(57)【要約】 【課題】発電性能の維持ないし向上を実現したうえで、連続的に高温となる運転条件下において熱劣化モードを支配する触媒層の構造変化を抑止することができ、連続的な高温運転時における熱劣化を抑制することが可能である固体高分子形燃料電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】固体高分子電解質膜２の一方側及び他方側の双方に触媒層３，５及びガス拡散層４，６を順次積層してなる膜電極接合体１０を備えていると共に、固体高分子電解質膜２の一方側及び他方側に位置して膜電極接合体１０の各ガス拡散層４，６との間で複数のガス流路９を形成するセパレータ７，８を備え、膜電極接合体１０の触媒層３，５における両セパレータ７，８の各ガス流路形成用リブ７ａ，８ａで挟持される被挟持部分３ａ，５ａに、触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を施した。【選択図】  図１
2006172959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の一方側及び他方側の双方に触媒層及びガス拡散層を順次積層してなる膜電極接合体を備えていると共に、上記固体高分子電解質膜の一方側及び他方側に位置して上記膜電極接合体の各ガス拡散層との間で複数のガス流路を形成するセパレータを備えた固体高分子形燃料電池において、上記膜電極接合体の触媒層における上記両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に、該触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理が施してあることを特徴とする固体高分子形燃料電池。
【請求項２】
上記膜電極接合体の固体高分子電解質膜における上記両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分にも、該固体高分子電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理が施してある請求項１に記載の固体高分子形燃料電池。
【請求項３】
請求項１に記載の固体高分子形燃料電池を製造するに際して、触媒層を固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ積層して膜触媒接合体を形成するのに続いて、この膜触媒接合体の触媒層における両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に、触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を施した後、ガス拡散層を上記膜触媒接合体の両側にそれぞれ積層して膜電極接合体を形成することを特徴とする固体高分子形燃料電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の固体高分子形燃料電池を製造するに際して、単体状態の触媒層における両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に、触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を施した後、この単体状態の触媒層を固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ積層して膜触媒接合体を形成するのに続いて、ガス拡散層を上記膜触媒接合体の両側にそれぞれ積層して膜電極接合体を形成することを特徴とする固体高分子形燃料電池の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の固体高分子形燃料電池を製造するに際して、触媒層をガス拡散層に積層して触媒ガス拡散層積層体を形成するのに続いて、この触媒ガス拡散層積層体の触媒層における両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に、触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を施した後、上記触媒ガス拡散層積層体を固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ積層して膜電極接合体を形成することを特徴とする固体高分子形燃料電池の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の固体高分子形燃料電池を製造するに際して、固体高分子電解質膜の両側における両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に被挟持触媒層をそれぞれ積層するのに続いて、この被挟持触媒層に、触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を施した後、固体高分子電解質膜の両側における被挟持触媒層以外の部分に触媒層をそれぞれ積層して膜触媒接合体を形成し、次いで、ガス拡散層を上記膜触媒接合体の両側にそれぞれ積層して膜電極接合体を形成することを特徴とする固体高分子形燃料電池の製造方法。
