(57)【要約】【課題】本発明は、乾燥後の燃料電池用触媒インクの品質の低下を抑制し、さらに生産性に優れた燃料電池用触媒インクの乾燥方法を提供することを主目的とするものである。【解決手段】本発明は、燃料電池用触媒インクを、密閉容器内、真空雰囲気下で加熱乾燥させて冷却した後、触媒が熱凝集する温度未満の所定の温度を基準温度として、上記燃料電池用触媒インク表面温度が上記基準温度以下を保つように、上記密閉容器内に空気を供給して空気雰囲気とすることを特徴とする燃料電池用触媒インクの乾燥方法を提供することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用触媒インクを、密閉容器内、真空雰囲気下で加熱乾燥させて冷却した後、触媒が熱凝集する温度未満の所定の温度を基準温度として、前記燃料電池用触媒インク表面温度が前記基準温度以下を保つように、前記密閉容器内に空気を供給して空気雰囲気とすることを特徴とする燃料電池用触媒インクの乾燥方法。
【請求項２】
前記燃料電池用触媒インク表面温度が、前記基準温度以上となった場合に、前記密閉容器内に不活性ガスを導入して触媒の熱凝集を抑制することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用触媒インクの乾燥方法。
【請求項３】
前記真空雰囲気下で加熱乾燥させた後の冷却を、冷却した不活性ガスを前記密閉容器内に導入することにより行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池用触媒インクの乾燥方法。
【請求項４】
前記真空雰囲気下で加熱乾燥させた後の冷却を、前記密閉容器を、冷媒を用いて冷却することにより行うことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の燃料電池用触媒インクの乾燥方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の燃料電池用触媒インクの乾燥方法を用いることにより、燃料電池用触媒インクを乾燥させ、燃料電池用触媒電極層を得る工程を含む燃料電池用触媒電極層形成工程を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の燃料電池用触媒インクの乾燥方法を用いることにより、分析用の試料を得る工程を含む燃料電池用触媒インク分析工程を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の燃料電池用触媒インクの乾燥方法を用いたことを特徴とする燃料電池の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乾燥後の燃料電池用触媒インクの品質の低下を抑制し、生産性に優れた燃料電池用触媒インクの乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質と、当該電解質の両側に配設される電極（アノード及びカソード）とを備える膜電極複合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）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、膜電極複合体の両側に配設されるセパレータ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、単に燃料電池と称する場合がある。）は、低温領域での運転が可能である。また、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】
固体高分子電解質型燃料電池の最小発電単位である単位セルは、一般に固体電解質膜の両側に触媒電極層（アノード側触媒電極層およびカソード側触媒電極層）が接合されている膜電極複合体を有し、この膜電極複合体の両側にはガス拡散層が配されている。さらに、その外側にはガス流路を備えたセパレータが配置されており、ガス拡散層を介して膜電極複合体の触媒電極層へと供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスを通流させるとともに、発電により得られた電流を外部に伝える働きをしている。
【０００４】
このような、固体高分子電解質型燃料電池において、触媒電極層は、例えば、所定の電解質材料、および触媒が担持された導電性材料等を溶媒に溶解、分散させることにより燃料電池用触媒インクを作製し、電解質膜上に塗布し、乾燥させて得ることができる。
【０００５】
例えば、特許文献１では、電解質膜に燃料電池用触媒インクを塗布後、大気中、１２０℃で１時間乾燥させている。しかしながら、このような乾燥方法では、酸素存在下であるため、燃料電池用触媒インクを加熱すると、例えば、熱凝集等が起こり触媒の表面積が小さくなり活性が低下する。したがって、このような触媒電極層を用いた膜電極複合体、燃料電池の品質は低下する。
【０００６】
また、上記燃料電池用触媒インクの品質管理工程等で燃料ガス等の吸着量等を測定して、触媒である白金粒子の表面積や触媒電極層の空孔度などを分析・検査する際には、燃料電池用触媒インクを乾燥させる必要がある。このような乾燥は、通常、密閉容器中にて真空乾燥させる。密閉容器中にて真空雰囲気で乾燥させた後、密閉容器中に大気を導入して、乾燥させた燃料電池用触媒インクを取り出す際に、燃料電池用触媒インクを高温で空気にさらすと、燃料電池用触媒インク表面で急激な酸化反応と熱凝集が起こって品質低下し、正確な品質評価ができない。このため、従来は、自然乾燥等によりゆっくりと大気温度程度まで温度を下げた後に空気雰囲気にする方法等が用いられていた。しかしながら、このような従来の方法では、冷却に長時間必要となり、効率が悪い。
さらに、大気温度程度になった後に空気を導入する際においても、急激に空気を導入してしまうと、高温における場合と同様に酸化反応が起こり、燃料電池用触媒インク表面の温度が上昇する。この温度が所定の温度を超えると、急激に酸化反応（触媒、導電性材料、電解質膜等の酸化等）と熱凝集（触媒の凝集等）等が起こって、燃料電池用触媒インクの劣化が起こり、品質低下して正確な品質評価ができないおそれがあった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−４５４３７公報
【特許文献２】特開２００６−１３９９４７公報
【特許文献３】特開２００６−２２０５３８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、乾燥後の燃料電池用触媒インクの品質の低下を抑制し、さらに生産性に優れた燃料電池用触媒インクの乾燥方法を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明においては、燃料電池用触媒インクを、密閉容器内、真空雰囲気下で加熱乾燥させて冷却した後、触媒が熱凝集する温度未満の所定の温度を基準温度として、上記燃料電池用触媒インク表面温度が上記基準温度以下を保つように、上記密閉容器内に空気を供給して空気雰囲気とすることを特徴とする燃料電池用触媒インクの乾燥方法を提供する。
【００１０】
本発明によれば、燃料電池用触媒インク表面温度が基準温度以下を保つように、触媒と空気をゆっくりなじませることにより、燃料電池用触媒インクの酸化（触媒、導電性材料、電解質膜等の酸化等）や熱凝集（触媒の凝集等）等による劣化を抑制することができる。さらに密閉容器内を所望の方法により冷却することにより冷却時間を短縮化することができる。このため、乾燥後の燃料電池用触媒インクの品質の低下を抑制し、さらに生産性を向上させることができるという利点を有する。
【００１１】
上記発明において、上記燃料電池用触媒インク表面温度が、上記基準温度以上となった場合に、上記密閉容器内に不活性ガスを導入して触媒の熱凝集を抑制することが好ましい。上記不活性ガスにより、上記燃料電池用触媒インク表面温度が、上記基準温度以上となった場合であっても、すぐに酸化反応や熱凝集を抑制することができるため、乾燥後の燃料電池用触媒インクの品質を、より確実に確保することができるからである。
【００１２】
