(57)【要約】【課題】少ない部品数や工数で電解質膜の端部をガスケットで封止した膜電極接合体を提供することを目的とする。【解決手段】電解質膜２１と、電解質膜２１を挟持した一対の触媒層２２ａ、２２ｂと、一対の触媒層２２ａ、２２ｂを挟持した一対のガス拡散層２９ａ、２９ｂと、電解質膜２１の周囲に配置したガスケット２５とを備える膜電極接合体で２０あって、ガスケット２５が、単一のフィルムまたはシートからなり、ガスケット２５が、電解質膜２１および一対の触媒層２２ａ、２２ｂの周囲を囲んだ形状を有している。【選択図】図３
2014235963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜を挟持した一対の触媒層と、前記一対の触媒層を挟持した一対のガス拡散層と、前記電解質膜の周囲に配置したガスケットとを備える膜電極接合体であって、
前記ガスケットが、単一のフィルムまたはシートからなり、
前記ガスケットが、前記電解質膜および前記一対の触媒層の周囲を囲んだ形状を有していることを特徴とする膜電極接合体。
【請求項２】
前記電解質膜および前記一対の触媒層が、略同じ幅寸法の形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の膜電極接合体。
【請求項３】
前記電解質膜および前記一対の触媒層と対向する前記ガスケットの内側の端部と、前記ガスケットと対向する前記電解質膜および前記一対の触媒層の端部とが、粘着層または接着層を介して密着していることを特徴とする請求項１または２に記載の膜電極接合体。
【請求項４】
前記一対のガス拡散層が、前記電解質膜および前記一対の触媒層の幅寸法よりも大きい形状を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の膜電極接合体。
【請求項５】
前記一対のガス拡散層と、前記ガスケットとが、粘着層または接着層を介して密着していることを特徴とする請求項４に記載の膜電極接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池における膜電極接合体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素などの燃料と酸素などの酸化剤を反応させ、これに伴う化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する燃料電池は、電解質の種類によってアルカリ形、リン酸形、固体高分子形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形などに分類される。固体高分子形燃料電池（ｐｏｌｙｍｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ；ＰＥＦＣ）は、他の燃料電池と比べて起動までの時間が短く、また、低温作動が可能で高出力密度であり、小型化・軽量化が可能であることから、携帯用電源、家庭用電源、車載用動力源としての応用が期待されている。
【０００３】
固体高分子形燃料電池は、膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ；ＭＥＡ）と呼ばれる、電解質膜の両面に一対の電極触媒層を配置させた接合体を、前記電極触媒層の一方に水素を含有する燃料ガスを供給し、前記電極触媒層の他方に酸素を含む酸化剤ガスを供給するためのガス流路を形成した一対のセパレータ板で挟持した電池である。この一対のセパレータ板で挟持した電池を単電池セルと呼ぶ。
【０００４】
膜電極接合体には、ガスケットが含まれる場合がある。膜電極接合体の一部を構成するガスケットには、電解質膜を支持し、酸素および水素のリークの抑制と電解質膜の湿度維持に寄与することが求められている。プロセスコストの観点から、部品数が少なく組み立てが容易な膜電極接合体が望まれており、積層プロセスが可能な膜電極接合体は、製造上有利である。
【０００５】
固体高分子形燃料電池は、出力密度の増大と燃料電池全体のコンパクト化を目的として、単電池セルを複数枚積層（スタック）して用いられる。スタックする枚数は、必要な電力により異なり、一般的な携帯電気機器のポータブル電源では数枚から１０枚程度、コジェネレーション用定置型電気および温水供給機では６０枚から９０枚程度、自動車用途では２５０枚から４００枚程度である。高出力化をするためにはスタック枚数を増やすことが必要となるため、単電池セルのコストが燃料電池全体のコストに大きく影響する。また、プロセスコストの観点から、部品数が少なく組み立てが容易な膜電極接合体が固体高分子形燃料電池に望まれている。
【０００６】
従来の膜電極接合体では、膜の保護あるいは水素リークの抑制のために、膜の端部を封止した構造をとる（例えば、特許文献１）。樹脂モールドは、膜電極接合体を形成した後、射出成形といった工法により、エラストマーのような液状シーリング材を用いて、電解質膜の端部の周縁部を包み込むことで封止する。
