JP7456374B2 - 燃料電池セルおよび膜電極接合体プレートの製造方法 - Google Patents
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Description
本明細書に開示する技術は、燃料電池セルおよび膜電極接合体プレートの製造方法に関する。
膜電極接合体（ＭＥＡ）の一方の面の周縁部に枠状に塗布した接着剤に、フレーム部材を貼り付け、接着剤を硬化させることにより、ＭＥＡの一方の面の周縁部にフレーム部材を固定する技術が知られている。特許文献１には、塗布した接着剤に含まれる気泡を超音波によって除去する技術が開示されている。
超音波等により接着剤中の気泡を減少させることは可能であるが、完全になくすことは困難である。接着剤中に気泡が存在すると、接着層を貫通する窪み部が形成されてしまう場合がある。この窪み部により、カソード側に供給される空気中の酸素がアノード側にクロスオーバすると、アノード側で過酸化水素水が生成されてしまう。そして、触媒層が存在しない領域である、膜電極接合体の外周領域でクロスオーバが発生した場合、生成した過酸化水素が触媒層で分解されない。そのため、過酸化水素水を起点に生成されたヒドロキシラジカルによって、電解質膜の劣化が加速されてしまう。
本明細書が開示する燃料電池セルは、電解質膜と、第１および第２触媒層と、第１および第２ガス拡散層と、接着層と、支持フレームと、を備えている。電解質膜の第１面上には第１触媒層が配置されている。第１触媒層上には第１ガス拡散層が配置されている。電解質膜の第２面上には、電解質膜よりも小さい第２触媒層が、電解質膜の外周よりも内側に配置されている。第２触媒層上には、電解質膜よりも小さい第２ガス拡散層が、電解質膜の外周よりも内側に配置されている。電解質膜の第２面上の、第２触媒層の外周縁部よりも外側の領域には、接着層が配置されている。支持フレームは、第２触媒層および第２ガス拡散層よりも大きい開口部を備えている。支持フレームは、開口部内に第２触媒層および第２ガス拡散層が位置するように、電解質膜の第２面上に接着層を介して配置されている。第２触媒層の外周縁部と支持フレームの開口部の内周縁部との間の領域である特定領域が存在している。特定領域内の接着層の表面に存在している窪み部の内部に、過酸化水素の分解作用を有する第１の物質またはヒドロキシラジカルの分解作用を有する第２の物質の少なくとも一方を含んだ所定材料が配置されている。
特定領域は、第２触媒層が存在しない領域である。この特定領域内の接着層の表面に存在している窪み部の内部に、所定材料を配置することにより、酸素のクロスオーバ量を低減することができる。また、生成した過酸化水素やヒドロキシラジカルを、所定材料に含まれている第１の物質や第２の物質によって分解することができる。電解質膜の劣化を抑制することが可能となる。
第１の物質は白金であってもよい。生成した過酸化水素を、白金により分解することができる。
第２の物質はセリウムまたは銀であってもよい。生成したヒドロキシラジカルを、セリウムまたは銀により分解することができる。
第２触媒層は第１の物質を含んでいてもよい。所定材料は第２触媒層を形成している材料と同一であってもよい。第２触媒層を形成している材料を所定材料として流用することができる。製造コストを低減することが可能となる。
第２触媒層と第２ガス拡散層との間に配置されており、撥水性樹脂および第２の物質を含んでいるポーラス層をさらに備えていてもよい。所定材料はポーラス層を形成している材料と同一であってもよい。ポーラス層を形成している材料を所定材料として流用することができる。製造コストを低減することが可能となる。