また、上記発明においては、上記真空雰囲気下で加熱乾燥させた後の冷却を、冷却した不活性ガスを上記密閉容器内に導入することにより行うことが好ましい。上記冷却した不活性ガスにより上記密閉容器内を冷却することにより、冷却時間を短縮化して生産性を向上することができるからである。
【００１３】
また、上記発明においては、上記真空雰囲気下で加熱乾燥させた後の冷却を、上記密閉容器を、冷媒を用いて冷却することにより行ってもよい。上記冷媒により上記密閉容器内を冷却することにより、冷却時間を短縮化して生産性を向上することができるからである。
【００１４】
また、本発明においては、上記の燃料電池用触媒インクの乾燥方法を用いることにより、燃料電池用触媒インクを乾燥させ、燃料電池用触媒電極層を得る工程を含む燃料電池用触媒電極層形成工程を有することを特徴とする燃料電池の製造方法を提供する。
【００１５】
本発明によれば、上記燃料電池用触媒電極層および燃料電池用膜電極複合体の品質の低下を抑制し、さらに生産性を向上させることができる。このため、品質の低下を抑制し、生産性に優れた燃料電池を得ることができる。
【００１６】
また、本発明においては、上記の燃料電池用触媒インクの乾燥方法を用いることにより、分析用の試料（以下、燃料電池用触媒試料と称する場合がある。）を得る工程を含む燃料電池用触媒インク分析工程を有することを特徴とする燃料電池の製造方法を提供する。
【００１７】
本発明によれば、上記燃料電池用触媒試料の品質の低下を抑制し、さらに生産性を向上させることができる。このため、上記燃料電池用触媒インクの正確な分析を短時間で行うことができる。
【００１８】
また、本発明においては、上記の燃料電池用触媒インクの乾燥方法を用いたことを特徴とする燃料電池の分析方法を提供する。
【００１９】
本発明によれば、燃料電池用触媒インクをそのまま乾燥させたもの、固体電解質等に塗布して乾燥させ、触媒電極層、膜電極複合体等としたもの等の燃料電池用触媒試料の正確な分析を短時間で行うことができるという利点を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、乾燥後の燃料電池用触媒インクの品質の低下を抑制し、さらに生産性を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の燃料電池用触媒インクの乾燥方法、燃料電池の製造方法、および燃料電池の分析方法について、以下詳細に説明する。
【００２２】
Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法
まず、本発明の燃料電池用触媒インクの乾燥方法について、以下詳細に説明する。
図１は本発明における燃料電池用触媒インクの乾燥方法の流れ（燃料電池用触媒インク乾燥フロー図）の一例を示したものである。また、図２は本発明の乾燥方法を行う装置システム全体の一例を示す模式図である。
本発明においては、例えば、図１の乾燥フロー図にしたがって、乾燥後の燃料電池用触媒インクの品質の低下を抑制し、さらに生産性を向上させることができる。図１に示されるように、本発明の燃料電池用触媒インクの乾燥方法においては、燃料電池用触媒インクを、密閉容器内、真空雰囲気下で加熱乾燥させる加熱乾燥工程、上記加熱乾燥工程後、密閉容器内を、例えば、冷却した不活性ガスを用いる冷却装置により冷却する冷却工程を経た後に、触媒が熱凝集する温度未満の所定の温度を基準温度として、上記燃料電池用触媒インク表面温度が上記基準温度以下を保つように、上記密閉容器内に空気を供給する空気導入工程を行う。上記空気導入工程を行うことにより、触媒と空気をゆっくりなじませることができ、燃料電池用触媒インクの酸化（触媒、導電性材料、電解質膜等の酸化等）や熱凝集（触媒の凝集等）等の劣化が抑制される。また、上記加熱乾燥工程後、上記冷却工程を行うことにより、密閉容器内を所望の方法により冷却して冷却時間を短縮化することができる。したがって、乾燥後の燃料電池用触媒インクの品質の低下を抑制し、さらに生産性を向上させることができる。
【００２３】
本発明の燃料電池用触媒インクの乾燥方法の、より具体的な方法としては、図２に例示する装置システムを用いた、次に述べるような方法等が挙げられる。
例えば、図２に示される密閉容器２により、真空雰囲気下で燃料電池用触媒インク１を所定の温度で所定の時間乾燥させ、加熱乾燥工程を行う。
より具体的には、開閉バルブ４、開閉バルブ８は開いた状態、開閉バルブ７は閉じた状態とする。また、電磁バルブ２１を作動していない状態とすることにより、密閉容器２と開閉バルブ７および密閉容器２と開閉バルブ８との間を連通した状態とする。次に、開閉バルブ１５を開いた状態とし、真空ポンプ１４により密閉容器２内を真空雰囲気にして、例えば、密閉容器に内蔵された所定の加熱装置等で加熱乾燥する。所定の温度で所定の時間乾燥させた後、開閉バルブ１５を閉じて、真空ポンプ１４を停止させて加熱乾燥工程を終了する。このとき、密閉容器２を冷却させる上記冷却装置３も真空状態となっている。
上記乾燥工程が終了した後、開閉バルブ４を閉じる。次に、手動３方切換え弁５をガスボンベ６側に切換えて、開閉バルブ７を開ける。これにより、ガスボンベ６の不活性ガスは上記冷却装置３側と密閉容器２内に充填される。次に開閉バルブ７、開閉バルブ８を閉じ、冷却水ポンプ９を稼動させて矢印１０で示されるように冷却水を凝縮機１１中に循環させて凝縮機１１を冷やす。次に、開閉バルブ４、開閉バルブ８を開けて、ガスポンプ１２を稼動させて矢印１３で示されるように、冷却した不活性ガスを循環させる。これにより、密閉容器２内が大気温と同程度になるまで冷却して冷却工程を行う。次に、開閉バルブ４、開閉バルブ８を閉じて、ガスポンプ１２、冷却水ポンプ９を停止させて、冷却工程を終了する。
【００２４】
次に、真空ポンプ１４を稼動させ、開閉バルブ１５を開けて、密閉容器２内を真空にする。次に、開閉バルブ１５、流量調整バルブ１６を閉じてから、手動３方切換え弁５をエアー（空気）ボンベ１７側に切換えて開閉バルブ７を開け、流量調整バルブ１６を少し開け、空気を少しずつ導入する空気導入工程を行う。空気は、流量調整バルブ１６、手動３方切換え弁５、開閉バルブ７を通過し、密閉容器２内に微量の空気が導入されていく。この空気によって、燃料電池用触媒インク１が空気にさらされて反応し、酸化していく。この酸化状況を、例えば密閉容器に取り付けられた耐熱ガラス１８を介して、無接点式温度検知器１９などにより、燃料電池用触媒インク１などの表面温度全体を常に監視および把握して、触媒が熱凝集しないような上記基準温度以下を保つように流量調整バルブ１６を調整するなどして空気を導入していく。密閉容器２内が空気で十分に充填され、大気圧程度になったら空気導入工程を終了し、密閉容器２のドアーを開き、燃料電池用触媒インク１を取り出す。このような方法等を挙げることができる。
【００２５】
また、本発明においては、後述する「４．その他の工程」、「（１）緊急パージ工程」により、上記燃料電池用触媒インク表面温度が、上記基準温度以上となった場合に、上記密閉容器内に不活性ガス等を導入することが好ましい。このような緊急パージ工程としては、例えば、図２で示されるように、上記燃料電池用触媒インク１表面温度が上記基準温度以上となった場合に、例えばパソコン２０等で制御することにより、上記密閉容器２内に不活性ガスを導入して触媒の熱凝集を抑制する方法等を挙げることができる。
より具体的には、次に述べるような方法等が挙げられる。すなわち、空気を少しずつ導入して空気導入工程を行う際に、図２で示されるように、上記燃料電池用触媒インク１等の表面温度が上記基準温度を超えた場合等に、所望の設定した条件等に応じて、自動的にパソコン２０から電磁バルブ２１へと信号を送る。上記電磁バルブ２１は、通常、作動していない状態であり、このような場合には、密閉容器２と手動３方切換え弁５との間が開閉バルブ７を挟んで連通している。上記パソコン２０から信号が送られ、電磁バルブ２１を作動すると、密閉容器２とガスボンベ６との間が連通する。これにより、ガスボンベ６から、不活性ガスが直ぐに密閉容器２内へ緊急導入されて、急激な酸化と熱凝集を止める方法等を挙げることができる。
なお、図２に例示する装置システムにおいては、各装置、バルブ類の間は、所定の管２２によって連結されており、上記管２２内を所定のガス、水等が通るようになっている。
【００２６】
