WO2025197980A1 - 評価装置及び評価方法 - Google Patents

評価装置及び評価方法

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WO2025197980A1
WO2025197980A1 PCT/JP2025/010803 JP2025010803W WO2025197980A1 WO 2025197980 A1 WO2025197980 A1 WO 2025197980A1 JP 2025010803 W JP2025010803 W JP 2025010803W WO 2025197980 A1 WO2025197980 A1 WO 2025197980A1
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sample
holder
electrolyte membrane
evaluation device
spacer
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悟史 冨中
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National Institute for Materials Science
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to an evaluation device and an evaluation method.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2024-046457, filed on March 22, 2024, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 For candidate electrode catalyst materials, tests are conducted to evaluate their electrochemical properties by immersing an electrode, consisting of a uniformly thin layer of electrode catalyst on a corrosion-resistant material such as glassy carbon, in a solution. While this solution testing is simple and widely used to evaluate basic properties, optimizing test parameters such as catalyst application conditions can take days to weeks when using samples with different compositions. However, this electrochemical property evaluation does not necessarily reflect the catalyst properties under actual fuel cell operation, which raises concerns.
  • single-cell testing performed by assembling electrodes and an electrolyte membrane, is essential for the final selection of catalysts.
  • single-cell testing requires an even longer period of time, making it difficult to identify materials that are effective in real-world environments, and technological progress is slow.
  • Electrochemical testing using solutions in particular is subjective, with test results varying depending on the tester and laboratory, and test results rarely match even for reference catalysts. This makes it difficult to build a database showing the properties of each electrode catalyst, and data-driven search to find the next candidate material based on the database is also not easy. Similar problems exist with electrolyte membranes that make up fuel cells and water splitting devices that generate hydrogen.
  • the present invention aims to provide an evaluation device and evaluation method that can perform evaluation automatically.
  • the evaluation device includes a first holder that holds a first sample of an electrode catalyst and has a first supply hole formed therein for supplying a first gas to the first sample; a second holder that holds an electrolyte membrane; a pressure unit that presses the electrolyte membrane against the first sample with a force in a direction that reduces the gap between the first holder and the second holder; and a characteristic measurement unit that measures the electrochemical characteristics of the first sample or the electrolyte membrane while the electrolyte membrane is pressed against the first sample and the first gas is being supplied to the first sample.
  • the evaluation device may further include a pressure sensor that measures the pressure with which the electrolyte membrane is pressed against the first sample, and the characteristic measurement unit may measure the electrochemical characteristics while the pressure is maintained at a constant value.
  • the evaluation device may further include a pressure sensor that measures the pressure with which the electrolyte membrane is pressed against the first sample, and the characteristic measurement unit may measure the electrochemical characteristics while changing the pressure.
  • the characteristic measurement unit may measure the electrochemical characteristics while maintaining a constant distance between the first holder and the second holder.
  • the evaluation device may further include a humidifying unit that humidifies the first gas.
  • the characteristic measurement unit may measure the electrochemical characteristics after a predetermined time has elapsed since the humidified first gas was supplied to the first sample.
  • the evaluation device may further include a humidity adjustment unit that adjusts the relative humidity of the first gas.
  • the first holder may have a first main surface, a convex portion protruding from the first main surface toward the electrolyte membrane, and a recess formed on the top surface of the convex portion, into which the first sample is fitted and whose depth is shallower than the thickness of the first sample.
  • a groove connected to the first supply hole may be formed on the bottom surface of the recess.
  • the grooves may be formed in a spiral or serpentine shape when viewed in a plan view, or multiple grooves may be formed in parallel.
  • a through hole may be formed in the second holder, a first opening into which the protrusion fits may be formed, and the device may further include a first spacer that fits into the through hole and a second spacer that fits into the through hole, and the electrolyte membrane may be fitted into the through hole while being sandwiched between the first spacer and the second spacer.
  • the above-mentioned evaluation device may further include a first sealing member attached to the outer peripheral side surface of the first spacer and in close contact with the inner peripheral side surface of the through hole.
  • the above-mentioned evaluation device may further include a second sealing member attached to the inner peripheral side surface of the first opening and in close contact with the outer peripheral side surface of the convex portion.
  • the second holder may have a second main surface opposite the first main surface, a hole formed in the second main surface into which the protrusion fits, and a recess formed around the hole into which the electrolyte membrane fits.
  • the evaluation device may further include a sealing member provided around the protrusion and in close contact with each of the first and second principal surfaces to seal the first sample and the electrolyte membrane.
  • the evaluation device may further include a first opening formed that overlaps the hole in a plan view, a first spacer that is fitted into the recess, and a second spacer that is fitted into the recess, and the electrolyte membrane may be fitted into the recess while sandwiched between the first spacer and the second spacer.
  • the above-mentioned evaluation device may further include a third spacer that is provided on the second spacer and fitted into the recess.
  • the first holder may further have a pin erected on the first main surface, and a hole into which the pin fits may be formed on the second main surface of the second holder.
  • the electrochemical characteristics may be the redox reaction characteristics of the first sample or the impedance characteristics of the electrolyte membrane.
  • the first holder and the second holder may be detachable from the pressure applying unit.
  • the above evaluation device may further include a third holder that holds a second sample of the electrode catalyst and has a second supply hole formed therein for supplying a second gas to the second sample, the pressurizing unit pressing the electrolyte membrane against the second sample with a force in a direction that reduces the gap between the second holder and the third holder, and the characteristic measuring unit measuring the electrochemical characteristics of any of the first sample, the electrolyte membrane, and the second sample while the electrolyte membrane is pressed against the second sample and the second gas is being supplied to the second sample.
  • the evaluation method includes a control unit that presses the electrolyte membrane against a first sample of an electrode catalyst with a force in a direction that reduces the gap between a first holder holding the first sample and a second holder holding an electrolyte membrane, and measures the electrochemical characteristics of the first sample or the electrolyte membrane while the electrolyte membrane is pressed against the first sample and the first gas is supplied to the first sample.
  • humidified gas may be supplied as the first gas.
  • the present invention provides an evaluation device and evaluation method that can perform evaluation automatically.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an evaluation device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a functional configuration diagram of the control device according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a top view of the first holder.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line II in FIG. 3A.
  • FIG. 4A is an enlarged top view of the first protrusion.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 4A.
  • FIG. 5A is a top view of the second holder.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 5A.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of the second holder when the O-ring is attached to the second holder (before attachment).
  • FIG. 6B is a cross-sectional view when the O-ring is attached to the second holder (after attachment).
  • FIG. 7A is a cross-sectional view of the electrolyte membrane when it is being fitted into the second holder (before being fitted).
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of the electrolyte membrane when it is being fitted into the second holder (after fitting).
  • FIG. 8A is a top view of the third holder.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 8A.
  • FIG. 9A is an enlarged top view of the second protrusion.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 9A.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a method of stacking the first to third holders.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the stacked holders.
  • FIG. 12A is a schematic diagram showing the state when pressure is applied to the stacked holders (before pressure is applied).
  • FIG. 12B is a schematic diagram of the stacked holders when pressure is applied (after pressure is applied).
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view of each holder when measuring electrochemical characteristics.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of processing performed by the evaluation device.
  • FIG. 15 is a timing chart showing an example of the processing performed by the evaluation device.
  • FIG. 16 is an example of a hardware configuration diagram of the control device according to the first embodiment.
  • FIG. 17A is a plan view of a flow channel according to a modified example.
  • FIG. 17B is a plan view of a flow channel according to a modified example.
  • FIG. 17C is a plan view of a flow channel according to a modified example.
  • FIG. 18A is a top view of a second holder according to the second embodiment.
  • FIG. 18B is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 18A.
  • FIG. 19A is a top view of a first spacer fitted into a through-hole in the second embodiment.
  • FIG. 19B is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG. 19A.
  • FIG. 20A is a top view of a second spacer that is fitted into a through-hole together with a first spacer in the second embodiment.
  • FIG. 20B is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 20A.
  • FIG. 21A is a cross-sectional view (part 1) of the second embodiment when (before) each spacer is fitted into the through-hole of the second holder.
  • FIG. 21B is a cross-sectional view (part 1) of the second embodiment when (after) each spacer is fitted into the through-hole of the second holder.
  • FIG. 22A is a second cross-sectional view of the second embodiment when (before) each spacer is fitted into the through-hole of the second holder.
  • FIG. 22B is a second cross-sectional view when (after) each spacer is fitted into the through-hole of the second holder in the second embodiment.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining a method of stacking the first to third holders in the second embodiment.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view of the holders stacked in the second embodiment.
  • FIG. 25 is an enlarged cross-sectional view of each holder stacked in the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an evaluation device according to this embodiment.
  • Evaluation device 1 is a device for evaluating the electrochemical properties of electrode catalysts and electrolyte membranes of polymer electrolyte fuel cells (PEFC: Polymer Electrolyte Fuel Cell).
  • PEFC Polymer Electrolyte Fuel Cell
  • the subject of evaluation is not limited to polymer electrolyte fuel cells, and evaluation device 1 may also be used to evaluate electrode catalysts and electrolyte membranes of water splitting devices.
  • the evaluation device 1 includes a base 2, a frame 3, a pressurizing unit 4, a gas supply unit 5, a control device 7, a pressure sensor 8, a first bubbler 31, and a second bubbler 32.
  • the base 2 is a plate-shaped metal member that extends horizontally and is used to secure the frame 3.
  • a first gas supply jig 40 made of metal is fixed to the base 2 to supply oxygen gas to the object to be evaluated.
  • a tester or robot stacks the first to third holders 41 to 43 in this order on the first gas supply jig 40.
  • the first holder 41 and the third holder 43 are holders that hold the electrode catalyst to be tested
  • the second holder 42 is a holder that holds the electrolyte membrane to be tested.
  • the frame 3 is a metal member that supports the pressure unit 4, and has a side portion 3a that extends vertically upward from the frame 3, and an upper portion 3b that extends horizontally from the upper end of the side portion 3a.
  • the pressure unit 4 applies pressure to the first to third holders 41 to 43.
  • the pressure unit 4 includes a load cell 4a and a servo motor 4b.
  • the servo motor 4b is a motor that raises and lowers the load cell 4a in the vertical direction, and is fixed to the upper part 3b of the frame 3.
  • the load cell 4a is a cylindrical component that clamps the first to third holders 41 to 43 between itself and the base 2 when it is lowered by the servo motor 4b, thereby applying pressure to the first to third holders 41 to 43.
  • the load cell 4a is raised by the servo motor 4b, the clamping of the holders 41 to 43 is released. This allows the holders 41 to 43 to be attached and detached to the pressure unit 4 in accordance with the elevation and lowering of the load cell 4a.
  • the load cell 4a also incorporates a pressure sensor 8 that measures the pressure applied to each of the holders 41-43 when pressure is applied.
  • a pressure sensor 8 that measures the pressure applied to each of the holders 41-43 when pressure is applied.
  • the pressure sensor 8 may be a resistor that expands when pressure is applied, and a measurement circuit that measures pressure from the change in resistance of the resistor that accompanies pressure changes.
  • a narrow-diameter portion 4c is provided at the top of the load cell 4a.
  • the narrow-diameter portion 4c is inserted into the opening 3c in the upper portion 3a and is fixed to the servo motor 4b.
  • a second metal gas supply jig 44 is fixed to the bottom of the load cell 4a to supply hydrogen to the object being evaluated.
  • the gas supply unit 5 is a component that supplies hydrogen gas and oxygen gas to the object of evaluation.
  • the gas supply unit 5 includes a nitrogen gas supply source 11, a hydrogen gas supply source 12, and an oxygen gas supply source 13.
  • Each of the supply sources 11-13 may be a tank that stores liquefied nitrogen, liquefied hydrogen, and liquefied oxygen, respectively, or may be a supply port for nitrogen gas, hydrogen gas, and oxygen gas installed in a facility such as a factory or laboratory.
  • the nitrogen gas, hydrogen gas, and oxygen gas are all dry gases that do not contain moisture.
  • the gas supply unit 5 is equipped with MFCs (Mass Flow Controllers) 15-19 and pipes 21-28.
  • MFCs Mass Flow Controllers
  • Each MFC 15-19 is hardware that controls the flow rate of gas. Note that flow rate control also includes control to cut off the flow of gas.
  • MFC 15 controls the flow rate of nitrogen gas supplied from nitrogen gas supply source 11 and sends it to a downstream stage, or cuts off the flow of nitrogen gas.
  • MFCs 16 and 17 both control the flow rate of hydrogen gas supplied from hydrogen gas supply source 12 and send it to a downstream stage, or cut off the flow of hydrogen gas.
  • MFCs 18 and 19 both control the flow rate of oxygen gas supplied from oxygen gas supply source 13 and send it to a downstream stage, or cut off the flow of oxygen gas.
  • pipes 21 and 22 are pipes through which nitrogen gas for purging flows.
  • pipe 22 is connected to MFC 15 on its upstream side, and directs the nitrogen gas sent out from MFC 15 to pipe 23.
  • pipe 21 is connected to the middle of pipe 22 on its upstream side, and directs the nitrogen gas flowing through pipe 22 to pipe 25.
  • the piping 23 has each end connected to the MFC 16 and the second gas supply jig 44, and guides the hydrogen delivered from the MFC 16 to the second gas supply jig 44.
  • the piping 24 has each end connected to the MFC 17 and the first bubbler 31, and guides the hydrogen gas sent from the MFC 17 to the first bubbler 31.
  • the first bubbler 31 is an example of a humidifier that humidifies hydrogen gas, and water is stored inside.
  • One end of the piping 24 is immersed in the water, and hydrogen gas bubbles are generated from this end, thereby humidifying the hydrogen gas.
  • the humidified hydrogen gas will also be referred to as wet hydrogen gas.
  • the wet hydrogen gas passes through the piping 27 that connects the space above the water surface to the second gas supply jig 44, and is supplied to the second gas supply jig 44.
  • the piping 25 has each end connected to the MFC 18 and the first gas supply jig 40, and directs the oxygen gas delivered from the MFC 18 to the first gas supply jig 40.
  • the pipe 26 has each end connected to the MFC 19 and the second bubbler 32, and guides the oxygen gas sent from the MFC 19 to the second bubbler 32.
  • the second bubbler 32 is an example of a humidifier that humidifies the oxygen gas, and water is stored inside. One end of the pipe 26 is immersed in the water, and oxygen gas bubbles are generated from this end, thereby humidifying the oxygen gas.
  • the humidified oxygen gas will also be referred to as wet oxygen gas.
  • the wet oxygen gas passes through the pipe 28 that connects the space above the water surface to the first gas supply jig 40, and is supplied to the first gas supply jig 40.
  • the pressure sensor 8 is a sensor that measures the pressure when the load cell 4a is lowered and pressurized on each of the holders 41-43, and is built into the load cell 4a.
  • the configuration of the pressure sensor 8 is not particularly limited.
  • the pressure sensor 8 may be provided with a resistor that expands due to pressure, and a measurement circuit that measures pressure from the change in resistance of the resistor that accompanies pressure changes.
  • the pressure sensor 8 also outputs a pressure measurement signal indicating the measured pressure to the control device 7.
  • the control device 7 is a computer such as a PC (Personal Computer) that controls each part of the evaluation device 1. For example, the control device 7 outputs a drive signal indicating the lifting distance to the servo motor 4b, thereby raising and lowering the load cell 4a by that lifting distance.
  • PC Personal Computer
  • the control device 7 also outputs a characteristic measurement signal to the load cell 4a to measure the electrochemical characteristics of the object to be evaluated, and receives a response signal output by the object to be evaluated in response to the characteristic measurement signal.
  • the electrochemical characteristics include the oxidation-reduction reaction (ORR) characteristics of the electrode catalyst of the polymer electrolyte fuel cell, and the control device 7 measures the oxidation-reduction reaction characteristics using Linear Sweep Voltammetry (LSV) or Cyclic Voltammetry (CV).
  • LSV Linear Sweep Voltammetry
  • CV Cyclic Voltammetry
  • the electrochemical characteristics are not limited to the redox reaction characteristics of the electrode catalyst, but can also be the impedance characteristics of the electrolyte membrane.
  • the AC voltage applied to the electrode catalyst serves as the characteristic measurement signal
  • the AC current flowing through the cell serves as the response signal.
  • control device 7 outputs a flow control signal to the gas supply unit 5 to control the flow rate of each gas.
