(57)【要約】【課題】補強膜と電解質膜の間で、他の領域に比して作用面圧が低くなる領域からガスが発電に使用されずに排出される、いわゆる脇流れを効果的に抑制でき、もって発電性能に優れた燃料電池用の膜電極接合体と、アノード側およびカソード側双方の補強膜を相互に精度よく、しかも容易に位置決めして電解質膜表面に形成することができる膜電極接合体の製造方法を提供する。【解決手段】電解質膜１と、これよりも狭小な平面積を有し、該電解質膜１の両側面で該電解質膜１と当接する触媒層３，２と、からなる燃料電池用の膜電極接合体４であり、電解質膜１の両側面うち、触媒層２，３で被覆されていない周縁の露出領域には補強膜７Ｂ，７Ａが配されており、両側面のいずれか一方の側面には、枠状の補強膜７Ａが配され、他方の側面には、対向する２つの直線状の補強膜７Ｂが、電解質膜１を介して該枠状の補強膜７Ａに対応する位置に配されている。【選択図】図３
2011065920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、これよりも狭小な平面積を有し、該電解質膜のアノード側およびカソード側の両側面で該電解質膜と当接する触媒層と、からなる燃料電池用の膜電極接合体であって、
電解質膜の前記両側面うち、触媒層で被覆されていない周縁の露出領域には補強膜が配されており、
前記両側面のいずれか一方の側面には、枠状の前記補強膜が配され、他方の側面には、対向する２つの直線状の補強膜が、電解質膜を介して該枠状の補強膜に対応する位置に配されている、燃料電池用の膜電極接合体。
【請求項２】
前記補強膜の一部がアノード側および／またはカソード側の前記触媒層上にラップしている、請求項１に記載の燃料電池用の膜電極接合体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の膜電極接合体のアノード側およびカソード側の両側面にガス拡散層が配され、該両側面のガス拡散層の外側にセパレータが配されてなる、燃料電池セル。
【請求項４】
燃料電池用の電解質膜のアノード側もしくはカソード側のいずれか一方の側面の周縁に枠状の補強膜、もしくは直線状で対向する２つの補強膜のいずれか一方を形成する第１の工程、
前記電解質膜のアノード側もしくはカソード側の他方の側面の周縁であって、前記形成された補強膜に対応する位置に、枠状の補強膜、もしくは直線状で対向する２つの補強膜の他方を形成する第２の工程、
電解質膜のアノード側およびカソード側の両側面における前記補強膜の内側に、触媒層を形成して膜電極接合体を製造する第３の工程、からなる、燃料電池用の膜電極接合体の製造方法。
【請求項５】
燃料電池用の電解質膜のアノード側もしくはカソード側のいずれか一方の側面の周縁に枠状の補強膜、もしくは直線状で対向する２つの補強膜のいずれか一方を形成し、該補強膜の内側に触媒層を形成する第１の工程、
前記電解質膜のアノード側もしくはカソード側の他方の側面の周縁であって、前記形成された補強膜に対応する位置に、枠状の補強膜、もしくは直線状で対向する２つの補強膜の他方を形成し、該補強膜の内側に触媒層を形成することで、膜電極接合体を製造する第２の工程、からなる、燃料電池用の膜電極接合体の製造方法。
【請求項６】
電解質膜のアノード側およびカソード側の両側面において、該電解質膜よりも狭小な平面積を有する触媒層を形成する第１の工程、
電解質膜のアノード側もしくはカソード側のいずれか一方の側面のうち、触媒層で被覆されていない周縁の露出領域に枠状の補強膜、もしくは直線状で対向する２つの補強膜のいずれか一方を形成する第２の工程、
電解質膜のアノード側もしくはカソード側の他方の側面のうち、触媒層で被覆されていない周縁の露出領域に枠状の補強膜、もしくは直線状で対向する２つの補強膜の他方を形成することで、膜電極接合体を製造する第３の工程、からなる、燃料電池用の膜電極接合体の製造方法。
【請求項７】
前記補強膜の一部がアノード側および／またはカソード側の前記触媒層上にラップするようにして該補強膜を形成する、請求項６に記載の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法。
【請求項８】
