JP7307109B2

JP7307109B2 - ガス拡散層付膜電極接合体およびその製造方法

Info

Publication number: JP7307109B2
Application number: JP2021046438A
Authority: JP
Inventors: 善則高木; 克一西脇
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2021-03-19
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2023-07-11
Anticipated expiration: 2041-03-19
Also published as: EP4068433A1; KR20220131150A; EP4068433B1; JP2022145150A; CN115117407A

Description

本発明は、ガス拡散層付膜電極接合体およびその製造方法に関する。

燃料電池、例えば、高分子電解質形燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと、空気などの酸素を含有する酸化剤ガスとを、白金などの触媒層を有するガス拡散層で電気科学的に反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させる。

固体高分子型燃料電池のセルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側の触媒層およびカソード側の触媒層とからなる３層の膜電極接合体（3 Layer MEA、ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を形成し、さらにその電極外側上下に樹脂フィルム（サブガスケット）を積層した５層構造からなる５層膜電極接合体（5 Layer MEA）を有する。

さらに、セルは、アノード側およびカソード側の各触媒層の表面に、ガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）がそれぞれ設けられた７層構造からなる７層膜電極接合体を有する。そして、このガス拡散層の外側には、セパレータが配される。実際の燃料電池では、このセルが発電性能に応じた段積だけ積層することによって、燃料電池スタックが形成される。

特許文献１には、ガス拡散層を触媒層の表面に取り付けるため、ガス拡散層のうちの枠領域を、接着剤を介してサブガスケットの表面に接着させることが記載されている。

特開２０１０－０１５９６３号公報

ところで、ガス拡散層として、マイクロポーラス層を有するガス拡散層が用いられる場合がある。マイクロポーラス層は、疎水性バリアとして機能し、電解質膜の湿潤化の促進、触媒層に対するガス拡散層の接触抵抗を低減する。また、マイクロポーラス層は、高湿度及び高電流密度において、余分な水分を効率良く排出することにより、カソード触媒層の水での飽和を低減する。

しかしながら、従来技術のように、ガス拡散層の枠領域のみをサブガスケットに接着させた場合、接着面積が小さいため、膜電極接合体の取り扱い時にガス拡散層がばたつくおそれがあった。ガス拡散層にばたつき（振動）が生じた場合、マイクロポーラス層がガス拡散層から剥離してしまう可能性があった。

本発明の目的は、マイクロポーラス層がガス拡散層から剥離することを抑制する技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１態様は、ガス拡散層付膜電極接合体であって、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に位置する触媒層と、前記電解質膜の前記一方の面のうち前記触媒層よりも外側において、前記電解質膜の前記一方の面に接合されているサブガスケットと、を有する膜電極接合体と、前記触媒層の一方側において前記触媒層を覆うとともに、接着部を介して前記膜電極接合体に接合されているガス拡散層と、を有し、前記ガス拡散層は、ガス拡散層基材と、前記ガス拡散層基材に接着しており、前記ガス拡散層基材と前記触媒層との間に位置するマイクロポーラス層と、を備え、前記ガス拡散層基材に対する前記マイクロポーラス層の接着力は、ＩＳＯ２９８６２：２００７の試験において、４０ｇ／２５ｍｍ以上であり、前記接着部は、前記ガス拡散層の周縁部と重なる位置に配置され、かつ、周縁部に沿って延びており、前記接着部は、前記触媒層の外縁部と重なる。

第２態様は、第１態様のガス拡散層付膜電極接合体であって、前記接着力は、ＩＳＯ２９８６２：２００７の試験において、２００ｇ／２５ｍｍ以下である。

第３態様は、第１または第２態様のガス拡散層付膜電極接合体であって、前記ガス拡散層は、互いに対向する２つの周縁部を有し、前記２つの周縁部と重なる位置に前記接着部が配されている。

