JP7156261B2 - 燃料電池用触媒層の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、燃料電池用触媒層の製造方法に関する。

燃料電池用触媒層の製造方法において、転写用基材上に塗布された触媒インクを乾燥させる技術が開示されている（例えば、特許文献１）。触媒インクの乾燥には、温風や赤外線を用いられることがある。

特開２０１５－２０１２５４号公報

温風の風圧により乾燥前の触媒インクが基材上を流動し、触媒インクの塗工範囲の寸法がばらつくといった問題がある。このような問題は、乾燥工程の生産性を高めるために温風の風圧を上昇させる場合に特に顕著となる。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば、燃料電池用触媒層の製造方法が提供される。この燃料電池用触媒層の製造方法は、アイオノマを含む触媒インクを、シート上に塗工する塗工工程と、搬送方向に沿って搬送される前記シート上の前記触媒インクに、気流に超音波を付与した超音波気流の中心を前記搬送方向とは逆方向に向けて、前記超音波気流を吹き付けて、前記触媒インクを乾燥させる乾燥工程と、を備える。この形態の燃料電池用電極触媒層の製造方法によれば、搬送方向に沿って搬送される触媒インクが、中心を搬送方向とは逆方向に向けた超音波気流を吹き付けられることによって乾燥される。超音波気流を一つの位置から上流側の広い範囲の触媒インクに向けて吹き付けることができる。そのため、触媒インクが表層で吹き流されない程度の低い風圧の超音波気流を、上流側の触媒インクに向けて吹き付けることができ、上流側で触媒インクの乾燥を促進させることができる。したがって、塗工後の触媒インクが超音波気流によって吹き流されて予め定められるシート上の塗工範囲を越える不具合を抑制することができる。
（２）上記形態の燃料電池用触媒層の製造方法において、前記乾燥工程において、前記超音波気流は、前記搬送方向に沿った複数の位置から送出され、前記複数の位置のうち前記搬送方向の最も上流側から送出される前記超音波気流が前記逆方向に向けて吹き付けられてよい。この形態の燃料電池用触媒層の製造方法によれば、搬送方向に沿った複数の位置から超音波気流が送出される。複数の位置のうち最も上流側から送出される超音波気流が、搬送方向とは逆方向に向けて触媒インクに吹き付けられる。触媒インクが予め定められる基材上の塗工範囲を越える不具合を抑制しつつ、超音波気流の全体の出力を向上させることができる。
（３）上記形態の燃料電池用触媒層の製造方法において、前記乾燥工程において、前記複数の位置から送出される前記超音波気流のそれぞれの出力は、前記最も上流側から前記搬送方向の最も下流側に向かうに従って小さくされてよい。この形態の燃料電池用触媒層の製造方法によれば、アイオノマを電極触媒層の表面側に偏在させることができる。したがって、電極触媒層の抵抗を低減し、電極触媒層の触媒性能を高めることができる。アイオノマが偏在する表面側と電解質膜とが接するように電極触媒層を配置させることにより、電解質膜と電極触媒層との間のインピーダンスを小さくすることができ、燃料電池の高温発電性能や氷点下始動耐久性能を向上させることができる。
本開示は、燃料電池用触媒層の製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、触媒層を備える膜電極接合体の製造方法、触媒層を備える燃料電池の製造方法、燃料電池用触媒層の製造に用いられる乾燥装置、乾燥装置の制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

電極触媒層を備える燃料電池を模式的に示す断面図。 触媒層製造装置の構成を模式的に表す説明図。 本実施形態の電極触媒層の製造方法を表す製造工程図。 上流側超音波ノズル列から送出される超音波気流と、触媒インクに付与される超音波気流の風圧との関係を表す説明図。 電極触媒層の厚さ方向に対するアイオノマ濃度の分布を表すグラフ。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本開示の第１実施形態としての燃料電池用触媒層の製造方法により製造された電極触媒層５０を備える燃料電池２００を模式的に示す断面図である。燃料電池２００は、燃料ガスとしての水素ガスと、酸化ガスとしての空気とを反応ガスとして供給されて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池２００は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）２０が、酸化ガス流路６２を有するカソード側セパレータ６０と、燃料ガス流路７２を有するアノード側セパレータ７０とによって挟持されて形成される。図１には、一つの燃料電池２００が示されているが、燃料電池２００は、要求される出力電圧に応じて複数積層されてよい。