本明細書が開示する技術は、膜電極接合体プレートの製造方法に具現化される。この膜電極接合体プレートは、電解質膜の両面に電極触媒層が形成された膜電極接合体と、開口部を備えた枠形状を有するとともに膜電極接合体の外周に接着層を介して固定されている支持フレームと、を備える。製造方法は、膜電極接合体の第１面の外周部に額縁状に接着層を形成する工程を備える。製造方法は、接着層の表面に支持フレームを接触させる工程を備える。製造方法は、支持フレームが接触している状態で接着層を硬化させる工程を備える。製造方法は、支持フレームの開口部の内周縁部よりも内側に存在している接着層の表面に存在している窪み部の内部に、過酸化水素の分解作用を有する第１の物質またはヒドロキシラジカルの分解作用を有する第２の物質の少なくとも一方を含んだ所定材料を配置する第１配置工程を備える。窪み部の内部に所定材料を配置することにより、酸素のクロスオーバ量を低減することができる。また、生成した過酸化水素やヒドロキシラジカルを、所定材料に含まれている第１の物質や第２の物質によって分解することができる。
第１配置工程は、開口部の内周縁部よりも内側に存在している接着層の表面の少なくとも一部に、液状の所定材料を塗布する工程を備えていてもよい。第１配置工程は、所定材料を塗布した接着層の表面に部材を押し当てながら移動させる工程を備えていてもよい。窪み部の内部に所定材料を配置することができる。
第１配置工程の後に行われる第２配置工程であって、膜電極接合体の第１面上にガス拡散層を配置する第２配置工程をさらに備えていてもよい。
第１配置工程の前に行われる検査工程であって、開口部の内周縁部よりも内側に存在している接着層の表面に窪み部が存在しているか否かを検査する検査工程をさらに備えていてもよい。
第１配置工程は、検査工程の検査結果に応じて実行されてもよい。窪み部の内部に、適切に所定材料を配置することが可能となる。
第１配置工程は、検査工程の検査結果に応じて実行されてもよい。窪み部の内部に、適切に所定材料を配置することが可能となる。
＜ＭＥＧＡシート１の構成＞
図１に、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）シート１の分解斜視図を示す。図２に、ＭＥＧＡシート１の上面図を示す。図３に、図２のIII-III線における部分断面図を示す。ＭＥＧＡシート１は、燃料電池用の発電体シートである。ＭＥＧＡシート１は、不図示のアノード側セパレータおよびカソード側セパレータで挟持されることで、燃料電池を構成する。ＭＥＧＡシート１は、電解質膜１０、アノード触媒層１１、カソード触媒層１２、アノードＭＰＬ２１ｍ、カソードＭＰＬ２２ｍ、アノードガス拡散層２１、カソードガス拡散層２２、接着層３０、支持フレーム３１、を備えている。なお「ＭＰＬ」は、マイクロポーラス層（Micro Porous Layer）の略である。
図１に、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）シート１の分解斜視図を示す。図２に、ＭＥＧＡシート１の上面図を示す。図３に、図２のIII-III線における部分断面図を示す。ＭＥＧＡシート１は、燃料電池用の発電体シートである。ＭＥＧＡシート１は、不図示のアノード側セパレータおよびカソード側セパレータで挟持されることで、燃料電池を構成する。ＭＥＧＡシート１は、電解質膜１０、アノード触媒層１１、カソード触媒層１２、アノードＭＰＬ２１ｍ、カソードＭＰＬ２２ｍ、アノードガス拡散層２１、カソードガス拡散層２２、接着層３０、支持フレーム３１、を備えている。なお「ＭＰＬ」は、マイクロポーラス層（Micro Porous Layer）の略である。
