(57)【要約】【課題】電解質前駆体樹脂（Ｆ型電解質樹脂）を用いて形成された電解質膜を備え、かつその周囲にシール部材を形成した燃料電池構成材Ａを、従来の製造方法よりもより短い時間で製造することができ、かつ製造プロセスも簡素化することのできる、より改良された燃料電池構成材の製造方法を提供する。【解決手段】電解質前駆体樹脂で構成される電解質膜前駆体５１を備える第１部材５０をその周囲が固定された状態で成形型６０，６０内に配置する。そして、第１部材５０に対するシール部材５５の形成処理と電解質前駆体樹脂に対する加水分解処理とを成形型６０，６０内で同時に行って、燃料電池構成材Ａとする。【選択図】図１
2010186721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加水分解処理を行うことによりプロトン伝導性を発揮する電解質前駆体樹脂を用いて形成された電解質膜と該電解質膜の周囲に形成されたシール部材とを少なくとも備えてなる燃料電池構成材の製造方法であって、
前記電解質前駆体樹脂で構成される電解質膜前駆体を少なくとも備える第１部材をその周囲が固定された状態で成形型に配置した後、前記第１部材に対する前記シール部材の形成処理と前記電解質前駆体樹脂に対する加水分解処理とを前記成形型内で同時に行うことによって前記燃料電池構成材とすることを特徴とする燃料電池構成材の製造方法。
【請求項２】
前記成形型として、加熱手段と、前記電解質膜前駆体におけるシール部材が形成されるべき領域に対向して形成されたキャビティ空間と、前記電解質膜前駆体におけるプロトン伝導性が付与されるべき領域に加水分解処理用の流体を供与するための流体供与回路とを少なくとも備えたものを用い、前記成形型を前記加熱手段で加熱しながら、前記キャビティ空間への前記シール部材用の熱硬化性樹脂の供給と、前記流体供与回路への加水分解処理用の流体の供与とを同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池構成材の製造方法。
【請求項３】
前記成形型として、加熱手段と、前記電解質膜前駆体におけるプロトン伝導性が付与されるべき領域に加水分解処理用の流体を供与するための流体供与回路とを少なくとも備えたものを用い、かつ、前記第１部材として少なくとも前記電解質膜前駆体におけるシール部材を形成すべき領域に前記シール部材用の熱硬化性樹脂が配置されている構成を備えたもの用い、前記成形型を前記加熱手段で加熱しながら、前記熱硬化性樹脂の硬化処理と、前記流体供与回路への加水分解処理用の流体の供与とを同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池構成材の製造方法。
【請求項４】
前記第１部材として、電解質前駆体樹脂を少なくとも含む触媒層を前記電解質膜前駆体に積層した形態のものを用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池構成材の製造方法。
【請求項５】
前記第１部材として、電解質前駆体樹脂を少なくとも含む触媒層と拡散層とを触媒層を電解質膜側として電解質膜に積層した形態のものを用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池構成材の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池構成材の製造方法であって、前記電解質前駆体樹脂として予めアルカリ金属水酸化物を混合または配置してなる電解質前駆体樹脂を用い、前記加水分解処理用の流体として過熱水蒸気を用いることを特徴とする燃料電池構成材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池構成材の製造方法に関し、特に、加水分解処理を行うことによりプロトン伝導性を発揮する電解質前駆体樹脂を用いて形成された電解質膜と、該電解質膜の周囲に形成されたシール部材とを少なくとも備えてなる燃料電池構成材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の一形態として固体高分子型燃料電池が知られている。固体高分子型燃料電池は、他の形態の燃料電池と比較して作動温度が低く（−３０℃〜１００℃程度）、低コスト、コンパクト化が可能なことから、自動車の動力源等として期待されている。
