(57)【要約】【課題】電解質膜に印字した不良箇所の判別を容易に行うことができ、不良品が後工程に流出することを抑制可能な燃料電池用電解質膜の検査方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る燃料電池用電解質膜の検査方法は、電解質膜１１の不良を検査する工程と、不良が検出された場合に、電解質膜１１のうち触媒層２１が転写される触媒転写予定箇所１１ａに穴Ｈを形成する工程と、穴Ｈの形成後に、触媒層２１を電解質膜１１に転写して膜電極接合体を作製し、膜電極接合体を検査する工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用電解質膜の検査方法であって、
電解質膜の不良を検出する工程と、
前記不良が検出された場合に、前記電解質膜のうち触媒層が転写される触媒転写予定箇所に穴を形成する工程と、
前記穴の形成後に、前記触媒層を前記電解質膜に転写して膜電極接合体を作製し、前記膜電極接合体を検査する工程と、
を含む燃料電池用電解質膜の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用電解質膜の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両側に電極層が配置された膜電極接合体（ＭＥＡ）を備える。電極層は、反応ガスの供給を受けてアノード（燃料極）又はカソード（酸化剤極）として機能する触媒層を有する。
【０００３】
上記膜電極接合体の製造方法として、例えば、帯状の電解質膜シート（以下、単に電解質膜とも称する）に対して触媒層シート（以下、単に触媒層とも称する）を転写することで膜電極接合体を形成する方法が知られている。この方法では、帯状の電解質膜を支持する支持シート（搬送用シート）を電解質膜の一方の面に予め接合し、当該搬送用シートに支持された電解質膜の他方の面に触媒層が転写される。
【０００４】
ところで、電解質膜は、プロトン伝導性を向上させるために薄型化されることが望ましい。しかし、薄膜化した電解質膜を用いると、例えば膜電極接合体を製造する際に、電解質膜の外表面に亀裂や微小穴等の欠損部が生じてしまう可能性が高くなる。こうした欠損部を有する電解質膜を用いて燃料電池が構成された場合には、その欠損部を介した反応ガスの漏洩が発生してしまう可能性がある。また、燃料電池の運転の際には、電解質膜が膨潤と収縮とを繰り返すため、電解質膜の欠損部が拡大してしまい、燃料電池の劣化が促進される可能性がある。したがって、欠損部を有する電解質膜（不良品）を流出させないように電解質膜を検査することが従来から行われている（例えば下記特許文献１）。
【０００５】
下記特許文献１では、電解質膜の外表面上を撮像素子によりスキャンして電解質膜の欠損度合が基準より劣るか否かを検出（欠損部を検出）し、その位置情報を記録する。この欠損部の位置情報として、電解質膜の面上にマーキングを付与することが下記特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１５０９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電解質膜に印字した欠損箇所を、後工程で判別するためのマーキング（例えば、レーザーマーカーで穴を形成して印字する等）を、電解質膜の端部（電解質膜のうち触媒層が転写されない部分）に付与することが知られている。しかし、電解質膜はその膜厚が非常に薄く、また、電解質膜を支持する支持シート（搬送用シート）が透明であるため、不良箇所を有する電解質膜にマーキングを付与しても、当該マーキングを後工程で検出することが困難であった。マーキングの検出精度を上げるために、例えばより高性能な検査装置（例えば反射光を利用した検査装置）を用いてマーキングを検出する方法を採用したとしても、誤検知が多く、根本的な解決には至らなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、電解質膜に印字した不良箇所の判別を容易に行うことができ、不良品が後工程に流出することを抑制可能な燃料電池用電解質膜の検査方法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】
【０００９】
本発明に係る燃料電池用電解質膜の検査方法は、電解質膜の不良を検出する工程と、不良が検出された場合に、電解質膜のうち触媒層が転写される触媒転写予定箇所に穴を形成する工程と、穴の形成後に、触媒層を電解質膜に転写して膜電極接合体を作製し、膜電極接合体を検査する工程と、を含む。
【００１０】
本発明に係る検査方法によれば、電解質膜の不良箇所を特定するための穴を、電解質膜のうち触媒層が転写される触媒転写予定箇所に形成し、この電解質膜に触媒層を転写させることにより、当該穴を形成した箇所で触媒層に不良を発生させることができる。触媒層は電解質膜よりも透過率が低いため、触媒層で発生した不良箇所とそれ以外の箇所での明暗が明確となり、通常の検査装置（例えば透過光を利用した検査装置）による検出が容易となる。触媒層で発生した不良箇所は電解質膜の不良箇所（穴を形成した箇所）でもあるため、このように不良箇所を触媒層に発生させ、この触媒層を含む膜電極接合体を検査することで、電解質膜の不良箇所の判別を容易にすることができる。その結果、不良箇所を有する電解質膜（不良品）が後工程に流出することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電解質膜に印字した不良箇所の判別を容易に行うことができ、不良品が後工程に流出することを抑制可能な燃料電池用電解質膜の検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における燃料電池用電解質膜の検査工程を説明するためのフローチャートである。
【図２】（Ａ）電解質膜の不良箇所に穴を形成した様子を示す概略平面図である。（Ｂ）電解質膜の不良箇所に形成した穴を検出する様子を示す概略断面図である。
【図３】電解質膜に印字した不良箇所の検出精度について、本実施例と従来例とを比較したグラフである。