【請求項７】
請求項２に記載の固体高分子形燃料電池を製造するに際して、膜電極接合体を形成する以前の段階において、固体高分子電解質膜における両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に、該固体高分子電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を施すことを特徴とする固体高分子形燃料電池の製造方法。
【請求項８】
セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に加熱処理を施すに際して、上記被挟持部分以外の部分を冷却しつつ加熱処理を行う請求項３〜７のいずれか一つの項に記載の固体高分子形燃料電池の製造方法。
【請求項９】
セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に加熱処理を施すに際して、セパレータのガス流路形成用リブを模したリブ状加熱部を上記ガス流路形成用リブと同じパターンで配置して成る加熱工具を用いる請求項３〜８のいずれか一つの項に記載の固体高分子形燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
セパレータのガス流路形成用リブにおける挟持面の輪郭よりも小さな輪郭の加熱面のリブ状加熱部を有する加熱工具を用いる請求項９に記載の固体高分子形燃料電池の製造方法。
【請求項１１】
セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分以外の部分を冷却可能な加熱工具を用いる請求項９又は１０に記載の固体高分子形燃料電池の製造方法。
【請求項１２】
不活性ガス雰囲気下においてセパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に加熱処理を施す請求項３〜１１のいずれか一つの項に記載の固体高分子形燃料電池の製造方法。
【請求項１３】
セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に加熱処理を施すに際して、上記被挟持部分を無加圧力ないし極弱い圧力をもって挟持しつつ加熱処理を施す請求項３〜１２のいずれか一つの項に記載の固体高分子形燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学反応によって電気エネルギを得る固体高分子形燃料電池及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記した固体高分子形燃料電池は、イオン交換機能を持つ固体高分子電解質膜の両側に、触媒を担持した導電性担体及びイオン伝導性を持つ電解質ポリマーを含む触媒層と、多孔質部材からなるガス拡散層とをそれぞれ積層して成る膜電極接合体を備えており、この膜電極接合体の一方側に燃料ガス（通常は水素）流路及び冷媒流路を具備したセパレータを積層すると共に、膜電極接合体の他方側に酸化剤ガス（通常は空気）流路及び冷媒流路を具備したセパレータを積層することでセルを構成し、この単セルを複数個積層することでスタック構造体を構成するようになっている。
【０００３】
燃料ガスが流れる燃料極では、次式（１）に示す電気化学的反応を起こして、燃料としての水素が水素イオンと電子に分離され、水素イオンは固体高分子電解質膜の内部を拡散して酸化剤極側に到達し、電子は外部回路を流れて燃料電池出力として取り出される。
【０００４】
Ｈ２→２Ｈ＋  ＋２ｅ−                    （１）
【０００５】
一方、酸化剤ガスが流れる酸化剤極では、燃料極から高分子電解質膜中を拡散してきた水素イオンと、燃料極から外部回路を通じて移動してきた電子と、酸化剤ガス中の酸素とが、この酸化剤極の触媒層中に形成されている三相界面上において、次式（２）に示す電気化学的反応を起こすことで水が生成される。
【０００６】
２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２  →Ｈ２Ｏ   （２）
【０００７】
固体高分子形燃料電池は、出力（取り出し電流量）を上げようとすると、これに伴って損失が増大して熱として放出される。このため、セパレータ内に冷媒を流すことで燃料電池の温度を適切に保つようにしているが、自動車に搭載する固体高分子形燃料電池のスタック構造体などは、サイズ及び発熱量がいずれも大きいことから、反応面の全体が適切な温度になるようにコントロールすることが難しく、高温となる部位が局所的に発生する恐れがある。
【０００８】
