(57)【要約】【課題】燃料電池に備えられる触媒に吸着し難い電解質樹脂であるか否かを判別可能な燃料電池用電解質樹脂の検査方法、及び、当該検査方法による工程を含む燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】触媒金属板１に電解質樹脂の溶液を塗布し乾燥させて、触媒金属板１の上に電解質膜２を作製する電解質膜作製工程と、該電解質膜作製工程後に、電解質膜２に対して引っかき硬度試験を行う、引っかき硬度試験工程と、を含み、引っかき硬度試験で触媒金属板１から剥離した電解質膜２の電解質樹脂が、燃料電池に適する電解質樹脂と判断される、燃料電池用電解質樹脂の検査方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒金属板に電解質樹脂の溶液を塗布し乾燥させて、前記触媒金属板の上に電解質膜を作製する電解質膜作製工程と、
前記電解質膜作製工程後に、前記電解質膜に対して引っかき硬度試験を行う、引っかき硬度試験工程と、を含み、
前記引っかき硬度試験で前記触媒金属板から剥離した前記電解質膜の前記電解質樹脂が、燃料電池に適する電解質樹脂と判断されることを特徴とする、燃料電池用電解質樹脂の検査方法。
【請求項２】
前記引っかき硬度試験が、ＪＩＳ  Ｋ５６００−５−４に規定される引っかき硬度試験方法による試験であり、
硬度Ｂ以下の芯を備える鉛筆による前記引っかき硬度試験で前記触媒金属板から剥離し得る、前記電解質膜の前記電解質樹脂が、燃料電池に適する電解質樹脂と判断されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用電解質樹脂の検査方法。
【請求項３】
触媒金属板に電解質樹脂の溶液を塗布し乾燥させて、前記触媒金属板の上に電解質膜を作製する電解質膜作製工程と、
前記電解質膜作製工程後に、前記電解質膜に対して引っかき硬度試験を行う、引っかき硬度試験工程と、
前記引っかき硬度試験で前記触媒金属板から剥離した前記電解質膜の前記電解質樹脂が、燃料電池に適する電解質樹脂と判断される判断工程と、を含み、
前記判断工程で燃料電池に適すると判断された電解質樹脂を用いて触媒層を作製する、触媒層作製工程が備えられることを特徴とする、燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用電解質樹脂の検査方法及び燃料電池の製造方法に関する。さらに具体的には、燃料電池に備えられる触媒に吸着し難い電解質樹脂であるか否かを判別可能な燃料電池用電解質樹脂の検査方法、及び、当該検査方法による工程を含む燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質層（以下、「電解質膜」という。）と、電解質膜の両側にそれぞれ配置される電極（アノード及びカソード）とを備える膜電極接合体（以下、「ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）」という。）における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、ＭＥＡの両側にそれぞれ配設される集電体を介して外部に取り出している。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池（以下、「ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell）」という。）は、低温領域での運転が可能である。また、ＰＥＦＣは、高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車や携帯用電源の最適な動力源として注目されている。
【０００３】
ＰＥＦＣの単セルは、電解質膜と、少なくとも触媒層を備えるアノード及びカソードと、を含み、その理論起電力は１．２３Ｖである。ＰＥＦＣでは、アノードに水素含有ガスが、カソードに酸素含有ガスが、それぞれ供給される。アノードへと供給された水素は、アノードの触媒層（以下、アノード触媒層という。）に含まれる触媒上でプロトンと電子に分離し、水素から生じたプロトンは、アノード触媒層及び電解質膜を通ってカソードの触媒層（以下、カソード触媒層という。）へと達する。一方、電子は、外部回路を通ってカソード触媒層へと達し、かかる過程を経ることにより、電気エネルギーを取り出すことが可能になる。そして、カソード触媒層へと達したプロトン及び電子と、カソード触媒層へと供給される酸素とが反応することにより、水が生成される。
