(57)【要約】【課題】貫通欠陥の少ない触媒層および電極を容易に量産することができる触媒層および電極の製造方法、並びに、高品質の触媒層−電解質膜積層体および膜−電極接合体を容易に製造することができる触媒層−電解質膜積層体および膜−電極接合体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る触媒層の製造方法は、少なくとも２つの単位触媒層が積層されてなり、それぞれの単位触媒層を貫通する欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下である触媒層の製造方法であって、（１）少なくとも２つの単位触媒層を準備する準備工程Ｓ１、（２）前記準備した単位触媒層の中から選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも２つの単位触媒層について、前記欠陥データを照合する照合工程Ｓ２、及び、（３）前記欠陥データの照合に基づき、前記選択した単位触媒層の前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する判定工程Ｓ３、を有する。【選択図】図１
2015207440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの単位触媒層が積層されてなり、それぞれの単位触媒層を貫通する欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下である触媒層の製造方法であって、
（１）少なくとも２つの単位触媒層を準備する準備工程、
（２）前記準備した単位触媒層の中から選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも２つの単位触媒層について、前記欠陥データを照合する照合工程、及び、
（３）前記欠陥データの照合に基づき、前記選択した単位触媒層の前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する判定工程、
を有する、触媒層の製造方法。
【請求項２】
前記判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合、さらに、
（４）前記選択した単位触媒層の前記欠陥データに基づき、前記選択した単位触媒層の少なくともいずれかの位置を変化させることにより、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下となるような位置を特定する特定工程、及び、
（５）前記特定した位置に基づいて、前記選択した単位触媒層を積層する積層工程、
を有する、請求項１に記載の触媒層の製造方法。
【請求項３】
前記判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合、さらに、
（６）前記準備した単位触媒層の中から、前記選択した単位触媒層とは組み合わせが異なるように新たに選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも２つの単位触媒層について、前記欠陥データを再照合する再照合工程、及び、
（７）前記欠陥データの再照合に基づき、前記新たに選択した単位触媒層の前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する再判定工程、
を有する、請求項１に記載の触媒層の製造方法。
【請求項４】
前記再判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であると判定された場合、当該判定された単位触媒層を積層し、
前記再判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定されるまで、前記再照合工程及び再判定工程を繰り返し、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定された単位触媒層を積層する、請求項３に記載の触媒層の製造方法。
【請求項５】
前記欠陥データは、前記単位触媒層を光学的に撮影した画像データに基づいて取得される、請求項１〜４のいずれかに記載の触媒層の製造方法。
【請求項６】
前記所定数は５である、請求項１〜５のいずれかに記載の触媒層の製造方法。
【請求項７】
前記積層された単位触媒層の少なくともいずれかは基材上に形成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の触媒層の製造方法。
【請求項８】
前記積層された単位触媒層同士を接合する工程を有する、請求項７に記載の触媒層の製造方法。
【請求項９】
前記積層された単位触媒層同士を熱プレスによって接合する、請求項８に記載の触媒層の製造方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の製造方法によって製造された触媒層を、電解質膜に接合する工程を有する、触媒層−電解質膜積層体の製造方法。
【請求項１１】
前記触媒層の前記電解質膜に接合された単位触媒層は、前記触媒層の他の単位触媒層よりも薄く形成されている、請求項１０に記載の触媒層−電解質膜積層体の製造方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの触媒層と少なくとも１つのマイクロポーラスレイヤーとが積層されてなり、それぞれの層を貫通する欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下である電極の製造方法であって、
（１）少なくとも１つの触媒層および少なくとも１つのマイクロポーラスレイヤーを準備する準備工程、
（２）前記準備した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの中から選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも１つの触媒層および少なくとも１つのマイクロポーラスレイヤーについて、前記欠陥データを照合する照合工程、及び、
（３）前記欠陥データの照合に基づき、前記選択した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する判定工程、
を有する、電極の製造方法。
【請求項１３】
前記判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合、さらに、
（４）前記選択した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの前記欠陥データに基づき、前記選択した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの少なくともいずれかの位置を変化させることにより、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下となるような位置を特定する特定工程、及び、
（５）前記特定した位置に基づいて、前記選択した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーを積層する積層工程、
を有する、請求項１２に記載の電極の製造方法。
【請求項１４】
前記判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合、さらに、
（６）前記準備した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの中から、前記選択した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーとは組み合わせが異なるように新たに選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも１つの触媒層および少なくとも１つのマイクロポーラスレイヤーについて、前記欠陥データを再照合する再照合工程、及び、
（７）前記欠陥データの再照合に基づき、前記新たに選択した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する再判定工程、
を有する、請求項１２に記載の電極の製造方法。
【請求項１５】
前記再判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であると判定された場合、当該判定された触媒層およびマイクロポーラスレイヤーを積層し、
前記再判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定されるまで、前記再照合工程及び再判定工程を繰り返し、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定された触媒層およびマイクロポーラスレイヤーを積層する、請求項１４に記載の電極の製造方法。
【請求項１６】
前記欠陥データは、前記触媒層および前記マイクロポーラスレイヤーを光学的に撮影した画像データに基づいて取得される、請求項１２〜１５のいずれかに記載の電極の製造方法。
