(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスリークを確実に防止するとともに、アノード側の触媒層とカソード側の触媒層とをより簡便な方法で容易に判別でき、低コスト化を図ることのできる触媒層−電解質膜積層体、これを用いた膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池、及び触媒層−電解質膜積層体の製造方法を提供する。【解決手段】イオン電導性高分子電解質膜２と、前記イオン伝導性電解質膜２の両面にそれぞれ形成された触媒層３と、前記２つの触媒層３のうち少なくとも１つの触媒層３の外周縁部上に設置された、中央に開口部を有する枠状のエッジシール４とを備えており、前記エッジシール４が１つの場合は該エッジシール４が、前記エッジシール４が２つの場合は２つのうち少なくとも一方のエッジシール４が着色されている、エッジシール４付き触媒層−電解質膜積層体１０である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン電導性高分子電解質膜と、
前記イオン導電性電解質膜の両面にそれぞれ形成された触媒層と、
前記２つの触媒層のうち少なくとも１つの触媒層の外周縁部上に設置された、中央に開口部を有する枠状のエッジシールと、を備えており、
前記エッジシールが１つの場合は該補強層が、前記エッジシールが２つの場合は２つのうち少なくとも一方のエッジシールが着色されている、
エッジシール付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項２】
前記着色されたエッジシールが透明である、請求項１に記載の触媒層−電解質膜積層体。
【請求項３】
前記着色されたエッジシールの視感透過率２０％以上である、請求項１記載の触媒層−電解質膜積層体。
【請求項４】
前記エッジシール付き触媒層−電解質膜積層体と
前記エッジシール付き触媒層−電解質膜積層体上に形成されたガス拡散層と、
を備えた、膜電極接合体。
【請求項５】
請求項４に記載の膜電極接合体と、
前期膜電極接合体の周囲を囲むように設置されたガスケットと、
前記膜電極接合体を挟持するように設置されたセパレータと、
を備えた、固体高分子形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒層−電解質膜積層体、膜電極接合体、固体高分子形燃料電池、及び触媒層−電解質膜積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等として早期の実用化が見込まれている。 
【０００３】
この固体高分子形燃料電池は、イオン伝導性を有するイオン伝導性高分子電解質膜を用い、このイオン伝導性高分子電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層を順に積層している。そして、この触媒層及びガス拡散層からなる電極の周囲を囲むように補強膜を配置し、さらにこれをセパレータで挟んだ構造を有している（例えば、特許文献１参照）。この固体高分子形燃料電池を発電させるために、一方の電極に水素などの燃料ガスを供給し、他方の電極に酸素などの酸化剤ガスを供給している。 
【０００４】
しかしながら、上記固体高分子形燃料電池では、補強膜と電極との間には隙間が形成されており、この隙間部分に対応するイオン伝導性高分子電解質膜は、電極または補強膜のどちらにも押さえられていない状態となっている。このため、イオン伝導性高分子電解質膜が湿潤状態と乾燥状態とを繰り返して膨張と収縮が繰り返されることで、イオン伝導性高分子電解質膜に応力が生じて疲労してしまい、イオン伝導性高分子電解質膜が破損してしまうおそれがある。この結果、イオン伝導性高分子電解質膜の破損部分を介してガスリークが生じ、燃料ガスと酸化剤ガスが混合してしまうといった問題が生じる。
また、燃料電池に使用されるアノード側の触媒層とカソード側の触媒層とは一般的に外観（形状や色）がほぼ同じであるために、膜電極接合体を組み立てる際にアノード側とカソード側との向きを間違えて組み合わることが多く、これにより初期の性能が損なわれたり、歩留り低下によるコスト高になるといった問題があった。
【０００５】
そこで、特許文献２に記載の固体高分子形燃料電池は、イオン伝導性高分子電解質膜の一方面にイオン伝導性高分子電解質膜よりも面積の小さいアノード用触媒層を、イオン伝導性高分子電解質膜の他方面にイオン伝導性高分子電解質膜よりも面積の小さいカソード用触媒層を形成している。そして、イオン伝導性高分子電解質膜の触媒層が形成されていない領域に、触媒層と同一の組成を有する材料でできた識別マークを形成し、この識別マークによってアノード側の触媒層とカソード側の触媒層とを判別できるようにしている。
【０００６】
