JP5673684B2 - 膜電極接合体およびそれを用いた燃料電池、膜電極接合体の製造方法 - Google Patents
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Description
燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、電解質膜と、前記電解質膜の両側に配置された第1と第2の電極層と、を備え、前記第1と第2の電極層は、前記電解質膜に接して配置された触媒層と、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有しており、前記第1と第2の電極層のうちの少なくとも前記第1の電極層は、前記触媒層の前記ガス拡散層側の面より、前記ガス拡散層の前記触媒層側の面を小さくすることにより、前記ガス拡散層の外周端が、前記触媒層の外周端より内側に入り込んでいる、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、ガス拡散層の外周端が触媒層の外周端より内側に入り込むことにより、ガス拡散層と電解質膜とが直接的に接触することが抑制されている。そのため、ガス拡散層において発生した過酸化水素ラジカルが、電解質膜に到達する前に触媒層を通過することとなり、過酸化水素ラジカルを触媒層において消滅させることができる。従って、過酸化水素ラジカルによる電解質膜の劣化を抑制できる。また、触媒層を、ガス拡散層の端部から電解質膜を保護するための保護層として機能させることができる。
適用例1記載の膜電極接合体であって、前記ガス拡散層は、繊維基材により構成されており、前記第1と第2の電極層のうちの少なくとも第1の電極層には、前記触媒層と前記ガス拡散層との間に撥水層が設けられ、前記撥水層は、前記ガス拡散層の外周端の端面の少なくとも一部を被覆している、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、ガス拡散層の触媒層側の面と外周端面に存在する毛羽が、撥水層によって被覆されるため、ガス拡散層の基材外表面に存在する毛羽から電解質膜を保護することができる。特に、ガス拡散層の外周端部には多数の毛羽が存在するため、ガス拡散層の外周端部が撥水層によって被覆されることによって、電解質膜の保護効果がより向上する。
適用例2記載の膜電極接合体であって、前記撥水層は、撥水性樹脂を主成分とする撥水性薄膜により構成されている、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、撥水層である撥水性薄膜によって、ガス拡散層の外表面の毛羽を被覆することができ、電解質膜を、より確実に保護することができる。
適用例1〜3のいずれか一つに記載の膜電極接合体であって、前記第1と第2の電極層の少なくとも一方には、発電領域の周縁部に、前記ガス拡散層と前記触媒層との乖離を抑制するための接着部材が配置されている、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、ガス拡散層と触媒層との乖離が抑制されるため、反応ガスのリークの発生を抑制でき、電解質膜および電極の劣化を抑制できる。
適用例4記載の膜電極接合体であって、前記接着部材は、少なくとも前記第1の電極層において、前記ガス拡散層の外周端より外側に突出している前記触媒層の外周端への反応ガスの拡散を抑制するために、前記触媒層の外周端より内側に入り込んでいる前記ガス拡散層の外周端に沿った周状の領域において、前記触媒層および前記ガス拡散層の内部に含浸されている、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、接着部材によって、ガス拡散層の外周端から突出している触媒層の外周端への反応ガスの拡散が抑制され、触媒層の外周端において反応熱が発生することが抑制される。そのため、当該触媒層の外周端における部位から電解質膜へと反応熱が移動することが抑制され、反応熱による電解質膜の劣化が抑制される。