このような本発明の燃料電池用触媒インクの乾燥方法においては、少なくとも上記加熱乾燥工程、上記冷却工程、上記空気導入工程を有するものであれば、特に限定されるものではなく、他の工程を有していても良い。
以下、本発明の燃料電池用触媒インクの乾燥方法について、各工程について、詳細に説明する。
【００２７】
１．加熱乾燥工程
まず、本発明における加熱乾燥工程について、以下に説明する。本発明における加熱乾燥工程とは、図１の燃料電池用触媒インク乾燥フロー図に示すように、後述する冷却工程において冷却を行う前に、上記燃料電池用触媒インクを加熱乾燥させて、上記燃料電池用触媒インク中の溶媒等を蒸発させる工程である。具体的には、所定の燃料電池用触媒インクを所定の密閉容器中に設置して、真空ポンプ等で真空引きを行い、真空雰囲気下とした後、上記密閉容器に付属等されている加熱装置を用いて、所定の温度、所定の時間、所定の温度履歴にしたがって加熱乾燥させる方法等が挙げられる。
【００２８】
本工程に用いられる上記燃料電池用触媒インクとしては、燃料電池用触媒インクとしての機能を有し、固体電解質膜に塗布するなどして、燃料電池用触媒電極層（以下、単に触媒電極層と称する場合がある。）を形成することができるものであれば特に限定されるものではなく、通常、燃料電池用触媒インクとして用いられているものを用いることができる。具体的には、触媒が担持された導電性材料、および電解質樹脂等を溶媒に溶解、分散させたものが挙げられる。
【００２９】
上記触媒としては、触媒としての機能を有するものであれば、特に限定されるものではなく、燃料電池の触媒電極層に用いられる触媒を用いることができる。具体的には、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、およびこれらの合金等を挙げることができ、本発明においては、中でも白金を用いることが好ましい。一般的な燃料電池の触媒電極層に用いられる触媒として汎用されているからである。
【００３０】
また、触媒を担持する上記導電性材料としては、導電性を有するものであれば、特に限定されるものではなく、一般的な燃料電池に用いられる材料と同様のものを使用することができる。例えば、カーボンブラック等を用いることができる。
【００３１】
また、上記電解質樹脂としては、特に限定されるものではなく、燃料電池の触媒電極層を形成する際に一般的に用いられる電解質樹脂を用いることができる。具体的には、パーフルオロスルホン酸系ポリマーのようなフッ素系の樹脂やプロトン伝導基を有するポリイミドなどの炭化水素系の樹脂等を挙げることができる。中でもパーフルオロスルホン酸系ポリマーが好ましく、中でもＮａｆｉｏｎ（商品名、デュポン株式会社製）が好ましい。一般的な燃料電池に用いられる電解質樹脂として汎用されているからである。
【００３２】
また、上記溶媒としては、上記電解質樹脂、および触媒が担持された導電性材料等を溶解、分散させることができればよく、上記電解質樹脂の種類などによって変化するものであり、特に限定されるものではない。例えば、水、アルコール系溶剤（エタノール等）、分散剤等を混ぜ合わせたものを用いることができる。
【００３３】
上記燃料電池用触媒インクを所定の密閉容器中に設置する際の、上記燃料電池用触媒インクの状態としては、例えば、所定の容器に入れられた燃料電池用触媒インクをそのまま設置しても良いし、所定の固体電解質膜上に塗布した状態のものを設置しても良いし、何らかの基材上に塗布したものを設置しても良く、特に限定されるものではなく、所望の乾燥条件等に応じて適宜選択することができる。
【００３４】
上記燃料電池用触媒インクを所定の密閉容器中に設置する際に、上記所定の固体電解質膜上や、何らかの基材上に上記燃料電池用触媒インクを塗布した状態のものを設置する場合の、上記燃料電池用触媒インクを基材表面に塗布する方法としては、上記燃料電池用触媒インクを基材表面に塗布できる方法であれば、特に限定されるものではなく、通常用いられる方法を用いることができる。具体的には、アプリケーターを用いて、バーを押しながら塗布する方法、スプレー塗布する方法、静電塗工による方法などを挙げることができる。
【００３５】
上記固体電解質膜としては、プロトン伝導性に優れ且つ電流を流さない材料からなるものであれば特に限定されるものではない。現在汎用されている材料としてはパーフルオロスルホン酸系ポリマー（商品名：Ｎａｆｉｏｎ、デュポン株式会社製）等のフッ素系樹脂や、プロトン伝導基を有するポリイミド等の炭化水素系樹脂等有機系のもの、または、ケイ素酸化物を主成分とするものなどの無機系のもの等を挙げることができる。
【００３６】
また、上記基材としては、本発明の燃料電池用触媒インクの乾燥方法における、上記加熱乾燥工程、上記冷却工程、上記空気導入工程等を経た後に、乾燥後の燃料電池用触媒インクの品質が確保され、さらに生産性を向上させることができるものであれば特に限定されるものではない。具体的には、テフロン（登録商標）シート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等が挙げられる。中でも、剥離性がよく、一般的な燃料電池に用いられる基材として汎用されている等の理由からテフロン（登録商標）シートが特に好ましい。また、上記基材の代わりにガス拡散層を用いても良い。
【００３７】
上記燃料電池用触媒インクを加熱乾燥させる具体的な方法としては、密閉容器内、真空雰囲気下で加熱乾燥して、上記燃料電池用触媒インク中の溶媒等を充分に蒸発させることができる方法であれば特に限定されるものではない。例えば、上記燃料電池用触媒インクを所定の密閉容器中に設置して、真空ポンプ等で密閉容器内を真空引きして、真空雰囲気にする。その後、上記密閉容器に付属等されている加熱装置を用いて、密閉容器内を所定の温度（以下、加熱乾燥温度と称する場合がある。）まで昇温して、この加熱乾燥温度で、所定の時間保持して、燃料電池用触媒インク中の水分やアルコール成分が完全に蒸発する程度まで加熱乾燥させる方法等が挙げられる。
【００３８】
上記加熱乾燥温度としては、例えば、５０℃以上、中でも６０〜１２０℃の範囲内、特に８０〜１００℃の範囲内であることが好ましい。
また、上記加熱乾燥温度で保持する時間としては、例えば、２時間以上、中でも４〜２０時間の範囲内、特に８〜１６時間の範囲内であることが好ましい。
【００３９】
本工程に用いられる密閉容器、真空ポンプ、加熱装置、バルブやこれらをつなぐ管、パイプ等については、特に限定されるものではなく、通常の燃料電池用触媒インクの乾燥等に用いられるものと同様のものを用いることができる。
【００４０】
２．冷却工程
次に、本発明における冷却工程について、以下に説明する。本発明における冷却工程とは、図１の燃料電池用触媒インク乾燥フロー図に示すように、上述した加熱乾燥工程にて加熱乾燥して、溶媒等を蒸発させた燃料電池用触媒インクを、短時間で冷却する工程である。より具体的には、上記加熱乾燥工程の加熱を停止させた後、上記加熱乾燥温度から、所望の方法により上記密閉容器および密閉容器内を冷却して、上記燃料電池用触媒インク表面温度を所定の温度（以下、冷却温度と称する場合がある。）まで冷却する方法等が挙げられる。
【００４１】
上記冷却温度としては、上記触媒が熱凝集しないような後述する「３．空気導入工程」で詳細に述べる基準温度以下であればよく、特に限定されるものではなく、所望の条件等に応じて適宜選択することができ、例えば、４０℃以下とすることができる。一方、後述する「３．空気導入工程」で空気を導入する際に空気酸化により燃料電池用触媒インク表面の温度が上昇して、上記基準温度を超えてしまう可能性があることから、可能な限り低い温度にすることが好ましく、例えば、３５℃以下であることが好ましい。通常は、簡便であり、余計なコストがかからない等の理由から、大気温度程度が好ましく、２０〜３０℃の範囲内であることが好ましい。
【００４２】
本工程で用いられる冷却方法としては、上記冷却温度まで、所望の、より短時間で冷却することができる方法であればよく、特に限定されるものではない。例えば、不活性ガスにより冷却する方法、冷媒により冷却する方法等が挙げられる。また、上記不活性ガスにより冷却する方法と、上記冷媒により冷却する方法とを同時に用いてもよい。
【００４３】