また、固体高分子形燃料電池の燃料極と酸化剤極は、極薄い固体高分子電解質膜によって分離されているため、燃料ガス又は酸化剤ガスの反対極への移動（クロスオーバー）が引き起こされる恐れがある。特に、燃料ガスのクロスオーバーが発生すると、移動した燃料ガスが酸化剤極側触媒層で燃焼してまい、局所的な発熱が生じる。
【０００９】
そこで、特許文献１では、触媒層を積層方向に二層に分けて、固体高分子電解質膜に近い側に設置された第一層の熱容量が、固体高分子電解質膜から遠い側に設置された第二層の熱容量よりも大きくなるように設定した膜電極接合体を形成することで、クロスオーバーした燃料ガスの燃焼反応に伴って生じる熱で固体高分子電解質膜が劣化するのを抑制するようにしている。
【特許文献１】特開２００４−１１１１９１公報号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、クロスオーバーした燃料ガスの燃焼による発熱は瞬間的なものであるため、触媒層に相対的に熱容量の大きい層を設置した上記固体高分子形燃料電池では、温度の上昇を抑制することはできるものの、連続的に高温となる運転条件においては、熱による劣化の抑制効果を期待することはできないという問題があった。
【００１１】
また、高温での連続運転試験により、固体高分子形燃料電池の熱劣化モードとしては、固体高分子形電解質膜の劣化よりも、触媒層内電解質のクリープによる触媒層の気孔の潰れやガス拡散距離の増大などの構造変化に伴う性能低下が支配的であることが確認され、このような劣化モードを上記した固体高分子形燃料電池では抑制することはできないという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【００１２】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、発電性能の維持ないし向上を実現したうえで、連続的に高温となる運転条件下において熱劣化モードを支配する触媒層の構造変化を抑止することができ、したがって、連続的な高温運転時における熱劣化を抑制することが可能である固体高分子形燃料電池及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、固体高分子電解質膜の一方側及び他方側の双方に触媒層及びガス拡散層を順次積層してなる膜電極接合体を備えていると共に、上記固体高分子電解質膜の一方側及び他方側に位置して上記膜電極接合体の各ガス拡散層との間で複数のガス流路を形成するセパレータを備えた固体高分子形燃料電池において、上記膜電極接合体の触媒層における上記両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に、該触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理が施してある構成としたことを特徴としており、この固体高分子形燃料電池の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１４】
一方、本発明の固体高分子形燃料電池の製造方法は、上記固体高分子形燃料電池を製造するに際して、触媒層を固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ積層して膜触媒接合体を形成するのに続いて、この膜触媒接合体の触媒層における両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に、触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を施した後、ガス拡散層を上記膜触媒接合体の両側にそれぞれ積層して膜電極接合体を形成する構成としたことを特徴としており、この固体高分子形燃料電池の製造方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１５】
本発明において、触媒層内電解質をガラス転移温度以上の温度で加熱すると、触媒層内電解質の結晶度が促進されて、機械強度及び耐熱性が向上することとなる。この際、触媒層の全体を触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で熱処理して結晶度を高めてしまうと、ガス拡散性が低下して発電性能の低下が危惧されるが、熱処理を施す部分を発電時（締付け時）に最も負荷がかかり、且つ、発電反応に大きな影響を及ぼさない両極のセパレータのガス流路形成用リブによって挟持される被挟持部分に限定すれば、発電性能を低下させずに機械強度及び耐熱性の向上が図られることとなる。
【００１６】