【０００４】
すなわち、電気エネルギーを取り出すためには、アノード触媒層、電解質膜、及び、カソード触媒層をプロトンが伝導可能であることが必要とされる。かかる観点から、電解質膜、アノード触媒層、及び、カソード触媒層には、プロトンの通り道となり得るイオン交換基を具備する電解質樹脂が備えられる。そして、アノード触媒層及びカソード触媒層には、当該電解質樹脂（以下、「電極アイオノマー」ということがある。）に加え、さらに、電気化学反応の触媒として機能する金属粒子（例えば、Ｐｔ等）が備えられている。
【０００５】
ＰＥＦＣ用電解質樹脂としては、これまで、パーフルオロスルホン酸系のポリマーや炭化水素系のポリマー等が用いられている。例えば、特許文献１には、第一の固体高分子電解質材料を含む液体材料を用いて固体高分子電解質膜を形成する工程と、固体高分子電解質膜の表面が流動性を有する状態で、固体高分子電解質膜上に触媒および第二の固体高分子電解質材料を含む触媒層を形成する工程と、を含むことを特徴とする固体高分子型燃料電池の製造方法に関する技術が開示されている。かかる技術によれば、固体高分子電解質膜と触媒層の密着性を高める簡略な方法が提供される、としている。そして、特許文献１には、固体高分子電解質膜を固体高分子電解質材料により構成し得る旨が開示されており、固体高分子電解質材料として、非フッ素重合体の固体高分子電解質材料や含フッ素重合体の固体高分子電解質材料が例示されている。
【特許文献１】特開２００４−１８５９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、触媒層に備えられる電極アイオノマーの種類によっては、当該電極アイオノマーが触媒層に備えられる触媒の表面に吸着して触媒表面への反応ガスの拡散を阻害し、燃料電池の発電性能を低下させる虞がある、という問題があった。燃料電池の発電性能を向上させるためには、触媒表面へ吸着し難い電極アイオノマーが触媒層に備えられる構成とすることが有効であり、かかる構成の燃料電池を製造するには、触媒表面へ吸着し難い電極アイオノマーであるか否かを予め検査し、当該検査において触媒表面へ吸着し難いと判断された電極アイオノマーを用いて燃料電池を製造することが好ましい。
【０００７】
そこで本発明は、燃料電池に備えられる触媒に吸着し難い電解質樹脂であるか否かを判別可能な燃料電池用電解質樹脂の検査方法、及び、当該検査方法による工程を含む燃料電池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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
請求項１に記載の発明は、触媒金属板に電解質樹脂の溶液を塗布し乾燥させて、触媒金属板の上に電解質膜を作製する電解質膜作製工程と、当該電解質膜作製工程後に、電解質膜に対して引っかき硬度試験を行う、引っかき硬度試験工程と、を含み、引っかき硬度試験で触媒金属板から剥離した電解質膜の電解質樹脂が、燃料電池に適する電解質樹脂と判断されることを特徴とする、燃料電池用電解質樹脂の検査方法により、前記課題を解決する。
【０００９】
ここに、「触媒金属板」とは、燃料電池の触媒層に備えられ得る触媒金属製の板、を意味し、触媒金属の具体例としては、Ｐｔのほか、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗからなる群より選択される１以上の金属とＰｔとを備えるＰｔ合金等を挙げることができる。触媒金属としてＰｔ合金が用いられる場合、触媒金属板として、当該Ｐｔ合金の板、又は、Ｐｔ板を用いることができる。さらに、「電解質樹脂」とは、燃料電池の作動環境においてプロトンの通り道となり得るイオン交換基を具備する樹脂を意味し、電解質樹脂の具体例としては、パーフルオロスルホン酸系のポリマーや炭化水素系のポリマー等を挙げることができる。パーフルオロスルホン酸系のポリマーとしては、Ｎａｆｉｏｎ（「Ｎａｆｉｏｎ」は米国デュポン社の登録商標）やフレミオン（「フレミオン」は旭硝子株式会社の登録商標）等を例示することができ、炭化水素系のポリマーの具体例としては、セレミオン（「セレミオン」は旭硝子株式会社の登録商標）等を例示することができる。加えて、「引っかき硬度試験」とは、所定の硬さを有する引っかき硬度試験用針等を用いて塗膜の硬度を測定する試験を意味する。引っかき硬度試験の具体例としては、ＪＩＳ  Ｋ５６００−５−４に規定される「塗料一般試験方法−第５部：塗膜の機械的性質−第４節：引っかき硬度（鉛筆法）」のほか、ＪＩＳ  Ｋ５６００−５−５に規定される「塗料一般試験方法−第５部：塗膜の機械的性質−第５節：引っかき硬度（荷重針法）」等を例示することができる。