【０００７】
また、上記の封止形態と異なる他の電解質膜の端部の封止法も知られている（例えば、特許文献２）。ガスケット上に、両端に溶着層を備える補強シートを形成し、膜電極接合体と溶着させることで電解質膜の端部の封止を果たしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−９２９２４号公報
【特許文献２】特開２００９−８１１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、樹脂モールドに用いられるエラストマーは、ガスケットとしては高価であり、さらに、電解質膜の周辺部を包み込むようにガスケットを配置するためには、射出成形等といった工程をとる必要があるため、大量生産には不向きである。
【００１０】
また、フィルム状のガスケットに溶着層を形成する工法では、ガスケットの他に補強シートおよび溶着層が必要であり、部品数の増加が避けられないため、プロセスコストの観点から不利である。
【００１１】
このように、従来の膜電極接合体における電解質膜の端部の封止には部品数が多い、組み立てが複雑、価格が高い、大量生産には不向きという問題点があり、これらの問題点を解決することが課題であった。
【００１２】
そこで、本発明は、少ない部品数や工数で電解質膜の端部をガスケットで封止した膜電極接合体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】
【００１３】
上記の課題を解決するための手段として、本発明の一態様は、電解質膜と、前記電解質膜を挟持した一対の触媒層と、前記一対の触媒層を挟持した一対のガス拡散層と、前記電解質膜の周囲に配置したガスケットとを備える膜電極接合体であって、前記ガスケットが、単一のフィルムまたはシートからなり、前記ガスケットが、前記電解質膜および前記一対の触媒層の周囲を囲んだ形状を有していることを特徴とする膜電極接合体である。
【００１４】
また、前記電解質膜および前記一対の触媒層が、略同じ幅寸法の形状を有していることを特徴とする。
【００１５】
また、前記電解質膜および前記一対の触媒層と対向する前記ガスケットの内側の端部と、前記ガスケットと対向する前記電解質膜および前記一対の触媒層の端部とが、粘着層または接着層を介して密着していることを特徴とする。
【００１６】
また、前記一対のガス拡散層が、前記電解質膜および前記一対の触媒層の幅寸法よりも大きい形状を有していることを特徴とする。
【００１７】
また、前記一対のガス拡散層と、前記ガスケットとが、粘着層または接着層を介して密着していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、１枚のガスケットだけで、露出される電解質膜の端部を封止し、ガスリーク防止に優れた膜電極接合体を提供することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、電解質膜と、電解質膜を挟持した一対の触媒層が同じ幅寸法で露出される電解質膜の端部を封止することができるため、膜電極接合体を簡易且つ安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】固体高分子形燃料電池の単電池セルの概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の概略上面図である。
【図３】本発明の第一の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の概略断面図である。
【図４】本発明の第二の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【００２２】
＜固体高分子形燃料電池について＞
本発明の実施形態について説明する前に、本発明に関連する固体高分子形燃料電池について、図１を参照してまず説明する。
図１に示すように、固体高分子形燃料電池の単電池セル１００は、膜電極構造合体１０と、この膜電極接合体１０を挟持する一対のセパレータ１７とを備える。膜電極接合体１０は、電解質膜１１の一方の面に、アノード側触媒層１２ｂと、アノード側ガス拡散層１３ｂと、アノード側ガスケット層１６ｂとを備え、他方の面に、カソード側触媒層１２ａと、カソード側ガス拡散層１３ａと、カソード側ガスケット層１６ａとを備えている。
【００２３】
すなわち、図１に示す固体高分子形燃料電池の単電池セル１００は、電解質膜１１（主にフッ素系電解質膜や炭化水素電解質膜からなる）を、それぞれカーボンブラック粒子に触媒物質（主として白金（Ｐｔ）あるいは他の金属（例えばルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）等）を担持したカソード側触媒層１２ａとアノード側触媒層１２ｂとで挟持し、このカソード側触媒層１２ａとアノード側触媒層１２ｂとをそれぞれカソード側ガス拡散層１３ａとアノード側ガス拡散層１３ｂで挟持してカソード１４およびアノード１５とし、ガスのシールの機能を有するカソード側ガスケット層１６ａとアノード側ガスケット層１６ｂにて膜電極接合体１０を構成している。そして、膜電極接合体１０を一組のセパレータ１７により挟持して単電池セル１００が構成される。
