(57)【要約】【課題】位置精度を向上させることのできる固体アルカリ形燃料電池を提供することを課題とする。【解決手段】  電解質膜３と、電解質膜３に取り付けられ、環状凹部２２を有する第1の固定部材２と、電解質膜３の上面に積層されたカソード電極５と、カソード電極５に取り付けられ、カソード電極５を電解質膜３の上面に積層した際に第1の固定部材２の環状凹部２２と嵌合する環状凸部４２を有する第２の固定部材４と、電解質膜３の下面に積層されたアノード電極７と、アノード電極７に取り付けられ、アノード電極７を電解質膜３の下面に積層した際に第１の固定部材２の環状凹部２２と嵌合する環状凸部６２を有する第３の固定部材６と、を備えている。【選択図】図８
2010192160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、
前記電解質膜に取り付けられ、被嵌合部を有する第1の固定部材と、
前記電解質膜の一方面上に積層されたカソード電極と、
前記カソード電極に取り付けられ、前記カソード電極を前記電解質膜の一方面上に積層した際に前記第1の固定部材の被嵌合部と嵌合する嵌合部を有する第２の固定部材と、
前記電解質膜の他方面上に積層されたアノード電極と、
前記アノード電極に取り付けられ、前記アノード電極を前記電解質膜の他方面上に積層した際に前記第１の固定部材の被嵌合部と嵌合する嵌合部を有する第３の固定部材と、
を備えた、固体アルカリ形燃料電池。
【請求項２】
前記第１の固定部材は、中央に開口部を有する枠状であって前記電解質膜の外周縁部に取り付けられており、前記被嵌合部として両面に環状凹部が形成されており、
前記第２及び第３の固定部材は、前記嵌合部として前記環状凹部に嵌合する環状凸部が形成されている、請求項１に記載の固体アルカリ形燃料電池。
【請求項３】
前記カソード電極及びアノード電極は、多孔質体と、前記多孔質体の一方面上に形成された触媒層とを有し、前記触媒層が前記電解質膜と接触するように前記電解質膜上に積層され、
前記第２及び第３の固定部材のうち少なくとも一方は、前記カソード電極またはアノード電極よりも一回り大きく形成され前記多孔質体の他方面上に接合した天板部を有しており、前記嵌合部が前記天板部の外周縁部に形成され、
前記天板部は、前記多孔質体の他方面が露出するよう複数の貫通孔が形成されている、請求項１又は２に記載の固体アルカリ形燃料電池。
【請求項４】
前記カソード電極に電気的に接続される第１の集電部と、
前記アノード電極に電気的に接続される第２の集電部と、
をさらに備えた、請求項１〜３のいずれかに記載の固体アルカリ形燃料電池。
【請求項５】
前記第１の固定部材及び第２の固定部材は、互いに嵌合した際に前記カソード電極の側面を気密に覆い、
前記第１の固定部材及び第３の固定部材は、互いに嵌合した際に前記アノード電極の側面を気密に覆う、請求項１〜４のいずれかに記載の固体アルカリ形燃料電池。
【請求項６】
嵌合部を有する固定部材付き電極が積層される、固体アルカリ形燃料電池用の固定部材付き電解質膜であって、
電解質膜と、
前記電解質膜に取り付けられ、固定部材付き電極の嵌合部と嵌合する被嵌合部を有する固定部材と、
を備えた、固定部材付き電解質膜。
【請求項７】
被嵌合部を有する固定部材付き電解質膜に積層される、固体アルカリ形燃料電池用の固定部材付き電極であって、
電極と、
前記電極に取り付けられ、固定部材付き電解質膜の被嵌合部と嵌合する嵌合部を有する固定部材と、
を備えた、固定部材付き電極。
【請求項８】
電解質膜の両面に触媒層が形成された膜触媒層接合体と、
前記膜触媒層接合体に取り付けられ、被嵌合部を有する第1の固定部材と、
前記膜触媒層の一方面上に積層されたカソード電極用の多孔質体と、
前記カソード電極用の多孔質体に取り付けられ、前記カソード電極用の多孔質体を前記膜触媒層接合体の一方面上に積層した際に前記第１の固定部材の被嵌合部と嵌合する嵌合部を有する第２の固定部材と、
前記膜触媒層の他方面上に積層されたアノード電極用の多孔質体と、
前記アノード電極用の多孔質体に取り付けられ、前記アノード電極用の多孔質体を前記膜触媒層接合体の他方面上に積層した際に前記第１の固定部材の被嵌合部と嵌合する嵌合部を有する第３の固定部材と、
を備えた、固体アルカリ形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体アルカリ形燃料電池、並びに、これに用いられる固定部材付き電解質膜及び固定部材付き電極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池は、他の燃料電池に比べ、軽量化、高出力密度化等を達成できる観点から、さまざまな研究がなされている。固体高分子形燃料電池は、一般的には、電解質膜としてイオン伝導性高分子電解質膜を用い、その両面に触媒層及び電極基材をそれぞれ順に配置し、更にこれをセパレータで挟んだ構造をしている。
