(57)【要約】【課題】クロスリークに対する抵抗性を高めるのに有利な燃料電池用の触媒層保有拡散層、燃料電池用の膜電極接合体、燃料電池用の触媒層保有拡散層の製造方法、燃料電池用の膜電極接合体の製造方法を提供する。【解決手段】ガス拡散層１０，１１の膜対向面１０ｉ，１１ｉから撥水剤が塗布されている。燃料電池用触媒層保有拡散層４４，４５は、ガス透過性をもつガス拡散層１０，１１と、ガス拡散層１０，１１の膜対向面１０ｉ，１１ｉに積層された厚みが３０マイクロメートル以上の触媒層２２，２３とを備えている。【選択図】図１１
2008300137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）膜電極接合体を構成するイオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が前記膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、
（ｉｉ）前記ガス拡散層の前記膜対向面に積層された厚みが３０マイクロメートル以上の触媒層とを具備することを特徴とする燃料電池用触媒層保有拡散層。
【請求項２】
請求項１において、切断工程を経て形成されており、
前記触媒層における切断バリまたは切断バリ跡の発生頻度は、前記ガス拡散層における切断バリまたは切断バリ跡の発生頻度よりも低く設定されていることを特徴とする燃料電池用触媒層保有拡散層。
【請求項３】
アノード用触媒層保有拡散層と、カソード用触媒層保有拡散層と、前記アノード用触媒層保有拡散層と前記カソード用触媒層保有拡散層とで挟まれたイオン伝導性をもつ膜とを具備する膜電極接合体において、
前記アノード用触媒層保有拡散層および前記カソード用触媒層保有拡散層の少なくとも一方は、
（ｉ）イオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、前記膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が前記膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、
（ｉｉ）前記ガス拡散層の前記膜対向面に積層された厚みが３０マイクロメートル以上の触媒層とを具備することを特徴とする燃料電池用膜電極接合体。
【請求項４】
請求項３において、当該一方において、前記触媒層における切断バリまたは切断バリ跡の発生頻度は、前記ガス拡散層における切断バリまたは切断バリ跡の発生頻度よりも低く設定されていることを特徴とする燃料電池用膜電極接合体。
【請求項５】
（ｉ）（ａ）膜電極接合体を構成するイオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、前記膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が前記膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、（ｂ）触媒組成物とを用意する工程と、
（ｉｉ）前記ガス拡散層の前記膜対向面に触媒組成物を塗布し、厚みが３０マイクロメートル以上の触媒層を前記ガス拡散層の前記膜対向面に積層させる積層工程とを順に実施することを特徴とする燃料電池用触媒層保有拡散層の製造方法。
【請求項６】
（ｉ）膜電極接合体を構成するイオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、前記膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が前記膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、（ｂ）前記触媒組成物とを用意する工程と、
（ｉｉ）前記ガス拡散層の前記膜対向面に触媒組成物を塗布し、厚みが３０マイクロメートル以上の触媒層を前記ガス拡散層の前記膜対向面に積層させて積層体を形成する積層工程と、
（ｉｉｉ）前記積層体の前記触媒層に切断手段を対面させた状態において、前記切断手段を前記積層体の厚み方向に沿って前記積層体に対して相対移動させて前記積層体を切断し、燃料電池用触媒層保有拡散層を形成する切断工程とを順に実施することを特徴とする燃料電池用触媒層保有拡散層の製造方法。
【請求項７】
（ｉ）（ａ）膜電極接合体を構成するイオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、（ｂ）触媒組成物とを用意する工程と、
（ｉｉ）前記ガス拡散層の前記膜対向面に前記触媒組成物を塗布し、厚みが３０マイクロメートル以上の触媒層を前記ガス拡散層の前記膜対向面に積層させて積層体を形成する第１積層工程と、
（ｉｉｉ）前記積層体の前記触媒層に切断手段を対面させた状態において、前記切断手段を前記積層体の厚み方向に沿って前記積層体に対して相対移動させて前記積層体を切断し、燃料電池用触媒層保有拡散層を形成する切断工程と、
（ｉｖ）２つの前記燃料電池用触媒層保有拡散層で前記膜を挟むことにより前記膜電極接合体を形成する第２積層工程とを順に実施することを特徴とする燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、前記撥水剤は、撥水物質と粒子状の導電物質と導電繊維とを含み、且つ、前記触媒組成物は、触媒と粒子状の導電物質と電解質とを含むことを特徴とする燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
【請求項９】
請求項７または８において、前記膜のうち前記ガス拡散層に対向する面に前記触媒組成物を塗布して第２触媒層を積層させた膜触媒層積層体を用意し、
前記第２積層工程では、２つの前記燃料電池用触媒層保有拡散層で前記膜触媒層積層体を挟むことにより、前記ガス拡散層に積層されている触媒層と前記第２触媒層とを接合することを特徴とする燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
【請求項１０】
請求項９において、前記ガス拡散層に積層されている前記触媒層の厚みをｔ１とし、前記膜触媒層積層体に積層されている第２触媒層の厚みをｔ２とするとき、ｔ１＞ｔ２に設定されていることを特徴とする燃料電池用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、燃料電池用の触媒層保有拡散層、燃料電池用の膜電極接合体、燃料電池用の触媒層保有拡散層の製造方法、燃料電池用の膜電極接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池用の膜電極接合体は、イオン伝導性をもつ膜と、膜の厚み方向の一方の片面側に配置されたアノードと、膜の厚み方向の他方に配置されたカソードとを備えている（特許文献１）。アノードはガス拡散層と触媒層とを備える。カソードはガス拡散層と触媒層とを備える。