【０００３】
図４に示すように、固体高分子型燃料電池は、拡散層付き膜電極接合体（ＭＥＧＡ）４ａを主要な構成要素とし、それをガス流路５を備えたセパレータ６，６で挟持することにより、単セルと呼ばれる１つの燃料電池１０を形成している。膜電極接合体４ａは、イオン交換膜である固体電解質樹脂膜１ａの両面にアノード側およびカソード側触媒層２，２を積層した構造を持つ。触媒層２は、電解質樹脂と触媒担持導電体とを含む触媒混合物で形成される。触媒には主に白金系の金属が用いられ、該触媒を担持する導電体にはカーボン粉末が主に用いられる。通常、触媒層２の外面にカーボンペーパーまたはカーボンクロス等からなる拡散層３，３が形成される。拡散層３を除いた、固体電解質樹脂膜１ａと触媒層２との積層体を膜電極接合体（ＭＥＡ）と呼ぶ場合もある。
【０００４】
電解質膜と触媒層の積層は、例えば、シート状に作成した触媒層と電解質膜とを積層し、それを熱圧プレスすることにより行われる。しかし、一般的に用いられている電解質樹脂であるＨ型電解質樹脂（末端基が−ＳＯ３Ｈであり、プロトン伝導性を持つ）は、耐熱性が充分でなく熱劣化することから、１００℃前後の温度で熱圧プレスするようにしており、電解質膜と触媒層との間に充分な結合力が得られない不都合がある。
【０００５】
電解質膜用の樹脂および触媒層を形成する樹脂として、末端基が−ＳＯ２Ｆである電解質前駆体樹脂を用いる場合がある。電解質前駆体樹脂はＦ型電解質樹脂と通称されており、そのままではプロトン伝導性を備えないが、加水分解処理とそれに続く酸処理（以下、本発明では、双方の処理を含めて単に「加水分解処理」といっている）により側鎖末端を−ＳＯ２Ｆから−ＳＯ３Ｈに変換することでプロトン伝導性が付与される。
【０００６】
電解質前駆体樹脂であるＦ型電解質樹脂は、Ｈ型電解質樹脂と比較して熱的安定性に優れており、高い温度での熱圧プレス等が可能なことから、発電性能および耐久性に優れた膜電極接合体が得られる。その一例として、特許文献１には、電解質前駆体樹脂膜と触媒層との積層体である膜電極接合体前駆体を作り、それに加水分解処理を施して膜電極接合体とすることが記載されている。また、特許文献２には、前記加水分解処理を行った後の膜電極接合体に対して、その周囲の必要となる箇所に、ガスケットとして機能するシール部材を形成することが記載されている。
【０００７】
図３は、前記特許文献２に記載されるような方法でガスケット付きの膜電極接合体を製造する場合において、通常採用されている製造プロセスを示している。最初に、図３（ａ）に示すように、前記Ｆ型電解質樹脂からなる膜（電解質膜前駆体）２１の両面に触媒層２２を形成したＭＥＡ前駆体２０を作り、それに対して、図３（ｂ）に示すように、８０〜１３０℃である加水分解処理用流体２５を用いて加水分解処理を施す。通常、この加水分解処理には数１０分の時間を必要とする。加水分解処理により、Ｆ型電解質樹脂であった電解質膜前駆体２１はＨ型電解質樹脂からなる電解質膜２１ａとなりプロトン伝導性を備えたＭＥＡ２０ａなる。そのときに、Ｈ型電解質樹脂からなる電解質膜２１ａは加水分解処理時の吸湿により膨張するのを避けられない。
【０００８】
膨張状態にある電解質膜２１ａを持つＭＥＡ２０ａは乾燥処理されるが、そのときに、図３（ｃ）に示すように、所定寸法に規定されたクリップ２６等で周囲を押さえた状態で乾燥処理が行われ、それにより、乾燥後のＭＥＡ２０ａにおける電解質膜２１ａは所要の大きさに矯正される。さらに、その状態で、図３（ｄ）に示すように、拡散層２７が触媒層２２の上に積層されて、拡散層付き膜電極接合体（ＭＥＧＡ）２８とされる。
【０００９】
次に、図３（ｅ）に示すように、ＭＥＧＡ２８は例えば射出成形型４０にセットされ、図３（ｆ）に示すように、周囲の必要箇所に形成されたキャビティ空間４１内に、ガスケットとして機能する溶融したシール材（例えば、シリコーン樹脂のような弾性のある熱硬化性樹脂）が注入される。注入後、１３０℃で数１０分程度の加熱処理を施すことにより熱硬化性樹脂であるシール材を熱硬化させ、熱硬化後、脱型することにより、図３（ｇ）に示すように、Ｈ電解質樹脂である電解質膜２１ａの周囲にガスケットとして機能するシール部材２４を備えた燃料電池構成材３０が形成される。