前記補強膜は、シート状の部材から前記枠状の補強膜を切断加工し、切断加工後の残りのシート状の部材から前記直線状の補強膜を切断加工して製造されるものである、請求項４〜７のいずれかに記載の燃料電池用の膜電極接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セルを構成する膜電極接合体とその製造方法にかかり、特に、電解質膜の周縁に補強膜を有する膜電極接合体とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池の燃料電池セルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側およびカソード側の触媒層とから膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が形成され、このＭＥＡとこれを挟持するアノード側およびカソード側のガス拡散層（ＧＤＬ）とから電極体（ＭＥＧＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ＆  Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が形成され、電極体に燃料ガスもしくは酸化剤ガスを提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するための金属多孔体からなるガス流路層とセパレータが電極体の両側に配されて構成されている。なお、セパレータにガス流路溝が形成された燃料電池セルも従来一般のものであり、この形態の場合にはガス流路層となる金属多孔体は不要である。実際の燃料電池スタックは、所要電力に応じた基数の燃料電池セルが積層され、スタッキングされることによって形成されている。
【０００３】
上記する燃料電池では、アノード電極に燃料ガスとして水素ガス等が提供され、カソード電極には酸化剤ガスとして酸素や空気が提供され、各電極では固有のガス流路層（またはセパレータに形成されたガス流路溝）にて面内方向にガスが流れ、次いでガス拡散層にて拡散されたガスが電極触媒層に導かれて電気化学反応がおこなわれるものである。
【０００４】
上記するガス拡散層の形態として、拡散層基材と集電層（ＭＰＬ：Ｍｉｃｒｏ  Ｐｏｒｏｕｓ  Ｌａｙｅｒ）とから構成されるものは一般に知られるところである。一般には、触媒層は電解質膜よりも狭小な平面積（小さな平面積）を有しており、電解質膜が触媒層にて被覆されていない触媒層の周縁の露出領域には、ポリマー素材の補強膜（もしくは保護フィルム）が配設されており、この補強膜が拡散層基材と電解質膜の間に介在した構造が一般的である。補強膜を触媒層の周縁領域で拡散層基材と電解質膜の間に介在させることにより、触媒層を有する電解質膜（膜電極接合体）とガス拡散層をたとえば１００〜１３０℃程度の高温雰囲気下、１〜３ＭＰａ程度の圧縮力で熱圧着する（電解質膜に影響を与えない熱圧着条件）際に、繊維質の拡散層基材の表面から突出する毛羽が電解質膜に突き刺さることを抑止することができる。
【０００５】
特許文献１，２には、膜電極接合体を構成する電解質膜の周縁、より具体的にはそのアノード側およびカソード側両側面における周縁に、上記補強膜を具備する燃料電池セルが開示されている。
【０００６】
特許文献１に開示の燃料電池では、電解質膜を介してアノード側およびカソード側で、対向する２辺が２組ある支持板（補強膜）が開示されている。たとえば、このように、アノード側およびカソード側で対向する直線状（帯状）の２つの補強膜を電解質膜に形成する方法を図５ａに示しており、この電解質膜を具備する従来の燃料電池セル構造の縦断面図を図５ｂに示している。
【０００７】
図５ａで示す方法は、電解質膜ａのアノード側、カソード側の両側面の周縁において、その一方側では２つの直線状の補強膜ｅ２，ｅ２を対向するように形成し、次いで、電解質膜ａの他方面ではこの補強膜ｅ２，ｅ２に対して井桁状に、別途の直線状の補強膜ｅ１，ｅ１を対向するようにして形成するものである。
【０００８】
図５ｂは、図５ａの補強膜構造を具備する膜電極接合体を備えた燃料電池セルを示している。具体的には、図５ａで示す補強膜ｅ１，ｅ２をその両側面の周縁に備えた電解質膜ａと、カソード側およびアノード側の触媒層ｂ１、ｂ２と、から膜電極接合体ｃが形成され、膜電極接合体ｃのカソード側およびアノード側の両側に、ガス拡散層ｄ（拡散層基材ｄ１と集電層ｄ２とから構成され、ガス透過層ともいう）が配され、これを、カソード側およびアノード側のガス流路層（エキスパンドメタルや金属発泡焼結体などの金属多孔体であり、ガス透過層ともいう）が挟持し、膜電極接合体ｃの周縁に流体連通用のマニホールドＭを具備するガスケットｇが配され、これらをカソード側およびアノード側のセパレータｈ、ｈが挟持して、燃料電池セルが大略構成されている。