【特許文献１】特開２００４−６２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した燃料電池では、ガス拡散層を構成している構成要素（例えばカーボン繊維）が膜に刺さるおそれがある。この場合、反応ガスがクロスリークするおそれがある。そこで、膜電極接合体では、クロスリークに対する抵抗性を高めることが要請されている。
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、クロスリークに対する抵抗性を高めるのに有利な燃料電池用の触媒層保有拡散層、燃料電池用の膜電極接合体、燃料電池用の触媒層保有拡散層の製造方法、燃料電池用の膜電極接合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】
【０００５】
（１）様相１に係る燃料電池用触媒層保有拡散層は、（ｉ）膜電極接合体を構成するイオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、（ｉｉ）ガス拡散層の膜対向面に積層された厚みが３０マイクロメートル以上の触媒層とを具備することを特徴とする。
【０００６】
本様相によれば、ガス拡散層はガス透過性および導電性をもつ。ガス拡散層は、膜電極接合体に対向する側の膜対向面と、膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもつ。ガス拡散層としてはカーボン繊維等の導電繊維の集合体が例示される。
【０００７】
ガス拡散層の膜対向面および膜背向面には微小凹凸が形成されている。このようにガス拡散層の膜対向面が膜を損傷させるおそれがある。そこでガス拡散層の膜対向面に触媒層が積層されている。この触媒層の厚みは３０マイクロメートル以上と厚く設定されている。このためガス拡散層の膜対向面に微小凹凸が形成されている場合であっても、ガス拡散層の膜対向面における平滑化が進行する。このためガス拡散層の膜対向面と膜との接触が良好となる。更に、触媒層が厚いため、ガス拡散層の構成要素（例えばカーボン繊維）が膜に突き刺さることが抑制され、膜の損傷が抑制される。この場合、クロスリークに対する抵抗性を高めるのに有利となる。
【０００８】
更に本様相によれば、撥水剤をガス拡散層に塗布されて浸透されているため、ホットプレス等によりガス拡散層を加圧成形したとしても、ガス拡散層における細孔の潰れが抑制される。この場合、ガス拡散層における細孔が確保され、水の排出性を高めることができる。
【０００９】
本発明によれば、膜としては高分子型が例示されるが、無機型でも良く、高分子型および無機型が混在するものでも良い。
【００１０】
（２）様相２に係る燃料電池用膜電極接合体は、アノード用触媒層保有拡散層と、カソード用触媒層保有拡散層と、アノード用触媒層保有拡散層とカソード用触媒層保有拡散層とで挟まれたイオン伝導性をもつ膜とを具備する膜電極接合体において、アノード用触媒層保有拡散層およびカソード用触媒層保有拡散層の少なくとも一方は、
（ｉ）イオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、（ｉｉ）ガス拡散層の膜対向面に積層された厚みが３０マイクロメートル以上の触媒層とを具備することを特徴とする。本様相によれば、触媒層の厚みが３０マイクロメートル以上と厚く設定されている。このためガス拡散層の膜対向面に微小凹凸が形成されている場合であっても、ガス拡散層の膜対向面の平滑化が進行する。このためガス拡散層の膜対向面と膜との接触が良好となる。更に、ガス拡散層の構成要素（例えばカーボン繊維）が膜に突き刺さることが抑制され、膜の損傷が抑制される。この場合、クロスリークに対する抵抗性を高めるのに有利となる。
【００１１】
更に、撥水剤をガス拡散層に塗布されて浸透されているため、ホットプレス等によりガス拡散層を加圧成形したとしても、ガス拡散層における細孔の潰れが抑制される。この場合、ガス拡散層における細孔が確保され、水の排出性を高めることができる。
【００１２】
（３）様相３に係る燃料電池用触媒層保有拡散層の製造方法は、（ｉ）（ａ）膜電極接合体を構成するイオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、（ｂ）触媒組成物とを用意する工程と、（ｉｉ）ガス拡散層の膜対向面に触媒組成物を塗布し、厚みが３０マイクロメートル以上の触媒層をガス拡散層の膜対向面に積層させる積層工程とを順に実施することを特徴とする。
【００１３】
本様相によれば、触媒層の厚みが厚く設定されている。このためガス拡散層の膜対向面に微小凹凸が形成されている場合であっても、ガス拡散層の膜対向面の平滑化が進行する。このためガス拡散層の膜対向面と膜との接触が良好となる。更に、ガス拡散層の構成要素（例えばカーボン繊維）が膜に突き刺さることが抑制され、膜の損傷が抑制される。この場合、クロスリークに対する抵抗性を高めるのに有利となる。
【００１４】
更に、撥水剤をガス拡散層に塗布されて浸透されているため、ホットプレス等によりガス拡散層を加圧成形したとしても、ガス拡散層における細孔の潰れが抑制される。この場合、ガス拡散層における細孔が確保され、水の排出性を高めることができる。
【００１５】
（４）様相４に係る燃料電池用触媒層保有拡散層の製造方法は、（ｉ）（ａ）膜電極接合体を構成するイオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、（ｂ）触媒組成物とを用意する工程と、（ｉｉ）ガス拡散層の膜対向面に触媒組成物を塗布し、厚みが３０マイクロメートル以上の触媒層をガス拡散層の膜対向面に積層させて積層体を形成する積層工程と、（ｉｉｉ）積層体の触媒層に切断手段を対面させた状態において、切断手段を積層体の厚み方向に沿って積層体に対して相対移動させて積層体を切断し、燃料電池用触媒層保有拡散層を形成する切断工程とを順に実施することを特徴とする。
【００１６】
本様相によれば、触媒層の厚みが厚く設定されている。このためガス拡散層の膜対向面に微小凹凸が形成されている場合であっても、ガス拡散層の膜対向面の平滑化が進行する。このためガス拡散層の膜対向面と膜との接触が良好となる。更に、ガス拡散層の構成要素（例えばカーボン繊維）が膜に突き刺さることが抑制され、膜の損傷が抑制される。この場合、クロスリークに対する抵抗性を高めるのに有利となる。
【００１７】
更に、撥水剤をガス拡散層に塗布されて浸透されているため、ホットプレス等によりガス拡散層を加圧成形したとしても、ガス拡散層における細孔の潰れが抑制される。この場合、ガス拡散層における細孔が確保され、水の排出性を高めることができる。
【００１８】
