(57)【要約】      （修正有）【課題】電極触媒層中の触媒粉末量を確認しながら製造できる燃料電池用電極触媒層の製造方法及びそれにより製造された燃料電池を提供する。【解決手段】通気性を有する基材を通気性テーブル上に載置し、通気性テーブル上の基材の上面側を囲い部材で取り囲み、囲い部材で取り囲まれた第１の空間にキャリアガスに随伴された所定量の触媒粉末を導入するとともに、基材の下面側の第２の空間を排気することにより、基材の上面に触媒粉末を所望厚みに堆積させる。【選択図】図４
2011204624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気性を有する基材を通気性テーブル上に載置し、
前記通気性テーブル上の基材の上面側を囲い部材で取り囲み、
前記囲い部材で取り囲まれた第１の空間にキャリアガスに随伴された所定量の触媒粉末を導入するとともに、前記基材の下面側の第２の空間を排気することにより、前記基材の上面に触媒粉末を所望厚みに堆積させることを特徴とする燃料電池用電極触媒層の製造方法。
【請求項２】
通気性を有する基材を通気性テーブル上に載置し、
前記通気性テーブル上の基材の上面側を囲い部材で取り囲み、
前記基材を通るキャリアガス流量を所定流量とする条件下で、前記囲い部材で取り囲まれた第１の空間にキャリアガスに随伴された所定量の触媒粉末を導入するとともに、前記基材の下面側の第２の空間を排気し、
前記第１および第２の空間の内部圧力をそれぞれ検出し、
検出した前記第１の空間の内部圧力と前記第２の空間の内部圧力との差圧を求め、
前記差圧が所定の値以上となるときに前記第１の空間への触媒粉末の供給を停止することを特徴とする燃料電池用電極触媒層の製造方法。
【請求項３】
通気性を有する基材を通気性テーブル上に載置し、
前記通気性テーブル上の基材の上面側を囲い部材で取り囲み、
前記基材を通るキャリアガス流量を所定流量とする条件下で、前記囲い部材で取り囲まれた第１の空間にキャリアガスに随伴された所定量の触媒粉末を導入するとともに、前記基材の下面側の第２の空間を排気し、
前記第１および第２の空間の内部圧力をそれぞれ検出し、
検出した前記第１の空間の内部圧力と前記第２の空間の内部圧力との差圧を求め、
差圧が所定のいき値に維持されるように前記第１の空間に供給するキャリアガス流量を漸次減少させ、
前記キャリアガス流量が所定の設定値以下となるときに前記第１の空間への触媒粉末の供給を停止することを特徴とする燃料電池用電極触媒層の製造方法。
【請求項４】
固体電解質膜と、
前記固体電解質膜の両面に形成されたアノード電極触媒層及びカソード電極触媒層と、
前記両電極触媒層上に接した状態で形成されたガス拡散層とを有し、
前記電極触媒層は請求項１乃至３のいずれか１記載の方法により製造されたことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
固体電解質膜と、
前記固体電解質膜の両面に形成されたアノード電極触媒層及びカソード電極触媒層と、
前記電極触媒層上に接した状態で形成されたガス拡散層と、
前記ガス拡散層上に形成されたセパレータとを有し、
前記電極触媒層は請求項１乃至３のいずれか１記載の方法により製造されたことを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に用いられる燃料電池用電極触媒層の製造方法及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質膜、電極触媒層、ガス拡散層、セパレータからなり、４つの部材を組み合わせたものがセルと呼ばれる基本構造を形成する。セルは電解質膜の両面にアノード電極触媒層、カソード電極触媒層が形成される。両極触媒層に接した状態で、ガス拡散層、続いてセパレータが配される。
【０００３】
電極触媒層は白金担持カーボンおよび電解質が主成分であり、アノード電極触媒層では水素の酸化反応により電子が取り出され、プロトンが生成する。生成したプロトンは電極触媒層中の電解質、電解質膜中を移動し、カソード電極触媒層に供給される。カソード電極触媒層では、酸素の還元反応が起こり、プロトンとの反応により水が生成する。電極触媒層中の触媒は白金等の高価な金属触媒を用いることが一般的であり、製造する際多くの不良が発生するとコストの増加の一因となる。
【０００４】
電極触媒層の製造不良の内訳として、電極触媒層中に含まれる白金量の不足や過剰、欠落、外観不良等が考えられる。
【０００５】