適用例1〜5のいずれか一つに記載の膜電極接合体であって、前記第1と第2の電極層のうちの少なくとも前記第2の電極層には、前記触媒層の前記ガス拡散層の外周端より突出した前記ガス拡散層側の面が前記ガス拡散層側に折り曲げられて形成された、前記触媒層と前記ガス拡散層との乖離を抑制する係止部が設けられている、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、ガス拡散層の外周端から突出した触媒層の部位を利用して、ガス拡散層と触媒層との乖離を抑制するための係止部が設けられているため、ガス拡散層と触媒層との乖離を効率よく抑制することができる。
適用例1〜6のいずれか一つに記載の膜電極接合体であって、前記第2の電極層には、前記ガス拡散層の外周端において、前記ガス拡散層の前記触媒層の外周端より突出した部位を前記触媒層側に折り曲げた、前記触媒層と前記ガス拡散層との乖離を抑制する係止部が設けられている、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、ガス拡散層の触媒層より突出した部位を利用して、ガス拡散層と触媒層との乖離を抑制するための係止部が設けられるため、ガス拡散層と触媒層との乖離を効率よく抑制することができる。
適用例6記載の膜電極接合体であって、前記電解質膜の外周端部は、前記ガス拡散層の外側に突出するとともに、前記第1の電極層側の面と前記第2の電極層側の面とが、前記電解質膜の厚み方向に沿った二方向に分離して、前記第1と第2の電極層のそれぞれの側に折り曲げられており、前記第1と第2の電極層における前記触媒層の外周端には、前記ガス拡散層側の面が、前記ガス拡散層の外側において、前記電解質膜の外周端部とともに、前記ガス拡散層に向かって折り曲げられた、前記触媒層と前記ガス拡散層との乖離を抑制するための係止部が設けられている、膜電極接合体。
この膜電極接合体によれば、2つの電極層の外周端に電解質膜と触媒層とを利用した係止部が設けられることにより、ガス拡散層と触媒層との乖離が効率よく、かつ、確実に抑制される。また、その係止部により、膜電極接合体の一体性が向上する。
燃料電池であって、請求項1〜8のいずれか一項に記載の膜電極接合体を備える、燃料電池。
この燃料電池によれば、膜電極接合体の電解質膜の劣化が抑制されているため、燃料電池の耐久性が向上する。
電解質膜に接するように配置された触媒層と、繊維基材によって構成され、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有する電極層を備える燃料電池用の膜電極接合体の製造方法であって、
(a)前記ガス拡散層の基材である繊維基材を準備する工程と、
(b)前記繊維基材の一方の面に撥水層を形成する工程と、
(c)前記ガス拡散層の外周端が前記触媒層の外周端より内側に入り込むように、前記繊維基材の外周端を切断する工程と、
(d)前記電解質膜に予め形成された前記触媒層に、前記触媒層と前記撥水層とが接するように、前記繊維基材を重ねて接合し、前記電極層を形成する工程と、
を備え、
前記工程(d)は、前記繊維基材を切断する切断線上を切断前に予め押圧することにより、前記繊維基材の表面に前記撥水層が前記繊維基材の内側へと入り込んだ溝部を形成し、前記溝部に沿って、前記繊維基材を切断する工程を含む、製造方法。
この製造方法によれば、ガス拡散層の基材の外周端面および触媒層側の面が撥水層によって被覆されるとともに、ガス拡散層の基材の外周端面の毛羽立ちが触媒層とは反対の側へと向くように整えられる。そのため、ガス拡散層の基材表面の毛羽による電解質膜の損傷が抑制される。また、この製造方法により製造された膜電極接合体によれば、ガス拡散層の触媒層側の面が触媒層のガス拡散層側の面より小さくなるため、ガス拡散層と電解質膜とが直接的に接触することを抑制でき、過酸化水素ラジカルによる電解質膜の劣化を抑制できる。
電解質膜に接するように配置された触媒層と、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有する電極層を備える燃料電池用の膜電極接合体の製造方法であって、