上記不活性ガスにより冷却する方法としては、より具体的には、例えば上述したように、図２で示されるガスボンベ６中の不活性ガスを、冷却装置３により冷却させて、ガスポンプ１２を用いて、密閉容器２中に導入してフローさせる方法等が挙げられる。
このようにして冷却した不活性ガスを密閉容器中に導入してフローさせて冷却する場合に用いられる上記不活性ガスとしては、密閉容器中の燃料電池用触媒インクと反応しないなど、不活性なガスであり、密閉容器内および燃料電池用触媒インクを冷却することができるものであればよく、特に限定されるものではない。例えば、Ｎ２（窒素）ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス等を挙げることができる。
また、上記不活性ガスを冷却する方法としては、上記不活性ガスを所望の温度まで冷却することができる方法であれば良く、特に限定されるものではない。具体的には、図２で示されるように、冷却水ポンプ９により冷却水を流して凝縮機１１を冷却する。この冷却された凝縮機１１中に不活性ガスを循環させることにより、冷却する方法が挙げられる。
【００４４】
また、上記冷媒を用いて冷却する方法としては、より具体的には、例えば、上記加熱乾燥工程が終了した後、密閉容器内は真空状態のまま、密閉容器を二重構造とした密閉容器壁面に冷媒として水を通して、水冷することにより密閉容器自体を冷却する方法等を挙げることができる。このような場合には、水以外の冷媒を密閉容器壁面に通して、密閉容器自体を冷却しても良い。
また、上記不活性ガスにより冷却する方法と上記冷媒を用いて冷却する方法とを同時に用いて冷却してもよい。より具体的には、例えば、上記加熱乾燥工程が終了した後、上述したように、図２で示される冷却装置３により冷却した不活性ガスを密閉容器２中に導入してフローさせる。その後、密閉容器を二重構造とした密閉容器壁面に水を通して、水冷することにより密閉容器自体を冷却する方法等を挙げることができる。
【００４５】
本工程に用いられる密閉容器、冷却水ポンプ、凝縮機、ガスポンプ、バルブやこれらをつなぐ管、パイプ、ガスボンベ等については、特に限定されるものではなく、通常の燃料電池用触媒インクの乾燥等に用いられるものと同様のものを用いることができる。
【００４６】
３．空気導入工程
次に、本発明における空気導入工程について説明する。本発明における空気導入工程とは、図１で示す燃料電池用触媒インク乾燥フロー図において、上述した冷却工程で冷却温度まで上記燃料電池用触媒インクを冷却した後、触媒が熱凝集する温度未満の所定の温度を基準温度として、上記燃料電池用触媒インク表面温度が上記基準温度以下を保つように、上記密閉容器内に空気を供給して、空気雰囲気とする工程である。具体的には、上記冷却工程を行った後、真空ポンプ等を用いて密閉容器内を真空にする。次に、空気ボンベを用いて、空気を少しずつ導入する。この空気による酸化に伴う燃料電池用触媒インク表面の温度変化を、耐熱ガラス等を介して、無接点式温度検知器などにより、常に監視および把握して、触媒が急激に熱凝集しないような上記基準温度以下を保つように空気を導入していく。密閉容器内が空気で十分に充填され、大気圧程度になったら、密閉容器のドアーを開き、燃料電池用触媒インクを取り出す方法等が挙げられる。
【００４７】
上記密閉容器内に空気を供給する、より具体的な方法としては、上記燃料電池用触媒インク表面温度が上記基準温度以下を保つように、上記密閉容器内に空気を供給して、密閉容器内を空気雰囲気として、空気で充分に充填され、大気圧程度にすることができる方法であれば特に限定されるものではない。例えば、上述したように、上記冷却工程を行った後、真空ポンプ等を用いて、密閉容器内を真空にしてから、空気を供給する方法等を挙げることができる。また、上記冷却工程を行った後、例えば、不活性ガスを上記密閉容器内にフローさせて冷却した後、真空引きを行わずに、上記不活性ガスと空気を置換することにより、空気を供給する方法等を用いても良い。また、上記冷却工程を行った後、例えば、冷媒を密閉容器壁面に通して、密閉容器自体を冷却した後、真空引きを行わずにそのまま空気を供給する方法等を用いても良い。
【００４８】
本発明における上記基準温度とは、触媒が熱凝集しないような温度であればよく、燃料電池用触媒インク中の触媒の種類、電解質材料の種類等により変化するものであり、特に限定されるものではない。このような基準温度を定めるための方法としては、例えば、温度を変化させて燃料電池用触媒インクを乾燥させ、各温度における触媒の粒子径の変化をＣＯ吸着量測定などにより導出する方法等がある。導出された上記粒子径の変化から、触媒が熱凝集して粒子径が増加する温度を見積もり、機械的な誤差等を考慮して、より確実に触媒が熱凝集しないような温度を定める方法等が挙げられる。
【００４９】
より具体的には、例えば、燃料電池用触媒Ｐｔ／ＣとＮａｆｉｏｎ（商品名、デュポン株式会社製）とを混合させたインクを用いて、これを３０℃、５０℃、８０℃にて乾燥させる。乾燥後の燃料電池用触媒インクのＣＯ吸着量を測定して、吸着量からＰｔ粒子径を求めることができる。図３はこのような実験によって得られたＰｔ粒子径を温度に対してプロットしたグラフである。図３に示されるように、ＣＯ吸着量から求めたＰｔ粒子径は５０℃以上の乾燥温度では６ｎｍであった。一方、３０℃で乾燥した燃料電池用触媒インクのＰｔ粒子径は２．７ｎｍであった。また、ＸＲＤにより求めた触媒原料粉末のＰｔ粒子径は２．１ｎｍであり、この値より大きい場合は、Ｐｔ触媒の熱凝集が進行していることとなる。ＣＯ吸着実験の精度から求められるＰｔ粒子径は有効桁数１桁と考えると、３ｎｍ未満のＰｔ粒子径を保っていられる温度が基準温度である。図３から、このような基準温度としては、３５℃以下となる。このような実験結果から、例えば、燃料電池用触媒Ｐｔ／ＣとＮａｆｉｏｎ（商品名、デュポン株式会社製）とを混合させたインクにおいては、乾燥温度５０℃以上では白金が凝集し、粒子径が触媒粉末の値（３ｎｍ未満）の３倍近くになった。また、３０℃では白金の粒子径に大きな変化は確認できず、３ｎｍ未満を示す乾燥温度は約３５℃以下であった。したがって、このような場合、上記基準温度としては、例えば、５０℃未満、特に３５℃以下が好ましい。
また、上記インク表面温度が、上記基準温度を超えてしまった場合には、後述する「４．その他の工程」、「（１）緊急パージ工程」を行うことにより、密閉容器内に不活性ガスを導入することが好ましい。触媒の酸化等を止めて、触媒の熱凝集を抑制することができるからである。
【００５０】
また、上記基準温度以下であっても、密閉容器内に空気を導入していく際に、燃料電池用触媒インク表面の温度上昇速度が非常に速くなった場合、温度を制御することが困難になり、上記基準温度を超えるおそれがある。これを防止するため、上記温度上昇速度が非常に速い場合、後述する「４．その他の工程」、「（１）緊急パージ工程」を行ってもよい。例えば、上記温度上昇速度が非常に速い３℃／ｓｅｃ以上となった場合には、後述する「４．その他の工程」、「（１）緊急パージ工程」を行うことにより、密閉容器内に不活性ガスを導入して、上記不活性ガスにより、上記温度上昇速度を遅くして、より確実に触媒の酸化等を止めて、触媒の熱凝集を抑制することができる。
【００５１】
本工程に用いられる密閉容器、真空ポンプ、耐熱ガラス、無接点式温度検知器、バルブやこれらをつなぐ管、パイプ、空気ボンベ等については、特に限定されるものではなく、通常の燃料電池用触媒インクの乾燥等に用いられるものと同様のものを用いることができる。
【００５２】
４．その他の工程
（１）緊急パージ工程
本発明においては、上述したように、空気導入工程において、上記インク表面温度が、上記基準温度を超えてしまった場合、また、上記基準温度以下であっても、密閉容器内に空気を導入していく際に、燃料電池用触媒インク表面の温度上昇速度が非常に速い場合等に、緊急パージ工程を行っても良い。このような緊急パージ工程について、以下に説明する。
【００５３】
