JP6024398B2 - 補強材付き触媒層−電解質膜積層体、固体高分子形燃料電池、及び、補強材付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、触媒層−電解質膜積層体を備える補強材付き触媒層−電解質膜積層体、固体高分子形燃料電池、及び、補強材付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法に関する。

燃料電池は、電解質の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等として早期の実用化が見込まれている。

この固体高分子形燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜の両面に、触媒層を接合した触媒層−電解質膜積層体（いわゆるＣＣＭ）や、さらにこの触媒層−電解質膜積層体の各触媒層上にガス拡散層を積層した膜−電極接合体（いわゆるＭＥＡ）を主な構成としている。このような固体高分子形燃料電池として、例えば特許文献１には、電解質膜の両面に触媒層が配置された触媒層−電解質膜積層体と、この触媒層−電解質膜積層体の外周縁部を一方面側及び他方面側から覆うように配置された一対の補強材と、を備える構成が記載されている。

また、特許文献２には、図２３に示すような固体高分子形燃料電池が記載されている。図２３に示す固体高分子形燃料電池１００は、電解質膜１０２の両面に触媒層１０３が配置された触媒層−電解質膜積層体１１０と、この触媒層−電解質膜積層体１１０の外周縁部を一方面側及び他方面側から覆うように配置され、互いに貼り合わされた一対の補強材１０４，１０４と、を備えている。

特開２００８−５９９０８号公報 特開２００７−１５７４２０号公報

しかしながら、上記のような固体高分子形燃料電池１００では、一対の補強材１０４，１０４を貼り合わせるときに、この一対の補強材１０４，１０４の間に空気が入り込むことがあり、この空気が一対の補強材１０４，１０４の間に残ってしまうエア噛みが生じることがあった。また、エア噛みが生じると、その部分からガスが漏れ出してしまうことがあった。また、エア噛みにより補強材１０４の表面に凹凸ができるので、その上にガス拡散層、ガスケット及びセパレータ等を積層すると、凹凸により積層構造が不安定になり、接触不良やガスリークが発生してしまうことがあった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、高品質の補強材付き触媒層−電解質膜積層体、固体高分子形燃料電池及び補強材付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法の提供を目的とする。

本発明に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体は、上記課題を解決するためになされたものであり、電解質膜の両面に触媒層が配置された触媒層−電解質膜積層体と、前記触媒層−電解質膜積層体の外周縁部を一方面側及び他方面側から覆うように配置され、互いに貼り合わされた一対の枠状の補強材と、を備え、前記一対の補強材の各々に、厚み方向に延びて互いに連通する空気排出路が少なくとも１つ形成されており、前記空気排出路は、前記電解質膜の外周縁部の外側に形成されている。

このような構成によれば、一対の補強材を貼り合わせるときに、一対の補強材の間に空気が入り込むことがあるが、この空気を、補強材に形成された空気排出路により外部に排出することができる。特に、触媒層−電解質膜積層体の厚さに起因して、一対の補強材の間に空気が入り込むことがあるが、この空気を空気排出路により確実に排出することができる。また、連通した一方及び他方の空気排出路の両方から空気を排出するので、素早く確実に空気を除去することができる。これにより、一対の補強材の間に空気が残ってしまうエア噛みを防ぐことができ、高品質の補強材付き触媒層−電解質膜積層体を得ることができる。このように、本願発明は、一対の補強材を互いに貼り合わせる構成において、この構成に起因して、一対の補強材１０４、１０４の間に空気が入り込んでエア噛みが生じるという本願特有の問題を見出し、この問題を解決するために発明されたものである。

また、前記空気排出路は、封止手段により封止されていることが好ましい。

また、前記封止手段は、前記空気排出路に充填された封止材を備えることが好ましい。

或いは、前記封止手段は、前記空気排出路を覆う封止カバーを備えることが好ましい。

また、前記封止カバーは、接着性を有していることが好ましい。

また、前記触媒層の表面にガス拡散層が積層させるとともに、前記封止材は、接着性を有しており、前記ガス拡散層の外周縁部が、前記空気排出路を覆い、前記封止材に接着されていることが好ましい。

或いは、前記触媒層の表面にガス拡散層が積層されるとともに、前記一対の補強材が、前記ガス拡散層の外周縁部の表面に接していることが好ましい。

あるいは、上記のいずれかに記載の補強材付き触媒層−電解質膜積層体を備える固体高分子形燃料電池とすることもできる。

また、本発明に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、電解質膜の両面に触媒層が配置された触媒層−電解質膜積層体の外周縁部を一方面側及び他方面側から覆うように一対の枠状の補強材を配置し、当該一対の補強材を互いに貼り合わす貼合工程を備え、前記一対の補強材のそれぞれに、厚み方向に延びる空気排出路が少なくとも１つ形成されており、前記貼合工程は、一方の前記補強材の前記空気排出路と、他方の前記補強材の前記空気排出路とが互いに連通するように前記一対の補強材を貼り合わせる。

また、上記補強材付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法において、前記触媒層の表面にガス拡散層が積層されていることが好ましい。

また、前記空気排出路を封止手段により封止する封止工程を更に備えることが好ましい。

本発明によれば、高品質の補強材付き触媒層−電解質膜積層体、及び、固体高分子形燃料電池を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。 本発明の一実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の平面図である。 本発明の一実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の要部を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法を示す説明図である。 他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の平面図である。 他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法を示す説明図である。 他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の平面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の要部の断面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の平面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の平面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の平面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の平面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。 更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。 従来の固体高分子形燃料電池の正面断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の断面図であり、図２は、補強材付き触媒層−電解質膜積層体の平面図であり、図３は、図１に示す補強材付き触媒層−電解質膜積層体の要部Ｘを拡大して示す断面図である。

本実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体１は、図１、図２および図３に示すように、触媒層−電解質膜積層体１０と、触媒層−電解質膜積層体１０の外周縁部１１を一方面側及び他方面側から覆うように配置された一対の枠状のフィルム状の補強材４、４と、を備えている。触媒層−電解質膜積層体１０は、平面視矩形状の電解質膜２と、当該電解質膜２の両面（一方面及び他方面）にそれぞれ配置された触媒層３、３とを備えている。触媒層−電解質膜積層体１０の外周縁部１１は、電解質膜２の外縁の端面２３および外周縁部２１、並びに、触媒層３の外縁の端面３３および外周縁部３１を含む概念であり、本実施形態では、触媒層−電解質膜積層体１０の外周縁部１１のうち電解質膜２の外縁の端面２３および外周縁部２１に補強材４が貼り合わされている。これにより、触媒層−電解質膜積層体１０の外周縁部１１の一部が補強材４により覆われている。また、電解質膜２の外周縁部２１は、電解質膜２の外縁より内側の部分であり、触媒層３の外周縁部３１は、触媒層３の外縁より内側の部分である。