これにより、連続的に高温となる運転条件下において熱劣化モードを支配する触媒層の構造変化、すなわち、高温度条件下における触媒層内電解質のクリープに伴う触媒層の気孔の潰れやガス拡散距離の増大などの構造変化を抑止し得ることとなり、その結果、高温運転時における熱劣化を抑制し得ることとなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の固体高分子形燃料電池によれば、上記した構成としているので、発電性能の維持ないし向上を実現しつつ、連続的な高温運転時における熱劣化を抑制することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の固体高分子形燃料電池において、膜電極接合体の固体高分子電解質膜における上記両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分にも、該固体高分子電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を施す構成を採用することができ、この場合には、高温度条件における固体高分子電解質膜のクリープに伴う絶縁破壊やガスクロスオーバーの増大を抑止し得ることとなり、その結果、高温運転時における熱劣化をより確実に抑制し得ることとなる。
【００１９】
一方、本発明において、請求項１の固体高分子形燃料電池を製造するに際して、単体状態の触媒層における両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に、触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を施した後、この単体状態の触媒層を固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ積層して膜触媒接合体を形成するのに続いて、ガス拡散層を上記膜触媒接合体の両側にそれぞれ積層して膜電極接合体を形成する構成を採用することができる。
【００２０】
また、本発明において、請求項１の固体高分子形燃料電池を製造するに際して、触媒層をガス拡散層に積層して触媒ガス拡散層積層体を形成するのに続いて、この触媒ガス拡散層積層体の触媒層における両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に、触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を施した後、上記触媒ガス拡散層積層体を固体高分子電解質膜の両側にそれぞれ積層して膜電極接合体を形成する構成を採用することができる。
【００２１】
さらに、本発明において、請求項１の固体高分子形燃料電池を製造するに際して、固体高分子電解質膜の両側における両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に被挟持触媒層をそれぞれ積層するのに続いて、この被挟持触媒層に、触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を施した後、固体高分子電解質膜の両側における被挟持触媒層以外の部分に触媒層をそれぞれ積層して膜触媒接合体を形成し、次いで、ガス拡散層を上記膜触媒接合体の両側にそれぞれ積層して膜電極接合体を形成する構成を採用することができる。
【００２２】
さらにまた、本発明において、請求項２の固体高分子形燃料電池を製造するに際して、膜電極接合体を形成する以前の段階において、固体高分子電解質膜における両セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に、該固体高分子電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を施す構成を採用することができる。
【００２３】
ここで、セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に加熱処理を施すに際して、上記被挟持部分以外の部分を冷却しつつ加熱処理を行う構成とすることが望ましく、このように、加熱処理を施す被挟持部分以外を冷却しながら加熱すれば、加熱処理範囲をより適切に規定し得ることとなる。
【００２４】
この場合、セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に加熱処理を施すに際して、セパレータのガス流路形成用リブを模したリブ状加熱部を上記ガス流路形成用リブと同じパターンで配置して成る加熱工具を用いることが望ましく、このような加熱工具を用いることで、両極のセパレータのガス流路形成用リブに挟持される被挟持部分を選択的に加熱し得ることとなる。
【００２５】
上記加熱工具としては、セパレータのガス流路形成用リブにおける挟持面の輪郭よりも小さな輪郭の加熱面のリブ状加熱部を有するものを用いたり、セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分以外の部分を冷却可能なものを用いたりすることができ、いずれの場合も、加熱処理範囲をより適切に規定し得ることとなる。
【００２６】
そして、セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に加熱処理を施す際の条件としては、不活性ガス雰囲気下において行うことが望ましく、この場合には、電解質の酸化を阻止し得ることとなる。