(a)一方の面に前記触媒層が形成された電解質膜を準備する工程と、
(b)前記ガス拡散層の基材として、前記触媒層よりサイズが小さい繊維基材を準備する工程と、
(c)前記触媒層の外周端より前記繊維基材の外周端が内側となるように、前記触媒層の上に前記繊維基材を配置する工程と、
(d)前記触媒層と前記繊維基材とを、前記電解質膜とともにホットプレスすることにより接合するとともに、前記電解質膜と前記触媒層の熱収縮による変形を利用して、前記触媒層と前記電解質膜の前記繊維基材の外側に突出した部位を、前記繊維基材側に折り曲がらせて、前記触媒層と前記繊維基材との乖離を抑制する係止部を設ける工程と、
を備える、製造方法。
この製造方法によれば、ホットプレスによる熱収縮に伴う変形を利用して、触媒層とガス拡散層との乖離を抑制するための係止部を、膜電極接合体に設けることができる。従って、触媒層とガス拡散層との乖離が抑制された膜電極接合体を、効率よく製造することができる。
適用例11記載の製造方法であって、前記工程(d)は、前記触媒層と前記繊維基材とが積層配置された第1と第2の電解質膜を準備し、前記第1と第2の電解質膜同士を重ねてホットプレスすることにより、前記触媒層と前記繊維基材とを接合するとともに、前記第1と第2の電解質膜同士を接合する工程を含む、製造方法。
この製造方法によれば、膜電極接合体の2つの電極層に、電解質膜と触媒層の外周端を利用した係止部を、効率よく設けることができる。
図1は本発明の一実施例としての燃料電池の構成を示す概略図である。この燃料電池100は、反応ガスとして水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池100は、複数の単セル110が積層されたスタック構造を有する。単セル110は、シール一体型膜電極接合体10と、シール一体型膜電極接合体10を狭持する2枚のセパレータ40とを備える。
図5は本発明の第2実施例としての燃料電池100Aの構成を示す概略図である。図5は電極2Aの構成が異なる点以外は図1とほぼ同じである。この燃料電池100Aの膜電極接合体5Aでは、ガス拡散層2gの外周端部が、触媒層2cの側に向かって先細りとなる略テーパー状の傾斜面で構成されている。即ち、ガス拡散層2gの端面と、ガス拡散層2gの触媒層2c側の表面とが形成する角度が鋭角となるように構成されている。また、ガス拡散層2gの外表面には撥水層3が設けられている。撥水層3は、ガス拡散層2gの触媒層2c側の表面と、外周端面の一部とを被覆している。
図9は、本発明の第3実施例としての燃料電池100Bの構成を示す概略図である。図9は、膜電極接合体5Bの一方の面側に、電極2Aとは外周端部の構成が異なる電極2Bが設けられている点以外は、図5とほぼ同じである。膜電極接合体5Bの一方の電極2Bでは、触媒層2cと、ガス拡散層2gと、撥水層3とが、電解質膜1とほぼ同じサイズで形成されており、電解質膜1と触媒層2cとガス拡散層2gと撥水層3のそれぞれの端面が、ほぼ揃った状態で積層されている。この燃料電池100では、電極2A側をカソードとし、電極2B側をアノードとして、それぞれに酸素と水素とが供給されるものとする。なお、電極2Bの撥水層3は省略されるものとしても良い。
図10は、本発明の第4実施例としての燃料電池100Cの構成を示す概略図である。図10は、膜電極接合体5Cにおいて、アノード側の電極2Aに換えて外周端部の構成が異なる電極2Cが設けられている点以外は、図9とほぼ同じである。燃料電池100Cの膜電極接合体5Cでは、ガス拡散層2gの外周端面が傾斜しておらず、触媒層2cの外表面に対してほぼ垂直な面として構成されている。
図11は、本発明の第5実施例としての燃料電池100Dの構成を示す概略図である。図11は、2つの電極2A,2Bのそれぞれの内部に含浸された接着部材7が設けられている点と、シール領域SAの範囲が図示されている点以外は、図9とほぼ同じである。燃料電池100Dは、2つの電極層2A,2Bの内部に接着部材7が含浸された膜電極接合体5Dを備える。接着部材7は、ガス拡散層2gと触媒層2cとの乖離を抑制するためのものである。
H2 + 1/2O2 → H2O …(A)
