(57)【要約】【課題】燃料電池用膜電極接合体において電解質膜に生じる損傷を低減する技術を提供する。【解決手段】膜電極接合体１００は、電解質膜１０と、電解質膜１０を両側から狭持する触媒層２０とを備える。触媒層２０の外周端部は、電解質膜１０の外周端部より内側に存在し、触媒層２０の外周端部には凸部２３ａ，２３ｂが形成されている。凸部２３ａ，２３ｂは、触媒層２０の形成工程において、塗布された触媒インクの液面に生じたメニスカスとして形成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用膜電極接合体であって、
電解質膜と、
前記電解質膜を両側から狭持する触媒層と、
を備え、
前記触媒層の外周端部は、前記電解質膜の外周端部より内側に位置するとともに、前記触媒層の外表面から突起した凸部を有する、燃料電池用膜電極接合体。
【請求項２】
請求項１記載の膜電極接合体であって、さらに、
前記触媒層の上に積層されるガス拡散層を備え、
前記ガス拡散層は、前記触媒層を被覆するとともに、前記ガス拡散層の外周端において、前記電解質膜と直接的に接触する、燃料電池用膜電極接合体。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の燃料電池用膜電極接合体あって、
前記触媒層は、燃料電池反応を促進するための触媒を含む触媒インクを塗布することにより形成され、
前記凸部は、前記触媒層を形成する際に、前記触媒インクの液面に生じたメニスカスとして形成されたことを特徴とする、燃料電池用膜電極接合体。
【請求項４】
燃料電池であって、
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池用膜電極接合体を備える、燃料電池。
【請求項５】
燃料電池用膜電極接合体の製造方法であって、
（ａ）触媒インクを吐出するための開口部の開口幅が、前記触媒インクの吐出方向に向かってほぼ一定であるか、または、縮小しているダイヘッドを準備する工程と、
（ｂ）電解質膜の外表面に、前記ダイヘッドを用いて前記触媒インクを塗布することにより、塗布された前記触媒インクの液面にメニスカスを生じさせる工程と、
（ｃ）塗布された前記触媒インクを乾燥させる工程と、
を備える、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は通常、プロトン伝導性を有する電解質膜の両側に電極（アノードおよびカソード）を設けた膜電極接合体を備える（下記特許文献１等）。膜電極接合体は、アノードに燃料ガス（水素）の供給を受けるとともに、カソードに酸化ガス（酸素）の供給を受けて、水素と酸素の電気化学反応（燃料電池反応）により発電する。
【０００３】
ところで、電解質膜は、一般に、厚さが数十ミクロンの薄膜である。そのため、膜電極接合体において、電解質膜が著しく損傷すると、燃料ガスや酸化ガスが反応に供されることなく、供給された電極とは反対側の電極へと漏洩する、いわゆるクロスリークが発生する可能性がある。また、電解質膜の損傷の度合いによっては、電極間の短絡が発生する可能性がある。しかし、これまで、電解質膜に生じる損傷を低減することについて十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０３２１８８号公報
【特許文献２】特開２００８−０５９９２７号公報
【特許文献３】特開２００８−２６９９０９号公報
【特許文献４】特開２００６−３１０２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、燃料電池用膜電極接合体において電解質膜に生じる損傷を低減する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池用膜電極接合体であって、電解質膜と、前記電解質膜を両側から狭持する触媒層とを備え、前記触媒層の外周端部は、前記電解質膜の外周端部より内側に位置するとともに、前記触媒層の外表面から突起した凸部を有する、燃料電池用膜電極接合体。