切断工程においては、積層体の触媒層に切断手段を対面させた状態において、切断手段を積層体の厚み方向に沿って移動させて積層体を切断し、燃料電池用触媒層保有拡散層を形成する。このように積層体の触媒層に切断手段を対面させて積層体を切断する場合には、触媒層における切断バリまたは切断バリ跡の発生頻度は、ガス拡散層における切断バリまたは切断バリ跡の発生頻度よりも低くなり易い。
【００１９】
本様相によれば、上記した切断手段としては、打ち抜き刃、カッター式の切断刃等の機械的切断手段、レーザビーム等の高エネルギ密度ビーム照射切断手段が例示される。機械的切断手段であれば、高分子系物質の蒸散化が抑えられる。
【００２０】
（５）様相５に係る燃料電池用膜電極接合体の製造方法は、（ｉ）膜電極接合体を構成するイオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、触媒組成物とを用意する工程と、（ｉｉ）ガス拡散層の膜対向面に触媒組成物を塗布し、厚みが３０マイクロメートル以上の触媒層をガス拡散層の膜対向面に積層させて積層体を形成する第１積層工程と、（ｉｉｉ）積層体の触媒層に切断手段を対面させた状態において、切断手段を積層体の厚み方向に沿って移動させて積層体を切断し、燃料電池用触媒層保有拡散層を形成する切断工程と、（ｉｖ）２つの燃料電池用触媒層保有拡散層で膜を挟むことにより膜電極接合体を形成する第２積層工程とを順に実施することを特徴とする。
【００２１】
本様相によれば、触媒層の厚みが厚く設定されている。このためガス拡散層の膜対向面に微小凹凸が形成されている場合であっても、ガス拡散層の膜対向面の平滑化が進行する。このためガス拡散層の膜対向面と膜との接触が良好となる。更に、ガス拡散層の構成要素（例えばカーボン繊維）が膜に突き刺さることが抑制され、膜の損傷が抑制される。この場合、クロスリークに対する抵抗性を高めるのに有利となる。
【００２２】
本様相によれば、膜のうちガス拡散層に対向する面に触媒組成物を塗布して第２触媒層を積層させた膜触媒層積層体を用意することが好ましい。この場合には、後述する実施例で示すように、第２積層工程では、２つの燃料電池用触媒層保有拡散層で膜触媒層積層体を挟むことにより、膜電極接合体を形成することが好ましい。即ち、膜のうちガス拡散層に対向する面に触媒組成物を塗布して第２触媒層を積層させた膜触媒層積層体を用意し、そして、第２積層工程では、２つの燃料電池用触媒層保有拡散層で膜触媒層積層体を挟むことにより、膜電極接合体を形成することが好ましい。
【００２３】
ここで、ガス拡散層に形成されている触媒層の厚みをｔ１とし、膜触媒層積層体に形成されている第２触媒層の厚みをｔ２とするとき、ｔ１＞ｔ２に設定されていることが好ましい。この場合、ガス拡散層に形成されている触媒層の厚みｔ１がｔ２よりも厚いため、ガス拡散層を構成する構成要素（例えばカーボン繊維等）が膜に突き刺さることが効果的に抑制され、クロスリークが更に抑制される。ここで、ｔ１は３０〜１２０マイクロメートル、３０〜８０マイクロメートル、３０〜６０マイクロメートルが例示される。ｔ２は５〜２８マイクロメートル、７０〜２５マイクロメートルが例示される。但しｔ１≒ｔ２としても良い。
【００２４】
（６）上記した各様相によれば、前記した撥水剤は、撥水物質と粒子状の導電物質と導電繊維とを含むことが好ましい。導電繊維としては、気相成長カーボン等のカーボン繊維が例示される。このような撥水剤をガス拡散層に予め塗布させておけば、ガス拡散層における細孔の潰れが抑制される。導電繊維としては、ある程度長い方が水の排出性を高めるのに有利となり、フラッディングを抑制するのに有利である。導電繊維については、繊維長が１０〜５０マイクロメートル、繊維径が０．０５〜０．３マイクロメートルが例示される。固形分質量比で、撥水剤（固形分）を１００％とするとき、撥水物質は１５〜２０％、殊に１６〜１９％が例示され、粒子状の導電物質は６８〜７３％、殊に６９〜７２％が例示され、導電繊維は９〜１４％、殊に１０〜１３％が例示される。
【００２５】
触媒組成物は、触媒と粒子状の導電物質と電解質とを含むことが好ましい。粒子状の導電物質としては、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックが例示される。電解質としてはイオン交換樹脂が例示される。固形分質量比で、触媒組成物を１００％とするとき、質量比で、粒子状の導電物質は２７〜３２％、殊に２８〜３１％が例示され、電解質は３２〜３７％、殊に３３〜３６％が例示される。
【００２６】
上記した各様相によれば、触媒層保有拡散層は切断工程を経て形成されていることが好ましい。ここで、触媒層における切断バリまたは切断バリ跡の発生頻度は、ガス拡散層における切断バリまたは切断バリ跡の発生頻度よりも低く設定されていることが好ましい。この場合、触媒層に切断手段を対面させた状態で、切断手段を触媒層、ガス各層層の順に切断することが好ましい。この場合、膜電極接合体を組み付けるとき、切断バリまたは切断バリ跡が膜を損傷させることが抑制される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ガス拡散層に形成された触媒層の厚みは厚くされているため、クロスリークに対する抵抗性を高めるのに有利な燃料電池用の触媒層保有拡散層、燃料電池用の膜電極接合体、燃料電池用の触媒層保有拡散層の製造方法、燃料電池用の膜電極接合体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
各実施形態を説明する。
【００２９】
（実施形態１）
・アノード用のガス拡散層１０およびカソード用のガス拡散層１１（図１参照）の形成
図１に示すように、アノード用のガス拡散層１０は、導電繊維としてのカーボン繊維の集積体であり、平坦な膜対向面１０ｉと平坦な膜背向面１０ｐとをもつ。カソード用のガス拡散層１１はガス拡散層１０と同種のものであり、導電繊維としてのカーボン繊維の集積体であり、平坦な膜対向面１１ｉと平坦な膜背向面１１ｐとをもつ。
【００３０】
上記したガス拡散層１０，ガス拡散層１１を形成するにあたり、次のようにした。即ち、水１００ｇ、アセチレンブラック（粒子状の導電物質）３００ｇ、気相成長カーボン繊維であるカーボン繊維（ＶＧＣＦ，導電繊維）５０ｇを混合し、混合液を形成した。この混合液を攪拌機により１０分間攪拌した。更に、撥水剤としてフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を含むディパージョン原液（三井フロロデュポン株式会社製，ＰＴＦＥ含有量：６０質量％）１２５ｇを混合液に混合させた。この混合液を更に１０分間攪拌し、撥水剤含有カーボンペースト（撥水剤含有組成物）を形成した。この場合には、撥水剤含有カーボンペーストの粘度を１７００ＣＰＳとなるように調整した。
【００３１】