膜電極接合体２０は、燃料電池２００の電極膜として機能する。膜電極接合体２０は、平板状の電解質膜２１と、電解質膜２１のカソードに対応する面に配置されるカソード側電極触媒層２２と、電解質膜２１のアノードに対応する面に配置されるアノード側電極触媒層２３とを備えている。電解質膜２１は、アイオノマにより形成されたプロトン伝導性のイオン交換樹脂膜である。電解質膜２１には、例えば、ナフィオン（登録商標）等のフッ素系樹脂が用いられる。以下の説明において、カソード側電極触媒層２２とアノード側電極触媒層２３とを区別しない場合には、「電極触媒層５０」とも呼ぶ。

ガス拡散層３０，４０は、ガス拡散性を有する導電性部材である。ガス拡散層３０，４０としては、例えば、不織布により形成されたカーボンクロスやカーボンペーパ等が用いられる。カソード側ガス拡散層３０は、カソード側電極触媒層２２の外表面に配置され、アノード側ガス拡散層４０は、アノード側電極触媒層２３の外表面に配置される。ガス拡散層３０，４０を備える膜電極接合体２０は、「膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode and Gas Diffusion Layer Assembly）」とも呼ばれる。

図２は、触媒層製造装置９０の構成を模式的に表す説明図である。触媒層製造装置９０は、本実施形態の電極触媒層５０の製造方法を実行する装置の一例である。図２には、重力方向と平行なＺ方向が示されている。触媒層製造装置９０は、触媒インクを、シート状の基材９６の表面に塗工し乾燥させて電極触媒層５０を形成する。触媒層製造装置９０は、シート状の基材９６を巻き回された送出ロール９１と、巻取ロール９２と、塗工機９５と、超音波乾燥装置９４とを備えている。基材９６に代えて、シート状の電解質膜２１が用いられてもよい。

送出ロール９１および巻取ロール９２は、それぞれ図示しないモータによって回転される。基材９６は、送出ロール９１の回転により送り出され、張力を付与された状態で搬送方向ＤＳに沿って搬送され、巻取ロール９２によって巻き取られる。触媒層製造装置９０の一の基準位置に対して、搬送方向ＤＳとは逆側、すなわち送出ロール９１側を「上流側」とも呼び、搬送方向ＤＳ側、すなわち巻取ロール９２側を「下流側」とも呼ぶ。

図３は、本実施形態の電極触媒層５０の製造方法を表す製造工程図である。液状の電極触媒（以下、「触媒インク」とも呼ぶ）を、基材９６上に塗工する（工程Ｐ１０）。電極触媒は、触媒粒子を担持した触媒担持体と、アイオノマとを主成分として形成される。触媒担持体としては、例えば、カーボンブラックやカーボンナノチューブ等の種々のカーボン粒子やカーボン粉末を用いることができる。触媒粒子としては、例えば、白金のほか、白金コバルト合金や白金ニッケル合金等の白金化合物を用いることができる。アイオノマは、プロトン伝導性の電解質材料である。アイオノマには、例えば、ナフィオン（登録商標）等のフッ素系樹脂が用いられてよい。触媒インクは、例えば、イオン交換水に混合した触媒担持粒子と、溶媒と、アイオノマとを混合して、超音波ホモジナイザーやビーズミル等を用いて分散させることにより作製することができる。溶媒としては、例えば、ジアセトンアルコール等を用いることができる。触媒インクの組成は、固形分濃度が９．１％、アイオノマとカーボンとの重量比が０．７５～０．８５、水分率が６０％、溶媒率が２０％である。触媒インクの粒度分布は、Ｄ５０が１μｍ以下、Ｄ９０が３μｍ以下である。触媒インクのせん断粘度は、３５～１１０ｍＰａ・ｓ（５６２ｓ－１）である。

本実施形態において、触媒インクは、図２に示す塗工機９５を用いて塗工される。塗工機９５の下端には、ダイヘッド９３が備えられている。ダイヘッド９３は、送出ロール９１よりも下流側で、支持ロールＢＲと対向して配置されている。ダイヘッド９３は、塗工機９５に収容されている触媒インクを基材９６の表面上に塗布する。触媒インクは、下流側へ搬送される基材９６の表面上に、ダイヘッド９３によって連続的に塗布されることで基材９６上に層状に塗工される。図２には、塗工機９５によって基材９６上に塗工された触媒インクＩｋが示されている。