【請求項１７】
前記所定数は５である、請求項１２〜１６のいずれかに記載の電極の製造方法。
【請求項１８】
前記積層された触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの少なくともいずれかは基材上に形成されている、請求項１２〜１７のいずれかに記載の電極の製造方法。
【請求項１９】
前記積層された触媒層とマイクロポーラスレイヤーとを接合する工程を有する、請求項１８に記載の電極の製造方法。
【請求項２０】
前記積層された触媒層とマイクロポーラスレイヤーとを熱プレスによって接合する、請求項１９に記載の電極の製造方法。
【請求項２１】
請求項１９または２０に記載の製造方法によって製造された電極を、前記触媒層が電解質膜側となるように、当該電解質膜に接合する工程を有する、膜−電極接合体の製造方法。
【請求項２２】
前記電極の前記電解質膜に接合された触媒層は、前記マイクロポーラスレイヤーよりも薄く形成されている、請求項２１に記載の膜−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、固体高分子形燃料電池に用いられる触媒層、触媒層−電解質膜積層体、電極および膜−電極接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質膜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】
上記固体高分子形燃料電池の発電部位は、プロトンを伝導する固体電解質膜の両面に触媒層が形成された触媒層−電解質膜積層体（ＣＣＭ）、あるいは、固体電解質膜の両面に触媒層およびガス拡散層からなる電極が形成された膜−電極接合体（ＭＥＡ）により構成される。触媒層は、触媒層形成用ペースト組成物を基材に塗工してから電解質膜に転写する方法や、電解質膜に直接塗工する方法などにより形成されるが、基材やペースト組成物に付着、混入などしている異物を起因として、触媒層を貫通する欠陥（以下、「貫通欠陥」とも称する）が発生することがある。触媒層に貫通欠陥が存在すると、燃料ガスが電解質膜に直接到達してクロスリークが起こり、耐久性が低下するといった問題がある。 
【０００４】
触媒層を形成する基材を異物等が付着しないように洗浄し、触媒材料にも異物等が混入しないように管理することにより、貫通欠陥が殆ど存在しない触媒層を製造することは可能である。しかしこの方法では、触媒層の製造工程が複雑になる。また、特許文献１には、触媒層に発生した貫通欠陥（ピンホール）に修正インクを充填して乾燥させることにより、貫通欠陥を修復する技術が開示されている。これにより、貫通欠陥のない触媒層を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２０７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示の技術では、貫通欠陥が多数存在する場合に、貫通欠陥の修復に手間がかかる。
【０００７】
また、２つの触媒層を積層した２層構造の触媒層とすれば、１層構造の触媒層よりも全体を貫通する欠陥の少ない触媒層を製造することは可能である。しかし、単に積層するだけでは、各層の欠陥の位置が重なり、触媒層全体を貫通する場合があった。
【０００８】
また、ガス拡散層は、ＧＤＬと呼ばれる導電性多孔質基材と、マイクロポーラスレイヤー（以下、ＭＰＬとする）と呼ばれる導電性炭素粒子、撥水性樹脂等を含む導電層で構成される場合がある。ＭＰＬは、導電性、ガス拡散性、ガス透過性、平滑性、水の排出性や保持性等の水管理特性等を向上させる目的で、ガス拡散層の触媒層と接する側に形成される。一般にＭＰＬは、ＭＰＬ形成用ペースト組成物を基材に塗工してから触媒層に転写する方法などにより形成されるが、上述した触媒層の場合と同様に異物を起因として、ＭＰＬを貫通する欠陥が発生することがある。よって、上述した問題と同様に、触媒層とＭＰＬを積層して電極を製造する場合にも、触媒層の欠陥とＭＰＬの欠陥同士が互いに重なり合い、電極全体を貫通する欠陥が生じる場合があった。
【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って、貫通欠陥の少ない触媒層および電極を容易に量産することができる触媒層および電極の製造方法、並びに、高品質の触媒層−電解質膜積層体および膜−電極接合体を容易に製造することができる触媒層−電解質膜積層体および膜−電極接合体の製造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】
【００１０】
本発明に係る触媒層の製造方法は、少なくとも２つの単位触媒層が積層されてなり、それぞれの単位触媒層を貫通する欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下である触媒層の製造方法であって、（１）少なくとも２つ以上の単位触媒層を準備する準備工程、（２）前記準備した単位触媒層の中から選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも２つの単位触媒層について、前記欠陥データを照合する照合工程、及び、（３）前記欠陥データの照合に基づき、前記選択した単位触媒層の前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する判定工程、を有する。
【００１１】
複数の単位触媒層を積層した状態で、それぞれの単位触媒層の各欠陥の少なくとも一部同士が重なり合う場合、重なり合う欠陥同士が厚み方向に連通して、触媒層全体を貫通する貫通欠陥が生じることとなる。これに対し、本発明に係る触媒層の製造方法によると、単位触媒層について取得された欠陥データを照合し、当該単位触媒層の欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定している。そのため、当該箇所が所定数以下であると判定された場合に、貫通欠陥の少ない触媒層が製造されたことを確認できる。よって、触媒層の製造工程が複雑になることはなく、貫通欠陥の少ない触媒層を容易に量産することができる。
【００１２】
また、上記触媒層の製造方法は、前記判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合、さらに、（４）前記選択した単位触媒層の前記欠陥データに基づき、前記選択した単位触媒層の少なくともいずれかの位置を変化させることにより、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下となるような位置を特定する特定工程、及び、（５）前記特定した位置に基づいて、前記選択した単位触媒層を積層する積層工程、を有することが好ましい。これにより、欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下となるように単位触媒層を積層することができるので、貫通欠陥の少ない触媒層を確実に製造することができる。
【００１３】
また、上記触媒層の製造方法は、前記判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合、さらに、（６）前記準備した単位触媒層の中から、前記選択した単位触媒層とは組み合わせが異なるように新たに選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも２つの単位触媒層について、前記欠陥データを再照合する再照合工程、及び、（７）前記欠陥データの再照合に基づき、前記新たに選択した単位触媒層の前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する再判定工程、を有することが好ましい。これにより、再判定工程において、２つの単位触媒層の欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であると判定された場合に、貫通欠陥の少ない触媒層が製造されたことを確認できる。
【００１４】
また、上記触媒層の製造方法では、前記再判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であると判定された場合、当該判定された単位触媒層を積層し、前記再判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定されるまで、前記再照合工程及び再判定工程を繰り返し、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定された単位触媒層を積層することが好ましい。このような構成によれば、結果的に、欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定された単位触媒層が積層されるため、貫通欠陥の少ない触媒層を確実に製造することができる。
【００１５】
また、上記触媒層の製造方法では、前記欠陥データは、前記単位触媒層を光学的に撮影した画像データに基づいて取得されることが好ましい。このような構成によれば、単位触媒層を透過した光に基づいて、欠陥の位置を把握することができる。よって、欠陥データの取得を容易に短時間で実施することができる。