しかしながら、一般的に触媒層に使用される材料は非常に高価であるため、上述したように電池性能に寄与しない触媒層を使用して識別マークを形成することは製造コストの観点で問題がある。また、形状の差で識別する方法は電気回路で一般的に用いられる色識別とは異なるため、アノード側の触媒層とカソード側の触媒層とを識別するためには、製造工程従事者の訓練が必要となり、作業性の観点からも問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２７４９２６号公報
【特許文献２】特開２００７−１７９８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ガスリークを確実に防止するとともに、アノード側の触媒層とカソード側の触媒層とをより簡便な方法で容易に判別でき、低コスト化を図ることのできる触媒層−電解質膜積層体、これを用いた膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池、及び触媒層−電解質膜積層体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】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、触媒層−電解質膜積層体を着色されたエッジシールを用いて補強することにより、上記課題を解決できることを見い出した。本発明は、このような知見に基づき完成されたものである。
【００１０】
即ち、本発明は、下記項１〜５に係る触媒層−電解質膜積層体、膜電極接合体、固体高分子形燃料電池、及び触媒層−電解質膜積層体の製造方法を提供する。
項１．イオン電導性高分子電解質膜と、前記イオン伝導性高分子電解質膜の両面にそれぞれ形成された触媒層と、前記２つの触媒層のうち少なくとも１つの触媒層の外周縁部上に設置された、中央に開口部を有する枠状のエッジシールと、を備えており、前記エッジシールが１つの場合は該エッジシールが、前記エッジシールが２つの場合は２つのうち少なくとも一方のエッジシールが着色されている、エッジシール付き触媒層−電解質膜積層体。
項２．前記着色されたエッジシールが透明である、項１に記載の触媒層−電解質膜積層体。
項３．前記着色されたエッジシールの視感透過率が２０％以上である、項１記載の触媒層−電解質膜積層体。
項４．前記エッジシール付き触媒層−電解質膜積層体と、前記エッジシール付き触媒層−電解質膜積層体上に形成されたガス拡散層と、を備えた、膜電極接合体。
項５．項４に記載の膜電極接合体と、前期膜電極接合体の周囲を囲むように設置されたガスケットと、
前記膜電極接合体を挟持するように設置されたセパレータと、を備えた、固体高分子形燃料電池。
【００１１】
本発明に係るエッジシール付き触媒層−電解質膜積層体は、イオン電導性高分子電解質膜と、前記イオン伝導性高分子電解質膜の両面に形成された触媒層と、中央に開口部が形成されており、内周縁部が前記触媒層の外周縁部上に載置された状態で、前記イオン伝導性高分子電解質膜及び触媒層からなる触媒層−電解質膜積層体の少なくとも一方面（好ましくは両面）に接着されたエッジシールとを備えている。前記エッジシールが１つの場合は該エッジシールが、前記エッジシールが２つの場合は２つのうち少なくとも一方のエッジシールが着色されている。前記エッジシールが２つの場合、前記エッジシールのアノード側とカソード側の色差△EはL*a*b*表色系で1.2以上であるのが好ましい。
【００１２】
前記エッジシールは種々の構成をとることができるが、例えば、基材層と基材層上に設けた触媒層−電解質膜積層体に接着する第１の樹脂層とを有した構成とすることが好ましい。さらに、基材層は燃料ガス及び酸化剤ガスの透過を防止するガスバリア性を有することがなお好ましい。この構成によれば、触媒層−電解質膜積層体と接着するための第１の樹脂層とは別に、ガスバリア性の基材層を有することで、燃料ガスや酸化剤ガスのリークを確実に防止することができる。
【００１３】
また、エッジシールの着色はアノード側とカソード側のどちらでもよく、色差△EがL*a*b*表色系で隣接した位置関係にあるエッジシールの色差が感じられる1.2以上が好ましく、さらに好ましくは隣接した位置関係にあるエッジシールの色差が感じられる2.5以上であればよい。このことにより、アノード側の触媒層とカソード側の触媒層を容易に識別することが可能となる。
また、カソード側のエッジシールをL*a*b*表色系でa*の値をプラス側の方に大きい値にするとよい。このことによりカソード側のエッジシールの色が赤味をおびることとなり、JISC６００３記載の配線識別表で示す「陽極」の色と同色になるため、製造工程従事者全員に訓練をする必要なく、容易にアノード側の触媒層とカソード側の触媒層を認知することが可能となる。
【００１４】