電解質膜１０は、固体高分子材料により形成された、プロトン伝導性を有するイオン交換膜である。アノード触媒層１１およびカソード触媒層１２は、触媒を担持したカーボン粒子同士を、樹脂で連結した多孔質層である。本実施例では、触媒は、過酸化水素の分解作用を有する白金である。アノード触媒層１１およびカソード触媒層１２は、電解質膜１０のアノード側の面１０ａおよびカソード側の面１０ｃに触媒インクを塗工して乾燥することで形成される。触媒インクは、触媒担持カーボンと電解質樹脂と分散媒とを含む液体である。電解質膜１０、アノード触媒層１１、カソード触媒層１２は、矩形形状を有している。電解質膜１０、アノード触媒層１１およびカソード触媒層１２によって、矩形状の膜電極接合体（ＭＥＡ）１３が形成される。
アノードＭＰＬ２１ｍおよびカソードＭＰＬ２２ｍは、撥水性樹脂（例：ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））、導電性材料（例：カーボンブラック）、ラジカル分解作用を有する物質（例：酸化セリウム）、を含んだ薄膜である。アノードＭＰＬ２１ｍは、水素ガス（Ｈ２）を流通させる機能、電解質膜１０により多くの水分（Ｈ２Ｏ）を保持する機能、ＭＥＡ１３中の余分な水分を効率よく排出する機能、などを有している。カソードＭＰＬ２２ｍは、カソード触媒層１２に効率よく空気を供給する機能などを有している。アノードＭＰＬ２１ｍおよびカソードＭＰＬ２２ｍは、液状のＭＰＬペーストを、アノードガス拡散層２１およびカソードガス拡散層２２の表面に塗工して焼成することで形成される。
アノードガス拡散層２１およびカソードガス拡散層２２は、ガス透過性を有する導電性部材である。一例としては、カーボン多孔質体（例：カーボンペーパ、カーボンクロス等）や、金属多孔質体（例：金属メッシュ、発泡金属等）などが挙げられる。アノードガス拡散層２１およびカソードガス拡散層２２は、矩形形状を有している。
アノード触媒層１１およびアノードガス拡散層２１は、電解質膜１０と同等の大きさである。カソード触媒層１２およびカソードガス拡散層２２は、電解質膜１０よりも小さい。また、カソード触媒層１２は、カソードガス拡散層２２よりも小さい。
接着層３０は、塗布された接着剤により形成された層である。接着剤の一例としては、有機溶媒を含む紫外線硬化性を有した接着剤が挙げられる。支持フレーム３１は、電解質膜１０、アノード触媒層１１、カソード触媒層１２、アノードＭＰＬ２１ｍ、カソードＭＰＬ２２ｍ、アノードガス拡散層２１、カソードガス拡散層２２を支持する部材である。支持フレーム３１は、開口部ＯＰを備えた枠形状である。開口部ＯＰは、カソード触媒層１２およびカソードガス拡散層２２よりも大きい。支持フレーム３１は、熱硬化性樹脂からなるフレーム層の両面に、熱可塑性樹脂からなる接着層が配置された、３層シート構造を備えている。
図３に示すように、電解質膜１０のアノード側（－ｚ方向側）の面１０ａ上には、アノード触媒層１１が配置されている。アノード触媒層１１上には、アノードガス拡散層２１が配置されている。電解質膜１０とアノード触媒層１１とアノードガス拡散層２１との外周縁部は、縁部Ｅ１で互いに重複している。
電解質膜１０のカソード側（＋ｚ方向側）の面１０ｃ上には、カソード触媒層１２が、電解質膜１０の外周よりも内側に配置されている。電解質膜１０の面１０ｃには、カソード触媒層１２が存在していない、枠形状の外周領域ＰＡが形成されている。外周領域ＰＡ内の面１０ｃ上には、接着層３０が配置されている。カソード触媒層１２上には、カソードガス拡散層２２が、電解質膜１０の外周よりも内側に配置されている。カソード触媒層１２は、カソードガス拡散層２２の外周よりも内側に配置されている。
図３に示すように、枠形状の支持フレーム３１は、内周領域ＩＡと、外周領域ＯＡとを有している。内周領域ＩＡは、接着層３０を介して、電解質膜１０のカソード側の面１０ｃに接着されている。外周領域ＯＡは、電解質膜１０の外周から突出しており、フランジを形成している。