【００１６】
また、前記所定数は５であることが好ましい。これにより、高性能の触媒層を製造することができる。
【００１７】
また、前記積層された単位触媒層の一方の単位触媒層は基材上に形成されていてもよい。
【００１８】
また、上記触媒層の製造方法は、前記積層された単位触媒層同士を接合する工程を有してもよい。
【００１９】
また、前記接合する工程において、前記積層された単位触媒層同士を熱プレスによって接合することが好ましい。単位触媒層に高分子重合体が含まれる場合は、熱により高分子重合体が軟化するので、軟化した高分子重合体の結着力により、単位触媒層同士を強固に接合することができる。特に、単位触媒層の欠陥が存在する位置には、圧力がかかりにくいが、熱により軟化した高分子重合体の結着力により、欠陥部においても単位触媒層同士を強固に接合することができる。
【００２０】
本発明に係る触媒層−電解質膜積層体の製造方法は、上記の製造方法によって製造された触媒層を、電解質膜に接合する工程を有する。上記触媒層は、貫通欠陥が少なく、かつ、容易に量産することができるため、高品質の触媒層−電解質膜積層体を容易に製造することができる。
【００２１】
また、上記触媒層−電解質膜積層体の製造方法において、前記触媒層の前記電解質膜に接合された単位触媒層は、前記触媒層の他の単位触媒層よりも薄く形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、電解質膜に接合された単位触媒層の欠陥への電解質膜の食い込み量を低減することができるので、電解質膜の膜やせを抑えることができる。
【００２２】
本発明に係る電極の製造方法は、少なくとも１つの触媒層と少なくとも１つのマイクロポーラスレイヤーとが積層されてなり、それぞれの層を貫通する欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下である電極の製造方法であって、（１）少なくとも１つの触媒層および少なくとも１つのマイクロポーラスレイヤーを準備する準備工程、（２）前記準備した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの中から選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも１つの触媒層および少なくとも１つのマイクロポーラスレイヤーについて、前記欠陥データを照合する照合工程、及び、（３）前記欠陥データの照合に基づき、前記選択した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する判定工程、を有する。
【００２３】
触媒層とマイクロポーラスレイヤーとを積層した状態で、当該触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの各欠陥の少なくとも一部同士が重なり合う場合、重なり合う欠陥同士が厚み方向に連通して、電極全体を貫通する貫通欠陥が生じることとなる。これに対し、本発明に係る電極の製造方法によると、触媒層およびマイクロポーラスレイヤーについて取得された欠陥データを照合し、当該触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定している。そのため、触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であると判定された場合に、貫通欠陥の少ない電極が製造されたことを確認できる。よって、電極の製造工程が複雑になることはなく、貫通欠陥の少ない電極を容易に量産することができる。
【００２４】
上記電極の製造方法は、前記判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合、さらに、（４）前記選択した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの前記欠陥データに基づき、前記選択した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの少なくともいずれかの位置を変化させることにより、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下となるような位置を特定する特定工程、及び、（５）前記特定した位置に基づいて、前記選択した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーを積層する積層工程、を有することが好ましい。これにより、欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下となるように触媒層およびマイクロポーラスレイヤーを積層することができるので、貫通欠陥の少ない電極を確実に製造することができる。
【００２５】
上記電極の製造方法は、前記判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合、さらに、（６）前記準備した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの中から、前記選択した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーとは組み合わせが異なるように新たに選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも１つの触媒層および少なくとも１つのマイクロポーラスレイヤーについて、前記欠陥データを再照合する再照合工程、及び、（７）前記欠陥データの再照合に基づき、前記新たに選択した触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する再判定工程、を有することが好ましい。これにより、再判定工程において、触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であると判定された場合に、貫通欠陥の少ない電極が製造されたことを確認できる。
【００２６】
上記電極の製造方法では、前記再判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であると判定された場合、当該判定された触媒層およびマイクロポーラスレイヤーを積層し、前記再判定工程において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定されるまで、前記再照合工程及び再判定工程を繰り返し、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定された触媒層およびマイクロポーラスレイヤーを積層することが好ましい。このような構成によれば、結果的に、欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定された触媒層およびマイクロポーラスレイヤーが積層されるため、貫通欠陥の少ない電極を確実に製造することができる。
【００２７】
上記電極の製造方法では、前記欠陥データは、前記触媒層および前記マイクロポーラスレイヤーを光学的に撮影した画像データに基づいて取得されることが好ましい。このような構成によれば、触媒層またはマイクロポーラスレイヤーを透過した光に基づいて、欠陥の位置を把握することができる。よって、欠陥データの取得を容易に短時間で実施することができる。
【００２８】
また、前記所定数は５であることが好ましい。これにより、高性能の電極を製造することができる。
【００２９】
また、前記積層された触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの少なくともいずれかは基材上に形成されていてもよい。
【００３０】
また、上記電極の製造方法は、前記積層された触媒層とマイクロポーラスレイヤーとを接合する工程を有してもよい。
【００３１】
また、前記接合する工程において、前記積層された触媒層とマイクロポーラスレイヤーとを熱プレスによって接合することが好ましい。触媒層及び／又はマイクロポーラスレイヤーに高分子重合体が含まれる場合は、熱により高分子重合体が軟化するので、軟化した高分子重合体の結着力により、触媒層とマイクロポーラスレイヤーとを強固に接合することができる。特に、触媒層およびマイクロポーラスレイヤーの欠陥が存在する位置には、圧力がかかりにくいが、熱により軟化した高分子重合体の結着力により、欠陥部においても触媒層とマイクロポーラスレイヤーとを強固に接合することができる。
【００３２】
本発明に係る膜−電極接合体の製造方法は、上記の製造方法製造方法によって製造された電極を、前記触媒層が電解質膜側となるように、当該電解質膜に接合する工程を有する。上記電極は、貫通欠陥が少なく、かつ、容易に量産することができるため、高品質の触媒層−電解質膜積層体を容易に製造することができる。
【００３３】