【０００３】
この固体高分子形燃料電池は、通常、カチオン（Ｈ＋）を通過させるカチオン伝導性高分子電解質膜を使用する。しかし、近年、高分子電解質膜として、アニオン（ＯＨ−）を通過させるアニオン伝導性高分子電解質膜を使用した固体アルカリ形燃料電池（「アニオン伝導性固体高分子形燃料電池」とも呼ばれている。）が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
この固体アルカリ形燃料電池を組み立てる方法として、引用文献２には、電解質膜と、アノード電極、及びカソード電極のそれぞれに枠体を取り付け、これらを積層させて各枠体を熱プレスによって一体化する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４４９６０号公報
【特許文献２】特開平０２−２７８６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料電池は、その発電効率を高めるためには、電解質膜を挟んだ各電極の位置を互いに一致させることが好ましいが、上述したような燃料電池の組み立て方法では、各電極の位置を合わせることが困難であり、また、熱プレスする際に各電極がずれてしまうなどといったような問題があった。そこで、本発明は、位置精度を向上させることのできる固体アルカリ形燃料電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る固体アルカリ形燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜に取り付けられ、被嵌合部を有する第1の固定部材と、前記電解質膜の一方面上に積層されたカソード電極と、前記カソード電極に取り付けられ、前記カソード電極を前記電解質膜の一方面上に積層した際に前記第1の固定部材の被嵌合部と嵌合する嵌合部を有する第２の固定部材と、前記電解質膜の他方面上に積層されたアノード電極と、前記アノード電極に取り付けられ、前記アノード電極を前記電解質膜の他方面上に積層した際に前記第１の固定部材の被嵌合部と嵌合する嵌合部を有する第３の固定部材と、を備えている。
【０００８】
この固体アルカリ形燃料電池によれば、第２及び第３の固定部材は、嵌合部が第１の固定部材の被嵌合部に嵌合することで第１の固定部材と固定されるため、第１の固定部材に対して常に一定の位置で固定される。このため、第２の固定部材や第３の固定部材が取り付けられたカソード電極やアノード電極は、電解質膜に対して常に一定の位置で積層される。この結果、電解質膜に対するカソード電極及びアノード電極の位置精度を向上させることができる。
【０００９】
上記固体アルカリ形燃料電池は、種々の構成をとることができるが、例えば、第１の固定部材は、中央に開口部を有する枠状であって電解質膜の外周縁部に取り付けられており、前記被嵌合部として両面に環状凹部が形成されており、第２及び第３の固定部材は、嵌合部として環状凹部に嵌合する環状凸部が形成することが好ましい。この構成によれば、一方の電極に供給した燃料ガス又は酸化剤ガスが他方の電極側へ漏出することを、互いに嵌合する環状凸部及び環状凹部によって防止することができ、固体アルカリ形燃料電池のシール性を向上させることができる。
【００１０】
また、カソード電極及びアノード電極は、多孔質体と、多孔質体の一方面上に形成された触媒層とを有し、触媒層が電解質膜と接触するように電解質膜上に積層され、第２及び第３の固定部材のうち少なくとも一方は、カソード電極またはアノード電極よりも一回り大きく形成され多孔質体の他方面上に接合した天板部を有しており、嵌合部が天板部の外周縁部に形成され、天板部は、多孔質体の他方面が露出するよう複数の貫通孔が形成されていることが好ましい。この構成によれば、天板部に設けられた貫通孔によって燃料ガスや酸化剤ガスを各電極へ供給できるとともに、固体アルカリ形燃料電池の取扱時に各電極に直接触れてしまうことを天板部によって防止でき、ひいては各電極の破損等を防ぐことができる。
【００１１】
また、カソード電極に電気的に接続される第１の集電部と、アノード電極に電気的に接続される第２の集電部と、をさらに備えていることが好ましい。
【００１２】
また、第１の固定部材及び第２の固定部材は、互いに嵌合した際にカソード電極の側面を気密に覆い、第１の固定部材及び第３の固定部材は、互いに嵌合した際にアノード電極の側面を気密に覆うように構成されていることが好ましい。この構成によれば、各電極に供給する燃料ガス及び酸化剤ガスが外部へ漏出することを防止することができる。