  • the flow control signal controls each MFC 15-19, thereby controlling the flow rate of the gas flowing through each MFC 15-19.
  • FIG. 2 is a functional configuration diagram of the control device 7 according to this embodiment.
  • the control device 7 includes a control unit 71, a storage unit 72, and a communication unit 73.
  • the control unit 71 is a processing unit that controls each part of the evaluation device 1, and includes a pressure control unit 74, a characteristics measurement unit 75, a humidity adjustment unit 76, and a flow rate control unit 77.
  • the pressure control unit 74 is a processing unit that controls the pressure applied by the load cell 4a to each of the holders 41-43.
  • the pressure control unit 74 monitors the pressure measurement signal output by the pressure sensor 8 and controls the lifting distance of the load cell 4a using a drive signal, thereby maintaining the pressure applied to each of the holders 41-43 at a constant value.
  • the pressure control unit 74 may perform control to change the pressure applied to each of the holders 41-43.
  • the pressure control unit 74 may also use a drive signal to control the lifting distance of the load cell 4a, thereby maintaining constant spacing between the holders 41-43. In this case, the pressure control unit 7 does not use the pressure measurement signal to control the lifting distance of the load cell 4a.
  • the characteristic measurement unit 75 is a processing unit that generates a characteristic measurement signal and measures the electrochemical characteristics of the electrode catalyst and electrolyte membrane based on the response signal to that characteristic measurement signal. For example, if the electrochemical characteristic is the redox reaction characteristic of the electrode catalyst, the characteristic measurement unit 75 generates the LSV or CV sweep voltage as the characteristic measurement signal and obtains the reaction current as the response signal to this. The characteristic measurement unit 75 then measures the relationship between the characteristic measurement signal and the response signal as the redox reaction characteristic of the electrode catalyst.
  • the characteristic measurement unit 75 when the electrochemical characteristic is the impedance characteristic of the electrolyte membrane, the characteristic measurement unit 75 generates an AC voltage as a characteristic signal and acquires an AC current as a response signal. The characteristic measurement unit 75 then measures the ratio of the AC voltage to the AC current as the impedance characteristic of the electrolyte membrane. Note that the characteristic measurement unit 75 may measure the impedance characteristic for each frequency by changing the frequency of the AC voltage.
  • the humidity adjustment unit 76 is a processing unit that adjusts the relative humidity of hydrogen gas and oxygen gas. For example, by controlling the flow rate of hydrogen gas flowing through each of the MFCs 16 and 17, the humidity adjustment unit 76 adjusts the flow rate ratio between the dry hydrogen gas flowing through the pipe 23 and the wet hydrogen gas flowing through the pipe 27, thereby adjusting the relative humidity of the hydrogen gas supplied to the second gas supply jig 44.
  • the humidity adjustment unit 76 controls the flow rate of the oxygen gas flowing through each of the MFCs 18 and 19, thereby adjusting the flow rate ratio between the dry oxygen gas flowing through the pipe 25 and the wet oxygen gas flowing through the pipe 28, and adjusting the relative humidity of the oxygen gas supplied to the first gas supply jig 40.
  • the flow rate control unit 77 is a processing unit that controls the flow rates of each of the MFCs 15-19, thereby controlling the total flow rates of the nitrogen gas, hydrogen gas, and oxygen gas supplied to the first gas supply jig 40 and the second gas supply jig 44.
  • the humidity adjustment unit 76 and the flow control unit 77 are separate processing units, but the humidity adjustment unit 76 may be omitted by having the flow control unit 77 also perform the function of the humidity adjustment unit 76.
  • the memory unit 72 also stores evaluation result information 78 indicating the electrochemical characteristics measured by the characteristic measurement unit 75. For example, if the electrochemical characteristics are the oxidation-reduction reaction characteristics of the electrode catalyst, the relationship between the sweep voltage and the reaction current is stored in the evaluation result information 78. If the electrochemical characteristics are the impedance characteristics of the electrolyte membrane, the ratio of the AC voltage to the AC current is stored in the evaluation result information 78 as the impedance characteristics.
  • the communication unit 73 is an interface that connects the control device 7 to a network such as the Internet or a LAN (Local Area Network).
  • a network such as the Internet or a LAN (Local Area Network).
  • FIG. 3A is a top view of the first holder 41 according to this embodiment
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line II in FIG. 3A.
  • the first holder 41 is circular in top view.
  • a circular first protrusion 41a is provided in the center of the first holder 41, and multiple first pins 41x are provided around the periphery.
  • the first holder 41 has a flat first main surface 41b, on which the aforementioned first protrusion 41a and each pin 41x are erected. Furthermore, a first peripheral groove 41c into which a robot hand (not shown) fits is formed on the outer periphery of the first holder 41.
  • the first holder 41 can be made by processing a metal material such as titanium or stainless steel.
  • each part of the first holder 41 are not particularly limited.
  • the overall diameter ⁇ 1 of the first holder 41 is 20 mm or more and 200 mm or less, for example, 46 mm.
  • the diameter ⁇ 2 of the first convex portion 41a is 5 mm or more and 180 mm or less, for example, 6 mm.
  • the height h1 of the first convex portion 41a is 1 mm or more and 5 mm or less, for example, 2.5 mm.
  • Figure 4A is an enlarged top view of the first protrusion 41a
  • Figure 4B is a cross-sectional view taken along line II-II in Figure 4A.
  • a first recess 41d that is circular in top view is formed on the top surface of the first protrusion 41a.
  • the diameter ⁇ 3 of the first recess 41d is not particularly limited, but in this example is 3 mm or more and 179 mm or less, for example 5 mm.
  • a first flow path groove 41e is formed in a spiral shape on the bottom surface of the first recess 41d. One end of the first flow path groove 41e is located in the center of the first recess 41d, and the other end is located on the periphery of the first recess 41d.
  • a first sample 61 which is a candidate material for the anode electrode catalyst, is fitted into the first recess 41d.
  • the material of the first sample 61 is not particularly limited.
  • any of Pt, Pt alloys, noble metals other than Pt, and non-noble metals may be used as the material of the first sample 61.
  • the first sample 61 is disk-shaped, and the depth of the first recess 41d is shallower than the thickness of the first sample 61.
  • the surface of the first sample 61 protrudes from the first convex portion 41a by the difference ⁇ z1 between the thickness of the first sample 61 and the depth of the first recess 41d.
  • the depth of the first recess 41d is 0.01 mm or more and 0.4 mm or less, for example 0.1 mm, and the thickness of the first sample 61 is 0.19 mm or more and 0.2 mm or less.
  • the first holder 41 is also formed with a first supply hole 41g connected to one end of the spiral-shaped first flow channel 41e, and a first discharge hole 41h connected to the other end of the first flow channel 41e.
  • the dimensions of the first flow channel 41e are not particularly limited.
  • the depth of the first flow channel 41e is 0.01 mm or more and 1.0 mm or less, e.g., 0.5 mm
  • the width of the first flow channel 41e is 0.01 mm or more and 2.0 mm or less, e.g., 0.4 mm.
  • the distance between two adjacent first flow channel 41e in a cross-sectional view is 0.01 mm or more and 2.0 mm or less, e.g., 0.2 mm.
  • the space defined by the first sample 61 and the first flow channel 41e functions as an oxygen flow channel, allowing oxygen gas to be supplied to the oxygen flow channel from the first supply hole 41g along arrow A1.
  • the oxygen gas is supplied to the first sample 61 while swirling along the first flow channel 41e, and excess oxygen gas is discharged from the first discharge hole 41h along arrow B1.
  • first flow channel 41e By forming the first flow channel 41e in a spiral shape in this manner, oxygen gas can be supplied uniformly to the first sample 61 in this embodiment.
  • Figure 5A is a top view of the second holder 42
  • Figure 5B is a cross-sectional view along line III-III in Figure 5A.
  • the second holder 42 is circular in top view, and has a circular recess 42a and a ring-shaped ring groove 42e formed concentrically in its center.
  • the recess 42a is a recess into which the electrolyte membrane to be evaluated is fitted, as described below.
  • the ring groove 42e is a groove into which an O-ring (not shown) is attached.
  • a plurality of first holes 42y and a plurality of second holes 42z are formed outside the ring groove 42e when viewed from above.
  • the second holder 42 has a flat second main surface 42b and a flat third main surface 42c that face each other.
  • the recess 42a, ring groove 42e, and second hole 42z described above are all formed on the third main surface 42c.
  • a ring groove 42f and a first hole 42y are formed in the second main surface 42b.
  • the ring groove 42f is ring-shaped, similar to the aforementioned ring groove 42e, and is a groove into which an O-ring (not shown) is attached.
  • the first hole 42y has a shape that allows the aforementioned first pin 41x (see Figures 3A and 3B) to fit.
  • a hole 42g into which the aforementioned protrusion 41a (see Figures 3A and 3B) fits is formed in the second main surface 42b, and the aforementioned recess 42a is formed in the third main surface 42c around the hole 42g.
  • the second holder 42 is made of insulating resin such as fluororesin or high-density polyethylene, and is manufactured by injection molding, for example.
  • each part of the second holder 42 are not particularly limited, but in this example, the overall diameter ⁇ 4 of the second holder 42 is 20 mm or more and 200 mm or less, for example, 46 mm. Furthermore, the diameter ⁇ 5 of the recess 42a is 8 mm or more and 180 mm or less, for example, 12 mm. And the diameter ⁇ 6 of the hole 42g is 5 mm or more and 180 mm or less, for example, 6 mm.
  • the depth d1 of the recess 42a is 2.5 mm or more and 4.0 mm or less, for example, 4 mm.
  • the depth d2 of the hole 42g is 1 mm or more and 2.5 mm or less, for example, 1 mm.
  • the width W of the ring grooves 42e, 42f is 1 mm or more and 2.5 mm or less, for example 1.5 mm, and the depth is 0.5 mm or more and 2.0 mm or less, for example 1.3 mm.
  • Figures 6A and 6B are cross-sectional views of the O-ring being attached to the second holder 42.
  • the tester aligns the ring groove 42e with the O-ring 47, and then aligns the ring groove 42f with the O-ring 48.
  • Each of the O-rings 47, 48 is an example of a sealing member, and is a rubber ring large enough to fit into each of the grooves 42e, 42f by elastic deformation.
  • the tester fits O-ring 47 into ring groove 42e, and then O-ring 48 into ring groove 42f. This completes the installation of O-rings 47 and 48 into second holder 42.
  • Figures 7A and 7B are cross-sectional views showing the electrolyte membrane being fitted into the second holder 42.
  • first to third spacers 51 to 53 and an electrolyte membrane 55 to be evaluated are prepared.
  • the material of the electrolyte membrane 55 is not particularly limited, and a proton exchange membrane (PEM) or an anion exchange membrane (AEM) can be used as the electrolyte membrane 55.
  • Examples of such electrolyte membranes 55 include fluorine-based electrolyte membranes and hydrocarbon-based electrolyte membranes.
  • a Nafion membrane or support membrane may also be provided on the electrolyte membrane 55.
  • Polymer membranes such as proton exchange membranes and anion exchange membranes have side chains that conduct ions, and when humidified, they conduct hydrated protons and hydrated OH ions. Note that a polymer membrane that conducts ions without hydration or humidification may also be used as the electrolyte membrane 55.
  • the first to third spacers 51 to 53 and the electrolyte membrane 55 are all circular in top view, with a diameter that is approximately the same as or slightly smaller than the diameter ⁇ 5 of the recess 42a (see Figure 5B).
  • openings 51a, 52a, and 53a are formed in the first to third spacers 51 to 53, respectively.
  • the openings 51a, 52a, and 53a are all circular in top view, and are sized to overlap with the aforementioned hole 42g when the first to third spacers 51 to 53 are fitted into the recess 42a with their respective circumferences aligned.
  • the diameters of the openings 51a, 52a, and 53a are set to be approximately the same as or slightly larger than the diameter ⁇ 6 of the hole 42g (see Figure 5B).
  • each of the spacers 51 to 53 is manufactured by injection molding an insulating resin such as fluororesin or high-density polyethylene.
  • the first spacer 51, electrolyte membrane 55, second spacer 52, and third spacer 53 are fitted into the recess 42a in this order.
  • the electrolyte membrane 55 is held in the second holder 52 while being sandwiched between the first spacer 51 and the second spacer 52.
  • no step is formed between the third main surface 42c of the second holder 42 and the surface 53x of the third spacer 53, and the third main surface 42c and the surface 53x form a continuous, flat surface. This completes the fitting of the electrolyte membrane into the second holder 42.
  • the third holder 43 has a structure in which the first holder 41 ( Figures 3A and 3B) is turned upside down.
  • Figure 8A is a top view of the third holder 43
  • Figure 8B is a cross-sectional view along line IV-IV in Figure 8A.
  • the third holder 43 is circular in top view.
  • a circular second protrusion 43a is provided in the center of the first holder 43, and multiple second pins 43x are provided around the periphery.
  • the third holder 43 has a flat fourth main surface 43b, on which the aforementioned second protrusion 43a and each pin 43x are erected. Furthermore, a third outer circumferential groove 43c into which a robot hand (not shown) fits is formed on the outer periphery of the third holder 43.
  • the third holder 43 can also be made by processing a metal material such as titanium or stainless steel.
  • each part of the third holder 43 are not particularly limited.
  • the overall diameter ⁇ 7 of the third holder 43 is 20 mm or more and 200 mm or less, for example, 46 mm.
  • the diameter ⁇ 8 of the second convex portion 43a is 5 mm or more and 180 mm or less, for example, 6 mm.
  • the height h2 of the second convex portion 43a is 1 mm or more and 5 mm or less, for example, 2.5 mm.
  • Figure 9A is an enlarged top view of the second protrusion 43a
  • Figure 9B is a cross-sectional view taken along line V-V in Figure 9A.
  • a second recess 43d that is circular in top view is formed on the top surface of the second protrusion 43a.
  • the diameter ⁇ 9 of the second recess 43d is not particularly limited, but in this example is 3 mm or more and 179 mm or less, for example 5 mm.
  • a second flow path groove 43e is formed in a spiral shape on the bottom surface of the second recess 43d. One end of the second flow path groove 43e is located in the center of the second recess 43d, and the other end is located on the periphery of the second recess 43d.
  • a second sample 62 which is a candidate material for the cathode electrode catalyst, is fitted into the second recess 43d.
  • the structure of the second sample 62 is not particularly limited.
  • the second sample 62 may be a gas diffusion layer (GDL: Gas Diffusion Layer) with a microporous layer (MPL: Micro Porous Layer) (not shown), with an electrode catalyst deposited thereon.
  • the electrode catalyst may be deposited on the gas diffusion layer by a dry method such as sputtering or arc plasma.
  • the electrode catalyst may be deposited by applying a catalyst dispersion liquid on the gas diffusion layer and drying it.
  • An example of a candidate material for the cathode electrode catalyst is PtCo nanoparticles.
  • the second sample 62 is also disk-shaped. Furthermore, the depth of the second recess 43d is shallower than the thickness of the second sample 62. Therefore, the surface of the second sample 62 protrudes from the second convex portion 43a by the difference ⁇ z2 between the thickness of the second sample 62 and the depth of the second recess 43d.
  • the depth of the second recess 43d is 0.01 mm or more and 0.4 mm or less, for example 0.1 mm, and the thickness of the second sample 62 is 0.19 mm or more and 0.2 mm or less.
  • the second holder 43 is also formed with a second supply hole 43g connected to one end of the spiral-shaped second flow channel 43e, and a second discharge hole 43h connected to the other end of the second flow channel 43e.
  • the dimensions of the second flow channel 43e are the same as those of the first flow channel 41e (see Figure 4B).
  • the depth of the second flow channel 43e is 0.01 mm or more and 1.0 mm or less, for example 0.5 mm
  • the width of the second flow channel 43e is 0.01 mm or more and 2.0 mm or less, for example 0.4 mm.
  • the distance between two adjacent second flow channel 43e in a cross-sectional view is 0.01 mm or more and 2.0 mm or less, for example 0.2 mm.
  • the space defined by the second sample 62 and the second flow channel 43e functions as a hydrogen flow channel through which hydrogen flows, and hydrogen gas can be supplied to the hydrogen flow channel from the second supply hole 43g along arrow A2.
  • the hydrogen gas is supplied to the second sample 62 while swirling along the second flow channel 43e, and excess hydrogen gas is discharged from the second discharge hole 43h along arrow B2.