【００２７】
また、上記と同じく、セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分に加熱処理を施す際の条件としては、セパレータの各ガス流路形成用リブで挟持される被挟持部分を無加圧力ないし極弱い圧力をもって挟持しつつ加熱処理を施すことが望ましく、この場合には、気孔の潰れといった触媒層の構造変化を抑止し得るのに加えて、加熱処理に伴う固体高分子電解質膜の破損等を抑止し得ることとなる。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の固体高分子形燃料電池の一実施例を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２９】
［実施例１］
図１に示すように、この固体高分子形燃料電池１は、イオン伝導性を持つ固体高分子電解質膜２の一方側（図示右側）に積層した燃料極側触媒層３と、この燃料極側触媒層３に積層した燃料極側ガス拡散層４と、固体高分子電解質膜２の他方側（図示左側）に積層した酸化剤極側触媒層５と、この酸化剤極側触媒層５に積層した酸化剤極側ガス拡散層６を備えており、両極の触媒層３，５は、触媒を担持した導電性担体及びイオン伝導性を持つ電解質ポリマーを含んでいて、これらの固体高分子電解質膜２と触媒層３，５とガス拡散層４，６とで膜電極接合体１０を構成している。
【００３０】
上記膜電極接合体１０の両側には、燃料極側セパレータ７及び酸化剤極側セパレータ８がそれぞれ積層してあって、両セパレータ７，８には、膜電極接合体１０を挟持した状態において、ガス拡散層４，６との間で反応ガスを流すガス流路９を形成するガス流路形成用リブ７ａ，８ａが設けてあり、このガス流路形成用リブ７ａ，８ａは、発電反応により発生する電流を取り出す集電体の役割を果たすものとしてある。
【００３１】
この場合、膜電極接合体１０の触媒層３，５における上記両セパレータ７，８の各ガス流路形成用リブ７ａ，８ａで挟持される被挟持部分３ａ，５ａには、該触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理が施してあり、これによって、被挟持部分３ａ，５ａにおける触媒層内電解質の結晶度を促進して、高温度条件下における触媒層３，５に含まれる電解質の軟化を阻止して、機械強度及び耐熱性を向上させるようにしている。
【００３２】
このように、上記した固体高分子形燃料電池１では、熱処理する部分をもっとも締付け圧力が高く、且つ、発電反応に大きな影響を及ぼさないガス流路形成用リブ７ａ，８ａで挟持される被挟持部分３ａ，５ａに限定するようにしているので、発電性能を低下させることなく、機械強度及び耐熱性を向上させ得ることとなる。
【００３３】
次に、上記した固体高分子形燃料電池１の製造要領を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、固体高分子電解質膜２の両側に燃料極側触媒層３及び酸化剤極側触媒層５を積層する。
【００３４】
この際、燃料極側触媒層３及び酸化剤極側触媒層５をポリテトラフルオロエチレンシートなどの触媒塗布シートなどに一旦プリントして乾燥させた後に、固体高分子電解質膜２の両側にホットプレスにより予備的に積層する方法を用いることができる。ホットプレスの条件としては、例えば、温度１２０℃、圧力３ＭＰａ、時間１０分間という条件を設定することができるが、触媒層内電解質のガラス転移温度が１２０℃よりも低い場合には、ガラス転移温度よりも低い温度でホットプレスを行うことが望ましい。また、このホットプレスは予備的なものであるため、より低圧でより短時間な条件を設定してもよい。
【００３５】
このようなホットプレスにより、図２（ｂ）に示すように、固体高分子電解質膜２の両側に燃料極側触媒層３及び酸化剤極側触媒層５を積層して成る膜触媒接合体１１を得る。
【００３６】
続いて、燃料極側触媒層３及び酸化剤極側触媒層５における両極のセパレータ７，８の各ガス流路形成用リブ７ａ，８ａにより挟持される被挟持部分３ａ，５ａを選択的に加熱するために、図２（ｃ）に示すように、膜触媒接合体１１の両側を加熱工具２１，２１によって支持し、この状態で触媒層内電解質のガラス転移温度以上の温度で加熱処理を行う。
【００３７】
このとき、触媒層内電解質のガラス転移温度よりも例えば５０℃程度高い温度を設定することができるが、触媒層内電解質が熱分解を引き起こさない範囲内においてできるだけ高い温度を選択することが望ましい。
【００３８】
また、上記加熱工具２１は、セパレータ７，８のガス流路形成用リブ７ａ，８ａを模したリブ状加熱部２１ａを上記ガス流路形成用リブ７ａ，８ａと同じパターンで配置して成っている。なお、加熱工具２１のリブ状加熱部２１ａの間の空洞２１ｂに図示しない冷却機構を設けたり不活性ガスを送風するようにしたりして、燃料極側触媒層３及び酸化剤極側触媒層５の被挟持部分３ａ，５ａ以外の触媒層３，５を冷却するようにしてもよく、この場合には、触媒層３，５が熱伝導により高温となるのを防ぎ、上記被挟持部分３ａ，５ａをより選択的に加熱処理することが可能となる。