工程Ｐ１０で基材９６上に塗工された触媒インクＩｋは、超音波を付与した気流（以下、「超音波気流」とも呼ぶ）を用いて乾燥される（工程Ｐ２０）。触媒インクＩｋに超音波気流を吹き付けると、超音波振動により触媒インクＩｋの表面の溶媒が振動して揮発し、触媒インクＩｋの乾燥が進行する。本実施形態では、工程Ｐ２０において、搬送方向に沿った複数の位置から超音波気流を触媒インクＩｋに吹き付ける。搬送方向に沿った複数の位置のうち、最も上流側となる位置から送出される超音波気流は、搬送方向とは逆方向に向けて触媒インクＩｋに吹き付けられる（工程Ｐ２１）。「搬送方向とは逆方向」とは、搬送方向とは逆向きの方向成分を含む方向のことを意味する。

本実施形態において、複数の位置から送出される超音波気流のそれぞれの出力は、搬送方向に沿って最も上流側から最も下流側に向かうに従って小さくなるように設定されている。超音波気流の出力は、超音波の出力のほか、例えば、超音波気流の風圧や温度によって調節することができる。超音波の出力は、例えば、超音波の周波数や超音波の音圧レベルによって調節することができる。超音波の周波数は、例えば、２０ｋＨｚ以上であることが好ましく、触媒インクＩｋの乾燥効率の観点から５０ｋＨｚ以上であることがより好ましい。超音波の音圧レベルは、例えば、１０ｄＢ以上であることが好ましく、触媒インクの乾燥効率の観点から５０ｄＢ以上であることがより好ましい。触媒インクＩｋは、搬送方向に沿って最も上流側から最も下流側に向かうに従って出力が小さくなる超音波気流を吹き付けられて乾燥される（工程Ｐ２２）。図２に示すように、触媒インクＩｋの乾燥によって形成された電極触媒層５０は、巻取ロール９２によって基材９６とともに巻き取られる。

図２および図４を用いて、工程Ｐ２０を実行する超音波乾燥装置９４の詳細について説明する。超音波乾燥装置９４は、塗工機９５よりも下流側に配置されており、搬送方向ＤＳに沿って搬送される基材９６上の触媒インクＩｋに超音波気流を吹き付ける。超音波乾燥装置９４は、図２に示すように、気流発生部９７と、ヒータ９８と、ノズル部９９とを備えている。

気流発生部９７は、気流を発生させてヒータ９８に供給する。気流発生部９７には、例えばブロアなどの圧縮機や、ファンなどの送風機を用いることができる。ヒータ９８は、気流発生部９７から供給された気流を暖める。本実施形態において、ヒータ９８によって暖められた気流（以下、「温風」とも呼ぶ）が超音波気流に用いられる。温風の加熱によって触媒インクＩｋ中の溶媒や水分が蒸発し、触媒インクＩｋの乾燥は促進される。ヒータ９８の加熱温度は、触媒インクＩｋの表面温度を例えば１００度以上にするために、例えば１５０度以上に設定されることが好ましい。ヒータ９８から送出される温風は、ノズル部９９の超音波ノズルＮｚに供給され、超音波ノズルＮｚ内の流路を流通し、ノズル口から送出される。超音波ノズルＮｚの内圧は、例えば、１３ｋＰａ以上に設定される。ヒータ９８は、後述するように、ノズル部９９に備えられる複数のノズル列ごとに温風の温度を調節することができる。