【０００９】
図示する燃料電池セルが所定基数積層され、スタッキングされることで燃料電池（スタック）が得られるが、このスタッキング時の圧縮力は各燃料電池セルに作用し（図５ｂ中の圧縮力Ｐ）、この圧縮力Ｐが特に膜電極接合体に対して可及的に面内均一に作用することで、可及的に広い発電面積を有して、発電性能の高い燃料電池セルを得ることができる。
【００１０】
しかし、図５ａのような形態で電解質膜ａの両側面に補強膜ｅ１，ｅ２を形成した場合、燃料電池セルにたとえば上記するスタッキング時の圧縮力が作用した際に、補強膜ｅ１と補強膜ｅ２が平面的に交差する隅角部に多くの面圧が作用する一方で、そのほかの部分の面圧は該隅角部の面圧に比して格段に低くなってしまう。そして、図５ａにおいて、たとえば図示する電解質膜ａの上面がアノード側であって、この面で相互に対向する補強膜ｅ１、ｅ１が配され、かつ、このアノード側の面で補強膜ｅ１、ｅ１が配されていない対向辺に燃料ガス供給用および排気用のマニホールド（不図示）が開設されている場合を取り上げて説明する。この場合に、補強膜ｅ１のうち、上記隅角部以外の領域ｅ１’では、電解質膜ａを介してカソード側の補強膜が存在しないために、この領域ｅ１’と電解質膜ａの対応領域ａ”の間に十分な面圧が作用せず、結果として、これらの間から燃料ガスが漏れてしまう、いわゆるガスの脇流れ現象が生じる可能性が高くなってしまう。このことは、図示する電解質膜ａの下面のカソード側においても同様であり、補強膜ｅ２のうち、上記隅角部以外の領域ｅ２’では、電解質膜ａを介してアノード側の補強膜が存在しないために、この領域ｅ２’と電解質膜ａの対応領域ａ’の間に十分な面圧が作用せず、これらの間からの酸化剤ガスの脇流れの可能性が高くなる。
【００１１】
これらのガスの脇流れにより、燃料ガスや酸化剤ガスが燃料電池の発電に使用されずに外部に排出されてしまうことから、燃料電池セルの発電性能が格段に低下することは理解に易い。
【００１２】
一方、特許文献２に開示の燃料電池では、電解質膜の両側面にともに枠状の補強膜が設けられた構成が開示されている。
【００１３】
図６は、電解質膜ａに対してカソード側、アノード側で枠状の補強膜ｅａ，ｅｂを形成する方法を模擬したものであり、この補強膜の形態によれば、電解質膜ａのアノード側、カソード側ともに、それらの周囲の４辺が補強膜で包囲され、しかも、これらの補強膜ｅａ，ｅｂが相互に圧縮し合うことで、図５で示す補強膜構造の場合の、いわゆる脇流れの問題は解消できる。しかし、電解質膜ａを介して補強膜ｅａ，ｅｂの双方を相互に対応する位置に精度よく位置決めし、電解質膜ａの表面に接着等する加工は実際には極めて困難である、との知見に本発明者等は至っている。これは、補強膜ｅａ，ｅｂの双方を位置合わせする際に、双方の直交する２辺をともに位置合わせする必要があることがその大きな原因である。さらに、たとえばアノード側、カソード側の双方ともに枠状の補強膜であることから、これらが切断加工されるシート状の部材では、切断加工後に残ったシート状部材が廃棄対象となり、無駄な材料費の発生に繋がるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−７６４０３号公報
【特許文献２】特開平７−６５８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、電解質膜のアノード側およびカソード側の双方に補強膜を有する膜電極接合体に関し、補強膜と電解質膜の間で、他の領域に比して作用面圧が低くなる領域からガスが発電に使用されずに排出されてしまう、いわゆる脇流れを効果的に抑制でき、もって発電性能に優れた燃料電池用の膜電極接合体と、アノード側およびカソード側双方の補強膜を相互に精度よく、しかも容易に位置決めして電解質膜表面に形成することができる膜電極接合体の製造方法と、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】
【００１６】