さらに、エッジシールの着色は上記樹脂層または基材のどちらか一方または両方であってもよく、上記色差を確保できるだけ、着色すればよい。
また、エッジシール全体が着色されている必要は無く部分的に識別できるマーキングがあってもよい。これは、アノード側の触媒層とカソード側の触媒層とが識別できるように着色されていればよく、例えばエッジシール上にアノード側の触媒層とカソード側の触媒層を識別するマークを印字してもよい。このマークの形状は識別できる大きさがあれば、同形状でも異なる形状であってもよい。
【００１５】
この構成によれば、アノード側とカソード側に使用されるエッジシールの色が異なるため、その色によってアノード側の触媒層とカソード側の触媒層とを識別することができる。そのため、電池性能に寄与しない触媒層を用いた識別マークを別途形成する必要がなく、低コスト化を図ることができる。また、触媒層の形状、大きさを変えることなく触媒層−電解質膜積層体を形成することができ、多種の触媒層−電解質膜積層体に対応することができる。
【００１６】
本発明に係るエッジシール付き膜電極接合体１は、上述したエッジシール付き触媒層−電解質膜積層体上にガス拡散層を備えている。
【００１７】
また、本発明に係るエッジシール付き膜電極接合体２は、イオン伝導性高分子電解質膜の両面に形成された触媒層上にガス拡散層を積層し、ガス拡散層の外周縁部上に前記エッジシールが載置されている。
【００１８】
この構成によれば、膜電極接合体２に使用される各種部材をエッジシールにより固定することが可能となり、燃料電池作製時の位置ズレを懸念することなく、燃料電池を作製できる。
【００１９】
本発明に係る固体高分子形燃料電池は、上述したエッジシール付き膜電極接合体上を両側から挟持するよう設置されたセパレータと、を備えている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、アノード側の触媒層とカソード側の触媒層とをより簡便な方法で判別できるとともに、低コスト化を図ることのできるエッジシール付き触媒層−電解質膜積層体、これを用いた膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池、並びに触媒層−電解質膜積層体の製造方法を提供することができる。
【００２１】
本発明のエッジシール付き触媒層−電解質膜積層体は、電池性能に寄与しない触媒層を使用して識別マークを形成する必要はないので、製造コストの観点から有利である。また、アノード側の触媒層とカソード側の触媒層とを容易に識別できるので、製造工程従事者の訓練も不要であり、作業性の点で優れている。
【００２２】
本発明のエッジシール付き触媒層−電解質膜積層体は、ガスリークを確実に防止できる利点をも有している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る固体高分子形燃料電池の実施形態を示す正面断面図である。
【図２】本発明に係るエッジシール付き膜電極接合体平面図である。
【図３】本発明に係るエッジシール付き膜電極接合体の外周縁部の詳細を示す拡大正面断面図である。
【図４】本発明に係る固体高分子形燃料電池の製造方法を示す説明図である。
【図５】本発明に係るエッジシール付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法を示す説明図である。
【図６】本発明に係る固体高分子形燃料電池の他の実施形態を示す正面断面図である。
【図７】本発明に係る固体高分子形燃料電池のさらに他の実施形態を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る固体高分子形燃料電池に用いられるエッジシール付き触媒層−電解質膜積層体の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１及び図２に示すように、固体高分子形燃料電池１は、イオン伝導性高分子電解質膜２及び触媒層３からなる触媒層−電解質膜積層体１０と、この触媒層−電解質膜積層体１０から外方に延びるエッジシール４と、触媒層３上に形成された導電性多孔質基材５とを備えている。また、固体高分子形燃料電池１は、これらを挟持するセパレータ７も備えている。以下、各部材について詳細に説明する。
【００２６】
イオン伝導性高分子電解質膜２は、平面視矩形状であり、このイオン伝導性高分子電解質膜２の両面にイオン伝導性高分子電解質膜２よりも一回り小さい触媒層３が形成されている。このイオン伝導性高分子電解質膜２の両面に触媒層３が形成されたものを触媒層−電解質膜積層体１０という。触媒層３は、イオン伝導性高分子電解質膜２よりも一回り小さく形成されているためにイオン伝導性高分子電解質膜２の外周縁部２１上には触媒層３が形成されていないが、図６に示すようにイオン伝導性高分子電解質膜２と同じ大きさに形成することもできる。なお、イオン伝導性高分子電解質膜２の外周縁から触媒層３の外周縁までの距離Ｃ（図３参照）は、０〜１０ｍｍであることが好ましい。また、イオン伝導性高分子電解質膜２の厚さは、通常２０〜２５０μｍ程度、好ましくは２０〜８０μｍ程度であり、触媒層３の厚さは、通常５〜２００μｍ程度、好ましくは１０〜１００μｍ程度である。