ノズル部９９は、複数の超音波ノズルＮｚを含んでいる。超音波ノズルＮｚは、ヒータ９８から供給される温風に超音波振動を付与した超音波気流を触媒インクＩｋに吹き付ける。超音波ノズルＮｚは、超音波振動を発生させる超音波発生部を備えている。本実施形態において、超音波発生部は、超音波ノズルＮｚ内の気流の流路であり、幅が部分的に狭くされたスリット状の流路である。超音波ノズルＮｚに供給された気流は、スリット状の流路を通過することによってキャビテーションを起こし超音波を発生させる。超音波ノズルＮｚから送出される超音波気流の方向（以下、「送出方向」とも呼ぶ）は、超音波ノズルＮｚの向き、すなわち超音波ノズルＮｚの軸方向と一致している。「超音波気流の送出方向」とは、超音波ノズルＮｚから送出される超音波気流の中心の気流の送出方向のことを意味する。超音波発生部は、例えば圧電セラミックなどの圧電素子からなる超音波振動子であってもよい。例えば、超音波振動子の振動面が超音波ノズルＮｚ内の気流の流路壁となるように構成することにより、超音波ノズルＮｚ内の流路を流通する気流に超音波振動を付与することができる。

超音波気流の出力は、超音波の出力のほか、気流発生部９７の気流の風圧や超音波ノズルＮｚの内圧（以下、「ノズル圧」とも呼ぶ）、ヒータ９８の加熱温度、超音波ノズルＮｚと触媒インクＩｋとの距離等によって調節することができる。超音波の照射効率の悪化を抑制するために、超音波ノズルＮｚのノズル口から触媒インクＩｋの表面までの距離は、短いことが好ましく、例えば、３０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることがより好ましい。

本実施形態において、ノズル部９９は、複数のノズル列を備えている。より具体的には、ノズル部９９は、塗工機９５側から離間する方向に向かって、すなわち搬送方向ＤＳの上流側から下流側に向かって、順に、ノズル列Ｎ１からノズル列Ｎ５までの５列のノズル列を備えている。一のノズル列は、複数の超音波ノズルＮｚが、基材９６の幅方向に沿って配列されることにより形成される。ノズル列は、５列に限定されず、２以上の任意の数のノズル列であってよい。ノズル列は、基材９６の幅の全体に亘るノズル口を有する一つの超音波ノズルＮｚで形成されてもよい。複数のノズルのうち搬送方向ＤＳの最も上流側に配置されるノズルを「上流側超音波ノズル」とも呼び、複数のノズル列のうち最も上流側に配置されるノズル列を「上流側超音波ノズル列」とも呼ぶ。複数のノズルのうち搬送方向ＤＳの最も下流側に配置されるノズルを「下流側超音波ノズル」とも呼び、複数のノズル列のうち最も下流側に配置されるノズル列を「下流側超音波ノズル列」とも呼ぶ。

図２には、各ノズル列から送出される超音波気流の送出方向Ｄ１から送出方向Ｄ５が示されている。本実施形態において、ノズル列Ｎ２からノズル列Ｎ５の送出方向Ｄ２から送出方向Ｄ５は、Ｚ方向と一致する。上流側超音波ノズル列であるノズル列Ｎ１は、搬送方向ＤＳとは逆方向、すなわち上流側に向かって傾斜されている。ノズル列Ｎ１は、搬送される基材９６上の触媒インクＩｋに対して、ノズル部９９の最も上流側となる位置から搬送方向ＤＳとは逆方向に向けて超音波気流を吹き付ける。

各ノズル列の超音波気流の出力は、上流側超音波ノズル列であるノズル列Ｎ１から下流側超音波ノズル列Ｎ５に向かうに従って小さくなるように設定されている。ノズル列Ｎ１の超音波気流の出力としては、例えば、超音波ノズルＮｚのノズル口から触媒インクＩｋの表面までの距離を３ｍｍとし、ノズル圧を１７ｋＰａとし、ヒータ９８の加熱温度を２５０度とすることができる。ノズル列Ｎ５の超音波気流の出力としては、例えば、ノズル口から触媒インクＩｋの表面までの距離を２０ｍｍとし、ノズル圧を１３ｋＰａとし、ヒータ９８の加熱温度を１５０度とすることができる。ノズル列Ｎ２からノズル列Ｎ４の超音波気流の出力は、ノズル列Ｎ１とノズル列Ｎ５との間の出力である。ノズル列Ｎ２からノズル列Ｎ４までの超音波気流の出力としては、例えば、ノズル口から触媒インクＩｋの表面までの距離を１０ｍｍとし、ノズル圧を１５ｋＰａとし、ヒータ９８の加熱温度を２００度とすることができる。ノズル列Ｎ２からノズル列Ｎ４の超音波気流の出力は、本実施形態においてすべて同一に設定されているが、ノズル列Ｎ２の出力がノズル列Ｎ３よりも大きく、ノズル列Ｎ４の出力がノズル列Ｎ３よりも小さくされてもよい。各ノズル列の超音波気流の出力は、超音波の周波数や音圧レベルによって調整されてもよい。