前記目的を達成すべく、本発明による燃料電池用の膜電極接合体は、電解質膜と、これよりも狭小な平面積を有し、該電解質膜のアノード側およびカソード側の両側面で該電解質膜と当接する触媒層と、からなる燃料電池用の膜電極接合体であって、電解質膜の前記両側面うち、触媒層で被覆されていない周縁の露出領域には補強膜が配されており、前記両側面のいずれか一方の側面には、枠状の前記補強膜が配され、他方の側面には、対向する２つの直線状の補強膜が、電解質膜を介して該枠状の補強膜に対応する位置に配されているものである。
【００１７】
本発明の膜電極接合体は、その構成部材である電解質膜のアノード側、カソード側のいずれか一方側に枠状の補強膜が配され、他方側に直線状（帯状）の２つの補強膜が対向しながら、しかも、枠状の補強膜を構成する４つの辺のいずれかに対応する位置に配されたものであり、これらの補強膜の内側に触媒層が形成されてその全体が構成されている。
【００１８】
この構成により、直線状の補強膜を電解質膜を介して反対側の枠状の補強膜に対応する位置に配設するに際し、たとえば、先行して電解質膜の一方面に接着等された枠状の補強膜を構成する一辺に対して、直線状の補強膜を順次位置決めすればよいことから、従来のように２つの枠状の補強膜同士を、双方の２辺がともに一致するように位置決めする場合に比して、精度のよい位置決めを格段に容易に実行することが可能となる。
【００１９】
しかも、一方側の２つの直線状の補強膜は、その全長に亘って、電解質膜を介して反対側の枠状の補強膜の一部が電解質膜を挟む相手方となる。したがって、たとえば、２つの直線状の補強膜を有する電極面において、直線状の補強膜の存在しない対向する２つの辺にガス供給用およびガス排気用マニホールドを形成した場合に、この電極面に提供されたガスは、２つの直線状の補強膜と他方極の枠状の補強膜とがその間の電解質膜を十分に圧縮することにより、該２つの直線状の補強膜と電解質膜の間からガスが排出されてしまう、いわゆるガスの脇流れを効果的に抑制することができる。なお、枠状の補強膜を有する上記他方極側においても、ガスの脇流れが抑制されることは２つの直線状の補強膜を有する極と同様である。
【００２０】
ここで、前記補強膜の一部がアノード側および／またはカソード側の前記触媒層上にラップしている形態であってもよい。この形態によれば、ガス拡散層等に対して、触媒層が配されていない電解質膜の露出領域を補強膜にて完全に保護することができ、ガス拡散層等からの毛羽が直接的に電解質膜に突き刺さる危険性を完全に抑止することができる。
また、本発明の燃料電池セルは、上記本発明の膜電極接合体のアノード側およびカソード側の両側面にガス拡散層が配され、該両側面のガス拡散層の外側にセパレータが配されてなるものである。
【００２１】
ここで、燃料電池セルのより具体的な構成は、膜電極接合体のアノード側とカソード側の双方に拡散層基材と集電層からなるガス拡散層を具備する形態、アノード側とカソード側のいずれか一方は集電層のみを具備する（拡散層基材が廃された）形態の双方を含んでいる。また、膜電極接合体とガス透過層（ガス拡散層）からなる電極体の両側にガス流路溝が形成されたセパレータが直接配された形態は勿論のこと、いわゆるフラットタイプのセパレータと電極体の間に、ガス流路層（エキスパンドメタル等の金属多孔体）が配された形態を含むものである。
【００２２】
また、本発明による燃料電池用の膜電極接合体の製造方法は、燃料電池用の電解質膜のアノード側もしくはカソード側のいずれか一方の側面の周縁に枠状の補強膜、もしくは直線状で対向する２つの補強膜のいずれか一方を形成する第１の工程、前記電解質膜のアノード側もしくはカソード側の他方の側面の周縁であって、前記形成された補強膜に対応する位置に、枠状の補強膜、もしくは直線状で対向する２つの補強膜の他方を形成する第２の工程、電解質膜のアノード側およびカソード側の両側面における前記補強膜の内側に、触媒層を形成して膜電極接合体を製造する第３の工程、からなるものである。
【００２３】
また、本発明による燃料電池用の膜電極接合体の製造方法の他の実施の形態は、燃料電池用の電解質膜のアノード側もしくはカソード側のいずれか一方の側面の周縁に枠状の補強膜、もしくは直線状で対向する２つの補強膜のいずれか一方を形成し、該補強膜の内側に触媒層を形成する第１の工程、前記電解質膜のアノード側もしくはカソード側の他方の側面の周縁であって、前記形成された補強膜に対応する位置に、枠状の補強膜、もしくは直線状で対向する２つの補強膜の他方を形成し、該補強膜の内側に触媒層を形成することで、膜電極接合体を製造する第２の工程、からなるものである。