電解質膜２の厚さは、通常１０μｍ〜２５０μｍ程度、好ましくは１０μｍ〜８０μｍ程度であり、この厚さにより、図３に示すように、電解質膜２の表裏面（一方面及び他方面）と、一対の補強材４、４の接着面４０との間に段差２０が形成されている。

触媒層３は、電解質膜２よりも一回り小さく形成されており、電解質膜２の外周縁部２１が触媒層３から露出するように配置されている。この触媒層３の厚さは、通常１μｍ〜２００μｍ程度、好ましくは３μｍ〜１００μｍ程度である。また、一方の触媒層３が電解質膜２の一方面に配置され、他方の触媒層３が電解質膜２の他方面に配置されている。

一対の補強材４、４は、それぞれ電解質膜２よりも一回り大きく形成されており、電解質膜２の外周縁部２１に貼り合わされると共に、電解質膜２より外側で電解質膜２からはみ出した部分において互いに貼り合わされている。また、補強材４は枠状（額縁状）に形成され、触媒層３の少なくとも一部が露出するような枠状（額縁状）の開口部５を有している。なお、開口部５と触媒層３との間には隙間があってもよい。また、一対の補強材４、４には、それぞれ、厚み方向に延びる複数の空気排出路６が形成されており、各空気排出路６は補強材４を貫通しており、補強材４の表面及び接着面４０に開口している。また、図１、図３に示すように、一方の補強材４に形成された空気排出路６と、それに対向して他方の補強材４に形成された空気排出路６とは、互いに連通している。一対の補強材４、４に形成された空気排出路６、６は、互いに連通していればその位置が完全に一致しなくてもよく、多少横にずれていてもよい。また、各空気排出路６は、電解質膜２の外周縁部２１より外側に形成されている。電解質膜２の外周縁部の外側（空気排出路６が形成される位置）とは、電解質膜２の外縁の端面２３の近傍が好ましく、電解質膜２の厚みにより一対の補強材４，４の間に空気が入り込む部分を含む概念である。電解質膜２の外周縁から空気排出路６までの距離Ａは、空気が排出される限り、限定されるものではないが、空気を確実に排出する観点から、１０ｍｍ以内が好ましく、５ｍｍ以内が更に好ましく、２ｍｍ以内が更に好ましい。また、図２に示すように、複数の空気排出路６は、平面視において、電解質膜２の外周縁部２１に沿って電解質膜２の全周を取り囲むように形成されている。電解質膜２の外周縁部２１に沿う方向における各空気排出路６の長さおよび隣接する空気排出路６の間隔（ピッチ）は、空気が流通可能であり、補強膜の強度が保たれれば特に限定されないが、長さは、０．８ｍｍ〜１．２ｍｍが好ましく、隣接する空気排出路６の間隔（ピッチ）は、１．８ｍｍ〜２．２ｍｍが好ましい。また、空気排出路６の幅は、空気が流通可能であり、補強膜の強度が保たれる幅であれば特に限定されないが、空気を確実に排出する観点及び封止材６０を充填する観点から、１ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下が更に好ましい。また、空気排出路６は、面積のない切れ目であってもよい。また、補強材４は、基材層４１と、基材層４１に積層された接着層４２とを備えており、接着層４２により互いに接着するとともに触媒層−電解質膜積層体１０に接着している。この基材層４１及び接着層４２は、それぞれ、単層であっても複層であってもよい。

また、上記実施形態では、補強材４が基材層４１及び接着層４２を備える構成であったが、この構成に限定されるものではなく、接着層４２を省略することもできる。例えば、基材層４１に用いる樹脂の融点や、軟化点が低い場合や、熱接着性樹脂を用いるような場合に、一対の補強材４、４を熱プレスして基材層４１を溶融して貼り合わせることができる場合は、接着層４２を省略してもよい。この場合、基材層４１としては、良好な熱接着性の観点から、例えば、ポリオレフィン系樹脂などの熱接着性樹脂を用いることができる。

また、各空気排出路６には、当該空気排出路６を封止するための封止材６０（封止手段）が充填されている。封止材６０は、空気排出路６の全体に隙間無く充填されており、空気排出路６を閉塞している。

次に、上述した補強材付き触媒層−電解質膜積層体１の各構成要素の材質について説明する。

電解質膜２は、例えば、基材上に水素イオン伝導性高分子電解質を含有する溶液を塗工し、乾燥することにより形成される。水素イオン伝導性高分子電解質膜としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、より具体的には、炭化水素系イオン交換膜のＣ−Ｈ結合をフッ素で置換したパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー（ＰＦＳ系ポリマー）等が挙げられる。電気陰性度の高いフッ素原子を導入することで、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の解離度が高く、高いイオン伝導性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Ｎａｆｉｏｎ」（登録商標）、旭硝子（株）製の「Ｆｌｅｍｉｏｎ」（登録商標）、旭化成（株）製の「Ａｃｉｐｌｅｘ」（登録商標）、ゴア（Ｇｏｒｅ）社製の「Ｇｏｒｅ Ｓｅｌｅｃｔ」（登録商標）等が挙げられる。水素イオン伝導性高分子電解質含有溶液中に含まれる水素イオン伝導性高分子電解質の濃度は、通常５〜６０重量％程度、好ましくは２０〜４０重量％程度である。なお、上記の水素イオン伝導性高分子電解質膜以外には、アニオン導電性固高分子電解質膜や液状物質含浸膜も挙げられる。アニオン伝導性電解質膜としては炭化水素系樹脂又はフッ素系樹脂等が挙げられ、具体例として、炭化水素系樹脂としては、旭化成（株）製のＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標）Ａ２０１，２１１，２２１や、トクヤマ（株）製のネオセプタ（登録商標）ＡＭ−１，ＡＨＡ等が挙げられ、フッ素系樹脂としては、東ソー（株）製のトスフレックス（登録商標）ＩＥ−ＳＦ３４等が挙げられる。また液状物質含浸膜としては、例えばポリベンゾイミダゾール（PBI）が挙げられる。