上記緊急パージ工程とは、密閉容器内に不活性ガスを導入（緊急パージ）して触媒の酸化等を止めて、触媒の熱凝集を抑制する工程である。具体的には、例えば、空気を少しずつ導入して上記空気導入工程を行う際には、上記燃料電池用触媒インクの表面温度等を密閉容器に取り付けられた耐熱ガラスを介して、無接点式温度検知器などにより監視および把握する。上記無接点式温度検知器により検知された、上記燃料電池用触媒インクの表面温度が上記基準温度を超えた場合等には、所望の設定した条件等に応じて、自動的にパソコン等から、密閉容器とガスボンベとの間にある電磁バルブへと信号を送る。上記パソコンからの信号により、電磁バルブが作動して、密閉容器中にガスボンベから不活性ガスを緊急導入することができる。これにより、上記燃料電池用触媒インク表面における上記触媒の酸化等を止めて、触媒の熱凝集を抑制する方法等を挙げることができる。また、上記無接点式温度検知器により検知された、上記燃料電池用触媒インクの表面温度の時間変化から推測される温度上昇速度が非常に速い場合等においても、上述したように、自動的にパソコン等から、密閉容器とガスボンベとの間にある電磁バルブへと信号を送り、電磁バルブを作動させ、密閉容器中にガスボンベから不活性ガスを緊急導入することができる。これにより、上記燃料電池用触媒インク表面における上記触媒の酸化等をより確実に止めて、触媒の熱凝集を抑制する方法等を挙げることができる。
上記基準温度、上記温度上昇速度に応じて、適宜、本工程を行い、不活性ガスを緊急導入して、触媒の酸化等を止めるなどした後、冷却等を行い、再び上述した「３．空気導入工程」を行うことにより、密閉容器内を空気雰囲気とする。これにより、乾燥後の燃料電池用触媒インクの品質の低下を、より確実に抑制することができる。
【００５４】
本工程における上記基準温度、上記温度上昇速度については、上述した「３．空気導入工程」で説明したものと同様のものであるので、ここでの記載は省略する。
【００５５】
本工程に用いられる緊急導入される上記不活性ガスとしては、触媒の酸化等を止めて、触媒の熱凝集を抑制することができるものであれば特に限定されるものではない。通常は、上記「２．冷却工程」で用いられる不活性なガスと同様のものを用いることができる。
【００５６】
本工程に用いられる密閉容器、耐熱ガラス、無接点式温度検知器、パソコン、電磁バルブ、その他バルブやこれらをつなぐ管、パイプ、ガスボンベ等については、特に限定されるものではなく、通常の燃料電池用触媒インクの乾燥等に用いられるものと同様のものを用いることができる。
【００５７】
Ｂ．燃料電池の製造方法
次に、本発明の燃料電池の製造方法について、以下詳細に説明する。本発明の燃料電池の製造方法は、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いることを特徴とするものである。具体的には、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いることにより、燃料電池用触媒インクを乾燥させ、触媒電極層を得る工程を含む燃料電池用触媒電極層形成工程を有することを特徴とするもの（第１態様）と、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いることにより、燃料電池用触媒試料を得る工程を含む燃料電池用触媒試料分析工程を有することを特徴とするもの（第２態様）との２つの態様に分類することができる。以下、各態様に分けて、本発明の燃料電池の製造方法について詳細に説明する。
【００５８】
１．第１態様
本態様の燃料電池の製造方法は、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いることにより、燃料電池用触媒インクを乾燥させ、触媒電極層を得る工程を含む燃料電池用触媒電極層形成工程を有するものである。
【００５９】
本態様によれば、上記触媒電極層および、上記触媒電極層を用いた燃料電池用膜電極複合体（以下、単に膜電極複合体と称する場合がある。）の品質の低下を抑制し、さらに生産性を向上させることができる。このため、高品質で、低コストである燃料電池を得ることができるという利点を有する。
【００６０】
以下、本態様の燃料電池の製造方法について、図を用いて説明する。
図４は本態様の燃料電池の製造方法の流れ（燃料電池作製フロー図）の一例を示したものである。図４に示すように、本態様においては、通常、燃料電池用触媒インク調製工程により燃料電池用触媒インクを得た後、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いることにより、上記燃料電池用触媒インクを乾燥させ、触媒電極層を得る工程を含む燃料電池用触媒電極層形成工程を有し、上記燃料電池用触媒電極層形成工程を経ることにより、触媒電極層、および膜電極複合体を得ることができる。上記膜電極複合体が得られた後、上記膜電極複合体の外側にガス拡散層を設置するガス拡散層設置工程を有し、上記ガス拡散層設置工程の後に、セパレータ設置工程を有する。これらの工程を経ることにより、高品質、低コストである燃料電池を得ることができる。
【００６１】
なお、このような燃料電池としては、例えば図５に示すように、燃料電池２３において、固体電解質膜２４が、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」により得られたカソード側触媒電極層２５とアノード側触媒電極層２６とにより挟持されてなる膜電極複合体２７を形成している。上記膜電極複合体２７のさらに外側にガス拡散層２８、セパレータ２９がこの順で配されている。
このような本態様の燃料電池の製造方法においては、少なくとも上記燃料電池用触媒電極層形成工程を有するものであれば、特に限定されるものではなく、他の工程を有していても良い。
以下、本態様の製造方法の各工程について、詳細に説明する。
【００６２】
（１）燃料電池用触媒電極層形成工程
まず、本態様における燃料電池用触媒電極層形成工程について、説明する。
本態様における上記燃料電池用触媒電極層形成工程とは、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いることにより、燃料電池用触媒インクを乾燥させ、触媒電極層を得る工程を含む工程である。より具体的には、上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いて固体電解質膜上に触媒電極層を作製して、触媒電極層、および上記触媒電極層を用いた膜電極複合体を得ることができる方法であれば、特に限定されるものではなく、通常用いられる方法を用いることができる。
【００６３】
例えば、スプレー塗布等により、上記燃料電池用触媒インクを所定の固体電解質膜のカソード側、アノード側両方に直接塗布した後、上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いて、加熱乾燥、冷却、空気導入等を行い、固体電解質膜のカソード側、アノード側それぞれに、触媒電極層を作製して、膜電極複合体を得る方法（直接塗布方法）などを挙げることができる。
また、スプレー塗布等により、上記燃料電池用触媒インクを所定の基材上に塗布し、上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いて、加熱乾燥、冷却、空気導入等を行って得られた触媒電極層を固体電解質膜のカソード側、アノード側両方に配置してホットプレス等により所定の温度、圧力で熱圧着させ、転写させることにより膜電極複合体を得る方法（基材転写方法）などを挙げることができる。
【００６４】
もしくは、スプレー塗布等により、上記燃料電池用触媒インクを、上記基材の代わりにガス拡散層に塗布し、上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いて、加熱乾燥、冷却、空気導入等を行って得られた触媒電極層を固体電解質膜のカソード側、アノード側両方に配置して密着させて膜電極複合体を得る方法（ガス拡散層塗布方法）などを挙げることができる。ここで、上記基材の代わりにガス拡散層に塗布したものを固体電解質膜に密着させる場合には、触媒電極層とガス拡散層を同時に設置することになり、本工程と同時に、後述する「（２）その他の工程」、「（ｂ）ガス拡散層設置工程」を同時に行うことになる。この場合は、ホットプレス等により所定の温度、圧力で熱圧着しても良いし、しなくても良い。
また、本工程においては、上述した直接塗布方法、基材転写方法、ガス拡散層塗布方法等を用いて、アノード側とカソード側の触媒電極層をそれぞれ異なる方法で形成して、膜電極複合体を得ても良い。