その中で電極触媒層に含まれる白金量の不足や過剰による不良は、製造時に電極触媒層を作製する基材の個体差、製造装置の状態の時間変化、製造雰囲気の変化により影響を受けるため、発生頻度が高くコントロールすることも難しい。また、製造しながら電極触媒層中の白金量を確認することが不可能であるため、製造後に触媒量の確認を行った結果、全て不良品となることもしばしば発生する。
【０００６】
特許文献１には、燃料電池の電極触媒層の製造方法として、乾燥した触媒粉末を利用する製造方法が記載されている。この方法は触媒粉末をキャリアガスの流れに乗せ、通気性を有する基材にガスを通過させて、触媒粉末を基材上に堆積させることにより電極触媒層を形成する。本発明では、上記方法における電極触媒層の製造に適用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５５−６７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電極触媒層中の触媒粉末量は、一般的に製造終了後に電極触媒層の重量を測定することにより確認している。その結果、製造の最終段階に至るまで電極触媒層が設計仕様の範囲内に入っているか否かが不明であり、重量測定値が目標とする設計仕様の許容範囲から外れている場合は、製造したロット全てが不良品となるおそれがあり、歩留まりが低く、製造コストが嵩む一因となっている。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、電極触媒層中の触媒粉末量を確認しながら製造できる燃料電池用電極触媒層の製造方法及びそれにより製造された燃料電池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】
【００１０】
（１）本発明に係る燃料電池用電極触媒層の製造方法は、通気性を有する基材を通気性テーブル上に載置し、前記通気性テーブル上の基材の上面側を囲い部材で取り囲み、前記囲い部材で取り囲まれた第１の空間にキャリアガスに随伴された所定量の触媒粉末を導入するとともに、前記基材の下面側の第２の空間を排気することにより、前記基材の上面に触媒粉末を所望厚みに堆積させることを特徴とする。
【００１１】
（２）本発明に係る燃料電池用電極触媒層の製造方法は、通気性を有する基材を通気性テーブル上に載置し、前記通気性テーブル上の基材の上面側を囲い部材で取り囲み、前記基材を通るキャリアガス流量を所定流量とする条件下で、前記囲い部材で取り囲まれた第１の空間にキャリアガスに随伴された所定量の触媒粉末を導入するとともに、前記基材の下面側の第２の空間を排気し、前記第１および第２の空間の内部圧力をそれぞれ検出し、検出した前記第１の空間の内部圧力と前記第２の空間の内部圧力との差圧を求め、前記差圧が所定の値以上となるときに前記第１の空間への触媒粉末の供給を停止することを特徴とする。
【００１２】
（３）本発明に係る燃料電池用電極触媒層の製造方法は、通気性を有する基材を通気性テーブル上に載置し、前記通気性テーブル上の基材の上面側を囲い部材で取り囲み、前記基材を通るキャリアガス流量を所定流量とする条件下で、前記囲い部材で取り囲まれた第１の空間にキャリアガスに随伴された所定量の触媒粉末を導入するとともに、前記基材の下面側の第２の空間を排気し、前記第１および第２の空間の内部圧力をそれぞれ検出し、検出した前記第１の空間の内部圧力と前記第２の空間の内部圧力との差圧を求め、差圧が所定の値に維持されるように前記第１の空間に供給するキャリアガス流量を漸次減少させ、前記キャリアガス流量が所定の設定値以下となるときに前記第１の空間への触媒粉末の供給を停止することを特徴とする。
【００１３】
（４）本発明に係る燃料電池は、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の両面に形成されたアノード電極触媒層及びカソード電極触媒層と、前記両電極触媒層上に接した状態で形成されたガス拡散層とを有し、前記電極触媒層は（１）乃至（３）のいずれか１記載の方法により製造されたことを特徴とする。
【００１４】
（５）本発明に係る燃料電池は、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の両面に形成されたアノード電極触媒層及びカソード電極触媒層と、前記電極触媒層上に接した状態で形成されたガス拡散層と、前記ガス拡散層上に形成されたセパレータとを有し、前記電極触媒層は（１）乃至（３）のいずれか１記載の方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、製造の途中において電極触媒層中の触媒粉末量を確認しながら製造できるので、歩留まりが向上し、製造コストが低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に用いられる製造装置の概要を示す構成ブロック図。