そして、ガス拡散層１０，１１を構成するカーボンペーパ（ＧＤＬ，トレカＴＧＰ−Ｈ０６０，厚み：２００マイクロメートル、東レ株式会社製）の厚み方向の一方の片面（膜対向面１０ｉ，１１ｉ）に、上記した撥水剤含有カーボンペーストをドクターブレード法により塗工し、塗布させた。塗工量は４．５ミリｇ／ｃｍ２とした。但しこれに限定されるものではない。
【００３２】
その後、そのカーボンペーパを室温にて１０分間放置し、カーボンペーパの厚み方向に、撥水剤含有カーボンペーストを浸透させた。次に、乾燥炉で乾燥処理（８０℃×３０分間）を行い、カーボンペーパに含まれている余分な水分を蒸発させた。その後、焼結温度３５０℃において６０分間をカーボンペーパを保持し、カーボンペーパに含浸されたＰＴＦＥ（撥水剤）を焼結した。これにより図１に示すアノード用のガス拡散層１０，カソード用のガス拡散層１１を作製した。
【００３３】
・カソード用触媒層保有拡散層４５（図４，図５参照）の形成
白金を５５質量％の濃度で保持した白金担持カーボン（田中貴金属株式会社，ＴＥＣ１０Ｅ６０Ｅ）を用いた。白金担持カーボンは、触媒である白金を担持したカーボン微小体（導電性微小体；粒子状導電物質）である。そして白金担持カーボン１２ｇと、５質量％の濃度をもつイオン交換樹脂溶液（旭化成工業株式会社，ＳＳ−１０８０）１２７ｇと、水２３ｇと、成形助剤としてのアルコール（イソプロピルアルコール）２３ｇとを充分に混合し、カソード用の触媒ペースト（カソード用の触媒組成物）を形成した。上記したイオン交換樹脂溶液は、イオン伝導性（プロトン伝導性）をもつ炭化フッ素系の電解質ポリマー（ガラス転移温度：１２０℃）を主要成分としており、液状媒体としての水とエタノールとの混合溶液に当該電解質ポリマーを溶解または分散させたものである。炭化フッ素系の電解質ポリマーは、パーフルオロスルホン酸を主成分としている。
【００３４】
上記したカソード用の触媒ペーストをドクタブレード法によりカソード用のガス拡散層１１の膜対向面１１ｉに塗布し、カソード用の積層体３５を形成した（図２参照）。これにより図２に示すように、カソード用の触媒層２２をカソード用のガス拡散層１１の膜対向面１１ｉに積層させた。
【００３５】
この場合、カソード用の触媒層２２の厚みが１０マイクロメートル（比較例１，比較例１Ａ）、３０マイクロメートル（試験例１，試験例１Ａ）、５０マイクロメートル（試験例２，試験例２Ａ）に設定した。厚みは乾燥後の厚みに相当する。ここで、比較例１、試験例１、試験例２は後述する切断形態１を採用した。ここで、比較例１Ａ、試験例１Ａ、試験例２Ａは後述する切断形態２を採用した。この場合、比較例１，１Ａ、試験例１，１Ａ、試験例２，２Ａのいずれも、カソード用の触媒層２２において、白金担持量が０．６ｍｇ／ｃｍ２となるように統一した。この場合には、触媒層２２の厚みが厚いものについては、触媒を担持していないカーボンの配合量を増加させた。
【００３６】
図３および図４に示すような切断手段としての打ち抜き刃９（トムソン刃）を用いた。打ち抜き刃９は、辺９ａ〜辺９ｄをもつ四角枠形状とされている。打ち抜き刃９は、積層体３５を支持する補助支持部材として機能できる弾性収縮可能な多孔質体９２（例えばスポンジ材）をもち、支持板９３（支持部材）の平坦な当接面９４の下方に配置されている。なお、多孔質体９２はゴム体で形成しても良い。
【００３７】
そして、図４に示すように、矢印Ｄ方向に沿って（上方から下方に向かうにつれて）、支持板９３、上記したカソード用の積層体３５、打ち抜き刃９を配置した。支持板９３の材質は樹脂、金属、セラミックスから選択できるが、打ち抜き刃９による打ち抜き性を高めるためには、樹脂が好ましい。打ち抜き刃９は金属製であり、内側に直線面９ｈと、外側に傾斜面９ｋとを備えている。
【００３８】
図４に示す切断形態１によれば、打ち抜き刃９は、積層体３５のカソード用の触媒層２２にこれの下面側から直接対面している。しかし打ち抜き刃９は、積層体３５のカソード用のガス拡散層１１には直接対面していない。
【００３９】
上記したように配置すると共に支持板９３を固定した状態とする。打ち抜き刃９にカソード用の積層体３５を載せる。そして積層体３５を載せた打ち抜き刃９が支持板９３に近づくように、打ち抜き刃９を矢印Ｕ方向（打ち抜き方向）に向けて相対的に移動（上昇）させた。これにより打ち抜き刃９（トムソン刃）でカソード用の積層体３５を所定のサイズに剪断力で打ち抜き、カソード用の触媒層保有拡散層４５とした（図４参照）。このとき、カソード用の積層体３５は支持板９３の当接面９４に支持されていると共に、多孔質体９２の表面９２ａがカソード用の積層体３５に当たるため、カソード用の積層体３５の過剰変形が抑制される。上記した切断状態では、打ち抜き刃９に積層体３５を載せているため、積層体３５の切断軌跡が容易に認識される。更に切断片の重力による落下も期待できる。
【００４０】
上記したように切断する場合、図４に示すように、カソード用の積層体３５のうち、打ち抜き刃９が直接当たった面をＢ面とし、打ち抜き刃９が直接当たらなかった面（Ｂ面と反対側の面）をＡ面とする。打ち抜き刃９が直接当たったＢ面であるカソード用の触媒層２２側には、基本的には、切断バリ１００が発生しない。
【００４１】
即ち、上記したように打ち抜くと、図４に示すように、切断バリ１００はカソード用の触媒層２２には発生せず、カソード用の触媒層２２とは反対側のカソード用のガス拡散層１１の膜背向面１１ｐ側、即ち、Ａ面に発生する。後述するようにガス拡散層１１の膜背向面１１ｐはセパレータに対面するものの、膜２０に対面しないため、切断バリ１００が膜２０を損傷させるおそれは解消される。なお、理解容易化のため、図４において切断バリ１００のサイズは誇張して大きく図示されている。実際の切断バリ１００は肉眼で凝視して判別できる程度である。
【００４２】
上記した切断形態によれば、支持板９３を固定した状態で、打ち抜き刃９を支持板９３に近づくように移動させたが、これに限らず、打ち抜き刃９を固定した状態で、支持板９３を打ち抜き刃９に近づくように移動させても良い。
【００４３】
図５は切断形態２を示す。切断形態２によれば、図５に示すように、打ち抜き刃９は積層体３５の触媒層２２に直接対面しておらず、積層体３５のガス拡散層１１の膜背向面１１ｐに直接対面している。
【００４４】
即ち、切断形態２によれば、図５に示すように、カソード用の積層体３５のうち、打ち抜き刃９が直接当たったＢ面がカソード用のガス拡散層１１の膜背向面１１ｐとなり、且つ、Ａ面がカソード用の触媒層２２となるように打ち抜く。この場合、切断バリ１００がカソード用のガス拡散層１１の膜背向面１１ｐ側に発生しない。しかし、カソード用の触媒層２２側、つまり、カソード用のガス拡散層１１の膜対向面１１ｉ側に切断バリ１００が発生するおそれがある。更に、図５に示す切断形態２では、カソード用の触媒層２２の後方に切断バリ１００が延びるため、触媒層２２に含まれている触媒担持カーボンが切断バリ１００とともに切断行為により脱落するおそれがある。