【００６５】
また、本工程においては、上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を少なくとも、カソード側触媒電極層かアノード側触媒電極層のいずれか一方を形成する場合に用いればよいが、特に、いずれにも用いることが好ましい。カソード側触媒電極層、アノード側触媒電極層いずれにおいても触媒電極層の品質の低下を抑制し、生産性を向上させることができ、高品質で低コストである膜電極複合体を得ることができるからである。
本工程において、上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を少なくとも、カソード側触媒電極層かアノード側触媒電極層のいずれか一方を形成する場合に用いる時の、他方の触媒電極層を形成する方法としては、触媒電極層を作製する際に通常用いられる方法を用いることができる。例えば、所定の燃料電池用触媒インクを固体電解質膜に塗布した後、真空乾燥する方法、所定の基材に所定の燃料電池用触媒インクを塗布した後、真空乾燥し、固体電解質膜に加熱プレスして転写する方法、あるいはガス拡散層に所定の燃料電池用触媒インクを塗布し、後述するガス拡散層設置工程と同時に触媒電極層を密着させる方法などが挙げられる。
【００６６】
本工程に用いられる上記燃料電池用触媒インクを形成する例えば、触媒、触媒を担持する導電性材料、電解質樹脂、溶媒等について、上記燃料電池用触媒インクを塗布する方法、上記固体電解質膜、上記基材等について、また、加熱乾燥、冷却、空気導入等については上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」で説明したものと同様のものであるので、ここでの記載は省略する。
【００６７】
（２）その他の工程
本態様は、少なくとも上述した燃料電池用触媒電極層形成工程を有するものであれば、特に限定されるものではないが、通常、以下に示す燃料電池用触媒インク調製工程、ガス拡散層設置工程、セパレータ設置工程を有する。
（ａ）燃料電池用触媒インク調製工程
本工程は、上記燃料電池作製フロー図（図４）に示したように、通常、上記燃料電池用触媒電極層形成工程の前に行う。このような燃料電池用触媒インク調製工程について、以下に説明する。
本態様における燃料電池用触媒インク調製工程とは、上記「１．第１態様」、「（１）燃料電池用触媒電極層形成工程」に用いられる燃料電池用触媒インクを調製して得る工程である。具体的な方法としては、所望の燃料電池用触媒インクを得ることができる方法であれば、特に限定されるものではなく、通常用いられる方法を用いることができる。例えば、触媒が担持された導電性材料、および電解質樹脂等を溶媒に溶解、分散させることにより、燃料電池用触媒インクを得る方法等を上げることができる。
【００６８】
上記、触媒、導電性材料、電解質樹脂、溶媒等については、「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」に記載したものと同様のものであるので、ここでの記載は省略する。
（ｂ）ガス拡散層設置工程
本工程は、上記燃料電池作製フロー図（図４）に示したように、通常、上記燃料電池用触媒電極層形成工程の後、セパレータ設置工程の前に行う。このようなガス拡散層設置工程について、以下に説明する。
本態様におけるガス拡散層設置工程とは、所定のガス拡散層を、上記「１．第１態様」、「（１）燃料電池用触媒電極層形成工程」で得られた膜電極複合体を挟持するように設置する工程である。具体的な方法としては、上記膜電極複合体を挟持するようにガス拡散層を設置することができ、所望の品質の低下を抑制し、生産性に優れた所望の燃料電池を得ることができる方法であれば、特に限定されるものではなく、通常用いられる方法を用いることができる。
【００６９】
上記ガス拡散層としては、ガス拡散層としての役割を有するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、カーボン繊維から成るカーボンクロスやカーボンペーパー等の多孔体が挙げられる。
【００７０】
（ｃ）セパレータ設置工程
本工程は、上記燃料電池作製フロー図（図４）に示したように、通常、上記ガス拡散層設置工程の後に行う。このようなセパレータ設置工程について、以下に説明する。
本態様におけるセパレータ設置工程とは、燃料電池用触媒電極層形成工程、ガス拡散層設置工程を経て作製された膜電極複合体および、それを挟持するガス拡散層の外側にセパレータを設置する工程である。具体的な方法としては、上記ガス拡散層の外側に設置でき、所望の品質の低下を抑制し、生産性に優れた燃料電池を得ることができる方法であれば、特に限定されるものではなく、通常用いられる方法を用いることができる。例えば、ガス拡散層の外側にセパレータを設置し、締め付けボルト等で固定する方法等が挙げられる。
【００７１】
上記セパレータとしては、セパレータとしての役割を有するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ガス拡散層側の面にガス流路が形成されており、反対側の面には、燃料ガスや酸化剤ガスを供給するためのガス供給装置が接続されているものを挙げることができ、さらには冷却水の流路が形成されているものをも含むものである。このようなセパレータを形成する材料としては、カーボンや金属を用いるのが一般的であり、それらを従来のものと同様な厚さに形成して用いることができる。
【００７２】
（３）用途
本態様により得られる燃料電池の用途としては、特に限定されるものではないが、例えば、自動車用の燃料電池等として、用いることができる。
【００７３】
また、本態様においては、後述する「２．第２態様  （１）燃料電池用触媒試料分析工程」に記載されるような燃料電池用触媒試料分析工程を、例えば、上記燃料電池用触媒電極層形成工程と同時に行っても良く、上記燃料電池用触媒試料分析工程にて、燃料電池用触媒試料に何らかの異常があった場合には、本態様の燃料電池用触媒インク調製工程において、異常のない改善させた燃料電池用触媒インクを調製するようにしてもよい。
【００７４】
２．第２態様
本態様の燃料電池の製造方法は、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いることにより、燃料電池用触媒試料を得る工程を含む燃料電池用触媒試料分析工程を有することを特徴とするものである。
【００７５】
本態様によれば、上記燃料電池用触媒試料の正確な分析を短時間で行うことができるという利点を有する。
【００７６】
以下、本態様の燃料電池の製造方法について、図を用いて説明する。
図６は本態様の燃料電池の製造方法の流れ（燃料電池作製フロー図）の一例を示したものである。図６に示すように、本態様においては、通常、燃料電池用触媒インク調製工程により燃料電池用触媒インクを得た後、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いることにより、燃料電池用触媒試料を得る工程を含む燃料電池用触媒試料分析工程を有するものであるので、燃料電池用触媒試料の酸化や熱凝集等による劣化を抑制し、さらに冷却時間を短縮化することが可能となり、燃料電池用触媒試料の正確な分析を短時間で行うことができる。また、上記燃料電池用触媒試料分析工程と並行して行う膜電極複合体作製工程を経ることにより、触媒電極層、膜電極複合体を得ることができる。この後、上記膜電極複合体の外側にガス拡散層を設置するガス拡散層設置工程を有し、上記ガス拡散層設置工程の後に、セパレータ設置工程を経ることにより、燃料電池を得ることができる。
本態様においては、上記工程を有することにより、上記燃料電池用触媒試料分析工程において、正確な分析を短時間で行うことが可能となるので、上記燃料電池用触媒試料に何らかの異常等が発見された場合には、燃料電池用触媒インク調製工程において、すぐに、その異常を改善した燃料電池用触媒インクを得ることができる。このため、燃料電池用触媒インクの不良による不良品等を早期に発見することができ、燃料電池の製造工程における不良品の発生を抑制することができるという利点を有する。
このような本態様の燃料電池の製造方法においては、少なくとも上記燃料電池用触媒試料分析工程を有するものであれば、特に限定されるものではなく、他の工程を有していても良い。