【図２】マスクの平面図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施形態に係る燃料電池用電極触媒層の製造方法を示す工程断面図。
【図４】本発明の方法を説明するためのフローチャート。
【図５】粒子が基板上に堆積して電極触媒層を形成する様子を模式的に示す断面図。
【図６】ガス流れ方向に生じる圧力勾配を示す特性線図。
【図７】電極触媒層における圧力損失と堆積した触媒粉末の重量相対値との関係を示す特性線図。
【図８】本発明の他の実施形態の方法を用いて製造された燃料電池の要部を示す断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の種々の好ましい実施の形態を説明する。
【００１８】
（１）本発明の燃料電池用電極触媒層の製造方法は、通気性を有する基材を通気性テーブル上に載置し、前記通気性テーブル上の基材の上面側を囲い部材で取り囲み、前記囲い部材で取り囲まれた第１の空間にキャリアガスに随伴された所定量の触媒粉末を導入するとともに、前記基材の下面側の第２の空間を排気することにより、前記基材の上面に触媒粉末を所望厚みに堆積させることを特徴とする。
【００１９】
本発明では、第１の空間にキャリアガスの流れに乗せて触媒粉末を供給しながら、第２の空間を排気することにより、キャリアガスは通気性の基材を通過する一方で、触媒粉末は基材の上に堆積する。第１の空間への触媒粉末の供給量を予め所定の量に定めているため、触媒粉末を基材上に所望の厚みに堆積させることができる。なお、基材として、所望の耐水処理（撥水処理）が施され、所定の厚み（例えば0.1〜0.5mm、より好ましくは0.1〜0.3mm）を有し、かつ所定の気孔率（例えば50〜90％、より好ましくは70〜90％）を有するカーボンペーパーを用いることが好ましい。この場合に、基材として、電池の構成部材であるカーボンペーパーを使用することは製造工数の観点から有利であるが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、通気性を有する繊維材料（例えば不織布）、網状材料あるいは多孔質材料などいずれの材料を基材として用いることができる。また、触媒粉末として、所定の平均粒径（例えば0.1〜10μｍ、より好ましくは0.5〜10μｍ）を有し、かつ十分に乾燥した白金粒子を用いることが好ましい。
【００２０】
（２）本発明の燃料電池用電極触媒層の製造方法は、通気性を有する基材を通気性テーブル上に載置し、前記通気性テーブル上の基材の上面側を囲い部材で取り囲み、前記基材を通るキャリアガス流量を所定流量とする条件下で、前記囲い部材で取り囲まれた第１の空間にキャリアガスに随伴された所定量の触媒粉末を導入するとともに、前記基材の下面側の第２の空間を排気し、前記第１および第２の空間の内部圧力をそれぞれ検出し、検出した前記第１の空間の内部圧力と前記第２の空間の内部圧力との差圧を求め、前記差圧が所定の値以下となるときに前記第１の空間への触媒粉末の供給を停止することを特徴とする。
【００２１】
本発明では、キャリアガスが一定流量流れている条件下において、第１の空間の内部圧力と第２の空間の内部圧力との差圧ΔＰ（圧力損失）と基材上への触媒粉末の堆積量Ｑ（又は触媒層の厚みＴ）との相関データを実証試験等により予め把握しておき、この差圧ΔＰ／堆積量Ｑの相関データと電極触媒層の目標厚みとに基づいて差圧の値ΔＰc1を算出し、この差圧の値ΔＰc1を随時呼び出し可能な状態で保存しておき、第１及び第２の空間の内部圧力Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ検出し、この検出圧力Ｐ１，Ｐ２から差圧ΔＰを求め、求めた差圧ΔＰと呼び出した所定の値ΔＰc1とを比較し、前者の差圧ΔＰが後者の所定の値ΔＰc1以上となるときに第１の空間への触媒粉末の供給を停止する。これにより基材１枚ごとに基材上への触媒粉末の堆積量Ｑがコントロールされ、基材上に形成される電極触媒層の厚みＴを適正にすることができ、基材上に載った触媒粉末の量が決められた値の範囲外にあることによる製品の不良率を低減することができ、歩留まりが向上する。
【００２２】
（３）本発明の燃料電池用電極触媒層の製造方法は、通気性を有する基材を通気性テーブル上に載置し、前記通気性テーブル上の基材の上面側を囲い部材で取り囲み、前記基材を通るキャリアガス流量を所定流量とする条件下で、前記囲い部材で取り囲まれた第１の空間にキャリアガスに随伴された所定量の触媒粉末を導入するとともに、前記基材の下面側の第２の空間を排気し、前記第１および第２の空間の内部圧力をそれぞれ検出し、検出した前記第１の空間の内部圧力と前記第２の空間の内部圧力との差圧を求め、差圧が所定の値に維持されるように前記第１の空間に供給するキャリアガス流量を漸次減少させ、前記キャリアガス流量が所定の設定値以下となるときに前記第１の空間への触媒粉末の供給を停止することを特徴とする。