【００４５】
・アノード用触媒層保有拡散層４４（図６，図７参照）の形成
白金担持カーボンの代わりに、白金ルテニウム合金を担持している白金ルテニウム合金カーボン（田中貴金属株式会社，ＴＥＣ６１Ｅ５４）を用いた。これは、白金とルテニウムとを担持したカーボン微小体（導電性微小体）である。白金ルテニウムカーボンでは、白金の担持濃度は３０質量％とされ、ルテニウムの担持濃度は２３質量％とされている。そして、上記した白金ルテニウム合金担持カーボンを用い、前述と同様な方法によってアノード用の触媒ペースト（触媒組成物）を形成した。
【００４６】
上記したアノード用の触媒ペーストをドクタブレード法によりアノード用のガス拡散層１０の膜対向面１０ｉに塗布し、図２に示すように、アノード用の触媒層２３を積層し、アノード用の積層体３４を形成した。この場合、アノード用の触媒層２３の厚みが１０マイクロメートル（比較例１，比較例１Ａ）、３０マイクロメートル（試験例１，試験例１Ａ）、５０マイクロメートル（試験例２，試験例２Ａ）に設定した。厚みは乾燥後の厚みに相当する。ここで、比較例１、試験例１、試験例２は切断形態１を採用した。ここで、比較例１Ａ、試験例１Ａ、試験例２Ａは切断形態２を採用した。アノード用の触媒層２３において白金担持量が０．６ｍｇ／ｃｍ２に統一した。この場合には、触媒層２３の厚みが厚いものについては、触媒を担持していないカーボンの配合量を増加させた。
【００４７】
そして、図６に示す切断形態１によれば、切断手段としての打ち抜き刃９は積層体３５のアノード用の触媒層２３に直接対面しており、積層体３５のアノード用のガス拡散層１０には直接対面していない。
【００４８】
図６に示すように、打ち抜き刃９（トムソン刃）でアノード用の積層体３４を打ち抜き、アノード用の触媒層保有ガス拡散層４４を形成した。打ち抜き刃９は、弾性収縮可能な多孔質体９２（例えばスポンジ材）をもち、支持板９３の当接面９４の下方に配置されている。上方から下方に向かうにつれて（矢印Ｄ方向に向かうにつれて）、支持板９３、上記したアノード用の積層体３４、打ち抜き刃９を配置した。その状態で、打ち抜き刃９が支持板９３に近づくように、打ち抜き刃９を矢印Ｕ方向（打ち抜き方向）に向けて相対的に上昇させ、打ち抜き刃９（トムソン刃）でアノード用の積層体３４を所定のサイズに打ち抜き、アノード用の触媒層保有拡散層４４とした（図６参照）。このとき、アノード用の積層体３４は支持板９３の当接面９４に支持されていると共に、多孔質体９２が積層体３４に当たるため、積層体３４の過剰変形が抑制される。
【００４９】
この場合、図６に示すように、アノード用の積層体３４のうち、打ち抜き刃９が直接当たった面をＢ面とする。打ち抜き刃９が当たった面であるＢ面（アノード用のガス拡散層１０の対向面１０ｉ側）を、アノード用の触媒層２３が付いている面とする。このように切断形態１で打ち抜くと、切断バリ１００はアノード用の触媒層２３に発生せず、アノード用の触媒層２３と反対側のガス拡散層１０の膜背向面１０ｐ側に発生する。
【００５０】
図７は切断形態２を示す。図７に示すように切断形態２では、打ち抜き刃９は積層体３５のアノード用の触媒層２３に直接対面しておらず、積層体３５のアノード用のガス拡散層１０の膜背向面１０ｐに直接対面している。このようにアノード用の積層体３４のうち、打ち抜き刃９が直接当たるＢ面がアノードのガス拡散層１０の膜背向面１０ｐとなり、Ａ面がアノード用の触媒層２３となるように打ち抜くと、図７に示すように、切断バリ１００がアノード用の触媒層２３側、つまりアノードのガス拡散層１０の膜対向面１０ｉ側に発生する不具合が発生する。更に、この切断形態２では、切断バリ１００がアノード用の触媒層２３の後方に延びるため、アノード用の触媒層２３に含まれている触媒担持カーボンが切断バリ１００とともに脱落するおそれがある。
【００５１】
上記した本実施形態によれば、燃料電池が使用されるとき、カソード用の触媒層２２、アノード用の触媒層２３の厚みが厚くなると、カソードとアノードとの間の差圧が小さくなり、カソードとアノードとの間におけるクロスリークが抑えられる利点が得られる。更に、カソード用の触媒層２２、アノード用の触媒層２３の厚みが厚くなると、ガス拡散層１０，１１を構成するカーボン繊維による膜２０への突き刺しが少なくなり、クロスリークが一層抑えられる利点が得られる。
【００５２】
本実施形態によれば、上記した切断形態１で打ち抜いても良いし、上記した切断形態２で打ち抜いても良い。切断形態１，２共に機械的切断手段であるため、高分子系物質の蒸散化が抑えられる。
【００５３】
本実施形態によれば、前記したように、撥水剤を含有するカーボンペーストをガス拡散層１０，１１に塗布させて浸透させている。このため、ホットプレス等によりガス拡散層１０，１１を加圧成形したとしても、ガス拡散層１０，１１における細孔の潰れが抑制される。この場合、ガス拡散層１０，１１における細孔が確保され、水の排出性を高めることができる。
【００５４】
（実施形態２）
本実施形態は燃料電池用の膜電極接合体を形成する例である。本実施形態は次のように実施した。
【００５５】
・カソードシート１５およびアノードシート１９（図８参照）の形成
上記した実施形態１を終了した後、カソードシート１５およびアノードシート１９を形成した。即ち、図８に示すように、上記したカソード用の触媒ペースト（カソード用の触媒組成物）をテフロンシート１３にドクタブレード法により塗布し、カソード用の第２触媒層１４（乾燥後の厚み：２０マイクロメートル）を積層した。この場合、第２触媒層１４において白金担持量が０．６ｍｇ／ｃｍ２とした。その後、第２触媒層１４を乾燥させてカソードシート１５（図８参照）とした。
【００５６】
また図８に示すように、上記したアノード用の触媒ペースト（カソード用の触媒組成物）をテフロンシート１７にドクタブレード法により塗布し、アノード用の第２触媒層１８（乾燥後の厚み：２０マイクロメートル）を積層した。この場合、アノード用の第２触媒層１８において白金担持量が０．６ｍｇ／ｃｍ２とした。その後、アノード用の第２触媒層１８を乾燥させてアノードシート１９（図８参照）とした。
【００５７】
・接合物２５（図９参照）および膜触媒層積層体２６（図１０参照）の形成
図９に示すように、イオン伝導性をもつ高分子型の膜２０（デュポン社製，商品名ナフィオン１１１，厚み２５マイクロメートル）を用いた。膜２０の一方の表面２０ａにアノードシート１９を配置した。且つ、膜２０の他方の表面２０ｃにカソードシート１５を配置した。これにより接合物２５（図９参照）を形成した。この場合、カソード用の第２触媒層１４が膜２０側に位置しており、膜２０の表面２０ｃに接触する。アノード用の第２触媒層１８が膜２０側に位置しており、膜２０の表面２０ａに接触する（図９参照）。
【００５８】