以下、本態様の製造方法の各工程について、詳細に説明する。
【００７７】
（１）燃料電池用触媒試料分析工程
まず、本態様における燃料電池用触媒試料分析工程について、説明する。
本態様における上記燃料電池用触媒試料分析工程とは、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いることにより、分析用の燃料電池用触媒試料を得る工程を含むことを特徴とするものである。例えば、後述する「（２）その他の工程」、「（ｂ）膜電極複合体作製工程」において、所定の燃料電池用触媒インクを固体電解質膜等に塗布したものの一部を切り取る。この切り取ったものを、上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いて乾燥させ、分析用の燃料電池用触媒試料を得る。その後、得られた上記燃料電池用触媒試料を用いることにより、所望の正確な分析を短時間で行うことが可能となる工程である。具体的な方法としては、上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いて、例えば、燃料電池用触媒インクをそのまま乾燥させたもの、固体電解質等に塗布して乾燥させ、触媒電極層、膜電極複合体等としたもの等である燃料電池用触媒試料の分析を行うことができる方法であれば、特に限定されるものではなく、通常用いられる方法を用いることができる。
【００７８】
本工程を経ることにより、酸化や熱凝集等による劣化を抑制した上記燃料電池用触媒試料を短時間で得ることができ、これを用いて分析を行なうことにより、正確な分析を短時間で行うことができる。このため、上述したように本工程において、分析して、燃料電池用触媒インクに何らかの異常等が発見された場合には、燃料電池用触媒インク調製工程において、その異常を改善することなどができる。このため、燃料電池用触媒インクの不良による不良品等を早期に発見することができ、すぐに改善することができるので、燃料電池の製造工程における不良品の発生を抑制することができる。
【００７９】
本発明に用いられる分析方法としては、触媒の径の大きさや、触媒の量、空孔度など、上記燃料電池用触媒試料の特性を分析できる方法であれば特に限定されるものではなく、分析の種類に応じて適宜選択することができる。例えば、上記触媒電極層を分析に用いた場合には、ＣＯガスの吸着量から触媒の熱凝集を分析する方法、窒素（Ｎ２）ガスの吸着量から触媒電極層中の空孔度を分析する方法等を挙げることができる。
【００８０】
本工程に用いられる上記燃料電池用触媒インクを形成する例えば、触媒、触媒を担持する導電性材料、電解質樹脂、溶媒等について、上記燃料電池用触媒インクを塗布する方法、上記固体電解質膜、上記基材等については、また、加熱乾燥、冷却、空気導入等については上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」で説明したものと同様のものであるので、ここでの記載は省略する。
【００８１】
（２）その他の工程
本態様は、少なくとも上述した燃料電池用触媒試料分析工程を有し、燃料電池用触媒インクの不良による不良品等を早期に発見することができ、燃料電池の製造工程における不良品の発生を抑制することができるものであれば、特に限定されるものではないが、通常、以下に示す燃料電池用触媒インク調製工程、膜電極複合体作製工程、ガス拡散層設置工程、セパレータ設置工程を有する。
（ａ）燃料電池用触媒インク調製工程
本工程は、上記燃料電池作製フロー図（図６）に示したように、通常、上記燃料電池用触媒試料分析工程の前に行う。このような燃料電池用触媒インク調製工程について、以下に説明する。
本態様における燃料電池用触媒インク調製工程とは、後述する「（ｂ）膜電極複合体作製工程」に用いられる燃料電池用触媒インクを調製して得る工程である。具体的な方法としては、「１．第１態様」、「（２）その他の工程」、「（ａ）燃料電池用触媒インク調製工程」に記載したものと同様のものであるので、ここでの記載は省略する。
また、上記「２．第２態様」、「（１）燃料電池用触媒試料分析工程」にて、分析された上記燃料電池触媒試料に、所望の性能が得られない等の異常があった場合には、本工程により、上記異常を改善した燃料電池用触媒インクを調製して得ることができる。
【００８２】
上記、触媒、導電性材料、電解質樹脂、溶媒等については、「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」に記載したものと同様のものであるので、ここでの記載は省略する。
（ｂ）膜電極複合体作製工程
本工程は、上記燃料電池作製フロー図（図６）に示したように、通常、上記燃料電池用触媒試料分析工程と並行して行う。このような膜電極複合体作製工程について、以下に説明する。
本発明における膜電極複合体作製工程とは、上記燃料電池用触媒インクを固体電解質膜に塗布等して、触媒電極層を作製することにより、膜電極複合体を得る工程である。具体的な方法としては、所望の触媒電極層、膜電極複合体を得ることができるものであれば特に限定されるものではなく、通常用いられる方法を用いることができる。例えば、まず、電解質樹脂、および触媒が担持された導電性材料等を溶媒に溶解、分散させることにより電極用インクを作製し、固体電解質膜上に塗布し、真空乾燥等させて膜電極複合体を得る方法等を挙げることができる。
【００８３】
本工程に用いられる上記燃料電池用触媒インクを形成する例えば、触媒、触媒を担持する導電性材料、電解質樹脂、溶媒等について、上記燃料電池用触媒インクを塗布する方法、上記固体電解質膜等については、上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」で説明したものと同様のものであるので、ここでの記載は省略する。
【００８４】
（ｃ）ガス拡散層設置工程
本工程は、上記燃料電池作製フロー図（図６）に示したように、通常、上記膜電極複合体作製工程の後、セパレータ設置工程の前に行う。このようなガス拡散層設置工程については、上述した「Ｂ．燃料電池の製造方法」、「１．第１態様」、「（２）その他の工程」、「（ｂ）ガス拡散層設置工程」で説明したものと同様のものであるので、ここでの記載は省略する。
【００８５】
（ｄ）セパレータ設置工程
本工程は、上記燃料電池作製フロー図（図６）に示したように、通常、上記ガス拡散層設置工程の後に行う。このようなセパレータ設置工程については、上述した「Ｂ．燃料電池の製造方法」、「１．第１態様」、「（２）その他の工程」、「（ｃ）セパレータ設置工程」で説明したものと同様のものであるので、ここでの記載は省略する。
【００８６】
（３）用途
本態様により得られる燃料電池の用途としては、特に限定されるものではないが、例えば、自動車用の燃料電池等として、用いることができる。
【００８７】
Ｃ．燃料電池の分析方法
次に、本発明の燃料電池の分析方法について、以下詳細に説明する。本発明の燃料電池の分析方法は、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いることを特徴とするものである。具体的には、「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」によって乾燥させた、燃料電池用触媒試料を用いて、所望の分析をする方法等が挙げられる。
【００８８】
本発明によれば、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いることにより、上記燃料電池用触媒試料の正確な分析等を短時間で行うことができるという利点を有する。
【００８９】
以下、本発明の燃料電池の分析方法について、詳細に説明する。
本発明においては、通常、上記「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いて燃料電池用触媒インクを乾燥させて、燃料電池用触媒試料を得る乾燥工程を有し、上記乾燥工程によって得られた燃料電池用触媒試料を分析する分析工程を有する。上記工程を経ることにより、上記燃料電池用触媒試料、例えば、燃料電池用触媒インクをそのまま乾燥させたもの、触媒電極層としたもの、膜電極複合体としたもの等の正確な分析を、より短時間で行うことができる。