触媒層３は、公知の白金含有の触媒層（カソード触媒及びアノード触媒）とすることができる。具体的には、触媒粒子を担持させた炭素粒子と、水素イオン伝導性高分子電解質とを含有する。水素イオン伝導性高分子電解質としては、上述した電解質膜２に使用されるものと同じ材料を使用することができる。

触媒粒子としては、例えば、白金や白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と、白金との合金等が挙げられる。なお、通常は、カソード触媒層に含まれる触媒粒子は白金であり、アノード触媒層に含まれる触媒粒子は前記金属と白金との合金である。

炭素粒子は、導電性を有しているものであれば限定的ではなく、公知又は市販のものを広く使用できる。例えば、カーボンブラックや、黒鉛、活性炭等を１種又は２種以上で用いることができる。カーボンブラックの例としては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等を挙げることができる。炭素粒子の算術平均粒子径は通常５ｎｍ〜２００ｎｍ程度、好ましくは２０ｎｍ〜８０ｎｍ程度である。この炭素粒子の平均粒子径は、例えば、粒子径分布測定装置ＬＡ−９２０：（株）堀場製作所製等により測定できる。

補強材４の基材層４１の材質は、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリメチルテンペン、ポリフェニレンオキサイド、ポリサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、フッ素樹脂などのプラスチック、或いは、アルミニウム、銅、亜鉛などの金属を好ましく使用することができる。なお、ポリエステルは、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート等を挙げることができる。また、上記のプラスチック及び金属を積層した積層体、或いは、上記のプラスチックにアルミナ、シリカ、チタニアなどの酸化物を積層した積層体を基材層４１として使用することもできる。これらの中で、ポリエステル、特にポリエチレンナフタレートは、水蒸気、水、燃料ガス及び酸化剤ガスに対するバリア性を有するガスバリア性、耐熱性、熱寸法安定性、製造コストの低減の観点から好ましい。

補強材４の接着層４２の材質は、ポリオレフィン系樹脂を挙げることができ、例えば、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、エチレン−α・オレフィン共重合体、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソブテン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、エチレン−メタクリル酸共重合体、あるいはエチレン−アクリル酸共重合体等のエチレンと不飽和カルボン酸との共重合体、あるいはそれらを変性した酸変性ポリオレフィン系樹脂、シラン変性ポリオレフィン系樹脂、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等を使用することができ、その中でも不飽和カルボン酸でグラフト変性したポリプロピレン又は不飽和カルボン酸で変性したポリエチレンを使用することが絶縁性もしくは耐熱性の点で好ましい。また、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することもできる。また、アクリル系樹脂や、脂肪族ポリアミドなどの粘着剤を使用することもできる。また、必要に応じて適宜、エポキシ系樹脂、ポリチオールなどの硬化剤を使用することもできる。
また、上記接着層に用いる材料は、１種単独で用いてもよく、また２種以上を組み合わせて用いてもよい。組み合わせの例としては、エポキシ樹脂と、脂肪族ポリアミドと、ポリチオールとを組み合わせて用いることもできる。なお、接着層４２を省略した場合に基材層４１に用いるポリオレフィン系樹脂の具体的な例としても、上述の例を挙げることができる。

封止材６０の材質は、アクリル系、ウレタン系、ポリウレタン系、シリコン系、変性シリコン系、ポリサルファイド系の樹脂を使用することができ、これらも１種類又は２種類以上を混合して使用することができる。また、上述した補強材４の接着層４２と同様の材質を使用してもよい。

次に、上述した補強材付き触媒層−電解質膜積層体１の製造方法について、図面を参照しつつ説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体１の製造方法を示す説明図である。

補強材付き触媒層−電解質膜積層体１を製造するときは、図４に示すように、まず、上述した材料からなる電解質膜２を準備し、この電解質膜２の両面に触媒層形成用転写シート８を重ねて配置する（図４（ａ））。ここで触媒層形成用転写シート８とは、転写される触媒層３が転写用基材８１に形成されたものである。この触媒層形成用転写シート８の製造方法について説明すると、まず、上述した触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を適当な溶剤に混合、分散して触媒ペーストを作製する。そして、形成される触媒層３が所望の膜厚になるように触媒ペーストを公知の方法に従い、必要に応じて離型層を介して転写用基材８１上に塗工する。このとき、触媒層３が、電解質膜２よりも一回り小さい形状となるように、触媒ペーストを転写用基材８１に塗工する。触媒ペーストの塗工方法としては、スクリーン印刷や、スプレーコーティング、ダイコーティング、ナイフコーティングなどの公知の塗工方法を挙げることができる。また、上記の溶剤としては、各種アルコール類、各種エーテル類、各種ジアルキルスルホキシド類、水またはこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でもアルコール類が好ましい。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、等の炭素数１〜４の一価アルコール、各種の多価アルコール等が挙げられる。転写用基材８１としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを挙げることができる。また、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。さらに転写用基材８１は、高分子フィルム以外にアート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙などの非塗工紙であっても良い。転写用基材８１の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から通常６μｍ〜１００μｍ程度、好ましくは１０μｍ〜３０μｍ程度とするのがよい。従って、転写用基材８１としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。

そして、触媒ペーストを塗工した後、所定の温度及び時間で乾燥することにより転写用基材８１上に触媒層３が形成される。乾燥温度は、通常４０℃〜１００℃程度、好ましくは６０℃〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常５分〜２時間程度、好ましくは１０分〜１時間程度である。

図４に戻って補強材付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法について説明を続けると、上述したように作製した触媒層形成用転写シート８を触媒層３が電解質膜１に対面するように配置し（図４（ａ））、転写シート８の転写用基材８１側から加熱プレスを施して触媒層３を電解質膜２に転写させて、転写シート８の転写用基材８１を剥離する（図４（ｂ））。作業性を考慮すると、触媒層３を電解質膜２の両面に同時に積層することが好ましいが片面ずつ触媒層３を形成することもできる。加熱プレスの加圧レベルは、転写不良を避けるために、通常０．５ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度、好ましくは１ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度がよい。また、この加圧操作の際に、転写不良を避けるために加圧面を加熱するのが好ましい。加熱温度は、電解質膜２の破損、変形等を避けるために、通常２００℃以下、好ましくは１５０℃以下がよい。このように電解質膜２の両面に触媒層３を形成することで触媒層−電解質膜積層体１０が形成される。このとき、触媒層３は、電解質膜２よりも一回り小さいため、電解質膜２の外周縁部２１は露出された状態となっている。