カソード触媒層１２の外周縁部Ｅ２と支持フレーム３１の開口部ＯＰの内周縁部Ｅ３との間には、特定領域ＳＡが存在している。換言すると、特定領域ＳＡは、接着層３０が存在している領域のうち、カソード触媒層１２および支持フレーム３１が存在していない領域である。図２では、分かりやすさのために、特定領域ＳＡをグレーで塗りつぶしている。
特定領域ＳＡ内の接着層３０の表面には、窪み部ＤＰが存在している。後述するように、窪み部ＤＰは、接着層３０内の気泡が集合して形成された欠陥である。窪み部ＤＰは、電解質膜１０の表面まで到達している。すなわち窪み部ＤＰは、接着層３０を貫通している。窪み部ＤＰの内部には、触媒インク３２が配置されている。前述のように、触媒インク３２は、カソード触媒層１２を形成するために用いられる材料である。触媒インク３２は、白金触媒を含んでいる。触媒インク３２を窪み部ＤＰを埋めるための材料として流用しているため、窪み部ＤＰを埋めるための特別な材料を別途用意する必要がない。材料費を抑制できるため、ＭＥＧＡシート１の製造コストを低減することが可能となる。
＜ＭＥＧＡシート１の製造方法＞
図４のフローおよび図５～図６の断面図を用いて、ＭＥＧＡシート１の製造方法を説明する。ステップＳ１において、電解質膜１０のアノード側の面１０ａ上に、アノード触媒層１１、アノードＭＰＬ２１ｍ、およびアノードガス拡散層２１が順に積層されている部材を用意する。これらの複数の層は、互いに圧着されていてもよい。
図４のフローおよび図５～図６の断面図を用いて、ＭＥＧＡシート１の製造方法を説明する。ステップＳ１において、電解質膜１０のアノード側の面１０ａ上に、アノード触媒層１１、アノードＭＰＬ２１ｍ、およびアノードガス拡散層２１が順に積層されている部材を用意する。これらの複数の層は、互いに圧着されていてもよい。
ステップＳ２において、外周領域ＰＡよりも内側の領域において、電解質膜１０のカソード側の面１０ｃ上に、触媒インクを塗工する。触媒インクを乾燥させることで、カソード触媒層１２が形成される（図５参照）。
ステップＳ３において、外周領域ＰＡ内において、面１０ｃ上に接着剤を塗工する。これにより、接着層３０が形成される（図５参照）。接着剤の塗工時に接着剤が空気を巻き込むことで、複数の気泡Ｂ１が接着層３０内に発生する。図５では、気泡Ｂ１を白丸で示している。
ステップＳ４において、図６に示すように、接着層３０上に支持フレーム３１を接触させる。そして、支持フレーム３１に対応したプレス板６１および６２によって、支持フレーム３１を接着層３０に圧着する（図８）。これにより、接着層３０が押し出され、接着層３０が電解質膜１０の内側に移動する（矢印Ｙ１参照）。移動した接着層３０は、特定領域ＳＡ内に盛り上がるように集合する。また、接着層３０の移動に伴い、複数の気泡Ｂ１も特定領域ＳＡ内へ移動する。内周領域ＩＡに分散していた複数の気泡Ｂ１が、特定領域ＳＡに集合するため、特定領域ＳＡ内の気泡密度が上昇する。そして、集合した気泡Ｂ１が互いに合体し、気泡サイズが巨大化する。その結果、接着層３０を貫通する窪み部ＤＰが形成されてしまう。
ステップＳ５において、支持フレーム３１を介して接着層３０にＵＶを照射する。これにより、窪み部ＤＰが形成されている状態で、接着層３０が硬化する。ステップＳ６において、開口部ＯＰの内周縁部Ｅ３よりも内側に存在している接着層３０（すなわち特定領域ＳＡ内に存在している接着層３０）の表面に、窪み部ＤＰが存在しているか否かを検査する検査工程が行われる。検査工程は、カメラや画像処理装置を備えた検査装置を用いて行ってもよいし、目視で行ってもよい。