【００１３】
また、本発明に係る固定部材付き電解質膜は、嵌合部を有する固定部材付き電極が積層される、固体アルカリ形燃料電池用の固定部材付き電解質膜であって、電解質膜と、前記電解質膜に取り付けられ、固定部材付き電極の嵌合部と嵌合する被嵌合部を有する固定部材と、を備えている。
【００１４】
また、本発明に係る固定部材付き電極は、被嵌合部を有する固定部材付き電解質膜に積層される、固体アルカリ形燃料電池用の固定部材付き電極であって、電極と、前記電極に取り付けられ、固定部材付き電解質膜の被嵌合部と嵌合する嵌合部を有する固定部材と、を備えている。
【００１５】
また、本発明に係る他の固体アルカリ形燃料電池は、電解質膜の両面に触媒層が形成された膜触媒層接合体と、前記膜触媒層接合体に取り付けられ、被嵌合部を有する第1の固定部材と、前記膜触媒層の一方面上に積層されたカソード電極用の多孔質体と、前記カソード電極用の多孔質体に取り付けられ、前記カソード電極用の多孔質体を前記膜触媒層接合体の一方面上に積層した際に前記第１の固定部材の被嵌合部と嵌合する嵌合部を有する第２の固定部材と、前記膜触媒層の他方面上に積層されたアノード電極用の多孔質体と、前記アノード電極用の多孔質体に取り付けられ、前記アノード電極用の多孔質体を前記膜触媒層接合体の他方面上に積層した際に前記第１の固定部材の被嵌合部と嵌合する嵌合部を有する第３の固定部材と、を備えている。
【００１６】
この固体アルカリ形燃料電池によれば、第２及び第３の固定部材は、嵌合部が第１の固定部材の被嵌合部に嵌合することで第１の固定部材と固定されるため、第１の固定部材に対して常に一定の位置で固定される。このため、第２の固定部材や第３の固定部材が取り付けられたカソード電極用の多孔質やアノード電極用の多孔質は、第1の固定部材が取り付けられた膜触媒層接合体に対して常に一定の位置で積層される。この結果、膜触媒層接合体に対するカソード電極用の多孔質体及びアノード電極用の多孔質体の位置精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、位置精度を向上させることのできる固体アルカリ形燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明に係る固体アルカリ形燃料電池の実施形態を示す正面断面図である。
【図２】図２は本発明に係る固定部材付き電解質膜の実施形態を示す正面断面図である。
【図３】図３は本発明に係る固定部材付き電解質膜の実施形態を示す平面図である。
【図４】図４は本発明に係る固定部材付き電極の実施形態を示す正面断面図である。
【図５】図５は本発明に係る固定部材付き電極の実施形態を示す平面図である。
【図６】図６は本発明に係る固定部材付き電極の実施形態を示す底面図である。
【図７】図７は本発明に係る固定部材付き電極の実施形態を示す正面断面図である。
【図８】図８は本発明に係る固体アルカリ形燃料電池の組み立て前の実施形態を示す正面断面図である。
【図９】図９は本実施形態に係る固体アルカリ形燃料電池の使用方法を示す正面断面図である。
【図１０】図１０は本発明に係る固定部材付き電極の他の実施形態を示す正面断面図である。
【図１１】図１１は本発明に係る固体アルカリ形燃料電池の組み立て前の他の実施形態を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る固体アルカリ形燃料電池の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図1に示すように、固体アルカリ形燃料電池１は、第1の固定部材２が取り付けられた電解質膜３と、第２の固定部材４が取り付けられたカソード電極５と、第３の固定部材６が取り付けられたアノード電極７と、を備えている。
【００２１】
図２及び図３に示すように、電解質膜３は、平面視矩形状であり、厚さは、後述する多孔質体の種類や触媒層の厚さ等を考慮して適宜決定するが、通常、２０〜２００μｍ程度、好ましくは２５〜７５μｍ程度である。この電解質膜３の外周縁部には、第１の固定部材２が一体的に取り付けられている。第１の固定部材２は、略枠状であって中央に開口部２１を有しており、上面及び下面には環状凹部（被嵌合部）２２が形成されている。
【００２２】
図４〜図６に示すように、カソード電極５は、平面視矩形状で導電性を有する多孔質体５１と、多孔質体５１の下面に形成された触媒層５２とを有している。多孔質体５１の厚さは、１００〜５００μｍ程度とすることが好ましく、２００〜４００μｍ程度とすることがより好ましい。また、触媒層５２の厚さは、多孔質体５１の種類や電解質膜３の厚さ等を考慮して適宜決定すればよいが、通常１０μｍ〜２００μｍ程度、好ましくは１０μｍ〜１００μｍ程度、より好ましくは１５μｍ〜５０μｍ程度がよい。
