface SB side than on the drying surface SA side. It is determined that the intended fuel cell has not been manufactured (step S60: No).

ステップS60の工程において、製造した燃料電池セルのMEAのカソードが、意図したものではないと判断した場合には(ステップS60:No)、新たなMEAを製造する(ステップS70)。このステップS70の工程は、本発明における特徴部分であり、新たなMEAの製造方法について、図9を用いて具体的に説明する。   If it is determined in step S60 that the MEA cathode of the manufactured fuel cell is not intended (step S60: No), a new MEA is manufactured (step S70). The process of step S70 is a characteristic part in the present invention, and a new MEA manufacturing method will be specifically described with reference to FIG.

図9は、新たなMEAの製造方法を示すフローチャートである。この図9に示す新たなMEAの製造方法は、図3に示す上記ステップS10の工程におけるMEAの製造方法と類似しており、ステップS10の工程と同様の工程には、同じステップ番号を付して説明を省略する。   FIG. 9 is a flowchart showing a new MEA manufacturing method. The new MEA manufacturing method shown in FIG. 9 is similar to the MEA manufacturing method in step S10 shown in FIG. 3, and the same step numbers are given to the same steps as in step S10. The description is omitted.

新たなMEAの製造方法では、図9に示すように、層状インクSを形成し(ステップS130)、層状インクSを、3つの領域(領域Qc1、領域Qc2、および、領域Qc3)に区分(ステップS135)後、各領域(領域Qc1,Qc2,Qc3)ごとにおいて、層状インクSの乾燥条件を設定する(ステップS137A)。具体的には、ステップS60の工程で、MEAのカソードの各領域のうち、厚さ方向の電解質分布が意図したものであると判定した領域については、層状インクSの乾燥条件を、ステップS10の工程のMEAの製造方法におけるステップS140の工程と同じ乾燥条件を設定する。ステップS60の工程で、MEAのカソードの各領域のうち、厚さ方向の電解質分布が意図したものでないと判定した領域については、厚さ方向の電解質分布の推定結果(ステップS50参照)に基づいて、乾燥条件を設定する。   In the new MEA manufacturing method, as shown in FIG. 9, the layered ink S is formed (step S130), and the layered ink S is divided into three regions (region Qc1, region Qc2, and region Qc3) (step S130). After S135), the drying conditions for the layered ink S are set for each region (regions Qc1, Qc2, Qc3) (step S137A). Specifically, in the step of S60, among the regions of the cathode of the MEA, for the region where the electrolyte distribution in the thickness direction is determined to be intended, the drying conditions of the layered ink S are set in step S10. The same drying conditions as those in step S140 in the MEA manufacturing method of the process are set. Of the regions of the MEA cathode in the step S60, the region in which the electrolyte distribution in the thickness direction is not intended is based on the estimation result of the electrolyte distribution in the thickness direction (see step S50). Set the drying conditions.

ここで、乾燥条件としては、層状インクSの各領域において、乾燥面SAの選択、乾燥面SA上の熱風の温度、および、乾燥面SA上の熱風の風速を含む。カソードの厚さ方向において、乾燥面SA側に電解質を多く分布させたい場合には、乾燥条件を以下のように設定する。すなわち、乾燥面SA上の熱風の温度を比較的高く、および/または、乾燥面SA上の熱風の風速を比較的強く設定し、乾燥面SAからの溶媒の乾燥速度を早くする。このようにすれば、乾燥面SAからの溶媒の蒸発を推進させることができ、蒸発に伴い電解質を乾燥面SA側に移動させ、意図通りに乾燥面SA側に電解質を多く分布させることができる。一方、カソードの厚さ方向において、乾燥面反対面SB側に電解質を多く分布させたい場合には、乾燥条件を以下のように設定する。すなわち、乾燥面SA上の熱風の温度を比較的低く、および/または、乾燥面SA上の熱風の風速を比較的弱く設定し、乾燥面SAからの溶媒の乾燥速度を遅くする。このようにすれば、乾燥面SAからの溶媒の蒸発を抑制することができ、蒸発に伴う電解質の移動を抑制し、意図通りに乾燥面反対面SB側に電解質を多く分布させることができる。   Here, the drying conditions include the selection of the drying surface SA, the temperature of the hot air on the drying surface SA, and the wind speed of the hot air on the drying surface SA in each region of the layered ink S. When it is desired to distribute a large amount of electrolyte on the drying surface SA side in the thickness direction of the cathode, the drying conditions are set as follows. That is, the temperature of the hot air on the drying surface SA is set to be relatively high and / or the speed of the hot air on the drying surface SA is set to be relatively strong so that the drying speed of the solvent from the drying surface SA is increased. In this way, evaporation of the solvent from the drying surface SA can be promoted, the electrolyte is moved to the drying surface SA side along with the evaporation, and a large amount of electrolyte can be distributed on the drying surface SA side as intended. . On the other hand, when it is desired to distribute a large amount of electrolyte on the side opposite to the drying surface SB in the thickness direction of the cathode, the drying conditions are set as follows. That is, the temperature of the hot air on the drying surface SA is set to be relatively low and / or the speed of the hot air on the drying surface SA is set to be relatively weak, and the drying speed of the solvent from the drying surface SA is decreased. If it does in this way, evaporation of the solvent from dry surface SA can be controlled, the movement of the electrolyte accompanying evaporation will be controlled, and many electrolytes can be distributed to the dry surface opposite surface SB side as intended.