ステップＳ７において、特定領域ＳＡ内に存在している接着層３０の表面に存在している窪み部ＤＰの内部に、触媒インク３２を配置する工程が行われる。具体的には、ステップＳ６の検査工程で、窪み部ＤＰの存在領域を検出する。そして、存在領域に選択的に触媒インク３２を塗布する。これにより、触媒インク３２の使用量を削減することや、塗布時間を短縮することができる。その後、触媒インク３２を塗布した接着層３０の表面にスクレイパや布などの部材を押し当てながら、部材を移動させる。これにより、窪み部ＤＰ内に触媒インク３２を充填することができる。
なお、ステップＳ６の検査工程で窪み部ＤＰが存在しないことが判明している場合には、ステップＳ７の工程を省略してもよい。
ステップＳ８において、カソード触媒層１２の上に、カソードＭＰＬ２２ｍおよびカソードガス拡散層２２を配置する。具体的には、カソードＭＰＬ２２ｍが形成されたカソードガス拡散層２２を、不図示のプレス板によって圧着する。これにより、図３に示すＭＥＧＡシート１が完成する。
＜効果＞
図７の比較例を用いて課題を説明する。図７は、触媒インク３２が配置されていない窪み部ＤＰの、拡大断面図である。カソードガス拡散層２２、アノードＭＰＬ２１ｍ、アノードガス拡散層２１は記載を省略している。接着層３０を貫通する窪み部ＤＰを介して、カソード側の酸素がアノード側へクロスオーバする（矢印Ｙ２）。すると、電位の低いアノード側で下式（１）の反応が起こり、過酸化水素が発生する。
Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２Ｏ２ ・・・式（１）
また、ＭＥＡ１３中にＦｅイオンが含まれている場合、下式（２）に示すように、Ｆｅイオンが過酸化水素と反応することで、ヒドロキシラジカルが発生する。
Ｆｅ２＋＋Ｈ２Ｏ２＋Ｈ＋→Ｆｅ３＋＋ＯＨ・＋Ｈ２Ｏ ・・・式（２）
このヒドロキシラジカルが電解質膜１０を分解することで、化学劣化による膜痩せが発生してしまう（矢印Ｙ３）。最悪の場合、クロスリークに至ってしまう。
図７の比較例を用いて課題を説明する。図７は、触媒インク３２が配置されていない窪み部ＤＰの、拡大断面図である。カソードガス拡散層２２、アノードＭＰＬ２１ｍ、アノードガス拡散層２１は記載を省略している。接着層３０を貫通する窪み部ＤＰを介して、カソード側の酸素がアノード側へクロスオーバする（矢印Ｙ２）。すると、電位の低いアノード側で下式（１）の反応が起こり、過酸化水素が発生する。
Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２Ｏ２ ・・・式（１）
また、ＭＥＡ１３中にＦｅイオンが含まれている場合、下式（２）に示すように、Ｆｅイオンが過酸化水素と反応することで、ヒドロキシラジカルが発生する。
Ｆｅ２＋＋Ｈ２Ｏ２＋Ｈ＋→Ｆｅ３＋＋ＯＨ・＋Ｈ２Ｏ ・・・式（２）
このヒドロキシラジカルが電解質膜１０を分解することで、化学劣化による膜痩せが発生してしまう（矢印Ｙ３）。最悪の場合、クロスリークに至ってしまう。
内周領域ＩＡ（図３参照）では、電解質膜１０のカソード側の面１０ｃ上に支持フレーム３１が配置されている。よって窪み部ＤＰが存在していても、支持フレーム３１がシールドとなるため、酸素のクロスオーバが発生しない。またカソード触媒層１２が配置されている領域では、カソード触媒層１２まで拡散してきた過酸化水素を、カソード触媒層１２中の白金で分解することができる。これは、下式（３）で示される。
Ｈ２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ－→２Ｈ２Ｏ ・・・式（３）
したがって、カソード触媒層１２が配置されている領域では、電解質膜１０の化学劣化が抑制される。しかし特定領域ＳＡは、支持フレーム３１もカソード触媒層１２も存在しないため、電解質膜１０の化学劣化が発生しやすい領域である。
Ｈ２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ－→２Ｈ２Ｏ ・・・式（３）