【００２７】
エッジシール４は、中央に開口部４１が形成された枠状であり、燃料電池の発電に用いられる燃料ガスや酸化剤ガスの透過を防止する基材４２と、触媒層−電解質膜積層体１０と接着する樹脂層４３とから構成されている。エッジシール４は、樹脂層４３が触媒層−電解質膜積層体１０に接着することで触媒層−膜積層体１０に接合されている。なお、エッジシール４が触媒層−電解質膜積層体１０に接合した状態では、エッジシール４の内周縁部における樹脂層４３が触媒層３の外周縁部３１に接着するとともに、エッジシール４の開口部４１から触媒層３の外周縁部３１を除いた部分が露出している。基材４２の膜厚は、５〜５００μｍとすることが好ましく、樹脂層４３の膜厚は、１〜５００μｍとすることが好ましい。また、触媒層３の外周縁からエッジシール４の内周縁までの距離Ｂ（図３参照）は、０〜２０ｍｍとすることが好ましい。
【００２８】
また、エッジシール４は、イオン伝導性高分子電解質膜２よりも一回り大きく形成されており、電解質２の外周縁部２１上に接着するとともに、イオン伝導性高分子電解質膜２の外側でイオン伝導性高分子電解質膜２からはみ出た各エッジシール４の外周縁部４５同士が接着している。なお、エッジシール４はイオン伝導性高分子電解質膜２と同じ大きさに形成することもできる。このエッジシール４の外周縁からイオン伝導性高分子電解質膜２の外周縁までの距離Ｄ（図３参照）は０〜１５０ｍｍであることが好ましい。このように、触媒層−電解質膜積層体１０にエッジシール４が接着されたものが、本発明のエッジシール付き触媒層−電解質膜積層体に相当する。
【００２９】
エッジシール４の開口部４１から露出している触媒層３上に平面視矩形状の導電性多孔質基材５が形成されている。この導電性多孔質基材５の外周縁からエッジシール４の内周縁までの距離Ａ（図３参照）は、０〜１０ｍｍであることが好ましい。このように、触媒層３上に導電性多孔質基材５が形成されて電極Eを構成しており、イオン伝導性高分子電解質膜２の両面に電極Ｅが形成されたものを膜電極接合体２０という。なお、膜電極接合体２０にエッジシール４が接着されているものが、本発明のエッジシール付き膜電極接合体に相当する。
【００３０】
そして、固体高分子形燃料電池１は電極Ｅ上にセパレータ７が設置されている。セパレータ７は、導電性多孔質基材５と対向する領域にガス流路７１が形成されている。
【００３１】
次に上述したように構成された固体高分子形燃料電池１の各構成要素の材質について説明する。
【００３２】
イオン伝導性高分子電解質膜２は、例えば、基材上に水素イオン伝導性高分子電解質を含有する溶液を塗工し、乾燥することにより形成される。水素イオン伝導性高分子電解質膜としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、より具体的には、炭化水素系イオン交換膜のＣ−Ｈ結合をフッ素で置換したパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー（ＰＦＳ系ポリマー）等が挙げられる。電気陰性度の高いフッ素原子を導入することで、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の解離度が高く、高いイオン伝導性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Ｎａｆｉｏｎ」（登録商標）、旭硝子（株）製の「Ｆｌｅｍｉｏｎ」（登録商標）、旭化成（株）製の「Ａｃｉｐｌｅｘ」（登録商標）、ゴア（Ｇｏｒｅ）社製の「Ｇｏｒｅ  Ｓｅｌｅｃｔ」（登録商標）等が挙げられる。水素イオン伝導性高分子電解質含有溶液中に含まれる水素イオン伝導性高分子電解質の濃度は、通常５〜６０重量％程度、好ましくは２０〜４０重量％程度である。なお、上記の水素イオン伝導性高分子電解質膜以外には、アニオン導電性高分子電解質膜や液状物質含浸膜も挙げられる。アニオン伝導性電解質膜としては炭化水素系樹脂又はフッ素系樹脂等が挙げられ、具体例としては炭化水素系樹脂としては、旭化成（株）製のＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標）Ａ２０１，２１１，２２１や、トクヤマ（株）製のネオセプタ（登録商標）ＡＭ−１，ＡＨＡ等が挙げられ、フッ素系樹脂としては、東ソー（株）製のトスフレックス（登録商標）ＩＥ−ＳＦ３４等が挙げられる。また液状物質含浸膜としては、例えばポリベンゾイミダゾール（PBI）が挙げられる。
【００３３】