従って、ステップS137Aの工程において、例えば、カソードの厚さ方向に略均一に電解質が分布した燃料電池セルを製造したい場合であって、ステップS60の工程で、MEAのカソードの各領域のうち、厚さ方向の電解質分布が意図したものでないと判定した領域において、電解質分布の推定結果が、乾燥面反対面SB側に電解質が多く分布していると推定された場合には、乾燥面SAを選択し、乾燥面SA上の熱風の温度を前回の燃料電池セルの製造時(ステップS140参照)よりも高く、および/または、乾燥面SA上の熱風の風速を前回の燃料電池セルの製造時(ステップS140参照)よりも強く設定する。また、例えば、カソードの厚さ方向に略均一に電解質が分布した燃料電池セルを製造したい場合であって、ステップS60の工程で、MEAのカソードの各領域のうち、厚さ方向の電解質分布が意図したものでないと判定した領域において、電解質分布の推定結果が、乾燥面SA側に電解質が多く分布していると推定された場合には、乾燥面SAを選択し、乾燥面SA上の熱風の温度を前回の燃料電池セルの製造時(ステップS140参照)よりも低く、および/または、乾燥面SA上の熱風の風速を前回の燃料電池セルの製造時(ステップS140参照)よりも弱く設定する。   Accordingly, in the process of step S137A, for example, when it is desired to manufacture a fuel cell in which the electrolyte is distributed substantially uniformly in the thickness direction of the cathode, the thickness of each region of the cathode of the MEA is determined in the process of step S60. In the region where the electrolyte distribution in the vertical direction is determined to be unintended, if the estimation result of the electrolyte distribution is estimated that a large amount of electrolyte is distributed on the dry surface opposite surface SB side, the dry surface SA is selected. Then, the temperature of the hot air on the drying surface SA is higher than that at the time of manufacturing the previous fuel cell (see step S140), and / or the air velocity of the hot air on the drying surface SA is set at the time of manufacturing the previous fuel cell ( (See step S140). Also, for example, when it is desired to manufacture a fuel cell in which the electrolyte is distributed substantially uniformly in the thickness direction of the cathode, the electrolyte distribution in the thickness direction of each region of the cathode of the MEA is determined in step S60. If the estimation result of the electrolyte distribution in the region determined to be unintended is estimated that a large amount of electrolyte is distributed on the dry surface SA side, the dry surface SA is selected and hot air on the dry surface SA is selected. Is set to be lower than that at the time of manufacturing the previous fuel cell (see step S140) and / or the wind speed of the hot air on the drying surface SA is set to be lower than that at the time of manufacturing the previous fuel cell (see step S140). To do.

続いて、ステップS137Aの工程後、設定した乾燥条件となるように、カソードの各領域(領域Qc1,Qc2,Qc3)ごとに、熱風発生装置を調整し、層状インクSを乾燥させ、新たなカソードを製造する(ステップS140A)。そして、アノード、および、電解質膜を用意し(ステップS150)、電解質膜を、製造した新たなカソードとアノードとで挟持することで、新たなMEAを製造する(ステップS160)。この場合、ステップS10の工程と同様に、新たなカソードは、基材Kごと電解質膜に転写するので、乾燥面SAが電解質膜と接する。   Subsequently, after the process of step S137A, the hot air generator is adjusted for each area (area Qc1, Qc2, Qc3) of the cathode so as to satisfy the set drying conditions, the layered ink S is dried, and a new cathode is obtained. Is manufactured (step S140A). Then, an anode and an electrolyte membrane are prepared (step S150), and a new MEA is manufactured by sandwiching the electrolyte membrane between the manufactured new cathode and anode (step S160). In this case, since the new cathode is transferred to the electrolyte membrane together with the base material K as in the step S10, the dry surface SA is in contact with the electrolyte membrane.

