(57)【要約】【課題】膜電極接合体が保管されているとき、膜の膨張および／または収縮が発生することが抑制され、膜電極接合体の信頼性を更に向上させることができる膜電極接合体の保管方法を提供する。【解決手段】膜２と膜２の厚み方向の両側に配置されたカソード電極層３およびアノード電極層４とを備える膜電極接合体１と、前記膜電極接合体１の厚み方向に沿う荷重を膜電極接合体１にかけるための荷重付与要素６とを用意する。膜電極接合体１の厚み方向に沿う荷重を荷重付与要素６により膜電極接合体１にかけ、その状態で、膜電極接合体１を保管する。【選択図】図１
2008287973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜と前記膜の厚み方向の両側に前記膜を挟むように配置されたカソード電極層およびアノード電極層とを備える膜電極接合体と、前記膜電極接合体の厚み方向に沿う荷重を膜電極接合体にかけるための荷重付与要素とを用意する工程と、
前記膜電極接合体の厚み方向に沿う荷重を前記荷重付与要素により前記膜電極接合体にかけ、その状態で、前記膜電極接合体を保管する保管工程とを順に実施することを特徴とする膜電極接合体の保管方法。
【請求項２】
請求項１において、前記保管工程では、複数の前記膜電極接合体を厚み方向に積層した状態で、前記膜電極接合体の厚み方向に沿う荷重を前記荷重付与要素により複数の前記膜電極接合体にかけ、その状態で、複数の前記膜電極接合体を保管することを特徴とする膜電極接合体の保管方法。
【請求項３】
請求項２において、前記保管工程では、厚み方向に隣設する前記膜電極接合体の間には保護シートが配置されていることを特徴とする膜電極接合体の保管方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記準備工程では、前記膜電極接合体の前記膜は、前記カソード電極層および前記アノード電極層よりも外方に延設された外縁延設部を有しており、
前記保管工程では、前記膜の前記外縁延設部を被覆するための被覆部を用い、前記被覆部で前記膜の前記外縁延設部を被覆しつつ、荷重を前記荷重付与要素により前記膜電極接合体にかけることを特徴とする膜電極接合体の保管方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に用いられる膜電極接合体の保管方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に用いられる膜電極接合体を保管する方法として、膜電極接合体に保護膜を付着し、酸素、水分および不純物の透過を防止した密閉容器で保護膜を覆うように膜電極接合体を包装し、更に、燃料ガスを含む不活性ガスを密閉容器に封入し、容器内部の水分量の変動を抑制する保管装置および保管方法が開示されている（特許文献１）。
【０００３】
また膜電極接合体の製造方法として、金属プレス板、弾性ゴム、離型剤シート、電極、イオン交換膜、電極、離型剤シート、弾性ゴム、金属プレス板を厚み方向に順に積層して積層体を形成し、その積層体を１２０〜２００℃にてホットプレスし、その後、積層体を冷却し、膜電極接合体の温度が１００℃以下となった後、金属プレス板／弾性ゴム／離型剤シートからなる構成材を積層体の厚み方向の両側から剥離させることにより膜電極接合体を製造する製造方法が開示されている（特許文献２）。特許文献２に係る技術は、膜電極接合体を製造する製造方法であり、膜電極接合体を保管する保管方法ではない。
【特許文献１】特開２００６−６６１４０号公報