  • Figure 10 is a cross-sectional view illustrating how the first to third holders 41 to 43 are stacked.
  • a robot grips the first holder 41 by fitting the robot hand 59 into the first outer peripheral groove 41c, and places the first holder 41 on the first supply jig 40 with the first main surface 41b facing up.
  • the robot grips the second holder 42 by fitting the robot hand 59 into the second outer peripheral groove 42c, and positions the second main surface 42b of the second holder 42 facing the first main surface 41b. This causes the first protrusion 41a of the first holder 41 to protrude from the first main surface 41b toward the electrolyte membrane 55. The robot then lowers the second holder 42 so that the first protrusion 41a enters the hole 42g and opening 51a, and places the second holder 42 on top of the first holder 41.
  • the robot then grips the third holder 43 by fitting the robot hand 59 into the third outer peripheral groove 43c.
  • the robot positions the fourth main surface 43b of the third holder 43 facing the third main surface 42c of the second holder 42. This causes the second protrusion 43a of the third holder 43 to protrude from the fourth main surface 43b toward the electrolyte membrane 55.
  • the robot then lowers the third holder 43 so that the second protrusion 43a enters each opening 52a, 53a, and places the third holder 43 on top of the second holder 42.
  • the robot can automatically stack the first to third holders 41 to 43. Note that instead of using a robot, a tester can manually stack the holders 41 to 43.
  • Figure 11 is a cross-sectional view of each of the holders 41 to 43 stacked in this manner.
  • the first holder 41 and the second holder 42 can be aligned by fitting the first pin 41x into the first hole 42y.
  • the second holder 42 and the third holder 43 can be aligned in a similar manner by fitting the second pin 43x into the second hole 42z.
  • the O-ring 48 is in close contact with each of the first and second main surfaces 41b and 42b, it is possible to prevent outside air from reaching the first sample 61 (see FIG. 4B) and the electrolyte membrane 55 through the gaps between the main surfaces 41b and 42b, thereby sealing the first sample 61 and the electrolyte membrane 55.
  • the O-ring 47 is in close contact with each of the third and fourth main surfaces 42c and 43b, it is possible to prevent outside air from reaching the second sample 62 (see FIG. 9B) and the electrolyte membrane 55 through the gaps between the main surfaces 42c and 43b, thereby sealing the second sample 62 and the electrolyte membrane 55.
  • Figures 12A and 12B are schematic diagrams showing how pressure is applied to the stacked holders 41 to 43.
  • the pressure control unit 74 lowers the load cell 4a toward each of the holders 41 to 43 stacked as described above.
  • the pressure control unit 74 continues to lower the load cell 4a, bringing the second gas supply jig 44 into contact with the third holder 43.
  • the pressure control unit 74 then further lowers the load cell 4a, applying pressure to each of the sample holders 41-43 with a force F in a direction that reduces the spacing between them.
  • the electrochemical properties of the electrolyte membrane 55 and each of the samples 61 and 62 are measured in this state.
  • Figure 13 is an enlarged cross-sectional view of each holder 41-43 when measuring electrochemical characteristics.
  • the first to third spacers 51-53 have the function of ensuring that the electrolyte membrane 55 is in contact with the samples 61 and 62 by adjusting their respective thicknesses. For example, if the lower surface of the electrolyte membrane 55 is spaced apart from the first sample 61, the first spacer 51 can be made thinner to bring the lower surface of the electrolyte membrane 55 into contact with the first sample 61. Similarly, if the upper surface of the electrolyte membrane 55 is spaced apart from the second sample 62, the second spacer 52 can be made thinner to bring the upper surface of the electrolyte membrane 55 into contact with the first sample 62.
  • the first spacer 51 and the second spacer 52 are used as the same part with the same dimensions and material.
  • the thickness of the third spacer 53 the upper surface of the electrolyte membrane 55 can be brought into contact with the first sample 62.
  • the surface of the first sample 61 protrudes from the first convex portion 41a by ⁇ z1, which allows the first sample 61 to have room to elastically deform by ⁇ z1. Therefore, when the first sample 61 is pressed against the electrolyte membrane 55, the first sample 61 elastically deforms, and this elastic force presses the surface of the first sample 61 evenly against the electrolyte membrane 55, preventing pressure unevenness from occurring on the surface.
  • the pressure measured by pressure sensor 8 is equal to the pressure pressing each sample 61, 62 against electrolyte membrane 55.
  • this pressure ensures that each sample 61, 62 is in contact with electrolyte membrane 55, allowing each sample 61, 62 and electrolyte membrane 55 to function as a test solid polymer fuel cell FC.
  • Oxygen gas and hydrogen gas are supplied to the fuel cell FC from gas supply jigs 40 and 44.
  • the first gas supply jig 40 has holes 40a and 40b that connect to the first supply hole 41g and first exhaust hole 41h of the first holder 41, respectively.
  • Hole 40a connects to the pipes 25 and 28 (see Figure 1), and oxygen gas supplied from the pipes 25 and 28 is guided from opening 40a to the first supply hole 41g. Excess oxygen gas is guided from the first exhaust hole 41h to hole 40b, and then exhausted to the outside.
  • the second gas supply jig 44 has holes 44a and 44b that connect to the first supply hole 43g and second exhaust hole 43h of the second holder 43, respectively.
  • Hole 44a connects to pipes 23 and 27 (see Figure 1), and hydrogen gas supplied from pipes 23 and 27 is guided from opening 44a to second supply hole 43g. Excess hydrogen gas is guided from second exhaust hole 43h to hole 44b and then discharged to the outside.
  • the electrochemical characteristics are measured by applying a characteristic measurement signal to the fuel cell FC and based on the response signal output by the fuel cell FC.
  • the characteristic measurement signal is applied from the load cell 4a to the second sample 62 via the metallic second gas supply jig 44 and the third holder 43.
  • the characteristic measurement signal may be applied to the second holder 41 via the metallic first gas supply jig 40 and the first holder 41.
  • the second holder 42 and the first to third spacers 51 to 53 are all made of insulating resin. This prevents electrical short-circuiting between the metallic first holder 41 and third holder 43, making it possible to apply a characteristic measurement signal to the fuel cell FC.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an example of processing performed by the evaluation device 1. In the following, in addition to this flowchart, we will also refer to FIG. 15 for explanation.
  • FIG. 15 is a timing chart showing an example of processing performed by the evaluation device 1.
  • pressure is the pressure value measured by the pressure sensor 8.
  • nitrogen gas is the flow rates of the respective gases controlled by the flow rate control unit 77 (see FIG. 2).
  • characteristic measurement signal is the characteristic measurement signal generated by the characteristic measurement unit 75.
  • the height of the "characteristic measurement signal” in FIG. 15 does not necessarily indicate the value of the characteristic measurement signal.
  • the robot stacks and places each of the holders 41-43 on the first gas supply jig 40, thereby setting each of the holders 41-43 in the evaluation device 1 (step S1).
  • a tester may manually set each of the holders 41-43.
  • the pressure control unit 74 applies pressure to the holders 41 to 43 by lowering the load cell 4a using a drive signal (step S2).
  • pressure application starts at time t1 , and then the pressure increases.
  • the pressure control unit 74 determines whether the pressure measured by the pressure sensor 8 has reached a predetermined pressure (step S3).
  • the predetermined pressure is a reference pressure that determines whether evaluation of the fuel cell FC can begin, and is set in advance in the evaluation device 1 by the tester.
  • the fuel cell FC is evaluated while maintaining a constant pressure, and in this case the tester selects the predetermined pressure from a range of, for example, 0.1 MPa or more and 0.4 MPa or less.
  • step S2 If it is determined that the predetermined pressure has not been reached (NO), the process returns to step S2. On the other hand, if it is determined that the predetermined pressure has been reached (YES), the process proceeds to step S4.
  • step S4 the flow control unit 77 (see Figure 2) performs a purge with nitrogen gas.
  • the flow control unit 77 opens MFC 15 to supply nitrogen gas to pipes 23 and 25 while blocking the flow of hydrogen gas and oxygen gas in MFCs 16-19. This purges pipes 23 and 25 and the inside of each holder 41-43 with nitrogen gas, and the air contained in each sample 61 and 62 is replaced with nitrogen. This prevents inaccurate measurement results of the electrochemical properties due to air contained in each sample 61.
  • purging with nitrogen gas is performed from time t2 to time t3 .
  • the length of the purging period is not particularly limited, and may be, for example, about 1 to 5 minutes.
  • the flow rate control unit 77 begins supplying hydrogen gas and oxygen gas (step S5).
  • the flow rate control unit 77 controls the total flow rate of hydrogen gas supplied to the second gas supply jig 44 through the respective pipes 23 and 27 by controlling MFCs 16 and 17.
  • the flow rate control unit 77 then controls the total flow rate of oxygen gas supplied to the first gas supply jig 40 through the respective pipes 25 and 28 by controlling MFCs 18 and 19.
  • the total flow rates of each gas are not particularly limited.
  • the total flow rate of hydrogen gas is 1 cc/min or more and 1000 cc/min or less, for example, 100 cc/min.
  • the total flow rate of oxygen gas is 1 cc/min or more and 1000 cc/min or less, for example, 100 cc/min.
  • the humidity adjustment unit 76 adjusts the mixture ratio of dry hydrogen gas and wet hydrogen gas by controlling the flow rate of hydrogen gas flowing through each of the MFCs 16 and 17, thereby humidifying the hydrogen gas supplied to the second sample 62.
  • the humidity adjustment unit 76 adjusts the mixture ratio of dry oxygen gas and wet oxygen gas by controlling the flow rate of oxygen gas flowing through each of the MFCs 18 and 19, thereby humidifying the oxygen gas supplied to the first sample 61.
  • the humidity adjustment unit 76 adjusts the relative humidity of the hydrogen gas to greater than 0% and less than 100%, for example, 50%, and adjusts the relative humidity of the oxygen gas to greater than 0% and less than 100%, for example, 50%.
  • the electrolyte membrane 55 can be moistened to a degree that enables ionic conduction. Note that if a polymer membrane that conducts ions without humidification is used as the electrolyte membrane 55, the humidity adjustment unit 76 (see Figure 2) does not need to humidify the oxygen gas and hydrogen gas.
  • the supply of hydrogen gas and the supply of oxygen gas start at time t3 . Note that the supply of hydrogen gas and the supply of oxygen gas do not have to be started simultaneously, and the timing at which the supply of hydrogen gas and the supply of oxygen gas start may be staggered.
  • the characteristic measuring unit 75 waits for a predetermined time after starting the supply of hydrogen gas and oxygen gas (step S6).
  • the predetermined waiting time is a time that allows the electrolyte membrane 55 to be sufficiently moistened by the humidified hydrogen gas and oxygen gas to exhibit ion conductivity, thereby enabling the fuel cell FC to generate sufficient power.
  • the predetermined time is from 0 to 60 minutes, for example, 10 minutes.
  • the predetermined time is the time from time t3 to time t4 . Note that when a polymer membrane that conducts ions without humidification is used as the electrolyte membrane 55, and the oxygen gas and hydrogen gas are not humidified, step S6 may be skipped.
  • the characteristic measurement unit 75 measures the electrochemical characteristics of the second sample 62 and stores evaluation result information 78 indicating the measurement results in the memory unit 72 (step S7).
  • the characteristic measurement unit 75 outputs the sweep voltage of the LSV or CV to the load cell 4a as a characteristic measurement signal, and acquires the reaction current of the fuel cell FC in response to the characteristic measurement signal as a response signal.
  • the characteristic measurement unit 75 then stores the relationship between the characteristic measurement signal and the response signal in the memory unit 72 as evaluation result information 78 indicating the oxidation-reduction reaction characteristics of the second sample 62.
  • the measurement of the oxidation-reduction reaction characteristics is started at time t4 and finished at time t5 .
  • the pressure measured by the pressure sensor 8 (see Figure 1) is maintained at a constant value, making it possible to measure the electrochemical characteristics at that pressure.
  • this embodiment is not limited to this, and the characteristic measurement unit 75 may measure the electrochemical characteristics while the pressure control unit 74 changes the pressure. This makes it possible to measure the electrochemical characteristics for different pressures.
  • the electrochemical characteristics may be measured while controlling the spacing between each of the holders 41-43.
  • the pressure control unit 74 may use a drive signal to control the lifting distance of the load cell 4a, thereby maintaining a constant spacing between the first holder 41 and the second holder 42, or between the second holder 42 and the third holder 43, and the characteristic measurement unit 75 may measure the electrochemical characteristics in this state.
  • the stress acting on the electrode catalyst and electrolyte membrane will relax over time. Therefore, by maintaining a constant spacing and measuring the electrochemical characteristics as described above, it is possible to perform an evaluation that simulates pressure relaxation during actual use.
  • the flow rate control unit 77 stops the supply of hydrogen gas and oxygen gas (step S8), and performs purging with nitrogen gas in the same procedure as in step S4 (step S9).
  • the supply of hydrogen gas and oxygen gas stops at time t6, and purging with nitrogen gas is performed from time t6 to time t7 .
  • the pressure control unit 74 raises the load cell 4a by a drive signal (step S10), and the robot removes each of the holders 41 to 43 from the evaluation device 1 (step S11).
  • a tester may manually remove each of the holders 41 to 43.
  • the load cell rises and the pressure decreases during the period from time t7 to time t8 , and each of the holders 41 to 43 is removed from the evaluation device 1 after time t8 .
  • a candidate material for the cathode electrode catalyst was used as the second sample 62 to evaluate its electrochemical characteristics, but a candidate material for the anode electrode catalyst may be used as the first sample 61 to evaluate its electrochemical characteristics. Furthermore, instead of the electrochemical characteristics of each sample 61, 62, the electrochemical characteristics of the electrolyte membrane 55 may be evaluated.
  • the pressure unit 4 presses each sample 61, 62 against the electrolyte membrane 55 with a force F in a direction that reduces the gap between each of the holders 41-43.
  • hydrogen gas and oxygen gas are supplied to the electrolyte membrane 55 and each sample 61, 62 during measurement, rather than supplying a solution to them. Therefore, there is no need to optimize test parameters such as the electrode catalyst application conditions, as is the case with electrochemical tests that use solutions, and electrochemical characteristics can be evaluated in a short time.
  • FIG. 16 is an example of a hardware configuration diagram of a control device 7 according to this embodiment.
  • the control device 7 has a storage device 101, memory 102, processor 103, communication interface 104, and media reader 105. These components are interconnected by a bus 106.
  • the storage device 101 is a non-volatile storage such as a hard disk drive (HDD) or solid state drive (SSD), and stores the control program 110 according to this embodiment.
  • HDD hard disk drive
  • SSD solid state drive
  • control program 110 may be recorded on a computer-readable recording medium 111, and the processor 103 may read the control program 110 via the medium reading device 105.
  • Such recording media 111 include, for example, physically portable recording media such as CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory), DVD (Digital Versatile Disc), and USB (Universal Serial Bus) memory.
  • Semiconductor memory such as flash memory and hard disk drives may also be used as recording media 111.
  • These recording media 111 are not temporary media such as carrier waves that do not have a physical form.
  • control program 110 may be stored in a device connected to a public line, the Internet, a LAN, etc. In that case, the processor 103 simply reads and executes the control program 110.
  • the memory 102 is hardware that temporarily stores data, such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory).
  • the processor 103 is hardware such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphical Processing Unit) that controls each part of the control device 7.
  • the processor 103 also executes a control program 110 in cooperation with the memory 102.
  • the memory 102 and processor 103 work together to execute the control program 110, thereby realizing the control unit 71 (see Figure 2).
  • the storage unit 72 (see Figure 2) is realized by the storage device 101 and the memory 102.
  • the communication interface 104 is hardware such as a NIC (Network Interface Card) for connecting the control device 7 to a network.
  • the communication interface 104 realizes the communication unit 73 (see Figure 2).
  • the medium reading device 105 is hardware such as a CD drive, DVD drive, or USB interface for reading the recording medium 111.
  • an electrode catalyst for a fuel cell was used in each of samples 61 and 62 above, an electrode catalyst for a water splitting device may also be used in each of samples 61 and 62.
  • an electrolyte membrane from a water splitting device may also be used as electrolyte membrane 55.
  • FIGS. 17A to 17C are plan views of flow channel variations.
  • FIGS. 17A and 17B show an example in which the first flow channel 41e, extending from the first supply hole 41g to the first discharge hole 41h, is formed in a serpentine shape.