【００２３】
このように多孔質体５１及び触媒層５２から構成されたカソード電極５には、第２の固定部材４が取り付けられている。第２の固定部材４は、多孔質体５１よりも一回り大きく形成された平面視矩形状の天板部４１を有しており、この天板部４１の下面と多孔質体５１の上面とが接合することで、第２の固定部材４がカソード電極５に取り付けられている。また、天板部４１には複数の貫通孔４３が形成されており、この貫通孔４３によってカソード電極５に酸化剤ガスを供給することができる。この貫通孔４３は、特に限定されるものではないが、例えば、ドリルやパンチ、レザー刃、トムソン刃、レーザー加工などによって、形成することができる。また、貫通孔４３の開口率（天板部４１のカソード電極５に対応する部分に形成された貫通孔４３の開口面積の総和をカソード電極５の面積で割ったもの）は、特に限定されるものではないが、４５〜９８％とすることが好ましい。天板部４１の外周縁には、下方に延びる環状凸部（嵌合部）４２が形成されている。この環状凸部４２と上述した第１の固定部材２の環状凹部２２とが嵌合することによって、第１の固定部材２と第２の固定部材４とが気密に一体化する。環状凸部４２と環状凹部２２の幅と深さは、特に限定されるものではないが、環状凸部４２の凸部の幅は、０．３〜１５ｍｍが好ましく、また、環状凹部２２の凹部の幅は、環状凸部４２の凸部の幅よりも０．５〜３ｍｍ大きく形成されているほうが好ましい。環状凹部２２の幅を環状凸部４２よりも０．５mm以上大きく形成することで環状凸部４２を環状凹部２２にスムーズに嵌合させることができ、また、環状凹部２２の幅を環状凸部４２の幅より３mm以上大きくしないことで機密性を十分に保つことができる。深さを０．３mm以上とすることで、機密性を十分に保つことができる。また、嵌合部にツメを形成することで、機密性をあげることができる。なお、天板部４１の厚さは、０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とすることが好ましく、１ｍｍ〜５ｍｍとすることがより好ましい。
【００２４】
図７に示すように、アノード電極７は、カソード電極５と同じ構成をしており、平面視矩形状で導電性を有する多孔質体７１と、多孔質体７１の上面に形成された触媒層７２とを有している。多孔質体７１の厚さは、２００μｍ〜２ｍｍ程度、好ましくは３００〜６００μｍ程度である。また、触媒層７２の好ましい厚さの範囲は上記カソード電極５の触媒層５２と同じである。アノード電極７には第３の固定部材６が取り付けられているが、この第３の固定部材６も、複数の貫通孔６３が形成された天板部６１と、環状凸部（嵌合部）６２を有しており、上記第２の固定部材４と同じ構成となっている。
【００２５】
次に、上述した固体アルカリ形燃料電池を構成する各部材の材料について説明する。
【００２６】
電解質膜３はアニオン伝導性高分子電解質膜を使用するが、このアニオン伝導性高分子電解質膜として、例えば、炭化水素系又はフッ素樹脂系のいずれかを用いることができる。電解質膜３に高濃度のアルカリ水溶液を含浸させる場合は、耐アルカリ性の観点から、フッ素樹脂系電解質膜を使用することが好ましい。なお、耐アルカリ性のフッ素樹脂系電解質膜を用いることにより、アニオン伝導性を向上させることができる。低濃度のアルカリ水溶液を使用する場合、又はアルカリ水溶液を使用しない場合は、低コスト化の観点から、炭化水素系電解質膜を用いることが好ましい。なお、アルカリ水溶液としては、例えば、ＫＯＨ溶液、ＮａＯＨ溶液などを挙げることができる。また、上記高濃度とは、使用するアルカリ水溶液の種類等によって適宜変更するが、本説明では、２モル／ｌ程度以上をいい、低濃度とは、２モル／ｌ程度以下をいう。フッ素樹脂系電解質膜の具体例としては、例えば東ソー（株）製のトスフレックス（登録商標）ＩＥ−ＳＦ３４等が挙げられる。炭化水素系電解質膜の具体例としては、例えば、旭化成（株）製のアシプレックス（登録商標）Ａ−２０１、２１１，２２１や、トクヤマ（株）製のネオセプタ（登録商標）ＡＭ−１、ＡＨＡ等が挙げられる。
【００２７】
カソード電極５に用いられる多孔質体５１としては、例えば、カーボンペーパやカーボンクロス、カーボン繊維からなる不織布等を使用することができる。このカソード電極５に用いられる多孔質体５１の気孔率は、７５〜９８％程度とすることが好ましく、８０〜９５％程度とすることがより好ましい。
【００２８】