【特許文献２】特開２００３−３６８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上記した技術によれば、膜電極接合体が保管されているとき、周囲の環境（例えば湿度や水分量）の影響により、空気中の湿分を膜が吸収したり、膜が乾燥したりすることがある。このため、膜電極接合体が保管されているとき、膜の膨張が発生したり、膜の収縮が発生したりするおそれがある。この場合、膜とカソード電極層との界面にはがれが発生したり、あるいは、膜とアノード電極層との界面にはがれが発生したりするおそれがある。この場合、膜電極接合体の信頼性を向上させるためには、限界がある。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、膜電極接合体が保管されているとき、膜の膨張および／または収縮が発生することが抑制され、膜電極接合体の信頼性を更に向上させることができる膜電極接合体の保管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】
【０００６】
（１）様相１に係る膜電極接合体の保管方法は、（ｉ）膜と膜の厚み方向の両側に膜を挟むように配置されたカソード電極層およびアノード電極層とを備える膜電極接合体と、膜電極接合体の厚み方向に沿う荷重を膜電極接合体にかけるための荷重付与要素とを用意する工程と、（ｉｉ）膜電極接合体の厚み方向に沿う荷重を荷重付与要素により膜電極接合体にかけ、その状態で、膜電極接合体を保管する保管工程とを順に実施することを特徴とする。
【０００７】
膜電極接合体が保管されているとき、膜電極接合体の厚み方向に沿う荷重が荷重付与要素により膜電極接合体にかけられている。従って、膜電極接合体を構成する膜とカソード電極層とが荷重により密着している。同様に、膜電極接合体を構成する膜とアノード電極層とが荷重により密着している。このため、周囲の環境（例えば湿度や水分量）の影響により膜が吸湿したり、乾燥したりしても、膜が膨張したり収縮したりすることが抑制される。この結果、膜とカソード電極層との界面に剥がれが発生したり、あるいは、膜とアノード電極層との界面に剥がれが発生したりするおそれが低減または回避される。
【０００８】
膜はイオン伝導性（プロトン伝導性）をもつものであれば良く、炭化フッ素樹脂系でも良いし、炭化水素樹脂系でも良く、無機系でも良い。カソード電極層は、触媒および導電物質を含む層であれば良く、ガス透過性をもつガス拡散層が膜と反対側に積層されていても良いし、いなくても良い。アノード電極層は、触媒および導電物質を含む層であれば良く、ガス透過性をもつガス拡散層が膜と反対側に積層されていても良いし、いなくても良い。
【０００９】
（２）様相２に係る膜電極接合体の保管方法によれば、上記様相において、保管工程では、複数の膜電極接合体を厚み方向に積層した状態で、膜電極接合体の厚み方向に沿う荷重を荷重付与要素により複数の膜電極接合体にかけ、その状態で、複数の膜電極接合体を保管することを特徴とする。本様相によれば、膜電極接合体が保管されているとき、膜電極接合体の厚み方向に沿う荷重が荷重付与要素により膜電極接合体にかけられている。従って、膜電極接合体を構成する膜とカソード電極層とが荷重により密着している。同様に、膜電極接合体を構成する膜とアノード電極層とが荷重により密着している。このため、周囲の環境（例えば湿度や水分量）の影響により、膜が吸湿したり乾燥したりしたとしても、膜電極接合体の膨張および収縮が抑制される。よって膜とカソード電極層との界面に剥がれが発生したり、あるいは、膜とアノード電極層との界面に剥がれが発生したりするおそれが低減または回避される。
【００１０】
（３）様相３に係る膜電極接合体の保管方法によれば、上記様相において、保管工程では、厚み方向に隣設する膜電極接合体の間には保護シートが配置されていることを特徴とする。本様相によれば、保護シートによりカソード電極層およびアノード電極層が保護される。
【００１１】
（４）様相４に係る膜電極接合体の保管方法によれば、上記様相において、準備工程では、膜電極接合体の膜は、カソード電極層およびアノード電極層よりも外方に延設された外縁延設部を有しており、保管工程では、膜の外縁延設部を被覆するための被覆部を用い、被覆部で膜の外縁延設部を被覆しつつ、荷重を荷重付与要素により膜電極接合体にかけることを特徴とする。
【００１２】