  • FIG. 17C also shows an example in which multiple parallel first flow channel 41e are provided between the first supply hole 41g and the first discharge hole 41h.
  • oxygen gas can be supplied uniformly to the first sample 61, just as in the spiral shape.
  • hydrogen gas can be supplied uniformly to the second sample 62.
  • an evaluation device that can bring the lower surface of the electrolyte membrane 55 into uniform contact with the surface of the first sample 61 across its surface, and can bring the upper surface of the electrolyte membrane 55 into uniform contact with the surface of the second sample 62 across its surface.
  • FIG. 18A is a top view of the second holder 42 according to this embodiment
  • FIG. 18B is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 18A.
  • elements that are the same as those described in the first embodiment are given the same reference numerals as those described in the first embodiment, and their description will be omitted below. This also applies to FIGS. 19A to 25, which will be described later.
  • the second holder 42 is circular in top view, similar to the first embodiment, and has a circular through-hole 42j formed in its center.
  • the through hole 42j is formed so as to extend from the second main surface 42b to the third main surface 42c of the second holder 42.
  • the diameter ⁇ 10 of the through hole 42j is set to 12 mm or more and 24 mm or less, for example, 18 mm.
  • the material of the second holder 42 according to this embodiment is not particularly limited, but it is preferable to form the second holder 42 from PEEK (polyetheretherketoneketone) or PPS (polyphenylene sulfide), which have excellent abrasion resistance and mechanical strength.
  • PEEK polyetheretherketoneketone
  • PPS polyphenylene sulfide
  • Figure 19A is a top view of the first spacer 81 fitted into the through-hole 42j
  • Figure 19B is a cross-sectional view taken along line VII-VII in Figure 19A.
  • the first spacer 81 is circular in top view, with a first outer peripheral step 81b formed around its periphery. Furthermore, a circular first opening 81a is formed in the center of the first spacer 81. The first opening 81a is formed to a size that allows the first protrusion 41a of the first holder 41 (see Figure 3B) to fit into it, and a first inner peripheral step 81c is formed around its periphery.
  • the first spacer 81 has opposing fifth and sixth main surfaces 81x and 81y.
  • the aforementioned steps 81b and 81c are formed on the sixth main surface 81y.
  • the diameter ⁇ 11 of the first spacer 81 is not particularly limited as long as it allows the first spacer 81 to fit into the through-hole 42j.
  • the diameter ⁇ 11 may be set to a value that is 100 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less smaller than the diameter ⁇ 10 of the through-hole 42j (see Figure 18B).
  • the diameter ⁇ 12 of the first opening 81a is not particularly limited as long as it is a diameter that can fit into the first protrusion 41a (see Figure 3B) of the first holder 41.
  • the diameter ⁇ 12 may be set to a value that is 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less larger than the diameter ⁇ 2 (see Figure 3B) of the first protrusion 41a.
  • Figure 20A is a top view of the second spacer 82 that is fitted into the through-hole 42j together with the first spacer 81
  • Figure 20B is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in Figure 20A.
  • the second spacer 82 is circular in top view, with a second outer peripheral step 82b formed around its periphery. Furthermore, a second circular opening 82a is formed in the center of the second spacer 82. The second opening 82a is formed to a size that allows the second protrusion 43a of the third holder 43 (see Figure 8B) to fit into it, and a second inner peripheral step 82c is formed around its periphery.
  • the second spacer 82 has opposing seventh and eighth main surfaces 82x and 82y.
  • the aforementioned steps 82b and 82c are formed on the eighth main surface 82y.
  • the diameter ⁇ 13 of the second spacer 82 is not particularly limited as long as it allows the second spacer 82 to fit into the through-hole 42j (see Figure 18A).
  • the diameter ⁇ 13 may be the same value as the diameter ⁇ 11 of the first spacer 81 (see Figure 19B).
  • the diameter ⁇ 14 of the second opening 82a is not particularly limited as long as it is a diameter that allows the second protrusion 43a (see Figure 8B) of the third holder 43 to fit into.
  • the diameter ⁇ 14 can be the same value as the diameter ⁇ 12 of the first opening 81a (see Figure 19B).
  • Figures 21A and 21B, as well as Figures 22A and 22B, are cross-sectional views showing how the spacers 81 and 82 are fitted into the through-holes 42j of the second holder 42. Note that each of the following steps is performed manually by an operator.
  • an O-ring 85 is fitted into the first outer peripheral step 81b of the first spacer 81, thereby attaching the O-ring 85 to the outer peripheral side surface 81p of the first spacer 81. Furthermore, an O-ring 86 is fitted into the first inner peripheral step 81c of the first spacer 81, thereby attaching the O-ring 86 to the inner peripheral side surface 81q of the first opening 81a.
  • the O-ring 85 is an example of a first sealing member
  • the O-ring 86 is an example of a second sealing member.
  • the O-ring 87 is attached to the outer peripheral side surface 82p of the second spacer 82.
  • the O-ring 88 is attached to the inner peripheral side surface 82q of the second opening 82a.
  • spacers 81, 82 are arranged above and below the electrolyte membrane 55.
  • the sixth main surface 81x of the first spacer 81 faces the electrolyte membrane 55
  • the eighth main surface 82x of the second spacer 82 faces the electrolyte membrane 55.
  • Figure 23 is a cross-sectional view illustrating the method of stacking the first to third holders 41 to 43 in this embodiment.
  • a robot (not shown) automatically stacks the holders 41 to 43 using a robot hand 59.
  • Figure 24 is a cross-sectional view of each holder 41-43 stacked in this manner. As shown in Figure 24, the first convex portion 41a fits into the first opening 81a of the first spacer 81, and the second convex portion 43a fits into the second opening 82a of the second spacer 82.
  • Figure 25 is an enlarged cross-sectional view of each of the stacked holders 41-43.
  • the first sample 61 fitted to the top surface of the first convex portion 41a is in close contact with the underside of the electrolyte membrane 55
  • the second sample 62 fitted to the top surface of the second convex portion 43a is in close contact with the upper surface of the electrolyte membrane 55
  • the samples 61, 62 and the electrolyte membrane 55 form a fuel cell FC.
  • the O-rings 85, 87 are tightly attached to the inner peripheral side surface of the through-hole 42j.
  • the O-ring 86 is tightly attached to the outer peripheral side surface 41m of the first protrusion 41a
  • the O-ring 88 is tightly attached to the outer peripheral side surface 42m of the second protrusion 42a.
  • the O-rings 85, 86 are tightly attached to the first main surface 41b of the first holder 41
  • the O-rings 87, 88 are tightly attached to the fourth main surface of the third holder 43.
  • each spacer 81, 82 there is room for each spacer 81, 82 to move slightly within the through-hole 42j, so the electrolyte membrane 55 sandwiched between the spacers 81, 82 moves slightly in accordance with the movement of the spacers 81, 82.
  • the lower surface of the electrolyte membrane 55 can be made to contact the surface of the first sample 61 uniformly across its surface, and the upper surface of the electrolyte membrane 55 can be made to contact the surface of the second sample 62 uniformly across its surface.

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Abstract

電極触媒の第１のサンプル（６１）を保持すると共に、前記第１のサンプル（６１）に第１のガスを供給する第１の供給孔（４１ｇ）が形成された第１のホルダ（４１）と、電解質膜（５５）を保持する第２のホルダ（４２）と、前記第１のホルダ（４１）と前記第２のホルダ（４２）との間隔を縮める方向の力で前記第１のサンプル（６１）に前記電解質膜（５５）を押し当てる加圧部（４）と、前記第１のサンプル（６１）に前記電解質膜（５５）が押し当てられ、かつ前記第１のサンプル（６１）に前記第１のガスが供給されている状態で、前記第１のサンプル（６１）又は前記電解質膜（５５）の電気化学特性を測定する特性測定部（７５）と、を有する評価装置。

Description