触媒層３は、公知の白金含有の触媒層（カソード触媒及びアノード触媒）とすることができる。具体的には、触媒粒子を担持させた炭素粒子と、水素イオン伝導性高分子電解質とを含有する。水素イオン伝導性高分子電解質としては、上述したイオン伝導性高分子電解質膜２に使用されるものと同じ材料を使用することができる。
【００３４】
触媒粒子としては、例えば、白金や白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と、白金との合金等が挙げられる。なお、通常は、カソード側の触媒層に含まれる触媒粒子は白金であり、アノード側の触媒層に含まれる触媒粒子は前記金属と白金との合金である。
【００３５】
炭素粒子は、導電性を有しているものであれば限定的ではなく、公知又は市販のものを広く使用できる。例えば、カーボンブラックや、黒鉛、活性炭等を１種又は２種以上で用いることができる。カーボンブラックの例としては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等を挙げることができる。炭素粒子の算術平均粒子径は通常５ｎｍ〜２００ｎｍ程度、好ましくは２０〜８０ｎｍ程度である。この炭素粒子の平均粒子径は、例えば、粒子径分布測定装置ＬＡ−９２０：（株）堀場製作所製等により測定できる。
【００３６】
エッジシール４は、基材４２と樹脂層４３とから構成されているが、基材４２は、水蒸気、水、燃料ガス及び酸化剤ガスに対するバリア性を有するポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリメチルテンペン、ポリフェニレンオキサイド、ポリサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドなどを好ましく使用することができる。なお、ポリエステルは、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート等を挙げることができる。
【００３７】
また、樹脂層４３の材料としては、ポリオレフィン系樹脂が好ましく、例えば、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、エチレン−α・オレフィン共重合体、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソブテン、ポエイソブチレン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、エチレン−メタクリル酸共重合体、あるいはエチレン−アクリル酸共重合体等のエチレンと不飽和カルボン酸との共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等を使用することができる。またそれらを変性した酸変性ポリオレフィン系樹脂、シラン変性ポリオレフィン系樹脂を使用することができ、その中でも不飽和カルボン酸でグラフト変性したポリプロピレンもしくは不飽和カルボン酸で変性したポリエチレンを使用することが絶縁性もしくは耐熱性の点で好ましい。
基材４２または樹脂層４３を着色する着色剤としては、特に指定は無く、市販のプラスチック着色用のマスターバッチを使用すると容易に着色することができる。
【００３８】
プラスチック着色用のマスターバッチとしては、例えば、大日精化工業株式会社製ダイカラーシリーズ、山陽化工株式会社製ポルマックスシリーズ、日本ピグメント株式会社製NIPPISUNCOLOURシリーズ等を挙げることができる。これらマスターバッチを構成する樹脂は、例えば、グラフト変性ポリオレフィンであり、色はカーボンブラック等により黒く着色されている。
【００３９】
導電性多孔質基材５としては、公知であり、燃料極、空気極を構成する各種の導電性多孔質基材を使用でき、燃料である燃料ガス及び酸化剤ガスを効率よく触媒層３に供給するため、多孔質の導電性基材からなっている。多孔質の導電性基材としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等が挙げられる。
【００４０】
セパレータ７としては、公知であり、燃料電池内の環境においても安定な導電性板であればよく、一般的には、カーボン板にガス流路７１を形成したものが用いられる。また、セパレータ７をステンレス等の金属により構成し、金属の表面にクロム、白金族金属又はその酸化物、導電性ポリマーなどの導電性材料からなる被膜を形成したものや、同様にセパレータを金属によって構成し、該金属の表面に銀、白金族の複合酸化物、窒化クロム等の材料によるメッキ処理を施したもの等も使用可能である。
【００４１】
次に上述した固体高分子形燃料電池１の製造方法について図面を参照しつつ説明する。図４は、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池１の製造方法を示す説明図である。