アノード電極７に用いられる多孔質体７１は、金属製のものを用いることが好ましい。このような金属製の多孔質体７１としては、例えば、発泡ニッケルやクロム含有発泡ニッケル、発泡チタン、発泡銀等を挙げることができる。このアノード電極７用の多孔質体７１の気孔率は、７５〜９８％程度とすることが好ましく、８０〜９５％程度とすることがより好ましい。また、多孔質体７１の気孔の最大径である呼び口径は３０〜７００μｍ程度、好ましくは５０〜３００μｍ程度である。
【００２９】
カソード電極５及びアノード電極７に用いられる触媒層５２，７２は、触媒及びアニオン伝導性高分子電解質を含有する。触媒及びアニオン伝導性高分子電解質の含有量（重量比）は特に限定されるものではないが、好ましくは、触媒：アニオン伝導性高分子電解質＝５：１〜１：４程度、より好ましくは、３：１〜１：３程度である。なお、カソード電極５に用いる触媒層５２とアノード電極７に用いる触媒層７２とは同一成分であってもよく、異なる成分であってもよい。
【００３０】
上記触媒層５２，７２に含有される触媒は、通常、触媒金属微粒子が担体に担持されてなるものであり、公知又は市販のものを使用することができる。
【００３１】
触媒金属微粒子は、例えば白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガンが挙げられ、これら２種以上の合金であってもよい。触媒金属微粒子が２種以上からなる合金である場合は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上含有することが好ましい。このような合金の例としては、例えば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、鉄−コバルト合金、コバルト−ニッケル合金、鉄−ニッケル合金等のほか、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。これらの金属の各比率は限定的でなく、幅広い範囲から適宜選択できる。また、触媒金属微粒子の粒径は限定的でないが、通常０．０５〜２０ｎｍ程度、好ましくは０．１〜１０ｎｍ程度、最も好ましくは０．３〜５ｎｍ程度である。なお、触媒金属微粒子の粒径は、例えば、Ｘ線回折における触媒成分の回折ピークの半値幅により求められる結晶粒子径、又は透過型電子顕微鏡像により調べられる触媒成分の粒子径によって測定することができる。
【００３２】
触媒金属微粒子が担持される担体は限定的でなく、公知又は市販のものが使用でき、例えば、アルミナ粒子、シリカ粒子、炭素粒子等が挙げられる。耐食性及び導電性の観点から、炭素粒子（特に導電性炭素粒子）が好ましい。この導電性炭素粒子としては、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックのほか、黒鉛、活性炭、カーボン繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等が挙げられ、これらを１種又は２種以上使用してもよい。炭素粒子の比表面積は限定されないが、通常１０〜１５００ｍ２／ｇ程度、好ましくは１０〜５００ｍ２／ｇ程度である。粒径は、一般的には平均一次粒子径として０．０１〜１μｍ程度、好ましくは０．０１〜０．２μｍ程度とすることが好ましい。なお、導電性炭素粒子の粒径は、例えば、レーザ回折装置による粒度分布計や透過型電子顕微鏡像により調べられる導電性炭素の粒子径によって測定することができる。
触媒金属微粒子の担持量は、触媒金属微粒子及び担体の種類等によって適宜決定されるが、担体１００重量部に対して、通常、１〜８０重量部程度、好ましくは３〜５０重量部程度とすればよい。
【００３３】
また、触媒層５２，７２に含有されるアニオン伝導性高分子電解質は、アニオンとして水酸基イオン（ＯＨ−イオン）を伝導できる電解質であればよく、公知又は市販のものを使用でき、例えば、炭化水素系及びフッ素樹脂系のいずれの電解質を用いることができる。炭化水素系の電解質としては、例えば、芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体のクロロメチル化物をアミノ化して得られる電解質等が挙げられる。また、フッ素樹脂系の電解質としては、例えば、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボンポリマーの末端をジアミンで処理し４級化したポリマーや、ポリクロロメチルスルチレンの４級化物等のポリマー等が挙げられ、特に、溶媒可溶性のものが好ましい。
【００３４】