評価装置及び評価方法
　本発明は、評価装置及び評価方法に関する。
　本願は、２０２４年３月２２日に、日本に出願された特願２０２４－０４６４５７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　環境保護の機運の高まりに伴い、水素で発電する燃料電池が社会に浸透しつつある。燃料電池の電極触媒としては白金や白金合金があるが、低廉化のためにこれらの材料に代わる新たな電極触媒が探索されている（特許文献１）。電極触媒の候補材料に対しては、電極触媒をグラッシーカーボン等の耐食性のある材料に均一に薄層化した電極を溶液に浸した状態で、電気化学特性を評価する試験が行われる。この溶液中での試験は簡易的かつ基礎特性の評価として広く用いられているものの、組成などが異なる試料を用いる場合には触媒の塗布条件等の試験パラメータの最適化に数日から数週間を要する。一方で、この電気化学特性評価は必ずしも実際の燃料電池動作下の触媒特性を反映していないことが問題視されており、電極と電解質膜とを組み立てて行う単セル試験が触媒の最終的な選定には必要不可欠である。しかし、単セル試験に至っては更に長期間を要するため、実環境下で有効な材料を探索することは容易ではなく、技術の進歩が遅い。特に溶液を用いた電気化学試験では、試験者やラボごとに試験結果が異なるという属人性があり、基準触媒とされるものであっても試験結果が一致することはほとんどない。そのため、電極触媒ごとの特性を示すデータベースの構築等が困難であり、データベースに基づいて次の候補材料を探索するデータ駆動探索も容易ではない。燃料電池を構成する電解質膜や、水素を発生させるための水分解装置でもこれと同様の問題がある。
日本国特開２０１８－２０６７００号公報（Ａ）
　一つの側面では、本発明は、自動で評価を行うことができる評価装置及び評価方法を提供することを目的とする。
　一つの側面によれば、評価装置は、電極触媒の第１のサンプルを保持すると共に、前記第１のサンプルに第１のガスを供給する第１の供給孔が形成された第１のホルダと、電解質膜を保持する第２のホルダと、前記第１のホルダと前記第２のホルダとの間隔を縮める方向の力で前記第１のサンプルに前記電解質膜を押し当てる加圧部と、前記第１のサンプルに前記電解質膜が押し当てられ、かつ前記第１のサンプルに前記第１のガスが供給されている状態で、前記第１のサンプル又は前記電解質膜の電気化学特性を測定する特性測定部と、を有する。
　上記評価装置において、前記第１のサンプルに前記電解質膜を押し当てる圧力を測定する圧力センサを更に有し、前記特性測定部は、前記圧力が一定値に維持されている状態で前記電気化学特性を測定してもよい。
　上記評価装置において、前記第１のサンプルに前記電解質膜を押し当てる圧力を測定する圧力センサを更に有し、前記特性測定部は、前記圧力を変化させながら前記電気化学特性を測定してもよい。
　上記評価装置において、前記特性測定部は、前記第１のホルダと前記第２のホルダとの間隔が一定に維持されている状態で前記電気化学特性を測定してもよい。
　上記評価装置において、前記第１のガスを加湿する加湿部を更に有してもよい。
　上記評価装置において、前記特性測定部は、加湿された前記第１のガスを前記第１のサンプルに供給してから所定時間が経過した後に前記電気化学特性を計測してもよい。
　上記評価装置において、前記第１のガスの相対湿度を調節する湿度調節部を更に有してもよい。
　上記評価装置において、前記第１のホルダは、第１の主面と、前記第１の主面から前記電解質膜に向かって突出した凸部と、前記凸部の頂面に形成され、前記第１のサンプルが嵌められると共に、前記第１のサンプルの厚さよりも深さが浅いリセスとを有してもよい。
　上記評価装置において、前記リセスの底面に、前記第１の供給孔に繋がる溝が形成されてもよい。
　上記評価装置において、平面視で前記溝が渦巻状又は蛇行状に形成されたか、又は平行して複数形成されてもよい。
　上記評価装置において、前記第２のホルダに貫通孔が形成され、前記凸部が嵌る第１の開口が形成され、前記貫通孔に嵌められる第１のスペーサと、前記貫通孔に嵌められる第２のスペーサとを更に有し、前記電解質膜は、前記第１のスペーサと前記第２のスペーサに挟持された状態で前記貫通孔に嵌められてもよい。
　上記評価装置において、前記第１のスペーサの外周側面に装着され、前記貫通孔の内周側面に密着する第１の封止部材を更に有してもよい。
　上記評価装置において、前記第１の開口の内周側面に装着され、前記凸部の外周側面に密着する第２の封止部材を更に有してもよい。
　上記評価装置において、前記第２のホルダは、前記第１の主面に相対する第２の主面と、前記第２の主面に形成され、前記凸部が嵌る孔と、前記孔の周囲に形成され、前記電解質膜が嵌る凹部とを有してもよい。
　上記評価装置において、前記凸部の周囲に設けられ、前記第１の主面と前記第２の主面の各々に密着して、前記第１のサンプルと前記電解質膜とを封止する封止部材を更に有してもよい。
　上記評価装置において、平面視で前記孔に重なる第１の開口が形成され、前記凹部に嵌められる第１のスペーサと、前記凹部に嵌められる第２のスペーサとを更に有し、前記電解質膜は、前記第１のスペーサと前記第２のスペーサに挟持された状態で前記凹部に嵌められてもよい。
　上記評価装置において、前記第２のスペーサの上に設けられると共に、前記凹部に嵌められる第３のスペーサを更に有してもよい。
　上記評価装置において、前記第１のホルダは、前記第１の主面に立設されたピンを更に有し、前記第２のホルダの前記第２の主面に、前記ピンが嵌合するホールが形成されてもよい。
　上記評価装置において、前記電気化学特性は、前記第１のサンプルの酸化還元反応特性、又は前記電解質膜のインピーダンス特性でもよい。
　上記評価装置において、前記第１のホルダと前記第２のホルダは前記加圧部に着脱自在でもよい。
　上記評価装置において、前記電極触媒の第２のサンプルを保持すると共に、前記第２のサンプルに第２のガスを供給する第２の供給孔が形成された第３のホルダを更に有し、前記加圧部は、前記第２のホルダと前記第３のホルダとの間隔を縮める方向の力で前記第２のサンプルに前記電解質膜を押し当て、前記特性測定部は、前記第２のサンプルに前記電解質膜が押し当てられ、かつ前記第２のサンプルに前記第２のガスが供給されている状態で、前記第１のサンプル、前記電解質膜、及び前記第２のサンプルのいずれかの電気化学特性を測定してもよい。
　別の側面によれば、評価方法は、電極触媒の第１のサンプルを保持した第１のホルダと電解質膜を保持した第２のホルダとの間隔を縮める方向の力で前記第１のサンプルに前記電解質膜を押し当てることと、前記第１のサンプルに前記電解質膜が押し当てられ、かつ前記第１のサンプルに前記第１のガスが供給された状態で、前記第１のサンプル又は前記電解質膜の電気化学特性を測定することと、を制御部が実行する。
　上記評価方法において、前記第１のガスとして加湿されたガスを供給してもよい。
　本発明によれば、自動で評価を行うことができる評価装置及び評価方法を提供することができる。
図１は、第１実施形態に係る評価装置の一例を示す模式図である。 図２は、第１実施形態に係る制御装置の機能構成図である。 図３Ａは第１のホルダの上面図である。 図３Ｂは図３ＡのＩ－Ｉ線に沿う断面図である。 図４Ａは第１の凸部の拡大上面図である。 図４Ｂは図４ＡのＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。 図５Ａは第２のホルダの上面図である。 図５Ｂは図５ＡのＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図６Ａは、第２のホルダにＯリングを装着するとき（装着前）の断面図である。 図６Ｂは、第２のホルダにＯリングを装着するとき（装着後）の断面図である。 図７Ａは、第２のホルダに電解質膜を嵌め込むとき（嵌め込む前）の断面図である。 図７Ｂは、第２のホルダに電解質膜を嵌め込むとき（嵌め込み後）の断面図である。 図８Ａは第３のホルダの上面図である。 図８Ｂは図８ＡのＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。 図９Ａは、第２の凸部の拡大上面図である。 図９Ｂは図９ＡのＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 図１０は、第１～第３のホルダを重ねる方法について説明するための断面図である。 図１１は、重ねられた各ホルダの断面図である。 図１２Ａは、重ねられた各ホルダを加圧するとき（加圧前）の模式図である。 図１２Ｂは、重ねられた各ホルダを加圧するとき（加圧後）の模式図である。 図１３は、電気化学特性を測定するときの各ホルダの拡大断面図である。 図１４は、評価装置が行う処理の一例について示すフローチャートである。 図１５は、評価装置が行う処理の一例について示すタイミングチャートである。 図１６は、第１実施形態に係る制御装置のハードウェア構成図の一例である。 図１７Ａは、変形例に係る流路溝の平面図である。 図１７Ｂは、変形例に係る流路溝の平面図である。 図１７Ｃは、変形例に係る流路溝の平面図である。 図１８Ａは、第２実施形態に係る第２のホルダの上面図である。 図１８Ｂは図１８ＡのＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図である。 図１９Ａは、第２実施形態において貫通孔の中に嵌められる第１のスペーサの上面図である。 図１９Ｂは図１９ＡのＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う断面図である。 図２０Ａは、第２実施形態において第１のスペーサと共に貫通孔の中に嵌められる第２のスペーサの上面図である。 図２０Ｂは図２０ＡのＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２１Ａは、第２実施形態において第２のホルダの貫通孔に各スペーサを嵌めるとき（嵌める前）の断面図（その１）である。 図２１Ｂは、第２実施形態において第２のホルダの貫通孔に各スペーサを嵌めるとき（嵌めた後）の断面図（その１）である。 図２２Ａは、第２実施形態において第２のホルダの貫通孔に各スペーサを嵌めるとき（嵌める前）の断面図（その２）である。 図２２Ｂは、第２実施形態において第２のホルダの貫通孔に各スペーサを嵌めるとき（嵌めた後）の断面図（その２）である。 図２３は、第２実施形態において第１～第３のホルダを重ねる方法について説明するための断面図である。 図２４は、第２実施形態において重ねられた各ホルダの断面図である。 図２５は、第２実施形態において重ねられた各ホルダの拡大断面図である。
　（第１実施形態）
　以下、図面を参照しながら第１実施形態について説明する。なお、同様の要素には同様の符号を付し、その説明を省略する。
　図１は、本実施形態に係る評価装置の一例を示す模式図である。評価装置１は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）の電極触媒や電解質膜の電気化学特性を評価する装置である。評価対象は固体高分子形燃料電池に限定されず、水分解装置の電極触媒や電解質膜を評価装置１で評価してもよい。
　一例として、評価装置１は、ベース２、フレーム３、加圧部４、ガス供給部５、制御装置７、圧力センサ８、第１のバブラ３１、及び第２のバブラ３２を備える。
　ベース２は、フレーム３を固定するための板状の金属部材であって、水平方向に延在する。ベース２には、評価対象に酸素ガスを供給するための金属製の第１のガス供給治具４０が固定される。
　この例では、試験者又はロボットが、第１のガス供給治具４０の上に第１～第３のホルダ４１～４３をこの順に重ねて載置する。各ホルダ４１～４３のうち、第１のホルダ４１と第３のホルダ４３は試験対象の電極触媒を保持するホルダであり、第２のホルダ４２は試験対象の電解質膜を保持するホルダである。
　フレーム３は、加圧部４を支持する金属部材であり、フレーム３から鉛直上向きに延びる側部３ａと、側部３ａの上端から水平方向に延びる上部３ｂとを有する。
　加圧部４は、第１～第３のホルダ４１～４３を加圧する部位である。この例では、加圧部４は、ロードセル４ａとサーボモータ４ｂとを備える。サーボモータ４ｂは、鉛直方向に沿ってロードセル４ａを昇降させるモータであり、フレーム３の上部３ｂに固定される。
　ロードセル４ａは、サーボモータ４ｂによって下降したときにベース２との間で第１～第３のホルダ４１～４３を挟持することで、第１～第３のホルダ４１～４３を加圧する円筒状の部品である。なお、サーボモータ４ｂによってロードセル４ａが上昇したときは各ホルダ４１～４３の挟持が解消される。これにより、各ホルダ４１～４３は、ロードセル４ａの昇降に応じて加圧部４に着脱自在となる。
　また、ロードセル４ａは、加圧時に各ホルダ４１～４３に印加される圧力を測定する圧力センサ８を内蔵する。圧力センサ８の構成は特に限定されない。例えば、圧力によって伸長する抵抗体と、圧力変化に伴う抵抗体の抵抗変化から圧力を測定する測定回路とを圧力センサ８として設けてもよい。
　そのロードセル４ａの上部には狭径部４ｃが設けられる。狭径部４ｃは、上部３ａの開口３ｃに挿通されており、サーボモータ４ｂに固定される。また、ロードセル４ａの下部には、評価対象に対して水素を供給するための金属製の第２のガス供給治具４４が固定される。
　ガス供給部５は、評価対象に水素ガスや酸素ガスを供給する部位である。一例として、ガス供給部５は、窒素ガス供給源１１、水素ガス供給源１２、及び酸素ガス供給源１３を備える。各供給源１１～１３は、それぞれ液化窒素、液化水素、及び液化酸素を貯蔵したタンクでもよいし、工場や実験室等の設備に設けられた窒素ガス、水素ガス、及び酸素ガスの供給口でもよい。また、窒素ガス、水素ガス、及び酸素ガスは、いずれも水分を含まないドライガスである。
　更に、ガス供給部５は、ＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１５～１９と、配管２１～２８とを備える。
　各ＭＦＣ１５～１９は、ガスの流量を制御するハードウェアである。なお、流量の制御には、ガスの流れを遮断する制御も含まれる。例えば、ＭＦＣ１５は、窒素ガス供給源１１から供給された窒素ガスをその流量を制御して後段に送出したり、窒素ガスの流れを遮断する。
　また、ＭＦＣ１６、１７は、いずれも水素ガス供給源１２から供給された水素ガスをその流量を制御して後段に送出したり、水素ガスの流れを遮断する。
　そして、ＭＦＣ１８、１９は、いずれも酸素ガス供給源１３から供給された酸素ガスをその流量を制御して後段に送出したり、酸素ガスの流れを遮断する。
　一方、配管２１、２２は、パージ用の窒素ガスを流す配管である。例えば、配管２２は、その上流側がＭＦＣ１５に接続されており、ＭＦＣ１５から送出された窒素ガスを配管２３に導く。また、配管２１は、その上流側が配管２２の中途部に接続されており、配管２２を流れる窒素ガスを配管２５に導く。
　配管２３は、各端部がＭＦＣ１６と第２のガス供給治具４４に接続されており、ＭＦＣ１６から送出された水素を第２のガス供給治具４４に導く。
　配管２４は、各端部がＭＦＣ１７と第１のバブラ３１に接続されており、ＭＦＣ１７から送出された水素ガスを第１のバブラ３１に導く。第１のバブラ３１は、水素ガスを加湿する加湿部の一例であって、その内部には水が溜められる。その水の中に配管２４の一端が浸漬されており、当該一端から水素ガスの泡が発生し、これにより水素ガスが加湿される。以下では加湿された水素ガスをウェット水素ガスとも呼ぶ。ウェット水素ガスは、水面の上部空間と第２のガス供給治具４４とを接続する配管２７を通り、第２のガス供給治具４４に供給される。
　配管２５は、各端部がＭＦＣ１８と第１のガス供給治具４０に接続されており、ＭＦＣ１８から送出された酸素ガスを第１のガス供給治具４０に導く。
　配管２６は、各端部がＭＦＣ１９と第２のバブラ３２に接続されており、ＭＦＣ１９から送出された酸素ガスを第２のバブラ３２に導く。第２のバブラ３２は、酸素ガスを加湿する加湿部の一例であって、その内部には水が溜められる。その水の中に配管２６の一端が浸漬されており、当該一端から酸素ガスの泡が発生し、これにより酸素ガスが加湿される。以下では加湿された酸素ガスをウェット酸素ガスとも呼ぶ。ウェット酸素ガスは、水面の上部空間と第１のガス供給治具４０とを接続する配管２８を通り、第１のガス供給治具４０に供給される。
　圧力センサ８は、ロードセル４ａを下降させて各ホルダ４１～４３を加圧したときの圧力を測定するセンサであって、ロードセル４ａに内蔵される。圧力センサ８の構成は特に限定されない。例えば、圧力によって伸長する抵抗体と、圧力変化に伴う抵抗体の抵抗変化から圧力を測定する測定回路とを圧力センサ８として設けてもよい。また、圧力センサ８は、測定した圧力を示す圧力測定信号を制御装置７に出力する。
　制御装置７は、評価装置１の各部を制御するＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等のコンピュータである。例えば、制御装置７は、昇降距離を示す駆動信号をサーボモータ４ｂに出力することにより、その昇降距離だけロードセル４ａを昇降させる。
　また、制御装置７は、評価対象の電気化学特性を測定するための特性測定信号をロードセル４ａに出力すると共に、その特性測定信号に対して評価対象が出力した応答信号を受信する。
　電気化学特性としては、固体高分子形燃料電池の電極触媒の酸化還元反応特性（ＯＲＲ：Ｏｏｘｙｇｅｎ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）があり、制御装置７はＬｉｎｅａｒ Ｓｗｅｅｐ Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ （ＬＳＶ）やＣｙｃｌｉｃ Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ （ＣＶ）で酸化還元反応特性を測定する。ＬＳＶやＣＶの場合、電極触媒に印加する掃引電圧が特性測定信号となり、その掃引電圧を印加したときに電極触媒と電解質膜とで構成される固体高分子形燃料電池を流れる反応電流が応答信号となる。
　電気化学特性は電極触媒の酸化還元反応特性に限定されず、電解質膜のインピーダンス特性でもよい。この場合、電極触媒に印加する交流電圧が特性測定信号となり、セルを流れる交流電流が応答信号となる。
　更に、制御装置７は、各ガスの流量を制御する流量制御信号をガス供給部５に出力する。一例として、流量制御信号は、各ＭＦＣ１５～１９を制御することにより、各ＭＦＣ１５～１９を流れるガスの流量を制御する。
　次に、制御装置７の機能構成について説明する。