次に、上記のように形成された触媒層−電解質膜積層体１０の外周縁部１１に一対の補強材４、４を貼り合わせる工程を行う（図４（ｃ））。より詳細には、一対の補強材４、４の接着層４２、４２を対向させ、触媒層−電解質膜積層体１０の外周縁部１１を一方面側及び他方面側から覆うように補強材４、４をそれぞれ配置する。そして、補強材４の開口部５から触媒層３が露出するよう、接着層４２を電解質膜２の外周縁部２１上に接着させると共に、外周縁部２１より外側の部分において接着層４２同士を接着させる。このように、一対の補強材４、４を同時に触媒層−電解質膜積層体１０に貼り付け、この状態で全体を上下から同時にプレスして密着させる。このとき、一方及び他方の補強材４の位置を適宜調整し、一方の補強材４の空気排出路６と、それに対向する他方の補強材４の空気排出路６とが互いに連通するように一対の補強材４、４を貼り合わせる。補強材４の位置を調整する方法は特に限定されないが、例えば、ピン治具により補強材４を固定して位置調整する方法や、カメラで補強材４の画像を読み込んだうえでアライメント調整する方法が挙げられる。また、これらの方法を組み合わせて位置調整してもよい。このとき、一対の補強材４、４の間に入り込んだ空気が一対の補強材４、４に形成された空気排出路６、６から外部に排出される（図４（ｄ））。なお、補強材４をプレスするときに加熱をしてもよい。また、一対の補強材４、４を貼り合わせたときに、接着層４２により空気排出路６の一部が閉塞することもある。

続いて、連通した一方及び他方の空気排出路６の全体に封止材６０を充填し、空気排出路６を閉塞する（図４（ｅ））。これにより、空気排出路６を封止材６０（封止手段）により封止する（封止工程）。以上の方法により、補強材付き触媒層−電解質膜積層体１が製造される。

以上のような構成を備える補強材付き触媒層−電解質膜積層体１によれば、一対の補強材４、４を貼り合わせるときに、補強材４、４の間に空気が入り込むことがあるが、この空気を、補強材４に形成された空気排出路６により外部に排出することができる。特に、電解質膜２の厚さによる段差２０に起因して、補強材４、４の間に空気が入り込むことがあるが、この空気を空気排出路６により確実に排出することができる。また、連通した一方及び他方の空気排出路６から空気を排出するので、上下両方から空気を排出することができ、素早く確実に空気を除去することができる。これにより、一対の補強材４、４の間に空気が残ってしまうエア噛みを防ぐことができ、高品質の補強材付き触媒層−電解質膜積層体１を得ることができる。また、空気排出路６を形成しておくだけで空気を確実に排出することができるので、極めて簡易にエア噛みを防ぐことができる。
また、空気排出路６が電解質膜２の外周縁部の外側に形成されているため、高品質の補強材付き触媒層−電解質膜積層体１を得ることができる。すなわち、空気排出路６が電解質膜２に接触する位置に形成されているだけでは、電解質膜２の膨張又は収縮により空気排出路６に電解質膜２の材料が出入りして補強材４が歪むことがあるが、空気排出路６が電解質膜２の外周縁部の外側に形成されている場合は、空気排出路６が電解質膜２に接触していないので補強材４が歪むことがなく、高品質の補強材付き触媒層−電解質膜積層体１にすることができる。

また、各空気排出路６の長さや隣接する空気排出路６の間隔（ピッチ）を適宜調整することにより、補強材付き触媒層−電解質膜積層体１の品質を更に高めることができる。例えば、空気排出路６を長くしたり空気排出路６の間隔（ピッチ）を狭くしたりすることにより、空気排出路６が形成されている部分を大きくして空気排出効果を高めることができる。一方、空気排出路６を短くしたり空気排出路６の間隔（ピッチ）を広くしたりすることにより、空気排出路６が形成されている部分を小さくして補強材４の強度を保つこともできる。

また、封止材６０により空気排出路６を封止するので、上記の補強材付き触媒層−電解質膜積層体１にガス拡散層やセパレータを積層して固体高分子形燃料電池として発電するときに、発電用のガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）が空気排出路６を通過するのを防ぐことができ、発電能力の低下を防ぐことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、電解質膜２の外周縁部の全周を取り囲むように空気排出路６が形成されていたが、この構成に限定されるものではなく、電解質膜２の外周縁部の外側の一部を取り囲むように空気排出路６を形成してもよい。

また、上記実施形態では、触媒層−電解質膜積層体１０を形成するときに、電解質膜２に触媒層３を転写する転写法により形成していたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、電解質膜２に触媒層３を直接塗布することにより形成することもできる。

また、上記実施形態では、貼合工程において、一対の補強材４、４を同時に触媒層−電解質膜積層体１０に貼り付ける構成であったが、一対の補強材４、４を互いに貼り合わせることができればその方法は特に限定されるものではなく、例えば、先に一方の補強材４を触媒層−電解質膜積層体１０に貼り付け、その後に他方の補強材４を触媒層−電解質膜積層体１０に貼り付けることにより一対の補強材４、４を貼り合わせてもよい。この場合、先に一方の補強材４を触媒層−電解質膜積層体１０に貼り付けたときに、空気排出路６がふさがれてしまっても、他方の補強材４を触媒層−電解質膜積層体１０に貼り付ける際に、他方の補強材４に設けられた空気排出路６から、入り込んだ空気を確実に排出することができる。

また、上記実施形態では、空気排出路６が予め補強材４に形成されていたが、一対の補強材４、４を貼り合わせる貼合工程の前に、補強材４に空気排出路６を形成する排出路形成工程を備える構成であってもよい。また、一対の補強材４、４を貼り合わせた後に補強材４に空気排出路６を形成して、入り込んだ空気を排出してもよい。

また、図５は、他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の平面図である。図５において、上記の構成と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。上記実施形態では、平面視において複数の空気排出路６が電解質膜２の外周縁部２１に沿ってその外側に形成されている構成であったが、この構成に限定されるものではなく、本実施形態では、図５に示すように、複数の空気排出路６が電解質膜２の外周縁部２１の角部２２に隣接して形成されている。また、各空気排出路６は、平面視において円形に形成されている。空気排出路６の直径は、空気が流通可能な直径であれば特に限定されないが、空気を確実に排出する観点から、０．５ｍｍ以上が好ましい。このような構成によっても、一対の補強材４、４の間に入り込んだ空気を空気排出路６により外部に排出することができる。