ステップS70の工程で、新たなMEAを製造後、このMEAを用いて、新たな燃料電池セルを製造する(図2:ステップS80)。具体的には、MEAの各領域Q1,領域Q2,領域Q3に独立してガスを導入可能なセパレータ、シール部材110を用意し、新たに製造したMEAの周囲にシール部材110を配置し、それらを用意したセパレータで挟持することにより、新たな燃料電池セルを製造する。その後、ステップS20〜ステップS60の工程にリターンし、意図する燃料電池セル(MEA)が製造できるまで(ステップS60:Yesとなるまで)、ステップS70およびステップS80の工程を繰り返す。   After manufacturing a new MEA in the step S70, a new fuel cell is manufactured using the MEA (FIG. 2: step S80). Specifically, a separator and a seal member 110 that can introduce gas independently into each region Q1, region Q2, and region Q3 of the MEA are prepared, and the seal member 110 is disposed around the newly manufactured MEA. A new fuel battery cell is manufactured by sandwiching with a prepared separator. Then, it returns to the process of step S20-step S60, and repeats the process of step S70 and step S80 until the intended fuel cell (MEA) can be manufactured (until it becomes Yes at step S60).

ステップS60の工程において、製造した燃料電池セルのMEAのカソードが、意図したものであると判断した場合には(ステップS60:Yes)、最後に製造したMEAと同様の方法(ステップS10、若しくは、ステップS70参照)で、新たにMEAを製造する(ステップS90)。そして、新たに製造したMEAの周囲にシール部材110を配置し、それらをセパレータ6,7で挟持することにより、燃料電池セルCLを製造する。   In the process of step S60, when it is determined that the cathode of the MEA of the manufactured fuel cell is the intended one (step S60: Yes), the same method as that of the last manufactured MEA (step S10 or In step S70, a new MEA is manufactured (step S90). Then, the sealing member 110 is disposed around the newly manufactured MEA, and the fuel cell CL is manufactured by sandwiching them with the separators 6 and 7.

以上のように、本実施例の燃料電池セルの製造方法は、製造した燃料電池セルにおいて、カソードの各領域(領域Qc1,Qc2,Qc3)ごとに、各周波数における交流インピーダンス(複素インピーダンスプロットV)に基づいて、カソードの厚さ方向の電解質分布を推定し、各領域の電解質分布の推定結果のうち、所定の領域の推定結果が、意図する分布状態でない場合には、電解質分布の推定結果に基づいて、その領域に対応する領域の製造条件(乾燥条件)を調整して新たにカソードを製造し直し、新たな燃料電池セルを製造するようにしている。このようにすれば、厚さ方向における電解質の分布を意図する分布状態となるように、コントロールすることができ、その結果、電解質分布が意図する分布状態であるカソードを有する燃料電池セルを製造することができる。   As described above, in the method of manufacturing the fuel cell according to the present embodiment, in the manufactured fuel cell, the AC impedance (complex impedance plot V) at each frequency for each cathode region (region Qc1, Qc2, Qc3). The electrolyte distribution in the thickness direction of the cathode is estimated based on the above, and if the estimation result of the predetermined region is not the intended distribution state among the estimation results of the electrolyte distribution of each region, the estimation result of the electrolyte distribution is Based on this, the manufacturing conditions (drying conditions) of the region corresponding to the region are adjusted, and a new cathode is manufactured again to manufacture a new fuel cell. In this way, it is possible to control the distribution of the electrolyte in the thickness direction so as to be an intended distribution state. As a result, a fuel cell having a cathode in which the electrolyte distribution is the intended distribution state is manufactured. be able to.

本実施例の燃料電池セルの製造方法は、製造した燃料電池セルにおいて、カソードの各領域(領域Qc1,Qc2,Qc3)のうち、所定領域における厚さ方向の電解質分布が意図する分布状態でない場合には、前回の燃料電池セル製造時における層状インクSの乾燥条件、および、その領域における厚さ方向の電解質分布の推定結果に基づいて、新たに乾燥条件を設定し、その乾燥条件で新たな燃料電池セル(カソード)を製造するようにしている。このようにすれば、カソードの厚さ方向における電解質の分布を意図する分布状態となるように、コントロールすることができる。   The fuel cell manufacturing method according to the present embodiment is such that, in the manufactured fuel cell, the electrolyte distribution in the thickness direction in the predetermined region of the cathode regions (regions Qc1, Qc2, Qc3) is not the intended distribution state. In this case, a new drying condition is set based on the drying condition of the layered ink S at the time of the previous fuel cell manufacturing and the estimation result of the electrolyte distribution in the thickness direction in the region. Fuel cell (cathode) is manufactured. In this way, the distribution of the electrolyte in the thickness direction of the cathode can be controlled so as to achieve the intended distribution state.