さらにまた、「電解質膜の電解質樹脂」とは、触媒金属板の上に電解質膜を作製する際に用いられる電解質樹脂を意味する。以下においても同様である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池用電解質樹脂の検査方法において、引っかき硬度試験が、ＪＩＳ  Ｋ５６００−５−４に規定される引っかき硬度試験方法による試験であり、硬度Ｂ以下の芯を備える鉛筆による引っかき硬度試験で触媒金属板から剥離し得る、電解質膜の電解質樹脂が、燃料電池に適する電解質樹脂と判断されることを特徴とする。
【００１１】
ここに、「ＪＩＳ  Ｋ５６００−５−４に規定される引っかき硬度試験方法」とは、ＪＩＳ  Ｋ５６００−５−４に規定される「塗料一般試験方法−第５部：塗膜の機械的性質−第４節：引っかき硬度（鉛筆法）」を意味する。さらに、「硬度Ｂ以下の芯を備える鉛筆による引っかき硬度試験で触媒金属板から剥離し得る」とは、触媒金属板の上に作製した電解質膜が、硬度Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、又は６Ｂの芯を備える鉛筆による引っかき硬度試験によって、触媒金属板から剥離可能であることを意味する。すなわち、硬度ＨＢ以上の芯を備える鉛筆による引っかき硬度試験によって初めて触媒金属板から剥離可能となるものは、本発明に含まれない。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、触媒金属板に電解質樹脂の溶液を塗布し乾燥させて、触媒金属板の上に電解質膜を作製する電解質膜作製工程と、当該電解質膜作製工程後に、電解質膜に対して引っかき硬度試験を行う、引っかき硬度試験工程と、引っかき硬度試験で触媒金属板から剥離した電解質膜の電解質樹脂が、燃料電池に適する電解質樹脂と判断される判断工程と、を含み、判断工程で燃料電池に適すると判断された電解質樹脂を用いて触媒層を作製する、触媒層作製工程が備えられることを特徴とする、燃料電池の製造方法により、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、引っかき硬度試験によって、触媒金属板から電解質膜が剥離するか否かを検査することで、触媒金属に対する電解質樹脂の吸着しやすさを検査することができる。したがって、燃料電池に備えられる触媒に吸着し難い電解質樹脂であるか否かを判別可能な燃料電池用電解質樹脂の検査方法を提供できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、硬度Ｂ以下の芯を備える鉛筆による引っかき硬度試験によって、触媒金属板から電解質膜が剥離するか否かを検査するので、触媒に吸着し難い電解質樹脂を容易に判断できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、触媒に吸着し難い電解質樹脂であるか否かを検査した上で、触媒に吸着し難い電解質樹脂を用いて触媒層が作製される。したがって、触媒の機能低下を抑制し得る燃料電池の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ＰＥＦＣのＭＥＡに備えられる電解質樹脂として、これまで、パーフルオロスルホン酸系のポリマーや炭化水素系のポリマー等が用いられている。ＰＥＦＣは、アノード触媒層及びカソード触媒層に備えられる触媒上で水素及び酸素が反応することにより得られる電気エネルギーを取り出しているため、ＰＥＦＣの性能を向上させるには、触媒上に水素及び酸素を拡散させることが重要である。一方で、ＭＥＡに備えられる電解質樹脂の種類によって、ＰＥＦＣの性能が変動し得ることが知られている。本発明者は、鋭意研究の結果、ＰＥＦＣの性能（後述するＣＶ（Cyclic Voltammetry）測定の結果）と電解質樹脂の触媒表面への吸着しやすさとの間に、相関があることを知見した。触媒表面へ電解質樹脂が吸着すると、触媒表面への水素及び酸素の拡散が遮られ、その結果、触媒上で水素及び酸素の反応が起り難くなり、ＰＥＦＣの性能が低下する。したがって、良好な性能を有するＰＥＦＣを製造するには、触媒表面に吸着し難い電解質樹脂を用いることが有効である。触媒表面に吸着し難い電解質樹脂であるか否かを判断した上で、触媒表面に吸着し難い電解質樹脂を用いてＰＥＦＣを製造すれば、ＰＥＦＣの発電性能を向上させることが可能になると考えられる。
【００１７】