【００２４】
＜膜電極接合体について＞
次に、本発明の第一の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体２０およびその製造方法について、図２、３を用いて詳細に説明する。
【００２５】
図２は、本発明の第一の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体２０の概略上面図であり、図３は、本発明の第一の実施形態に係る膜電極接合体２０のＩ−Ｉ線に沿った概略断面図である。
図３に示すように、本発明の第一の実施形態に係る膜電極接合体２０は、電解質膜２１と、この電解質膜２１の一方の面（図３において上面）に配置されたカソード側触媒層２２ａおよびカソード側ガス拡散層２９ａと、電解質膜２１の他方の面（図３において下面）に配置されたアノード側触媒層２２ｂおよびアノード側ガス拡散層２９ｂとを備える。図２、３に示すように、これら電解質膜２１、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂ，カソード側ガス拡散層２９ａ、アノード側ガス拡散層２９ｂの周囲には、１枚のガスケット２５が配置されている。
【００２６】
ここで、電解質膜２１は、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂ、カソード側ガス拡散層２９ａおよびアノード側ガス拡散層２９ｂと略同じ大きさに形成されている。すなわち、電解質膜２１と、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂ、カソード側ガス拡散層２９ａおよびアノード側ガス拡散層２９ｂとが、略同じ幅寸法の形状を有している。そして、ガスケット２５は、電解質膜２１、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂ、カソード側ガス拡散層２９ａおよびアノード側ガス拡散層２９ｂの周囲を囲んだ形状を有している。このような構成を備える膜電極接合体２０は、継ぎ目のない１枚のガスケットで封止できることから、ガスリークの抑制に顕著な効果を示す。なお、電解質膜２１と、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂ、カソード側ガス拡散層２９ａおよびアノード側ガス拡散層２９ｂとの大きさの関係は、完全に同一の大きさでなくてもよく、ガスケット２５が、電解質膜２１、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂ、カソード側ガス拡散層２９ａおよびアノード側ガス拡散層２９ｂのすべての周囲を囲むことができれば、大きさが多少ずれていてもよい。
【００２７】
また、電解質膜２１、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂ、カソード側ガス拡散層２９ａおよびアノード側ガス拡散層２９ｂと対向するガスケット２５の内側の端部と、ガスケット２５と対向する電解質膜２１、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂ、カソード側ガス拡散層２９ａおよびアノード側ガス拡散層２９ｂの端部とが、粘着層または接着層２７を介して隙間なく密着していることが好ましい。これにより、電解質膜をより強固に支持することができる。
【００２８】
＜触媒層およびガス拡散層の形成について＞
最初に、電解質膜２１上にカソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂを形成する。カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂを形成するにあたっては、まず、高分子電解質と、触媒物質と、触媒物質を担持するカーボン担体と、分散媒とを含むインクを調製する。調製された触媒インクを、ドクターブレード法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、スプレー法などの塗布法、噴霧法を用い電解質膜２１上に塗布することで、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂを形成する。また、転写基材を用いて転写基材上に触媒インクを塗布し、転写基材上に触媒層を一旦形成した後に、転写法により電解質膜２１上にカソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂを形成してもよい。