上記電解質は、例えば特開２００３−８６１９３号公報、特開２０００−３３１６９３号公報で開示されたものを使用すればよい。より具体的に説明すると、クロロメチル化は、芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体にクロロメチル化剤を反応させて行う。クロロメチル化剤としては、例えば、（クロロメトキシ）メタン、１，４−ビス（クロロメトキシ）ブタン、１−クロロメトキシ−４−クロロブタン、ホルムアルデヒド−塩化水素、パラホルムアルデヒド−塩化水素等が使用できる。このようにして得られたクロロメチル化物を、アミン化合物と反応させてアニオン交換基を導入する。アミン化合物としては、例えば、モノアミン、１分子中に２個以上のアミノ基を有するポリアミン化合物等が使用できる。具体的にはアンモニアの他、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン等のモノアルキルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン等のジアルキルアミン、アニリン、Ｎ−メチルアニリン等の芳香族アミン、ピロリジン、ピペラジン、モルホリン等の複素環アミン等のモノアミンや、ｍ−フェニレンジアミン、ピリダジン、ピリミジン等のポリアミン化合物が使用できる。これらアニオン伝導性高分子電解質は通常アルコール、エーテル等の有機溶剤又は有機溶剤と水との混合溶剤に５〜３０重量％の濃度で分散されている。
【００３５】
また、触媒層５２，７２は、上述した触媒及びアニオン伝導性高分子電解質に加えてさらに、フッ素系樹脂を含有してもよい。このフッ素系樹脂を含有することにより、上記成分の結着性が向上し、より強固な触媒層となると同時に撥水性を付与することができる。このフッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体等が挙げられる。これらの中でも、より結着性及び撥水性が良好な点から、ポリテトラフルオロエチレンが好ましい。フッ素系樹脂を含有する場合の含有量は、触媒１００重量部に対して、通常５〜２５重量部程度、好ましくは１０〜１５重量部程度である。
【００３６】
第1〜第３の固定部材２，４，６は、公知又は市販品の熱硬化性樹脂を用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、高密度ポリエチレン樹脂（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン樹脂（ＭＤＰＥ）、低密度ポリエチレン樹脂（ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等を使用することができる。
【００３７】
次に上述した固体アルカリ形燃料電池の製造方法について説明する。
【００３８】
まず、電解質膜３に第１の固定部材２を取り付ける。この取り付け方法は、種々の方法を採用することができるが、例えば、電解質膜３を金型内に配置し、金型内に射出成形によって上述した樹脂を充填して第１の固定部材２を成形することによって電解質膜３に第１の固定部材２を取り付けることができる。また、その他にも、トランスファー成形やインサート成形、モールド成形、二色成形などの公知の技術で電解質膜３に第１の固定部材２を取り付けることができる。
【００３９】
次に、カソード電極５に第２の固定部材４を、また、アノード電極７に第３の固定部材６を取り付ける。この各電極５，７への固定部材４，６の取り付けは、まず、上述した電解質膜３に第１の固定部材２を取り付ける方法と同様の方法で、多孔質体５１に第２の固定部材４を、また、多孔質体７１に第３の固定部材６を取り付ける。そして、各固定部材４，６が取り付けられた各多孔質体５１、７１に、触媒層５２、７２を形成する。
【００４０】
多孔質体５１，７１に触媒層５２，７２を形成する方法は、例えば、上述した触媒及びアニオン伝導性高分子電解質を粘度調整用の溶剤に分散させて触媒層形成用ペースト組成物を調整し、これを多孔質体５１，７１に塗布して乾燥して多孔質体５１，７１上に触媒層５２，７２を形成する。なお、触媒層形成用ペースト組成物の塗布方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、ナイフコーターや、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷などの一般的な方法を挙げることができる。また、触媒層形成用ペースト組成物を塗布した後の乾燥温度は、通常４０〜１００℃程度、好ましくは６０〜８０℃程度であり、乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常５分〜２時間程度、好ましくは３０分〜１時間程度である。また、粘度調整用の溶剤は、特に限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択される。例えば、各種アルコールや、各種エーテル、各種ジアルキルスルホキシド、水、又はこれらの混合物を使用することができる。これら溶剤の中でも、アルコールが好ましく、アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール等の炭素数１〜４の一価アルコール及びプロピレングリコール、ジエチレングリコール等の多価アルコールが挙げられる。また、触媒層形成用ペースト組成物の配合割合は広い範囲内で適宜選択することができるが、例えば、触媒１重量部に対して、アニオン伝導性高分子電解質（固形分）１〜３重量部、粘度調整用の溶剤１〜１００重量部程度とすることができる。