【００４２】
図４に示すように、上述した材料からなるイオン伝導性高分子電解質膜２を準備し、このイオン伝導性高分子電解質膜２の両面に触媒層形成用転写シート８を重ねて配置する（図４（ａ））。この触媒層形成用転写シート８とは、転写される触媒層３が転写用基材８１に形成されたものである。
【００４３】
ここで触媒層形成用転写シート８の製造方法について説明する。まず、上述した触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を適当な分散媒に混合、分散して触媒層形成用組成物を作製する。そして、形成される触媒層３が所望の膜厚になるよう、触媒層形成用組成物を転写用基材８１上に塗工・乾燥して触媒層３を形成する。必要に応じて離型層を介して触媒層形成用組成物を転写用基材８１上に塗工する。各触媒層形成用組成物の塗工方法としては、スクリーン印刷や、スプレーコーティング、ダイコーティング、ナイフコーティングなどの公知の塗工方法を挙げることができる。触媒層形成用組成物を塗工した後、所定の温度及び時間で乾燥することにより転写用基材８１上に触媒層３が形成される。乾燥温度は、通常４０〜１００℃程度、好ましくは６０〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常５分〜２時間程度、好ましくは１０分〜１時間程度である。
【００４４】
上記各触媒層形成用組成物に使用される分散媒としては、各種アルコール類、各種エーテル類、各種ジアルキルスルホキシド類、水またはこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でもアルコール類が好ましい。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、等の炭素数１〜４の一価アルコール、各種の多価アルコール等が挙げられる。
【００４５】
転写用基材８１としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを挙げることができる。また、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。さらに転写用基材８１は、高分子フィルム以外にアート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙などの非塗工紙であっても良い。転写用基材８１の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から通常６〜１００μｍ程度、好ましくは１０〜３０μｍ程度とするのがよい。従って、転写用基材８１としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。
【００４６】
図４に戻って、固体高分子形燃料電池の製造方法について説明を続ける。上述したように作製した触媒層形成用転写シート８を触媒層３がイオン伝導性高分子電解質膜２に対面するように配置し（図４（ａ））、転写シート８の背面側から加熱プレスを施して触媒層３をイオン伝導性高分子電解質膜２に転写させて、転写シート８の転写用基材８１を剥離する（図４（ｂ））。作業性を考慮すると、触媒層３をイオン伝導性高分子電解質膜２の両面に同時に積層することが好ましいが片面ずつ触媒層３を形成することもできる。加熱プレスの加圧レベルは、転写不良を避けるために、通常０．５〜２０ＭＰａ程度、好ましくは１〜１０ＭＰａ程度がよい。また、この加圧操作の際に、転写不良を避けるために加圧面を加熱するのが好ましい。加熱温度は、イオン伝導性高分子電解質膜２の破損、変形等を避けるために、通常２００℃以下、好ましくは１５０℃以下がよい。このようにイオン伝導性高分子電解質膜２の両面に触媒層３を形成することで触媒層−電解質膜積層体１０が形成される。
【００４７】
次に、このようにして形成された触媒層−電解質膜積層体１０に、着色エッジシール４aと非着色エッジシール４bを取り付ける（図４（ｃ））。この着色エッジシール４aの製造方法について説明すると、まず、上述した材料からなるシート状の基材４２を準備する。そして、上述した樹脂層４３の材料を溶融した状態にし、これに市販の着色上マスターバッチを添加して混練する。このように着色剤が添加された溶融状態の樹脂層材料を溶融押し出し法によって基材４２上に押し出し、着色された樹脂層４３を基材４２上に形成することで着色エッジシール４aを作製する。
【００４８】
非着色エッジシール４bは上述した着色エッジシール４aと着色用のマスターバッチを混練する以外は同様の製法で作製する。
【００４９】