次に、ホットプレス型を用いて、上記した接合物２５をこれの厚み方向に加熱加圧して接合物２５を予備的に加圧成形（ホットプレス）して接合させた。この場合、温度１２０℃、圧力８ＭＰａ、時間１分間というホットプレス条件とした。この場合、カソード用の第２触媒層１４（厚み：２０マイクロメートル）は膜２０の表面２０ｃに転写された。アノード用の第２触媒層１８は（厚み：２０マイクロメートル）膜２０の表面２０ａに転写された。その後、テフロンシート１３，１７（剥離シート）を接合物２５から剥離した。これにより図１０に示す膜触媒層積層体２６を形成した。なおホットプレスしても、第２触媒層１４，１８の厚みはあまり変化しなかった。
【００５９】
・膜電極接合体３０の形成
図１１に示すように、膜触媒層積層体２６のカソード側に、カソード用の触媒層保有拡散層４５を配置した。膜触媒層積層体２６のアノード側に、アノード用の触媒層保有拡散層４４を配置した。触媒層２２，２３が膜触媒層積層体２６側となり膜触媒層積層体２６に対面するように、触媒層保有拡散層４４，４５を配置した。触媒層２２は第２触媒層１４に対面する。触媒層２３は第２触媒層１８に対面する。そして、所定のホットプレス条件（温度１４０℃、圧力８ＭＰａ、時間３分間）で、ホットプレス型を用いて加圧成形（ホットプレス）した。これにより膜電極接合体（ＭＥＡともいう）３０が形成された。
【００６０】
この場合、上記した切断形態１を実施しているときには、図１１に示すように、カソード用の触媒層保有拡散層４５のガス拡散層１１の膜背向面１１ｐに切断バリ１００が形成されていたり、アノード用の触媒層保有拡散層４４のガス拡散層１０の膜背向面１０ｐに切断バリ１００が形成されていたりする場合がある。このような場合であっても、図１１に示すように、その切断バリ１００は、膜２０には直接対面せず、カソード用のセパレータ４に対面し、アノード用のセパレータ５に対面する。このため、上記したように加圧成形（ホットプレス）して膜電極接合体３０を組み付けるとき、切断バリ１００が膜２０を損傷させることが抑制される。この場合、クロスリークの防止に貢献できる。
【００６１】
ここで、図１１に示すように、カソード用のガス拡散層１１に形成されているカソード触媒層２２の厚みをｔ１ｃとし、膜触媒層積層体２６に形成されているカソード用の第２触媒層１４の厚みをｔ２ｃとするとき、試験例１，２，試験例１Ａ，２Ａにおいては、ｔ１ｃ＞ｔ２ｃに設定されている。同様にアノード用のガス拡散層１１に形成されているアノード触媒層２３の厚みをｔ１ａとし、膜触媒層積層体２６に形成されているアノード用の第２触媒層１８の厚みをｔ２ａとするとき、試験例１，２，試験例１Ａ，２Ａにおいては、ｔ１ａ＞ｔ２ａに設定されている。
【００６２】
このようにｔ１ｃ＞ｔ２ｃ，ｔ１ａ＞ｔ２ａに設定されていれば、ガス拡散層１０，１１を構成するカーボン繊維が膜２０に突き刺さることが効果的に抑制され、クロスリークが更に抑制される。なお、図１１では、作図単純化のため、ｔ１ｃ≒ｔ２ｃ，ｔ１ａ≒ｔ２ａとして描かれている。
【００６３】
図１２は、上記した切断形態２を実施した場合における組付形態を示す。図１２に示すように、膜電極接合体３０を形成するにあたり、膜触媒層積層体２６のカソード側にカソード用の触媒層保有拡散層４５を配置する。膜触媒層積層体２６のアノード側にアノード用の触媒層保有拡散層４４を配置する。触媒層２２，２３が膜触媒層積層体２６側となり膜触媒層積層体２６に対面するように、触媒層保有拡散層４４，４５を配置した。この場合、図１２に示すように、触媒層２２は第２触媒層１４に対面する。触媒層２３は第２触媒層１８に対面する。カソード用の触媒層保有拡散層４５の触媒層２２に切断バリ１００が形成されていたり、アノード用の触媒層保有拡散層４４の触媒層２３に切断バリ１００が形成されていたりするおそれがある。このような場合には、図１２に示すように、切断バリ１００は膜２０に対面するおそれがある。この場合、加圧成形（ホットプレス時）して膜電極接合体３０を組み付けるとき、切断バリ１００が膜２０を損傷させることが予想され、あまり適切ではないおそれがある。但し、切断バリ１００が小さな場合には特に支障はない。
【００６４】
（実施形態３）
本実施形態は燃料電池を形成する例である。本実施形態は次のように実施した。上記した実施形態２を終了した後、更に実施形態３を実施し、燃料電池セルを形成した。図１３は燃料電池セルを模式的に示す。図１３に示すように、膜電極接合体３０は、厚み方向において、アノード用ガス拡散層１０、アノード用触媒層２３Ｘ、固体高分子型のイオン伝導性をもつ膜２０、カソード用触媒層２２Ｘ、カソード用のガス拡散層１１を積層して形成されている。ここで、アノード用触媒層２３Ｘは、触媒層２３と第２触媒層１８とが積層されて接合一体化されたものである。カソード用触媒層２２Ｘは、触媒層２２と第２触媒層１４とが積層されて接合一体化されたものである。
【００６５】
図１３に示すように、この膜電極接合体３０をカソード用のセパレータ４，アノード用のセパレータ５で厚み方向に挟んで燃料電池（単セル）が作製される。カソード用のセパレータ４には、酸化剤ガス供給口４ａ、酸化剤ガス通流溝４ｂ、酸化剤ガス排出口４ｃが設けられている。アノード用のセパレータ５には、燃料ガス供給口５ａ、燃料ガス通流溝５ｂ、燃料ガス排出口５ｃが設けられている。
【００６６】
（発電試験）
上記した燃料電池（単セル）を用い、発電試験を実施した。発電時には、酸化剤ガス供給口４ａより酸化剤ガス通流溝４ｂを介してカソード用のガス拡散層１１に空気（２．５ａｔｍ）を供給し、且つ、燃料ガス供給口５ａより燃料ガス通流溝５ｂを介してアノード用ガス拡散層１０に水素ガス（２．５ａｔｍ）を供給した。この場合、バブリング法により空気および水素ガスと共に加湿して行った。なお２．５ａｔｍは絶対圧を意味する。
【００６７】
セパレータ４およびセパレータ５の電気端子から発電した電気を取り出し、外部の可変抵抗６で抵抗を変えて電流密度０．５アンペア／ｃｍ２においてセル出力電圧とを測定した。測定結果を図１４に示す。図１４の横軸は運転時間（相対表示）を示し、縦軸は出力電圧（ボルト）を示す。
【００６８】
（クロスリーク評価）
クロスリーク評価においては、発電運転を停止させた後、カソード用のガス拡散層１１及びアノード用のガス拡散層１０に窒素ガスを流して封入した。次に、アノード用のガス拡散層１０に窒素ガスを供給して圧力を２０ＫＰａ（ゲージ圧）とした。更にカソード用のガス拡散層１１は大気開放とした。この状態で、１分後、カソード用のガス拡散層１１及びアノード用のガス拡散層１０との間における差圧を測定した。この場合、燃料電池の運転時間が３００時間、５００時間，１０００時間のとき、差圧を測定してクロスリーク評価を実施した。
【００６９】
（初期リーク電流評価）