【００１０】
この燃料電池構成材３０の複数枚をセパレータ（図３には示されない）を介して積層し圧締することにより、燃料電池スタックとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１１６４６６号公報
【特許文献２】特開２００２−２５５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記した従来の拡散層付き膜電極接合体（ＭＥＧＡ）の製造方法において、前記した加水分解処理の工程において数１０分程度の時間を必要とし、さらに、ＭＥＧＡの周囲の必要箇所にガスケットとして機能するシール部材を形成するときの樹脂加熱硬化工程にやはり数１０分程度の時間を必要とする。そのために、従来のＭＥＧＡの製造は長い製造時間を必要とし、時間的な観点からまた省エネルギーの観点から、改善する余地がある。
【００１３】
また、膨張状態にある電解質膜を持つＭＥＡを乾燥処理するときに、乾燥による膜の収縮を規定量に抑制するために所定寸法に規定されたクリップ等で周囲を押さえる工程が必要とされており、作業プロセス上も困難な作業を伴っている。
【００１４】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、加水分解処理を行うことによりプロトン伝導性を発揮する電解質前駆体樹脂（Ｆ型電解質樹脂）を用いて形成された電解質膜を備え、かつその周囲にシール部材を形成した燃料電池構成材を、従来の製造方法よりもより短い時間で製造することができ、かつ製造プロセスも簡素化することのできる、より改良された燃料電池構成材の製造方法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】
【００１５】
本発明による燃料電池構成材の製造方法は、加水分解処理を行うことによりプロトン伝導性を発揮する電解質前駆体樹脂を用いて形成された電解質膜と該電解質膜の周囲に形成されたシール部材とを少なくとも備えてなる燃料電池構成材の製造方法であって、前記電解質前駆体樹脂で構成される電解質膜前駆体を少なくとも備える第１部材をその周囲が固定された状態で成形型に配置した後、前記第１部材に対する前記シール部材の形成処理と前記電解質前駆体樹脂に対する加水分解処理とを前記成形型内で同時に行うことによって前記燃料電池構成材とすることを特徴とする。
【００１６】
本発明による製造方法では、電解質前駆体樹脂（Ｆ型電解質樹脂）をプロトン伝導性を有する電解質樹脂（Ｈ型電解質樹脂）に変換する加水分解処理工程と、膜の周囲の必要箇所にシール部材を形成するための熱処理との双方を成形型内で同時に行うようにしており、それにより製造に要する時間を大きく短縮することができる。また、少なくとも電解質前駆体樹脂で構成される電解質膜前駆体を含む前記第１部材を、所要の寸法にその周囲を固定した状態で型内に配置した後、前記加水分解処理と乾燥処理とを行うようにしたので、前記第１部材の寸法変化を所定値内に確実に抑制することができるとともに、従来行っていた、前記したクリップによる固定工程を省略することができる。
【００１７】
上記した本発明による燃料電池構成材の製造方法のより具体的な第１の態様では、前記成形型として、加熱手段と、前記電解質膜前駆体におけるシール部材が形成されるべき領域に対向して形成されたキャビティ空間と、前記電解質膜前駆体におけるプロトン伝導性が付与されるべき領域に加水分解処理用の流体を供与するための流体供与回路とを少なくとも備えたものを用い、前記成形型を前記加熱手段で加熱しながら、前記キャビティ空間への前記シール部材用の熱硬化性樹脂の供給と、前記流体供与回路への加水分解処理用の流体の供与とを同時に行うようにする。
【００１８】
上記した本発明による燃料電池構成材の製造方法のより具体的な第２の態様では、前記成形型として、加熱手段と、前記電解質膜前駆体におけるプロトン伝導性が付与されるべき領域に加水分解処理用の流体を供与するための流体供与回路とを少なくとも備えたものを用い、かつ、前記第１部材として少なくとも前記電解質膜前駆体におけるシール部材を形成すべき領域に前記シール部材用の熱硬化性樹脂が配置されている構成を備えたもの用い、前記成形型を前記加熱手段で加熱しながら、前記熱硬化性樹脂の硬化処理と、前記流体供与回路への加水分解処理用の流体の供与とを同時に行うようにする。
