(57)【要約】【課題】プロトン伝導性を有する電解質膜のプロトン伝導度を精度良く測定する。【解決手段】プロトン伝導度測定装置２０は、光透過性を有する透明電極４２と、透明電極４２と対向して設けられ、当該対向面が光反射性と柔軟性とを有する柔軟電極４５とを備えている。また、透明電極４２と柔軟電極４５との距離を可変に制御し、当該電極と当該電極間に配される電解質膜ＭＥとを接触させるアクチュエータ５１を備えている。また、透明電極４２及び柔軟電極４５と電解質膜ＭＥとを接触させた接触状態で、電解質膜ＭＥと透明電極４２との接触面積Ｓ、電解質膜ＭＥの膜厚ｄを測定する光学測定部３０と、電解質膜ＭＥの電気抵抗Ｒを測定するインピーダンス測定装置４７とを備えている。プロトン伝導度測定装置２０は、測定した接触面積Ｓ、膜厚ｄ、電気抵抗Ｒを用いて、プロトン伝導度σを算出する。【選択図】図１
2011021897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン伝導性を有する電解質膜の膜厚方向のプロトン伝導度を測定するプロトン伝導度測定装置であって、
光透過性を有する第１の電極と、
前記第１の電極と対向して設けられ、該対向面が光反射性と柔軟性とを有する第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との距離を可変に制御し、該第１の電極と該第２の電極との間に測定対象として配される前記電解質膜と、該第１の電極及び該第２の電極とを接触させる押圧手段と、
前記押圧手段を制御して、前記第１の電極及び前記第２の電極と前記電解質膜とを接触させた接触状態で、該第１の電極側から該第２の電極側に光を照射して、該電解質膜の膜厚を光学的に測定する膜厚測定手段と、
前記接触状態で、該第１の電極側から該第２の電極側に光を照射して、前記第１の電極と前記電解質膜との接触面積を光学的に測定する接触面積測定手段と、
前記第１の電極及び前記第２の電極と接続され、前記電解質膜の電気抵抗を測定する電気抵抗測定手段と
を備えたプロトン伝導度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロトン伝導性を有する電解質膜の膜厚方向のプロトン伝導度を測定するプロトン伝導度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体高分子形燃料電池は、低温作動が可能である、出力密度が比較的高い、小型化できるなどの特徴を有することから、車載用電源、携帯機器用電源等として注目されている。固体高分子形燃料電池の発電性能を大きく左右する１つの要因として、プロトン伝導性を有する電解質膜の性能が挙げられる。かかる電解質膜の性能を評価する際に重要となるのが、プロトン伝導度である。こうしたことから、電解質膜のプロトン伝導度を測定する種々の測定装置が開発されている。例えば、下記特許文献１では、電解質膜のインピーダンスを測定し、インピーダンスと、電解質膜の膜厚と、電極と電解質膜との接触面積とから、プロトン伝導度を測定する技術を開示している。
【０００３】
しかしながら、特許文献１の技術では、インピーダンスと膜厚とを同時に測定するわけではないので、測定環境における湿度変化に伴う電解質膜の膨潤によって生じる膜厚や接触面積の変化に対応できず、測定精度向上の余地を残していた。また、特許文献１では、電極面積を接触面積として扱っているが、電極と電解質膜との接触面において、電極に僅かでも歪みがあると、接触面積が電極の端面の面積とは異なるので、同様に、改良の余地を残していた。