第４態様は、第３態様のガス拡散層付膜電極接合体であって、前記接着部は、１０ｍｍ以下の幅を有する。

第５態様は、第３態様または第４態様のガス拡散層付膜電極接合体であって、前記接着部は、乾燥厚みが５μｍ以下である。

第６態様は、第３態様から第５態様のいずれか１つのガス拡散層付膜電極接合体であって、前記接着部は、前記ガス拡散層の前記周縁部と平行な方向に断続的に延びている。

第７態様は、第１態様から第６態様のいずれか１つのガス拡散層付膜電極接合体であっ
て、前記接着部は、前記サブガスケットと重なり、前記触媒層とは重ならない第１接着部
と、前記触媒層と重なる第２接着部と、を有し、前記第１接着部は、１．０ｍｇ／ｃｍ^２
以上のアイオノマーを有し、前記第２接着部は、１．０ｍｇ／ｃｍ^２以下のアイオノマー
を有する。

８態様は、ガス拡散層付膜電極接合体の製造方法であって、ａ）電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に位置する触媒層と、前記電解質膜の前記一方の面のうち前記触媒層よりも外側において、前記電解質膜の前記一方の面に接合されているサブガスケットと、を有する膜電極接合体を準備する工程と、ｂ）マイクロポーラス層が接着しているガス拡散層基材を準備する工程と、ｃ）前記触媒層の一方側において前記触媒層を覆うように、接着剤を介して前記ガス拡散層基材を前記膜電極接合体に接合させる工程と、を含み、前記ガス拡散層基材に対する前記マイクロポーラス層の接着力は、ＩＳＯ２９８６２：２００７の試験において、４０ｇ／２５ｍｍ以上であり、前記接着剤は、前記ガス拡散層の周縁部と重なる位置に配置され、かつ、周縁部に沿って延びており、前記接着剤は、前記触媒層の外縁部と重なる。

第１態様のガス拡散層付膜電極接合体によると、ガス拡散層基材に対するマイクロポーラス層の接着力を４０ｇ／２５ｍｍ以上にすることによって、ガス拡散層付膜電極接合体の取り扱い時に、ガス拡散層が振動しても、マイクロポーラス層がガス拡散層基材から剥離することを抑制できる。
また、ガス拡散層の周縁部に接着部を設けることによって、ガス拡散層の周縁部が膜電極接合体に接着される。これにより、ガス拡散層の周縁部よりも内側の部分をまく電極接合体に接合する場合と比べて、ガス拡散層膜電極接合体からの剥離を抑制できる。また、接着部を線状にすることによって、接着部に使用される接着剤の量を少なくすることができる。
また、接着部でガス拡散層を触媒層の外縁部に接着できる。

第２態様のガス拡散層付膜電極接合体によると、電池特性が低下することを抑制できる。

第３態様のガス拡散層付膜電極接合体によると、対向する２つの周縁部をサブガスケットに接着できる。

第４態様のガス拡散層付膜電極接合体によると、接着剤の幅を１０ｍｍ以下とすることによって、接着剤の使用量を低減できる。これにより、ガス拡散層付膜電極接合体を薄くすることができる。

第５態様のガス拡散層付膜電極接合体によると、乾燥厚みを５μｍ以下とすることよって、接着剤の使用材料を低減できるとともに、ガス拡散層付膜電極接合体を薄くすることができる。

第６態様のガス拡散層付膜電極接合体によると、接着部が分離して設けられていることにより、接着剤の使用量を低減できる。

第７態様のガス拡散層付膜電極接合体によると、触媒層と重なる第２接着部のアイオノマーを１．０ｍｇ／ｃｍ２以下とすることによって、プロトンの導電性と接着性との双方を確保できる。

第８態様のガス拡散層付膜電極接合体の製造方法によると、ガス拡散層基材に対するマイクロポーラス層の接着力を４０ｇ／２５ｍｍ以上にすることによって、ガス拡散層付膜電極接合体の取り扱い時に、ガス拡散層が振動しても、マイクロポーラス層がガス拡散層基材から剥離することを抑制できる。