本実施例の燃料電池セルの製造方法では、複素インピーダンスプロットVに基づいて、詳しくは、複素インピーダンスプロットVにおける転換点Pよりも高周波側の所定点における接線と、実部軸に平行な線分とで形成される角の角度θに基づいて、製造したカソードにおける厚さ方向の電解質の分布を推定するようにしている。このようにすれば、製造した燃料電池セルを分解することなく、カソードにおける厚さ方向の電解質の分布状態を正確に推定することができる。   In the fuel cell manufacturing method of this embodiment, based on the complex impedance plot V, in detail, a tangent at a predetermined point on the high frequency side of the turning point P in the complex impedance plot V and a line segment parallel to the real part axis. The electrolyte distribution in the thickness direction in the manufactured cathode is estimated on the basis of the angle θ of the angle formed by. In this way, it is possible to accurately estimate the electrolyte distribution in the thickness direction at the cathode without disassembling the manufactured fuel cell.

本実施例の燃料電池セルの製造方法では、燃料電池セルに交流電流を流す場合、サイクリックボルタモグラムの電気2重層領域の電圧を印加するようにしている。このようにすれば、各周波数における交流インピーダンスに基づいて、製造したMEAの状態を正確に推定することができる。   In the fuel cell manufacturing method of the present embodiment, when an alternating current is passed through the fuel cell, the voltage in the electric double layer region of the cyclic voltammogram is applied. In this way, the state of the manufactured MEA can be accurately estimated based on the AC impedance at each frequency.

本実施例の燃料電池セルの製造方法では、製造した燃料電池セルに導入する水素および窒素は、相対湿度が、低湿度なガスを用いるようにしている。このようにすれば、製造した燃料電池セルのMEAの抵抗値を高くすることができ、複素インピーダンスプロットが直線状になることを抑制することができ、その結果、カソードの厚さ方向における電解質分布を正確に推定することができる。   In the fuel cell manufacturing method of this embodiment, hydrogen and nitrogen introduced into the manufactured fuel cell use gases having a low relative humidity. In this way, the resistance value of the MEA of the manufactured fuel battery cell can be increased, and the complex impedance plot can be suppressed from being linear, and as a result, the electrolyte distribution in the thickness direction of the cathode Can be estimated accurately.

A3.確認試験:
図10は層状インクSにおける乾燥条件の例を示す図である。図10に示すように、乾燥面SA上の熱風風速、乾燥面SA上の熱風温度を変化させた乾燥条件1〜乾燥条件3で、試験を行った。なお、乾燥面SA上の熱風温度は、乾燥条件1=乾燥条件2<乾燥条件3となっており、乾燥面SA上の熱風風速は、乾燥条件1<乾燥条件2=乾燥条件3となっている。
A3. Confirmation test:
FIG. 10 is a diagram showing an example of drying conditions for the layered ink S. FIG. As shown in FIG. 10, the test was performed under the drying conditions 1 to 3 in which the hot air speed on the drying surface SA and the hot air temperature on the drying surface SA were changed. The hot air temperature on the drying surface SA is drying condition 1 = drying condition 2 <drying condition 3 and the hot air wind speed on the drying surface SA is drying condition 1 <drying condition 2 = drying condition 3. Yes.

この確認試験の結果、以下の通りとなった。すなわち、層状インクSにおいて、乾燥面SA上の熱風温度が高くなるほど、上記角度θが大きくなり、乾燥面SA側に電解質が多く分布している。また、層状インクSにおいて、乾燥面SA上の熱風風速が強くなるほど、上記角度θが大きくなり、乾燥面SA側に電解質が多く分布している。従って、上述のステップS137Aの工程において、上記のごとく、乾燥条件を調整することによって、カソードにおける厚さ方向の電解質分布をコントロールする手法について、妥当であるといえる。   As a result of this confirmation test, it was as follows. That is, in the layered ink S, the higher the hot air temperature on the drying surface SA, the larger the angle θ, and the more electrolyte is distributed on the drying surface SA side. In the layered ink S, as the hot air speed on the drying surface SA increases, the angle θ increases and more electrolyte is distributed on the drying surface SA side. Therefore, it can be said that the method of controlling the electrolyte distribution in the thickness direction in the cathode by adjusting the drying conditions as described above in the step S137A is appropriate.