初期リーク電流評価においては、図１５に示すように、金メッキ処理した銅製の電極２００で膜電極接合体３０を厚み方向に挟んだ。この状態で荷重を面圧で０．６ＭＰａかけた。この状態で、直流電圧０．２ボルトを印加した。印加後、経時変化の無くなった１分後の電流値を測定した。
【００７０】
表１は、上記した切断形態１（図４および図６に示すように打ち抜き刃９が触媒層２２，２３に直接当たるように切断した場合）を経た単セルについての評価を示す。この場合には、切断形態１を経ているため、図１１に示すように、切断バリ１００が膜２０側ではなく、膜２０から遠ざかる側に発生している頻度が高い。
【００７１】
これに対して表２は、上記した切断形態２（図５および図７に示すように打ち抜き刃９が触媒層２２，２３に直接当たるのではなく、ガス拡散層１０，１１に直接当たるように切断した場合）を経た単セルについての評価を示す。この場合には、切断形態２を経ているため、図１２に示すように、切断バリ１００が膜２０側に露出している頻度が高い。
【００７２】
表１および表２から理解できるように、切断形態１，２においても、初期リーク電流は比較的良好であった。但し、切断バリ１００が膜２０側に露出している頻度が高い表２に示す形態においては、初期リーク電流は比較的多めとなる。切断バリ１００が膜２０側に露出している頻度が低い表１に示す形態においては、初期リーク電流がかなり小さい。リーク電流が小さい原因としては、切断バリ１００が膜２０に当たる頻度が少ないためと推察される。
【００７３】
【表１】
2008300137.tif 000003
【００７４】
【表２】
2008300137.tif 000004
【００７５】
図１４に示すように、触媒層２２，２３の厚みが１０マイクロメートルに設定された比較例１（●印），比較例１Ａ（○印）によれば、運転時間が長くなると、電圧低下がかなり認められる。殊に、切断バリ１００が触媒層２２，２３側に発生している頻度が高い比較例１Ａ（○印）によれば、電圧降下が大きい。触媒層２２，２３の厚みが薄いため、クロスリークが発生し易いためと推察される。
【００７６】
これに対して、触媒層２２，２３の厚みが３０マイクロメートルに設定された試験例１（▲印），試験例１Ａ（△印）によれば、運転時間が長くなっても、電圧低下はあまり認められない。特に、触媒層２２，２３の厚みが３０マイクロメートルに設定され、且つ、切断バリ１００が膜２０側に発生する頻度が低い試験例１（▲印）によれば、運転時間が１０００時間となっても、電圧低下は実質的に認められない。
【００７７】
また、触媒層２２，２３の厚みが５０マイクロメートルに設定された試験例２（■印），試験例２Ａ（□印）によれば、運転時間が相対表示で６００を越えても、電圧低下はあまり認められない。特に、触媒層の厚みが５０マイクロメートルに設定され、且つ、切断バリ１００が膜２０側に発生する頻度が低い試験例２（■印）によれば、運転時間が１０００時間となっても、電圧低下は実質的に認められない。
【００７８】
これは表１に示すように、触媒層２２，２３の厚みが厚くなると、カソードとアノードとの間におけるクロスリークが抑えられるため、カソードとアノードとの間の差圧が小さく維持されるためと推察される。更に、触媒層２２，２３が厚いほど、ガス拡散層１０，１１を構成するカーボン繊維による膜２０への突き刺しが少なくなるためと推察される。
【００７９】
触媒層の厚みが薄く、且つ、切断バリ１００が膜２０側に発生している頻度が高い比較例１Ａ（○印）によれば、図１４に示すように電圧降下がかなり大きい。これは表１に示すように、切断バリ１００が触媒層２２，２３側に発生している頻度が高い切断形態２の方が、切断形態１の場合よりも、リーク電流が大きくなり易いためと推察される。リーク電流が大きい原因としては、前述したように、切断バリ１００が膜２０に当たる頻度が高いためと推察される。
【００８０】
（実施形態４）
図１６は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。打ち抜き刃９は、弾性収縮可能な多孔質体９２（例えばスポンジ材）をもち、支持板９３の当接面９４の上方に配置されている。図１６に示すように、矢印Ｄ方向に向かうにつれて（下方から上方に向かうにつれて）、支持板９３、上記したカソード用の積層体３５、打ち抜き刃９を配置する。この状態で、打ち抜き刃９が支持板９３に近づくように、打ち抜き刃９を矢印Ｄ方向（打ち抜き方向）に向けて、積層体３５および支持板９３に対して相対移動（下降）させる。これにより打ち抜き刃９（トムソン刃）でカソード用の積層体３５を所定のサイズに打ち抜き、カソード用の触媒層保有拡散層４５とした（図１６参照）。このとき、カソード用の積層体３５は支持板９３に支持されていると共に、多孔質体９２の表面９２ａがカソード用の積層体３５に当たるため、カソード用の積層体３５の過剰変形が抑制される。アノード用の積層体３４についても同様に打ち抜いた。
【００８１】
（実施形態５）
図１７は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。カッター式の金属製の切断刃９Ｃは、支持板９３の当接面９４の上方に配置されている。矢印Ｄ方向に向かうにつれて（下方から上方に向かうにつれて）、支持板９３、上記したカソード用の積層体３５、切断刃９Ｃを配置した。その状態で、切断刃９Ｃに支持板９３に相対的に近づけつつ、切断刃９Ｃをカソード用の積層体３５および支持板９３に対して相対移動させた。この結果、積層体３５を所定のサイズに切り抜き、カソード用の触媒層保有拡散層４５とした。アノード用の積層体３４についても同様に切り抜いた。
【００８２】
（実施形態６）
図１８は実施形態６を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１８に示すように、組み付け前では、膜２０の表面２０ａ，２０ｃには第２触媒層が積層されていない。このような膜２０のカソード側にカソード用の触媒層保有拡散層４５を配置する。更に膜２０のアノード側にアノード用の触媒層保有拡散層４４を配置する。
【００８３】
ここで、カソード用の触媒層保有拡散層４５の触媒層２２の厚みは、第２触媒層を有しないぶん、厚めであり、３０〜６０マイクロメートル（ホットプレス前）に設定されている。アノード用の触媒層保有拡散層４４の触媒層２３の厚みは厚めであり、３０〜６０マイクロメートル（ホットプレス前）に設定されている。そして、所定のホットプレス条件（例えば、温度１４０℃、圧力８ＭＰａ、時間３分間）で、ホットプレス型を用いて加熱加圧（ホットプレス）した。これにより膜電極接合体（以下、ＭＥＡともいう）３０Ｄが形成される。
【００８４】
この場合、図１８に示すように、カソード用の触媒層保有拡散層４５のガス拡散層１１に切断バリ１００が形成されていたり、同様に、アノード用の触媒層保有拡散層４４のガス拡散層１０に切断バリ１００が形成されていたりする場合がある。このような場合であっても、図１８に示すように、切断バリ１００は、膜２０の表面２０ａ，２０ｃに対面せず、カソード用のセパレータ４、アノード用のセパレータ５に対面する。このため、切断バリ１００が膜２０の表面２０ａ，２０ｃを損傷させることが抑制され、クロスリークの低減に有利である。