第１実施形態に係る膜電極接合体を示す側断面図および平面図である。第１実施形態に係るガス拡散層付ＭＥＡを示す側断面図および平面図である。第２実施形態のガス拡散層付ＭＥＡを示す側断面図および平面図である。第３実施形態のガス拡散層付ＭＥＡを示す側断面図および平面図である。第４実施形態のガス拡散層付ＭＥＡを示す側断面図および平面図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張又は簡略化して図示されている場合がある。

＜１．実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る膜電極接合体１を示す側断面図および平面図である。以下、膜電極接合体を「ＭＥＡ」と表記する。ＭＥＡ１は、燃料電池に用いられる。図１に示すように、ＭＥＡ１は、複数のフィルム状の部材を積層したシート状を有する。

ＭＥＡ１は、電解質膜１１と、２つの触媒層１３と、２つのサブガスケット１５とを有する。２つの触媒層１３のうち、１つは電解質膜１１の一方側の主面（最も面積が大きい面）に位置し、もう１つは、電解質膜１１の他方側の主面に位置する。すなわち、ＭＥＡ１は、一方側から他方側に向かって順に、触媒層１３と、電解質膜１１と、触媒層１３とを有する。以下、２つの触媒層１３と電解質膜１１が並ぶ方向（積層方向）を「厚さ方向」と称する。

電解質膜１１には、例えば、フッ素系または炭化水素系の高分子電解質膜が用いられる。電解質膜１１の具体例としては、パーフルオロカーボンスルホン酸を含む高分子電解質膜（例えば、米国DuPont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Goreselect（登録商標））を挙げることができる。電解質膜１１の膜厚は、例えば、５μｍ～３０μｍとされる。電解質膜１１は、大気中の湿気によって膨潤する一方、湿度が低くなると収縮する。すなわち、電解質膜１１は、大気中の湿度に応じて変形しやすい性質を有する。

２つの触媒層１３は、高分子形燃料電池において、カソード電極およびアノード電極として機能する。触媒層１３は、高分子形燃料電池のアノードまたはカソードにおいて燃料電池反応を起こす材料が用いられる。触媒層１３の材料として、金（Ｐｔ）、白金合金、白金化合物等の触媒粒子が用いられる。白金合金の例としては、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、鉄（Ｆｅ）等からなる群から選択される少なくとも１種の金属と白金との合金を挙げることができる。一般的には、カソード用の触媒層１３の材料には白金が用いられ、アノード用の触媒層１３の材料には白金合金が用いられる。

サブガスケット１５は、供給ガスおよび生成水のリークを防止する機能を有するとともに、ＭＥＡ１のハンドリングを容易にするために設けられている。サブガスケット１５は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）またはＰＳ（ポリスチレン）のフィルムである。サブガスケット１５は、触媒層１３よりも大きい厚さ（例えば、２５～１００μｍ）を有していてもよい。

サブガスケット１５は、電解質膜１１の主面のうち触媒層１３よりも外側の部分に、接着剤層１７を介して接合されている。サブガスケット１５は、開口（貫通穴）を有する枠状である。サブガスケット１５の開口は、触媒層１３とほぼ同じ大きさを有し、かつ、触媒層１３の外形に対応する形状を有する。なお、サブガスケット１５の開口は、触媒層１３よりも小さくてもよい。この場合、サブガスケット１５の内縁部が、触媒層１３の外縁部１３１と厚さ方向に重ねられていてもよい。

２つのサブガスケット１５の外縁部は、電解質膜１１の外縁部よりも外側に位置する。すなわち、２つのサブガスケット１５は、それぞれ電解質膜１１の外縁部よりも外側にはみ出す部分を有する。２つのサブガスケット１５における電解質膜１１からはみ出した部分は、接着剤層１７を介して互いに接着されている。

図２は、第１実施形態に係るガス拡散層付ＭＥＡ２を示す側断面図および平面図である。ガス拡散層付ＭＥＡ２は、図１に示すＭＥＡ１と、２つのガス拡散層３を有する。２つのガス拡散層３のうち、１つはＭＥＡ１の一方側に位置し、もう１つはＭＥＡ１の他方側に位置する。すなわち、ＭＥＡ１は、２つのガス拡散層３で挟まれている。以下、ガス拡散層付ＭＥＡ２における、電解質膜１１よりも一方側の構造について説明する。ガス拡散層付ＭＥＡ２の電解質膜１１より他方側の構造は、一方側の構造と同様である。