この燃料電池用膜電極接合体によれば、触媒層の外側にガス拡散層などの触媒層を被覆する部材が配置された場合であっても、触媒層の外周端部に形成された凸部によって、触媒層の外側の領域において電解質膜が当該部材から受ける押圧力を低減できる。従って、燃料電池用膜電極接合体において電解質膜に生じる損傷を低減することができる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１記載の膜電極接合体であって、さらに、前記触媒層の上に積層されるガス拡散層を備え、前記ガス拡散層は、前記触媒層を被覆するとともに、前記ガス拡散層の外周端において、前記電解質膜と直接的に接触する、燃料電池用膜電極接合体。
この燃料電池用膜電極接合体によれば、触媒層の外側に配置されたガス拡散層によって、電解質膜に生じる損傷を低減できる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または適用例２記載の燃料電池用膜電極接合体あって、前記触媒層は、燃料電池反応を促進するための触媒を含む触媒インクを塗布することにより形成され、前記凸部は、前記触媒層を形成する際に、前記触媒インクの液面に生じたメニスカスとして形成されたことを特徴とする、燃料電池用膜電極接合体。
この燃料電池用膜電極接合体によれば、触媒層の凸部が、触媒インクの塗布工程において、触媒インクの液面に生じたメニスカスとして形成されるため、簡易に凸部を形成することが可能である。
【００１０】
［適用例４］
燃料電池であって、適用例１ないし適用例３のいずれか一つに記載の燃料電池用膜電極接合体を備える、燃料電池。
この燃料電池によれば、電解質膜に生じる損傷が低減されるため、燃料電池の劣化を抑制でき、電極間の短絡や燃料ガスまたは酸化ガスのクロスリークなどが発生する可能性を低減できる。
【００１１】
［適用例５］
燃料電池用膜電極接合体の製造方法であって、
（ａ）触媒インクを吐出するための開口部の開口幅が、前記触媒インクの吐出方向に向かってほぼ一定であるか、または、縮小しているダイヘッドを準備する工程と、
（ｂ）電解質膜の外表面に、前記ダイヘッドを用いて前記触媒インクを塗布することにより、塗布された前記触媒インクの液面にメニスカスを生じさせる工程と、
（ｃ）塗布された前記触媒インクを乾燥させる工程と、
を備える、製造方法。
この製造方法によれば、ダイヘッドを用いた触媒インクの塗布工程において、触媒インクの液面に、液面端部がより高く突出する大きなメニスカスを生じさせることができる。従って、膜電極接合体の外周端部により高い凸部を形成することができ、その凸部によって電解質膜に生じる損傷を低減できる。
【００１２】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池用膜電極接合体、その膜電極接合体を備えた燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】膜電極接合体の製造工程を示すフローチャート。
【図２】電解質膜の準備工程を説明するための模式図。
【図３】触媒層の形成工程を説明するための模式図。
【図４】触媒層が形成された電解質膜を示す概略図。
【図５】電解質膜に形成された触媒層の外周端部における断面を示す概略図。
【図６】ダイコータのダイヘッドの構成を示す概略図。
【図７】電解質膜の接合工程を説明するための模式図。
【図８】ガス拡散層の配置工程を説明するための模式図。
【図９】ガス拡散層による電解質膜の損傷を説明するための模式図。
【図１０】第２実施例における触媒層の形成工程を説明するための模式図。
【図１１】第３実施例における膜電極接合体の製造工程を示すフローチャート。
【図１２】第３実施例における電解質膜の準備工程を説明するための模式図。
【図１３】第３実施例における触媒層の形成工程を説明するための模式図。
【図１４】第３実施例における触媒層の形成工程を説明するための模式図。
【図１５】第４実施例における燃料電池の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
A．第１実施例：
【００１５】