また、上記膜−電極接合体の製造方法において、前記電極の前記電解質膜に接合された触媒層は前記マイクロポーラスレイヤーよりも薄く形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、触媒層の欠陥への電解質膜の食い込み量を低減することができるので、電解質膜の膜やせを抑えることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、貫通欠陥の少ない触媒層および電極を容易に製造することができ、かつ、高品質の触媒層−電解質膜積層体および膜−電極接合体を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態１に係る触媒層の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】準備工程を示す説明図であり、（ａ）は、基材および単位触媒層の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す基材および単位触媒層のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は、基材および単位触媒層の平面図であり、（ｄ）は、（ｃ）に示す基材および単位触媒層のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】実施形態１に係る照合工程を示す説明図である。
【図４】（ａ）は、単位触媒層の欠陥データを示す説明図であり、（ｂ）は、単位触媒層の欠陥データを示す説明図である。
【図５】実施形態１に係る照合工程を示す説明図である。
【図６】実施形態１に係る判定工程を示す説明図である。
【図７】実施形態１に係る積層工程を示す説明図である。
【図８】実施形態１に係る触媒層の断面図である。
【図９】触媒層−電解質膜積層体の製造工程を示す説明図である。
【図１０】実施形態１に係る触媒層−電解質膜積層体の断面図である。
【図１１】本発明の実施形態２に係る触媒層の製造方法を示すフローチャートである。
【図１２】実施形態２に係る特定工程を示す説明図である。
【図１３】実施形態２に係る積層工程を示す説明図である。
【図１４】実施形態２に係る触媒層の断面図である。
【図１５】本発明の実施形態３に係る触媒層の製造方法を示すフローチャートである。
【図１６】（ａ）は、新たに準備された基材および単位触媒層の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す単位触媒層の欠陥データを示す説明図である。
【図１７】実施形態３に係る再照合工程を示す説明図である。
【図１８】実施形態３に係る再判定工程を示す説明図である。
【図１９】実施形態３に係る積層工程を示す説明図である。
【図２０】実施形態３に係る触媒層の断面図である。
【図２１】本発明の実施形態４に係る電極の断面図である。
【図２２】実施形態４に係る電極の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図２３】実施形態４に係る電極の製造方法の他の例を示すフローチャートである。
【図２４】膜−電極接合体の製造工程を示す説明図である。
【図２５】実施形態４に係る膜−電極接合体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。また、下記において開示された構成部材の材料・寸法などは、適宜変更可能である。
【００３７】
〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係る触媒層の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態１に係る触媒層の製造方法は、少なくとも２つの単位触媒層が積層されてなり、それぞれの単位触媒層を貫通する欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下である触媒層の製造方法であって、（１）少なくとも２つの単位触媒層を準備する準備工程Ｓ１、（２）前記準備した単位触媒層の中から選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも２つの単位触媒層について、前記欠陥データを照合する照合工程Ｓ２、及び、（３）前記欠陥データの照合に基づき、前記選択した単位触媒層の前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する判定工程Ｓ３、を有する。以下、本実施形態１に係る触媒層の製造方法の各工程について、図２〜図８を参照して、詳しく説明する。
【００３８】
＜準備工程（図１のＳ１）＞
準備工程Ｓ１では、少なくとも２つの単位触媒層を準備する。本実施形態では、図２（ａ）および（ｂ）に示す単位触媒層２ａと、図２（ｃ）および（ｄ）に示す単位触媒層２ｂとを例に説明し、上記２つの単位触媒層以外で準備した単位触媒層については説明を省略する。単位触媒層２ａは基材１ａ上に形成されており、単位触媒層２ｂは基材１ｂ上に形成されている。
【００３９】
単位触媒層２ａ、２ｂ及び基材１ａ，１ｂの大きさは、特に限定されず、本実施形態のように枚葉状であってもよく、あるいは長尺状であってもよい。また、形状についても特に限定されず、本実施形態のように長方形であってもよいし正方形であってもよい。
【００４０】
単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂは、触媒を含有していればよく、例えば、炭素粒子に触媒粒子を担持させたものを用いてもよい。さらに単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂは、触媒の他に高分子重合体を含有してもよく、イオン伝導性高分子電解質等を用いてもよい。
【００４１】
触媒としては、例えば、白金や白金化合物などが挙げられる。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、鉄などからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と、白金との合金などが挙げられる。なお、通常は、触媒層に含まれる触媒は白金である。
【００４２】
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、公知また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、活性炭などを１種または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、ランプブラックなど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２０ｎｍ〜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）堀場製作所製などにより測定できる。
【００４３】
高分子重合体としては、特に限定的ではなく、公知の材料を使用できる。具体的には、イオン伝導性高分子電解質、酢酸ビニル樹脂、スチレン−アクリル共重合体樹脂、スチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリエステル−アクリル共重合体樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。また、六フッ化プロピレン−フッ化ビニリデン共重合体、三フッ化塩化エチレン−フッ化ビニリデン共重合体等のフッ素ゴム、シリコーンゴム等も挙げられる。これらの高分子重合体は、単独で用いても良いし、２種類以上を組み合わせてもよい。
【００４４】
イオン伝導性高分子電解質としては、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。イオン伝導性高分子電解質含有溶液中に含まれる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。
【００４５】
単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂの長さは、特に限定されず、例えば、２〜１００ｃｍ程度であればよい。また、単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂの幅も特に限定されず、例えば、２〜１００ｃｍであればよい。本実施形態において、単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂの平面視のサイズは同一であるが、互いに異なってもよい。
【００４６】
単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂの厚さは、特に限定がなく、０．１〜５０μｍ程度であればよい。また、単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂは厚さが同一であってもよく、異なっていてもよい。なお、詳細は後述するが、触媒層−電解質膜積層体を製造するにあたっては、電解質膜と接する側の単位触媒層の厚さを他の単位触媒層の厚さよりも薄く形成すると、電解質膜の膜やせを抑えることができる。よって、準備される単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂは、一方の単位触媒層２ａの厚さが他方の単位触媒層２ｂの厚さよりも薄くすることが好ましく、一方の単位触媒層２ａの厚さは０．１〜１０μｍが好ましい。