【００２３】
本発明では、第１の空間の内部圧力と第２の空間の内部圧力との差圧ΔＰ（圧力損失）を一定の値ΔＰc2とする条件下において、第１の空間へのキャリアガス流量Ｖと基材上への触媒粉末の堆積量Ｑ（又は触媒層の厚みＴ）との相関データを実証試験等により予め把握しておき、このキャリアガス流量Ｖ／堆積量Ｑの相関データと電極触媒層の目標厚みとに基づいてキャリアガス流量Ｖc2を算出し、これらの設定値Ｖc2および所定の値ΔＰc2を随時呼び出し可能な状態で保存しておき、第１及び第２の空間の内部圧力Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ検出し、この検出圧力Ｐ１，Ｐ２から差圧ΔＰを求め、求めた差圧ΔＰと呼び出した所定の値ΔＰc2とを比較し、差圧が所定の値ΔＰc2に維持されるように第１の空間に供給するキャリアガス流量を漸次減少させ、キャリアガス流量が設定値Ｖc2以下となるときに第１の空間への触媒粉末の供給を停止する。これにより基材１枚ごとに基材上への触媒粉末の堆積量Ｑがコントロールされ、基材上に形成される電極触媒層の厚みＴを目標とする厚みにすることができ、基材上に載った触媒粉末の量が決まられた値の範囲外にあることによる製品の不良率を低減することができ、歩留まりが向上する。
【００２４】
（４）本発明に係る燃料電池は、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の両面に形成されたアノード電極触媒層及びカソード電極触媒層と、前記両電極触媒層上に接した状態で形成されたガス拡散層とを有し、前記電極触媒層は（１）乃至（３）のいずれか１記載の方法により製造されたことを特徴とする。
【００２５】
（５）本発明に係る燃料電池は、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の両面に形成されたアノード電極触媒層及びカソード電極触媒層と、前記電極触媒層上に接した状態で形成されたガス拡散層と、前記ガス拡散層上に形成されたセパレータとを有し、前記電極触媒層は（１）乃至（３）のいずれか１記載の方法により製造されたことを特徴とする。
【００２６】
以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための好ましい形態を説明する。
【００２７】
先ず図１と図２を参照して本発明の製造方法に用いられる製造装置についてその概要を説明する。
【００２８】
製造装置１０は、排気箱１１、通気性テーブル１２、ブロワ１３、マスク１６、フード１８、ガス供給装置２１、粉末供給装置２２および制御器２３を備えている。製造装置１０の動作は制御器２３により統括的にコントロールされるようになっている。
【００２９】
フード１８は、基材２の上面側を取り囲む囲い部材として機能するものであり、基材２の上面に触媒粉末を供給するための粉末供給拡散スペースとしての第１の空間１９を規定している。排気箱１１は、基材２の下面（裏面）側を排気するための手段として機能するものであり、基材２を上面側から裏面側へ通り抜けたガスを排気するための排気スペースとしての第２の空間１４を規定している。
【００３０】
フード１８は、本体が上部から下部に向けて漸次拡径する四角錐状をなし、上部に小口径の粉末導入部１８ａを有し、下部に排気箱１１に連結される大口径の開口１８ｂを有している。フード１８の粉末導入部１８ａは、ラインＬ１を介してガス供給装置２１に連通し、ラインＬ２，Ｌ１を介して粉末供給装置２２に連通している。粉末供給ラインＬ２はガス供給ラインＬ１の適所に合流し、ラインＬ１を流れるキャリアガスに所定量の触媒粉末がラインＬ２を介して添加されるようになっている。本実施形態では触媒粉末として所定粒度の乾燥した白金（Pt）粒子を用いた。
【００３１】
排気箱１１の排気口はラインＬ３を介してブロワ１３に接続され、排気箱１１と通気性テーブル１２とで規定される第２の空間１４が排気されるようになっている。ブロワ１３の駆動電源スイッチは制御器２３の出力部に接続され、その動作が制御器２３により制御されるようになっている。
【００３２】
フードの下部開口１８ｂと排気箱の上部開口１１ｂとはほぼ同じ大きさと形状であり、下部開口１８ｂが上部開口１１ｂに重なり合うようにフード１８が排気箱１１のフランジ１１ａの上に載置されている。
【００３３】