ガス拡散層３は、触媒層１３よりも大きい面積を有しており、触媒層１３の外表面の全部を覆うように設けられている。図２に示すように、ガス拡散層３は、触媒層１３の外縁部１３１よりも外側にはみ出した部分を有する。ガス拡散層３の触媒層１３からはみ出した部分は、２つの第１接着部４１を介して、サブガスケット１５の一方側の面に接着されている。ガス拡散層３は、例えば矩形状である。なお、ガス拡散層３の形状は、矩形状に限定されるものではなく、円形（楕円形を含む）状または多角形状等であってもよい。

図２において拡大して示されているように、ガス拡散層３は、ガス拡散層基材３１と、マイクロポーラス層３３とを有する。ガス拡散層付ＭＥＡ２において、マイクロポーラス層３３は、ガス拡散層基材３１と触媒層１３の間に位置する。

ガス拡散層基材３１は、導電性を有する多孔質部材で構成されている。ガス拡散層基材３１は、例えば、カーボンペーパまたはカーボンクロスである。ガス拡散層基材３１は、燃料である水素や空気の電極（触媒）への供給、電極での化学反応で生じた電子の集電、電解質膜１１の保湿および精製水の排出といった機能を有する。

マイクロポーラス層３３は、ガス拡散層基材３１に接着している。マイクロポーラス層３３は、例えば、マイクロポーラス層形成用のペースト組成物をガス拡散層基材３１の片面上に塗布した後、ペースト組成物を乾燥させることによって形成される塗膜である。ペースト組成物は、例えば、非ポリマー系フッ素材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））の撥水性樹脂と、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、または、カーボンナノファイバーなどの導電性炭素材料とを有する。また、ペースト組成物は、必要に応じて、接着剤（熱可塑性樹脂など）を有する。

マイクロポーラス層３３は、組成物の成分比を変更することによって、電解質膜１１中により多くの水分を保持させる機能、あるいは、ＭＥＡ１中の余分な水分を効率よく排出する機能等をガス拡散層３に持たせる。

ガス拡散層基材３１に対するマイクロポーラス層３３の接着力は、ＩＳＯ２９８６２：２００７（ＪＩＳＺ０２３７：２００９）の試験において、好ましくは４０ｇ／２５ｍｍ以上、より好ましくは５０ｇ／２５ｍｍ以上、より好ましくは６０ｇ／２５ｍｍ以上、より好ましくは６５ｇ／２５ｍｍ以上である。接着力を４０ｇ／２５ｍｍ以上にすることによって、ガス拡散層付ＭＥＡ２のハンドリング中に、ガス拡散層３に振動が生じても、マイクロポーラス層３３がガス拡散層基材３１から剥離することを抑制できる。

ガス拡散層基材３１に対するマイクロポーラス層３３の接着力は、ＩＳＯ２９８６２：２００７の試験において、好ましくは２００ｇ／２５ｍｍ以下、より好ましくは１９０ｇ／２５ｍｍ以下、より好ましくは１８０ｇ／２５ｍｍ以下、より好ましくは１７０ｇ／２５ｍｍ以下、より好ましくは１６０ｇ／２５ｍｍ以下である。接着力を２００ｇ／２５ｍｍ以下とすることによって、ガス拡散層３のガス透過性が低下することを抑制でき、ＭＥＡ１の電池特性が低下することを抑制できる。