【００２４】
さらに、本発明による燃料電池用の膜電極接合体の製造方法のさらに他の実施の形態は、電解質膜のアノード側およびカソード側の両側面において、該電解質膜よりも狭小な平面積を有する触媒層を形成する第１の工程、電解質膜のアノード側もしくはカソード側のいずれか一方の側面のうち、触媒層で被覆されていない周縁の露出領域に枠状の補強膜、もしくは直線状で対向する２つの補強膜のいずれか一方を形成する第２の工程、電解質膜のアノード側もしくはカソード側の他方の側面のうち、触媒層で被覆されていない周縁の露出領域に枠状の補強膜、もしくは直線状で対向する２つの補強膜の他方を形成することで、膜電極接合体を製造する第３の工程、からなるものである。
【００２５】
上記する膜電極接合体の製造方法では、電解質膜のアノード側、カソード側のいずれか一方に枠状の補強膜を、他方に２つの直線状の補強膜をそれぞれ形成する共通の工程を有するものであり、触媒層を形成するタイミングが形態ごとに異なるものである。ここで、電解質膜の表面に補強膜を形成する方法としては、フィルム状の補強膜を接着剤等を介して取り付ける方法、ペースト状の補強膜用材料を電解質膜表面の所定部位に塗り、乾燥もしくはホットプレスして形成する方法、などを挙げることができる。
【００２６】
なお、触媒層が予め形成された電解質膜の両側面に補強膜を形成する方法においては、補強膜の一部がアノード側および／またはカソード側の触媒層上にラップするようにして該補強膜を形成する方法であってもよい。
【００２７】
また、上記する複数の製造方法のいずれの形態においても、電解質膜の両側面に補強膜をシート状の部材を切断加工して得る場合には、該シート状の部材から前記枠状の補強膜を切断加工し、切断加工後の残りのシート状の部材から前記直線状の補強膜を切断加工して製造されるのが望ましい。
【００２８】
この方法によれば、従来の製造方法に比して、シート状の部材のうち廃棄される部材量を格段に低減することができ、このことは、燃料電池セル製造コストの低減に直結するものである。
【発明の効果】
【００２９】
以上の説明から理解できるように、本発明の燃料電池用の膜電極接合体、およびその製造方法によれば、電解質膜のアノード側、カソード側の両側面の一方に枠状の補強膜を、他方に直線状で対向する２つの補強膜を該枠状の補強膜に対応する位置に配したことで、膜電極接合体に提供されたガスが電解質膜と補強膜の間から発電に使用されずに排出されてしまう、いわゆる脇流れを効果的に抑制することができ、もって発電性能に優れた燃料電池セルを得ることができる。しかも、双方の補強膜の位置決めも容易に実行できることで、高い効率性のもとで膜電極接合体、ひいては燃料電池セルを製造することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の膜電極接合体を具備する燃料電池セルを示した縦断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）の順に、本発明の膜電極接合体の製造方法において、補強膜を製造する方法を説明した図である。
【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）の順に、本発明の膜電極接合体の製造方法の一実施の形態のフローを示した図である。
【図４】（ａ），（ｂ）の順に、本発明の膜電極接合体の製造方法の他の実施の形態のフローを示した図である。
【図５】（ａ）は、従来の電解質膜に補強膜を形成する方法の一実施の形態を説明した図であり、（ｂ）は、（ａ）で示す電解質膜を具備する燃料電池セルの縦断面図である。
【図６】従来の電解質膜に補強膜を形成する方法の他の実施の形態を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示する燃料電池セルは、酸化剤ガスや燃料ガスをその面内方向に流通させる金属多孔体（ガス流路層）を有し、これとの関連で、該セルを構成するセパレータは３層構造（２つのプレート間に流体流路が形成されたもの）を呈するものであるが、ガス流路および冷媒流路を両側面に備えたセパレータを構成部材とする場合には、セル構成部材としてガス流路層は不要である。また、補強膜の製造は、図示のごとく、一つのシートを切断加工する方法に限定されるものでないことは勿論のことである。
【００３２】