本様相によれば、膜電極接合体が保管されているとき、膜電極接合体の厚み方向に沿う荷重が荷重付与要素により膜電極接合体にかけられている。従って、膜電極接合体を構成する膜とカソード電極層とが荷重により密着している。同様に、膜電極接合体を構成する膜とアノード電極層とが荷重により密着している。このため、膜が吸湿したり乾燥したりしても、膜とカソード電極層との界面に剥がれが発生したり、あるいは、膜とアノード電極層との界面に剥がれが発生したりするおそれが低減または回避される。更に被覆部によって膜の外縁延設部が被覆されているため、外縁延設部における吸湿または乾燥が抑制される。上記様相４において、被覆部を介して膜の外縁延設部にこれの厚み方向に荷重をかけることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、膜電極接合体が保管されているとき、膜電極接合体の厚み方向に沿う荷重が荷重付与要素により膜電極接合体にかけられている。従って、膜電極接合体が保管されているとき、膜電極接合体を構成する膜とカソード電極層とが荷重により密着している。膜電極接合体を構成する膜とアノード電極層とが荷重により密着している。このため、膜が膨張したり収縮したりすることが抑制される。この結果、膜とカソード電極層との界面にはがれが発生したり、あるいは、膜とアノード電極層との界面にはがれが発生したりするおそれが低減または回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施形態１）
図１は実施形態１を示す。本実施形態によれば、図１に示すように、膜電極接合体１は、膜２と、膜２の厚み方向の両側に配置されたカソード電極層３およびアノード電極層４とを備える。カソード電極層３は、膜２のうちカソード側の片面に被覆されたカソード触媒層３１と、このカソード触媒層３１に被覆されたカソードガス拡散層３５とを備える。アノード電極層４は、膜２のうちアノード側の片面に被覆されたアノード触媒層４１と、このアノード触媒層４１に被覆されたアノードガス拡散層４５とを備える。
【００１５】
上記したカソード触媒層３１は、触媒ペーストをガス拡散層３５に塗布して形成したり、あるいは、膜２に塗布して形成されている。触媒ペーストは、触媒を担持した触媒担持カーボンと電解質成分とを主要成分として含む。ここで、主要成分とは、触媒ペーストを１００質量％とするとき、触媒担持カーボンと電解質成分とが３０質量％以上であることを意味する。上記したアノード触媒層４１も、同様に、触媒ペーストをガス拡散層４５に塗布したり、あるいは、膜２に塗布したりして形成されている。
【００１６】
カソードガス拡散層３５は、カーボン繊維（導電繊維）をもつカーボンペーパー（導電ペーパ）またはカーボンクロス（導電クロス）等のように、カーボン繊維（導電繊維）を集積させた集積体（導電集積体）で形成されている。アノードガス拡散層４５も同様である。
【００１７】
荷重付与要素６（ウエイト）は、膜電極接合体１の厚み方向に沿う荷重Ｆを膜電極接合体１にかけるためのものであり、平盤状をなす。荷重付与要素６（ウエイト）は炭素鋼や合金鋼（ステンレス鋼等）で形成された金属、アルミナ等のセラミックス等で形成されており、水平面状に沿った平坦状をなす底面６ｃと、平坦な上面６ｕとをもつ。上面６ｕは水平方向に沿った平坦状をなすため、上面６ｕに荷重付与要素６を積層させることもできる。なお、荷重付与要素６の上面６ｕに別の膜電極接合体１を積層し、別の膜電極接合体１の上に別の荷重付与要素６を積層させることもできる。
【００１８】
荷重付与要素６（ウエイト）の投影形状は、膜電極接合体１のガス拡散層３５，４５の投影形状よりも大きく、カソード電極層３，アノード電極層４の投影形状よりも大きい。膜２の表面２ａ，２ｃの全域またはほぼ全域に荷重Ｆ（面圧）をかけるためである。従って荷重付与要素６の投影面積は、膜電極接合体１のガス拡散層３５，４５の投影面積よりも大きく、カソード電極層３，アノード電極層４の投影形状よりも大きい。投影は、膜電極接合体１の接合面垂直方向からの投影を意味する。荷重付与要素６による荷重としては、膜電極接合体１の材質、種類によって異なるものの、０．３〜１００ＭＰａ（電極層の投影単位面積当たりの圧力換算）が例示される。このうち０．５〜５０ＭＰａ、０．５〜１０ＭＰａが好ましい。但しこれに限定されるものではない。