また、空気排出路６の数は、上下に連通した状態の空気排出路６、６が少なくとも１つ形成されていれば特に限定されるものではなく、適宜変更可能である。また、空気排出路６の形も特に限定されるものではなく、平面視において直線形、丸形、三角形、四角形、×形、カギカッコ形状など、適宜変更可能であり、様々な形の空気排出路６を形成することができる。また、一対の補強材に形成される空気排出路６は互いに連通さえしていれば、両面で形状や大きさが異なっていてもよい。

また、上記実施形態では、補強材付き触媒層−電解質膜積層体１の製造方法において、一対の補強材４、４の全体を同時にプレスする構成であったが（図４（ｃ））、この構成に限定されるものではなく、図６に示すように、ローラー５０により、補強材４、４の表面に沿って一方側から他方側（図６の左側から右側）へ順にプレスする構成であってもよい。また、この場合、補強材４は、図７に示すように、一方側（図６の左側）の空気排出路６を省略し、他方側（図６の右側）の外周縁部２１に隣接する空気排出路６のみを形成する構成であってもよい。このような構成によれば、ローラー５０によって他方側（図６の右側）に押された空気を空気排出路６から外部に排出する貼り合せ方法の場合、空気排出路の数を少なくしても一方側から他方側に押された空気を空気排出路６から外部に排出することができるため、空気排出効果を高めることができ、補強材の強度も保つことができる。また、一対の補強材４、４の全体を同時にプレスする構成であっても、一方側の空気排出路６を省略することができる。なお、図７において、上記の構成と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

図８は、更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。図８において、上記の構成と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。図８に示すように、本実施形態の補強材付き触媒層−電解質膜積層体１では、一対の補強材４、４が、触媒層３、３の表面に貼り合わされている。より詳細には、一対の補強材４、４が、電解質膜２の外縁の端面２３および外周縁部２１に貼り合わされるだけでなく、触媒層３の外縁の端面３３および外周縁部３１にも貼り合わされている。このような構成によっても、触媒層−電解質膜積層体１０の外周縁部１１の少なくとも一部を一対の補強材４、４により覆うことができる。触媒層３の少なくとも一部は補強材４の開口部５から露出している。また、触媒層３の厚さにより、触媒層３の表面と、一対の補強材４、４の接着面４０との間に段差３０が形成されており、この段差３０を一対の補強材４、４が覆っている。なお、触媒層３の表面は、該触媒層３が電解質膜２と接している面と反対側の面を指す。このような構成によっても、空気排出路６により空気を外部に排出することができる。特に、触媒層３の厚さによる段差３０に起因して、補強材４と触媒層−電解質膜積層体１０との間に空気が入り込むことがあるが、この空気を空気排出路６により素早く確実に排出することができる。

また、図９は、更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。図９において、上記の構成と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。図９に示す実施形態では、補強材付き触媒層−電解質膜積層体１は、触媒層３の表面（電解質膜２と接触する面と反対側の面）に配置されたガス拡散層７を更に備えており、ガス拡散層７の表面に一対の補強材４、４が貼り合わされている。ガス拡散層７は、触媒層３の表面全体に配置されており、ガス拡散層７の外縁の端面７３及び触媒層３の外縁の端面３３の位置が一致している。一対の補強材４、４は、ガス拡散層７の外縁の端面７３及び外周縁部７１に貼り合わされている。また、一対の補強材４、４は、触媒層−電解質膜積層体１０の外周縁部１１のうち、電解質膜２の外縁の端面２３および外周縁部２１、並びに触媒層３の外縁の端面３３に貼り合わされており、触媒層−電解質膜積層体１０の外周縁部１１の一部を覆っている。ガス拡散層７の少なくとも一部は補強材４の開口部５から露出している。また、ガス拡散層７の厚さは、通常２０μｍ〜１０００μｍ程度、好ましくは３０μｍ〜４００μｍ程度であり、ガス拡散層７及び触媒層３の厚さにより、ガス拡散層７の表面と、一対の補強材４、４の接着面４０との間に段差７０が形成されており、この段差７０を一対の補強材４、４が覆っている。なお、ガス拡散層７の表面は、該ガス拡散層７が触媒層３と接している面と反対側の面を指す。このような構成によっても、一対の補強材４、４の間に入り込む空気を空気排出路６により外部に排出することができる。特に、ガス拡散層７を積層したことにより段差７０が高くなり、空気が入り込みやすくなるが、この空気を空気排出路６により素早く確実に排出することができる。また、ガス拡散層７の外周縁から空気排出路６までの距離は、空気を確実に排出する観点から、１０ｍｍ以内が好ましく、５ｍｍ以内が更に好ましい。なお、上記の実施形態では、ガス拡散層７の外縁の端面７３および触媒層３の外縁の端面３３の位置が一致している構成であったが、この構成に限定されるものではなく、ガス拡散層７の大きさは、触媒層３の大きさより一回り小さく、ガス拡散層７の外縁の端面７３は、触媒層３の外縁の端面より内側に存在する構成であってもよい。

また、上記実施形態では、補強材４がガス拡散層７を覆う構成であったが、この構成に限定されるものではない。図１０は、更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。図１０において、上記の構成と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、ガス拡散層７の外周縁部７１が補強材４の表面を覆うとともに、空気排出路６を覆っている。なお、補強材４の表面は、一対の補強材４，４が互いに接している面と反対側の面（補強材４が触媒層−電解質膜積層体１０の外周縁部１１と接している面と反対側の面）を指す。また、空気排出路６に充填された封止材６０が接着性を有しており、ガス拡散層７が封止材６０に接着され、固定されている。このような構成によれば、封止のために空気排出路６に充填された封止材６０を利用してガス拡散層７を固定することができ、補強材付き触媒層−電解質膜積層体１の構造を安定させることができる。また、空気排出路６の大きさを調整することにより、ガス拡散層７と封止材６０との接着性を調整することができ、空気排出路６を大きくすると接着性を高めることができる。また、空気排出路６に封止材６０を充填すると、補強材４の表面の平滑性を保ちつつ接着性を高めることができる。これにより、複数の補強材付き触媒層−電解質膜積層体１を重ねたときに安定させることができる。

また、上記各実施形態では、空気排出路６に封止材６０が充填されていたが、この構成に限定されるものではなく、空気排出路６が接着層４２により閉塞される場合には、空気排出路６に封止材６０を充填しなくてもよい。また、空気排出路６の開口端部のみに接着性の封止材６０を充填し、ガス拡散層７を接着する構成であってもよい。