【００４７】
基材１ａ，１ｂの材質は、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリメチルペンテン、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、フッ素樹脂などのプラスチック、あるいは、アルミニウム、銅、亜鉛などの金属を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などを挙げることができる。また、上記のプラスチックおよび金属を積層した積層体、あるいは、上記のプラスチックに表面処理を施し、上記のプラスチックにアルミナ、シリカ、チタニアなどの酸化物を積層した積層体を基材層として使用することもできる。これらの中で、ポリフェニレンサルファイドとフッ素樹脂は剥離性が良好であることから好ましい。また、製造コストの低減の観点からも好ましい。なお、基材１ａ，１ｂの材質は、同一であってもよいし、互いに異なってもよいが、触媒層を挟み込む２つの基材のうち、先に剥離される基材を、他方の基材よりも剥離性の高い材質とすることが好ましい。さらに、後述するように、欠陥データを取得する際に、単位触媒層２ａ，２ｂを光学的に撮影する場合は、基材１ａ，１ｂの材質は光透過率が高いことが好ましい。
【００４８】
基材１ａ，１ｂの長さは、特に限定されず、２〜１００ｃｍ程度であればよい。基材１ａ，１ｂの幅も特に限定されず、２〜１００ｃｍ程度であればよい。また、基材１ａ，１ｂの厚さも特に限定されず、１０〜５００μｍ程度であればよい。なお、基材１ａ及び１ｂの厚さは、同一であってもよいし、互いに異なってもよい。
【００４９】
図２（ａ）に示すように、単位触媒層２ａには、３つの欠陥Ｄ１〜Ｄ３が存在しており、単位触媒層２ｂには、図２（ｃ）に示すように、２つの欠陥Ｄ４、Ｄ５が存在している。
【００５０】
ここで、単位触媒層中の欠陥について説明すると、触媒層形成用ペースト組成物を基材或いは電解質膜上に直説塗工して単位触媒層を形成する場合、組成物中に含まれる泡や触媒の凝集物、異物等によって、塗工後の単位触媒層に複数のピンホールが形成され、その中には、各単位触媒層を貫通するピンホールが存在する。また、単位触媒層の乾燥中に、組成物中の凝集物、異物、泡などが起点となり、ひずみを生じることによって、単位触媒層を貫通するクラックが発生する場合がある。本願明細書では、このようにしてできたピンホールやクラック等のうち、単位触媒層を貫通するものを「欠陥」と称する。つまり、単位触媒層は本来その材質から、１μｍ以下の細孔が多数存在する多孔質体であるが、それらの細孔が必ずしもクロスリークを引き起こすものではない。そのため、本願明細書では、それらの細孔のうち、上記製造工程中にできた、大きさにすると約５μｍ程で、クロスリークなど電池性能を低下させるような現象に繋がるものを欠陥という。さらに、複数の単位触媒層を積層してなる触媒層全体を貫通する欠陥を「貫通欠陥」と称する。
【００５１】
＜照合工程（図１のＳ２）＞
照合工程Ｓ２では、前記準備した単位触媒層の中から選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも２つの単位触媒層について、前記欠陥データを照合する。本実施形態では、まず単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂを選択し、それらの欠陥データを取得する。
【００５２】
欠陥データの取得には、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、例えば発光装置３およびＣＣＤカメラ４を用いることができる。単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂの一方面側に発光装置３から光を照射し、欠陥を介して単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂの他方面側から洩れる光をＣＣＤカメラ４で撮影することで、各単位触媒層２ａ，２ｂに存在する欠陥の欠陥データを取得できる。なお、欠陥の位置情報に加え、欠陥の大きさの情報を取得することが好ましい。発光装置３としては、蛍光灯、ＬＥＤ照明装置など、公知の発光部材を用いることができる。ＣＣＤカメラ４は、単位触媒層２ａまたは単位触媒層２ｂの全体が撮影できる程度に、単位触媒層２ａまたは単位触媒層２ｂから離間して設けられている。単位触媒層２ａまたは単位触媒層２ｂが非常に長い場合は、複数台の発光装置３及びＣＣＤカメラ４によって撮影してもよいし、１台の発光装置３及びＣＣＤカメラ４を単位触媒層２ａまたは単位触媒層２ｂの長手方向に平行移動させながら連続的に撮影してもよい。なお、ＣＣＤカメラ４の代わりに、例えば光電子増倍管などを用いることもできる。
【００５３】
ＣＣＤカメラ４で撮影された単位触媒層２ａの画像データは、図示しないコンピュータに転送される。コンピュータにおいて、画像データが解析され、図４（ａ）に示すような、単位触媒層２ａを貫通する欠陥Ｄ１〜Ｄ３の位置を示す欠陥データＤＴ１が生成される。
【００５４】
同様に、単位触媒層２ｂについても、図３（ｂ）に示すように、発光装置３およびＣＣＤカメラ４を用いて、単位触媒層２ｂを貫通する欠陥Ｄ４〜Ｄ５の位置を示す欠陥データを取得する。図４（ｄ）は、単位触媒層２ｂの欠陥データＤＴ２を示している。
【００５５】
なお、準備した単位触媒層が３つ以上の場合、先に、準備した単位触媒層から少なくとも２つの単位触媒層を選択し、選択した単位触媒層について欠陥データを取得してもよい。あるいは、先に、準備した単位触媒層について欠陥データを取得し、その後、欠陥データが取得された単位触媒層から少なくとも２つの単位触媒層を選択してもよい。
【００５６】
続いて、単位触媒層２ａの欠陥データＤＴ１と単位触媒層２ｂの欠陥データＤＴ２とを照合する。具体的には、コンピュータのシミュレーション機能により、単位触媒層２ａの一方面側に単位触媒層２ｂを配置するように、各欠陥データを重ねる。本実施形態では、後述する積層工程（図１のＳ５）において、単位触媒層２ａ，２ｂの一方を表裏逆転させて積層するため、一方の欠陥データＤＴ２を表裏逆転させた欠陥データＤＴ２’を他方の欠陥データＤＴ１に重ねる。これにより、図６に示す合成データＤＴＳ１が得られる。
【００５７】
なお、重ね合わされた欠陥データＤＴ１，ＤＴ２’の両側縁は揃っていなくてもよい。また、欠陥データＤＴ１および欠陥データＤＴ２’の大きさ及び／又は形状が互いに異なる場合、例えば、両者の中心が揃うように重ねたり、両者の一方側の縁が揃うように重ねてもよい。あるいは、単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂにアライメントマークを設けて、当該アライメントマークを欠陥データＤＴ１，ＤＴ２’に記録しておき、欠陥データＤＴ１，ＤＴ２’のアライメントマークが一致するように重ねてもよい。また、基材を用いない場合は、積層工程Ｓ５において、単位触媒層２ａ，２ｂを表裏逆転させずに積層できるため、照合工程Ｓ２においては、欠陥データＤＴ１，ＤＴ２をそのまま重ねてもよい。
【００５８】
＜判定工程（図１のＳ３）＞
判定工程Ｓ３では、前記欠陥データＤ１，Ｄ２の照合に基づき、前記選択した単位触媒層２ａ，２ｂの欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する。前記所定数は、触媒層に求められる品質によって適宜決定すればよく、例えば、３０ｃｍ×３０ｃｍの面積あたりに１０、好ましくは５であり、特に好ましくは０がよい。なお、前記所定数は、単に欠陥の個数だけを規定するのではなく、ある程度以上の大きさの欠陥に制限した上で規定してもよい。
【００５９】
本実施形態では、図６に示す合成データＤＴＳ１から、欠陥Ｄ１〜Ｄ３と欠陥Ｄ４〜Ｄ５とが重なり合う箇所が５以下であるか否かを判定する。
【００６０】
図６では、欠陥Ｄ１〜Ｄ５のうち、欠陥同士が重なり合っていない領域をグレーで表示し、欠陥同士が重なり合う領域を白で表示している。すなわち、欠陥Ｄ１〜Ｄ５のうち白で表示された領域は、単位触媒層２ａと単位触媒層２ｂとを実際に積層した場合に、単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂの積層体を貫通する貫通欠陥が形成されることとなる領域である。つまり、図６において 欠陥Ｄ１〜Ｄ３と欠陥Ｄ４〜Ｄ５とが重なり合う数は１であるため（図１のＳ４においてＹＥＳ）、積層工程Ｓ５に移行する。なお、当該重なり合う数が所定数を超えると判定された場合（図１のＳ４においてＮＯ）の処理については、後述の実施形態２及び３において説明する。
【００６１】
＜積層工程（図１のＳ５）＞
積層工程Ｓ５では、図７に示すように、単位触媒層２ａ，２ｂを実際に積層する（図１のＳ５）。これにより図８に示すように、２以上の単位触媒層が積層された貫通欠陥の少ない触媒層を製造することができる（図１のＳ６）。