図４は、上流側超音波ノズル列Ｎ１から送出される超音波気流と、触媒インクＩｋに付与される超音波気流の風圧との関係を表す説明図である。図４の上側には、ノズル列Ｎ１の超音波ノズルＮｚの中心軸ＡＸ１と、ノズル列Ｎ１から送出される超音波気流の送出方向Ｄ１とが示されている。図４に示す送出方向Ｄ１は、ノズル列Ｎ１から送出される超音波気流の中心の気流Ｗ３の送出方向と一致する。図４の上側には、更に、参考例として、Ｚ方向に沿った中心軸ＡＸｒで配置されたノズル列Ｎ１の超音波気流の送出方向Ｄｒが示されている。中心軸ＡＸ１は、ノズル列Ｎ１の送出方向Ｄ１が上流側に向けられるように、Ｚ方向および中心軸ＡＸｒに対して角度θ１だけ傾斜されている。本実施形態において、角度θ１は、４５度で設定される。角度θ１は、４５度に限定されず、０度より大きく９０度よりも小さい角度で設定されてよい。角度θ１は、超音波の照射効率の悪化を抑制するために、２０度より大きく７０度よりも小さい角度で設定されることが好ましく、触媒インクＩｋの乾燥を効率良く行うために、３０度より大きく６０度よりも小さい角度で設定されることがより好ましい。

超音波ノズルＮｚから送出される超音波気流は、空気抵抗や触媒インクとの接触により分散する。図４の上側には、技術の理解を容易にするために、ノズル列Ｎ１から送出方向Ｄ１に沿って送出される超音波気流の流動方向が、気流Ｗ１から気流Ｗ５として模式的に示されている。

図４の下側には、超音波気流の風圧の分布が模式的に示されている。横軸は、搬送方向ＤＳに沿った位置を示し、縦軸は、風圧の大きさを示している。横軸は、図４の上側の横軸と共通する。図４の下側には、ノズル列Ｎ１から送出方向Ｄ１に向けて送出される超音波気流による風圧の分布Ｅ１が実線で示され、参考例として、送出方向Ｄｒに沿って送出される超音波気流による風圧の分布Ｅｒが破線で示されている。送出方向Ｄ１に沿って送出される超音波気流の出力と、送出方向Ｄｒに向けて送出される超音波気流の出力とは同一である。

図４の下側には、分布Ｅ１において触媒インクＩｋに風圧が付与される範囲ＡＲ１と、分布Ｅｒにおいて触媒インクＩｋに風圧が付与される範囲ＡＲｒとが示されている。本実施形態において、ノズル列Ｎ１が上流側に向かって傾斜されているため、範囲ＡＲ１は、範囲ＡＲｒよりも上流側にシフトし、範囲ＡＲｒよりも広い範囲となる。分布Ｅ１の風圧の最大値ＷＴは、分布Ｅｒの風圧の最大値Ｗｒよりも小さい。分布Ｅ１の最大値ＷＴの半値での風圧の広がり（以下、「半値幅」とも呼ぶ）は、上流側の方が大きくなる。より具体的には、分布Ｅ１の上流側の半値幅Ｗｕは、下流側の半値幅Ｗｄよりも大きい。半値幅Ｗｕは、上流側での触媒インクＩｋの乾燥を効率良く行うために、半値幅Ｗｄの１．５倍以上であることが好ましい。

図４には、位置Ｌ２での風圧ＷＰが示されている。風圧ＷＰ以上の超音波気流が触媒インクＩｋに吹き付けられると、塗工後の触媒インクＩｋが吹き流されて、予め定められる基材９６上の塗工範囲の寸法を越える不具合が発生し得る。ノズル列Ｎ１から送出される超音波気流の風圧は、超音波気流が到達する最も上流側の位置Ｌ１から位置Ｌ２まで触媒インクＩｋが搬送される間、風圧ＷＰ未満に維持されている。そのため、触媒インクＩｋが表層で吹き流されることを抑制しつつ、触媒インクＩｋの乾燥を進行させることができる。位置Ｌ２に到達した触媒インクＩｋは、表層で触媒インクＩｋが吹き流されない程度にまで乾燥が進行している。位置Ｌ２は、超音波気流の出力や、ノズル列Ｎ１の角度θ１の調節によって、上流側または下流側に調節されてよい。