【００１９】
本発明による燃料電池構成材の製造方法において、前記第１部材としては、種々の形態のものを用いることができる。例えば、第１部材は電解質前駆体樹脂からなる電解質膜前駆体単独であってもよい。この場合に、ＭＥＧＡとするためには、燃料電池構成材とした後に、触媒層および拡散層を電解質膜の上に積層する作業が必要となる。
【００２０】
前記第１部材は、電解質前駆体樹脂を少なくとも含む触媒層を前記電解質膜前駆体に積層した形態のものであってもよい。この場合には、ＭＥＧＡとするために、燃料電池構成材とした後に、拡散層を触媒層の上に積層する作業が必要となる。
【００２１】
前記第１部材は、電解質前駆体樹脂を少なくとも含む触媒層と拡散層とを触媒層を電解質膜側として電解質膜に積層した形態のものであってもよい。この態様では、拡散層は通常高い撥水性を備える材料で作られることから、加水分解処理用の加熱水が拡散層を通過して触媒層および電解質前駆体樹脂からなる電解質膜前駆体まで到達しにくくなることが起こりうる。そのために、この態様では、好ましくは、前記電解質前駆体樹脂として予めアルカリ金属水酸化物を混合または配置してなる電解質前駆体樹脂を用いるとともに、前記加水分解処理用の流体として過熱水蒸気を用いることが推奨される。
【００２２】
上記の態様では、高い撥水性を備える材料で拡散層が作られていても、ガス状態である過熱水蒸気は容易にそこを通過できること、および、拡散層を通過した過熱水蒸気は凝縮し、凝縮した水が予め混合または配置したアルカリ金属水酸化物を溶解し、局所的に高温かつ高濃度のアルカリ水溶液を発生させ、発生したアルカリ水溶液によって電解質前駆体樹脂に対する加水分解処理が進行することから、加水分解処理を迅速に進行させることができる。
【００２３】
なお、前記したように、本発明において「加水分解処理」とは、電解質前駆体樹脂における末端基、例えば、−ＳＯ２Ｆを−ＳＯ３Ｎａあるいは−ＳＯ３Ｋに置換するアルカリ処理と、置換された−ＳＯ３Ｎａあるいは−ＳＯ３Ｋをさらに−ＳＯ３Ｈに置換する酸処理の双方を含むものとして用いている。
【００２４】
さらに、本発明において、前記電解質前駆体樹脂で構成される電解質膜前駆体は、延伸したＰＴＦＥ膜のような多孔性膜を補強膜として備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、加水分解処理を行うことによりプロトン伝導性を発揮する電解質前駆体樹脂（Ｆ型電解質樹脂）を用いて作られた電解質膜を備え、かつその周囲にシール部材を形成してなる燃料電池構成材を、従来の製造方法よりもより短い時間で製造することができる。また、製造プロセスも簡素化することができる。それにより、燃料電池構成材ひいては燃料電池の生産性の向上およびコスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による燃料電池構成材の製造方法の第１の形態をその工程とともに説明する概略図。
【図２】本発明による燃料電池構成材の製造方法の第２の形態をその工程とともに説明する概略図。
【図３】ガスケット付きの膜電極接合体を製造する場合の従来例を説明する図。
【図４】固体高分子型燃料電池を説明するための概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態に基づき説明する。
【００２８】
［第１の形態］
図１を参照して本発明による燃料電池構成材の製造方法の第１の形成を説明する。図１（ａ）は、ここで用いる第１部材５０を示す。第１部材５０は、電解質前駆体樹脂（以下、「Ｆ型電解質樹脂」という）からなる電解質膜前駆体５１と、その両側に積層されたＦ型電解質樹脂と触媒担持導電体とを含む触媒混合物からなる触媒層５２，５２と、前記触媒層５２，５２の外側面に積層されたカーボンペーパーまたはカーボンクロス等からなる拡散層５３，５３が積層されて構成されている。
【００２９】