したがって、カソード触媒層１２が配置されている領域では、電解質膜１０の化学劣化が抑制される。しかし特定領域ＳＡは、支持フレーム３１もカソード触媒層１２も存在しないため、電解質膜１０の化学劣化が発生しやすい領域である。
図８を用いて、本実施例の技術の効果を説明する。図８は、図７と同様の断面図である。本実施例の技術では、特定領域ＳＡ内の接着層３０に形成された窪み部ＤＰの内部に、触媒インク３２を配置している。窪み部ＤＰに埋められた触媒インク３２により、酸素のクロスオーバの少なくとも一部をブロックすることができる（矢印Ｙ４）。また、アノード触媒層１１で過酸化水素が生成されてしまった場合においても、窪み部ＤＰまで拡散してきた過酸化水素を、触媒インク３２に含まれている白金によって分解することができる（矢印Ｙ５）。これにより、電解質膜１０の化学劣化の起点となる過酸化水素の生成を、低減することが可能となる。特定領域ＳＡにおいても、電解質膜１０の化学劣化を抑制することができる。
図９に、フッ素排出量の比較グラフを示す。縦軸は、所定時間内のフッ素排出量の累計値であり、任意単位である。グラフＧ１は、窪み部ＤＰ内に触媒インク３２を配置した場合の排出量である。グラフＧ２は、比較例であり、窪み部ＤＰ内に触媒インク３２を配置していない場合の排出量である。ヒドロキシラジカルが電解質膜１０を分解するとフッ素が排出される。よって、フッ素排出量が少ないほど、電解質膜１０の化学劣化を抑制できていることを示している。図９に示すように、本実施例の技術を用いることにより、比較例に比して、フッ素排出量を１／４以下に低減できることが分かる。
実施例１では、窪み部ＤＰの内部に触媒インク３２を配置していた（図３参照）。実施例２では、窪み部ＤＰの内部にＭＰＬペーストを配置する形態を説明する。前述の通り、ＭＰＬペーストは、アノードＭＰＬ２１ｍおよびカソードＭＰＬ２２ｍを形成するための材料である。ＭＰＬペーストは、酸化セリウムを含んでいる。ＭＰＬペーストを窪み部ＤＰを埋めるための材料として流用しているため、窪み部ＤＰを埋めるための特別な材料を別途用意する必要がない。材料費を抑制できるため、ＭＥＧＡシート１の製造コストを低減することが可能となる。なお、実施例２の基本的な構造や製造方法は、実施例１と同様であるため、詳細な説明を省略する。
＜効果＞
図１０を用いて、実施例２の技術の効果を説明する。図１０は、図８と同様の断面図である。実施例２の技術では、特定領域ＳＡ内の接着層３０に形成された窪み部ＤＰの内部に、ＭＰＬペースト３３を配置している。窪み部ＤＰに埋められたＭＰＬペースト３３により、酸素のクロスオーバの少なくとも一部をブロックすることができる（矢印Ｙ６）。
図１０を用いて、実施例２の技術の効果を説明する。図１０は、図８と同様の断面図である。実施例２の技術では、特定領域ＳＡ内の接着層３０に形成された窪み部ＤＰの内部に、ＭＰＬペースト３３を配置している。窪み部ＤＰに埋められたＭＰＬペースト３３により、酸素のクロスオーバの少なくとも一部をブロックすることができる（矢印Ｙ６）。
また、ＭＰＬペースト３３からセリウムイオン（Ｃｅ３＋）が溶出し、電解質膜１０およびアノード触媒層１１中に拡散する。窪み部ＤＰを中心として、セリウムイオンが拡散している拡散領域ＤＡを形成することができる（図１０、グレーの塗りつぶし領域）。この拡散領域ＤＡでは、下式（４）に示すように、セリウムイオンによってヒドロキシラジカルを分解することができる（矢印Ｙ７）。
Ｃｅ３＋＋ＯＨ・＋Ｈ＋→Ｃｅ４＋＋Ｈ２Ｏ ・・・式（４）
これにより、電解質膜１０の化学劣化を抑制することが可能となる。
Ｃｅ３＋＋ＯＨ・＋Ｈ＋→Ｃｅ４＋＋Ｈ２Ｏ ・・・式（４）
これにより、電解質膜１０の化学劣化を抑制することが可能となる。