かかる問題は、固体高分子形燃料電池の電解質膜に限らず、種々の電気化学装置に用いる電解質膜のプロトン伝導度に共通する問題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７１３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の問題の少なくとも一部を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、プロトン伝導性を有する電解質膜のプロトン伝導度を精度良く測定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］プロトン伝導性を有する電解質膜の膜厚方向のプロトン伝導度を測定するプロトン伝導度測定装置であって、光透過性を有する第１の電極と、前記第１の電極と対向して設けられ、該対向面が光反射性と柔軟性とを有する第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との距離を可変に制御し、該第１の電極と該第２の電極との間に、測定対象として配される前記電解質膜と、該第１の電極及び該第２の電極とを接触させる押圧手段と、前記押圧手段を制御して、前記第１の電極及び前記第２の電極と前記電解質膜とを接触させた接触状態で、該第１の電極側から該第２の電極側に光を照射して、該電解質膜の膜厚を測定する膜厚測定手段と、前記接触状態で、該第１の電極側から該第２の電極側に光を照射して、前記第１の電極と前記電解質膜との接触面積測を光学的に測定する接触面積測定手段と、前記第１の電極及び前記第２の電極と接続され、前記電解質膜の電気抵抗を測定する電気抵抗測定手段とを備えたプロトン伝導度測定装置。
【０００８】
かかる構成のプロトン伝導度測定装置は、第２の電極が柔軟性を有しているので、当該電極の表面に僅かな歪みが生じている場合であっても、押圧手段を用いて、電解質膜と第２の電極とを全面的に接触させることができる。また、電解質膜と第１の電極との接触面積を光学的に測定するので、精度良く接触面積を測定することができる。また、光学的手段を用いて、精度良く膜厚を測定することができる。したがって、接触面積、膜厚及び電気抵抗を用いて、精度良くプロトン伝導度を測定することができる。また、接触面積、膜厚及び電気抵抗をほぼ同時に測定できるので、同一の電解質膜の含水条件で測定された接触面積、膜厚及び電気抵抗からプロトン伝導度を得ることができるので、精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】プロトン伝導度測定装置２０の概略構成を示す説明図である。
【図２】プロトン伝導度測定装置２０への電解質膜ＭＥのセットの方法を示す説明図である。
【図３】接触面積Ｓの測定を行うためのプロトン伝導度測定装置２０の構成を示す模式図である。
【図４】接触面積Ｓの測定時において、透明電極４２と電解質膜ＭＥとの当接状態を例示する説明図である。
【図５】膜厚ｄの測定を行うためのプロトン伝導度測定装置２０の構成を示す模式図である。
【図６】膜厚ｄの測定の原理を説明する説明図である。
【図７】電気抵抗Ｒの測定を行うためのプロトン伝導度測定装置２０の構成を示す模式図である。
【図８】柔軟電極４５の効果を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施例について説明する。
（１）プロトン伝導度測定装置２０の概略構成：
本発明の実施例としてのプロトン伝導度測定装置２０の概略構成について説明する。プロトン伝導度測定装置２０は、プロトン伝導性を有する電解質膜の膜厚方向のプロトン伝導度を測定する装置であり、測定対象の電解質膜の膜厚ｄ（ｃｍ）、電気抵抗Ｒ（Ω）、電極と電解質膜との接触面積Ｓ（ｃｍ2）を測定して、次式（１）により、プロトン伝導度σ（Ｓ／ｃｍ）を算出する。
σ＝ｄ／（Ｒ・Ｓ）・・・（１）
【００１１】
本発明の実施例としてのプロトン伝導度測定装置２０の概略構成を図１に示す。図示するように、プロトン伝導度測定装置２０は、光学測定部３０、ガラスブロック４１、透明電極４２、柔軟電極４５、圧力測定装置４６、インピーダンス測定装置４７、アクチュエータ５１、試料ステージ６１、ＣＰＵ７０等を備えている。本実施例では、プロトン伝導度測定装置２０による測定対象物は、固体高分子形燃料電池の電解質膜ＭＥとした。ただし、測定対象は、特に限定するものではなく、水電解槽、食塩電解槽、塩酸電解槽など、種々の電気化学装置に用いる電解質膜とすることができる。