【００４１】
以上のように形成した第１の固定部材２付き電解質膜３を準備し、図８に示すように、電解質膜３の上方に第２の固定部材４付きカソード電極５を配置し、電解質膜３の下方に第３の固定部材６付きアノード電極７を配置する。そして、第２及び第３の固定部材４，６の環状凸部４２，６２を第１の固定部材２の環状凹部２２に嵌合させることで、第１の固定部材２に第２及び第３の固定部材４，６を固定する。これにより、電解質膜３、カソード電極５、及びアノード電極７が一体となる。なお、このとき、電解質膜３に各触媒層５２，７２が接触した状態となっている。
【００４２】
なお、第1の固定部材２と、第２及び第３の固定部材４，６とのシール性を向上させるために、接着剤等を使用して、第２及び第３の固定部材４，６の環状凸部４２，６２を第１の固定部材２の環状凹部２２に接着させてもよい。この場合、環状凹部２２の壁面もしくは環状凸部４２，６２の壁面、またはその両方に接着剤を、公知の塗布方法により塗布すればよく、塗布法としては、刷毛塗り、スプレー、ディスペンサー、インクジェット等が利用できる。また、上記接着に用いる接着剤は公知の接着剤を広く使用することができる。例えば、酢酸ビニールエマルジョン接着剤、ニトリルゴム系接着剤、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、シアノアクリル系接着剤、塩化ビニール系接着剤、シリコーンゴム系接着剤、ホットボンド・ホットメルト等が利用できる。接着剤を塗布後、環状凹部２２と環状凸部４２，６２を嵌合させ固定する、もしくは接着剤を塗布後に熱プレスにより接着剤を熱溶融させることにより固定する、ことによりシール性を高めることがきる。
【００４３】
このように作製した固体アルカリ形燃料電池１は、カソード電極５に酸素や空気等の酸化剤ガスを供給し、アノード電極７に水素等の燃料ガス又は液体燃料などを供給することで、発電が行われる。なお、液体燃料としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノールなどの一価アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコール等のアルコール又はこれらアルコールを混合する水溶液等を挙げることができる。液体燃料の場合は、アルカリ水溶液を添加することができる。アルカリ水溶液を添加する場合は、添加後のｐHが通常９〜１４程度となるように添加すればよい。このようなアルカリとしては、具体的には、ＫＯＨ溶液、ＮａＯＨ溶液等を使用すればよい。また、液体燃料を使用する場合は、図９に示すように、液体燃料をアノード電極７に効率的に供給するために、燃料吸い上げ材８を使用することができる。この燃料吸い上げ材８は、液体燃料内に配置されるとともに燃料吸い上げ材８の上面が第３の固定部材６の下面に接触するように配置される。燃料吸い上げ材８の材質としては、例えば、発泡ウレタン等のスポンジや、発泡ポリプロピレン等の高分子多孔質体が挙げられる。
【００４４】
以上、本実施形態によれば、各固定部材２，４，６に形成された環状凹部２２と環状凸部４２，６２とを嵌合させることで電解質膜３と各電極５，７とを一体化させるため、各電極５，７の位置精度を向上させることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、図１０に示すように、各電極５，７に電気的に接続されるとともに第２及び第３の固定部材４，６を貫通して外部へと延びる集電部９を第２及び第３の固定部材４，６に取り付けることもできる。この集電部９の材質として、好ましくは、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、金、白金等を挙げることができる。
【００４６】
また、図１１に示すように、電解質膜３の両面に触媒層５２，７２が形成された膜触媒層接合体１０に第１の固定部材２を取り付け、多孔質体５１，７１のみに第２及び第３の固定部材４，６を取り付けるような構成とすることもできる。
【００４７】