【００１９】
なお、膜電極接合体２、カソード電極層３、アノード電極層４を加圧工程（ホットプレス工程）により接合して膜電極接合体１を製造する場合には、荷重付与要素６により膜電極接合体１にかかる荷重Ｆは、加圧工程（ホットプレス工程）において膜電極接合体１にかかる荷重ＦＰよりも小さい方が好ましい（Ｆ＜ＦＰ）。膜電極接合体２、カソード電極層３、アノード電極層４ができるだけ損傷しないようにするためである。更に本実施形態によれば、荷重付与要素６による荷重をかける雰囲気温度としては、特に限定されないが、氷点下から＋５０℃程度が例示される。なお、樹脂を基材とする膜２のＴｇ温度よりも低い方が好ましい。
【００２０】
本実施形態によれば、保管工程では、図１に示すように、大気雰囲気等の所定の雰囲気において、膜電極接合体１を基台１００の平坦な載置面１０１に載せ、その状態で、膜電極接合体１の上側に荷重付与要素６（ウエイト）を載せる。これにより膜電極接合体１の厚み方向に沿う荷重Ｆを、荷重付与要素６（ウエイト）により膜電極接合体１にかける。その状態で、膜電極接合体１を大気雰囲気等の所定の雰囲気において所定時間保管する。保管時において、上記した荷重付与要素６（ウエイト）は、厚みｔがほぼ均一な平盤状をなすため、膜電極接合体１の膜２に均一に荷重をかけ易い。雰囲気としては大気雰囲気等の所定の雰囲気に限らず、場合によっては、加湿雰囲気でも、乾燥雰囲気としても良い。
【００２１】
上記のように荷重付与要素６（ウエイト）を膜電極接合体１に載せつつ膜電極接合体１が保管されているとき、周囲の環境の影響により、膜電極接合体１を構成する膜２が吸湿したり、乾燥したりして、膜２がこれの長さ方向に沿って膨張したり収縮したりすると、膜電極接合体１の膜２とカソード電極層３との界面に剥がれが発生したり、あるいは、膜電極接合体１の膜２とアノード電極層４との界面に剥がれが発生したりするおそれがある。
【００２２】
この点について本実施形態によれば、膜電極接合体１を保管するとき、膜電極接合体１の厚み方向に沿う荷重Ｆを荷重付与要素６（ウエイト）により膜電極接合体１にかける。その状態で、膜電極接合体１を所定時間保管する。この結果、保管中において、仮に膜２が吸湿したり、乾燥したりしたとしても、膜２がこれの長さ方向に沿って膨張したり収縮したりすることが抑制される。従って、上記した膨張または収縮に起因する剥がれは低減または回避される。
【００２３】
更に、本実施形態によれば、膜電極接合体１を構成する膜２におけるしわの生成が積極的に抑制され、膜電極接合体１の信頼性を更に向上させることができる。なお、図１においては、カソード電極層３が上側でアノード電極層４が下側に位置するように膜電極接合体１が配置されているが、これに限らず、カソード電極層３が下側でアノード電極層４が上側に位置するように膜電極接合体１が配置されていても良い。
【００２４】
（実施形態２）
図２は実施形態２を示す。実施形態２は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図２に示すように、膜電極接合体１を構成する膜２は、カソード電極層３の外縁３ａおよびアノード電極層４の外縁４ａよりも外方（矢印Ｋ方向）に延設された外縁延設部２５を有する。保管工程では、膜２の外縁延設部２５を被覆するための被覆部６５を用いる。被覆部６５は荷重付与要素６Ｂ（ウエイト）とは別体として形成されており、荷重付与要素６Ｂ（ウエイト）から離脱可能とされている。断面（図２）において、荷重付与要素６Ｂ（ウエイト）の長さＬ１は、被覆部６５の外壁６５ｃ間の距離Ｌ２と同一とされている。但し、これに限定されるものではない。