図１は本発明の一実施例としての燃料電池に用いられる膜電極接合体の製造工程を示すフローチャートである。なお、本明細書において、単に「膜電極接合体」と呼ぶときは、電解質膜の両面に触媒層が形成された発電体を意味し、本実施例において製造されるガス拡散層と一体化されたガス拡散層付き膜電極接合体を含む。
【００１６】
図２は、ステップＳ１０（図１）における電解質膜の準備工程を説明するための模式図である。この工程では、２枚のほぼ同じサイズを有する第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂを準備する。第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂはそれぞれ、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜である。第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂはそれぞれ、樹脂製のキャリアフィルム４０の外表面上に貼付された状態で準備される。
【００１７】
図３（Ａ），（Ｂ）は、ステップＳ２０（図１）における触媒層の形成工程を説明するための模式図である。この工程では、ダイコータを用いて第１の電解質膜１０ａの外表面に触媒層２０を形成する。より具体的には、電解質膜１０ａの外表面に、ダイヘッド５０を略一定方向に走査させ、その走査方向に垂直な方向の略一定幅に渡って、触媒インク２５を塗布する（図３（Ａ））。ここで、「触媒インク２５」とは、水溶性溶媒または有機溶媒に触媒担持カーボンと電解質膜と同種の化合物であるアイオノマーを分散させた混合溶液である。なお、この触媒インク２５の塗布工程において、塗布された触媒インク２５の液面には、液面の外周端が中央部より突起するメニスカスを生じさせるが、その詳細は後述する。触媒インク２５の塗布後、触媒インク２５を乾燥・固化させる。これによって、触媒層２０が形成される（図３（Ｂ））。
【００１８】
なお、このステップＳ２０の工程では、第１の電解質膜１０ａと同様に、第２の電解質膜１０ｂに対しても触媒層２０を形成する。なお、第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂに対する触媒層２０の形成工程を、それぞれ同時に並行して実行することにより、触媒層の形成工程の所要時間を短縮することが可能である。
【００１９】
ところで、一般に、電解質膜に触媒層を形成するために触媒インクを塗布すると、電解質膜が触媒インクの水分を吸収して膨潤してしまう。すると、触媒インクを乾燥させる際に、電解質膜の収縮により、電解質膜および触媒層の外表面にシワが生じてしまう可能性がある。しかし、本実施例では、第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂがキャリアフィルム４０の外表面に貼付されている。従って、第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂとキャリアフィルム４０との間の粘着力により、第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂの面に沿った方向への膨潤・収縮を抑制することができる。これによって、ステップＳ２０の工程において、第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂおよび触媒層２０の外表面にシワが生じることが抑制される。なお、電解質膜は、その厚みが薄いほど、触媒インク２５の塗布によってシワが生じやすくなる。従って、後述する第３実施例における電解質膜１０よりも比較的厚みの薄い本実施例の第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂに触媒インク２５を塗布する場合には、このキャリアフィルム４０を用いることが、より好ましい。
【００２０】