第１接着部４１は、厚さ方向において、ガス拡散層３の周縁部３Ｅと重なる位置に配されている。第１接着部４１は、矩形状であるガス拡散層３の４辺のうち、互いに向かい合う２辺の周縁部３Ｅ，３Ｅにそれぞれ設けられている。また、第１接着部４１は、ガス拡散層３の周縁部３Ｅと平行に延びる連続した線状（ここでは、直線状）を有する。ガス拡散層３の周縁部３Ｅとは、ガス拡散層３の主面の周縁領域を含む。周縁領域は、ガス拡散層３の周縁（周端）から幅数ｃｍ程度内側の領域である。なお、図２の例では、第１接着部４１が、ガス拡散層３における対向する２辺の周縁部３Ｅ，３Ｅのみに設けられているが、残りの周縁部３Ｅ，３Ｅにも設けられていてもよい。

また、第１接着部４１は、触媒層１３の外縁部１３１よりも外側に位置する。すなわち、第１接着部４１は、触媒層１３とは厚さ方向に重なっていない。第１接着部４１は、触媒層１３の外縁部１３１と平行な方向に延びている。

第１接着部４１は、例えば、接着剤を塗布することによって形成される部分である。接着剤は、特に限定されないが、以下のものが好ましい。接着剤は、例えば、熱可塑性接着剤、熱硬化性接着剤、エラストマー系接着剤、またはこれらのうちいくつかを組み合わせたものである。

ガス拡散層付ＭＥＡ２の作製は、例えば、以下の手順で行われる。
（１）ＭＥＡ１と、ガス拡散層３とをそれぞれ準備する工程。
（２）ガス拡散層３の表面（マイクロポーラス層３３の表面）、または、サブガスケット１５の表面のうち、第１接着部４１を形成すべき領域に接着剤を塗布する工程。なお、第１接着部４１の接着剤は、ガス拡散層３とサブガスケット１５との両方に塗布されるようにしてもよい。
（３）ガス拡散層３をＭＥＡ１における触媒層１３の外表面に積層する工程。本工程により、ガス拡散層３およびサブガスケット１５が、第１接着部４１の接着剤によって、互いに接着される。これにより、ガス拡散層３が、ＭＥＡ１に接合される。

接着剤をガス拡散層３に直接塗布する場合、接着剤をサブガスケット１５に塗布する場合よりも、ガス拡散層３の周縁部３Ｅに対して接着剤を正確に塗布できる。これにより、ガス拡散層３を、ガス拡散層３の周縁部３Ｅでサブガスケット１５に接合できるため、ガス拡散層３がサブガスケット１５から剥離することを抑制できる。

第１接着部４１の接着剤を線状に塗布する場合、接着剤を非線状に塗布する場合と比べて、作業を単純化できる。したがって、ガス拡散層付ＭＥＡ２の製造速度を向上できる。

第１接着部４１の幅Ｗ１は、好ましくは１０ｍｍ以下であり、より好ましくは２ｍｍ以下である。このようにすることによって、第１接着部４１の接着剤が触媒層１３に付着することによるＭＥＡ１の性能低下を抑制できる。第１接着部４１の厚み（乾燥厚み）は、好ましくは５μｍ以下であり、より好ましくは、１μｍ以下である。第１接着部４１の厚みをこのようにすることによって、ガス拡散層付ＭＥＡ２の厚みを抑えることができる。

第１実施形態のガス拡散層付ＭＥＡ２では、ガス拡散層３は、２つの線状の第１接着部４１でサブガスケット１５に接着されているだけで、それ以外の部分はＭＥＡ１に接着されていない。このため、ガス拡散層付ＭＥＡ２の取り扱い時に、ガス拡散層３にばたつきなどの振動が生じやすい。ガス拡散層３に振動が生じると、マイクロポーラス層３３がガス拡散層基材３１から剥離するおそれがある。これに対して、ガス拡散層基材３１に対するマイクロポーラス層３３の接着力を、４０ｇ／２５ｍｍ以上にすることによって、ガス拡散層付ＭＥＡ２の取り扱い時に、マイクロポーラス層３３がガス拡散層基材３１から剥離することを抑制できる。