なお式（４）に示すように、ヒドロキシラジカルと反応後に４価のセリウムイオンが生成されるが、この４価のイオンは燃料電池の電位によって３価に戻る。よってセリウムイオンによるヒドロキシラジカルの分解作用は、恒久的である。また、セリウムイオンがＭＥＡ１３からの排水によって除去された場合には、ＭＰＬペースト３３から新たなセリウムイオンを供給することができる。よって拡散領域ＤＡを恒久的に維持することが可能である。
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
＜変形例＞
窪み部ＤＰの内部に配置する材料は、過酸化水素の分解作用を有する物質と、ヒドロキシラジカルの分解作用を有する物質の両方を含んでいてもよい。例えば、白金とセリウムの両方を含んだ材料でもよい。
窪み部ＤＰの内部に配置する材料は、過酸化水素の分解作用を有する物質と、ヒドロキシラジカルの分解作用を有する物質の両方を含んでいてもよい。例えば、白金とセリウムの両方を含んだ材料でもよい。
ヒドロキシラジカルの分解作用を有する物質は、セリウムに限られず、様々であってよい。例えば銀であってもよい。
ステップＳ６の検査工程は省略してもよい。この場合、ステップＳ７では、特定領域ＳＡ内に存在している接着層３０の全体に触媒インク３２を塗布すればよい。
アノード触媒層１１は第１触媒層の一例である。アノードガス拡散層２１は第１ガス拡散層の一例である。カソード触媒層１２は第２触媒層の一例である。カソードガス拡散層２２は第２ガス拡散層の一例である。触媒インク３２およびＭＰＬペースト３３は、所定材料の一例である。
１：ＭＥＧＡシート １０：電解質膜 １１：アノード触媒層 １２：カソード触媒層 １３：ＭＥＡ ２１：アノードガス拡散層 ２１ｍ：アノードＭＰＬ ２２：カソードガス拡散層 ２２ｍ：カソードＭＰＬ ３０：接着層 ３１：支持フレーム ３２：触媒インク ３３：ＭＰＬペースト ＤＰ：窪み部 ＳＡ：特定領域
Claims (12)
- 電解質膜と、第１および第２触媒層と、第１および第２ガス拡散層と、接着層と、支持フレームと、を備えた燃料電池セルであって、
前記電解質膜の第１面上には前記第１触媒層が配置されており、
前記第１触媒層上には前記第１ガス拡散層が配置されており、
前記電解質膜の第２面上には、前記電解質膜よりも小さい前記第２触媒層が、前記電解質膜の外周よりも内側に配置されており、
前記第２触媒層上には、前記電解質膜よりも小さい前記第２ガス拡散層が、前記電解質膜の外周よりも内側に配置されており、
前記電解質膜の第２面上の、前記第２触媒層の外周縁部よりも外側の領域には、前記接着層が配置されており、
前記支持フレームは、前記第２触媒層および前記第２ガス拡散層よりも大きい開口部を備えており、前記開口部内に前記第２触媒層および前記第２ガス拡散層が位置するように前記電解質膜の第２面上に前記接着層を介して配置されており、
前記第２触媒層の外周縁部と前記支持フレームの前記開口部の内周縁部との間の領域である特定領域が存在しており、
前記特定領域内の前記接着層の表面に存在している窪み部の内部に、過酸化水素の分解作用を有する第１の物質またはヒドロキシラジカルの分解作用を有する第２の物質の少なくとも一方を含んだ所定材料が配置されており、
前記第２触媒層は前記第１の物質を含んでおり、
前記所定材料は前記第２触媒層を形成している材料と同一である、
燃料電池セル。 - 電解質膜と、第１および第２触媒層と、第１および第２ガス拡散層と、接着層と、支持フレームと、を備えた燃料電池セルであって、
前記電解質膜の第１面上には前記第１触媒層が配置されており、
前記第１触媒層上には前記第１ガス拡散層が配置されており、
前記電解質膜の第２面上には、前記電解質膜よりも小さい前記第２触媒層が、前記電解質膜の外周よりも内側に配置されており、
前記第２触媒層上には、前記電解質膜よりも小さい前記第２ガス拡散層が、前記電解質膜の外周よりも内側に配置されており、