以上のように作製した着色エッジシール４aと非着色エッジシール４bを触媒層−電解質膜積層体１０に接合させる（図４（ｃ））。この工程について図５を参照しつつ詳細に説明する。上述した材料からなる着色エッジシール４aと非着色エッジシール４bのエッジシールを樹脂層４３同士が向き合うよう重ねて、１辺を残した残り３辺を互いに接着させる。これによって、２枚のエッジシール４は、コ字状に接着部が形成されるとともに、左側の一辺が開口している袋体となる（図５（ａ））。なお、接着方法は種々の公知の方法を採用することができ、例えば、高周波溶着や、熱風式溶着、熱板式溶着、インパルス式溶着、コテ式溶着、超音波溶着などによって接着させることができる。
【００５０】
着色エッジシール４aと非着色エッジシール４bによって袋体状のエッジシール４を形成すると、次に、この袋体を構成する各エッジシールの中央部に易除去領域４４を形成する（図５（ｂ））。易除去領域４４の大きさは、触媒層３の外周縁部３１を除いた部分とほぼ同じとする。なお、この易除去領域４４とは、容易に取り除ける領域のことをいい、例えば、その外周縁にミシン目を入れることや、一部だけ残して切込みを入れること等によって形成することができる。このように易除去領域４４が形成された袋体に、その接着されていない左側から、触媒層−電解質膜積層体１０を挿入して所定位置まで移動させる（図５（ｃ））。この所定位置とは、触媒層−電解質膜積層体１０の触媒層３の外周縁部３１を除いた部分が易除去領域４４に対向している位置のことをいう。この時、着色エッジシール４a側にアノード側の触媒層３aが来るように挿入する。
【００５１】
触媒層−電解質膜積層体１０を所定位置まで移動させた後、易除去領域４４の外周縁のミシン目を切断して易除去領域４４を各エッジシールから取り外すことで、各エッジシール４の中央部に開口部４１が形成される（図５（ｄ））。このように易除去領域４４が各エッジシール４から取り外されて開口部４１が形成されると、触媒層−電解質膜積層体１０の触媒層３が外周縁部３１を除いて各開口部４１から露出した状態となる。そして、この状態でエッジシール４の接着されていなかった残りの部分を公知の方法で接着させることで、エッジシール４の樹脂層４３は、触媒層−電解質膜積層体１０の触媒層３の外周縁部３１や、イオン伝導性高分子電解質膜２の外周縁部２１に接着するとともに、エッジシール４同士でも接着する。以上の工程によって、エッジシール付き電解質触媒層−電解質膜積層体が完成する（図５（ｅ）、図４（ｃ））。
【００５２】
図４に戻って、固体高分子形燃料電池１の製造方法の説明を続ける。上述したエッジシール付き触媒層−電解質膜積層体の開口部４１から露出している触媒層３上に、導電性多孔質基材５を熱圧着により積層形成して、エッジシール付き膜電極接合体が完成する（図４（ｄ））。そして、触媒層３及び導電性多孔質基材５からなる電極Ｅの周囲を囲むようにエッジシール４上にガスケット６を配置する。続いて、ガス流路７１が導電性多孔質基材５と対向するよう、セパレータ７を導電性多孔質基材５及びガスケット６上に配置する。最後に導電性多孔質基材５とセパレータ７とが電気的に接続するようにセパレータ７で膜電極接合体を挟持することによって、固体高分子形燃料電池１が完成する（図４（ｅ））。
【００５３】
また、図７に示すように、導電性多孔質基材５の外周縁部５１上にエッジシール４の内周縁部を接着させ、エッジシール４の開口部４１から導電性多孔質基材５の外周縁部５１を除いた部分が露出するように構成することもできる。
【００５４】
また、上記実施形態では、エッジシール４を一旦、袋体にして、触媒層−電解質膜積層体１０を挿入するという製造方法を採用しているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、触媒層−電解質膜積層体１０の両面に、予め開口部４１が形成された着色エッジシール４aと非着色エッジシール４bとを、樹脂層４３が触媒層−電解質膜積層体１０を向くようにそれぞれ配置し、公知の接着方法などによって触媒層−電解質膜積層体１０の両面に各エッジシール４を接着させて、エッジシール付き触媒層−電解質膜積層体を作製することもできる。
【００５５】
また、上記実施形態では、樹脂層４３の材料を溶融した状態にし、これに上述した材料からなる着色用マスターバッチを添加して混練しているが、特にこの製法に限定されるわけではない。例えば、マスターバッチにより着色された基材４２を基材とし、溶融状態の樹脂層材料を溶融押し出し法によって基材４２上に押し出し、樹脂層４３を基材４２上に形成することで着色エッジシール４aを作製することができる。
【００５６】
また、上記実施形態では、固体高分子形燃料電池１を構成するイオン伝導性高分子電解質膜２や触媒層３、導電性多孔質基材５など全て平面視矩形状として説明したが、特に形状は限定されるものではなく、例えば平面視円形状とすることもできる。
【００５７】