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。
B. Variations:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in each of the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. 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.

B1.変形例1:
上記実施例の燃料電池セルの製造方法において、製造した燃料電池セルのカソードの厚さ方向における電解質分布を推定する場合に、複素インピーダンスプロットVにおいて、転換点Pよりも高周波側の所定点における接線と、実部軸に平行な線分とで形成される角の角度θに基づいて、推定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、複素インピーダンスプロットVにおいて、転換点Pよりも高周波側の複数の点により求まる直線(例えば、2点を結んだ線、3点の近似直線等)と、実部軸に平行な線分とで形成される角の角度θに基づいて、カソードの厚さ方向における電解質分布を推定するようにしてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。
B1. Modification 1:
In the method of manufacturing the fuel cell of the above embodiment, when estimating the electrolyte distribution in the thickness direction of the cathode of the manufactured fuel cell, the tangent at a predetermined point on the high frequency side of the turning point P in the complex impedance plot V And the angle θ formed by the line segment parallel to the real part axis is estimated, but the present invention is not limited to this. For example, in the complex impedance plot V, a straight line obtained by a plurality of points on the high frequency side from the turning point P (for example, a line connecting two points, an approximate straight line of three points, etc.) and a line segment parallel to the real axis The electrolyte distribution in the thickness direction of the cathode may be estimated on the basis of the angle θ of the angle formed in (1). Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the said Example.

B2.変形例2:
上記実施例の燃料電池セルの製造方法において、カソード12の厚さ方向における電解質分布を推定する場合に、複素インピーダンスプロットVにおいて、転換点Pよりも高周波側の所定点における接線と、実部軸に平行な線分とで形成される角の角度θに基づいて、推定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、複素インピーダンスプロットVにおける転換点Pに対応する周波数より高い周波数(例えば、10Hz〜1kHz)に対応する複数のインピーダンス測定点により求まる直線(例えば、2点を結んだ線、3点の近似直線等)と、実部軸に平行な線分とで形成される角の角度θに基づいて、カソード12の厚さ方向における電解質分布を推定するようにしてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。
B2. Modification 2:
In the fuel cell manufacturing method of the above embodiment, when estimating the electrolyte distribution in the thickness direction of the cathode 12, in the complex impedance plot V, the tangent line at a predetermined point on the higher frequency side than the turning point P and the real part axis Is estimated on the basis of the angle θ formed by a line segment parallel to the line segment, but the present invention is not limited to this. For example, a straight line obtained by a plurality of impedance measurement points corresponding to a frequency (for example, 10 Hz to 1 kHz) higher than the frequency corresponding to the turning point P in the complex impedance plot V (for example, a line connecting two points, an approximate straight line of three points) Etc.) and the angle θ formed by the line segment parallel to the real part axis, the electrolyte distribution in the thickness direction of the cathode 12 may be estimated. Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the said Example.

B3.変形例3:
上記実施例の燃料電池セルの製造方法では、製造した燃料電池セルにおいて、各周波数における交流インピーダンス(複素インピーダンスプロットV)に基づいて、カソードの各領域における厚さ方向の電解質分布を推定し、各領域における推定結果が、意図する分布状態でない場合には、推定結果に基づいて、新たにカソードを製造し直し、新たな燃料電池セルを製造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、製造した燃料電池セルにおいて、各周波数における交流インピーダンス(複素インピーダンスプロットV)に基づいて、アノードの各領域における厚さ方向の電解質分布を推定し、その推定結果が、意図する分布状態でない場合には、推定結果に基づいて、新たにアノードを製造し直し、新たな燃料電池セルを製造するようにしてもよい。この場合、複素インピーダンスプロットVの検出は、燃料電池セルのアノードに不活性ガスとしての窒素を、カソードに活性ガスとしての水素をそれぞれ導入した状態で行う。このようにすれば、厚さ方向における電解質の分布状態が意図する分布状態であるアノードを有する燃料電池セルを製造することができる。
B3. Modification 3:
In the fuel cell manufacturing method of the above embodiment, in the manufactured fuel cell, the electrolyte distribution in the thickness direction in each region of the cathode is estimated based on the AC impedance (complex impedance plot V) at each frequency, When the estimation result in the region is not the intended distribution state, a new cathode is newly manufactured based on the estimation result, and a new fuel cell is manufactured. However, the present invention is not limited to this. It is not something that can be done. For example, in the manufactured fuel cell, when the electrolyte distribution in the thickness direction in each region of the anode is estimated based on the AC impedance (complex impedance plot V) at each frequency, and the estimation result is not the intended distribution state Alternatively, based on the estimation result, a new anode may be remanufactured to produce a new fuel cell. In this case, detection of the complex impedance plot V is performed in a state where nitrogen as an inert gas is introduced into the anode of the fuel cell and hydrogen as the active gas is introduced into the cathode. By doing so, it is possible to manufacture a fuel cell having an anode in which the distribution state of the electrolyte in the thickness direction is the intended distribution state.