図５は、本実施形態の燃料電池用触媒層の製造方法により製造された電極触媒層５０の厚さ方向に対するアイオノマ濃度の分布を表すグラフである。横軸は、電極触媒層５０の厚さを示し、縦軸は、アイオノマ濃度の大きさを示している。図５のグラフには、アイオノマ濃度分布の一例である分布Ｃ１と、参考例としての分布Ｃｒとが示されている。分布Ｃ１は、上述したノズル部９９を有する触媒層製造装置９０により製造された電極触媒層５０のアイオノマ濃度分布を示している。分布Ｃｒは、各ノズル列の超音波気流の出力がすべて同一に設定されている触媒層製造装置９０によって製造された電極触媒層５０のアイオノマ濃度分布を示している。

図５に示すように、分布Ｃ１では、分布Ｃｒと比較して、電極触媒層５０の表面側のアイオノマ濃度が大きい。本実施形態において、各ノズル列では、超音波気流の出力が上流側超音波ノズル列Ｎ１から下流側超音波ノズル列Ｎ５に向かうに従って小さくなるように設定されている。上流側の超音波気流の出力を下流側よりも大きくすることにより、触媒インクＩｋ内の溶媒が乾燥によって減少する速度は、触媒インクＩｋ内のアイオノマの拡散速度よりも大きくなる。そのため、図５の分布Ｃ１として示すように、分布Ｃｒよりもアイオノマが触媒インクＩｋの表面側に偏在する状態の電極触媒層５０が形成される。

以上、説明したように、本実施形態の電極触媒層５０の製造方法によれば、搬送方向ＤＳに沿って搬送される触媒インクＩｋが、中心を搬送方向ＤＳとは逆方向に向けた超音波気流を吹き付けられることによって乾燥される。一つのノズル列Ｎ１から上流側の広い範囲の触媒インクＩｋに向けて超音波気流を吹き付けることができる。そのため、触媒インクＩｋが表層で吹き流されない程度の低い風圧の超音波気流を、上流側の触媒インクＩｋに向けて吹き付けることができ、上流側で触媒インクＩｋの乾燥を促進させることができる。したがって、塗工後の触媒インクＩｋが超音波気流によって吹き流されて、予め定められる基材９６上の塗工範囲を越える不具合を抑制することができる。

本実施形態の電極触媒層５０の製造方法によれば、搬送方向ＤＳに沿った複数の位置から超音波気流が送出される。複数の位置のうち最も上流側から送出される超音波気流を、搬送方向ＤＳとは逆方向に向けて触媒インクＩｋに吹き付ける。触媒インクＩｋが予め定められる基材９６上の塗工範囲を越える不具合を抑制しつつ、超音波気流の全体の出力を向上させることができる。

本実施形態の電極触媒層５０の製造方法によれば、搬送方向ＤＳの上流側から下流側に向かうに従って、超音波気流の出力が小さくなるように設定されている。そのため、アイオノマを電極触媒層５０の表面側に偏在させることができる。したがって、電極触媒層５０の抵抗を低減し、電極触媒層５０の触媒性能を高めることができる。アイオノマが偏在する表面側と電解質膜２１とが接するように電極触媒層５０を配置させた膜電極接合体２０を形成することにより、電解質膜２１と電極触媒層５０との間のインピーダンスを小さくすることができ、燃料電池２００の高温発電性能や氷点下始動耐久性能を向上させることができる。

本実施形態の超音波乾燥装置９４によれば、一つのノズル列Ｎ１によって、超音波気流を触媒インクＩｋの広い範囲に吹き付けることができる。一つのノズル列Ｎ１により、触媒インクＩｋが表層で吹き流されない程度の低い風圧の超音波気流を、上流側の触媒インクＩｋに向けて吹き付けることができる。したがって、低い風圧の超音波気流を送出する超音波ノズルＮｚを別に備えることなく、上流側の触媒インクＩｋの乾燥を促進させることができ、超音波乾燥装置９４を小型化することができる。