図４および図５は、触媒層２０が形成された電解質膜１０ａを示す概略図である。図４は、触媒層２０を、その外表面に垂直な方向に沿って見たときの概略図であり、図５（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、図４に示すＡ−Ａ切断およびＢ−Ｂ切断における触媒層２０の断面を示す概略断面図である。なお、図４には、ステップＳ２０におけるダイヘッド５０の走査方向、即ち、触媒インク２５の塗工方向（以下、単に「塗工方向」と呼ぶ）を白抜き矢印で図示してある。
【００２１】
触媒層２０の外周端部２１は、電解質膜１０ａの外周端部１１より内側に位置している。また、触媒層２０の外周端部２１は、触媒層２０の外周に沿って連続的に設けられ、触媒層２０の外表面から突起する凸部２３を有している。この凸部２３は、電解質膜１０ａに塗布された触媒インク２５のメニスカスとして生じた液面端部の突起部を固化させることによって形成されたものである。この触媒層２０の凸部２３の機能については後述する。
【００２２】
ところで、触媒層２０の凸部２３は、その高さｈ1が高いほど好ましい。ここで、凸部２３の高さｈ1は、触媒層２０の乾燥時において、電解質膜１０の外表面から凸部２３の頂点までの高さｈ2から、触媒層２０の平均厚みｔを減じた値である（ｈ1＝ｈ2−ｔ）。凸部２３の高さｈ1は、平均厚みｔの０．３倍以上であることが好ましく、平均厚みｔの０．４倍以上であることがより好ましい。さらに、凸部２３の高さｈ1は、平均厚みｔの０．５倍以上であることが好ましい。
【００２３】
このように、触媒層２０に、より高い凸部２３を形成するためには、上述した触媒インク２５の塗布工程において、塗布された触媒インク２５の液面に、より大きなメニスカスを生じさせることにより可能である。具体的には、例えば、触媒インク２５の固形分濃度などを調整して、触媒インク２５の液面における表面エネルギーを調整するものとしても良い。ここで、触媒インク２５の固形分濃度とは、触媒インク２５に含まれる固形分（触媒担持カーボンやアイオノマー）の重量濃度を意味する。
【００２４】
また、ダイヘッド５０の形状の調整や、ダイヘッド５０の制御の調整によっても、触媒インク２５の液面により大きなメニスカスを生じさせることが可能である。ここで、凸部２３のうち、塗工方向の始終端において設けられた突起部を「第１の凸部２３ａ」と呼び（図５（Ａ））、塗工方向に沿って設けられた突起部を「第２の凸部２３ｂ」と呼ぶ（図５（Ｂ））。
【００２５】
第１の凸部２３ａを形成するためのメニスカスは、塗工方向の始点および終点近傍における触媒インク２５の吐出量を比較的増加させることによって、より大きくすることが可能である。具体的には、例えば、塗工方向の始点および終点の近傍において、ダイヘッド５０への送液量を増加させるものとしても良い。また、塗工方向の始点および終点の近傍においてダイヘッド５０の走査速度を低下させるものとしても良い。一方、第２の凸部２３ｂを形成するためのメニスカスは、ダイヘッド５０の形状を以下に説明するように調整することにより、より大きく生じさせることが可能である。
【００２６】
図６（Ａ）は、ダイヘッド５０の側面方向から見たときの概略図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断におけるダイヘッド５０の概略断面図である。図６（Ｃ）は、ダイヘッド５０の他の構成例を示す図であり、シムプレート５５の形状が異なる点以外は、図６（Ｂ）とほぼ同じである。
【００２７】
ダイヘッド５０は、第１と第２の本体部５１，５２と、シムプレート５５とを有している。シムプレート５５は、触媒インク２５の吐出方向に向かって開いた略コの字型の形状を有した板状部材であり、その吐出方向に沿って互いに並行に延びる２つのシム側壁部５５ｂを有する。このシムプレート５５の２つのシム側壁部５５ｂが、第１と第２の本体部５１，５２によって、両側から狭持されることにより、触媒インク２５を吐出するための開口部５７が形成される。なお、第１の本体部５１には、マニホールド５３が設けられている。マニホールド５３は、開口部５７の幅方向（図６（Ｂ）における左右方向）に渡って形成された触媒インク２５のための流路である。
【００２８】