この例において、電解質膜前駆体５１を構成するＦ型電解質樹脂および触媒層５２に含まれるＦ型電解質樹脂には、必須ではないが、ＮａＯＨあるいはＫＯＨのようなアルカリ金属水酸化物が混合されている。電解質膜前駆体５１の場合には、アルカリ金属水酸化物が混合したＦ型電解質樹脂を用いるのではなく、Ｆ型電解質樹脂を用いて膜を作った後に、その上や周囲にアルカリ金属水酸化物を配置した構成であってもよい。また、拡散層５３，５３には、従来知られた手法により撥水処理が施されていてもよい。
【００３０】
上記の第１部材５０を成形型６０に取り付ける。図１（ｂ）に示すように、成形型６０は、第１部材５０の周囲の適宜箇所にガスケットとして機能するシール部材５５を形成するための適宜形状のキャビティ空間６１と、該キャビティ空間６１内にシール材を供給するための供給孔６２を備える。第１部材５０を成形型６０内の適正位置にセットしたときに、第１部材５０に形成した前記触媒層５２の外周縁に沿うこととなる位置には、区画壁６３が立設されており、第１部材５０を成形型６０にセットしたときに、電解質膜前駆体５１は前記区画壁６３の下端部によって両面から挟持される。それにより、第１部材５０は成形型６０内の適正位置に自由には移動しない状態で位置決めされる。キャビティ空間６１は前記区画壁６３の外側に形成される。
【００３１】
成形型６０の前記区画壁６３に囲まれた内側領域は加水分解処理用の流体が通過できる流体用空間６４とされており、前記流体用空間６４の一方の偶部近傍には流体入り口６５が、流体用空間６４の前記流体入り口６５に対向する偶部近傍には流体出口６６が形成されている。この構成が、本発明でいう「流体供与回路」の一例を構成する。また、特に図示しないが、成形型６０には、キャビティ空間６１および流体用空間６４を所要温度に加熱するための例えばヒータである加熱手段が取り付けられる。
【００３２】
製造開始に当たり、図１（ｃ）に示すように、一対の成形型６０，６０によって、その所定位置に前記第１部材５０を挟持する。前記したように、それにより、第１部材５０は区画壁６３によって移動が阻止された状態で、一対の成形型６０，６０内にセットされる。この後、前記供給孔６２からキャビティ空間６１内に、熱硬化後にガスケットとして機能するシール材として、液状の熱硬化性樹脂（例えばシリコーン樹脂）５４を注入する。また、熱硬化性樹脂５４の注入と平行して、前記流体入り口６５から流体用空間６４内に加水分解処理用の流体７０を連続的に送り込み、流体用空間６４を通過した流体７０を前記流体出口６６から排出する。
【００３３】
キャビティ空間６１内に注入された熱硬化性樹脂は、所定時間経過後に熱硬化してシール部材５５となる。また、ほぼ同じ時間にわたり流体７０を流体用空間６４に送り込むことにより、第１部材５０で用いられたＦ型電解質樹脂、すなわち電解質膜前駆体５１を構成するＦ型電解質樹脂と触媒層５２に混入されているＦ型電解質樹脂の加水分解処理が進行して、プロトン伝導性を備えたＨ型電解質樹脂に変換する。前記したように、ここでの加水分解処理には、加水分解処理とそれに続く酸処理が含まれる。その後、必要に応じて乾燥処理を行った後、脱型することで、図１（ｄ）に示すように、本発明による燃料電池構成材Ａとされる。
【００３４】
本発明による製造方法によれば、キャビティ空間６１内に注入した熱硬化性樹脂が熱硬化に要する時間と、Ｆ型電解質樹脂の加水分解処理が進行してＨ型電解質樹脂に変換する時間とを、樹脂材料の選択、および加水分解用の流体７０の組成、温度、流量等の選択を適宜行うことによって、ほぼ同じ時間とすることもでき、製造時間の短縮が可能となる。また、その間、成形型６０の加熱は連続して行われるので、従来の加水分解処理とシール材の熱硬化とを別々に行う場合と比較して、熱エネルギーも節減することができる。
【００３５】
また、Ｈ型電解質樹脂に変換した膜（電解質膜）５１は、加水分解時の水分の吸収により膨張し、乾燥処理時に収縮しようとする。しかし、本発明による製造方法では、前記のように、第１部材５０は当初から自由に挙動できないように拘束された状態で、所要寸法となるように成形型６０によって支持されており、その状態は脱型するまで維持される。そのために、所期どおりの寸法の燃料電池構成材Ａを容易に得ることができ、得られた燃料電池構成材Ａを用いて形成した膜電極接合体は、発電する面積精度がきわめて良いために、セル間での出力バラツキを抑え込むことができる。
【００３６】