【００８５】
（その他）
上記した実施形態では、触媒ペーストをドクタブレード法によりガス拡散層１０，１１の膜対向面１０ｉ，１１ｉに塗布し、触媒層２２，２３を形成しているが、塗布方法としてはドクタブレード法以外の方法でも良い。触媒組成物、撥水剤、塗布量等は上記した数値に限定されるものではないことは勿論である。本発明は上記し且つ図面に示した各実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施形態に設けられている特有の構造および機能は、他の実施形態においても適用可能である。上記した記載から次の技術的思想を把握できる。
【００８６】
・付記項１
（ｉ）膜電極接合体を構成するイオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、前記膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が前記膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、（ｂ）前記触媒組成物とを用意する工程と、（ｉｉ）前記ガス拡散層の前記膜対向面に触媒組成物を塗布し、触媒層を前記ガス拡散層の前記膜対向面に積層させて積層体を形成する積層工程と、（ｉｉｉ）前記積層体の前記触媒層に切断手段を対面させた状態において、前記切断手段を前記積層体の厚み方向に沿って前記積層体に対して相対移動させて前記積層体を切断し、燃料電池用触媒層保有拡散層を形成する切断工程とを順に実施することを特徴とする燃料電池用触媒層保有拡散層の製造方法。
【００８７】
・付記項２
（ｉ）（ａ）膜電極接合体を構成するイオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、（ｂ）触媒組成物とを用意する工程と、（ｉｉ）前記ガス拡散層の前記膜対向面に前記触媒組成物を塗布し、触媒層を前記ガス拡散層の前記膜対向面に積層させて積層体を形成する第１積層工程と、  （ｉｉｉ）前記積層体の前記触媒層に切断手段を対面させた状態において、前記切断手段を前記積層体の厚み方向に沿って前記積層体に対して相対移動させて前記積層体を切断し、燃料電池用触媒層保有拡散層を形成する切断工程と、（ｉｖ）２つの前記燃料電池用触媒層保有拡散層で前記膜を挟むことにより前記膜電極接合体を形成する第２積層工程とを順に実施することを特徴とする燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
【００８８】
・付記項３
（ｉ）膜電極接合体を構成するイオン伝導性をもつ膜に対向する膜対向面と、膜対向面と逆側に位置する膜背向面とをもち、撥水剤が前記膜対向面から塗布されたガス透過性をもつガス拡散層と、（ｉｉ）前記ガス拡散層の前記膜対向面に積層された触媒層とを具備しており、切断工程を経て形成されており、前記触媒層における切断バリまたは切断バリ跡の発生頻度は、前記ガス拡散層における切断バリまたは切断バリ跡の発生頻度よりも低く設定されていることを特徴とする燃料電池用触媒層保有拡散層。発生頻度は切断バリまたは切断バリ跡のサイズ、発生箇所に相当する。サイズが小さければ、発生頻度は少ない。発生箇所が少なければ、発生頻度は少ない。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は例えば電子機器、電気機器、車両用、携帯用、発電用等の燃料電池システムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】触媒層が積層される前のカソード用のガス拡散層、アノード用の触媒層を模式的に示す断面図である。
【図２】カソード用のガス拡散層にカソード用の触媒層を積層すると共に、アノード用のガス拡散層にアノード用の触媒層を積層した状態を模式的に示す断面図である。
【図３】打ち抜き刃を模式的に示す平面図である。
【図４】切断バリが触媒層から遠ざかるようにカソード用の積層体を打ち抜き刃で打ち抜く切断形態１を模式的に示す図である。
【図５】切断バリがガス拡散層から遠ざかるようにカソード用の積層体を打ち抜き刃で打ち抜く切断形態２を模式的に示す図である。
【図６】切断バリが触媒層から遠ざかるようにアノード用の積層体を打ち抜き刃で打ち抜く切断形態１を模式的に示す図である。
【図７】切断バリがガス拡散層から遠ざかるようにアノード用の積層体を打ち抜き刃で打ち抜く切断形態２を模式的に示す図である。
【図８】触媒層をテフロンシートに積層した状態を模式的に示す断面図である。
【図９】触媒層を積層したテフロンシートを膜に積層した接合物を模式的に示す断面図である。
【図１０】テフロンシートを剥離した膜触媒層積層体を模式的に示す断面図である。
【図１１】切断形態１を経た触媒保有拡散層と膜触媒層積層体とを接合して膜電極接合体を形成する状態を模式的に示す断面図である。
【図１２】切断形態２を経た触媒保有拡散層と膜触媒層積層体とを接合して膜電極接合体を形成する状態を模式的に示す断面図である。
【図１３】膜電極接合体にセパレータを組み付けたセルの状態を模式的に示す断面図である。
【図１４】燃料電池の運転時間と出力との関係を測定した試験結果を示すグラフである。
【図１５】リーク電流評価試験を示すグラフである。
【図１６】他の実施形態に係り、切断バリがガス拡散層から遠ざかるように積層体を打ち抜き刃で打ち抜く過程を模式的に示す図である。
【図１７】別の他の実施形態に係り、切断バリがガス拡散層から遠ざかるように積層体を切断刃で切断する過程を模式的に示す図である。
【図１８】更に別の他の実施形態に係り、切断形態１を経た触媒保有拡散層と膜とを接合して膜電極接合体を接合する状態を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０はアノード用のガス拡散層、１０ｉは膜対向面、１０ｐは膜背向面、１１はカソード用のガス拡散層、１１ｉは膜対向面、１１ｐは膜背向面、２２はカソード用の触媒層、２３はアノード用の触媒層、２５は接合物、２６は膜触媒層積層体、３４はアノード用の積層体、３５はカソード用の積層体、４４はアノード用の触媒層保有拡散層、４５はカソード用の触媒層保有拡散層、１００は切断バリ、３０は膜電極接合体、４はセパレータ、５はセパレータ、９は打ち抜き刃（切断手段）、９２は多孔質体、９３は板を示す。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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