排気箱の上部開口１１ｂを塞ぐように網状の通気性テーブル１２が取り付けられ、通気性テーブル１２の上に基材２が載置されるようになっている。通気性テーブル１２として、セラミック、厚紙、金属メッシュ、発泡金属、樹脂等の各種の材料を用いることができ、例えばステンレス鋼などの耐食性合金からなる金属メッシュ、あるいはＰＴＦＥなどのフッ化エチレン系樹脂からなる樹脂メッシュを用いることができる。
【００３４】
通気性テーブル１２上の基材２の直上にはマスク１６が配置されている。マスク１６は、基材２と非接触な状態で向き合い、基材２が通気性テーブル１２から浮き上がらないように基材２の四辺を押えつける押えゴム枠１７により周縁部を取り囲まれている。すなわち、マスク１６は、図２に示すように四辺をゴム枠１７で取り囲まれている。なお、図中の符号１６ａはマスクの開口部分を示す。
【００３５】
フード１８と通気性テーブル１２とで取り囲まれた第１の空間１９の中には第１のセンサ２０が配置されている。第１のセンサ２０は、第１の空間１９の内部圧力を検出し、その圧力検出信号Ｓ１を制御器２３の入力部に送るようになっている。
【００３６】
排気箱１１と通気性テーブル１２とで取り囲まれた第２の空間１４のなかには第２のセンサ１５が配置されている。第２のセンサ１５は、第２の空間１４の内部圧力を検出し、その圧力検出信号Ｓ２を制御器２３の入力部に送るようになっている。
【００３７】
制御器２３は、差圧の所定の値ΔＰc1が随時呼び出し可能な状態で保存するメモリを備えている。制御器２３は、第１及び第２の圧力センサ２０，１５からの入力信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて第１の空間１９の内圧Ｐ１および第２の空間１４の内圧Ｐ２をそれぞれ求め、求めた両圧力Ｐ１，Ｐ２から差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を算出するとともに、差圧の所定の値ΔＰc1を呼び出し、差圧ΔＰを所定の値ΔＰc1と比べ、差圧ΔＰが所定の値ΔＰc1以上となるときに制御信号Ｓ３，Ｓ４をガス供給装置２１および粉末供給装置２２に送り、第１の空間１９への触媒粉末の供給を停止させる機能を有している。ちなみに、差圧の所定の値ΔＰc1は、第１の空間の内部圧力と第２の空間の内部圧力との差圧ΔＰ（圧力損失）と基材上への触媒粉末の堆積量Ｑ（又は触媒層の厚みＴ）との相関データを実証試験等により予め求めておいたものである。
【００３８】
ガス供給装置２１は、ラインＬ１を介してフード１８内の第１の空間１９にキャリアガス（窒素ガスなど）を供給するものである。キャリアガスとして乾燥した空気や窒素ガスを用いることができる。粉末供給装置２２は、ラインＬ２を介してラインＬ１を流れるキャリアガスに触媒粉末としての白金粒子３１を添加導入するものである。白金粒子には、所定の平均粒径を有し、かつ十分に乾燥したものが用いられる。
【００３９】
次に、上記の装置を用いて燃料電池用電極触媒層を製造するための種々の実施の形態をそれぞれ説明する。
【００４０】
（第１の実施形態）
図３と図５を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。
【００４１】
カーボンペーパーからなる矩形状の基材２を通気性テーブル１２の上に載置する。基材２のサイズは、例えば縦横が各１ｍ（1000×1000mm）で、平均厚みが0.2ｍｍ(0.1〜0.5mmの範囲が好ましく、0.1〜0.3mmの範囲がより好ましい)である。また、基材２の開口率（有孔率）は約８０％である。
【００４２】
基材上流側の第１の空間１９からの粉末含有ガスが、基材２を回り込み、基材下流側の第２の空間１４に流れこまないようにするために、マスク周囲の押えゴム枠１７で基材２の周縁部を押さえ込みシールする。フード１８を下降させるか、または排気箱１１を上昇させ、フード１８を排気箱１１の上に被せ、フード１８と排気箱上部の通気性テーブル１２とにより第１の空間１９を形成する。この第１の空間１９は、基材２の上面側を取り囲む気密な粉末供給拡散スペースとなる。
【００４３】
次いで、制御器２３がブロワ１３を起動させ、第２の空間１４を排気して処理系を負圧に引く。続いてガス供給装置２１を起動させ、第１及び第２の空間１９，１４を通流するキャリアガスの流れを作り、次に図示しない炭素粉末供給装置に信号を送り、炭素粉末供給装置からラインＬ１を流れるキャリアガス中に炭素粉末を供給し、基材２の上にさらに炭素粉末を堆積させ、所望厚みのガス拡散層（C粉末層）３を形成し、図３の（ａ）に示す電極積層体を得る（工程Ｋ１）。
【００４４】
制御器２３は、炭素粉末供給装置からの炭素粉末の供給を停止させた後に、粉末供給装置２２を起動させ、第１及び第２の空間１９，１４を通流するキャリアガスの流れに白金粒子からなる触媒粉末４１を乗せる。