本発明の発明者は、シムプレート５５の第１と第２のシム側壁部５５ｂにおける、開口部５７を構成する角部５５ｃの形状を調整することにより、第２の凸部２３ｂを形成するためのメニスカスをより大きく生じさせることができることを見出した。具体的には、角部５５ｃの角度を、ほぼ直角とすることにより、開口部５７の開口幅を、触媒インク２５の吐出方向に向かってほぼ一定とする（図６（Ｂ））。あるいは、角部５５ｃの角度を鋭角とすることにより、開口部５７の開口幅を、触媒インク２５の吐出方向に向かって縮小させる（図６（Ｃ））。このように、ダイヘッド５０の開口部５７の開口幅が、末広がりとなることを抑制することで、触媒インク２５の液面により大きなメニスカスを生じさせることが可能である。なお、ダイヘッド５０を構成する材質を変更することによっても、塗布された触媒インク２５に生じるメニスカスの大きさを調整することは可能である。
【００２９】
図７（Ａ），（Ｂ）は、ステップＳ３０（図１）における電解質膜の接合工程を説明するための模式図である。この工程では、まず、ステップＳ２０において触媒層２０が形成された第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂのそれぞれから、キャリアフィルム４０を取り外す（図７（Ａ））。そして、第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂの触媒層２０が形成されていない面同士を接触させるとともに、第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂを熱圧プレスする（図７（Ｂ））。これによって、第１と第２の電解質膜１０ａ，１０ｂが接合され一体化された電解質膜１０が形成され、電解質膜１０の両面に触媒層２０が設けられた膜電極接合体１００が得られる。
【００３０】
図８（Ａ），（Ｂ）は、ステップＳ４０（図１）におけるガス拡散層の接合工程を説明するための模式図である。この工程では、膜電極接合体１００の両面にガス拡散層３０を配置する。ガス拡散層３０は、膜電極接合体１００を燃料電池に使用したときに、膜電極接合体１００に供給された燃料ガスや酸化ガス（反応ガス）を拡散して、触媒層２０の全体に行き渡らせるためのガス流路として機能する。ガス拡散層３０としては、例えばカーボンペーパやカーボンクロスなどの、導電性およびガス透過性を有する多孔質部材によって構成できる。
【００３１】
この工程では、ガス拡散層３０が膜電極接合体１００の両側から配置される（図８（Ａ））。そして、ガス拡散層３０は、触媒層２０を被覆するとともに、その外周端部３１が電解質膜１０と直接的に接するように、膜電極接合体１００に接合される（図８（Ｂ））。なお、電解質膜１０の外周端部１１は、ガス拡散層３０の外周端部３１より外側に突出している。
【００３２】
ここで、以後、ガス拡散層３０と電解質膜１０とが直接的に接触して接合された領域（破線で図示）を「拡散層接触領域１２」と呼ぶ。また、ガス拡散層３０と一体化された膜電極接合体１００を「ガス拡散層付き膜電極接合体１１０」と呼ぶ。このガス拡散層付き膜電極接合体１１０では、触媒層２０とガス拡散層３０とで電極が構成されていると解釈することができる。
【００３３】
図９（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、ガス拡散層付き膜電極接合体１１０における触媒層２０の第１と第２の凸部２３ａ，２３ｂを模式的に示す概略断面図である。図９（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、ガス拡散層３０が追加されており、第１と第２の凸部２３ａ，２３ｂが比較的圧縮されている点と、電解質膜１０に微小穴１３が生じている点と、矢印が追加されている点以外は図５（Ａ），（Ｂ）とほぼ同じである。なお、図に示す矢印の方向は、電解質膜１０がステップＳ４０の工程において受ける押圧力の方向を示しており、矢印の大きさの違いは、当該押圧力の大きさの違いを模式的に示している。
【００３４】