【００３９】
さらに、上記加熱処理は、不活性ガス雰囲気下で行われることが望ましい。例えば、大気中で上記加熱処理を行った場合、酸素雰囲気で電解質の酸化が促進されて、逆に電解質が劣化してしまう恐れがあるからである。ここでの不活性ガスとしては、例えば、窒素ガスやヘリウムガスを選択することができる。
【００４０】
さらにまた、上記加熱処理は、セパレータ７，８の各ガス流路形成用リブ７ａ，８ａにより挟持される被挟持部分３ａ，５ａを無加圧力ないし極弱い圧力をもって挟持しつつ行うことが望ましい。これは、高い圧力により膜触媒接合体１１を支持した状態で加熱処理を行うと、逆に触媒層３，５の構造変化を促進させる恐れがあるからである。加えて、膜触媒接合体１１は、固体高分子電解質膜２に燃料極側触媒層３及び酸化剤極側触媒層５といった極薄い部材をホットプレスにより予備的に積層して形成してあるため、機械強度が極めて弱く、その結果、上記加熱処理を高い圧力下で行うと、固体高分子電解質膜２や触媒層３，５を破損する恐れがあるからである。
【００４１】
そして、上記加熱処理により、図２（ｄ）に示すように、触媒層３，５の一部が加熱処理された膜触媒接合体１１を得た後、図２（ｅ）に示すように、この加熱処理された膜触媒接合体１１の両側に、燃料極側ガス拡散層４及び酸化剤極側ガス拡散層６をそれぞれ積層して、膜電極接合体１０を得る。
【００４２】
［実施例２］
図３は、上記した固体高分子形燃料電池１の他の製造要領を示している。この実施例では、まず、図３（ａ）に示すように、燃料極側触媒層３（酸化剤極側触媒層５）をポリテトラフルオロエチレンシート３１にプリントして乾燥させた後、図３（ｂ）に示すように、先の実施例で用いた加熱工具２１によって、燃料極側触媒層３（酸化剤極側触媒層５）における両極のセパレータ７，８の各ガス流路形成用リブ７ａ，８ａにより挟持される被挟持部分３ａ（５ａ）を選択的に加熱処理する。この際、加熱環境や加熱条件などは、先の実施例に記載の加熱環境及び加熱条件を適用することができる。
【００４３】
このようにして、図３（ｃ）に示すように、被挟持部分３ａ（５ａ）が加熱処理された燃料極側触媒層３（酸化剤極側触媒層５）を得ることができ、これに続いて、図３（ｄ）に示すように、燃料極側触媒層３及び酸化剤極側触媒層５を固体高分子電解質膜２の両側にホットプレスすることにより、触媒層３，５の一部が加熱処理された膜触媒接合体１１を得る。ここでのホットプレス条件としては、先の実施例と同様の条件を適用することができる。
【００４４】
そして、上記のように加熱処理された膜触媒接合体１１の両側に、図３（ｅ）に示すように、燃料極側ガス拡散層４及び酸化剤極側ガス拡散層６をそれぞれ積層して、膜電極接合体１０を得る。
【００４５】
［実施例３］
図４は、上記した固体高分子形燃料電池１のさらに他の製造要領を示している。この実施例では、まず、図４（ａ）に示すように、燃料極側ガス拡散層４（酸化剤極側ガス拡散層６）に、燃料極側触媒層３（酸化剤極側触媒層５）を塗布し、触媒ガス拡散層積層体１２を形成する。
【００４６】
次いで、図４（ｂ）に示すように、先の実施例で用いた加熱工具２１によって、触媒ガス拡散層積層体１２の燃料極側触媒層３（酸化剤極側触媒層５）における両極のセパレータ７，８の各ガス流路形成用リブ７ａ，８ａにより挟持される被挟持部分３ａ（５ａ）を選択的に加熱処理する。この際、加熱環境や加熱条件などは、先の実施例に記載の加熱環境及び加熱条件を適用することができる。
【００４７】
このようにして、図４（ｃ）に示すように、被挟持部分３ａ（５ａ）が加熱処理された触媒ガス拡散層積層体１２を得ることができ、これに続いて、図４（ｄ）に示すように、この触媒ガス拡散層積層体１２を固体高分子電解質膜２の両側にホットプレスすることにより、触媒層３，５の一部が加熱処理された膜電極接合体１０を得る。ここでのホットプレス条件としては、先の実施例と同様の条件を適用することができる。
【００４８】
［実施例４］
図５は、上記した固体高分子形燃料電池１のさらに他の製造要領を示している。この実施例では、まず、図５（ａ）に示すように、固体高分子電解質膜２の両側における両セパレータ７，８の各ガス流路形成用リブ７ａ，８ａで挟持される被挟持部分に被挟持触媒層３ａ，５ａをそれぞれ積層する。この際、被挟持触媒層３ａ，５ａ以外の部分をポリテトラフルオロエチレンシートなどによりマスキングし、スプレー方式によって燃料極側触媒層３及び酸化剤極側触媒層５を塗布する方法を選定することができる。
【００４９】
次いで、図５（ｂ）に示すように、被挟持触媒層３ａ，５ａのみが塗布された膜触媒積層体１３を通常の加熱工具（ホットプレス工具）２２によって加熱処理する。この際、加熱環境や加熱条件などは、先の実施例に記載の加熱環境及び加熱条件を適用することができる。また、この加熱処理に際して、先の実施例で用いた加熱工具２１を用いてもよい。