【００４５】
触媒粉末４１を乗せたガスが基材２を通り抜けるときに、基材２がフィルタ用ろ過膜のように触媒粉末３１を捕捉し、ガス拡散層３の上に白金粒子３１が徐々に堆積していく。一方、キャリアガスは基材２の内部および通気性テーブル１２を順次通過して、基材下流側の第２の空間１４に抜けるが、図５に示すように白金粒子４１の堆積量が増加するにしたがって基材２/ガス拡散層３の積層体の開口率が減少し、基材下流側の第２の空間１４にガスが通過しにくくなり、第１の空間１９の内圧Ｐ１が上昇し、第２の空間１４の内圧Ｐ２が徐々に低下していく。制御器２３は、第１の空間の内圧Ｐ１と第２の空間の内圧Ｐ２との差圧ΔＰを常に監視しており、この差圧ΔＰが所定の値ΔＰc1以上となるときに粉末供給装置２２に停止信号を送り、第１の空間１９への触媒粉末の供給を停止させる。
【００４６】
これにより基材１枚ごとに基材上への触媒粉末の堆積量Ｑがコントロールされ、基材上に形成される電極触媒層の厚みＴを適正にすることができ、高価な白金粒子４１を無駄に消費することなく、目標とする所望厚みの電極触媒層４が図３の（ｂ）に示すように基材２の上に形成される（工程Ｋ２）。その結果、基材上に載った触媒粉末の量が決められた値の範囲外にあることによる製品の不良率を低減することができ、歩留まりが向上する。
【００４７】
図３の（ｃ）に示すようにガス拡散層３が内側になるように１対の電極積層体５の間に固体電解質膜６を配置し、熱プレス加工を行う。熱プレス温度は１２０〜１８０℃、プレス圧力は１０〜４０kgf/cm2が好ましい。これらをさらに酸化剤極側セパレータ７ａと燃料極側セパレータ７ｂとで挟み込み（工程Ｋ３）、このアッセンブリを再度熱プレス加工により一体成形し、図３の（ｄ）に示す燃料電池セル８を得る（工程Ｋ４）。熱プレス温度は１００〜１８０℃、プレス圧力は５〜４０kgf/cm2とした。
【００４８】
本実施形態の方法は、触媒粉末３１を常に一定量、基材を通過するガスに供給しているため、従来のダイコータ等インクによる触媒層の製造方法に比べ、電極触媒層中の白金量を変化させる要因が少なく、その要因も複雑でないという利点がある。具体的には、触媒層製造装置内壁への付着、基材下流への触媒粉末の漏れによる触媒量の減少のみである。したがって、前述の２点に関する未利用分を加味した定量の触媒粉末を供給すれば、目標に近い値の白金を含んだ電極触媒層を製造可能となり、電極触媒層の製造不良の低減を実現できる。また、定量の触媒粉末を供給する装置は比較的安価で造ることが可能であるため、設備投資面からもメリットがある。
【００４９】
（第２の実施形態）
次に第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００５０】
図３〜図７を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。
【００５１】
カーボンペーパーからなる矩形状の基材２を通気性テーブル１２の上に載置する。基材上流側の第１の空間１９からの粉末含有ガスが、基材２を回り込み、基材下流側の第２の空間１４に流れこまないようにするために、マスク周囲の押えゴム枠１７で基材２の周縁部を押さえ込みシールする。フード１８を下降させるか、または排気箱１１を上昇させ、フード１８を排気箱１１の上に被せ、フード１８と排気箱上部の通気性テーブル１２とにより第１の空間１９を形成する。この第１の空間１９は、基材２の上面側を取り囲む気密な粉末供給拡散スペースとなる。
【００５２】
次いで、制御器２３がブロワ１３を起動させ、第２の空間１４を排気して処理系を負圧に引く（工程Ｓ１）。続いてガス供給装置２１を起動させ、第１及び第２の空間１９，１４を通流するキャリアガスの流れを作り、次に図示しない炭素粉末供給装置に信号を送り、炭素粉末供給装置からラインＬ１を流れるキャリアガス中に炭素粉末を供給し、基材２の上にさらに炭素粉末を堆積させ、所望厚みのガス拡散層（C粉末層）３を形成し、図３の（ａ）に示す電極積層体を得る（工程Ｋ１）。
【００５３】
制御器２３は、炭素粉末供給装置からの炭素粉末の供給を停止させた後に、粉末供給装置２２を起動させ、第１及び第２の空間１９，１４を通流するキャリアガスの流れに白金粒子からなる触媒粉末４１を乗せる（工程Ｓ２）。
【００５４】