【００１２】
光学測定部３０は、電解質膜ＭＥの膜厚と、電解質膜ＭＥと透明電極４２との接触面積とを光学的に測定する発光装置と受光装置とを備えている。これらの構成の詳細や測定方法については、後述する。
【００１３】
ガラスブロック４１は、透明電極４２と柔軟電極４５との間に配される電解質膜ＭＥを押さえつけるために設置される略直方体形状のガラス体である。本実施例では、ガラスブロック４１は、略立方体である。ガラスブロック４１は、圧力測定装置４６を介して、プロトン伝導度測定装置２０のケーシングに固定されている。ガラスブロック４１は、透明電極４２と面で当接する面を備えると共に、絶縁性と光透過性を有するものであればよく、例えば、ガラス体に代えて、透明アクリルで形成してもよいし、三角プリズム形状としてもよい。ガラスブロック４１に光透過性が必要なのは、光学測定部３０による測定に支障を与えないためである。また、透明アクリルの中に、光学測定部３０を設置してもよい。
【００１４】
透明電極４２は、ガラスブロック４１の圧力測定装置４６と反対側の面に面で当接して設けられる、導電性、光透過性を有する電極である。透明電極４２は、ガラスブロック４１及び圧力測定装置４６を介して、プロトン伝導度測定装置２０のケーシングに固定されている。本実施例では、透明電極４２には、平板形状の酸化インジウムズズ（ＩＴＯ）を用いた。ただし、ガラスブロック４１の面上にスパッタリングなどで成膜してもよい。
【００１５】
柔軟電極４５は、透明電極４２と対向して設けられる、導電性、光反射性、柔軟性を有する電極である。本実施例においては、柔軟電極４５は、電極部４３と柔軟部４４とを備えている。柔軟電極４５の透明電極４２側の端面に形成された電極部４３は、導電性、光反射性を有する金（Ａｕ）で形成され、柔軟部４４は柔軟性、絶縁性を有するシリコンゴムで形成されている。ここでは、電極部４３は、スパッタリングによって形成された直径２ｍｍの金箔である。電極部４３の径と柔軟部４４の径は、同一でもよいし、異なっていてもよい。なお、詳細は後述するが、電解質膜ＭＥの測定時には、電解質膜ＭＥは、透明電極４２と柔軟電極４５との間に配され、当該電極によって挟持された状態となる。
【００１６】
また、柔軟電極４５には、透明電極４２と反対側でアクチュエータ５１が接続されている。アクチュエータ５１は、柔軟電極４５の位置を、透明電極４２と柔軟電極４５とが電解質膜ＭＥを挟持する方向（以下、挟持方向ともいう）に移動させる。すなわち、アクチュエータ５１は、柔軟電極４５と、位置が固定された透明電極４２との距離を可変に制御することが可能である。本実施例では、アクチュエータ５１は、比例制御型のアクチュエータであり、電動シリンダを用いた。
【００１７】
試料ステージ６１は、測定対象となる電解質膜ＭＥをセットするための支持台であり、本実施例では、平板の中央部に貫通孔を備える形状である。貫通孔は、透明電極４２及び柔軟電極４５に対応する位置に、これらと試料ステージ６１とが干渉しないサイズで形成されている。試料ステージ６１は、位置調節ネジ６３を備えており、ユーザが位置調節ネジ６３をまわすことで、試料ステージ６１の位置を挟持方向に移動させて調節することができる。なお、試料ステージ６１の形状は、特に限定するものではなく、例えば、透明電極４２及び柔軟電極４５の両脇に配された２つの板状部材としてもよい。この場合、２つの板状部材は、それぞれ独立して位置を調節可能な構成としてもよい。また、試料ステージ６１の位置を調節する機構は、上述のような手動式に限らず、電動式であってもよい。
【００１８】
電解質膜ＭＥの測定時において、透明電極４２、柔軟電極４５、試料ステージ６１を用いて、電解質膜ＭＥを透明電極４２、柔軟電極４５で挟持する方法について、図２を用いて説明する。まず、図２（ａ）に示すように、透明電極４２、試料ステージ６１、電極部４３が挟持方向に所定距離だけ離れた状態で、試料ステージ６１に電解質膜ＭＥをセットする。本実施例では、かかる状態がデフォルトの位置である。なお、電解質膜ＭＥは、水分を含むと膜厚方向に膨潤し（膨潤率は、例えば、２０〜１５０％）、膜厚が変化するので、測定時には、測定環境と電解質膜ＭＥとが十分に平衡状態になるまでの間（例えば、１日間）、図２（ａ）の状態で放置することが望ましい。