【００２９】
次に、形成したカソード側触媒層２２ａおよびアノード側触媒層２２ｂの外側に、それぞれカソード側ガス拡散層２９ａおよびアノード側ガス拡散層２９ｂを配置した後、電解質膜２１、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂ、カソード側ガス拡散層２９ａおよびアノード側ガス拡散層２９ｂが略同じ幅寸法の形状になるように、電解質膜２１、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂ、カソード側ガス拡散層２９ａおよびアノード側ガス拡散層２９ｂの接合体を所望の大きさの形状に打ち抜く。
【００３０】
＜ガスケットの形成について＞
最後に、所望の大きさの開口部を有する例えばフィルム状のガスケット２５を前記接合体の周囲に配置する。必要に応じて、電解質膜２１、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂ、カソード側ガス拡散層２９ａおよびアノード側ガス拡散層２９ｂと対向するガスケット２５の内側の端部と、ガスケット２５と対向する電解質膜２１、カソード側触媒層２２ａ、アノード側触媒層２２ｂ、カソード側ガス拡散層２９ａおよびアノード側ガス拡散層２９ｂの端部との間に、粘着材料または接着材料を充填し、粘着層または接着層を形成してもよい。
【００３１】
次に、本発明の第二の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体３０およびその製造方法について、図４を用いて詳細に説明する。
【００３２】
図４は、本発明の第二の実施形態に係る固体高分子形燃料電池における膜電極接合体３０の概略断面図である。
図４に示すように、本発明の第二の実施形態に係る膜電極接合体３０は、電解質膜３１と、この電解質膜３１の一方の面（図４において上面）に配置されたカソード側触媒層３２ａおよびカソード側ガス拡散層３９ａと、電解質膜３１の他方の面（図３において下面）に配置されたアノード側触媒層３２ｂおよびアノード側ガス拡散層３９ｂとを備える。図４に示すように、これらのうち電解質膜３１、カソード側触媒層３２ａ、アノード側触媒層３２ｂの周囲には、１枚のガスケット３５が配置されている。
【００３３】
ここで、電解質膜３１は、カソード側触媒層３２ａおよびアノード側触媒層３２ｂと略同じ大きさに形成されている。すなわち、電解質膜３１と、カソード側触媒層３２ａおよびアノード側触媒層３２ｂとが、略同じ幅寸法の形状を有している。そして、ガスケット３５は、電解質膜３１、カソード側触媒層３２ａ、アノード側触媒層３２ｂの周囲を囲んだ形状を有している。このような構成を備える膜電極接合体３０は、継ぎ目のない１枚のガスケットで封止できることから、ガスリークの抑制に顕著な効果を示す。することができる。なお、電解質膜３１と、カソード側触媒層３２ａおよびアノード側触媒層３２ｂとの大きさの関係は、完全に同一の大きさでなくてもよく、ガスケット３５が、電解質膜３１、カソード側触媒層３２ａ、アノード側触媒層３２ｂのすべての周囲を囲むことができれば、大きさが多少ずれていてもよい。
【００３４】
また、カソード側ガス拡散層３９ａおよびアノード側ガス拡散層３９ｂは、少なくとも電解質膜３１、カソード側触媒層３２ａおよびアノード側触媒層３２ｂの幅寸法よりも大きい形状を有していることが好ましい。これにより、触媒層端部へのガス拡散性が向上でき、また、触媒層に対する積層位置精度の要求を緩和することができる。
【００３５】
また、カソード側ガス拡散層３９ａおよびアノード側ガス拡散層３９ｂと、ガスケット３５とが、粘着層または接着層３７ａ、３７ｂを介して隙間なく密着していることが好ましい。さらには、電解質膜３１、カソード側触媒層３２ａおよびアノード側触媒層３２ｂと対向するガスケット３５の内側の端部と、ガスケット３５と対向する電解質膜３１、カソード側触媒層３２ａおよびアノード側触媒層３２ｂの端部とが、粘着層または接着層３７ｃを介して隙間なく密着していることが好ましい。これにより、電解質膜をより強固に支持することができる。
【００３６】
＜触媒層の形成について＞
最初に、電解質膜３１上にカソード側触媒層３２ａ、アノード側触媒層３２ｂを形成する。カソード側触媒層３２ａ、アノード側触媒層３２ｂを形成するにあたっては、まず、高分子電解質と、触媒物質と、触媒物質を担持するカーボン担体と、分散媒とを含むインクを調製する。調製された触媒インクを、ドクターブレード法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、スプレー法などの塗布法、噴霧法を用い電解質膜３１上に塗布することで、カソード側触媒層３２ａ、アノード側触媒層３２ｂを形成する。また、転写基材を用いて転写基材上に触媒インクを塗布し、転写基材上に触媒層を一旦形成した後に、転写法により電解質膜３１上にカソード側触媒層３２ａ、アノード側触媒層３２ｂを形成してもよい。