ここで、一般に、ガス拡散層３０を構成する部材の表面には、カーボン繊維の毛羽などの微小な凸部が存在する。従って、膜電極接合体１００が、ガス拡散層３０によって押圧されたときには、拡散層接触領域１２において、電解質膜１０が損傷する可能性がある。図では、電解質膜１０に生じた損傷を、ガス拡散層３０の凸部によって生じた微小穴１３として模式的に示してある。電解質膜１０の損傷が著しい場合には、アノードとカソードとの間の短絡や、反応ガスのクロスリークが発生する可能性が高くなる。
【００３５】
しかし、本実施例の膜電極接合体１００によれば、触媒層２０の外周端部２１に凸部２３が形成されている。そのため、ガス拡散層付き膜電極接合体１１０を構成した場合であっても、凸部２３の高さの分だけ、触媒層２０の外周領域において電解質膜１０がガス拡散層３０から受ける押圧力が、他の領域に比較して減殺される。そのため、ガス拡散層３０によって電解質膜１０に生じる損傷が低減されている。
【００３６】
このように、本実施例の膜電極接合体１００であれば、触媒層２０に凸部２３が設けられているため、ガス拡散層３０によって電解質膜１０に生じる損傷が低減される。従って、ガス拡散層付き膜電極接合体１１０を用いた燃料電池において、アノードとカソードとの間の短絡や、反応ガスのクロスリークが発生することを抑制でき、燃料電池の劣化を抑制できる。また、本実施例の膜電極接合体の製造工程にれば、ダイコータによって、容易に凸部２３を有する触媒層２０を形成できる。
【００３７】
B．第２実施例：
図１０（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２実施例としての燃料電池に用いられる膜電極接合体の製造工程のうち、触媒層の形成工程を説明するための模式図である。なお、第２実施例における他の工程は、第１実施例で説明した工程（図１のステップＳ１０，Ｓ３０，Ｓ４０）と同様である。なお、この触媒層の形成工程では、以下に説明する第１の電解質膜１０ａと同様に、第２の電解質膜１０ｂに対しても触媒層２０が形成されるが、その図示および説明は省略する。
【００３８】
この触媒層の形成工程では、まず、マスク部材６０を、第１の電解質膜１０ａの外表面に配置する（図１０（Ａ））。マスク部材６０は、触媒層２０を形成する領域（「触媒層形成領域」と呼ぶ）を囲む枠状部材である。次に、スプレー６５を用いて、触媒インク２５を第１の電解質膜１０ａの触媒層形成領域全体に塗布・乾燥させて触媒層２０を形成する（図１０（Ｂ））。触媒層２０を形成した後、マスク部材６０を取り外す。
【００３９】
図１０（Ｃ）は、第１の電解質膜１０ａに形成された触媒層２０の外周端部２１の近傍を拡大して示す概略図である。なお、図１０（Ｃ）には、マスク部材６０が配置されていた領域が破線で図示されている。触媒層２０の外周端部には、塗布された触媒インク２５の液面のメニスカスが固化した凸部２３が形成されている。
【００４０】
ここで、第１実施例で説明したように、凸部２３は、より高く形成されることが好ましい。凸部２３の高さは、スプレー塗布された触媒インク２５の液面に生じるメニスカスがより大きくなるように、マスク部材６０の厚みｔｍを厚くしたり、マスク部材６０の触媒形成領域側の壁面の形状や材質を変更することによって高くできる。マスク部材６０の厚みｔｍは、少なくとも固化させる前における触媒インク２５の塗工層の厚みより１．５倍以上の厚みを有することが好ましく、２倍以上の厚みを有することがより好ましい。凸部２３の高さは、第１実施例と同様に、触媒インク２５の固形分濃度や、触媒インク２５の塗工量などを調整することにより調整することも可能である。
【００４１】
このように、この第２実施例の触媒層の形成工程であれば、ダイコータに換えて、マスク部材６０とスプレー６５とを用いて、触媒層２０の外周端部２１に凸部２３を容易に形成することができる。従って、第１実施例と同様に、膜電極接合体１００の電解質膜１０に生じる損傷を低減できる。
【００４２】
C．第３実施例：
図１１は、本発明の第３実施例としての燃料電池に用いられる膜電極接合体の製造工程を示すフローチャートである。図１１は、ステップＳ１０〜Ｓ２０の工程に換えてステップＳ１０Ａ〜Ｓ２０Ａの工程が設けられている点と、ステップＳ３０の工程が省略されている点以外は、図１とほぼ同じである。