【００１９】
電解質膜ＭＥをセットすると、次に、位置調節ネジ６３を用いて、図２（ｂ）に示すように、試料ステージ６１の位置を、透明電極４２と電解質膜ＭＥとが当接する位置に移動させる。そして、アクチュエータ５１を用いて、図２（ｃ）に示すように、電解質膜ＭＥと電極部４３とが当接する位置まで、柔軟電極４５（電極部４３）を透明電極４２の側に移動させる。こうして、透明電極４２と柔軟電極４５とで電解質膜ＭＥを挟持することができる。
【００２０】
圧力測定装置４６は、電解質膜ＭＥを透明電極４２と柔軟電極４５とで挟持した場合の、挟持圧力を測定するために、ガラスブロック４１とプロトン伝導度測定装置２０のケーシングとの間に介装されている。本実施例においては、圧力測定装置４６は、日本電産シンポ社のフォースゲージＦＧＰ−５を用いた。圧力測定装置４６の測定範囲は±５０Ｎ、温度範囲は、０〜４０℃である。
【００２１】
インピーダンス測定装置４７は、一端が、透明電極４２に接続され、他端が柔軟電極４５の電極部４３に接続されている。インピーダンス測定装置４７は、透明電極４２と電極部４３とで電解質膜ＭＥを挟持した状態で、電解質膜ＭＥの交流インピーダンスを測定することができる。
【００２２】
ＣＰＵ７０は、プロトン伝導度測定装置２０の動作全般を制御するプロセッサであり、図示しないＲＯＭに記憶されたプログラムを実行して、圧力制御部７１、算出部７２としても機能する。圧力制御部７１は、アクチュエータ５１の制御を行う。本実施例においては、圧力制御部７１は、圧力一定モードと、膜厚一定モードの２つの測定モードでのアクチュエータ５１の制御が可能である。圧力一定モードとは、透明電極４２及び柔軟電極４５と電解質膜ＭＥとの挟持圧力が所定値となるようにアクチュエータ５１を制御するモードである。圧力一定モードにおいては、圧力制御部７１は、圧力測定装置４６からの圧力測定結果を受け付けて、圧力測定装置４６の測定結果が所定値となるようにフィードバック制御を行う。膜厚一定モードとは、透明電極４２と柔軟電極４５との距離が所定値となるように、アクチュエータ５１を制御するモードである。なお、測定モードの選択や、各測定モードにおける所定値は、図示しないユーザインタフェースを介して、ユーザが入力し、圧力制御部７１がこれを受け付ける。
【００２３】
算出部７２は、後述する方法により測定した接触面積Ｓ、膜厚ｄ、電気抵抗Ｒを受け付けて、上式（１）により、電解質膜ＭＥの膜厚方向のプロトン伝導度σを算出する。
【００２４】
なお、本実施例においては、透明電極４２の位置を固定し、柔軟電極４５及び試料ステージ６１の位置を可変に制御できる構成としたが、透明電極４２の位置も可変とする構成であってもよい。あるいは、透明電極４２及び柔軟電極４５の位置を可変とし、試料ステージ６１の位置を固定とする構成としてもよいし、透明電極４２及び試料ステージ６１の位置を可変とし、柔軟電極４５の位置を固定とする構成としてもよい。要するに、透明電極４２と柔軟電極４５との距離を可変に制御し、透明電極４２と柔軟電極４５との間に電解質膜ＭＥを挟持できる構成であればよい。
【００２５】
（２）接触面積の測定：
プロトン伝導度測定装置２０における、透明電極４２及び電極部４３と電解質膜ＭＥとの接触面積Ｓの測定のための構成について図３を用いて説明する。図示するとおり、光学測定部３０は、発光部３１と、受光部３２とを備えている。発光部３１は、透明電極４２の側方から、透明電極４２の面と直交しない所定の照射角度で連続光を照射する。本実施例では、発光部３１にはＬＥＤを用いた。受光部３２は、発光部３１からの照射光が、透明電極４２の電解質膜ＭＥ側の面で反射した反射光を、透明電極４２の側方で受光する。本実施例では、受光部３２は、１０００万画素相当のＣＣＤ（Charge Coupled Device）である。