このような本発明の燃料電池の分析方法においては、少なくとも上記乾燥工程、上記分析工程を有するものであれば、特に限定されるものではなく、他の工程を有していても良い。
以下、本発明の燃料電池の分析方法の各工程について、詳細に説明する。
【００９０】
１．乾燥工程
まず、乾燥工程について、以下に説明する。
本発明における上記乾燥工程とは、上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いて燃料電池用触媒インクを乾燥させて、燃料電池用触媒試料を得る工程である。上記燃料電池用触媒試料としては、例えば、燃料電池用触媒インクをそのまま乾燥させたもの、固体電解質膜や基材等に塗布して乾燥させ、触媒電極層、膜電極複合体等としたものを挙げることができる。
燃料電池用触媒インクを塗布等せずに、そのまま乾燥させて、燃料電池用触媒試料を得る場合の具体的な方法としては、例えば、所定の容器に入れた上記燃料電池用触媒インクを図２中の密閉容器２内に設置して、上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」により乾燥する方法等が挙げられる。
また、上記燃料電池用触媒インクを固体電解質膜や所定の基材等に塗布して、触媒電極層等として乾燥させて、燃料電池用触媒試料を得る場合の具体的な方法としては、上述した「Ｂ．燃料電池の製造方法」、「１．第１態様」、「（１）燃料電池用触媒電極層形成工程」で説明したものと同様のものであるので、ここでの記載は省略する。
【００９１】
本工程に用いられる上記燃料電池用触媒インクを形成する例えば、触媒、触媒を担持する導電性材料、電解質樹脂、溶媒等について、上記燃料電池用触媒インクを塗布する方法、上記固体電解質膜、上記基材等について、また、加熱乾燥、冷却、空気導入等については上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」で説明したものと同様のものであるので、ここでの記載は省略する。
【００９２】
また、上述した「Ａ．燃料電池用触媒インクの乾燥方法」を用いて、スプレー塗布等により、上記燃料電池用触媒インクを所定の基材上に塗布し、加熱乾燥、冷却、空気導入等を行って得られた触媒電極層を固体電解質膜に配置してホットプレス等により所定の温度、圧力で熱圧着させて転写させる条件については、上述した「Ｂ．燃料電池の製造方法」、「１．第１態様」、「（１）燃料電池用触媒電極層形成工程」で説明したものと同様のものであるので、ここでの記載は省略する。
【００９３】
２．分析工程
次に、本発明における分析工程について、以下に説明する。本工程は、通常、上述した乾燥工程の後に行う。このような分析工程について、以下に説明する。
本発明における分析工程とは、上述した乾燥工程にて、燃料電池用触媒インクを乾燥させて得られた、品質の低下を抑制し、生産性に優れた、上記燃料電池用触媒試料を用いて、所望の分析を行う工程である。より具体的には、上記乾燥工程が終了した後、得られた触媒電極層等を密閉容器内から取り出して、所望の分析方法により、分析する方法等を挙げることができる。
【００９４】
本工程に用いられる分析試料としては、所望の分析をすることができるものであれば特に限定されるものではない。具体的には、上述したような上記燃料電池用触媒試料、例えば、燃料電池用触媒インクを固体電解質膜等に塗布等せずにそのまま乾燥させたもの、固体電解質膜等に塗布して乾燥させ、触媒電極層、膜電極複合体等としたもの等を挙げることができる。
【００９５】
上記分析方法としては、所望の分析ができる方法であればよく、特に限定されるものではなく、所望の分析等に応じて適宜選択することができる。例えば、上記触媒電極層を用いて、ＣＯガスの吸着量を測定し、上記ＣＯガス吸着量から触媒の熱凝集を分析する方法や、窒素（Ｎ２）ガスの吸着量を測定し、上記窒素（Ｎ２）ガスの吸着量から触媒電極層中の空孔度を分析する方法等を挙げることができる。
【００９６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００９７】
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
【００９８】
[実施例]
（燃料電池用触媒インク乾燥）
電解質材料Ｎａｆｉｏｎ（ＤｕＰｏｎｔ社製）、および触媒Ｐｔが担時された導電性材料カーボンを溶媒（エタノール）に溶解、分散させることにより燃料電池用触媒インクを作製した。上記燃料電池用触媒インクを真空乾燥機の室内を真空にした状態で、８０℃で９時間真空乾燥を行った。乾燥後、真空乾燥機室内へ窒素（Ｎ２）ガスを導入して、真空乾燥室内を循環させて冷却し、約４時間で大気温度（２５℃）にした。次に、真空乾燥機室内を、真空ポンプを用いて真空にした。真空となった乾燥機室内に空気を少しずつ導入し、燃料電池用触媒インク表面をゆっくりと空気となじませて、酸化と熱凝集を抑えた。空気を導入する際には、燃料電池用触媒インク表面温度を非接点型温度検知器で、把握し監視して、燃料電池用触媒インク表面温度が３５℃以上とならないように空気を少量ずつ導入した。３５℃を超えた場合には、自動で窒素ガスを真空乾燥機室内に導入させて、酸化を止めて、再度冷却した後、真空乾燥室内を真空として、空気を導入した。このようにして、真空乾燥機室内に空気を満充填させた後、真空乾燥機のふたを開けて、乾燥させた燃料電池用触媒インクを取り出した。
[比較例]
（燃料電池用触媒インク乾燥）
電解質材料Ｎａｆｉｏｎ（ＤｕＰｏｎｔ社製）、および触媒Ｐｔが担時された導電性材料カーボンを溶媒（エタノール）に溶解、分散させることにより燃料電池用触媒インクを作製した。上記燃料電池用触媒インクを真空乾燥機の室内を真空にした状態で、８０℃で９時間真空乾燥を行った。乾燥後、真空乾燥機室内を乾燥温度（真空乾燥を行った温度）（８０℃）から大気温度（２５℃）になるまで、約１４時間待った。次に、真空乾燥機室内に窒素（Ｎ２）ガスを導入して、大気圧した後、真空乾燥機の扉を開け、真空乾燥機室内に空気を導入した。
[評価]
本発明の実施例では、大気温度に冷却するまでの時間はおよそ４時間であった。一方、比較例においては、大気温度に冷却するまでの時間はおよそ１４時間であり、実施例は、比較例と比較して、大気温度に冷却するまでの時間を大幅に短縮することができた。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の燃料電池用触媒インクの乾燥方法の一例を示す乾燥フロー図である。
【図２】本発明の乾燥方法を行う装置システム全体の一例を示す模式図である。
【図３】乾燥温度とＰｔ粒子の粒子径との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の燃料電池の製造方法の一例を示す作製フロー図である。
【図５】本発明の燃料電池の構成の一例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の燃料電池の製造方法の一例を示す作製フロー図である。
【符号の説明】
【０１００】
１  …  燃料電池用触媒インク
２  …  密閉容器
３  …  冷却装置
４  …  開閉バルブ
５  …  手動３方切換え弁
６  …  ガスボンベ
７  …  開閉バルブ
８  …  開閉バルブ
９  …  冷却水ポンプ
１０  …  冷却水の循環方向を表す矢印
１１  …  凝縮機
１２  …  ガスポンプ
１３  …  冷却された不活性ガスの循環方向を表す矢印
１４  …  真空ポンプ
１５  …  開閉バルブ
１６  …  流量調整バルブ
１７  …  エアー（空気）ボンベ
１８  …  耐熱ガラス
１９  …  無接点式温度検知器
２０  …  パソコン
２１  …  電磁バルブ
２２  …  管
２３  …  燃料電池
２４  …  固体電解質膜
２５  …  カソード側触媒電極層
２６  …  アノード側触媒電極層
２７  …  膜電極複合体
２８  …  ガス拡散層
２９  …  セパレータ
【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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