【００４３】
図１２は、ステップＳ１０Ａ（図１１）における電解質膜の準備工程を説明するための模式図である。この工程では、キャリアフィルム４０に貼付・配置された１枚の電解質膜１０を準備する。
【００４４】
図１３（Ａ），（Ｂ）および図１４（Ａ）〜（Ｃ）は、ステップＳ２０Ａにおける触媒層の形成工程を説明するための模式図である。この工程では、まず、キャリアフィルム４０に配置されたままの電解質膜１０を吸着台７０の上に載置する（図１３（Ａ））。ここで、吸着台７０は、電解質膜１０を載置するための載置板７２と、載置板７２の下層に設けられた中空部７４と、中空部７４に負圧を発生させることができるポンプ７６とを有している。載置板７２には、中空部７４と連通する複数の貫通孔（図示せず）が設けられている。これにより、吸着台７０は、中空部７４に発生した負圧によって、電解質膜１０およびキャリアフィルム４０を載置板７２に吸着させることが可能である。
【００４５】
次に、この工程では、電解質膜１０およびキャリアフィルム４０を吸着台７０の載置板７２に吸着させた状態で、第１実施例と同様のダイヘッド５０によって触媒インク２５を塗布する（図１３（Ｂ））。このとき、吸着台７０の吸着力によって、電解質膜１０にシワが生じることが抑制される。なお、塗布された触媒インク２５の液面には、第１実施例で説明したのと同様に、その外周端部が突起するメニスカスを生じさせる。
【００４６】
塗布した触媒インク２５を乾燥・固化させることにより、電解質膜１０の一方の面に触媒層２０が形成される。この後、電解質膜１０からキャリアフィルム４０を取り外し、電解質膜１０を、触媒層２０が形成された面が載置板７２に接するように反転させて、再び吸着台７０に載置する（図１４（Ａ））。電解質膜１０を吸着台７０に吸着させた状態で、図１３（Ｂ）で説明したのと同様に、ダイヘッド５０によって触媒インク２５を塗布する（図１４（Ｂ））。塗布された触媒インク２５を乾燥・固化させることにより、電解質膜１０の両側に触媒層２０が形成された膜電極接合体１００を得ることができる（図１４（Ｃ））。この触媒層の形成工程の後に、第１実施例と同様に、ガス拡散層３０を配置する（ステップＳ４０）。
【００４７】
このように、第３実施例の製造工程によれば、電解質膜の接合工程（図１のステップＳ３０）を省略して、膜電極接合体１００を形成することができる。ただし、この第３実施例の製造工程では、触媒層２０を電解質膜１０の一方の面ごとに順に形成する。その点で触媒層の形成工程を短縮できる第１実施例および第２実施例の方が好ましい。
【００４８】
D．第４実施例：
図１５は、本発明の第４実施例としての燃料電池の構成を示す概略図である。この燃料電池２００は、水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池２００は、複数の発電体である単セル１２０が積層されたスタック構造を有する。
【００４９】
単セル１２０は、ガス拡散層付き膜電極接合体１１０と、ガス流路部材１３０と、２枚のセパレータ１３１，１３２とを有する。ガス拡散層付き膜電極接合体１１０の外周端部には、外部への反応ガスの漏洩を抑制するためのシール部１１２が形成されている。より具体的には、シール部１１２は、電解質膜１０およびガス拡散層３０の外周端部１１，３１を被覆するように形成されている。なお、このように、ガス拡散層３０の外周端部３１より突出した電解質膜１０の外周端部１１をシール部１１２によって被覆することにより、当該外周端部１１を介した反応ガスのクロスリークの発生を抑制できる。
【００５０】
ガス流路部材１３０は、ガス拡散層付き膜電極接合体１１０のシール部１１２に囲まれた領域に配置されている。ガス流路部材１３０は、反応ガスをガス拡散層３０の全体に行き渡らせるための部材であり、導電性を有する多孔質部材（いわゆるエキスパンドメタルやパンチングメタルを含む）によって構成される。２枚のセパレータ１３１，１３２は、導電性を有するガス不透過の板状部材であり、ガス拡散層付き膜電極接合体１１０のシール部１１２を両側から狭持する。なお、２枚のセパレータ１３１，１３２にはそれぞれ、ガス流路部材１３０と接する面側に反応ガスのためのガス流路溝１３５が設けられている。