また、上記各実施形態では、空気排出路６の全体に封止材６０を充填していたが、この構成に限定されず、少なくとも一部に充填していればよく、図１１に示すように、空気排出路６の一部のみに封止材６０を充填する構成であってもよい。

また、上記実施形態では、封止手段として空気排出路６に充填された封止材６０を用いていたが、この構成に限定されるものではない。図１２は、更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。図１２において、上記の構成と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、図１２に示すように、封止手段として空気排出路６を覆う封止カバー６１を用いており、この封止カバー６１は、補強材４の表面に配置され、空気排出路６を閉塞している。この封止カバー６１は接着性を有していてもよく、有していなくてもよい。封止カバー６１が補強材４と接する側に接着性を有する場合は、確実に空気排出路６を閉塞できる観点から好ましい。一方、封止カバー６１が補強材４に接する側と反対側に接着性を有する場合は、反対側に接する部材を固定できる観点から好ましい。また、封止カバー６１は単層であってもよく、複数の層の積層体であってもよい。また、封止カバー６１を設けることで簡便に空気排出路６を閉塞することができる。封止カバー６１の材質は、上述した封止材６０と同様の材質を使用することができる。また、上述した基材層４１及び／又は接着層４２と同様の材質を使用してもよい。このような構成によっても、空気排出路６を封止カバー６１により封止することができ、発電用のガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）が空気排出路６を通過するのを防ぐことができる。

また、封止カバー６１の構成は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば図１３に示すように、封止カバー６１が補強材４の側面を取り囲んでいる構成であってもよい。なお、この場合、封止カバーはガスケットとして用いることも可能であり、空気排出路６より外側に別途マニホールド孔６５を形成してもよい。なお、マニホールド孔６５は、固体高分子形燃料電池に供給するガスや冷却水を供給・排出するための流路であるマニホールドを貫通させるために設けられる貫通孔である。また、空気排出路６に封止材６０を充填したうえで、更に封止カバー６１を補強材４の表面に配置してもよい。これにより、空気排出路６を確実に封止することができる。

また、空気排出路６の構成は上記実施形態に限定されるものではなく、図１４（ａ）〜（ｄ）に示すように、開口部５に向かって延び、開口部５に接続されている構成であってもよい。

また、図１５（ａ）〜（ｄ）に示すように、空気排出路６が電解質膜２の外縁に沿って直線状に延びる構成であってもよい。また、図１５（ｅ）に示すように、空気排出路６が破線状に延びる（複数の空気排出路６が互いに間隔をあけて延びる）構成であってもよい。また、直線状に延びる構成や破線状に延びる構成は、図１５（ａ）〜（ｅ）に示すように、電解質膜２の外縁の４辺に沿って任意に形成されていてもよい。また、図１５（ｆ）、（ｇ）に示すように、空気排出路６が電解質膜２の各辺に対向するように形成されていてもよい。また、図１５（ｈ）に示すように、空気排出路６が電解質膜２の各辺及び各角に対向するように形成されていてもよい。また、空気排出路６の数は特に限定されるものではなく、単数であっても複数であってもよい。また、各形状の空気排出路６の位置は電解質膜２の外縁の４辺に沿って、任意に形成されていてもよい。

また、一対の補強材４、４は、触媒層−電解質膜積層体１０の外周縁部１１の少なくとも一部を覆っていればよく、図１６に示すように、補強材４と触媒層３との間に隙間が形成されていてもよい。

また、空気排出路６の構成は上記実施形態に限定されるものではなく、図１７（ａ）に示すように、電解質膜２の１辺に対して複数の空気排出路６が形成されていてもよい。また、図１７（ｂ）に示すように、電解質膜２の角部を囲むようにカギカッコ形状の空気排出路６が形成されていてもよい。

また、図１８は、更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。図１８において、上記の構成と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。上記実施形態では、触媒層３が電解質膜２よりも一回り小さく形成され、触媒層３から電解質膜２の外周縁部２１が露出する構成であったが、この構成に限定されるものではなく、図１８に示すように、本実施形態の補強材付き触媒層−電解質膜積層体１では、触媒層３が電解質膜２の表裏面の全体に配置されており、電解質膜２の外周縁部２１が触媒層３から露出しておらず、触媒層３の外縁の端面３３及び電解質膜２の外縁の端面２３の位置が一致している。一対の補強材４、４は、電解質膜２の外縁の端面２３並びに触媒層３の外縁の端面３３および外周縁部３１に貼り合わされており、これにより、触媒層‐電解質膜積層体１０の外周縁部１１の一部が一対の補強材４、４により覆われている。また、触媒層３及び電解質膜２の厚さにより、触媒層３の表面と、一対の補強材４、４の接着面４０との間に段差３０ａが形成されており、この段差３０ａを一対の補強材４、４が覆っている。このような構成によっても、一対の補強材４、４の間に入り込む空気を空気排出路６により外部に排出することができる。特に、触媒層３から露出する電解質膜２の外周縁部２１が無いことにより段差３０ａが高くなり、空気が入り込みやすくなるが、この空気を空気排出路６により素早く確実に排出することができる。

また、本発明の補強材付き触媒層−電解質膜積層体は上記実施形態に限定されるものではなく、図１９は、更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図であり、図２０は、補強材付き触媒層−電解質膜積層体の平面図である。図１９及び図２０に示すように、この実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体１は、補強材４に形成された補助排出路６’を備えている。この補助排出路６’は、補強材４の厚み方向に延びるように形成され、補強材４を貫通しており、触媒層３の外周縁部３１より外側であって、かつ、電解質膜２の外周縁部２１に接触する位置に形成されている。また、空気排出路６’は、平面視において、触媒層３の外周縁部３１に沿って、電解質膜２の外周縁部２１に接する位置に、触媒層３を取り囲むように形成されている。このような構成によれば、空気排出路６に加えて、補助排出路６’によっても空気を補強材４の外部に排出することができる。また、図２１に示すように、ガス拡散層７を備える構成においても、補強材４に補助排出路６’を形成することができる。