【００５０】
続いて、図５（ｃ）に示すように、固体高分子電解質膜２の両側における被挟持触媒層３ａ，５ａ以外の部分に触媒層３，５をそれぞれ積層してホットプレスすることにより、触媒層３，５の一部が加熱処理された膜触媒接合体１１を得る。ここでのホットプレス条件としては、先の実施例と同様の条件を適用することができる。
【００５１】
そして、上記のように加熱処理された膜触媒接合体１１の両側に、図５（ｄ）に示すように、燃料極側ガス拡散層４及び酸化剤極側ガス拡散層６をそれぞれ積層して、膜電極接合体１０を得る。
【００５２】
［実施例５］
図６は、上記した固体高分子形燃料電池１のさらに他の製造要領を示している。この実施例による製造要領が、実施例１の製造要領と異なるところは、固体高分子電解質膜２の両側に燃料極側触媒層３及び酸化剤極側触媒層５を積層する以前の段階において、図６（ａ）に示すように、固体高分子電解質膜２における両セパレータ７，８の各ガス流路形成用リブ７ａ，８ａで挟持される被挟持部分２ａに、先の実施例で用いた加熱工具２１を用いて加熱処理を施すようにした点にあり、この加熱処理における加熱環境や加熱条件は、実施例１と同様の条件を適用することができるほか、この加熱処理より後の工程も、図６（ｂ）〜（ｅ）に示すように、実施例１に記載の工程と同一である。
【００５３】
上記した製造要領で製造した固体高分子形燃料電池１では、高温度条件における固体高分子電解質膜２のクリープに伴う絶縁破壊やガスクロスオーバーの増大を抑止し得ることとなり、その結果、高温運転時における熱劣化をより確実に抑制し得ることとなる。
【００５４】
なお、本実施例の製造要領を上記した実施例２〜４の製造要領にも適用することができ、この場合には、本実施例の製造要領を実施例１の製造要領に適用した場合と同様に、実施例２〜４の製造を実施する以前の段階において、固体高分子電解質膜２の加熱処理を行えばよい。
【００５５】
［実施例６］
図７は、上記した固体高分子形燃料電池１を製造する際に用いる加熱工具の他の構成例を示している。この実施例では、セパレータ７，８のガス流路形成用リブ７ａ，８ａにおける挟持面の輪郭よりも小さな輪郭の加熱面のリブ状加熱部２３ａを有する加熱工具２３を用いることで、燃料極側触媒層３及び酸化剤極側触媒層５の被挟持部分３ａ，５ａが熱伝導により高温になるのを防ぎ、被挟持部分３ａ，５ａをより選択的に加熱処理し得ることとなる。
【００５６】
本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しなければ、種々の形態で実施し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の固体高分子形燃料電池の一実施例を示す断面説明図である。（実施例１）
【図２】本発明の一実施例による固体高分子形燃料電池の製造方法を用いて図１の固体高分子形燃料電池を製造する要領を示す工程説明図（ａ）〜（ｅ）である。（実施例１）
【図３】本発明の他の実施例による固体高分子形燃料電池の製造方法を用いて図１の固体高分子形燃料電池を製造する要領を示す工程説明図（ａ）〜（ｅ）である。（実施例２）
【図４】本発明のさらに他の実施例による固体高分子形燃料電池の製造方法を用いて図１の固体高分子形燃料電池を製造する要領を示す工程説明図（ａ）〜（ｄ）である。（実施例３）
【図５】本発明のさらに他の実施例による固体高分子形燃料電池の製造方法を用いて図１の固体高分子形燃料電池を製造する要領を示す工程説明図（ａ）〜（ｄ）である。（実施例４）
【図６】本発明のさらに他の実施例による固体高分子形燃料電池の製造方法を用いて他の実施例による固体高分子形燃料電池を製造する要領を示す工程説明図（ａ）〜（ｅ）である。（実施例５）
【図７】本発明のさらに他の実施例による固体高分子形燃料電池の製造方法に用いる加熱工具の使用状態説明図である。（実施例６）
【符号の説明】
【００５８】
１    固体高分子形燃料電池
２    固体高分子電解質膜
２ａ  固体高分子電解質膜の被挟持部分
３    燃料極側触媒層
３ａ，５ａ  触媒層の被挟持部分（被挟持触媒層）
４    燃料極側ガス拡散層
５    酸化剤極側触媒層
６    酸化剤極側ガス拡散層
７    燃料極側セパレータ
７ａ，８ａ    ガス流路形成用
８    酸化剤極側セパレータ
９    ガス流路
１０  膜電極接合体
１１，１３  膜触媒接合体
１２  触媒ガス拡散層積層体
２１，２３  加熱工具
２１ａ，２３ａ  リブ状加熱部
【図１】
2006172959.tif 000003
【図２】
2006172959.tif 000004
【図３】
2006172959.tif 000005
【図４】
2006172959.tif 000006
【図５】
2006172959.tif 000007
【図６】
2006172959.tif 000008
【図７】
2006172959.tif 000009