【００６２】
なお、積層時には、必要に応じて単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂの間に接着層などを設けてもよい。
【００６３】
＜触媒層製造後の工程＞  
触媒層は積層後、さらに単位触媒層２ａ，２ｂ同士を接合することが好ましい。接合方法は、熱を加えないプレスによる接合も可能であるが、触媒層に高分子重合体を含有する場合は熱プレスによる接合が特に好ましい。熱プレスによる接合の場合、例えば、図８に示す基材１ａ、１ｂをプレス治具（図示省略）で挟み、触媒層５の両面より熱プレスを施す。このとき、単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂの欠陥が存在する位置には、圧力がかかりにくいが、熱により単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂに含まれる高分子重合体が軟化するので、軟化した高分子重合体の結着力により、単位触媒層２ａと単位触媒層２ｂとを強固に接合することができる。また、上述のようにして製造された触媒層５を用いて、触媒層−電解質膜積層体を製造してもよい。以下、その製造方法について説明する。
【００６４】
＜触媒層−電解質膜積層体の製造方法＞
触媒層−電解質膜積層体の製造方法は、触媒層５を電解質膜６に接合する工程を有する。具体的には、図８に示す触媒層５から、基材１ａを剥離し、図９に示すように、単位触媒層２ａが電解質膜６と対向するように配置して触媒層５を電解質膜６に接合する。具体的な接合方法は特に限定されず、例えば、熱を加えないプレスによる接合も可能であるが、熱プレスによる接合が特に好ましい。触媒層５のサイズが大きい場合は、触媒層５を複数の所定寸法の触媒層にカットしてもよい。触媒層５をカットする際には、触媒層５とともに基材１ｂをカットするのが好ましい。そして、基材１ｂを剥離することにより、図１０に示すように、触媒層−電解質膜積層体７が製造される。
【００６５】
本実施形態１の触媒層−電解質膜積層体７では、電解質膜６に接合された単位触媒層２ａは触媒層５の他の単位触媒層２ｂよりも薄く形成されている。そのため、単位触媒層２ａの欠陥への電解質膜６の食い込み量を低減することができるので、電解質膜６の膜やせを抑えることができる。なお、単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂは、厚さが同一であってもよく単位触媒層２ｂが単位触媒層２ａよりも薄く形成されてもよい。
【００６６】
なお、電解質膜６は、例えば、基材上にイオン伝導性高分子電解質を含有する溶液（電解質溶液）を塗工し、乾燥することにより形成される。イオン伝導性高分子電解質としては、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。イオン伝導性高分子電解質含有溶液中に含まれる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電解質膜以外には、アニオン導電性固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。
【００６７】
また、電解質膜６の形状は、枚葉状であっても長尺状であってもよい。また、電解質膜６を支持する基材は前述した基材と同様の材料から選択できる。
【００６８】
以上、本発明の実施形態１に係る触媒層の製造方法および触媒層−電解質膜積層体の製造方法について詳述したが、本発明は実施形態１に限定されない。実施形態１では、欠陥データを取得する際に、単位触媒層２ａは、基材１ａ上に形成されていたが、単位触媒層２ａは電解質膜６上に形成されていてもよい。この場合、単位触媒層２ａが電解質膜６上に形成された状態で、照合工程Ｓ２、判定工程Ｓ３、および積層工程Ｓ５を実施して、触媒層５が製造されると同時に触媒層−電解質膜積層体７が製造される。また、触媒層を構成する単位触媒層は、複数の触媒層を重ねて形成したものであってもよい。
【００６９】
〔実施形態２〕
図１１は、本発明の実施形態２に係る触媒層の製造方法を示すフローチャートである。実施形態２に係る触媒層の製造方法は、（１）少なくとも２つの単位触媒層を準備する準備工程Ｓ１、（２）前記準備した単位触媒層の中から選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも２つの単位触媒層について、前記欠陥データを照合する照合工程Ｓ２、及び、（３）前記欠陥データの照合に基づき、前記選択した単位触媒層の前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する判定工程Ｓ３、を有するうえ、さらに前記判定工程Ｓ３において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合（Ｓ４においてＮＯ）、（４）前記選択した単位触媒層の前記欠陥データに基づき、前記選択した単位触媒層の少なくともいずれかの位置を変化させることにより、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下となるような位置を特定する特定工程Ｓ７、及び、（５）前記特定した位置に基づいて、前記選択した単位触媒層を積層する積層工程Ｓ８、を有する点に特徴を有している。なお、準備工程Ｓ１、照合工程Ｓ２及び判定工程Ｓ３は、上述した実施形態１と同じであるため、ここでは詳細な説明は省略する。また、以下では、判定工程Ｓ３における所定数を０とした場合を例にして、本発明の実施形態２について詳述する。
【００７０】
＜特定工程（図１１のＳ７）＞
図１１に示す判定工程Ｓ３において、欠陥Ｄ１〜Ｄ３と欠陥Ｄ４〜Ｄ５とが重なり合う箇所が０を超えると判定された場合（図１１のＳ４においてＮＯ）、次の特定工程（図１１のＳ７）に移行する。
【００７１】
特定工程Ｓ７では、前記選択した単位触媒層２ａ，２ｂの前記欠陥データＤ１，Ｄ２に基づき、前記選択した単位触媒層２ａ，２ｂの少なくともいずれかの位置を変化させることにより、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下となるような位置を特定する。本実施形態２では、単位触媒層２ａ，２ｂの前記欠陥データＤ１，Ｄ２に基づき、単位触媒層２ｂの位置を変化させることにより、欠陥Ｄ１〜Ｄ３と欠陥Ｄ４〜Ｄ５とが重なり合う箇所が０となるような位置を特定する。例えば、単位触媒層２ｂを単位触媒層２ａに対して、ｘｙ平面内で任意の方向に移動させる。具体的には、図１２に示すように、単位触媒層２ｂをｘ方向（図１２では横方向もしくは単位触媒層の長手方向）に△Ｘだけ移動させることにより、欠陥同士が重なり合っている部分が消える。なお、単位触媒層２ａのみを移動させてもよいし、単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｂの両方を移動させてもよい。
【００７２】
さらに、単位触媒層２ａおよび／または単位触媒層２ｂを移動させる距離や方向は、特に限定されず、例えば、ｙ方向（図１２では縦方向もしくは単位触媒層の幅方向）や斜め方向など、あらゆる方向に移動させることができる。また、単位触媒層２ａおよび／または単位触媒層２ｂを回転させることによって、単位触媒層２ａに対する単位触媒層２ｂの位置を変化させてもよい。さらに、単位触媒層２ａおよび／または単位触媒層２ｂを回転した後、任意の方向に移動させてもよい。
【００７３】
＜積層工程（図１１のＳ８）＞
特定工程Ｓ７が完了すると、次の積層工程Ｓ８において、前記特定した位置に基づいて、前記選択した単位触媒層２ａ，２ｂを積層する。具体的には、図１３に示すように、単位触媒層２ｂを単位触媒層２ａに対して長手方向に△Ｘだけずらした状態で、単位触媒層２ａの基材１ａが設けられている反対側の面と、単位触媒層２ｂの基材１ｂが設けられている反対側の面とを対向させ、単位触媒層２ａ一方面側に単位触媒層２ｂを積層する。このとき、単位触媒層２ａの欠陥Ｄ１〜Ｄ３と単位触媒層２ｂの欠陥Ｄ４〜Ｄ５とは重なり合わないので、図１４に示すように、貫通欠陥の少ない（本実施形態では貫通欠陥のない）触媒層５’が製造される（図１１のＳ９）。
【００７４】
＜触媒層製造後の工程＞
実施形態１と同様、触媒層５’は、単位触媒層２ａ，２ｂ同士をさらに接合することができる。また、厚みが薄い単位触媒層２ａが電解質膜６と対向するようにして触媒層５’を電解質膜に接合することにより、本実施形態２に係る触媒層−電解質膜積層体を製造することができる。
【００７５】
〔実施形態３〕