また、図２２は、更に他の実施形態に係る補強材付き触媒層−電解質膜積層体の正面断面図である。図２２において、上記の構成と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では図２２に示すように、封止カバー６１が、基材層６１１と、基材層６１１に積層された接着層６１２とを備えており、補強材４に接する側と反対側に接着層６１２が配置されている。また、図２２に示す実施形態では、補強材付き触媒層−電解質膜積層体１は、触媒層３の表面に配置されたガス拡散層７を更に備えており、ガス拡散層７の外周縁部７１が補強材４の表面を覆うとともに、封止カバー６１を覆っている。また、ガス拡散層７が封止カバー６１の接着層６１２に接着され、固定されている。基材層６１１、接着層６１２の材質は、それぞれ、上述した基材層４１、接着層４２と同様の材質を使用することができる。このような構成によれば、封止カバー６１を利用してガス拡散層７を固定することができる。また、封止カバー６１の接着層６１２は、補強材４に接する側に配置されていてもよく、また、基材層６１１の表裏両面に配置されていてもよい。

また、補強材付き触媒層−電解質膜積層体１を製造するときに、図４に示す実施形態では補強材４を電解質膜２の外周縁部２１に貼り合わせていたが、この構成に限定されるものではなく、上記の各実施形態に応じて、補強材４を触媒層３の外周縁部３１に貼り合わせることができる。

また、上記の各実施形態において、空気排出路６を形成する方法は特に限定されず、例えば、トムソン刃、カッター刃、ピン又はポンチ等を用いて、補強材４に切り込みや孔などをあけるようなスリット加工や穴加工により形成することができる。

また、上記実施形態では、補強材付き触媒層−電解質膜積層体１を製造するときに補強材４を電解質膜２又は触媒層３の表面に貼り合わせていたが、図９や図２１に示すような補強材付き触媒層−電解質膜積層体１を製造するときは、触媒層３の表面にガス拡散層７を積層した後、このガス拡散層７の表面に一対の補強材４をそれぞれ貼り合わせる。また、図１０に示すような補強材付き触媒層−電解質膜積層体１を製造するときは、一対の補強材４を貼り合わせた後、触媒層３及び補強材４に対してガス拡散層７を積層する。

また、上記の補強材付き触媒層−電解質膜積層体１を用いて固体高分子形燃料電池を製造することもできる。このような固体高分子形燃料電池は、上記の補強材付き触媒層−電解質膜積層体１に対して、必要に応じてガスケットを介在させてセパレータで狭持することにより製造することができる。なお、上記補強材４において、ガスケットの機能を有する基材を使用している場合であれば、当該補強材４がガスケットとしての役割も果たすので、ガスケットを介在させることなく、上記補強材付き触媒層−電解質膜積層体１をセパレータで狭持することができる。また、上記補強材４において、ガスケットの役割を果たす基材を使用していない場合であれば、上記補強材付き触媒層−電解質膜積層体１の補強材４とセパレータの間にガスケットを介在させた状態で、上記補強材付き触媒層−電解質膜積層体１をセパレータで狭持することが望ましい。

また、上記各実施形態では空気排出路６に封止材６０が充填されていたが、この構成に限定されるものではなく、空気排出路６が接着層４２により閉塞される場合には、空気排出路６に封止材６０を充填しなくてもよい。

また、上記各実施形態では空気排出路６の全体に封止材６０を充填していたが、この構成に限定されず、少なくとも一部に充填していればよく、図１１に示すように、空気排出路６の一部のみに封止材６０を充填する構成であってもよく、例えば、空気排出路６の開口端部のみに封止材６０を充填する構成であってもよい。

以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。

補強材付き触媒層‐電解質膜積層体（１）の作製
＜補強材の作製＞
アクリル系粘着剤（総研化学：ＳＫ2094 固形分25%）を、ＭＥＫで希釈させ、硬化剤（総研化学:E-5XM固形分5%）を添加して十分に攪拌後、ＰＥＴフィルム上（厚さ２５μｍ、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）にブレードコート法で塗布、乾燥し、約２０μmの接着層を有する補強材を作製した。なお、アクリル共重合体：硬化剤：ＭＥＫは質量比で１００：０．２５:１００とした。

＜触媒層‐電解質膜積層体の作製＞
電解質膜（Nafion（登録商標、デュポン社製）、厚さ２５μｍ、１００ｍｍ×１００ｍｍ）の両面に、５０ｍｍ×５０ｍｍ、層厚２０μｍの触媒層３を転写法により形成した。具体的には、白金触媒担持カーボン（白金担持量：４５．７ｗｔ％、田中貴金属社製、ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ）２ｇに、１−ブタノール１０ｇ、２−ブタノール１０ｇ、フッ素樹脂（５ｗｔ％ナフィオンバインダー、デュポン社製）２０ｇ及び水６ｇを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより調製した触媒形成用ペーストを、触媒層乾燥後の白金重量が０．４ｍｇ／ｃｍ^２となるようにポリエステルフィルム（東洋紡製、Ｅ５１００、２５μｍ）上に塗工して触媒層転写フィルムを作製した。そして、この触媒層転写フィルムを、触媒層が電解質膜側を向くように中心を合わせて電解質膜の両面に配置し、１５０℃、５．０ＭＰａ、５分の条件で熱プレスして電解質膜の両面に触媒層を形成した。

（比較例１）
＜補強材付き触媒層‐電解質膜積層体（比較例１）の作製＞
上記で得られた補強材において、１８０ｍｍ×１８０ｍｍの正方形中心部に５１ｍｍ×５１ｍｍの開口部をカットして設けた。また、１７０ｍｍ×１７０ｍｍ部の四隅と穴の中心が合うように、ピン冶具を固定する為のφ５ｍｍの穴をカットして設けた。続いて、補強材をピン冶具により固定し、上記で作製した触媒層‐電解質膜積層体を、その正方形中心部が補強材の正方形中心部とあうように補強材の上に配置し、熱プレス１００℃、０．５ＭＰａ、１分の圧力を加え、補強材を片面ずつ貼り合せた。最後に、中心部から１５０ｍｍ×１５０ｍｍの部分をカットし、この方法により電解質膜上に補強材が配置される補強材付き触媒層‐電解質膜積層体（比較例１）を作製した。比較例１では、空気排出路が形成されておらず、補強材が触媒層の表面に接していない。

＜補強材付き触媒層‐電解質膜積層体（実施例１）の作製＞
比較例１と同様に、ピン冶具を固定する為の穴と開口部を設けた１８０ｍｍ×１８０ｍｍの補強材において、さらに、１８０ｍｍ×１８０ｍｍの正方形中心から１０１ｍｍ×１０１ｍｍの各辺部分に、トムソン刃により幅１ｍｍ、長さ１ｍｍ、ピッチ２ｍｍのスリット加工を施し空気排出路を設けた。