　図２は、本実施形態に係る制御装置７の機能構成図である。図２に示すように、制御装置７は、制御部７１、記憶部７２、及び通信部７３を備える。
　制御部７１は、評価装置１の各部を制御する処理部であって、圧力制御部７４、特性測定部７５、湿度調節部７６、及び流量制御部７７を備える。
　圧力制御部７４は、ロードセル４ａが各ホルダ４１～４３に印加する圧力を制御する処理部である。例えば、圧力制御部７４は、圧力センサ８が出力した圧力測定信号をモニタしながら、駆動信号によってロードセル４ａの昇降距離を制御することで、各ホルダ４１～４３に加わる圧力を一定値に維持にする制御を行う。これに代えて、圧力制御部７４は、各ホルダ４１～４３に加わる圧力を変化させる制御を行ってもよい。
　なお、圧力制御部７４は、駆動信号によってロードセル４ａの昇降距離を制御することで、各ホルダ４１～４３同士の間隔を一定にする制御を行ってもよい。この場合、圧力制御部７は、ロードセル４ａの昇降距離を制御する目的では圧力測定信号を用いない。
　特性測定部７５は、特性測定信号を生成すると共に、その特性測定信号に対する応答信号に基づいて電極触媒や電解質膜の電気化学特性を測定する処理部である。例えば、電気化学特性が電極触媒の酸化還元反応特性の場合、特性測定部７５は、ＬＳＶやＣＶの掃引電圧を特性測定信号として生成し、これに対する応答信号として反応電流を取得する。そして、特性測定部７５は、特性測定信号と応答信号との関係を電極触媒の酸化還元反応特性として測定する。
　また、電気化学特性が電解質膜のインピーダンス特性の場合、特性測定部７５は、交流電圧を特性信号として生成し、これに対する応答信号として交流電流を取得する。そして、特性測定部７５は、交流電圧と交流電流との比を電解質膜のインピーダンス特性として測定する。なお、特性測定部７５は、交流電圧の周波数を変えることにより、周波数ごとにインピーダンス特性を測定してもよい。
　湿度調節部７６は、水素ガスや酸素ガスの相対湿度を調節する処理部である。例えば、湿度調節部７６は、ＭＦＣ１６、１７の各々を流れる水素ガスの流量を制御することにより、配管２３を流れるドライ水素ガスと配管２７を流れるウェット水素ガスとの流量比を調節し、第２のガス供給治具４４に供給される水素ガスの相対湿度を調節する。
　また、湿度調節部７６は、ＭＦＣ１８、１９の各々を流れる酸素ガスの流量を制御することにより、配管２５を流れるドライ酸素ガスと配管２８を流れるウェット酸素ガスとの流量比を調節し、第１のガス供給治具４０に供給される酸素ガスの相対湿度を調節する。
　流量制御部７７は、各ＭＦＣ１５～１９の流量を制御することにより、第１のガス供給治具４０や第２のガス供給治具４４に供給される窒素ガス、水素ガス、及び酸素ガスの各々の総流量を制御する処理部である。
　なお、この例では湿度調節部７６と流量制御部７７とをそれぞれ別の処理部としたが、流量制御部７７に湿度調節部７６の機能を兼ねさせることにより、湿度調節部７６を省いてもよい。
　また、記憶部７２は、特性測定部７５が測定した電気化学特性を示す評価結果情報７８を記憶する。例えば、電気化学特性が電極触媒の酸化還元反応特性の場合は、掃引電圧と反応電流との関係が評価結果情報７８に格納される。また、電気化学特性が電解質膜のインピーダンス特性の場合、交流電圧と交流電流との比がインピーダンス特性として評価結果情報７８に格納される。
　そして、通信部７３は、制御装置７をインターネットやＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークに接続するインターフェースである。
　次に、第１～第３のホルダ４１～４３の構造について詳細に説明する。
　図３Ａは本実施形態に係る第１のホルダ４１の上面図であり、図３Ｂは図３ＡのＩ－Ｉ線に沿う断面図である。
　図３Ａに示すように、第１のホルダ４１は上面視で円形である。その第１のホルダ４１の中央には円形状の第１の凸部４１ａが設けられており、周縁には複数の第１のピン４１ｘが設けられる。
　図３Ｂに示すように、第１のホルダ４１は平坦な第１の主面４１ｂを有しており、その第１の主面４１ｂに前述の第１の凸部４１ａと各ピン４１ｘが立設される。更に、第１のホルダ４１の外周には、ロボットハンド（不図示）が嵌る第１の外周溝４１ｃが形成される。
　なお、第１のホルダ４１は、チタンやステンレス等の金属材料を加工することで作製することができる。
　また、第１のホルダ４１の各部の寸法は特に限定されない。この例では、第１のホルダ４１の全体の直径φ１を２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下、例えば４６ｍｍとする。また、第１の凸部４１ａの直径φ２を５ｍｍ以上１８０ｍｍ以下、例えば６ｍｍとする。そして、第１の凸部４１ａの高さｈ１を１ｍｍ以上５ｍｍ以下、例えば２．５ｍｍとする。
　図４Ａは第１の凸部４１ａの拡大上面図であり、図４Ｂは図４ＡのＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。
　図４Ａに示すように、第１の凸部４１ａの頂面には、上面視で円形の第１のリセス４１ｄが形成される。第１のリセス４１ｄの直径φ３は特に限定されないが、この例では３ｍｍ以上１７９ｍｍ以下、例えば５ｍｍとする。そして、第１のリセス４１ｄの底面には、第１の流路溝４１ｅが渦巻状に形成される。その第１の流路溝４１ｅの一端は第１のリセス４１ｄの中央に位置し、他端は第１のリセス４１ｄの周縁に位置する。
　図４Ｂに示すように、第１のリセス４１ｄには、アノードの電極触媒の候補材料である第１のサンプル６１が嵌められる。第１のサンプル６１の材料は特に限定されない。例えば、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｐｔ以外の貴金属、及び非貴金属のいずれかを第１のサンプル６１の材料として採用し得る。
　また、第１のサンプル６１は円盤状であり、第１のリセス４１ｄの深さは第１のサンプル６１の厚さよりも浅い。これにより、第１のサンプル６１の表面は、第１のサンプル６１の厚さと第１のリセス４１ｄの深さとの差Δｚ１だけ第１の凸部４１ａから突出する。この例では、第１のリセス４１ｄの深さは０．０１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下、例えば０．１ｍｍとし、第１のサンプル６１の厚さは０．１９ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とする。
　また、第１のホルダ４１には、渦巻状の第１の流路溝４１ｅの一端に繋がる第１の供給孔４１ｇと、その第１の流路溝４１ｅの他端に繋がる第１の排出孔４１ｈとが形成される。第１の流路溝４１ｅの寸法は特に限定されない。例えば、第１の流路溝４１ｅの深さは０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、例えば０．５ｍｍであり、第１の流路溝４１ｅの幅は０．０１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、例えば０．４ｍｍである。そして、断面視で隣接する二つの第１の流路溝４１ｅの間隔は０．０１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、例えば０．２ｍｍである。
　第１のサンプル６１と第１の流路溝４１ｅとで確定された空間は酸素が流れる酸素流路として機能し、第１の供給孔４１ｇから矢印Ａ１に沿って酸素流路に酸素ガスを供給することができる。その酸素ガスは、第１の流路溝４１ｅに沿って渦を巻きながら第１のサンプル６１に供給され、余剰の酸素ガスが第１の排出孔４１ｈから矢印Ｂ１に沿って排出される。
　このように第１の流路溝４１ｅを渦巻状に形成したことで、本実施形態では第１のサンプル６１に均一に酸素ガスを供給することができる。
　図５Ａは第２のホルダ４２の上面図であり、図５Ｂは図５ＡのＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。
　図５Ａに示すように、第２のホルダ４２は上面視で円形であって、その中央には円形状の凹部４２ａとリング状のリング溝４２ｅとが同心をなして形成される。このうち、凹部４２ａは、後述のように評価対象の電解質膜が嵌められる凹部である。また、リング溝４２ｅは、Ｏリング（不図示）が装着される溝である。
　更に、上面視においてリング溝４２ｅの外側には、複数の第１のホール４２ｙと複数の第２のホール４２ｚとが形成される。
　図５Ｂに示すように、第２のホルダ４２は、互いに相対する平坦な第２の主面４２ｂと第３の主面４２ｃとを備える。前述の凹部４２ａ、リング溝４２ｅ、及び第２のホール４２ｚは、いずれも第３の主面４２ｃに形成される。
　一方、第２の主面４２ｂには、リング溝４２ｆと第１のホール４２ｙとが形成される。このうち、リング溝４２ｆは、前述のリング溝４２ｅと同様にリング状であって、Ｏリング（不図示）が装着される溝である。また、第１のホール４２ｙは、前述の第１のピン４１ｘ（図３Ａ及び図３Ｂ参照）が嵌合する形状を有する。
　更に、第２の主面４２ｂには前述の凸部４１ａ（図３Ａ及び図３Ｂ参照）が嵌る孔４２ｇが形成されており、その穴４２ｇの周囲の第３の主面４２ｃに前述の凹部４２ａが形成される。
　第２のホルダ４２は絶縁性のフッ素樹脂や高密度ポリエチレン等の樹脂製であり、例えば射出成型により作製される。
　また、第２のホルダ４２の各部の寸法は特に限定されないが、この例では第２のホルダ４２の全体の直径φ４を２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下、例えば４６ｍｍとする。また、凹部４２ａの直径φ５を８ｍｍ以上１８０ｍｍ以下、例えば１２ｍｍとする。そして、孔４２ｇの直径φ６を５ｍｍ以上１８０ｍｍ以下、例えば６ｍｍとする。
　また、凹部４２ａの深さｄ１は２．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下、例えば４ｍｍである。そして、孔４２ｇの深さｄ２は１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、例えば１ｍｍである。
　更に、リング溝４２ｅ、４２ｆの幅Ｗは１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、例えば１．５ｍｍであり、深さは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、例えば１．３ｍｍである。
　図６Ａ及び図６Ｂは、第２のホルダ４２にＯリングを装着するときの断面図である。
　まず、図６Ａに示すように、試験者がリング溝４２ｅとＯリング４７との位置合わせを行い、更にリング溝４２ｆとＯリング４８との位置合わせを行う。各Ｏリング４７、４８は、いずれも封止部材の一例であって、弾性変形によって各溝４２ｅ、４２ｆに嵌る程度の大きさのゴム製のリングである。
　次に、図６Ｂに示すように、試験者がリング溝４２ｅにＯリング４７を嵌め込み、更にリング溝４２ｆにＯリング４８を嵌め込む。以上により、第２のホルダ４２へのＯリング４７、４８の装着が終了する。
　図７Ａ及び図７Ｂは、第２のホルダ４２に電解質膜を嵌め込むときの断面図である。
　まず、図７Ａに示すように、第１～第３のスペーサ５１～５３と、評価対象の電解質膜５５とを準備する。電解質膜５５の材料は特に限定されず、プロトン交換膜（ＰＥＭ：Ｐｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）やアニオン交換膜（ＡＥＭ：Ａｎｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）を電解質膜５５として採用し得る。そのような電解質膜５５としては、例えば、フッ素系電解質膜や炭化水素系電解質膜がある。また、Ｎａｆｉｏｎ膜や支持膜を電解質膜５５に設けてもよい。プロトン交換膜やアニオン交換膜等の高分子膜は、イオンを伝導させる側鎖を有しており、加湿することで水和プロトンや水和ＯＨイオンを伝導させる。なお、水和を伴わず、加湿しなくてもイオンを伝導させる高分子膜を電解質膜５５として用いてもよい。
　第１～第３のスペーサ５１～５３と電解質膜５５はいずれも上面視で円形であり、凹部４２ａの直径φ５（図５Ｂ参照）と同程度かそれよりも若干小さい直径を有する。
　また、第１～第３のスペーサ５１～５３にはそれぞれ開口５１ａ、５２ａ、５３ａが形成される。開口５１ａ、５２ａ、５３ａは、いずれも上面視で円形であり、第１～第３のスペーサ５１～５３をそれぞれの円周を揃えて凹部４２ａに嵌めると前述の孔４２ｇに重なる大きさを有する。ここでは、開口５１ａ、５２ａ、５３ａの直径を孔４２ｇの直径φ６（図５Ｂ参照）と同程度かそれよりも若干大きくする。
　なお、また、各スペーサ５１～５３は、いずれも絶縁性のフッ素樹脂や高密度ポリエチレン等の樹脂を射出成型することにより作製される。
　次に、図７Ｂに示すように、第１のスペーサ５１、電解質膜５５、第２のスペーサ５２、第３のスペーサ５３をこの順に凹部４２ａに嵌める。これにより、電解質膜５５は、第１のスペーサ５１と第２のスペーサ５２とで挟持された状態で第２のホルダ５２に保持される。また、この状態では、第２のホルダ４２の第３の主面４２ｃと第３のスペーサ５３の表面５３ｘとの間に段差は形成されず、第３の主面４２ｃと表面５３ｘとは連続した平坦面を形成する。以上により、第２のホルダ４２への電解質膜の嵌め込みを終了する。
　次に、第３のホルダ４３について説明する。以下に示すように、第３のホルダ４３は、第１のホルダ４１（図３Ａ及び図３Ｂ）を上下逆にした構造を有する。
　図８Ａは第３のホルダ４３の上面図であり、図８Ｂは図８ＡのＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。
　図８Ａに示すように、第３のホルダ４３は上面視で円形である。その第１のホルダ４３の中央には円形状の第２の凸部４３ａが設けられており、周縁には複数の第２のピン４３ｘが設けられる。
　図８Ｂに示すように、第３のホルダ４３は平坦な第４の主面４３ｂを有しており、その第４の主面４３ｂに前述の第２の凸部４３ａと各ピン４３ｘが立設される。更に、第３のホルダ４３の外周には、ロボットハンド（不図示）が嵌る第３の外周溝４３ｃが形成される。
　なお、第１のホルダ４１と同様に、第３のホルダ４３もチタンやステンレス等の金属材料を加工することで作製することができる。
　また、第３のホルダ４３の各部の寸法は特に限定されない。この例では、第３のホルダ４３の全体の直径φ７を２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下、例えば４６ｍｍとする。また、第２の凸部４３ａの直径φ８を５ｍｍ以上１８０ｍｍ以下、例えば６ｍｍとする。そして、第２の凸部４３ａの高さｈ２を１ｍｍ以上５ｍｍ以下、例えば２．５ｍｍとする。
　図９Ａは第２の凸部４３ａの拡大上面図であり、図９Ｂは図９ＡのＶ－Ｖ線に沿う断面図である。
　図９Ａに示すように、第２の凸部４３ａの頂面には、上面視で円形の第２のリセス４３ｄが形成される。第２のリセス４３ｄの直径φ９は特に限定されないが、この例では３ｍｍ以上１７９ｍｍ以下、例えば５ｍｍとする。そして、第２のリセス４３ｄの底面には、第２の流路溝４３ｅが渦巻状に形成される。その第２の流路溝４３ｅの一端は第２のリセス４３ｄの中央に位置し、他端は第２のリセス４３ｄの周縁に位置する。
　図９Ｂに示すように、第２のリセス４３ｄには、カソードの電極触媒の候補材料である第２のサンプル６２が嵌められる。第２のサンプル６２の構造は特に限定されない。例えば、不図示のマイクロポーラス層（ＭＰＬ：Ｍｉｃｒｏ Ｐｏｒｏｕｓ Ｌａｙｅｒ）付きガス拡散層（ＧＤＬ：Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）と、その上に堆積された電極触媒とを第２のサンプル６２として採用し得る。電極触媒は、例えばスパッタやアークプラズマ等の乾式法でガス拡散層の上に堆積してもよい。これに代えて、ガス拡散層の上に触媒分散液を塗布し、それを乾燥させることで電極触媒を堆積してもよい。カソードの電極触媒の候補材料としては、例えばＰｔＣｏのナノ粒子がある。
　第１のサンプル６１（図４Ｂ参照）と同様に、第２のサンプル６２も円盤状である。また、第２のリセス４３ｄの深さは第２のサンプル６２の厚さよりも浅い。そのため、第２のサンプル６２の表面は、第２のサンプル６２の厚さと第２のリセス４３ｄの深さとの差Δｚ２だけ第２の凸部４３ａから突出する。この例では、第２のリセス４３ｄの深さは０．０１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下、例えば０．１ｍｍとし、第２のサンプル６２の厚さは０．１９ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とする。
　また、第２のホルダ４３には、渦巻状の第２の流路溝４３ｅの一端に繋がる第２の供給孔４３ｇと、その第２の流路溝４３ｅの他端に繋がる第２の排出孔４３ｈとが形成される。第２の流路溝４３ｅの寸法は第１の流路溝４１ｅ（図４Ｂ参照）と同様である。一例として、第２の流路溝４３ｅの深さは０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、例えば０．５ｍｍであり、第２の流路溝４３ｅの幅は０．０１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、例えば０．４ｍｍである。そして、断面視で隣接する二つの第２の流路溝４３ｅの間隔は０．０１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、例えば０．２ｍｍである。
　第２のサンプル６２と第２の流路溝４３ｅとで確定された空間は水素が流れる水素流路として機能し、第２の供給孔４３ｇから矢印Ａ２に沿って水素流路に水素ガスを供給することができる。その水素ガスは、第２の流路溝４３ｅに沿って渦を巻きながら第２のサンプル６２に供給され、余剰の水素ガスが第２の排出孔４３ｈから矢印Ｂ２に沿って排出される。
　このように第２の流路溝４２ｅを渦巻状に形成したことで、本実施形態では第２のサンプル６２に均一に水素ガスを供給することができる。
　次に、第１～第３のホルダ４１～４３を重ねる方法について説明する。
　図１０は、第１～第３のホルダ４１～４３を重ねる方法について説明するための断面図である。
　まず、ロボット（不図示）がロボットハンド５９を第１の外周溝４１ｃに嵌めることで第１のホルダ４１を把持し、第１の主面４１ｂを上にして第１のホルダ４１を第１の供給治具４０の上に載置する。