【００２５】
そして本実施形態によれば、膜電極接合体１を構成する膜２の外縁延設部２５を被覆部６５で被覆しつつ、荷重を荷重付与要素６Ｂ（ウエイト）により膜電極接合体１にかけると共に、荷重を被覆部６５を介して膜２の外縁延設部２５にかける。このように膜電極接合体１の厚み方向に沿う荷重Ｆを、荷重付与要素６Ｂ（ウエイト）により膜電極接合体１にかける。その状態で、膜電極接合体１を大気雰囲気等の所定の雰囲気において所定時間保管する。保管中において、実施形態１と同様に、膜電極接合体１を構成する膜２が吸湿または乾燥したりしても、膜２がこれの長さ方向において膨張したり、膜２が収縮したりすることが抑制される。この結果、実施形態１と同様に、上記した剥がれは低減または回避され、膜電極接合体１の信頼性を高めることができる。
【００２６】
この場合、図２から理解できるように、膜２の外縁延設部２５にも被覆部６５を介して膜２の厚み方向に荷重Ｆがかかる。更に、膜電極接合体１の外縁延設部２５が被覆部６５で被覆されている。このため、膜２の外縁延設部２５の露出面積が低減され、外縁延設部２５が空気中の湿度を過剰に吸収したり、過剰に乾燥したりすることが抑制される。この結果、膜電極接合体１の外縁延設部２５におけるしわの生成が一層抑制される。従って、膜電極接合体１にセパレータを組み付けて燃料電池を形成するとき、膜２の外縁延設部２５とセパレータとの間におけるシール信頼性が向上し、反応流体（反応ガス）の漏れが抑制される。
【００２７】
本実施形態によれば、被覆部６５の材質は限定されない。被覆部６５は、多孔質体または軟質材（例えばゴムまたは軟質樹脂）等のように弾性変形可能な材料で形成されていても良いし、剛性が高い金属、セラミックス等で形成されていても良い。なお、図２から理解できるように、アノードガス拡散層４５側の被覆部６５の厚みｔ２は、アノードガス拡散層４５の厚みｔａと等しくすることができる。カソードガス拡散層３５側の被覆部６５の厚みｔ３は、カノードガス拡散層の厚みｔｃと等しくすることができる。
【００２８】
図２に示すように、膜２の外縁延設部２５の下方に被覆部６５が配置されている。このため外縁延設部２５が重力で垂下することが抑制され、保管期間が長期化したとしても、外縁延設部２５を良好に維持できる。なお、荷重付与要素６の荷重が被覆部６５を介して膜２の外縁延設部２５にかかる形態とされているが、被覆部６５は膜２の外縁延設部２５を覆うものの、荷重が被覆部６５を介して膜２の外縁延設部２５にかからない形態としても良い。
【００２９】
（実施形態３）
図３は実施形態３を示す。実施形態３は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図３に示すように、膜電極接合体１と、荷重付与要素６Ｃ（プレス装置）とを用意する。荷重付与要素６Ｃ（プレス装置）は、膜電極接合体１の厚み方向に沿う荷重Ｆを膜電極接合体１にかけるためのものであり、メカニカルプレスでも良いし、空気圧プレスでも良いし、油圧プレスでも良い。荷重付与要素６Ｃは、平滑な底面６７ｃをもつ荷重作用部６７を有する。荷重作用部６７は、炭素鋼や合金鋼（ステンレス鋼等）で形成された金属、アルミナ等のセラミックス等で形成されている。
【００３０】
荷重作用部６７の投影形状は、膜電極接合体１のカソード電極層３およびアノード電極層４の投影形状よりも大きい。従って、荷重作用部６７の投影面積は、膜電極接合体１のカソード電極層３およびアノード電極層４の投影面積よりも大きい。荷重付与要素６Ｃによる荷重としては膜電極接合体１の材質、種類によって異なるものの、０．３〜１００ＭＰａ（電極層の投影単位面積当たりの圧力換算）が例示される。このうち０．５〜５０ＭＰａ、０．５〜１０ＭＰａが好ましいが、特に限定されない。
【００３１】