本発明はかかる観点からなされたものであり、その要旨は、触媒金属製の板上に作製した電解質膜に対して引っかき硬度試験を行い、電解質膜が触媒金属製の板から剥離するか否かによって、触媒表面への吸着し難さを検査し得る燃料電池用電解質樹脂の検査方法、及び、当該検査方法による引っかき硬度試験を行う工程を備える燃料電池の製造方法を提供することにある。
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の燃料電池用電解質樹脂の検査方法、及び、燃料電池の製造方法について具体的に説明する。
【００１９】
１．燃料電池用電解質樹脂の検査方法
図１は、触媒金属板の上に作製された電解質膜の形態を概略的に示す側面図である。本発明の燃料電池用電解質樹脂の検査方法（以下、単に「本発明の検査方法」という。）では、例えば、白金板１の上に、溶解させた炭化水素系ポリマーを塗布し乾燥させることにより、電解質膜２を作製する。そして、白金板１の上に作製した電解質膜２に対して、例えば、硬度Ｂの芯を備える鉛筆を用いて引っかき硬度試験（ＪＩＳ  Ｋ５６００−５−４に規定される、塗料一般試験方法−第５部：塗膜の機械的性質−第４節：引っかき硬度（鉛筆法））を行う。当該引っかき硬度試験により、白金板１から剥離した電解質膜２を構成する電解質樹脂は、白金表面に吸着し難い電解質樹脂と判断される。これに対し、硬度Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験により、白金板１から剥離しない電解質膜を構成する電解質樹脂は、白金表面に吸着しやすい電解質樹脂と判断される。
【００２０】
上記説明では、触媒金属板として白金板１が用いられる形態を例示したが、本発明の検査方法で用いられる触媒金属板はこれに限定されず、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗからなる群より選択される１以上の金属とＰｔとを備えるＰｔ合金製の板であっても良い。
【００２１】
また、本発明の検査方法で、硬度Ｂ以下の芯を備える鉛筆を用いる上記引っかき硬度試験によって触媒金属板から剥離させ得るパーフルオロスルホン酸系電解質膜の具体例としては、Ｎａｆｉｏｎやフレミオン等を挙げることができる。一方、硬度Ｂ以下の芯を備える鉛筆を用いる上記引っかき硬度試験によって触媒金属板から剥離させ得る炭化水素系電解質膜の具体例としては、所定の構造を有するＳ−ＰＥＥＫ（スルホン化ポリエーテルエーテルケトン）、Ｓ−ＰＥＳ（スルホン化ポリエーテルスルホン）、Ｓ−ＰＰＢＰ（スルホン化［４−フェニル−１−（４−フェニルブチル）ピペリジン］等を用いて作製される電解質膜を例示することができる。Ｓ−ＰＥＥＫの構造式を下記式１に、Ｓ−ＰＥＳの構造式を下記式２に、Ｓ−ＰＰＢＰの構造式を下記式３に、それぞれ示す。
【００２２】
【化１】
2008027677.tif 000003
【００２３】
【化２】
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【００２４】
【化３】
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【００２５】
ここで、Ｎａｆｉｏｎは、硬度５Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験によってＰｔ板から剥離させることが可能であり、フレミオンは、硬度４Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験によってＰｔ板から剥離させることが可能である。さらに、上記Ｓ−ＰＥＥＫ、Ｓ−ＰＥＳ、又は、Ｓ‐ＰＰＢＰは、構造を工夫することで、硬度２Ｂ又はＢの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験によってＰｔ板から剥離させることが可能である。
【００２６】
２．本発明の検査方法とＣＶ測定結果との相関
図２は、金属触媒に吸着しやすい電解質樹脂を用いて作製した触媒層を備えるセルのＣＶ測定結果を示す図であり、図３は、金属触媒に吸着し難い電解質樹脂を用いて作製した触媒層を備えるセルのＣＶ測定結果を示す図である。図２及び図３の横軸はアノード電極の電位に対するカソード電極の電位［Ｖ］、縦軸は電流［Ａ］であり、図２及び図３は、電位走査範囲を０．０５Ｖ〜１．４ＶとするＣＶ測定の結果を示している。
【００２７】