この反応は発熱反応であるため、触媒層2cには反応熱が発生する。この反応熱の電解質膜1側への移動量が増大すると、電解質膜1の劣化が促進されてしまう。
図16は、本発明の第6実施例としての燃料電池100Eの構成を示す概略図である。図16は、紙面下側の電極2に換えて、外周端に係止部8が設けられた電極2Eが設けられている点以外は、図1とほぼ同じである。なお、図16では、便宜上、電解質膜1の厚みが図1より薄型化して図示してある。
図24は、本発明の第7実施例としての燃料電池100Fの構成を示す概略図である。この燃料電池100Fの膜電極接合体5Fは、互いに接合された第1と第2の電解質膜1Fa,1Fbを有し、第1の電解質膜1Faの外表面には第1の電極2Faが形成され、第2の電解質膜1Fbの外表面には第2の電極2Fbが形成されている。なお、図24では、第1と第2の電解質膜1Fa,1Fbの接合面を破線で図示してある。
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る。
上記実施例において、ガス拡散層2gは繊維基材によって構成されていた。しかし、ガス拡散層2gは繊維基材によって構成されていなくとも良く、ガスを拡散するための多数の細孔を有する部材や、エキスパンドメタルのような金属加工板などによって構成されるものとしても良い。このような構成であっても、ガス拡散層と電解質膜との直接的な接触を抑制することにより、過酸化水素ラジカルが電解質膜に到達することが抑制され、電解質膜の劣化を抑制できる。また、ガス拡散層の基材外表面に存在する微少な凹凸や、ガス拡散層の基材端部などの押圧によって電解質膜が損傷してしまうことを抑制することができる。
上記第1実施例において、膜電極接合体5の電極2には撥水層3が設けられていなかった。しかし、膜電極接合体5のガス拡散層2gと触媒層2cとの間にも、撥水層3が設けられるものとしても良い。なお、この場合には、ガス拡散層2gの外周端面の少なくとも一部が撥水層3によって被覆されることが好ましい。
上記第2実施例では、電極2Aの形成工程において、撥水層3が形成された面に溝部6を形成し、その溝部6に沿ってガス拡散層2gの外周端部を切断することにより、ガス拡散層2gの外周端面に撥水層3による被覆領域を形成していた。しかし、電極2Aは、この工程によって形成されていなくとも良い。例えば、ガス拡散層2gの基材の外周端部を切断して、ガス拡散層2gの基材のサイズを触媒層2cのサイズより小さくした後に、ガス拡散層2gの基材の一方の面および外周端面を被覆するように撥水層3を設けるものとしても良い。
上記第2実施例では、触媒層2cとガス拡散層2gとの間に撥水層3が設けられていた。しかし、撥水層3は省略されるものとしても良い。この場合であっても、ガス拡散層2gの外周端部が触媒層2c側に先細りとなるよう形成され、ガス拡散層2gの外周端部が、触媒層2cの外周端部より内側に入り込むことにより、ガス拡散層2gの毛羽などの突起部による電解質膜1の損傷や、過酸化水素ラジカルによる電解質膜1の劣化が抑制される。また、上記実施例では、撥水層3は、撥水性樹脂材料を主成分に含む撥水性薄膜により構成されていたが、撥水層3は、撥水性樹脂材料を主成分として含む撥水性薄膜によって構成されていなくとも良い。ただし、撥水層3を撥水性薄膜により構成することにより、図7で説明したように、ガス拡散層2gの毛羽2fを撥水性樹脂により被覆できるため好ましい。
上記第3実施例では、燃料電池100Bは、電極2A側をカソードとし、電極2A側をアノードとして、それぞれに酸素と水素とが供給されていた。しかし、燃料電池100Bは、電極2Aをアノードとし、電極2Bをカソードとして、それぞれに水素と酸素とが供給されるものとしても良い。即ち、燃料電池の電極は、アノードおよびカソードのうち、少なくとも一方の電極において、ガス拡散層の外周端部が触媒層の外周端部より内側に入り込むように構成されていれば良い。