　次に、上記のロボットがロボットハンド５９を第２の外周溝４２ｃに嵌めることで第２のホルダ４２を把持し、第２のホルダ４２の第２の主面４２ｂを第１の主面４１ｂに対向させる。これにより、第１のホルダ４１の第１の凸部４１ａは、第１の主面４１ｂから電解質膜５５に向かって突出した状態となる。そして、第１の凸部４１ａが孔４２ｇと開口５１ａとに入るようにロボットが第２のホルダ４２を降下させて、第１のホルダ４１の上に第２のホルダ４２を載置する。
　続いて、上記のロボットがロボットハンド５９を第３の外周溝４３ｃに嵌めることで第３のホルダ４３を把持する。そして、ロボットが、第２のホルダ４２の第３の主面４２ｃに、第３のホルダ４３の第４の主面４３ｂを対向させる。これにより、第３のホルダ４３の第２の凸部４３ａは、第４の主面４３ｂから電解質膜５５に向かって突出した状態となる。その後、第２の凸部４３ａが各開口５２ａ、５３ａに入るようにロボットが第３のホルダ４３を降下させて、第２のホルダ４２の上に第３のホルダ４３を載置する。
　以上により、ロボットが第１～第３のホルダ４１～４３を自動で重ねることができる。なお、ロボットに代えて試験者が手作業で各ホルダ４１～４３を重ねてもよい。
　図１１は、このようにして重ねられた各ホルダ４１～４３の断面図である。図１１に示すように、この例では第１のホール４２ｙに第１のピン４１ｘが嵌合することで、第１のホルダ４１と第２のホルダ４２との位置合わせを行うことができる。図１１の断面には表れてないが、これと同様に第２のホール４２ｚに第２のピン４３ｘが嵌ることで、第２のホルダ４２と第３のホルダ４３との位置合わせを行うことができる。
　また、Ｏリング４８が第１の主面４１ｂと第２の主面４２ｂの各々に密着するため、各主面４１ｂ、４２ｂの隙間から外気が第１のサンプル６１（図４Ｂ参照）と電解質膜５５とに至るのを防止でき、第１のサンプル６１と電解質膜５５とを封止できる。同様に、Ｏリング４７が第３の主面４２ｃと第４の主面４３ｂの各々に密着するため、各主面４２ｃ、４３ｂの隙間から外気が第２のサンプル６２（図９Ｂ参照）と電解質膜５５とに至るのを防止でき、第２のサンプル６２と電解質膜５５とを封止できる。
　図１２Ａ及び図１２Ｂは、このようにして重ねられた各ホルダ４１～４３を加圧するときの模式図である。
　まず、図１２Ａに示すように、圧力制御部７４（図２参照）が、上記のように重ねた各ホルダ４１～４３に向けてロードセル４ａを下降させる。
　次に、図１２Ｂに示すように、圧力制御部７４がロードセル４ａの下降を続け、第３のホルダ４３に第２のガス供給治具４４を当接させる。そして、圧力制御部７４が、更にロードセル４ａを下降させることにより、各サンプルホルダ４１～４３の各々の間隔を縮める方向の力Ｆで各ホルダ４１～４３を加圧する。本実施形態では、この状態で電解質膜５５と各サンプル６１、６２の電気化学特性を測定する。
　図１３は、電気化学特性を測定するときの各ホルダ４１～４３の拡大断面図である。
　図１３に示すように、上記の力Ｆで各ホルダ４１～４３を加圧すると、電解質膜５５の下面と上面の各々が各サンプル６１、６２の表面に接触する。第１～第３のスペーサ５１～５３は、各々の厚さを調節することで、このように電解質膜５５を各サンプル６１、６２に確実に接触させる機能を有する。例えば、電解質膜５５の下面が第１のサンプル６１から離間している場合は、第１のスペーサ５１をより薄くすることで、電解質膜５５の下面を第１のサンプル６１に接触させることができる。同様に、電解質膜５５の上面が第２のサンプル６２から離間している場合は、第２のスペーサ５２をより薄くすることで、電解質膜５５の上面を第１のサンプル６２に接触させることができる。
　なお、評価装置１の製造コストを低減する観点からすると、第１のスペーサ５１と第２のスペーサ５２とを寸法と材料が同じ同一部品とするのが好ましい。この場合は、第３のスペーサ５３の厚さを調節することにより、電解質膜５５の上面を第１のサンプル６２に接触させることができる。
　また、本実施形態では、図４Ｂのように第１のサンプル６１の表面がΔｚ１だけ第１の凸部４１ａから突出するため、第１のサンプル６１がΔｚ１だけ弾性変形できる余裕が生じる。そのため、第１のサンプル６１が電解質膜５５に押し当てられると、第１のサンプル６１が弾性変形してその弾性力によって第１のサンプル６１の表面が均一に電解質膜５５に押し当てられ、当該表面に圧力ムラが生じるのを抑制できる。
　同様の理由により、図９Ｂのように第２のサンプル６２の表面がΔｚ２だけ第２の凸部４３ａから突出することで、第２のサンプル６２が弾性変形する余裕が生じる。その結果、第２のサンプル６２の表面が均一に電解質膜５５に押し当てられ、当該表面に圧力ムラが生じるのを抑制できる。
　また、圧力センサ８（図１参照）が測定する圧力は、このように電解質膜５５に各サンプル６１、６２を押し当てる圧力に等しい。電気化学特性の測定に際しては、その圧力によって各サンプル６１、６２を確実に電解質膜５５に接触させることで、各サンプル６１、６２と電解質膜５５とを試験用の固体高分子形の燃料電池ＦＣとして機能させる。
　その燃料電池ＦＣには、各ガス供給治具４０、４４から酸素ガスと水素ガスが供給される。
　例えば、第１のガス供給治具４０には、第１のホルダ４１の第１の供給孔４１ｇと第１の排出孔４１ｈの各々に繋がる孔４０ａ、４０ｂが形成される。孔４０ａは配管２５、２８（図１参照）に繋がっており、配管２５、２８から供給された酸素ガスは開口４０ａから第１の供給孔４１ｇに導かれる。また、余剰の酸素ガスは、第１の排出孔４１ｈから孔４０ｂに導かれた後、外部に排気される。
　一方、第２のガス供給治具４４には、第２のホルダ４３の第１の供給孔４３ｇと第２の排出孔４３ｈの各々に繋がる孔４４ａ、４４ｂが形成される。孔４４ａは配管２３、２７（図１参照）に繋がっており、配管２３、２７から供給された水素ガスは開口４４ａから第２の供給孔４３ｇに導かれる。また、余剰の水素ガスは、第２の排出孔４３ｈから孔４４ｂに導かれた後、外部に排出される。
　電気化学特性の測定は、特性測定信号を燃料電池ＦＣに印加して、それに対して燃料電池ＦＣが出力した応答信号に基づいて行われる。特性測定信号は、ロードセル４ａから金属製の第２のガス供給治具４４と第３のホルダ４３とを介して第２のサンプル６２に印加される。これに代えて、金属製の第１のガス供給治具４０と第１のホルダ４１を介して第２のホルダ４１に特性測定信号を印加してもよい。
　なお、前述のように第２のホルダ４２と第１～第３のスペーサ５１～５３はいずれも絶縁性の樹脂製である。そのため、金属製の第１のホルダ４１と第３のホルダ４３とが電気的に短絡するのを防止でき、燃料電池ＦＣに特性測定信号を印加することが可能となる。
　次に、本実施形態に係る評価方法について説明する。以下の例では、機械学習を用いた材料探索によってカソードの電極触媒の候補材料を探索し、その候補材料を第２のサンプル６２に用いてその電気化学特性を評価する場合を説明する。この場合、アノードの第１のサンプル６１の材料としては種々の物性が既知の白金を使用する。これにより、第２のサンプル６２の電気化学特性のみを抽出して評価することができる。
　図１４は、評価装置１が行う処理の一例について示すフローチャートである。以下では、このフローチャートの他に、図１５も参照しながら説明を行う。
　図１５は、評価装置１が行う処理の一例について示すタイミングチャートである。図１５において、「圧力」は、圧力センサ８が測定した圧力値である。また、「窒素ガス」、「水素ガス」、及び「酸素ガス」は、流量制御部７７（図２参照）によって制御された各々のガスの流量である。そして、「特性測定信号」は、特性測定部７５が生成した特性測定信号である。ここでは特性測定信号が生成されている場合に「特性測定信号」をハイレベルに示し、特性測定信号が生成されていない場合に「特性測定信号」をローレベルに示している。よって、図１５における「特性測定信号」の高さは、必ずしも特性測定信号の値を示すものではない。
　まず、図１４に示すように、ロボットが各ホルダ４１～４３を第１のガス供給治具４０の上に重ねて載置することにより、評価装置１に各ホルダ４１～４３をセットする（ステップＳ１）。なお、ロボットに代えて試験者が手作業で各ホルダ４１～４３をセットしてもよい。
　次に、圧力制御部７４（図２参照）が、駆動信号によってロードセル４ａを下降させることで各ホルダ４１～４３を加圧する（ステップＳ２）。図１５の例では、時刻ｔ１において加圧が開始し、その後圧力が上昇する。
　続いて、圧力制御部７４（図２参照）が、圧力センサ８が測定した圧力が所定圧力に到達したかを判定する（ステップＳ３）。所定圧力は、燃料電池ＦＣの評価を開始してもよいかの基準となる圧力であって、予め試験者が評価装置１に設定しておく。以下では圧力を一定に維持して燃料電池ＦＣの評価を行うが、この場合の所定圧力は例えば０．１ＭＰａ以上０．４ＭＰａ以下の範囲から試験者が選択する。
　ここで所定圧力に到達していない（ＮＯ）と判定された場合はステップＳ２に戻る。一方、所定圧力に到達した（ＹＥＳ）と判定された場合はステップＳ４に移る。
　ステップＳ４では、流量制御部７７（図２参照）が窒素ガスによるパージを行う。例えば、流量制御部７７は、ＭＦＣ１６～１９における水素ガスと酸素ガスの流れを遮断しながら、ＭＦＣ１５を開いて配管２３、２５に窒素ガスを供給する。これにより、配管２３、２５と各ホルダ４１～４３の内部とが窒素ガスでパージされ、各サンプル６１、６２に含まれる空気が窒素に置換される。これにより、各サンプル６１に含まれる空気に起因して電気化学特性の測定結果が不正確になるのを防止できる。
　図１５の例では、時刻ｔ２において圧力が所定圧力に到達した後、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において窒素ガスによるパージが行われる。パージを行う期間の長さは特に限定されず、例えば１分～５分程度でよい。
　次に、流量制御部７７（図２参照）が水素ガスと酸素ガスの供給を開始する（ステップＳ５）。例えば、流量制御部７７は、ＭＦＣ１６、１７を制御することにより、各配管２３、２７を通って第２のガス供給治具４４に供給される水素ガスの総流量を制御する。そして、流量制御部７７は、ＭＦＣ１８、１９を制御することにより、各配管２５、２８を通って第１のガス供給治具４０に供給される酸素ガスの総流量を制御する。各ガスの総流量は特に限定されない。例えば、水素ガスの総流量は１ｃｃ／ｍｉｎ以上１０００ｃｃ／ｍｉｎ以下、例えば１００ｃｃ／ｍｉｎである。また、酸素ガスの総流量は１ｃｃ／ｍｉｎ以上１０００ｃｃ／ｍｉｎ以下、例えば１００ｃｃ／ｍｉｎである。
　これと共に、湿度調節部７６（図２参照）が、ＭＦＣ１６、１７の各々を流れる水素ガスの流量を制御することによりドライ水素ガスとウェット水素ガスとの混合比を調節し、第２のサンプル６２に供給される水素ガスを加湿する。同様に、湿度調節部７６が、ＭＦＣ１８、１９の各々を流れる酸素ガスの流量を制御することによりドライ酸素ガスとウェット酸素ガスとの混合比を調節し、第１のサンプル６１に供給される酸素ガスを加湿する。
　このように加湿した水素ガスや酸素ガスを供給することで、水分を含むガスが各サンプル６１、６２を介して電解質膜５５に供給される。その結果、水分によってプロトン交換膜やアニオン交換膜等の電解質膜５５がイオン伝導を呈するようになり、燃料電池ＦＣ（図１３参照）が発電を行うことが可能となる。一例として、湿度調節部７６は、水素ガスの相対湿度を０％よりも大きく１００％以下、例えば５０％に調節し、酸素ガスの相対湿度を０％よりも大きく１００％以下、例えば５０％に調節する。このような相対湿度を採用することで、イオン伝導が可能となる程度に電解質膜５５を湿らすことができる。なお、加湿しなくてもイオンを伝導させる高分子膜を電解質膜５５として用いる場合は、湿度調節部７６（図２参照）は、酸素ガスと水素ガスとを加湿しなくてもよい。
　図１５の例では、時刻ｔ３において水素ガスの供給と酸素ガスの供給とが開始されている。なお、水素ガスと酸素ガスを同時に供給せずに、水素ガスと酸素ガスのそれぞれの供給開始のタイミングをずらしてもよい。
　次に、特性測定部７５（図２参照）が、水素ガスと酸素ガスの供給を開始してから所定時間だけ待機する（ステップＳ６）。待機する所定時間は、加湿した水素ガスや酸素ガスによって電解質膜５５が十分に湿ってイオン伝導性を呈し、それにより燃料電池ＦＣが十分に発電できる程度の時間とする。一例として、所定時間は０分以上６０分以下、例えば１０分とする。図１５の例では、時刻ｔ３から時刻ｔ４に至るまでの時間が所定時間である。なお、加湿しなくてもイオンを伝導させる高分子膜を電解質膜５５として用いる場合に、酸素ガスと水素ガスとを加湿しないときは、ステップＳ６をスキップしてもよい。
　続いて、上記の所定時間が経過した後に、特性測定部７５（図２参照）が第２のサンプル６２の電気化学特性を測定し、その測定結果を示す評価結果情報７８を記憶部７２に格納する（ステップＳ７）。例えば、特性測定部７５は、ＬＳＶやＣＶの掃引電圧を特性測定信号としてロードセル４ａに出力し、その特性測定信号に対する燃料電池ＦＣの反応電流を反応信号として取得する。そして、特性測定部７５は、特性測定信号と応答信号との関係を、第２のサンプル６２の酸化還元反応特性を示す評価結果情報７８として記憶部７２に格納する。
　図１５の例では、時刻ｔ４において酸化還元反応特性の測定を開始し、時刻ｔ５において測定を終了する場合を示している。
　本実施形態では圧力センサ８（図１参照）が測定する圧力を一定値に維持するため、当該圧力における電気化学特性を測定することができる。
　なお、本実施形態はこれに限定されず、圧力制御部７４が圧力を変化させながら特性測定部７５が電気化学特性を測定してもよい。これにより、異なる圧力ごとの電気化学特性を測定することができる。
　更に、このように圧力を制御するのではなく、各ホルダ４１～４３の間隔を制御しながら電気化学特性の測定を行ってもよい。例えば、圧力制御部７４が駆動信号によってロードセル４ａの昇降距離を制御することで、第１のホルダ４１と第２のホルダ４２との間隔、又は第２のホルダ４２と第３のホルダ４３との間隔を一定に維持し、この状態で特性測定部７５が電気化学特性の測定を行ってもよい。固体高分子形燃料電池は、その構成部品同士の間隔を一定に保って使用しても、電極触媒や電解質膜に作用する応力が時間と共に緩和する。そのため、上記のように間隔を一定に維持して電気化学特性を測定することで、実使用下における圧力緩和を模擬した評価を行うことができる。
　次に、流量制御部７７（図２参照）が水素ガスと酸素ガスの供給を停止し（ステップＳ８）、ステップＳ４と同様の手順で窒素ガスによるパージを行う（ステップＳ９）。図１５の例では、時刻ｔ６において水素ガスと酸素ガスの供給が停止し、時刻ｔ６から時刻ｔ７に至る期間において窒素ガスによるパージが行われる。
　続いて、圧力制御部７４が駆動信号によってロードセル４ａを上昇させ（ステップＳ１０）、ロボットが各ホルダ４１～４３を評価装置１から取り出す（ステップＳ１１）。なお、ロボットに代えて試験者が手作業で各ホルダ４１～４３を取り出してもよい。図１５の例では、時刻ｔ７から時刻ｔ８に至る期間においてロードセルが上昇して圧力が減少し、時刻ｔ８よりも後に各ホルダ４１～４３が評価装置１から取り出される。
　以上により、評価装置１が行う基本的な処理を終える。なお、上記の例ではカソードの電極触媒の候補材料を第２のサンプル６２として用いてその電気化学特性を評価したが、アノードの電極触媒の候補材料を第１のサンプル６１として用いてその電気化学特性を評価してもよい。更に、各サンプル６１、６２の電気化学特性に代えて、電解質膜５５の電気化学特性を評価してもよい。
　上記した本実施形態によれば、図１３に示したように、加圧部４が、ホルダ４１～４３の各々の間隔を縮める方向の力Ｆで電解質膜５５に各サンプル６１、６２を押し当てる。そのため、電解質膜５５に各サンプル６１、６２を押し当てるために試験者がトルクレンチで燃料電池ＦＣを締め付ける必要がなくなり、評価装置１が自動で電解質膜５５や各サンプル６１、６２の電気化学特性を測定することができる。
　更に、燃料電池ＦＣに作用する圧力が試験者ごとに異なるという属人性を排除できるため、同一のサンプル６１、６２や同一の電解質膜５５については同一の測定結果を得ることができる。その結果、電極触媒や電解質膜ごとの電気化学特性を示すデータベースの構築が容易となり、データベースを用いたデータ駆動探索が可能となる。
　しかも、本実施形態では、測定時に電解質膜５５や各サンプル６１、６２に溶液を供給せずに、水素ガスや酸素ガスを供給する。そのため、溶液を用いた電気化学試験のように電極触媒の塗布条件等の試験パラメータを最適化する必要がなく、短時間で電気化学特性の評価を行うこともできる。
　＜ハードウェア構成＞
　次に、制御装置７のハードウェア構成について説明する。
　図１６は、本実施形態に係る制御装置７のハードウェア構成図の一例である。図１６に示すように、制御装置７は、記憶装置１０１、メモリ１０２、プロセッサ１０３、通信インターフェース１０４、及び媒体読取装置１０５を有する。これらの各部は、バス１０６により相互に接続される。
　このうち、記憶装置１０１は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性のストレージであって、本実施形態に係る制御プログラム１１０を記憶する。
　なお、制御プログラム１１０をコンピュータが読み取り可能な記録媒体１１１に記録し、媒体読取装置１０５を介してプロセッサ１０３にその制御プログラム１１０を読み取らせるようにしてもよい。
　そのような記録媒体１１１としては、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の物理的な可搬型記録媒体がある。また、フラッシュメモリ等の半導体メモリやハードディスクドライブを記録媒体１１１として使用してもよい。これらの記録媒体１１１は、物理的な形態を持たない搬送波のような一時的な媒体ではない。
　更に、公衆回線、インターネット、及びＬＡＮ等に接続された装置に制御プログラム１１０を記憶させてもよい。その場合は、プロセッサ１０３がその制御プログラム１１０を読み出して実行すればよい。
　一方、メモリ１０２は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のようにデータを一時的に記憶するハードウェアである。
　プロセッサ１０３は、制御装置７の各部を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のハードウェアである。また、プロセッサ１０３は、メモリ１０２と協働して制御プログラム１１０を実行する。