つづいて、上記で作製した触媒層‐電解質膜積層体に、触媒層と開口部中心があうように、比較例１と同様の方法で補強材の端部をピンで固定するピン冶具によって位置を合わせ、熱プレス１００℃、０．５ＭＰａ、１分の圧力を加え、補強材を一方面に貼り合せた。続いて、もう一方面の補強材の同位置にスリット加工を施した補強材を、上記と同様の方法で貼り合せた。最後に、中心部から１５０ｍｍ×１５０ｍｍの部分をカットし、この方法により、電解質膜の端部から約１ｍｍ外側に空気排出路を有する補強材付き触媒層‐電解質膜積層体（実施例１）を作製した（図２参照）。実施例１では、空気排出路が両方の補強材に形成されており、貫通孔が連結されている。また、補強材が触媒層の表面に接していない。

＜補強材付き触媒層‐電解質膜積層体（実施例２）の作製＞
比較例１と同様に、ピン冶具を固定する為の穴と開口部を設けた１８０ｍｍ×１８０ｍｍの補強材において、１８０ｍｍ×１８０ｍｍの正方形中心から１０１ｍｍ×１０１ｍｍの各辺部分に、カッター刃により幅１ｍｍ、長さ７５ｍｍの直線状のスリット加工を施し空気排出路を設けた。なお、この直線状の各スリットは他のスリットと互いに連結していない。

つづいて、上記で作製した触媒層‐電解質膜積層体に、触媒層と開口部中心があうように、比較例１と同様の方法で補強材の端部をピンで固定するピン冶具によって位置を合わせ、熱プレス１００℃、０．５ＭＰａ、１分の圧力を加え、補強材を一方面に貼り合せた。続いて、もう一方面の補強材の同位置にスリット加工を施した補強材を、上記と同様の方法で貼り合せた。最後に、中心部から１５０ｍｍ×１５０ｍｍの部分をカットし、この方法により、電解質膜の端部から約１ｍｍ外側に空気排出路を有する補強材付き触媒層‐電解質膜積層体（実施例２）を作製した（図１５（ｄ）参照）

＜補強材付き触媒層‐電解質膜積層体（実施例３）の作製＞
比較例１と同様に、ピン冶具を固定する為の穴と開口部を設けた１８０ｍｍ×１８０ｍｍの補強材において、さらに、正方形中心から１０３×１０３ｍｍ部の４隅と穴の中心が合うように、トムソン刃によりΦ５ｍｍの穴加工を施し空気排出路を設けた。

つづいて、上記で作製した触媒層‐電解質膜積層体に、触媒層と開口部中心があうように、比較例１と同様な方法で補強材の端部をピンで固定するピン冶具によって位置を合わせ、熱プレス１００℃、０．５ＭＰａ、１分の圧力を加え、補強材を一方面に貼り合せた。続いて、もう一方面の補強材の同位置にトムソン刃により穴加工を施した補強材を、上記と同様の方法で貼り合せた。最後に、中心部から１５０ｍｍ×１５０ｍｍの部分をカットし、この方法により、電解質膜の外周縁部の角部の外側に空気排出路を有する補強材付き触媒層‐電解質膜積層体（実施例３）を作製した（図５参照）。実施例３では、空気排出路が両方の補強材に形成されており、貫通孔の形状がΦ５ｍｍとなっている。

＜結果＞
上記方法で作製した補強材付き触媒層‐電解質膜積層体に関して、比較例では電解質膜端部の補強材貼り合せ部分にエア噛みの発生がみられたが、空気排出路を設けることによってエア噛みの発生を低減あるいは解消することができた。また電解質膜端部を全体的に覆うスリット加工で空気排出路を形成した実施例１，２のほうが、四方のみピン穴で空気排出路を形成した実施例３よりもエア噛みの発生を抑えることができた。

１ 補強材付き触媒層−電解質膜積層体
２ 電解質膜
３ 触媒層
４ 補強材
５ 開口部
６ 空気排出路
７ ガス拡散層
１０ 触媒層−電解質膜積層体
１１ 外周縁部
６０ 封止材
６１ 封止カバー

Claims (11)

1. 電解質膜の両面に触媒層が配置された触媒層−電解質膜積層体と、
   前記触媒層−電解質膜積層体の外周縁部を一方面側及び他方面側から覆うように配置され、互いに貼り合わされた一対の枠状の補強材と、を備え、
   前記一対の補強材の各々に、厚み方向に延びて互いに連通する空気排出路が少なくとも１つ形成されており、
   前記空気排出路は、前記電解質膜の外周縁部の外側に形成されている、補強材付き触媒層−電解質膜積層体。
2. 前記空気排出路は、封止手段により封止されている、請求項１に記載の補強材付き触媒層−電解質膜積層体。
3. 前記封止手段は、前記空気排出路を覆う封止カバーを備える、請求項２に記載の補強材付き触媒層−電解質膜積層体。
4. 前記封止カバーは、接着層を有している、請求項３に記載の補強材付き触媒層−電解質膜積層体。
5. 前記封止手段は、前記空気排出路に充填された封止材を備える、請求項２から４の何れかに記載の補強材付き触媒層−電解質膜積層体。
6. 前記触媒層の表面にガス拡散層が積層されるとともに、
   前記封止材は、接着性を有しており、
   前記ガス拡散層の外周縁部が、前記空気排出路を覆い、前記封止材に接着されている、請求項５に記載の補強材付き触媒層−電解質膜積層体。
7. 前記触媒層の表面にガス拡散層が積層されるとともに、
   前記一対の補強材が、前記ガス拡散層の外周縁部の表面に接している、請求項１から５のいずれかに記載の補強材付き触媒層−電解質膜積層体。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の補強材付き触媒層−電解質膜積層体を備える固体高分子形燃料電池。
9. 電解質膜の両面に触媒層が配置された触媒層−電解質膜積層体の外周縁部を一方面側及び他方面側から覆うように一対の枠状の補強材を配置し、当該一対の補強材を互いに貼り合わす貼合工程を備え、
   前記一対の補強材のそれぞれに、厚み方向に延びる空気排出路が少なくとも１つ形成されており、
   前記貼合工程は、一方の前記補強材の前記空気排出路と、他方の前記補強材の前記空気排出路とが互いに連通するように前記一対の補強材を貼り合わす、補強材付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法。
10. 前記触媒層の表面にガス拡散層が積層されている、請求項９に記載の補強材付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法。
11. 前記空気排出路を封止手段により封止する封止工程を更に備える、請求項９又は１０に記載の補強材付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法。

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