上記第5実施例では、接着部材7は、2つの電極2A,2Bの両方に設けられていた。しかし、接着部材7は、2つの電極2A,2Bのうちの一方において省略されるものとしても良い。第5実施例の他の構成例においても同様である。なお、電極2Bに接着部材7を設けた場合には、熱収縮などにより触媒層2cが電解質膜1とともに変形し、ガス拡散層2gから乖離してしまうことを抑制できる。また、電極2Aに接着部材7を設けた場合には、触媒層2cの外周端部における反応熱によって電解質膜1が劣化してしまうことを抑制できる。
上記第5実施例の燃料電池100Dでは、ガス拡散層2gの外周端が触媒層2cの外周端より内側に入り込んだ電極2Aがカソードとして構成されていた。しかし、燃料電池100Dでは、電極2Aがアノードとして構成されるものとしても良い。
上記第5実施例では、接着部材7は、シール領域SAを囲む周状の領域において含浸されていた。しかし、接着部材7は、触媒層2cの外周端より内側に入り込んでいるガス拡散層2gの外周端に沿って周状に含浸されていれば良く、シール領域SAの内側において含浸されていても良い。
上記第5実施例では、接着部材7は、シール領域SAを囲む領域の全周に渡って、触媒層2cと、ガス拡散層2gと、撥水層3の内部に含浸されていた。しかし、接着部材7は、シール領域SAを囲む領域において全周に渡って、触媒層2cと、ガス拡散層2gと、撥水層3の内部に含浸されていなくとも良い。即ち、接着部材7は、ガス拡散層2gと触媒層2cとの乖離が抑制される程度に、ガス拡散層2gと触媒層2cの内周縁部の一部領域にのみ設けられるものとしても良い。また、接着部材7は、電極内部に含浸されていなくとも良く、ガス拡散層2gおよび撥水層3と、触媒層2cとの接触界面にのみ配置されるものとしても良い。ただし、図14で説明したように、上記第5実施例のように構成することにより、反応熱による電解質膜1の劣化を抑制することができるため好ましい。
上記第5実施例では、2つの電極2A,2Bにそれぞれ撥水層3が設けられていた。しかし、撥水層3は省略されるものとしても良い。これは、第5実施例の他の構成例においても同様である。逆に、第6実施例や第7実施例においては、ガス拡散層2g,2gE,2gEbの触媒層2c側の面に撥水層3が設けられるものとしても良い。
上記第6実施例では、触媒層2cの面内にガス拡散層2gの外周全体が収まるようにガス拡散層2gが配置され、ガス拡散層2gの外周端より突出した触媒層2cを折り曲げることにより、係止部8がガス拡散層2gの外周端に沿って周状に形成されていた。しかし、係止部8は、ガス拡散層2gの外周端に沿って周状に形成されていなくとも良い。例えば、係止部8は、ガス拡散層2gの外周端のうち、互いに対向する二辺についてのみ形成されるものとしても良い。また、係止部8は、触媒層2cの一部のみをガス拡散層2gの外周端より突出させ、その突出した一部を折り曲げることにより、ガス拡散層2gの外周端の一部のみを係止するように設けられるものとしても良い。
上記第7実施例では、第1の電極2Faの方が第2の電極2Fbより小さいサイズで構成されていた。しかし、第1と第2の電極2Fa,2Fbは互いにほぼ同程度のサイズで構成されるものとしても良く、第2の電極2Fbの方が、第1の電極2Faよりも小さいサイズで構成されるものとしても良い。
上記第7実施例では、第1と第2の電解質膜1Fa,1Fbおよびそれらに形成された触媒層2cFの熱収縮による変形を利用して係止部8が形成されていた(図25(C),図26(B))。しかし、係止部8は、そうした熱収縮による変形を利用して形成されなくとも良い。係止部8は、外力を付与して第1と第2の電解質膜1Fa,1Fbおよびそれらに形成された触媒層2cFの外周端部を折り曲げることにより形成されるものとしても良い。
2,2A,2B,2C,2E,2Ea,2Eb,2Fa,2Fb,2a…電極
2c,2cE,2cEb,2cF…触媒層
2f…毛羽
2g,2gE,2gEb…ガス拡散層
2s…面
2ct…外周端
3…撥水層
4…保護シート
5,5A,5Aa,5B,5C,5a,5b,5D,5E,5Ea…膜電極接合体
6…溝部
7…接着部材
8,8a…係止部
10…シール一体型膜電極接合体
20…シール部
30…ガス流路部材
40…セパレータ
43…流路溝