B4.変形例4:
上記実施例の燃料電池セルの製造方法では、燃料電池セルのアノードに活性ガスとしての水素を、カソードに不活性ガスとしての窒素をそれぞれ導入した状態で、複素インピーダンスプロットVを検出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、燃料電池セルのアノードにも不活性ガス(例えば、窒素)を導入し、その状態において、複素インピーダンスプロットVを検出するようにしてもよい。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。
B4. Modification 4:
In the fuel cell manufacturing method of the above embodiment, the complex impedance plot V is detected with hydrogen as the active gas introduced into the anode of the fuel cell and nitrogen as the inert gas introduced into the cathode. However, the present invention is not limited to this. For example, an inert gas (for example, nitrogen) may be introduced into the anode of the fuel cell, and the complex impedance plot V may be detected in that state. Even if it does in this way, there can exist the effect of the said Example.

B5.変形例5:
上記実施例の燃料電池セルの製造方法では、燃料電池セルに導入する水素および窒素は、相対湿度が、60%より高いガスを用いるようにしてもよい。このようにしても上記実施例の少なくとも効果の一部を奏することができる。
B5. Modification 5:
In the fuel cell manufacturing method of the above embodiment, hydrogen and nitrogen introduced into the fuel cell may be gases having a relative humidity higher than 60%. Even in this case, at least part of the effects of the above-described embodiment can be achieved.

B6.変形例6:
上記実施例の燃料電池セルの製造方法において、カソードを製造する際であって、層状インクSの各領域を乾燥させる場合の乾燥条件として、乾燥面SA上の相対湿度を含むようにしてもよい。この場合、乾燥面SAに熱風を流すのではなく、乾燥面SA上に乾燥促進剤(例えば、シリカゲル等)を配置し、乾燥促進剤の量で、相対湿度を調整すればよい。そして、例えば、カソードの厚さ方向において、乾燥面SA側に電解質を多く分布させたい場合には、乾燥面SA上に大量の乾燥促進剤を配置する。このようにすれば、乾燥面SAからの溶媒の蒸発を推進させることができ、蒸発に伴い電解質を乾燥面SA側に移動させ、乾燥面SA側に電解質を多く分布させることができる。一方、カソードの厚さ方向において、乾燥面反対面SB側に電解質を多く分布させたい場合には、乾燥面SA上の乾燥促進剤を少なくする。このようにすれば、乾燥面SAからの溶媒の蒸発を抑制することができ、蒸発に伴う電解質の移動を抑制し、乾燥面反対面SB側に電解質を多く分布させることができる。
B6. Modification 6:
In the fuel cell manufacturing method of the above embodiment, relative humidity on the drying surface SA may be included as a drying condition when the cathode is manufactured and each region of the layered ink S is dried. In this case, instead of flowing hot air over the drying surface SA, a drying accelerator (for example, silica gel or the like) may be disposed on the drying surface SA, and the relative humidity may be adjusted by the amount of the drying accelerator. For example, when it is desired to distribute a large amount of electrolyte on the drying surface SA side in the thickness direction of the cathode, a large amount of drying accelerator is disposed on the drying surface SA. In this way, the evaporation of the solvent from the drying surface SA can be promoted, the electrolyte can be moved to the drying surface SA side along with the evaporation, and a large amount of the electrolyte can be distributed on the drying surface SA side. On the other hand, when it is desired to distribute a large amount of electrolyte on the side opposite to the drying surface SB in the thickness direction of the cathode, the amount of drying accelerator on the drying surface SA is reduced. In this way, evaporation of the solvent from the drying surface SA can be suppressed, movement of the electrolyte accompanying evaporation can be suppressed, and a large amount of electrolyte can be distributed on the drying surface opposite surface SB side.