　このようにメモリ１０２とプロセッサ１０３とが協働して制御プログラム１１０を実行することにより制御部７１（図２参照）が実現される。
　また、記憶部７２（図２参照）は、記憶装置１０１とメモリ１０２によって実現される。
　更に、通信インターフェース１０４は、制御装置７をネットワークに接続するためのＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）等のハードウェアである。その通信インターフェース１０４により通信部７３（図２参照）が実現される。
　媒体読取装置１０５は、記録媒体１１１を読み取るためのＣＤドライブ、ＤＶＤドライブ、及びＵＳＢインターフェース等のハードウェアである。
　以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態は上記に限定されない。例えば、上記では燃料電池用の電極触媒を各サンプル６１、６２に使用したが、水分解装置の電極触媒を各サンプル６１、６２として使用してもよい。同様に、電解質膜５５として水分解装置の電解質膜を使用してもよい。
　更に、図４Ａの例では第１の流路溝４１ｅを渦巻状に形成したが、図１７Ａ～図１７Ｃのような形状としてもよい。図１７Ａ～図１７Ｃは、変形例に係る流路溝の平面図である。図１７Ａ及び図１７Ｂは、第１の供給孔４１ｇから第１の排出孔４１ｈに至る第１の流路溝４１ｅを蛇行状に形成し、サーペンタイン型とした例である。また、図１７Ｃは、第１の供給孔４１ｇと第１の排出孔４１ｈとの間に複数の平行な第１の流路溝４１ｅを設けた例である。図１７Ａ～図１７Ｃのいずれの例でも、渦巻状の場合と同様に第１のサンプル６１に均一に酸素ガスを供給することができる。同様に、第２の流路溝４３ｅについても図１７Ａ～図１７Ｃの形状とすることで、第２のサンプル６２に均一に水素ガスを供給することができる。
　（第２実施形態）
　本実施形態では、電解質膜５５の下面をその面内にわたって均一に第１のサンプル６１の表面に接触させたり、電解質膜５５の上面をその面内にわたって均一に第２のサンプル６２の表面に接触させたりすることができる評価装置について説明する。
　図１８Ａは、本実施形態に係る第２のホルダ４２の上面図であり、図１８Ｂは図１８ＡのＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図である。これらの図において第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態で説明したのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。これについては後述の図１９Ａ～図２５でも同様である。
　図１８Ａに示すように、本実施形態に係る第２のホルダ４２は、第１実施形態と同様に上面視で円形であって、その中央に円形状の貫通孔４２ｊが形成される。
　図１８Ｂに示すように、貫通孔４２ｊは、第２のホルダ４２の第２の主面４２ｂから第３の主面４２ｃに至るように形成される。貫通孔４２ｊの直径φ１０は特に限定されないが、この例ではφ１０を１２ｍｍ以上２４ｍｍ以下、例えば１８ｍｍとする。
　また、本実施形態に係る第２のホルダ４２の材料も特に限定されないが、耐摩耗性と機械的強度に優れたＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅｋｅｔｏｎｅ）やＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ）で第２のホルダ４２を形成するのが好ましい。
　図１９Ａは、貫通孔４２ｊの中に嵌められる第１のスペーサ８１の上面図であり、図１９Ｂは図１９ＡのＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う断面図である。
　図１９Ａに示すように、第１のスペーサ８１は上面視で円形であって、その周縁部には第１の外周段差８１ｂが形成される。更に、第１のスペーサ８１の中央には円形状の第１の開口８１ａが形成される。第１の開口８１ａは、第１のホルダ４１の第１の凸部４１ａ（図３Ｂ参照）が嵌る大きさに形成され、その周縁部には第１の内周段差８１ｃが形成される。
　また、図１９Ｂに示すように、第１のスペーサ８１は、相対する第５の主面８１ｘと第６の主面８１ｙの主面とを有する。その第６の主面８１ｙに、前述の各段差８１ｂ、８１ｃが形成される。
　第１のスペーサ８１の直径φ１１は、貫通孔４２ｊに第１のスペーサ８１が嵌る直径であれば特に限定されない。一例として、直径φ１１は、貫通孔４２ｊの直径φ１０（図１８Ｂ参照）よりも１００μｍ以上５００μｍ以下だけ小さい値にすればよい。
　また、第１の開口８１ａの直径φ１２は、第１のホルダ４１の第１の凸部４１ａ（図３Ｂ参照）が嵌る直径であれば特に限定されない。一例として、直径φ１２は、第１の凸部４１ａの直径φ２（図３Ｂ参照）よりも５０μｍ以上２００μｍ以下だけ大きい値にすればよい。
　図２０Ａは、第１のスペーサ８１と共に貫通孔４２ｊの中に嵌められる第２のスペーサ８２の上面図であり、図２０Ｂは図２０ＡのＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
　図２０Ａに示すように、第２のスペーサ８２は上面視で円形であって、その周縁部には第２の外周段差８２ｂが形成される。更に、第２のスペーサ８２の中央には円形状の第２の開口８２ａが形成される。第２の開口８２ａは、第３のホルダ４３の第２の凸部４３ａ（図８Ｂ参照）が嵌る大きさに形成され、その周縁部には第２の内周段差８２ｃが形成される。
　また、図２０Ｂに示すように、第２のスペーサ８２は、相対する第７の主面８２ｘと第８の主面８２ｙの主面とを有する。その第８の主面８２ｙに、前述の各段差８２ｂ、８２ｃが形成される。
　第１のスペーサ８２と同様に、第２のスペーサ８２の直径φ１３は、貫通孔４２ｊ（図１８Ａ参照）に第２のスペーサ８２が嵌る直径であれば特に限定されない。一例として、直径φ１３は、第１のスペーサ８１の直径φ１１（図１９Ｂ参照）と同じ値とし得る。
　また、第２の開口８２ａの直径φ１４は、第３のホルダ４３の第２の凸部４３ａ（図８Ｂ参照）が嵌る直径であれば特に限定されない。一例として、直径φ１４は、第１の開口８１ａの直径φ１２（図１９Ｂ参照）と同じ値とし得る。
　次に、第２のホルダ４２の貫通孔４２ｊに各スペーサ８１、８２を嵌める方法について説明する。
　図２１Ａ及び図２１Ｂ並びに図２２Ａ及び図２２Ｂは、第２のホルダ４２の貫通孔４２ｊに各スペーサ８１、８２を嵌めるときの断面図である。なお、以下の各ステップは作業者が手動で行う。
　まず、図２１Ａに示すように、第１のスペーサ８１の第１の外周段差８１ｂにＯリング８５を嵌めることにより、第１のスペーサ８１の外周側面８１ｐにＯリング８５を装着する。また、第１のスペーサ８１の第１の内周段差８１ｃにＯリング８６を嵌めることにより、第１の開口８１ａの内周側面８１ｑにＯリング８６を装着する。なお、Ｏリング８５は第１の封止部材の一例であり、Ｏリング８６は第２の封止部材の一例である。
　同様に、第２のスペーサ８２の第２の外周段差８２ｂにＯリング８７を嵌めることにより、第２のスペーサ８２の外周側面８２ｐにＯリング８７を装着する。また、第２のスペーサ８２の第２の内周段差８２ｃにＯリング８８を嵌めることにより、第２の開口８２ａの内周側面８２ｑにＯリング８８を装着する。
　その後、電解質膜５５の上下に各スペーサ８１、８２を配する。この例では、第１のスペーサ８１の第６の主面８１ｘを電解質膜５５に対向させ、かつ第２のスペーサ８２の第８の主面８２ｘを電解質膜５５に対向させる。
　次に、図２１Ｂに示すように、各スペーサ８１、８２で電解質膜５５を挟む。
　続いて、図２２Ａに示すように、第２のホルダ４２の貫通孔４２ｊの上方に、上記の各スペーサ８１、８２と電解質膜５５とを配する。
　次いで、図２２Ｂに示すように、各スペーサ８１、８２と電解質膜５５とを貫通孔４２ｊに嵌める。
　以上により、第２のホルダ４２の貫通孔４２ｊに各スペーサ８１、８２が嵌められた構造が完成する。
　次に、本実施形態において第１～第３のホルダ４１～４３を重ねる方法について説明する。
　図２３は、本実施形態において第１～第３のホルダ４１～４３を重ねる方法について説明するための断面図である。
　図２３に示すように、本実施形態においても、第１実施形態（図１０）と同様に不図示のロボットがロボットハンド５９を使って各ホルダ４１～４３を自動で重ねる。
　図２４は、このようにして重ねられた各ホルダ４１～４３の断面図である。図２４に示すように、第１のスペーサ８１の第１の開口８１ａに第１の凸部４１ａが嵌ると共に、第２のスペーサ８２の第２の開口８２ａに第２の凸部４３ａが嵌る。
　図２５は、重ねられた各ホルダ４１～４３の拡大断面図である。
　図２５に示すように、第１の凸部４１ａの頂面に嵌められた第１のサンプル６１が電解質膜５５の下面に密着すると共に、第２の凸部４３ａの頂面に嵌められた第２のサンプル６２が電解質膜５５の上面に密着し、各サンプル６１、６２と電解質膜５５とで燃料電池ＦＣが構成される。
　更に、この状態では貫通孔４２ｊの内周側面に各Ｏリング８５、８７が密着する。また、第１の凸部４１ａの外周側面４１ｍにＯリング８６が密着し、かつ第２の凸部４２ａの外周側面４２ｍにＯリング８８が密着する。更に、各Ｏリング８５、８６は第１のホルダ４１の第１の主面４１ｂに密着し、各Ｏリング８７、８８は第３のホルダ４３の第４の主面に密着する。このように各Ｏリング８５～８８が各面に密着することで燃料電池ＦＣを外気から遮断でき、燃料電池ＦＣの電解質膜５５が外気に曝されるのを防止できる。
　また、本実施形態では、貫通孔４２ｊ内で各スペーサ８１、８２が僅かに動く余裕があるため、スペーサ８１、８２に挟まれた電解質膜５５がスペーサ８１、８２の動きに追従して微動する。そのため、電解質膜５５の下面をその面内にわたって均一に第１のサンプル６１の表面に接触させたり、電解質膜５５の上面をその面内にわたって均一に第２のサンプル６２の表面に接触させたりすることができる。
　自動で評価を行うことができる評価装置及び評価方法を提供することができる。
　１　　評価装置
　２　　ベース
　３　　フレーム
　４　　加圧部
　４ａ　　ロードセル
　４ｂ　　サーボモータ
　８　　圧力センサ
　１１　　窒素ガス供給源
　１２　　水素ガス供給源
　１３　　酸素ガス供給源
　１５～１９　　ＭＦＣ
　２１～２８　　配管
　３１　　第１のバブラ
　３２　　第２のバブラ
　４０　　第１のガス供給治具
　４１　　第１のホルダ
　４１ａ　　第１の凸部
　４１ｂ　　第１の主面
　４１ｃ　　第１の外周溝
　４１ｄ　　第１のリセス
　４１ｅ　　第１の流路溝
　４１ｇ　　第１の供給孔
　４１ｈ　　第１の排出孔
　４１ｘ　　第１のピン
　４２　　第２のホルダ
　４２ａ　　凹部
　４２ｂ　　第２の主面
　４２ｃ　　第３の主面
　４２ｄ　　第２の外周溝
　４２ｅ、４２ｆ　　リング溝
　４２ｇ　　孔
　４２ｙ　　第１のホール
　４２ｚ　　第２のホール
　４３　　第３のホルダ
　４３ａ　　第２の凸部
　４３ｂ　　第４の主面
　４３ｃ　　第３の外周溝
　４３ｄ　　第２のリセス
　４３ｅ　　第２の流路溝
　４３ｇ　　第２の供給孔
　４３ｈ　　第２の排出孔
　４３ｘ　　第２のピン
　４４　　第２のガス供給治具
　４７、４８　　Ｏリング
　５１　　第１のスペーサ
　５１ａ　　第１の開口
　５２　　第２のスペーサ
　５２ａ　　第２の開口
　５３　　第３のスペーサ
　５３ａ　　第３の開口
　５５　　電解質膜
　６１　　第１のサンプル
　６２　　第２のサンプル
　７１　　制御部
　７２　　記憶部
　７３　　通信部
　７４　　圧力制御部
　７５　　特性測定部
　７６　　湿度調節部
　７７　　流量制御部
　７８　　評価結果情報
　１０１　　記憶装置
　１０２　　メモリ
　１０３　　プロセッサ
　１０４　　通信インターフェース
　１０５　　媒体読取装置
　１０６　　バス
　１１０　　制御プログラム
　１１１　　記録媒体

Claims (23)

  1. 　電極触媒の第１のサンプルを保持すると共に、前記第１のサンプルに第１のガスを供給する第１の供給孔が形成された第１のホルダと、
    　電解質膜を保持する第２のホルダと、
    　前記第１のホルダと前記第２のホルダとの間隔を縮める方向の力で前記第１のサンプルに前記電解質膜を押し当てる加圧部と、
    　前記第１のサンプルに前記電解質膜が押し当てられ、かつ前記第１のサンプルに前記第１のガスが供給されている状態で、前記第１のサンプル又は前記電解質膜の電気化学特性を測定する特性測定部と、
    を有する評価装置。
  2. 　前記第１のサンプルに前記電解質膜を押し当てる圧力を測定する圧力センサを更に有し、
    　前記特性測定部は、前記圧力が一定値に維持されている状態で前記電気化学特性を測定する、
    請求項１に記載の評価装置。
  3. 　前記第１のサンプルに前記電解質膜を押し当てる圧力を測定する圧力センサを更に有し、
    　前記特性測定部は、前記圧力を変化させながら前記電気化学特性を測定する、
    請求項１に記載の評価装置。
  4. 　前記特性測定部は、前記第１のホルダと前記第２のホルダとの間隔が一定に維持されている状態で前記電気化学特性を測定する、
    請求項１に記載の評価装置。
  5. 　前記第１のガスを加湿する加湿部を更に有する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の評価装置。
  6. 　前記特性測定部は、加湿された前記第１のガスを前記第１のサンプルに供給してから所定時間が経過した後に前記電気化学特性を計測する、
    請求項５に記載の評価装置。
  7. 　前記第１のガスの相対湿度を調節する湿度調節部を更に有する、
    請求項５に記載の評価装置。
  8. 　前記第１のホルダは、
    　第１の主面と、
    　前記第１の主面から前記電解質膜に向かって突出した凸部と、
    　前記凸部の頂面に形成され、前記第１のサンプルが嵌められると共に、前記第１のサンプルの厚さよりも深さが浅いリセスとを有する、
    請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の評価装置。
  9. 　前記リセスの底面に、前記第１の供給孔に繋がる溝が形成された、請求項８に記載の評価装置。
  10. 　平面視で前記溝が渦巻状又は蛇行状に形成されたか、又は平行して複数形成された、
    請求項９に記載の評価装置。
  11. 　前記第２のホルダに貫通孔が形成され、
    　前記凸部が嵌る第１の開口が形成され、前記貫通孔に嵌められる第１のスペーサと、
    　前記貫通孔に嵌められる第２のスペーサとを更に有し、
    　前記電解質膜は、前記第１のスペーサと前記第２のスペーサに挟持された状態で前記貫通孔に嵌められる、
    請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の評価装置。
  12. 　前記第１のスペーサの外周側面に装着され、前記貫通孔の内周側面に密着する第１の封止部材を更に有する、
    請求項１１に記載の評価装置。
  13. 　前記第１の開口の内周側面に装着され、前記凸部の外周側面に密着する第２の封止部材を更に有する、
    請求項１１又は請求項１２に記載の評価装置。
  14. 　前記第２のホルダは、
    　前記第１の主面に相対する第２の主面と、
    　前記第２の主面に形成され、前記凸部が嵌る孔と、
    　前記孔の周囲に形成され、前記電解質膜が嵌る凹部とを有する、
    請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の評価装置。
  15. 　前記凸部の周囲に設けられ、前記第１の主面と前記第２の主面の各々に密着して、前記第１のサンプルと前記電解質膜とを封止する封止部材を更に有する、
    請求項１４に記載の評価装置。
  16. 　平面視で前記孔に重なる第１の開口が形成され、前記凹部に嵌められる第１のスペーサと、
    　前記凹部に嵌められる第２のスペーサとを更に有し、
    　前記電解質膜は、前記第１のスペーサと前記第２のスペーサに挟持された状態で前記凹部に嵌められる、請求項１４又は請求項１５に記載の評価装置。
  17. 　前記第２のスペーサの上に設けられると共に、前記凹部に嵌められる第３のスペーサを更に有する、請求項１６に記載の評価装置。
  18. 　前記第１のホルダは、前記第１の主面に立設されたピンを更に有し、
    　前記第２のホルダの前記第２の主面に、前記ピンが嵌合するホールが形成された、
    請求項１１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の評価装置。
  19. 　前記電気化学特性は、前記第１のサンプルの酸化還元反応特性、又は前記電解質膜のインピーダンス特性である、
    請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の評価装置。
  20. 　前記第１のホルダと前記第２のホルダは前記加圧部に着脱自在である、
    請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載の評価装置。
  21. 　前記電極触媒の第２のサンプルを保持すると共に、前記第２のサンプルに第２のガスを供給する第２の供給孔が形成された第３のホルダを更に有し、
    　前記加圧部は、前記第２のホルダと前記第３のホルダとの間隔を縮める方向の力で前記第２のサンプルに前記電解質膜を押し当て、
    　前記特性測定部は、前記第２のサンプルに前記電解質膜が押し当てられ、かつ前記第２のサンプルに前記第２のガスが供給されている状態で、前記第１のサンプル、前記電解質膜、及び前記第２のサンプルのいずれかの電気化学特性を測定する、
    請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の評価装置。
  22. 　電極触媒の第１のサンプルを保持した第１のホルダと電解質膜を保持した第２のホルダとの間隔を縮める方向の力で前記第１のサンプルに前記電解質膜を押し当てることと、
    　前記第１のサンプルに前記電解質膜が押し当てられ、かつ前記第１のサンプルに前記第１のガスが供給された状態で、前記第１のサンプル又は前記電解質膜の電気化学特性を測定することと、
    　を制御部が実行する評価方法。
  23. 　前記第１のガスとして加湿されたガスを供給する、請求項２２に記載の評価方法。
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