100,100A,100B,100C,100D,100Da,100Db,100E,100Ea〜100Ed,100F,100c…燃料電池
110…単セル
200…押圧工具
202…切削工具
210…電熱板
211…保持部材
212…基台
Claims (10)
- 燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の両側に配置された第1と第2の電極層と、
を備え、
前記第1と第2の電極層は、前記電解質膜に接して配置された触媒層と、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有しており、
前記第1と第2の電極層のうちの少なくとも前記第1の電極層は、前記触媒層の前記ガス拡散層側の面より、前記ガス拡散層の前記触媒層側の面を小さくすることにより、前記ガス拡散層の外周端が、前記触媒層の外周端より内側に入り込んでおり、
前記ガス拡散層は、繊維基材により構成されており、
前記第1と第2の電極層のうちの少なくとも前記第1の電極層には、前記触媒層と前記ガス拡散層との間に撥水層が設けられ、
前記撥水層は、前記ガス拡散層の外周端の端面の少なくとも一部を被覆しており、
少なくとも第1の電極層のガス拡散層では、外周端面における毛羽立ちの方向が前記電解質膜のある側とは反対の側に向くように加工されている、膜電極接合体。 - 請求項1記載の膜電極接合体であって、
前記撥水層は、撥水性樹脂を主成分とする撥水性薄膜により構成されている、膜電極接合体。 - 燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の両側に配置された第1と第2の電極層と、
を備え、
前記第1と第2の電極層は、前記電解質膜に接して配置された触媒層と、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有しており、
前記第1と第2の電極層のうちの少なくとも前記第1の電極層は、前記触媒層の前記ガス拡散層側の面より、前記ガス拡散層の前記触媒層側の面を小さくすることにより、前記ガス拡散層の外周端が、前記触媒層の外周端より内側に入り込んでおり、
前記第1と第2の電極層の少なくとも一方には、発電領域の周縁部に、前記ガス拡散層と前記触媒層との乖離を抑制するための接着部材が配置されており、
前記接着部材は、少なくとも前記第1の電極層において、前記ガス拡散層の外周端より外側に突出している前記触媒層の外周端への反応ガスの拡散を抑制するために、前記触媒層の外周端より内側に入り込んでいる前記ガス拡散層の外周端に沿った周状の領域において、前記触媒層および前記ガス拡散層の内部に含浸されている、膜電極接合体。 - 燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の両側に配置された第1と第2の電極層と、
を備え、
前記第1と第2の電極層は、前記電解質膜に接して配置された触媒層と、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有しており、
前記第1と第2の電極層のうちの少なくとも前記第1の電極層は、前記触媒層の前記ガス拡散層側の面より、前記ガス拡散層の前記触媒層側の面を小さくすることにより、前記ガス拡散層の外周端が、前記触媒層の外周端より内側に入り込んでおり、
前記第1と第2の電極層のうちの少なくとも前記第2の電極層には、前記触媒層の前記ガス拡散層の外周端より突出した前記ガス拡散層側の面が前記ガス拡散層側に折り曲げられて形成された、前記触媒層と前記ガス拡散層との乖離を抑制する係止部が設けられている、膜電極接合体。 - 燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の両側に配置された第1と第2の電極層と、
を備え、
前記第1と第2の電極層は、前記電解質膜に接して配置された触媒層と、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有しており、