B7.変形例7:
上記実施例の燃料電池セルの製造方法において、新たなMEA(カソード)を製造する際、カソードの各領域における厚さ方向の電解質分布の推定結果に基づいて、各領域ごとに乾燥条件を調整し、新たなMEA(カソード)を製造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、新たなMEA(カソード)を製造する際、カソードの各領域における厚さ方向の電解質分布の推定結果に基づいて、各領域ごとに、乾燥条件以外の他の製造条件(例えば、触媒インクの塗工条件など)を調整し、新たなMEA(カソード)を製造するようにしてもよい。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。
B7. Modification 7:
In the fuel cell manufacturing method of the above embodiment, when manufacturing a new MEA (cathode), the drying conditions are adjusted for each region based on the estimation result of the electrolyte distribution in the thickness direction in each region of the cathode. Although a new MEA (cathode) is manufactured, the present invention is not limited to this. For example, when manufacturing a new MEA (cathode), on the basis of the estimation result of the electrolyte distribution in the thickness direction in each region of the cathode, for each region, other manufacturing conditions (for example, catalyst ink) A new MEA (cathode) may be manufactured by adjusting the coating conditions. Even if it does in this way, there can exist the effect of the said Example.

B8.変形例8:
上記実施例の燃料電池セルの製造方法は、所定の製造者が行うようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。製造者の代わりに、例えば、オートメーション装置に行わせるようにしてもよい。このようにすれば、自動化によって、簡便に意図する燃料電池セルを製造することができる。
B8. Modification 8:
The fuel cell manufacturing method of the above embodiment is performed by a predetermined manufacturer, but the present invention is not limited to this. For example, an automation device may be used instead of the manufacturer. If it does in this way, the intended fuel cell can be manufactured simply by automation.

B9.変形例9:
上記実施例の燃料電池セルの製造方法において、カソードを3つの領域(領域Qc1、領域Qc2、および、領域Qc3)に区分して、各領域ごとに、厚さ方向の電解質分布を推定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、カソードを2つの領域、または、4つ以上の領域に区分して、それぞれ厚さ方向電解質分布を推定するようにしてもよい。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。
B9. Modification 9:
In the fuel cell manufacturing method of the above embodiment, the cathode is divided into three regions (region Qc1, region Qc2, and region Qc3), and the electrolyte distribution in the thickness direction is estimated for each region. However, the present invention is not limited to this. For example, the cathode may be divided into two regions, or four or more regions, and the thickness direction electrolyte distribution may be estimated respectively. Even if it does in this way, there can exist the effect of the said Example.

5…MEA
6…セパレータ
7…セパレータ
10…状態推定装置
11…電解質膜
12…カソード
13…アノード
14…ガス拡散層
15…ガス拡散層
18…セル内流路
30…センシング線
103…孔部
104…孔部
105…孔部
106…孔部
110…シール部材
K…基材
S…層状インク
V…複素インピーダンスプロット
P…転換点
Q1…領域
Z1…実部値
Q2…領域
Z2…虚部値
Q3…領域
SA…乾燥面
SB…乾燥面反対面
CL…燃料電池セル
KS1…熱風発生装置
Qc1…領域
Qc2…領域
Qc3…領域
5 ... MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 ... Separator 7 ... Separator 10 ... State estimation apparatus 11 ... Electrolyte membrane 12 ... Cathode 13 ... Anode 14 ... Gas diffusion layer 15 ... Gas diffusion layer 18 ... Cell flow path 30 ... Sensing wire 103 ... Hole 104 ... Hole 105 ... hole 106 ... hole 110 ... seal member K ... base material S ... layered ink V ... complex impedance plot P ... turning point Q1 ... area Z1 ... real part value Q2 ... area Z2 ... imaginary part value Q3 ... area SA ... drying Surface SB ... Dry surface opposite surface CL ... Fuel cell KS1 ... Hot air generator Qc1 ... Region Qc2 ... Region Qc3 ... Region

Claims (8)