【００２６】
発光部３１から照射された連続光は、ガラスブロック４１及び透明電極４２を透過して、透明電極４２の電解質膜ＭＥ側の面に達する。このとき、透明電極４２と電解質膜ＭＥとが当接していない箇所、換言すれば、透明電極４２とＭＥとの間に隙間がある箇所に照射された照射光ＬＢ１は、当該隙間に存在する空気の屈折率が小さいために、全反射する。一方、透明電極４２と電解質膜ＭＥとが当接している箇所に照射された照射光ＬＢ２は、電解質膜ＭＥの屈折率が比較的大きいために、小さい反射率で反射する。つまり、受光部３２では、全反射した照射光ＬＢ１と、反射率の小さい照射光ＬＢ２との違いを、例えば、明度や輝度の違いとして検出できる。
【００２７】
かかる検出の具体的な様子を図４に示す。図４（ａ）では、透明電極４２とＭＥとが全く当接していない状態で発光部３１から照射を行った場合の、受光部３２の受光結果を示している。図中の白色で表示した部分は、照射光ＬＢ２を検出した画素である。かかる状態では、照射光の全ては全反射するので、図示するように、全ての画素が白色となっている。
【００２８】
また、図４（ｂ）では、上述の試料ステージ６１及びアクチュエータ５１を制御して、柔軟電極４５の位置を、透明電極４２が僅かな範囲で電解質膜ＭＥと当接する位置まで移動させた場合の受光部３２での検出結果を示している。図中の黒色で表示した部分は、照射光ＬＢ１を検出した画素である。僅かな範囲で透明電極４２と電解質膜ＭＥとが当接しているので、図示するように、図４（ａ）と比べて、黒色部分が発生している。
【００２９】
また、図４（ｃ）では、アクチュエータ５１を制御して、柔軟電極４５の位置を、さらに透明電極４２に近づけた場合の受光部３２での検出結果を示している。柔軟電極４５を透明電極４２に近づけることで、電解質膜ＭＥが透明電極４２に押し付けられ、電解質膜ＭＥと透明電極４２との当接面積が増加するので、図示するように、図４（ｂ）と比べて、黒色部分が増加している。
【００３０】
このようにして、ＣＰＵ７０は、発光部３１から連続光を照射し、受光部３２でその反射光を受光し、受光部３２で照射光ＬＢ２を検出した画素数をカウントして面積換算することで、透明電極４２と電解質膜ＭＥとの接触面積を測定することができる。かかる接触面積の測定は、後述する電気抵抗Ｒの測定と同時に行われる。なお、柔軟電極４５は、柔軟性を有しているので、電極部４３を透明電極４２側に押し付けて、電解質膜ＭＥに圧力をかければ、電極部４３と電解質膜ＭＥとは、ほぼ完全に当接することとなるので透明電極４２と電解質膜ＭＥとの接触面積は、透明電極４２及び電極部４３と電解質膜ＭＥとの接触面積Ｓとして扱うことができる。
【００３１】
（３）膜厚の測定：
プロトン伝導度測定装置２０における電解質膜ＭＥの膜厚ｄの測定のための構成について図５を用いて説明する。図示するとおり、光学測定部３０は、発光部３４と、受光部３５とを備えている。発光部３４は、透明電極４２の正面から、透明電極４２に直交する角度でパルス光を照射する。本実施例では、発光部３４にはＬＥＤを用いた。受光部３５は、発光部３４からの照射光の反射光を、透明電極４２の正面で受光する。本実施例では、受光部３５にはＣＣＤを用いた。
【００３２】
発光部３４から照射されたパルス波は、図６（ａ）に示すように、透明電極４２と電極部４３との間に電解質膜ＭＥが挟持された状態（以下、第１の状態ともいう）では、ガラスブロック４１、透明電極４２、電解質膜ＭＥを透過して、反射性を有する電極部４３の表面で反射して、再度、電解質膜ＭＥ、透明電極４２、ガラスブロック４１を透過して、受光部３５に受光される。一方、図６（ｂ）に示すように、透明電極４２と電極部４３との間に電解質膜ＭＥが挟持されておらず、透明電極４２と電極部４３とが当接した状態（以下、第２の状態ともいう）では、発光部３４から照射されたパルス波は、ガラスブロック４１、透明電極４２を透過して、電極部４３の表面で反射して、再度、透明電極４２、ガラスブロック４１を透過して、受光部３５に受光される。ＣＰＵ７０は、この受光を用いて、膜厚ｄを測定する。