図１は、本発明の膜電極接合体を具備する燃料電池セルを示した縦断面図である。図示する燃料電池セル１０は、電解質膜１と、カソード側およびアノード側の触媒層２，３と、から膜電極接合体４が形成され、これをカソード側およびアノード側のガス拡散層５Ａ，５Ｂ、ガス流路層６Ａ，６Ｂ（金属多孔体）がそれぞれ挟持し、膜電極接合体４の周縁に流体シール用のガスケット９が配され、これらをカソード側およびアノード側のセパレータ８Ａ，８Ｂが挟持して形成されている。
【００３３】
ここで、触媒層２，３は電解質膜１に比してそれらの面積が狭小であり、したがって、電解質膜１の両側の触媒層２，３の周縁には該触媒層２，３が存在しない露出領域１’が形成されている。
【００３４】
この露出領域１’には、カソード側およびアノード側の補強膜７Ｂ，７Ａが配されており、より具体的には、該補強膜７Ｂ，７Ａの一部が触媒層２，３上にラップした姿勢で、触媒層２，３から露出領域１’に亘って補強膜７Ａ，７Ｂが配されており、ガス拡散層５Ａ，５Ｂから突出する毛羽が電解質膜１に突き刺さるのを完全に抑止している。
【００３５】
ここで、膜電極接合体４を構成する電解質膜１は、たとえば、スルホン酸基やカルボニル基を持つフッ素系イオン交換膜、置換フェニレンオキサイドやスルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリアリールエーテルスルホン、スルホン化フェニレンスルファイドなどの非フッ素系のポリマーなどから形成される。
【００３６】
また、触媒層２，３は、触媒が担持された導電性担体（粒子状のカーボン担体など）と、電解質と、分散溶媒（有機溶媒）と、を混合して触媒溶液（触媒インク）を生成し、これを電解質膜１やガス拡散層５Ａ，５Ｂ等の基材に塗工ブレードにて層状に引き伸ばして塗膜を形成し、温風乾燥炉等で乾燥することで触媒層が形成される。ここで、触媒溶液を形成する電解質は、プロトン伝導性ポリマーである、有機系の含フッ素高分子を骨格とするイオン交換樹脂、例えばパーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂、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スルホン化プラスチック系電解質、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルケトン、スルホアルキル化ポリエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリスルホン、スルホアルキル化ポリスルフィド、スルホアルキル化ポリフェニレンなどのスルホアルキル化プラスチック系電解質などを挙げることができる。なお、市販素材としては、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標、デュポン社製）やフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ）（登録商標、旭硝子株式会社製）などを挙げることができる。
【００３７】
また、分散溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、酢酸エチルや酢酸ブチルなどのエステル類、芳香族系あるいはハロゲン系の種々の溶媒を挙げることができ、さらには、これらを単独で、もしくは混合液として使用することができる。さらに、触媒が担持された導電性担体に関し、この導電性担体としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のほか、炭化ケイ素などに代表される炭素化合物などを挙げることができ、この触媒（金属触媒）としては、たとえば、白金や白金合金、パラジウム、ロジウム、金、銀、オスミウム、イリジウムなどのうちのいずれか一種を使用することができ、好ましくは白金または白金合金を使用するのがよい。さらに、この白金合金としては、たとえば、白金と、アルミニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ガリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、バナジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、チタンおよび鉛のうちの少なくとも一種との合金を挙げることができる。
【００３８】