以上、本実施形態によれば、アノード側のエッジシールのみが着色されていることより、アノード側の触媒層３aとカソード側の触媒層３bとを識別することができる。また、本実施形態では、着色エッジシール４aと非着色エッジシール４bを触媒層３上に接着するだけであって、触媒層３自体の形状を変更したり余分な触媒層を形成したりするわけではないため、性能に寄与しない電極部分を削減することができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、アノード側の触媒層３aのみに着色エッジシール４aを接着させたが、カソード側の触媒層３bのみに着色エッジシールを接着させてもよいし、さらには、アノード側の触媒層３aとカソード側の触媒層３bとの両方に色相の異なる着色エッジシール４aと４ｂを接着させてもよい。
【００５９】
エッジシールの色差及び視感透過率は、いずれも、分光光度計（（株）島津製作所製、商品名：「ＵＶ−３１００ＰＣ」）を用いて測定した。即ち、基材上に着色用マスターバッチを添加した樹脂を塗工し、そこから５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさの試験片を切出し、分光光度計により測定した。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６１】
実施例
イオン伝導性高分子電解質膜２は、６３×６３ｍｍの大きさに切断された膜厚５３μｍのＮＲＥ２１２ＣＳ（Ｄｕｐｏｎｔ社製）を使用した。
【００６２】
次に、触媒層形成用転写シート８を次の要領で作製した。まず、白金触媒担持カーボン（白金担持量：４５．７ｗｔ％、田中貴金属社製、ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ）２ｇに、１−ブタノール１０ｇ、３−ブタノール１０ｇ、フッ素樹脂（５ｗｔ％ナフィオンバインダー、デュポン社製）２０ｇ及び水６ｇを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、触媒層形成用組成物を調製した。そして、転写用基材８１としてポリエステルフィルム(東レ製、X44、膜厚25μm)を準備し、この転写用基材８１上に上記触媒層形成用組成物を塗布した。
【００６３】
以上のように作製した触媒層形成用転写シート８を53×53ｍｍの大きさに切断し、イオン伝導性高分子電解質膜２の両面それぞれに触媒層３がイオン伝導性高分子電解質膜２側を向くように中心を合わせて配置した。そして、１３５℃、５．０ＭＰａ、１５０秒の条件で熱プレスすることで、イオン伝導性高分子電解質膜２の両面に触媒層３を形成し、触媒層−電解質膜積層体１０を作製した。なお、触媒層３の厚さは２０μｍである。
【００６４】
続いて、着色エッジシール４aを作製した。着色エッジシール４aの基材層４２として、二軸延伸ポリエチレンナフタレート（帝人社製、テオネックス、膜厚１２μｍ）を使用した。そして、溶融させた状態の不飽和カルボン酸グラフト変性ポリプロピレン（住友化学製  アドマー  SF−７４１）にカーボンブラックで着色した黒色のマスターバッチ（住化カラー社製  商品名：ＳＰＰＭ−８Ｇ６８０）を添加し混練した樹脂を溶融押出し法により、上記基材層４２上に３０μｍの厚さで押し出して樹脂層４３を形成した。この着色エッジシール４aを８０×８０ｍｍの大きさに切断し、その中央部に５０×５０ｍｍの大きさの開口部４１を形成した。また、非着色エッジシール4bは黒色マスターバッチを混連する以外は上記着色エッジシール4aと同じ製法で作製した。そして、着色エッジシール４aが触媒層−電解質膜積層体１０のアノード側、非着色エッジシール4bが触媒層−電解質膜積層体１０のカソード側に中心を合わせ配置し、１３０℃、１．０ＭＰａ、３０秒の条件で熱プレスすることで着色エッジシール４aおよび非着色エッジシール4bを電解質膜−触媒層接合体１０に接着し、エッジシール付き触媒層−電解質膜積層体を作製した。
【００６５】
なお、着色エッジシールの視感透過率は５０％であり、着色エッジシールと非着色エッジシールとの色差は４．６であった。
【符号の説明】
【００６６】
１    固体高分子形燃料電池
２    イオン伝導性高分子電解質膜
３    触媒層
３１  外周縁部
４    エッジシール
４１  開口部
４２  基材層
４３  樹脂層
４a   着色エッジシール
４b   非着色エッジシール
５    ガス拡散層
５１  外周縁部
６    ガスケット
７    セパレータ
１０  触媒−電解質膜積層体
２０  膜電極接合体
【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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【図７】
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