触媒粉末４１を乗せたガスが基材２を通り抜けるときに、基材２がフィルタ用ろ過膜のように触媒粉末３１を捕捉し、ガス拡散層３の上に白金粒子３１が徐々に堆積していく。一方、キャリアガスは基材２の内部および通気性テーブル１２を順次通過して、基材下流側の第２の空間１４に抜けるが、図５に示すように白金粒子４１の堆積量が増加するにしたがって基材２/ガス拡散層３の積層体の開口率が減少し、基材下流側の第２の空間１４にガスが通過しにくくなり、第１の空間１９の内圧Ｐ１が上昇し、第２の空間１４の内圧Ｐ２が徐々に低下していく。本実施形態では第２のセンサ１５を用いて第２の空間１４の内圧Ｐ２を検出し、これを制御器２３で常に監視するようにしている。
【００５５】
制御器２３は、第１及び第２のセンサ２０，１５からの２つの信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて第１の空間１９から第２の空間１４へ抜けるガスの差圧（圧力損失）ΔＰを算出する一方で、所定の値ΔＰc1を呼び出し、算出した差圧ΔＰと呼び出した所定の値ΔＰc1とを比べる（工程Ｓ３）。算出した差圧ΔＰが所定の値ΔＰc1未満である場合は、第１及び第２の空間の内圧の検出→差圧ΔＰの算出→差圧ΔＰと所定の値ΔＰc1との比較からなる一連の動作を繰り返し、触媒粉末の供給を継続する。これに対して、算出した差圧ΔＰが所定の値ΔＰc1以上となる場合は、制御器２３が粉末供給装置２２に停止指令信号Ｓ４を送り、処理系への触媒粉末の供給をただちに停止させる（工程Ｓ３→Ｓ４）。これにより高価な白金粒子４１を無駄に消費することなく、目標とする所望厚みの電極触媒層４が図３の（ｂ）に示すように基材２の積層体の上に形成される（工程Ｋ１）。これにより図３の（ｂ）に示す電極積層体５を得る（工程Ｋ２）。
【００５６】
図３の（ｃ）に示すように電極触媒層４が内側になるように１対の電極積層体５の間に固体電解質膜６を配置し、熱プレス加工を行う。熱プレス温度は１２０〜１８０℃、プレス圧力は１０〜４０kgf/cm2が好ましい。これらをさらに酸化剤極側セパレータ７ａと燃料極側セパレータ７ｂとで挟み込み（工程Ｋ３）、このアッセンブリを熱プレス加工により一体成形し、図３の（ｄ）に示す燃料電池スタック８を得る（工程Ｋ４）。熱プレス温度は１００〜１８０℃、プレス圧力は５〜４０kgf/cm2とした。
【００５７】
上記の定量の触媒層粉末をガスに供給する製造方法は装置としては安価であるが、製造時の基材周辺のシール性のバラつきを含んでいない。シールは、触媒粉末を乗せたガスが基材を回りこみ、基材下流に触媒粉末が流れることを抑える目的で行っているが、下流に流れる触媒粉末の量はシールの状態、基材の個体差により変動する。
【００５８】
そのため、基材上に堆積する触媒層中の白金量が変動し、製造歩留りに影響を与える可能性がある。したがって、電極触媒層中の白金量を確認しながら製造できれば、製造歩留りをさらに向上可能となる。
【００５９】
図５に示す方法で電極触媒層を製造する際に、装置のガス流れ方向には圧力勾配が生じており、この圧力の差を利用して基材上の白金量を確認することができる。
【００６０】
図６に製造装置１０に生じる圧力勾配の概要を示す。この図の横軸はガスの流れ方向に沿って基材上流側の第１の空間１９から基材下流側の第２の空間１４までをとり、図の縦軸はこれらの領域ごとの圧力をとったものである。図中に電極触媒層の圧力損失と記入したのが差圧ΔＰに相当する。
【００６１】
図７は、横軸に電極触媒層における圧力損失（ｋＰａ）をとり、縦軸に堆積した触媒粉末の重量相対値をとって、堆積した触媒粉末の重量と圧力損失との関係を調べた結果を示す特性線図である。この図から明らかなように、製造中に触媒粉末の堆積量が増えると、電極触媒層３に生じる圧力損失が増加していく。基材２とその上面に形成される電極触媒層３を通るガス流量を一定とした場合、触媒粉末の堆積した量と電極触媒層３に生じる圧力損失は相関があるため、製造時電極触媒層の圧力損失を監視すれば堆積した触媒の量を確認することができ、白金粒子量を把握できる。圧力損失ΔＰが所定のいき値ΔＰc1以上となった時点で基材上への触媒粉末の供給を停止する。
【００６２】
これにより基材１枚ごとに基材上への触媒粉末の堆積量Ｑがコントロールされ、その結果、目標に近い値の白金を含んだ電極触媒層を製造可能となる。
【００６３】
本実施形態の製造方法により、電極触媒層の不良を減らすことができ、製造コストを低減できる。
【００６４】
（第３の実施形態）
次に第３の実施形態について説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００６５】
図８を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。
【００６６】
本実施形態では、基材としてカーボンペーパー２がガス拡散層３を含む複合基材2+3を用い、その上に電極触媒層４を形成するようにしている。また、本実施形態では、ガス流量が設定値Ｖc2以下となった場合に触媒粉末４１の供給を停止するようにしている。