図２に示すように、金属触媒に吸着しやすい電解質樹脂を用いて作製された触媒層を備えるセルでは、水素脱離領域の面積Ｘ１と、酸化皮膜形成領域の面積Ｙ１との比（Ｙ１／Ｘ１）の値が、８を超える。これに対し、図３に示すように、金属触媒に吸着し難い電解質樹脂を用いて作製された触媒層を備えるセルでは、水素脱離領域の面積Ｘ２と、酸化皮膜形成領域の面積Ｙ２との比（Ｙ２／Ｘ２）の値が、８以下となる。すなわち、硬度Ｂ以下の芯を備える鉛筆を用いた上記引っかき硬度試験で触媒金属板から剥離した電解質膜を構成する電解質樹脂（以下、「触媒金属板から剥離した電解質樹脂」という。）、を用いて作製した触媒層を備えるセルに対してＣＶ測定を行うと、図３に示すように、Ｙ２／Ｘ２≦８となる。これに対し、硬度Ｂ以下の芯を備える鉛筆を用いた上記引っかき硬度試験で触媒金属板から剥離しなかった電解質膜を構成する電解質樹脂、を用いて作製した触媒層を備えるセルに対してＣＶ測定を行うと、図３に示すように、Ｙ１／Ｘ１＞８となる。したがって、金属触媒への吸着のしやすさは、上記本発明の検査方法によって判断可能であるほか、ＣＶ測定における、水素脱離領域の面積Ｘと酸化皮膜形成領域の面積Ｙとの比Ｙ／Ｘの値が８を越えるか否かによっても判断することが可能になる。なお、電位走査範囲を０．０５Ｖ〜１．４ＶとするＣＶ測定によって、上記Ｙ／Ｘの値が８以下となるセルに備えられる電解質樹脂は、パーフルオロスルホン酸系であるか炭化水素系であるかにかかわらず、触媒表面へ反応ガスを拡散させやすい。そして、当該電解質樹脂を用いて作製した触媒層を備える燃料電池とすることで、発電性能を向上させることが可能になる。
【００２８】
３．燃料電池の製造方法
本発明の燃料電池の製造方法（以下、「本発明の製造方法」という。）は、上記本発明の検査方法によって触媒金属板から剥離した電解質樹脂を用いて触媒層（アノード触媒層及び／又はカソード触媒層）を作製する触媒層作製工程が備えられることを特徴とする。本発明の検査方法によって触媒金属板から剥離した電解質樹脂は、触媒金属板へ吸着し難い電解質樹脂と判断できるので、かかる電解質樹脂を用いて触媒層を作製すれば、触媒金属の表面へ反応ガスを拡散させやすい触媒層を作製することができる。これによって、上記電気化学反応の発生頻度を増大させることが可能になるので、本発明の製造方法によれば、発電性能を向上させ得る燃料電池を製造することが可能になる。
【００２９】
本発明の製造方法は、上記本発明の検査方法によって触媒金属板から剥離した電解質樹脂を用いて触媒層を作製する触媒層作製工程が備えられていれば、他の工程は特に限定されない。より具体的には、触媒金属板の上に電解質膜を作製する電解質膜作製工程と、該電解質膜作製工程後に引っかき硬度試験を行う引っかき硬度試験工程と、引っかき硬度試験で触媒金属板から剥離した電解質樹脂を燃料電池に適した電解質樹脂と判断する判断工程と、該判断工程で燃料電池に適すると判断された電解質樹脂を用いて触媒層を作製する触媒層作製工程と、が備えられていれば、他の工程は特に限定されない。
【００３０】
図４は、本発明の製造方法の形態例を概略的に示すフローチャートである。図４に示す形態にかかる本発明の製造方法では、まず、溶剤に溶解させたＮａｆｉｏｎ等の電解質樹脂を白金板等の触媒金属板の上に塗布し乾燥させることにより、電解質膜を作製する（電解質膜作製工程Ｓ１）。次に、工程Ｓ１で作製された電解質膜に対して、例えば、硬度Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験を実施する（引っかき試験工程Ｓ２）。工程Ｓ２で触媒金属板から剥離した電解質樹脂は、燃料電池に適する電解質樹脂と判断される（判断工程Ｓ３）。そして、判断工程Ｓ３において燃料電池に適すると判断された電解質樹脂を溶解させたインク状物質中に、白金担持カーボン等を分散させて触媒インクを作製した後、例えば、Ｎａｆｉｏｎ等により構成される電解質膜の一方の面及び他方の面に上記触媒インクを塗布し乾燥させる等の工程を経ることにより、電解質膜の一方の側にアノード触媒層を、他方の側にカソード触媒層を、それぞれ作製する（触媒層作製工程Ｓ４）。上記工程Ｓ１〜Ｓ４を経ることによりＭＥＡを作製した後、当該ＭＥＡをカーボンペーパー等からなる一対の拡散層の間に配設して、熱圧着等により、アノード拡散層、アノード触媒層、電解質膜、カソード触媒層、及び、カソード拡散層が積層された積層体を作製する（積層体作製工程Ｓ５）。そして、積層体作製工程Ｓ５により作製された積層体を、一対のセパレータ（例えば、カーボンセパレータ等）の間に配設する工程（セパレータ配設工程Ｓ６）等を経ることにより、燃料電池を製造することができる。一方、上記工程Ｓ２で触媒金属板から剥離せず、上記工程Ｓ３において燃料電池に適するとは判断されなかった電解質樹脂は、本発明の製造方法では用いられない。