【００３３】
具体的には、次のようにして膜厚ｄを測定する。まず、プロトン伝導度測定装置２０の工場出荷時において、製造者の操作を受けて、ＣＰＵ７０は、第２の状態において、パルス波の照射時刻Ｔ２０と、受光部３５による受光時刻Ｔ２１とを測定し、その時間差ΔＴ２（＝Ｔ２０−Ｔ２１）を算出して、プロトン伝導度測定装置２０が備えるメモリに記憶する。そして、出荷後の測定時において、ＣＰＵ７０は、第１の状態で発光部３４を制御して、パルス波を照射すると、パルス波の照射時刻Ｔ１０と、受光部３５による受光時刻Ｔ１１とを測定し、その時間差ΔＴ１（＝Ｔ１１−Ｔ１０）を算出する。そして、ＣＰＵ７０は、算出した時間差ΔＴ１と、記憶している時間差ΔＴ２との差分である時間差ΔＴ３（＝ΔＴ１−ΔＴ２）を算出する。なお、パルス波の照射の開始は、図示しないユーザインタフェースを介したユーザの操作を受け付けて、ＣＰＵ７０が行う。また、時間差ΔＴ２についても、メモリからの読み込みに代えて、実際に測定してもよい。
【００３４】
このようにして算出された時間差ΔＴ３（＝ΔＴ１−ΔＴ２）は、図６に示したパルス波の光学経路差に対応するものである。要するに、時間差ΔＴ３は、電解質膜ＭＥの膜厚ｄの２倍の距離２ｄに相当するものである。したがって、時間差ΔＴ３とパルス波の伝達速度ｖを用いて、膜厚ｄ（＝ΔＴ３×ｖ／２）を算出することができる。かかる膜厚ｄの測定は、後述する電気抵抗Ｒの測定と同時に行われる。
【００３５】
（４）電気抵抗の測定：
プロトン伝導度測定装置２０における電解質膜ＭＥの電気抵抗Ｒの測定のための構成について図７を用いて説明する。図７は、電解質膜ＭＥを透明電極４２と電極部４３とで挟持した状態を示している。ガラスブロック４１及び透明電極４２には、リード線４８が設けられている。リード線４８の一端は、透明電極４２の内部に、電解質膜ＭＥと接触しないように埋め込まれ、他端は、ガラスブロック４１を貫通して、ガラスブロック４１の表面に露出している。かかるリード線４８の設置位置は、上述した接触面積Ｓ及び膜厚ｄの測定の際の光学経路に干渉しない位置である。
【００３６】
また、同様に、電極部４３及び柔軟部４４には、リード線４９が設けられている。リード線４９の一端は、電極部４３の側面に、電解質膜ＭＥと接触しないように貼り付けられ、他端は、柔軟部４４の電極部４３と反対方向の端面にまで亘っている。かかるリード線４８とリード線４９とは、信号線により、インピーダンス測定装置４７を介して接続されている。つまり、透明電極４２と電極部４３とは、インピーダンス測定装置４７に接続されている。なお、リード線４８，４９と、透明電極４２，電極部４３との接続方法は、上述の埋め込みや貼り付けの態様に限定するものではなく、透明電極４２や電極部４３の形状等に応じて選択すればよい。
【００３７】
かかる構成において、ＣＰＵ７０がインピーダンス測定装置４７に制御信号を送出すると、インピーダンス測定装置４７は電解質膜ＭＥに交流電圧を印加して、その電流応答から、電解質膜ＭＥの交流インピーダンスを電気抵抗Ｒとして測定する。そして、インピーダンス測定装置４７は、その測定結果をＣＰＵ７０に出力する。
【００３８】
（５）効果：
上述したプロトン伝導度測定装置２０は、電解質膜ＭＥを透明電極４２及び電極部４３に当接させた状態で、電解質膜ＭＥの接触面積Ｓ、膜厚ｄ、電気抵抗Ｒをそれぞれ測定してプロトン伝導度σを算出するので、精度の高いプロトン伝導度σの測定を行うことができる。特に、各測定項目をほぼ同時に測定できるので、つまり、同一の電解質膜の含水条件で測定された接触面積、膜厚及び電気抵抗からプロトン伝導度を得ることができるので、測定環境における湿度条件の変化による電解質膜ＭＥの膨潤による測定誤差の発生を抑止し、測定精度を高めることができる。従来のように、膜厚ｄを別途マイクロゲージで測定したり、透明電極４２の面積を接触面積Ｓと扱ったりする測定方法では、かかる効果は奏しない。