【００５１】
このように、この燃料電池２００では、触媒層２０の外周端部２１に凸部２３を有する膜電極接合体１００を用いているため、ガス拡散層３０による電解質膜１０の損傷が低減されている。そのため、燃料電池２００において、アノードとカソードとの間の短絡や、反応ガスのクロスリークなどが発生する可能性が低減され、燃料電池２００の劣化が抑制される。
【００５２】
E．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５３】
E1．変形例１：
上記実施例において、触媒層２０は、塗布された触媒インク２５の液面に生じたメニスカスとして形成された凸部２３を有していた。しかし、触媒層２０の外周端部２１の凸部２３は、触媒インク２５の液面に生じたメニスカスとして形成されたものでなくとも良く、他の方法により形成されたものであっても良い。例えば、触媒層２０の凸部２３は、触媒層２０の外周端部２１以外の領域をプレスして薄型化することにより形成されるものとしても良い。ただし、上記実施例の製造工程であれば、触媒インク２５を塗布するとともに凸部２３が形成されるため、凸部２３を形成するための工程を別途設けることなく、凸部２３を形成することが可能である。従って、触媒層２０の形成工程を比較的短縮できる点において、上記実施例の製造工程が好ましい。
【００５４】
E2．変形例２：
上記実施例において、触媒層２０の凸部２３は、触媒層２０の外周端部に沿って連続的に形成された突起部として設けられていた。しかし、凸部２３は、触媒層２０の外周端部において、不連続的に形成されているものとしても良い。即ち、凸部２３は、複数の分散して設けられた突起部として形成されるものとしても良い。ただし、凸部２３が触媒層２０の外周端部に沿って連続的に形成されることにより、ガス拡散層３０などの膜電極接合体１００の外表面を被覆する部材から電解質膜１０が受ける押圧力を、さらに低減することができる。この点において、上記実施例の構成が好ましい。
【００５５】
E3．変形例３：
上記実施例において、電解質膜１０，１０ａ，１０ｂは、キャリアフィルム４０に貼付・配置されていた。しかし、キャリアフィルム４０は省略されるものとしても良い。ただし、膜電極接合体１００の製造工程において、電解質膜１０，１０ａ，１０ｂに、シワや損傷が生じることを抑制するために、キャリアフィルム４０を用いることが好ましい。
【００５６】
E4．変形例４：
上記実施例において、膜電極接合体１００は、ガス拡散層３０と一体化されてガス拡散層付き膜電極接合体１１０を構成していた。しかし、膜電極接合体１００は、ガス拡散層３０と一体化されていなくとも良い。また、ガス拡散層３０は省略されても良く、膜電極接合体１００の両面には、第４実施例で説明したガス流路部材１３０が配置されるものとしても良い。この場合であっても、電解質膜１０は、触媒層２０の凸部２３によって、膜電極接合体１００の外表面を被覆する部材から保護される。
【符号の説明】
【００５７】
１０，１０ａ，１０ｂ…電解質膜
１１…外周端部
１２…拡散層接触領域
１３…微小穴
２０…触媒層
２１…外周端部
２３，２３ａ，２３ｂ…凸部
２５…触媒インク
３０…ガス拡散層
３１…外周端部
４０…キャリアフィルム
５０…ダイヘッド
５１，５２…第１と第２の本体部
５３…マニホールド
５５…シムプレート
５５ｂ…シム側壁部
５５ｃ…角部
５７…開口部
６０…マスク部材
６５…スプレー
７０…吸着台
７２…載置板
７４…中空部
７６…ポンプ
１００…膜電極接合体
１１０…ガス拡散層付き膜電極接合体
１１２…シール部
１２０…単セル
１３０…ガス流路部材
１３１，１３２…セパレータ
１３５…ガス流路溝
２００…燃料電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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