燃料電池の製造方法であって、
所定の製造条件で製造される第1電解質を含む第1電極を備える第1膜電極接合体の複数の領域において、複数の周波数の交流インピーダンスをそれぞれ測定する第1工程と、
前記第1膜電極接合体における各領域に対して、それぞれ測定した各周波数における前記交流インピーダンスに基づいて、前記第1電極の厚さ方向の前記第1電解質の分布を推定する第2工程と、
第2電解質を含む第2電極を製造する工程であって、前記第1膜電極接合体における各領域のうち、前記第2工程における前記第1電解質の分布推定結果が意図する分布状態でない第1領域がある場合において、前記第1領域の前記分布推定結果に基づいて、厚さ方向における第2電解質の分布が意図する分布状態となるように、前記第1領域に対応する領域に対して前記製造条件を調整することにより前記第2電極を製造する第3工程と、
を備えることを特徴とする製造方法。
A fuel cell manufacturing method comprising:
A first step of measuring AC impedances at a plurality of frequencies in a plurality of regions of a first membrane electrode assembly including a first electrode including a first electrolyte manufactured under predetermined manufacturing conditions;
A second step of estimating the distribution of the first electrolyte in the thickness direction of the first electrode based on the AC impedance at each measured frequency for each region in the first membrane electrode assembly;
A step of manufacturing a second electrode including a second electrolyte, wherein the first electrolyte distribution distribution estimation result in the second step is not the intended distribution state among the regions in the first membrane electrode assembly. When there is a region, based on the distribution estimation result of the first region, the region corresponding to the first region is compared with the region corresponding to the first region so that the distribution of the second electrolyte in the thickness direction is an intended distribution state. A third step of manufacturing the second electrode by adjusting manufacturing conditions;
A manufacturing method comprising:
請求項1に記載の製造方法において、
前記製造条件は、前記第2電極の乾燥条件を含むことを特徴とする製造方法。
The manufacturing method according to claim 1,
The manufacturing method includes a drying condition of the second electrode .
請求項2に記載の製造方法において、
前記第3工程は、
前記第2電解質を溶解可能な溶媒と、触媒担持担体と、基材と、を用意する工程と、
前記第2電解質と、前記溶媒と、前記触媒担持担体と、から触媒インクを作成する工程と、
前記触媒インクを、前記基材に塗工し、層状インクを作成する工程と、
前記第1膜電極接合体における各領域のうち、前記第4工程における前記第1電解質の分布推定結果が意図する分布状態でない第1領域がある場合において、前記層状インクの前記第1領域に対応する領域に対して、前記分布推定結果に基づいて、前記層状インクの乾燥条件を調整し、乾燥させる第4工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
In the manufacturing method of Claim 2 ,
The third step includes
Preparing a solvent capable of dissolving the second electrolyte, a catalyst support, and a base material;
Creating a catalyst ink from the second electrolyte, the solvent, and the catalyst carrier;
Applying the catalyst ink to the substrate to create a layered ink;
Corresponding to the first region of the layered ink when there is a first region that is not the intended distribution state of the first electrolyte distribution estimation result in the fourth step among the regions in the first membrane electrode assembly. A fourth step of adjusting the drying condition of the layered ink based on the distribution estimation result and drying the region to be
The manufacturing method characterized by including.
請求項3に記載の製造方法において、
前記乾燥条件は、
前記層状インクにおける前記第1領域に対応する領域において、乾燥させる乾燥面上の乾燥温度、前記乾燥面上の風速、前記乾燥面上の相対湿度のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする製造方法。
In the manufacturing method of Claim 3,
The drying conditions are:
The region corresponding to the first region in the layered ink includes at least one of a drying temperature on a drying surface to be dried, an air speed on the drying surface, and a relative humidity on the drying surface. Production method.
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の製造方法において、
前記第1工程は、
各周波数における前記交流インピーダンスに基づいて、複素インピーダンスプロットを検出する工程と、
前記複素インピーダンスプロットに基づいて、前記第1電極の厚さ方向の前記第1電解質の分布を推定する工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
In the manufacturing method in any one of Claims 1 thru | or 4,
The first step includes
Detecting a complex impedance plot based on the AC impedance at each frequency;
Estimating the distribution of the first electrolyte in the thickness direction of the first electrode based on the complex impedance plot;
The manufacturing method characterized by including.
請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の製造方法において、
前記第2工程は、
前記第1膜電極接合体の前記第1電極に不活性ガスを導入した状態で、各周波数における前記第1膜電極接合体の交流インピーダンスを測定することを特徴とする製造方法。
In the manufacturing method in any one of Claims 1 thru | or 5,
The second step includes
A manufacturing method, wherein an alternating current impedance of the first membrane electrode assembly at each frequency is measured with an inert gas introduced into the first electrode of the first membrane electrode assembly.
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の製造方法において、
前記第2電極を用いて第2膜電極接合体を製造する工程を備えることを特徴とする製造方法。
In the manufacturing method in any one of Claims 1 thru | or 6,
The manufacturing method characterized by including the process of manufacturing a 2nd membrane electrode assembly using the said 2nd electrode.
請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の製造方法において、
前記第2電極は、カソードであることを特徴とする製造方法。
In the manufacturing method in any one of Claim 1 thru | or 7,
The manufacturing method, wherein the second electrode is a cathode.
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