【図４】従来の燃料電池用電解質膜の検査方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１４】
図１は、本実施形態における燃料電池用電解質膜の検査工程を説明するための工程図である。図２は、燃料電池用電解質膜の検査方法を説明するための図であって、図２（Ａ）は、電解質膜の不良箇所に穴を形成した様子を示す概略平面図であり、図２（Ｂ）は、電解質膜の不良箇所に形成した穴を検出する様子を示す概略断面図である。なお、燃料電池は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして利用可能なものであり、図示は省略するが、膜電極接合体（以下、ＭＥＡとも称する）、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータ等を含む燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池スタックを備える。
【００１５】
まず、ステップＳ１０では、電解質膜を製膜する。製膜方法としては、例えば、燃料電池用電解質膜の原料（例えば、含フッ素イオン交換樹脂を備えるフッ素系の電解質成分等）を混錬し薄膜化して押し出す製膜装置（図示略）を用いて行われる。
【００１６】
次いで、ステップＳ２０では、電解質膜の欠陥有無の検査を行う。電解質膜の欠陥検査方法としては、例えば、電解質膜の外表面上をスキャンして欠損部を検出するための検査機を用いた検査方法が挙げられるが、このような検査方法に限定されず、電解質膜表面上の欠陥の有無を検査可能な方法であれば、様々な検査方法を選択可能である。
【００１７】
次いで、ステップＳ３０では、図２（Ａ）に示すように、電解質膜１１のうち、後工程で触媒層が転写される箇所（以下、触媒転写予定箇所１１ａ）にＮＧ部を印字する。ＮＧ部としては、後工程で不良箇所の特定が行えるように、触媒転写予定箇所１１ａに例えば穴Ｈ（レーザーでマーキングした穴）を形成することが挙げられる。
【００１８】
次いで、ステップＳ４０では、ＭＥＡを形成する。ＭＥＡの形成方法としては、例えば、基材シート上に電極触媒層を塗工した電極触媒層シートを作製した後、電極触媒層シートから電解質膜に電極触媒層を転写する方法が挙げられる。このように形成されるＭＥＡは、高分子材料のイオン交換膜からなる電解質膜と、電解質膜を両面から挟む一対の電極触媒層（以下、電極とも称する）と、を含む。ＭＥＡを構成する各電極は、その表面に付着された白金等の触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材で構成されている。一方の電極（アノード）には水素ガス等の燃料ガス、他方の電極（カソード）には空気等の酸化ガスが供給され、これら２種類の反応ガスによりＭＥＡ内で電気化学反応を生じさせて起電力を発生させるようになっている。
【００１９】
次いで、ステップＳ５０では、ステップＳ４０で形成したＭＥＡを検査する。この検査方法としては、図２（Ｂ）に示すように、例えば透過光式の検査装置３０を用いて検査を行う。本実施形態では、前工程（ステップＳ３０）において穴Ｈが形成された触媒転写予定箇所１１ａに、電極触媒層２１が転写されてＭＥＡが作製されるため、電極触媒層２１のうち穴Ｈが形成された部分に触媒不良（欠け、割れ、欠損等）が生じることとなる。このように電極触媒層２１に触媒不良が生じ、また、電極触媒層２１は透過率が電解質膜１１よりも低い特性を有するので、所定の検査装置３０（例えば透過光を利用した検査装置）によってＭＥＡを検査したときに、電極触媒層２１で発生した不良箇所とそれ以外の箇所での明暗が明確となる。したがって、検査装置３０による電極触媒層２１の不良箇所の特定は容易に行うことができる。電極触媒層２１で発生した不良箇所は電解質膜１１の不良箇所（穴Ｈを形成した箇所）でもあるため、このように触媒不良を発生させた電極触媒層２１を含む膜電極接合体を検査することで、電解質膜１１の不良箇所の判別を容易にすることができる。その結果、不良品が後工程に流出することを抑制することができる。
【００２０】
本実施形態における燃料電池用電解質膜の検査方法、従来の燃料電池用電解質膜の検査方法について、それぞれの検査方法を実施したときの検出精度を比較した。図３は、本実施形態に係る検査方法の検出精度（図３に示す実施例）と、従来の検査方法の検出精度（図３に示す従来）を比較した結果を示すグラフである。
【００２１】
なお、従来の燃料電池用電解質膜の検査方法を図４に示す。図４（Ａ）は、電解質膜１１の不良箇所に穴Ｈを形成した様子を示す概略平面図であり、図４（Ｂ）は、電解質膜１１の不良箇所に形成した穴Ｈを検出する様子を示す概略断面図である。図４に示すように、従来の検査方法として、電解質膜１１のうち電極触媒層２１が転写される触媒転写予定箇所１１ａを除いた部分（すなわち、電解質膜１１の端部）に、レーザーマーカーで穴Ｈを形成し、当該穴Ｈを反射光式の検査装置３０ａを用いて検査する方法とした。
【００２２】
図３に示すように、本実施形態に係る検査方法と従来に係る検査方法の検出精度を比較すると、従来の検出精度は約９０％程度であったのに対し、実施例の検出精度は１００％であることが検証された。この検証結果を分析すると次のとおりである。本実施形態では、電解質膜１１の不良箇所（穴Ｈを形成した箇所）に対応する位置に、電極触媒層２１に不良箇所（触媒不良箇所）を発生させ、この触媒不良箇所、すなわち、電解質膜１１よりも透過率が低い電極触媒層２１の触媒不良箇所を利用するため、検査装置で検査する際には触媒不良箇所とそれ以外の箇所での明暗が明確となる。その結果、検出精度が向上したと分析される。
【００２３】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１１…電解質膜
１１ａ…触媒転写予定箇所
２１…電極触媒層（触媒層）
３０…検査装置
Ｈ…穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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