【実施例】
【００３１】
＜実施例１＞
１．サンプルの作製
本発明の検査方法において、硬度２Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験によりＰｔ板から剥離するＳ−ＰＥＥＫ（以下、「Ｓ−ＰＥＥＫ１」という。）を用い、溶剤に溶解させたＳ−ＰＥＥＫ１に白金担持カーボンを分散させてカソード触媒インクを作製した。そして、パーフルオロスルホン酸系の電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ１１２）の一方の面に上記カソード触媒インクを塗布し乾燥させることにより、カソード触媒層付き電解質膜を作製した。また、溶剤に溶解させたＮａｆｉｏｎ１１２に白金担持カーボンを分散させることにより作製したアノード触媒インクを上記カソード触媒層付き電解質膜の他方の面に塗布し乾燥させることにより、アノード触媒層を作製し、ＭＥＡを作製した。その後、カーボンペーパーからなる一対の拡散層（ＴＧＰＨ０６０；東レ株式会社製）の間に上記ＭＥＡを配設して、熱圧着することにより、アノード拡散層、アノード触媒層、電解質膜、カソード触媒層、及び、カソード拡散層を備える積層体を作製し、当該積層体を一対のカーボンセパレータの間に配設する工程を経ることで、実施例１に係るセルを作製した。
これに対し、硬度Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験ではＰｔ板から剥離せず、硬度Ｆの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験によりＰｔ板から剥離するＳ−ＰＥＥＫ（以下、「Ｓ−ＰＥＥＫ２」という。）を用いたほかは、上記実施例１に係るセルと同様の工程を経ることにより、比較例１に係るセルを作製した。
【００３２】
２．ＣＶ測定
上記手順により作製した実施例１に係るセル、及び、比較例１に係るセルを用いて、ＣＶ測定を行った。ＣＶ測定の条件を以下に示す。
セル温度：８０℃、
バブラー温度：アノード／カソード＝８０℃／８０℃、
ガス条件：アノード（Ｈ２ガス）＝０．５Ｌ／ｍｉｎ（０．１ＭＰａ）、
カソード（Ｎ２ガス）＝０．５Ｌ／ｍｉｎ（０．１ＭＰａ）、
上記条件の下、セル電圧が０．２Ｖ以下となるまで静置し、その後、ＣＶ測定を行った。ＣＶ測定では、ポテンショスタットを用いて、下限値を０．０５Ｖ、上限値を１．４Ｖとし、電位を０．０５Ｖから１．４Ｖへと上げた後、電位を１．４Ｖから０．０５Ｖへと下げる走査を１０回繰り返し（０．２Ｖ→０．０５Ｖ→１．４Ｖ→０．０５Ｖ→１．４Ｖ→…→０．０５Ｖ→１．４Ｖ→０．０５Ｖ→０．２Ｖ）、電流値を検出した。そして、１０回目の０．０５Ｖ→１．４Ｖ→０．０５Ｖの波形を結果として扱った。ＣＶ測定の結果を表１にあわせて示す。なお、表１において、面積Ｘは水素脱離領域の面積を、面積Ｙは酸化皮膜形成領域の面積を、それぞれ示している。
【００３３】
３．ＩＶ測定
上記工程により作製した実施例１に係るセル、及び、比較例１に係るセルを用いて、ＩＶ測定を行った。ＩＶ測定時における、セル温度は８０℃とし、アノードにはフル加湿の水素ガスを、カソードにはフル加湿の空気を、それぞれ供給した。そして、電圧値が０．２［Ｖ］となった時点における電流密度を限界電流密度［Ａ／ｃｍ２］として評価した。ＩＶ測定の結果を表１にあわせて示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１より、硬度２Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験によりＰｔ板から剥離する（すなわち、硬度Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験によってもＰｔ板から剥離する）Ｓ−ＰＥＥＫ１を用いて作製したカソード触媒層を備える実施例１に係るセルは、Ｙ／Ｘ＝６．４であり、限界電流密度は１．３［Ａ／ｃｍ２］であった。これに対し、硬度Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験ではＰｔ板から剥離しないＳ−ＰＥＥＫ２を用いて作製したカソード触媒層を備える比較例１に係るセルは、Ｙ／Ｘ＝１２．８であり、限界電流密度は０．４［Ａ／ｃｍ２］であった。すなわち、実施例１に係るセルと比較例１に係るセルとでは、限界電流密度の値が大きく相違し、実施例１に係るセルは良好な発電性能を有することが確認された。したがって、硬度Ｂ以下の芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験によりＰｔ板から剥離する電解質樹脂を備える触媒層、を具備する燃料電池は、良好な発電性能を有することが確認された。