＜２．第２実施形態＞
図３は、第２実施形態のガス拡散層付ＭＥＡ２を示す側断面図および平面図である。第２実施形態のガス拡散層付ＭＥＡ２は、４つの第１接着部４１の代わりに、４つの第１接着部４１ａを有する。第１接着部４１ａは、断続的に延びる線状（直線状）を有する。第１接着部４１ａは、例えば、３０ｍｍ以下のピッチで接着剤を塗布することにより形成される。第１接着部４１ａの幅Ｗ１および乾燥厚みは、例えば、図２に示す第１接着部４１の幅Ｗ１および乾燥厚みと同じとしてもよい。

第１接着部４１ａを断続的な線状とすることによって、接着剤の使用量を軽減できる。また、第１接着部４１ａの場合、サブガスケット１５に接合しているガス拡散層３の部分が小さくなるため、ガス拡散層付ＭＥＡ２の取り扱い時にガス拡散層３にばたつきがより一層生じやすくなる。しかしながら、ガス拡散層基材３１に対するマイクロポーラス層３３の接着力を４０ｇ／２５ｍｍ以上とすることによって、マイクロポーラス層３３の剥離を抑制できる。

本実施形態では、４つの第１接着部４１のすべてを第１接着部４１ａに置換しているが、４つの第１接着部４１のち一部のみを第１接着部４１ａに置換してもよい。

＜３．第３実施形態＞
図４は、第３実施形態のガス拡散層付ＭＥＡ２を示す側断面図および平面図である。第３実施形態のガス拡散層付ＭＥＡ２は、４つの第２接着部４２をさらに有する。第２接着部４２は、接着剤を線状に塗布することによって形成される領域である。

４つの第２接着部４２のうち、２つは、ＭＥＡ１の一方側に位置し、残りの２つはＭＥＡ１の他方側に位置する。以下、第３実施形態のガス拡散層付ＭＥＡ２における、電解質膜１１よりも一方側の構造について説明するが、電解質膜１１よりも他方側の構造は、一方側の構造と同様であるため、説明を省略する。

２つの第２接着部４２は、２つの第１接着部４１の間に位置する。第２接着部４２は、厚さ方向において、触媒層１３の外縁部１３１と、サブガスケット１５の内縁部とに重なる位置に配置されている。ガス拡散層３は、２つの第２接着部４２を介して、触媒層１３の外縁部１３１およびサブガスケット１５の内縁部に接着されている。

第１接着部４１は、０．０５ｍｇ／ｃｍ２以上１．５ｍｇ／ｃｍ２以下、より好ましくは、１．０ｍｇ／ｃｍ２以上１．５ｍｇ／ｃｍ２以下のアイオノマーを有する。アイオノマーは、例えばNafion（登録商標）である。第２接着部４２は、厚さ方向において触媒層１３の外縁部１３１に重なる部分と、厚さ方向においてサブガスケット１５の内縁部と重なる部分とを有する。第２接着部４２は、例えば、０．０２５ｍｇ／ｃｍ２以上１．０ｍｇ／ｃｍ２以下のアイオノマーを有する。アイオノマーは、例えばNafion（登録商標）である。

第１接着部４１および第２接着部４２が含有するアイオノマーの量を、上記の通りとすることによって、ガス拡散層３のＭＥＡ１に対する接着力を確保できるとともに、ガス拡散層３におけるプロトン導電性を確保できる。

＜４．第４実施形態＞
図５は、第４実施形態のガス拡散層付ＭＥＡ２を示す側断面図および平面図である。第４実施形態のガス拡散層付ＭＥＡ２は、第２接着部４２の代わりに、第２接着部４２ａを有している。第２接着部４２は、外縁部１３１と平行な方向に断続的に延びる線状を有する。第２接着部４２ａは、好ましくは、３０ｍｍ以下のピッチで接着剤を塗布することによって形成される。

第２接着部４２ａを断続的な線状とすることによって、接着剤の使用量を軽減できる。また、第２接着部４２ａの場合、サブガスケット１５に接着しているガス拡散層３の部分が小さくなるため、ガス拡散層付ＭＥＡ２の取り扱い時にガス拡散層３にばたつきが生じやすくなる。しかしながら、マイクロポーラス層３３を４０ｇ／２５ｍｍ以上の接着力でガス拡散層基材３１に接着させることによって、マイクロポーラス層３３の剥離を抑制できる。