また、ガス拡散層５Ａ，５Ｂは、拡散層基材５１ａ，５１ｂと集電層５２ａ，５２ｂ（ＭＰＬ）からなるものであり、拡散層基材５１ａ，５１ｂとしては、電気抵抗が低く、集電を行えるものであれば特に限定されるものではないが、たとえば、導電性無機物質を主とするものを挙げることができ、この導電性無機物質としては、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛等の炭素材やこれらのナノカーボン材料、ステンレススチール、モリブデン、チタン等を挙げることができる。また、拡散層基材５１ａ，５１ｂの導電性無機物質の形態は特に限定されるものではなく、たとえば繊維状あるいは粒子状で用いられるが、ガス透過性の点から無機導電性繊維であって、特に炭素繊維が好ましい。無機導電性繊維を用いた拡散層基材５１ａ，５１ｂとしては、織布あるいは不織布いずれの構造のものも使用することができ、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを挙げることができる。織布としては、平織、紋織、綴織など、特に限定されるものではなく、不織布としては、抄紙法、ニードルパンチ法、ウォータージェットパンチ法によるものなどが挙げられる。さらに、この炭素繊維としては、フェノール系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などを挙げることができる。さらに、集電層５２ａ，５２ｂはアノード側、カソード側の触媒層３，２から電子を集める電極の役割を果たすとともに、生成水等を排水する撥水作用を有するものであり、導電性材料である、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、金、銀、銅及びこれらの化合物または合金、導電性炭素材料と、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）などから形成できる。
【００３９】
また、金属多孔体６Ａ,６Ｂは、エキスパンドメタルや金属発砲焼結体からなり、この発砲焼結体においては、チタンやステンレス、銅、ニッケル等の耐食性に優れた金属素材が使用されるのがよく、さらには、ステンレス中にクロム炭化物や鉄−クロム炭化物などを分散した発泡体であってもよい。
【００４０】
さらに、補強膜７Ａ,７Ｂは、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＶＤＦ（二フッ化ポリビニル）、ポリエチレン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、コポリアミド、ポリアミドエラストマ、ポリイミド、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマ、シリコーン、シリコンゴム、シリコンベースのエラストマなどから形成される、たとえばシート状の部材を切断加工することにより、もしくはこれらの素材を含有する溶媒を電解質膜に塗布および乾燥させることにより、形成される。
【００４１】
ガスケット９は、その端部のマニホールドＭの周縁に該マニホールドＭを囲繞する無端リブ（不図示）を有するものである。その成形方法の概要は、不図示の成形型内にアノード側の金属多孔体６Ｂ，アノード側のガス拡散層５Ｂ、膜電極接合体４、カソード側のガス拡散層５Ａ、カソード側の金属多孔体６Ａの順に収容して型閉めし、膜電極接合体４の側方のガスケット用キャビティ内に樹脂を注入する（射出成形）等の方法でおこなわれる。ここで、このガスケットの材料としては、耐メタノール性を有するエポキシ系樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ウレタンＲＴＶゴムやブチルゴム系樹脂、シリコーンＲＴＶゴム、ＥＰＤＭ系樹脂等が使用できる。
【００４２】
次に、図２〜図４を参照して、本発明の膜電極接合体の製造方法を概説する。
図２は、補強膜７Ａ,７Ｂを、シートを切断加工して製造する方法を概説したものである。
【００４３】
本発明の膜電極接合体４を構成する補強膜７Ａ,７Ｂは、たとえばアノード側に配されるその一方の補強膜７Ａが図２ｂで示す枠状を呈しており、たとえばカソード側に配される他方の補強膜７Ｂが、図２ｂで示す２つの直線状を呈するものである。
【００４４】