【００３６】
＜実施例２＞
１．サンプルの作製
本発明の検査方法において、硬度Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験によりＰｔ板から剥離するＳ−ＰＥＳ（以下、「Ｓ−ＰＥＳ１」という。）を用い、溶剤に溶解させたＳ−ＰＥＳ１に白金担持カーボンを分散させてカソード触媒インクを作製した。そして、パーフルオロスルホン酸系の電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ１１２）の一方の面に上記カソード触媒インクを塗布し乾燥させることにより、カソード触媒層付き電解質膜を作製した。また、溶剤に溶解させたＮａｆｉｏｎ１１２に白金担持カーボンを分散させることにより作製したアノード触媒インクを上記カソード触媒層付き電解質膜の他方の面に塗布し乾燥させることにより、アノード触媒層を作製し、ＭＥＡを作製した。その後、カーボンペーパーからなる一対の拡散層（ＴＧＰＨ０６０；東レ株式会社製）の間に上記ＭＥＡを配設して、熱圧着することにより、アノード拡散層、アノード触媒層、電解質膜、カソード触媒層、及び、カソード拡散層を備える積層体を作製し、当該積層体を一対のカーボンセパレータの間に配設する工程を経ることで、実施例２に係るセルを作製した。
これに対し、硬度Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験ではＰｔ板から剥離せず、硬度Ｈの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験によりＰｔ板から剥離するＳ−ＰＥＳ（以下、「Ｓ−ＰＥＳ」という。）を用いたほかは、上記実施例２に係るセルと同様の工程を経ることにより、比較例２に係るセルを作製した。
【００３７】
２．ＣＶ測定及びＩＶ測定
上記実施例１に係るセル及び比較例１に係るセルに対するＣＶ測定並びにＩＶ測定の各条件と同じ条件の下で、実施例２に係るセル及び比較例２に係るセルに対して、ＣＶ測定及びＩＶ測定を行った。実施例２に係るセル及び比較例２に係るセルに対するＣＶ測定並びにＩＶ測定の結果を、表２にあわせて示す。なお、表２において、面積Ｘは水素脱離領域の面積を、面積Ｙは酸化皮膜形成領域の面積を、それぞれ示している。
【００３８】
【表２】
2008027677.tif 000007
【００３９】
表２より、硬度Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験によりＰｔ板から剥離するＳ−ＰＥＳ１を用いて作製したカソード触媒層を備える実施例２に係るセルは、Ｙ／Ｘ＝６．２であり、限界電流密度は１．３［Ａ／ｃｍ２］であった。これに対し、硬度Ｂの芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験ではＰｔ板から剥離しないＳ−ＰＥＳ２を用いて作製したカソード触媒層を備える比較例２に係るセルは、Ｙ／Ｘ＝１３．５であり、限界電流密度は０．４［Ａ／ｃｍ２］であった。すなわち、実施例２に係るセルと比較例２に係るセルとでは、限界電流密度の値が大きく相違し、実施例２に係るセルは良好な発電性能を有することが確認された。したがって、硬度Ｂ以下の芯を備える鉛筆を用いた引っかき硬度試験によりＰｔ板から剥離する電解質樹脂を備える触媒層、を具備する燃料電池は、良好な発電性能を有することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】触媒金属板の上に作製された電解質膜の形態を概略的に示す正面図である。
【図２】金属触媒に吸着しやすい電解質樹脂を用いて作製した触媒層を備えるセルのＣＶ測定結果を示す図である。
【図３】金属触媒に吸着し難い電解質樹脂を用いて作製した触媒層を備えるセルのＣＶ測定結果を示す図である。
【図４】本発明の製造方法の形態例を概略的に示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１  白金板（触媒金属板）
２  電解質膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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