前記電解質膜の第２面上の、前記第２触媒層の外周縁部よりも外側の領域には、前記接着層が配置されており、
前記支持フレームは、前記第２触媒層および前記第２ガス拡散層よりも大きい開口部を備えており、前記開口部内に前記第２触媒層および前記第２ガス拡散層が位置するように前記電解質膜の第２面上に前記接着層を介して配置されており、
前記第２触媒層の外周縁部と前記支持フレームの前記開口部の内周縁部との間の領域である特定領域が存在しており、
前記特定領域内の前記接着層の表面に存在している窪み部の内部に、過酸化水素の分解作用を有する第１の物質またはヒドロキシラジカルの分解作用を有する第２の物質の少なくとも一方を含んだ所定材料が配置されており、
前記第２触媒層と前記第２ガス拡散層との間に配置されており、撥水性樹脂および前記第２の物質を含んでいるポーラス層をさらに備え、
前記所定材料は前記ポーラス層を形成している材料と同一である、
燃料電池セル。 - 前記第１の物質は白金である、請求項１または２に記載の燃料電池セル。
- 前記第２の物質はセリウムまたは銀である、請求項１～３の何れか１項に記載の燃料電池セル。
- 電解質膜の両面に電極触媒層が形成された膜電極接合体と、開口部を備えた枠形状を有するとともに前記膜電極接合体の外周に接着層を介して固定されている支持フレームと、を備える燃料電池用の膜電極接合体プレートの製造方法であって、
前記膜電極接合体の第１面の外周部に額縁状に前記接着層を形成する工程と、
前記接着層の表面に前記支持フレームを接触させる工程と、
前記支持フレームが接触している状態で前記接着層を硬化させる工程と、
前記支持フレームの前記開口部の内周縁部よりも内側に存在している前記接着層の表面に存在している窪み部の内部に、過酸化水素の分解作用を有する第１の物質またはヒドロキシラジカルの分解作用を有する第２の物質の少なくとも一方を含んだ所定材料を配置する第１配置工程と、
を備える、膜電極接合体プレートの製造方法。 - 前記第１配置工程は、
前記開口部の内周縁部よりも内側に存在している前記接着層の表面の少なくとも一部に、液状の前記所定材料を塗布する工程と、
前記所定材料を塗布した前記接着層の表面に部材を押し当てながら移動させる工程と、
を備える、請求項５に記載の膜電極接合体プレートの製造方法。 - 前記第１の物質は白金である、請求項５または６に記載の膜電極接合体プレートの製造方法。
- 前記第２の物質はセリウムまたは銀である、請求項５～７の何れか１項に記載の膜電極接合体プレートの製造方法。
- 前記電極触媒層は前記第１の物質を含んでおり、
前記所定材料は前記電極触媒層を形成している材料と同一である、請求項５～８の何れか１項に記載の膜電極接合体プレートの製造方法。 - 前記膜電極接合体プレートは、前記膜電極接合体の第１面上に配置されるガス拡散層と、前記膜電極接合体と前記ガス拡散層との間に配置されるとともに撥水性樹脂および前記第２の物質を含んでいるポーラス層と、をさらに備えており、
前記所定材料は前記ポーラス層を形成している材料と同一である、請求項５～８の何れか１項に記載の膜電極接合体プレートの製造方法。 - 前記第１配置工程の後に行われる第２配置工程であって、前記膜電極接合体の第１面上にガス拡散層を配置する前記第２配置工程をさらに備える、請求項５～１０の何れか１項に記載の膜電極接合体プレートの製造方法。
- 前記第１配置工程の前に行われる検査工程であって、前記開口部の内周縁部よりも内側に存在している前記接着層の表面に前記窪み部が存在しているか否かを検査する前記検査工程をさらに備え、
前記第１配置工程は、前記検査工程の検査結果に応じて実行される、請求項５～１１の何れか１項に記載の膜電極接合体プレートの製造方法。
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