なお、上記第１の形態において、Ｆ型電解質樹脂が撥水性であることに加えて、第１部材５０が撥水性に富んだ拡散層５３を備えていることから、加水分解用の流体７０として単にアルカリ水溶液を用いる場合には、アルカリ水溶液の内部への浸透速度が遅くなり、加水分解処理に要する時間が長時間となる。それを回避するために、上記第１の形態では、ＮａＯＨあるいはＫＯＨのようなアルカリ金属水酸化物が拡散層の内側にあらかじめ配置されると共に、加水分解処理用の流体７０として、過熱水蒸気を用いることはきわめて好ましい態様となる。
【００３７】
その理由は、ガス状態である過熱水蒸気は撥水性材料（例えば、拡散層５３，および触媒層５２に含まれるＦ型電解質樹脂等）を容易に通過できることに加え、過熱水蒸気が凝縮し、凝縮した水が予め混合または配置したアルカリ金属水酸化物を溶解し、局所的に高温かつ高濃度のアルカリ水溶液を発生させることによる。
【００３８】
より具体的には、Ｆ型電解質樹脂に以下の反応が起こり、電解質膜前駆体の末端基が−ＳＯ３Ｎａに変化する。
【００３９】
−ＳＯ２Ｆ  ＋  ２ＮａＯＨ  →  −ＳＯ３Ｎａ  ＋  ＮａＦ  ＋Ｈ２Ｏ
【００４０】
アルカリ処理の終了後、酸処理を行う。酸処理は、過熱水蒸気とＨＣｌの混合ガスを１２０℃〜１３０℃程度に過熱し、それを流体用空間６４に送給する。それにより、過熱混合ガスは、拡散層５３を通り抜けて、触媒層５２および電解質膜前駆体５１にまで達し、水蒸気は凝縮水となる。そして、凝縮水中にＨＣｌが溶けて局所的に高温高濃度のＨＣｌ水溶液が発生する。その結果、電解質膜前駆体５１および触媒層５２内で以下の反応が起こり、前記した末端基が−ＳＯ３Ｈが変換され、Ｆ型電解質樹脂はプロトン伝導性を得て、Ｈ型電解質樹脂となる。
【００４１】
−ＳＯ３Ｎａ  ＋  ＨＣｌ  →  −ＳＯ３Ｈ  ＋ＮａＣｌ
【００４２】
なお、アルカリ金属水酸化物が混合したＦ型電解質樹脂を用いるとともに、加水分解処理用の流体７０として過熱水蒸気を用いるようにした膜電極接合体の製造方法は、本出願人の出願にかかる特願２００７−３１５９２３号に詳細に記載されており、該出願の内容も本発明の開示の一部として含まれる。
【００４３】
［第１の形態の変形例−その１］
第１部材として、拡散層５３を積層しないものを用いることもできる。この場合には、従来知られた加水分解処理法によって、Ｆ型電解質樹脂をＨ型電解質樹脂に変換しやすくなる。従って、この態様では、アルカリ金属水酸化物を含まない電解質膜前駆体５１を用い、また、加水分解処理用の流体７０としてアルカリ水溶液を用いても、本発明による製造方法を実施することができる。ただし、この態様による場合には、ＭＥＧＡを得るのに、製造された本発明による燃料電池構成材に対して、後作業で拡散層を積層する工程が必要となる。
【００４４】
［第１の形態の変形例−その２］
第１部材として、拡散層５３および触媒層５２を積層しないもの、すなわちＦ型電解質樹脂からなる電解質膜前駆体５１単独のものを用いることもできる。この場合にも、従来知られた加水分解処理によってＦ型電解質樹脂をＨ型電解質樹脂に容易に変換することができる。ただし、この態様による場合には、ＭＥＧＡを得るのに、製造された本発明による燃料電池構成材に対して、後作業で触媒層と拡散層を積層する工程が必要となる。
【００４５】
［第２の形態］
図２を参照して本発明による燃料電池構成材の製造方法の第２の態様を説明する。図２（ａ）に示すように、ここで用いる第１部材５０は、第１の形態で用いた第１部材５０と同じものであり、同じ符号を付して説明は省略する。
【００４６】
この例では、図１（ａ）に示す第１部材５０における発電領域に対向する部分にガス流路８１を有するセパレータ部材８０（図２（ｂ）参照）が用いられる。前記セパレータ部材８０には、酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給ための供給口８２と、ガス流路８１を通過した酸化剤ガスまたは燃料ガスを排出するための排出口８３が備えられる。さらに、セパレータ部材８０には、セパレータ部材８０を第１部材５０に対して適正位置に配置したときに、第１部材５０に形成した前記触媒層５２の外周縁に沿うこととなる位置に区画壁８４が形成されており、２枚のセパレータ部材８０で第１部材５０を挟持したときに、前記区画壁６３の下端部によって前記電解質膜前駆体５１は挟持される。