図１５は、本発明の実施形態３に係る触媒層の製造方法を示すフローチャートである。実施形態３に係る触媒層の製造方法は、（１）少なくとも２つの単位触媒層を準備する準備工程Ｓ１、（２）前記準備した単位触媒層の中から選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも２つの単位触媒層について、前記欠陥データを照合する照合工程Ｓ２、及び、（３）前記欠陥データの照合に基づき、前記選択した単位触媒層の前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する判定工程Ｓ３、を有するうえ、さらに前記判定工程Ｓ３において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合（Ｓ４においてＮＯ）、（４）前記準備した単位触媒層の中から、前記選択した単位触媒層とは組み合わせが異なるように新たに選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも２つの単位触媒層について、前記欠陥データを再照合する再照合工程Ｓ１０、及び、（５）前記欠陥データの再照合に基づき、前記新たに選択した単位触媒層の前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する再判定工程Ｓ１１、を有する。さらに、本実施形態３に係る触媒層の製造方法は、（６）前記再判定工程Ｓ１１において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であると判定された場合（Ｓ１２においてＹＥＳ）、当該判定された単位触媒層を積層し（Ｓ１３）、（７）前記再判定工程Ｓ１１において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合（Ｓ１２においてＮＯ）、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定されるまで、前記再照合工程Ｓ１０及び前記再判定工程Ｓ１１を繰り返し、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定された単位触媒層を積層する（Ｓ１３）。これにより、貫通欠陥の少ない触媒層が製造される（Ｓ１４）。なお、準備工程Ｓ１、照合工程Ｓ２及び判定工程Ｓ３は、上述した実施形態１と同じであるため、ここでは詳細な説明は省略する。また、以下では、実施形態２と同様、判定工程Ｓ３における所定数を０とした場合を例にして、本発明の実施形態３について詳述する。
【００７６】
＜再照合工程（図１５のＳ１０）＞
再照合工程Ｓ１０では、準備工程Ｓ１で準備した単位触媒層の中から、前記選択した２つの単位触媒層２ａ，２ｂとは組み合わせが異なるように新たに選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも２つの単位触媒層について、前記欠陥データを再照合する。すなわち、本実施形態３では、準備工程Ｓ１において３つ以上の単位触媒層が準備されており、再照合工程Ｓ１０では、照合工程Ｓ２で選択された２つの単位触媒層２ａ，２ｂのうちのいずれか一方の単位触媒層が他に準備された単位触媒層と変更されるように、２つの単位触媒層が選択されるか、また、照合工程Ｓ２で選択された２つの単位触媒層２ａ，２ｂのいずれについても他に準備された単位触媒層と変更されるように、２つの単位触媒層が選択される。このように、再照合工程Ｓ１０において新たに選択される単位触媒層は特に限定されず、本実施形態３では、単位触媒層２ａと図１６（ａ）に示す単位触媒層２ｃを新たに選択している。なお、再照合工程Ｓ１０において新たに選択される単位触媒層２ｃは、単位触媒層２ａと厚みや大きさが同じであってもよいし、異なっていてもよい。そして、未だ欠陥データを取得していない単位触媒層２ｃについて、図１６（ｂ）に示すように、その欠陥データＤＴ３を取得し、欠陥データＤＴ１，ＤＴ３を照合する。本実施形態３では、実施形態１の照合工程と同様、図１７に示すように、一方の欠陥データＤＴ３を表裏逆転させた欠陥データＤＴ３’を他方の欠陥データＤＴ１に重ねて、図１８に示す合成データＤＴＳ２を得る。
【００７７】
なお、照合工程Ｓ２において、準備した単位触媒層２ｃについても予め欠陥データＤＴ３を取得している場合には、再照合工程Ｓ１０において欠陥データを取得する必要はない。
【００７８】
＜再判定工程（図１５のＳ１１）＞
続いて、再判定工程Ｓ１１では、前記欠陥データＤＴ１，ＤＴ３の再照合に基づき、前記新たに選択した２つの単位触媒層２ａ，２ｃの前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する。具体的には、図１８に示す合成データＤＴＳ２から、欠陥Ｄ１〜Ｄ３と欠陥Ｄ６〜８とが重なり合う箇所が０以下であるか否かを判定する。本実施形態３では、欠陥Ｄ１〜Ｄ３と欠陥Ｄ６〜８とが重なり合う箇所が０であるため（図１５のＳ１２においてＹＥＳ）、積層工程Ｓ１３に移行する。
【００７９】
なお、単位触媒層２ａの欠陥と単位触媒層２ｃの欠陥とが重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合（図１５のＳ１２においてＮＯ）、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定されるまで、前記再照合工程Ｓ１０及び前記再判定工程Ｓ１１を繰り返す。
【００８０】
＜積層工程（図１５のＳ１３）＞
積層工程Ｓ１３では、図１９に示すように、欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定された単位触媒層２ａおよび単位触媒層２ｃを実際に積層する。これにより、図２０に示すように、貫通欠陥の少ない（本実施形態では貫通欠陥のない）触媒層５”が製造される（図１５のＳ１４）。
【００８１】
＜触媒層製造後の工程＞
実施形態１及び２と同様、触媒層５”は、さらに単位触媒層２ａ，２ｃ同士を接合することができる。また、厚みが薄い単位触媒層２ａが電解質膜６と対向するようにして、触媒層５”を電解質膜に接合することにより、本実施形態３に係る触媒層−電解質膜積層体を製造することができる。
【００８２】
〔実施形態４〕
上述した実施形態１〜３では、少なくとも２つの単位触媒層が積層されてなる触媒層について、各単位触媒層を貫通する欠陥同士が重なり合う箇所を所定数以下とした触媒層を製造する製造方法について説明したが、本発明は、触媒層とマイクロポーラスレイヤー（ＭＰＬ）とを有する電極を製造する場合にも適用できる。
【００８３】
図２１は、本実施形態４に係る製造方法にて製造される電極１５の断面図である。電極１５は、触媒層２と、触媒層２上に形成されたマイクロポーラスレイヤー１２とを有する。マイクロポーラスレイヤーは、触媒層と導電性多孔質基材との間に中間層として設けられる導電層であり、導電性炭素材料を含有する。導電性炭素材料としては、特に限定しないが、導電性炭素粒子、導電性炭素繊維等が挙げられる。また、マイクロポーラスレイヤーを形成する方法は、特に限定しないが、例えば、導電性炭素材料、高分子重合体等からなるペースト組成物を基材上に塗布及び乾燥することにより形成できる。高分子重合体としては、上述したような材料を用いてもよい。
【００８４】
ここで、触媒層２と同様に、マイクロポーラスレイヤー１２にも層を貫通する欠陥が存在する場合がある。そこで、本実施形態４では、少なくとも１つの触媒層２と少なくとも１つのマイクロポーラスレイヤー１２とが積層されてなる電極１５について、それぞれの層２，１２を貫通する欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下である電極を製造する製造方法を、図２２または図２３に示すフローチャートに従って説明する。なお、前記所定数は、電極１５に求められる品質によって適宜決定すればよく、例えば、３０ｃｍ×３０ｃｍの面積あたりに１０、好ましくは５であり、特に好ましくは０がよい。
【００８５】
図２２の例では、まず、（１）少なくとも１つの触媒層２および少なくとも１つのマイクロポーラスレイヤー１２を準備する準備工程Ｓ２１、（２）前記準備した触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２の中から選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも１つの触媒層２および少なくとも１つのマイクロポーラスレイヤー１２について、前記欠陥データを照合する照合工程Ｓ２２、及び、（３）前記欠陥データの照合に基づき、前記選択した触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２の前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する判定工程Ｓ２３、が行われる。この判定工程Ｓ２３において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であると判定された場合（Ｓ２４においてＹＥＳ）、前記選択した触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２を積層する積層工程Ｓ２６を行う。これにより、貫通欠陥の少ない電極１５が製造される（Ｓ２７）。
【００８６】