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上記実施形態において、ノズル部９９は、超音波ノズルＮｚを複数備えるが、搬送方向ＤＳとは逆側に向けて超音波気流を吹き付ける一つの超音波ノズルＮｚを備えてよい。この場合において、基材９６の幅の全体に亘るノズル口を有する超音波ノズルＮｚであることが好ましい。

（Ｂ２）上記実施形態において、ヒータ９８および気流発生部９７が超音波ノズルＮｚとは別に備えられる例を示したが、ヒータ９８および気流発生部９７は、超音波ノズルＮｚ内に備えられてよい。ヒータ９８および気流発生部９７は、複数の超音波ノズルＮｚのそれぞれに備えられてよく、複数の超音波ノズルＮｚのうち任意の数の超音波ノズルＮｚに備えられてよい。ヒータ９８および気流発生部９７は、複数のノズル列ごとに備えられてよく、複数のノズル列のうち任意のノズル列にのみ備えられてよい。

（Ｂ３）上記実施形態において、超音波気流の送出方向は、超音波ノズルＮｚの向きと一致する例を示した。これに対して、超音波気流の送出方向は、超音波ノズルＮｚの向きと一致していなくともよく、超音波ノズルＮｚの軸方向と交差する向きであってもよい。超音波ノズルＮｚが複数のノズル口を有し、超音波ノズルＮｚが複数の超音波気流の送出方向を備えてよい。

（Ｂ４）上記実施形態において、ノズル部９９では、上流側超音波ノズル列Ｎ１から搬送方向ＤＳの最も下流側のノズル列Ｎ５に向かうに従って、超音波気流の出力が小さくなるように設定されているが、ノズル部９９の各ノズル列の超音波気流の出力がすべて同じに設定されてよい。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

２０…膜電極接合体、２１…電解質膜、２２…カソード側電極触媒層、２３…アノード側電極触媒層、３０…カソード側ガス拡散層、４０…アノード側ガス拡散層、５０…電極触媒層、６０…カソード側セパレータ、６２…酸化ガス流路、７０…アノード側セパレータ、７２…燃料ガス流路、９０…触媒層製造装置、９１…送出ロール、９２…巻取ロール、９３…ダイヘッド、９４…超音波乾燥装置、９５…塗工機、９６…基材、９７…気流発生部、９８…ヒータ、９９…ノズル部、２００…燃料電池、ＢＲ…支持ロール、Ｉｋ…触媒インク、Ｎ１～Ｎ５…ノズル列、Ｎｚ…超音波ノズル、Ｗ１～Ｗ５…気流

Claims (4)

1. 燃料電池用触媒層の製造方法であって、
   アイオノマを含む触媒インクを、シート上に塗工する塗工工程と、
   搬送方向に沿って搬送される前記シート上の前記触媒インクに、気流に超音波を付与した超音波気流の中心を前記搬送方向とは逆方向に向けて、前記超音波気流を吹き付けて、前記触媒インクを乾燥させる乾燥工程と、を備える、
   燃料電池用触媒層の製造方法。
2. 請求項１に記載の燃料電池用触媒層の製造方法であって、
   前記乾燥工程において、前記超音波気流は、前記搬送方向に沿った複数の位置から送出され、
   前記複数の位置のうち前記搬送方向の最も上流側から送出される前記超音波気流が前記逆方向に向けて吹き付けられる、
   燃料電池用触媒層の製造方法。
3. 請求項２に記載の燃料電池用触媒層の製造方法であって、
   前記乾燥工程において、前記複数の位置から送出される前記超音波気流のそれぞれの出力は、前記最も上流側から前記搬送方向の最も下流側に向かうに従って小さくされる、
   燃料電池用触媒層の製造方法。
4. 燃料電池用触媒層の製造に用いられる乾燥装置であって、
   気流を発生させる気流発生部と、
   超音波を発生させる超音波発生部と、
   アイオノマを含みシート上に塗工される触媒インクであって、搬送方向に沿って搬送される前記シート上の前記触媒インクに、前記気流に前記超音波を付与した超音波気流の中心を前記搬送方向とは逆方向に向けて、前記超音波気流を吹き付ける超音波ノズルと、を備える、
   乾燥装置。

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