したがって、たとえば、用意された平面視矩形もしくは正方形のシートＳＴの輪郭に沿う枠状輪郭の補強膜を製造するべく、図２ａの周縁の点線に沿うようにして枠状に切断することで、補強膜７Ａが形成される。
【００４５】
次に、補強膜７Ａが切断加工されて残ったシートＳＴの内側部分の一部を、図２ａの点線に沿うように２つの直線状に切断加工することで、補強膜７Ｂが形成される。すなわち、たとえば２つの同形および同寸法の枠状の補強膜を形成する場合には、図示するシートを２つ用意する必要があること、しかも、双方のシートでは枠状の補強膜を切断して残った部分が廃棄処分されるものであることから、補強膜製造コストが自ずと高騰する一方で、図示する補強膜７Ａ，７Ｂの形態によれば、一つのシートを有効利用し、シートの廃棄処分量も格段に低減できるという大きな利点がある。
【００４６】
次に、用意された補強膜７Ａ，７Ｂを使用し、これらと、電解質膜１と、アノード側およびカソード側の触媒層３，２とから、図３、図４の２種の方法のいずれかを適用して膜電極接合体４を製造する。
【００４７】
まず、図３で説明する膜電極接合体４の製造方法では、図３ａで示すように、電解質膜１のアノード側の側面に枠状の補強膜７Ａを接着し、次に、図３ｂで示すように、電解質膜１のカソード側の側面において、反対側に接着されている補強膜７Ａのうちの２つの対向する側面に対応する位置に、直線状の補強膜７Ｂ，７Ｂを接着する。
【００４８】
電解質膜１の両側面に補強膜７Ａ，７Ｂが接着されたら、これら補強膜７Ａ，７Ｂの内側の領域に触媒溶液塗工し、温風乾燥等することで、カソード側およびアノード側の触媒層２，３が形成され、膜電極接合体４が製造される。
【００４９】
一方、図４で説明する膜電極接合体４の製造方法は、まず、図４ａで示すように、電解質膜１のカソード側およびアノード側に触媒層２，３を先行して形成する。次いで、図４ｂで示すように、アノード側の触媒層３にその一部がラップするようにして枠状の補強膜７Ａを接着し、次いで、カソード側の触媒層２にその一部がラップするようにして、かつ、反対側に接着されている補強膜７Ａのうちの２つの対向する側面に対応する位置に、直線状の補強膜７Ｂ，７Ｂを接着することで、膜電極接合体４が製造される。
【００５０】
図３，４いずれの方法であっても、枠状の補強膜７Ａを電解質膜１に接着し、この補強膜７Ａを構成する対向２辺のそれぞれに位置合わせするようにして直線状の補強膜７Ｂを電解質膜１の他方面に接着させるのみであることから、双方の補強膜７Ａ，７Ｂの位置合わせを極めて簡易に、しかも精度よく実行することができる。
【００５１】
さらには、補強膜７Ａ，７Ｂにおいて、双方が電解質膜１を挟むことのできる領域は直線状の補強膜７Ｂの全領域となり、この補強膜７Ｂとこれに対応する補強膜７Ａの一部からの圧縮作用により、電解質膜１のこれらに対応する領域には十分な面圧（圧縮力）が作用することとなる。したがって、補強膜７Ｂ，７Ｂに直交する端辺（図３ｂ、ｃで補強膜７Ｂが存在しない端辺）からこれに対向する端辺に仮にガスが流れる場合に、このガスが燃料電池セルの発電に使用されることなく、補強膜７Ｂと電解質膜１の間から排出される（脇流れ）危険性はない。したがって、従来の補強膜構造、すなわち、アノード側とカソード側で２つの対向する直線状の補強膜が相互に井桁状に配されてなる補強膜構造のように、アノード側、カソード側の両極においてガスの脇流れの危険性が高い燃料電池セルに比して、発電性能と品質に優れた燃料電池セルの製造に供されるものである。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１…電解質膜、１’…電解質膜の露出領域、２…カソード側の触媒層、３…アノード側の触媒層、４…膜電極接合体、５Ａ…カソード側のガス拡散層（ガス透過層）、５１ａ…拡散層基材、５２ａ…集電層、５Ｂ…アノード側のガス拡散層（ガス透過層）、５１ｂ…拡散層基材、５２ｂ…集電層、６Ａ…カソード側のガス流路層（ガス透過層）、６Ｂ…アノード側のガス流路層（ガス透過層）、７Ａ…アノード側の補強膜、７Ｂ…カソード側の補強膜、８Ａ…カソード側のセパレータ、８Ｂ…アノード側のセパレータ、９…ガスケット、１０…燃料電池セル、ＳＴ…補強膜形成用のシート
【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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