【００３７】
次に、電解質膜３１、カソード側触媒層３２ａおよびアノード側触媒層３２ｂが略同じ幅寸法の形状になるように、電解質膜３１、カソード側触媒層３２ａおよびアノード側触媒層３２ｂの接合体を所望の大きさの形状に打ち抜く。
【００３８】
＜ガス拡散層およびガスケットの形成について＞
次に、所望の大きさの開口部を有する例えばフィルム状のガスケット３５に粘着材料または接着材料を塗布し、カソード側ガス拡散層３９ａに貼り付ける。続いて、前記接合体をガスケット３５の開口部に配置する。必要に応じて、電解質膜３１、カソード側触媒層３２ａおよびアノード側触媒層３２ｂと対向するガスケット３５の内側の端部と、ガスケット３５と対向する電解質膜３１、カソード側触媒層３２ａおよびアノード側触媒層３２ｂの端部との間に、粘着材料または接着材料を充填し、粘着層または接着層を形成してもよい。
最後に、ガスケット３５の上部に粘着材料または接着材料を塗布し、アノード側ガス拡散層３９ｂを貼り付ける。
【００３９】
＜電解質膜について＞
本実施形態で用いられる電解質膜２１、３１は、固体高分子形燃料電池に一般的に用いられるものでよい。例えば、フッ素系電解質膜や炭化水素電解質膜が好適に使用でき、特にフッ素系電解質膜が望ましい。フッ素系高分子電解質膜としては、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、デュポン社製）、Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標、旭硝子株式会社製）、Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標、旭化成株式会社製）、Ｇｏｒｅ  Ｓｅｌｅｃｔ（登録商標、ゴア社製）等を用いることができる。炭化水素系高分子電解質膜としては、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等の電解質膜を用いることができる。
【００４０】
＜触媒層について＞
カソード側触媒層２２ａ、３２ａアノード側触媒層２２ｂ、３２ｂについても、固体高分子形燃料電池に一般的に用いられるものでよい。例えば、白金または白金と他の金属（例えばルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）等）との合金の微粒子（平均粒径は１０ｎｍ以下が好ましい）が、表面に担持されたカーボンブラックなどの導電性炭素微粒子（平均粒径は２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度が好ましい）と、パーフルオロスルホン酸樹脂溶液などの高分子溶液とが、適当な溶剤（エタノールなど）中で均一に混合されたインクにより作製されるものが使用できる。
【００４１】
導電性炭素微粒子の粒径は、小さすぎると電子伝導パスが形成されにくくなる。また、大きすぎると触媒層のガス拡散性の低下や、触媒の利用率の低下が起こる恐れがある。そのため、導電性炭素微粒子の粒径は２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度が好ましい。適当な溶媒としては、高分子電解質と触媒物質を溶解又は分散できるものであればよいが、常温または加熱により蒸発させて除去しやすいものが好ましい。例えば、沸点が２００℃以下の溶媒であることが好ましい。
【００４２】
＜ガスケットについて＞
ガスケット２５、３５は、固体高分子形燃料電池に一般的に用いられるものでよい。例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＳＰＳ（シンジオタクチックポリスチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＩ（ポリイミド）等が使用できる。また、ガスケット２５、３５は、単一のフィルムまたはシートであることが好ましい。ただし、必要に応じて、複数の層を重ね合わせたフィルムまたはシートを単一のフィルムまたはシートとしてガスケット２５、３５に採用してもよい。
【００４３】
＜粘着層または接着層について＞
ガスケット２５、３５は、粘着層または接着層２７、３７ａ、３７ｂ、３７ｃを用いて、電解質膜２１、３１、カソード側触媒層２２ａ、３２ａアノード側触媒層２２ｂ、３２ｂおよびカソード側ガス拡散層２９ａ、３９ａアノード側ガス拡散層２９ｂ、３９ｂの端部または表面に配置されている。なお、粘着層または接着層２７、３７ａ、３７ｂ、３７ｃは、必要に応じて用いられる。