【００３９】
また、プロトン伝導度測定装置２０は、柔軟電極４５が柔軟性を有しているので、アクチュエータ５１を用いて、柔軟電極４５を電解質膜ＭＥに押し当てれば、柔軟電極４５と電解質膜ＭＥとは、全面的に当接することができる。また、プロトン伝導度測定装置２０は、透明電極４２と電解質膜ＭＥとの接触面積を、光学測定部３０を用いて、光学的に測定する。したがって、精度良く、透明電極４２と電解質膜ＭＥとの接触面積Ｓを測定することができる。その結果、プロトン伝導度σの測定精度を向上させることができる。
【００４０】
また、プロトン伝導度測定装置２０は、光学測定部３０を用いて、電解質膜ＭＥの膜厚ｄを精度良く測定することができる。特に、プロトン伝導度測定装置２０は、柔軟電極４５が柔軟性を有しているので、柔軟電極４５に歪みが生じていても、膜厚ｄの測定誤差を抑制することができる。例えば、柔軟電極４５が仮に柔軟性を有しておらず、図８に示すように、厚み方向の距離Ｄ１の歪みが生じている場合には、第２の状態の時間差ΔＴ２の測定において、透明電極４２と電極部４３との隙間によって時距離Ｄ１の２倍の距離分の誤差が生じる恐れがある。一方、本実施例のように、柔軟電極４５が柔軟性を有している場合には、アクチュエータ５１を用いて、柔軟電極４５を透明電極４２側に押し当てれば、図８に示した隙間は生じないので、測定誤差を抑制できるのである。その結果、プロトン伝導度σの測定精度を向上させることができる。
【００４１】
また、プロトン伝導度測定装置２０は、電極部４３及び試料ステージ６１の位置を可変に制御できるので、電解質膜ＭＥの電気抵抗Ｒ等の測定時以外のときは、図２（ａ）に示したように、電解質膜ＭＥと透明電極４２及び柔軟電極４５とが接触しない位置で、電解質膜ＭＥを試料ステージ６１にセットすることができる。したがって、測定前に図２（ａ）に示した位置関係で放置すれば、測定対象の電解質膜ＭＥが測定環境における湿度条件と平衡状態になりやすい。その結果、精度の高い測定を行うことができる。
【００４２】
また、プロトン伝導度測定装置２０において、電極部４３は、比較的大きな面積（実施例では直径２ｍｍ）であるので、すなわち、電解質膜ＭＥの測定面積が比較的大きいので、測定環境における湿度条件との平衡状態の分布ムラが電解質膜ＭＥに生じても、そのムラの影響が比較的小さく、精度の高い測定を行うことができる。
【００４３】
また、プロトン伝導度測定装置２０は、圧力一定モードと、膜厚一定モードの２種類の測定モードで測定することができるので、測定環境における湿度条件の変化が生じた場合であっても、いずれかのモードで、相対比較可能な測定データを得ることができる。
【００４４】
また、プロトン伝導度測定装置２０は、受光部３２の解像度を高めれば、小さな試料であっても、測定が可能である。したがって、量産品から実験室での開発品まで、幅広いサイズの試料を測定することができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態における本発明の構成要素のうち、独立クレームに記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、本発明は、電解質膜の測定方法としても実現することができる。
【符号の説明】
【００４６】
２０…プロトン伝導度測定装置
３０…光学測定部
３１，３４…発光部
３２，３５…受光部
４１…ガラスブロック
４２…透明電極
４３…電極部
４４…柔軟部
４５…柔軟電極
４６…圧力測定装置
４７…インピーダンス測定装置
４８，４９…リード線
５１…アクチュエータ
６１…試料ステージ
６３…位置調節ネジ
７０…ＣＰＵ
７１…圧力制御部
７２…算出部
ＭＥ…電解質膜
ＬＢ１，ＬＢ２…照射光
【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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