この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

１膜電極接合体（ＭＥＡ）
２ガス拡散層付ＭＥＡ
３ガス拡散層
３Ｅ周縁部
１１電解質膜
１３触媒層
１５サブガスケット
１７接着剤層
３１ガス拡散層基材
３３マイクロポーラス層
４１第１接着部
４１ａ第１接着部
４２第２接着部
４２ａ第２接着部

Claims

ガス拡散層付膜電極接合体であって、
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に位置する触媒層と、前記電解質膜の前記一方の面のうち前記触媒層よりも外側において、前記電解質膜の前記一方の面に接合されているサブガスケットと、を有する膜電極接合体と、
前記触媒層の一方側において前記触媒層を覆うとともに、接着部を介して前記膜電極接合体に接合されているガス拡散層と、
を有し、
前記ガス拡散層は、
ガス拡散層基材と、
前記ガス拡散層基材に接着しており、前記ガス拡散層基材と前記触媒層との間に位置するマイクロポーラス層と、
を備え、
前記ガス拡散層基材に対する前記マイクロポーラス層の接着力は、ＩＳＯ２９８６２：２００７の試験において、４０ｇ／２５ｍｍ以上であり、
前記接着部は、前記ガス拡散層の周縁部と重なる位置に配置され、かつ、周縁部に沿って延びており、
前記接着部は、前記触媒層の外縁部と重なる、ガス拡散層付膜電極接合体。
請求項１に記載のガス拡散層付膜電極接合体であって、
前記接着力は、ＩＳＯ２９８６２：２００７の試験において、２００ｇ／２５ｍｍ以下である、ガス拡散層付膜電極接合体。
請求項１または２に記載のガス拡散層付膜電極接合体であって、
前記ガス拡散層は、互いに対向する２つの周縁部を有し、
前記２つの周縁部と重なる位置に前記接着部が配されている、ガス拡散層付膜電極接合体。
請求項３に記載のガス拡散層付膜電極接合体であって、
前記接着部は、１０ｍｍ以下の幅を有する、ガス拡散層付膜電極接合体。
請求項３または請求項４に記載のガス拡散層付膜電極接合体であって、
前記接着部は、乾燥厚みが５μｍ以下である、ガス拡散層付膜電極接合体。
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のガス拡散層付膜電極接合体であって、
前記接着部は、前記ガス拡散層の前記周縁部と平行な方向に断続的に延びている、ガス拡散層付膜電極接合体。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガス拡散層付膜電極接合体であって、
前記接着部は、
前記サブガスケットと重なり、前記触媒層とは重ならない第１接着部と、
前記触媒層と重なる第２接着部と、
を有し、
前記第１接着部は、１．０ｍｇ／ｃｍ^２以上のアイオノマーを有し、
前記第２接着部は、１．０ｍｇ／ｃｍ^２以下のアイオノマーを有する、ガス拡散層付膜電極接合体。
ガス拡散層付膜電極接合体の製造方法であって、
ａ）電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に位置する触媒層と、前記電解質膜の前記一方の面のうち前記触媒層よりも外側において、前記電解質膜の前記一方の面に接合されているサブガスケットと、を有する膜電極接合体を準備する工程と、
ｂ）マイクロポーラス層が接着しているガス拡散層基材を準備する工程と、
ｃ）前記触媒層の一方側において前記触媒層を覆うように、接着剤を介して前記ガス拡散層基材を前記膜電極接合体に接合させる工程と、
を含み、
前記ガス拡散層基材に対する前記マイクロポーラス層の接着力は、ＩＳＯ２９８６２：２００７の試験において、４０ｇ／２５ｍｍ以上であり、
前記接着剤は、前記ガス拡散層の周縁部と重なる位置に配置され、かつ、周縁部に沿って延びており、
前記接着剤は、前記触媒層の外縁部と重なる、ガス拡散層付膜電極接合体の製造方法。