また、上記実施形態では、金型内に樹脂を充填させることで電解質膜３へ第１の固定部材２を取り付けていたが、第１の固定部材２の電解質膜３へ取り付ける方法は特にこれに限定されるものではなく、例えば、上下に２分割された第１の固定部材２を用意し、この第１の固定部材２によって電解質膜３を挟んで取り付けることもできる。
【実施例】
【００４８】
実施例を用いて本発明をさらに詳述する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１）
電解質膜３、カソード電極５、及びアノード電極７に固定部材を成形するための金型を作製した。電極用の金型は、第２及び第３の固定部材が６５×６５ｍｍ、厚さ３．５ｍｍになるように調節した。金型には、電極を過度に潰さないように入れ子構造を設け、電極の厚さを比較的自由に調整できるようにした。
【００５０】
電解質膜３に形成する第１の固定部材２は、図２に示すような形状であって第２及び第３の固定部材４，６と嵌合できるよう、金型を用いて作製した。
【００５１】
電解質膜３として６５×６５ｍｍのアニオン製電解質膜（トクヤマ社製、Ａ−００６，厚さ３０μｍ）、カソード電極５の多孔質体５１として５０×５０ｍｍのカーボンクロス（Ｅ−ＴＥＫ社製、ＬＴ−１２００Ｗ、厚さ３００μｍ）、アノード電極７の多孔質体７１として、５０×５０ｍｍの発泡ニッケル（三菱マテリアル社製、厚さ５００μｍ、呼び口径１５０μｍ）を用い、それぞれ、射出成形機（住友重工製、ＳＥ−１００Ｄ）に取り付けた上記金型にセットした。
【００５２】
各固定部材用の樹脂（ポリプラスチック製、ベクトラ、Ｄ４０８）を熱風乾燥機にて１４０℃、４時間乾燥させた。そして乾燥した樹脂を上記射出成形機のホッパーに入れ、樹脂を３３０℃に加熱した。金型の温度が５５℃に到達した後、自動移載機（ユーシン精機製）を用いて、４本のゲートが各樹脂導入位置に整合するよう金型内の所定の位置に電解質膜３や各電極５，７を配置した。部材固定用の吸引機構を作動させて金型内の電解質膜３や各電極５，７を固定し、そのまま型締めした。樹脂を２５０ｍｍ／秒の速度で射出し、冷却後、上記自動移載機で固定部材付きの電解質膜３及び各多孔質体５１，７１を取り出した。
【００５３】
次に、各固定部材が取り付けられた多孔質体５１，７１に、触媒層５２，７２を形成した。電解質バインダーとしては、芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体のクロロメチル化物をアミノ化することにより、５ｗｔ％アニオン（水酸基イオン）伝導性高分子電解質１００ｇを得た。
【００５４】
アノード電極７用の多孔質体７１には、スプレー法によりアノード触媒層７２として白金担持カーボン触媒（田中貴金属工業製、ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ）と水、エタノールからなる触媒分散液を４ｍｇ／ｃｍ２となるように吹き付け、アノード触媒層７２を形成した。
【００５５】
また、カソード触媒層５２として、上記で作製した触媒分散液を４ｍｇ／ｃｍ２となるように、多孔質体５１に吹き付けてカソード触媒層５２を形成した。
【００５６】
以上のように作製した固定部材４，６付きのカソード電極５，アノード電極７を、図８に示すように、触媒層５２，７２同士が電解質膜３を介して対面するように配置し、層構成がカソード電極５／電解質膜３／アノード電極７となるよう、エポキシ樹脂を用いてプレスしながら一体化し、固体アルカリ形燃料電池１を作製した。
【００５７】
（比較例１）
電解質膜３，カソード電極５，アノード電極７の外周縁部のみに凹部や凸部が形成されていない平坦な固定部材を形成し、層構成がカソード電極５／電解質膜３／アノード電極７となるように、エポキシ樹脂を用いてプレスしながら一体化した。
【００５８】
（評価方法）
得られた実施例１の成型品を島津製作所製のマイクロフォーカスＸ線ＣＴ装置（ＳＭＸ-１３０ＣＴ-ＳＶ３）を用いて、Ｘ線による透過画像により目視にて位置ズレが無いことを確認した。一方、比較例１は位置ズレがあった。
【符号の説明】
【００５９】
１    固体アルカリ形燃料電池
２    第１の固定部材
２１  開口部
２２  環状凹部（被嵌合部）
３    電解質膜
４    第２の固定部材
４１  天板部
４２  環状凸部（嵌合部）
４３  貫通孔
５    カソード電極
５１、７１  多孔質体
５２、７２  触媒層
６    第３の固定部材
６１  天板部
６２  環状凸部（嵌合部）
６３  貫通孔
７    アノード電極
９    集電部
【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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