前記第1と第2の電極層のうちの少なくとも前記第1の電極層は、前記触媒層の前記ガス拡散層側の面より、前記ガス拡散層の前記触媒層側の面を小さくすることにより、前記ガス拡散層の外周端が、前記触媒層の外周端より内側に入り込んでおり、
前記第2の電極層には、前記ガス拡散層の外周端において、前記ガス拡散層の前記触媒層の外周端より突出した部位を前記触媒層側に折り曲げた、前記触媒層と前記ガス拡散層との乖離を抑制する係止部が設けられている、膜電極接合体。 - 燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の両側に配置された第1と第2の電極層と、
を備え、
前記第1と第2の電極層は、前記電解質膜に接して配置された触媒層と、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有しており、
前記第1と第2の電極層のうちの少なくとも前記第1の電極層は、前記触媒層の前記ガス拡散層側の面より、前記ガス拡散層の前記触媒層側の面を小さくすることにより、前記ガス拡散層の外周端が、前記触媒層の外周端より内側に入り込んでおり、
前記電解質膜の外周端部は、前記ガス拡散層の外側に突出するとともに、前記第1の電極層側の面と前記第2の電極層側の面とが、前記電解質膜の厚み方向に沿った二方向に分離して、前記第1と第2の電極層のそれぞれの側に折り曲げられており、
前記第1と第2の電極層における前記触媒層の外周端には、前記ガス拡散層側の面が、前記ガス拡散層の外側において、前記電解質膜の外周端部とともに、前記ガス拡散層に向かって折り曲げられた、前記触媒層と前記ガス拡散層との乖離を抑制するための係止部が設けられている、膜電極接合体。 - 燃料電池であって、
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の膜電極接合体を備える、燃料電池。 - 電解質膜に接するように配置された触媒層と、繊維基材によって構成され、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有する電極層を備える燃料電池用の膜電極接合体の製造方法であって、
(a)前記ガス拡散層の基材である繊維基材を準備する工程と、
(b)前記繊維基材の一方の面に撥水層を形成する工程と、
(c)前記ガス拡散層の外周端が前記触媒層の外周端より内側に入り込むように、前記繊維基材の外周端を切断する工程と、
(d)前記電解質膜に予め形成された前記触媒層に、前記触媒層と前記撥水層とが接するように、前記繊維基材を重ねて接合し、前記電極層を形成する工程と、
を備え、
前記工程(d)は、前記繊維基材を切断する切断線上を切断前に予め押圧することにより、前記繊維基材の表面に前記撥水層が前記繊維基材の内側へと入り込んだ溝部を形成し、前記溝部に沿って、前記繊維基材を切断する工程を含む、製造方法。 - 電解質膜に接するように配置された触媒層と、前記触媒層の上に配置されたガス拡散層とを有する電極層を備える燃料電池用の膜電極接合体の製造方法であって、
(a)一方の面に前記触媒層が形成された電解質膜を準備する工程と、
(b)前記ガス拡散層の基材として、前記触媒層よりサイズが小さい繊維基材を準備する工程と、
(c)前記触媒層の外周端より前記繊維基材の外周端が内側となるように、前記触媒層の上に前記繊維基材を配置する工程と、
(d)前記触媒層と前記繊維基材とを、前記電解質膜とともにホットプレスすることにより接合するとともに、前記電解質膜と前記触媒層の熱収縮による変形を利用して、前記触媒層と前記電解質膜の前記繊維基材の外側に突出した部位を、前記繊維基材側に折り曲がらせて、前記触媒層と前記繊維基材との乖離を抑制する係止部を設ける工程と、
を備える、製造方法。 - 請求項9記載の製造方法であって、
前記工程(d)は、前記触媒層と前記繊維基材とが積層配置された第1と第2の電解質膜を準備し、前記第1と第2の電解質膜同士を重ねてホットプレスすることにより、前記触媒層と前記繊維基材とを接合するとともに、前記第1と第2の電解質膜同士を接合する工程を含む、製造方法。
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