【００４７】
セパレータ部材８０の前記区画壁８４の外側は段差部８５とされており、その段差部８５は、未硬化であり接着性のある熱硬化性樹脂（例えば、シリコーン樹脂）８６を塗布配置するのに用いられる。
【００４８】
製造に当たり、最初に、図２（ｂ）に示すように、前記段差部８５に熱硬化性樹脂８６を塗布した状態の２枚のセパレータ部材８０を、そのガス流路８１側が第１部材５０側となるようにして所定の位置に配置し、２枚のセパレータ部材８０によって第１部材５０を軽く圧接した状態とする。それにより、前記段差部８５に塗布した熱硬化性樹脂８６は、電解質膜前駆体５１に接触した状態となる。
【００４９】
２枚のセパレータ部材８０で挟持した第１部材５０の両面を、成形型９０、９０で挟み込み軽く圧締する。この例において、成形型９０は実質的に平板状の加熱板であり、セパレータ部材８０で挟持された第１部材５０を適正位置に挟み込んだ状態で、セパレータ部材８０の前記供給口８２および排出口８３に対向する位置には、流体入り口９１および流体出口９２が形成されている。また、成形型９０、９０での圧締により、セパレータ部材８０に形成した前記区画壁６３の下端部による電解質膜前駆体５１の挟持圧は高いものとなり、第１部材５０の自由移動は確実に阻止される。
【００５０】
その状態で、図２（ｃ）に示すように、前記供給孔９１から加水分解処理用の流体７０を所要時間にわたって連続的に送り込む。流体７０はセパレータ部材８０の前記供給口８２からガス流路８１内に流入し、そこを通過して排出口８３に至り、成形型９０の流体出口９２から排出する。この流路が、本発明でいう「流体供与回路」の一例を構成する。
【００５１】
その過程で、セパレータ部材８０の前記段差部８５に塗布した熱硬化性樹脂８６は、電解質膜前駆体５１に接触した状態で熱硬化し、電解質膜前駆体５１と一体化したシール部材８７となる。また、ほぼ同じ時間にわたり流体７０を送り込むことにより、第１部材５０で用いられたＦ型電解質樹脂、すなわち電解質膜前駆体５１を構成するＦ型電解質樹脂と触媒層５２に混入されているＦ型電解質樹脂の加水分解処理が進行して、プロトン伝導性を備えたＨ型電解質樹脂に変換する。その後、脱型することにより、図２（ｄ）に示すように、本発明による燃料電池構成材Ａ１とされる。この燃料電池構成材Ａ１は、そのままの形態で燃料電池セルあるいは燃料電池スタックとして組み付けることができる。
【００５２】
この形態による製造方法でも、セパレータ部材８０の前記段差部８５に塗布した熱硬化性樹脂８６が熱硬化に要する時間と、Ｆ型電解質樹脂の加水分解処理が進行してＨ型電解質樹脂に変換する時間とを、樹脂材料の選択、および加水分解用の流体７０の組成、温度、流量等の選択を適切に行うことによって、ほぼ同じ時間とすることにより、製造時間の短縮が可能となる。また、その間、成形型９０の加熱は連続して行われるので、従来の加水分解処理とシール材の熱硬化とを別々に行う場合と比較して、熱エネルギーも節減することができる。
【００５３】
なお、第２の形態において、前記電解質前駆体樹脂として予めアルカリ金属水酸化物を混合または配置してなる電解質前駆体樹脂を用い、前記加水分解処理用の流体として過熱水蒸気を用いることは、第１の形態の場合と同様に、好ましい。用いる場合の具体的内容は、第１の形態の場合と同じであってよく、ここでの説明は省略する。
【符号の説明】
【００５４】
Ａ、Ａ１…燃料電池構成材、
５０…第１部材、
５１…電解質前駆体樹脂（Ｆ型電解質樹脂）からなる電解質膜前駆体、
５２…触媒層、
５３…拡散層、
５４…溶融した熱硬化性樹脂、
５５…ガスケットとして機能するシール部材、
６０…成形型、
６１…キャビティ空間、
６２…シール材の供給孔、
６３…区画壁、
６４…流体用空間、
６５…流体入り口、
６６…流体出口、
７０…加水分解処理用の流体、
８０…セパレータ部材、
８１…ガス流路、
８２…供給口、
８３…排出口、
８４…区画壁、
８５…段差部、
８６…熱硬化性樹脂、
８７…シール部材、
９０…成形型、
９１…流体入り口、
９２…流体出口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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