一方、判定工程Ｓ２３において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合（Ｓ２４においてＮＯ）には、（４）前記選択した触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２の前記欠陥データに基づき、前記選択した触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２の少なくともいずれかの位置を変化させることにより、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下となるような位置を特定する特定工程Ｓ２５、及び、（５）前記特定した位置に基づいて、前記選択した触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２を積層する積層工程Ｓ２６、が行われる。これにより、貫通欠陥の少ない電極１５が製造される（Ｓ２７）。
【００８７】
このように、図２２の例では、欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下となるように触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２を積層することができるので、貫通欠陥の少ない電極１５を確実に製造することができる。
【００８８】
その他の電極１５の製造方法として、図２３の例では、（１）準備工程Ｓ２１、（２）照合工程Ｓ２２及び（３）判定工程Ｓ２３を行った後、判定工程Ｓ２３において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合（Ｓ２４においてＮＯ）には、（６）前記準備した触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２の中から、前記選択した触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２とは組み合わせが異なるように新たに選択されかつ前記欠陥の位置を示す欠陥データが取得された少なくとも１つの触媒層２および少なくとも１つのマイクロポーラスレイヤー１２について、前記欠陥データを再照合する再照合工程Ｓ２８、及び、（７）前記欠陥データの再照合に基づき、前記新たに選択した触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２の前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であるか否かを判定する再判定工程Ｓ２９、が行われる。この再判定工程Ｓ２９において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下であると判定された場合（Ｓ３０においてＹＥＳ）、当該判定された触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２を積層する積層工程Ｓ３１を行う。これにより、貫通欠陥の少ない電極１５が製造される（Ｓ３２）。
【００８９】
一方、再判定工程Ｓ２９において、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数を超えると判定された場合（Ｓ３０においてＮＯ）には、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定されるまで、前記再照合工程Ｓ２８及び再判定工程Ｓ２９を繰り返し、前記欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定された触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２を積層する（Ｓ３１）。これにより、貫通欠陥の少ない電極１５が製造される（Ｓ３２）。
【００９０】
このように、図２３の例では、最終的に、欠陥同士が重なり合う箇所が所定数以下と判定された触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１５を組み合わせで積層するため、貫通欠陥の少ない電極１５を製造することができる。
【００９１】
また、図２２及び図２３における各工程Ｓ２１〜Ｓ３２は、上述した実施形態１〜３の対応する各工程において、一方の単位触媒層をマイクロポーラスレイヤーに代えた以外は基本的に同じであるため、ここでは詳細な説明は省略するが、触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２の欠陥データは、触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２を光学的に撮影した画像データに基づいて取得されることが好ましい。また、図２１では、積層された触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２はそれぞれ基材１ｄ，１ｅ上に形成されているが、マイクロポーラスレイヤー１２は自立膜化が可能な場合は、電極１５を製造する際に、マイクロポーラスレイヤー１２を基材１ｅで支持しなくてもよい。
【００９２】
電極１５の製造後は、積層された触媒層２とマイクロポーラスレイヤー１２とを接合することが好ましい。接合方法は、熱を加えないプレスによる接合も可能であるが、触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２に高分子重合体を含有する場合は熱プレスによる接合が特に好ましい。
【００９３】
続いて、図２１に示す電極１５から、基材１ｄを剥離し、図２４に示すように、触媒層２が電解質膜６側となるように、電極１５を電解質膜６に接合する。これにより、図２５に示す膜−電極接合体１７を製造することができる。
【００９４】
なお、図２１に示す電極１５は、１つの触媒層２および１つのマイクロポーラスレイヤー１２から構成されているが、本発明はこれに限定されず、電極を構成する触媒層および／またはマイクロポーラスレイヤーが２以上であってもよい。また、電解質膜６に接合された触媒層２はマイクロポーラスレイヤー１２よりも薄く形成されていることが好ましい。これにより、電解質膜６の膜やせをより抑えることができる。例えば、触媒層２の厚さは、０．１〜２０μｍであることが好ましく、マイクロポーラスレイヤー１２の厚さは、１〜５０μｍであることが好ましい。なお、触媒層２およびマイクロポーラスレイヤー１２は、厚さが同一であってもよく、触媒層２がマイクロポーラスレイヤー１２よりも厚く形成されてもよい。
【００９５】
〔付記事項〕
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、明細書に開示された各技術的事項を適宜組み合わせて得られる形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９６】
例えば、上記の各実施形態では、単位触媒層などを貫通する欠陥の位置を示す欠陥データを光学的に取得していたが、欠陥データを取得する方法はこれに限定されず、高電圧方式、赤外線方式などによって欠陥データを取得してもよい。ただし、触媒層または電極の品質への影響を考慮すると、光学的に欠陥データを取得することが好ましい。
【符号の説明】
【００９７】
１ａ〜１ｃ  基材
２          触媒層
２ａ        単位触媒層
２ｂ        単位触媒層
２ｃ        単位触媒層
３          発光装置
４          ＣＣＤカメラ
５          触媒層
５’        触媒層
５”        触媒層
６          電解質膜
７          触媒層−電解質膜積層体
１２        マイクロポーラスレイヤー
１５        電極
１７        膜−電極接合体
【図１】
2015207440.tif 000003
【図２】
2015207440.tif 000004
【図３】
2015207440.tif 000005
【図４】
2015207440.tif 000006
【図５】
2015207440.tif 000007
【図６】
2015207440.tif 000008
【図７】
2015207440.tif 000009
【図８】
2015207440.tif 000010
【図９】
2015207440.tif 000011
【図１０】
2015207440.tif 000012
【図１１】
2015207440.tif 000013
【図１２】
2015207440.tif 000014
【図１３】
2015207440.tif 000015
【図１４】
2015207440.tif 000016
【図１５】
2015207440.tif 000017
【図１６】
2015207440.tif 000018
【図１７】
2015207440.tif 000019
【図１８】
2015207440.tif 000020
【図１９】
2015207440.tif 000021
【図２０】
2015207440.tif 000022
【図２１】
2015207440.tif 000023
【図２２】
2015207440.tif 000024
【図２３】
2015207440.tif 000025
【図２４】
2015207440.tif 000026
【図２５】
2015207440.tif 000027