【００６７】
本実施形態の作用を説明する。
【００６８】
複合基材2+3を通気性テーブル１２の上に載置する。基材上流側の第１の空間１９からの粉末含有ガスが、複合基材2+3を回り込み、基材下流側の第２の空間１４に流れこまないようにするために、マスク周囲の押えゴム枠１７で複合基材2+3の周縁部を押さえ込みシールする。フード１８を下降させるか、または排気箱１１を上昇させ、フード１８を排気箱１１の上に被せ、フード１８と排気箱上部の通気性テーブル１２とにより第１の空間１９を形成する。この第１の空間１９は、複合基材2+3の上面側を取り囲む気密な粉末供給拡散スペースとなる。
【００６９】
次いで、制御器２３がブロワ１３を起動させ、第２の空間１４を排気して処理系を負圧に引く。続いてガス供給装置２１を起動させ、第１及び第２の空間１９，１４を通流するキャリアガスの流れを作る。
【００７０】
次いで、制御器２３が粉末供給装置２２を起動させ、第１及び第２の空間１９，１４を通流するキャリアガスの流れに白金粒子からなる触媒粉末４１を乗せる。触媒粉末４１を乗せたガスが基材２を通り抜けるときに、基材２がフィルタ用ろ過膜のように触媒粉末３１を捕捉し、ガス拡散層３の上に白金粒子３１が徐々に堆積していく。一方、キャリアガスは基材２の内部および通気性テーブル１２を順次通過して、基材下流側の第２の空間１４に抜けるが、図５に示すように白金粒子４１の堆積量が増加するにしたがって複合基材2+3の開口率が減少し、基材下流側の第２の空間１４にガスが通過しにくくなり、第１の空間１９の内圧Ｐ１が上昇し、第２の空間１４の内圧Ｐ２が徐々に低下していく。
【００７１】
本実施形態では第２のセンサ１５を用いて第２の空間１４の内圧Ｐ２を検出し、これを制御器２３で常に監視するとともに、図示しない流量センサによりガス供給装置２１からのキャリアガス流量を常に監視するようにしている。さらに、本実施形態では第１の空間の内部圧力と第２の空間の内部圧力との差圧ΔＰ（圧力損失）を一定の値ΔＰc2とする条件下において、第１の空間へのキャリアガス流量Ｖと基材上への触媒粉末の堆積量Ｑ（又は触媒層の厚みＴ）との相関データを実証試験等により予め把握しておき、キャリアガス流量Ｖ／堆積量Ｑの相関データと電極触媒層の目標厚みとに基づいてキャリアガス流量の設定値Ｖc2を求め、これらの設定値Ｖc2および所定の値ΔＰc2を随時呼び出し可能な状態で保存しておき、第１及び第２の空間の内部圧力Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ検出し、この検出圧力Ｐ１，Ｐ２から差圧ΔＰを求め、求めた差圧ΔＰと呼び出した所定の値ΔＰc2とを比較し、差圧が所定の値ΔＰc2に維持されるように第１の空間に供給するキャリアガス流量を漸次減少させ、キャリアガス流量が設定値Ｖc2以下となったときに第１の空間への触媒粉末の供給を停止する。すなわち、圧力損失が一定となるように、基材とその上面に形成される電極触媒層を通るガス流量を減少させる。ガス流量が所定の設定値Ｖc2以下となった時点で、電極触媒層中の白金量が目標値となったとみなし、基材上への触媒粉末の供給を停止する。
【００７２】
これにより基材１枚ごとに基材上への触媒粉末の堆積量Ｑがコントロールされ、基材上に形成される電極触媒層の厚みＴを目標とする厚みにすることができ、その結果、目標に近い値の白金を含んだ電極触媒層を製造可能となる。
【００７３】
本実施形態の製造方法により、電極触媒層の不良を減らすことができ、製造コストを低減できる。
【符号の説明】
【００７４】
２…基材（カーボンペーパー）、
３…ガス拡散層（C粉末層）、
４…電極触媒層（Pt触媒粉末層）、４１…白金粒子（触媒粉末）、
５…電極積層体、６…固体電解質膜、
７ａ，７ｂ…セパレータ、８，８Ａ…燃料電池セル、
１０…製造装置、１１…排気箱、１２…通気性テーブル（メッシュ）、
１３…ブロワ、１４…第２の空間（排気スペース）、１５…第２の圧力センサ、
１６…マスク、１６ａ…開口部、１７…押えパッド（ゴム枠）、
１８…フード（囲い部材）、１８ａ…粉末導入部、
１９…第１の空間（粉末供給拡散スペース）、２０…第１の圧力センサ、
２１…ガス供給装置、２２…粉末供給装置、２３…制御器、
Ｌ１…キャリアガスライン、Ｌ２…粉末供給ライン、Ｌ３…排気ライン。
【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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【図８】
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