粘着層または接着層２７、３７ａ、３７ｂ、３７ｃを形成する際に用いる粘着材料および接着材料としては、主鎖骨格がポリシロキサン骨格やポリエーテル骨格、フルオロエーテル骨格、ポリオレフィン骨格等の材料が使用できる。また、電解質膜２１、３１の周囲に配置されることから、粘着層または接着層２７、３７ｃに含まれる溶媒によって電解質膜２１、３１が膨潤することを避けるために、粘着層または接着層２７、３７ｃは、無溶媒系であることが望ましい。
【００４４】
＜ガス拡散層について＞
カソード側ガス拡散層２９ａ、３９ａ、アノード側ガス拡散層２９ｂ、３９ｂについて、少なくともガス透過性（通気性）と導電性を有するものであれば固体高分子形燃料電池に一般的に用いられるものでよい。例えば、炭素材料によって構成された織布、不織布（炭素繊維を交絡させることによって得られるフェルト等）、ペーパー類（カーボンペーパー等）等が汎用される。
【実施例】
【００４５】
以下に、具体的な実施例により、本実施形態の固体高分子形燃料電池の膜電極接合体およびその製造方法を説明する。なお、後述する実施例は本発明の一実施形態の実施例であり、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
【００４６】
白金触媒を担持したカーボン、パーフルオロカーボンスルホン酸（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社製、商品名Ｎａｆｉｏｎ溶液）、および、スルホン酸基が導入された無定形炭素を溶媒（水、１−プロパノ−ル、２−プロパノ−ル＝１：１：１（体積比））中で混合し、遊星型ボールミル（ＦＲＩＴＳＣＨ社製、Ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ７）（ボールミルのポット、ボールはジルコニア製）を用いて分散処理を行った。触媒インク中の固形分含有量は１０重量％であった。
【００４７】
転写基材上に触媒インクを塗布、乾燥し、電極触媒層を形成した。このとき、単位面積あたりの電極触媒層のＰｔ（白金）質量が０．４ｍｇ／ｃｍ２となるように電極触媒層形成した。
【００４８】
続いて、電解質膜としてナフィオン（登録商標）ＸＬ（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社製）を用い、カソード側触媒層およびアノード側触媒層と電解質膜の両面とが互いに向い合うように、２つの転写シートと電解質膜とを配置した。その後、これら２つの転写シートで挟まれた電解質膜を１３０℃に加熱するとともに、加圧下で１０分間保持するホットプレスを行うことにより、電解質膜とカソード側触媒層およびアノード側触媒層の接合体を得た。得られた接合体を５０ｍｍ四方の正方形状に打ち抜いた。
【００４９】
５０ｍｍ四方の正方形を打ち抜いたガスケットフィルムに、スクリーン印刷によりフルオロエーテルタイプの接着剤を３５μｍの厚さになるよう塗布し、カソード側ガス拡散層となるＭＰＬ処理カーボンペーパー（東レ社製）に貼り付けた。続いて、電解質膜とカソード側触媒層およびアノード側触媒層の接合体をガスケットフィルムの開口部に配置した。最後に、ガスケットフィルムの上部にスクリーン印刷によりフルオロエーテルタイプの接着剤を３５μｍ厚さになるよう塗布し、アノード側ガス拡散層となるＭＰＬ処理カーボンペーパーを貼り付け、本発明における膜電極接合体を得た。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は固体高分子形燃料電池、特に燃料電池自動車や家庭用燃料電池などにおける、固体高分子形燃料電池単セルやスタックに好適に活用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１００・・・単電池セル
１０・・・膜電極接合体
１１・・・電解質膜
１２ａ・・・カソード側触媒層
１２ｂ・・・アノード側触媒層
１３ａ・・・カソード側ガス拡散層
１３ｂ・・・アノード側ガス拡散層
１４・・・カソード
１５・・・アノード
１６ａ・・・カソード側ガスケット層
１６ｂ・・・アノード側ガスケット層
１７・・・セパレータ
２０・・・膜電極接合体
２１・・・電解質膜
２２ａ・・・カソード側触媒層
２２ｂ・・・アノード側触媒層
２５・・・ガスケット
２７・・・粘着層または接着層
２９ａ・・・カソード側ガス拡散層
２９ｂ・・・アノード側ガス拡散層
３０・・・膜電極接合体
３１・・・電解質膜
３２ａ・・・カソード側触媒層
３２ｂ・・・アノード側触媒層
３５・・・ガスケット
３７ａ・・・粘着層または接着層
３７ｂ・・・粘着層または接着層
３７ｃ・・・粘着層または接着層
３９ａ・・・カソード側ガス拡散層
３９ｂ・・・アノード側ガス拡散層
【図１】
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【図２】
2014235963.tif 000004
【図３】
2014235963.tif 000005
【図４】
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