なお、膜電極接合体１を加圧工程（ホットプレス工程）により接合する場合には、実施形態１と同様に、プレス装置により膜電極接合体１にかかる荷重Ｆ（面圧）は、加圧工程（ホットプレス工程）において膜電極接合体１にかかる荷重（面圧）よりも小さい方が好ましい。保管工程では、膜電極接合体１の上面側を荷重付与要素６Ｃにより加圧し、膜電極接合体１の厚み方向に沿う荷重Ｆを膜電極接合体１にかける。その状態で、膜電極接合体１を所定時間保管する。
【００３２】
このように膜電極接合体１が大気雰囲気において保管されているとき、実施形態１と同様に、膜電極接合体１の膜２とカソード電極層３との界面に剥がれが発生したり、あるいは、膜電極接合体１の膜２とアノード電極層４との界面に剥がれが発生したりするおそれが低減または回避される。なお、本実施形態においても、被覆部６５を用い、膜電極接合体１の外縁延設部２５を被覆部６５で被覆することができる。
【００３３】
（実施形態４）
図４は実施形態４を示す。実施形態４は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図４に示すように、膜電極接合体１を構成する膜２は、カソード電極層３の外縁３ａおよびアノード電極層４の外縁４ａよりも外方（矢印Ｋ方向）に延設された外縁延設部２５を有する。荷重付与要素６（ウエイト）の長さＬ１は、基本的には、カソード電極層３およびアノード電極層４の長さＬ３と同一とされている。従って荷重付与要素６（ウエイト）の投影形状（投影面積）は、基本的には、カソード電極層３およびアノード電極層４の投影形状（投影面積）と同一とされており、且つ、膜２の投影形状（投影面積）よりも小さくされている。この場合、荷重付与要素６Ｂ（ウエイト）による荷重Ｆをカソード電極層３およびアノード電極層４に均一に作用させるのに有利である。
【００３４】
（実施形態５）
図５は実施形態５を示す。実施形態５は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図５に示すように、荷重付与要素６Ｋは、注入孔６０１をもつ枠体６００と、枠体６００の貯留室６０２の底面を覆う可撓性をもつ弾性膜６０３と、貯留室６０２に貯留された液体６０４とをもつ。液体６０４の貯留により荷重が調整される。弾性膜６０３は可撓性をもつため、膜電極接合体１の表面に微小な凹凸が存在していたとしても、弾性膜６０３の密着性が確保される。荷重付与要素６Ｋによる荷重Ｆをカソード電極層３およびアノード電極層４に均一に作用させるのに有利である。弾性膜６０３の最表面は非粘着性を有することが好ましい。
【００３５】
（実施形態６）
図６は実施形態６を示す。実施形態６は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図６に示すように、保管工程では、複数の膜電極接合体１を厚み方向に積層する。積層枚数としては適宜選択できるが、２〜４００枚、３〜２００枚程度が例示される。ただし、これらに限定されるものではない。このように複数の膜電極接合体１が厚み方向（高さＨ方向）に沿って積層されている状態で、最も上に配置されている膜電極接合体１の上側に荷重付与要素６Ｄ（ウエイト、プレス装置の荷重作用部６７）を載せる。これにより膜電極接合体１の厚み方向に沿う荷重Ｆを複数の膜電極接合体１にかける。その状態で、複数の膜電極接合体１を大気雰囲気等の所定の雰囲気において所定時間保管する
更に、図６に示すように、高さＨ方向に沿って積層されている互いに隣設する各膜電極接合体１の間には、保護シート７が配置されている。故に、保護シート７の一方の片面７ａは、一方の膜電極接合体１のカソード電極層３に対面接触し、保護シート７の他方の片面７ｃは、他方の膜電極接合体１のアノード電極層４に対面接触する。ここで、保護シート７は非粘着性を有しており、樹脂（例えばＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂、ポリプロピレン）、または、平滑面を有するアルミ等の金属シートで形成できる。複数の膜電極接合体１が厚み方向に積層されたとしても、保護シート７が用いられているため、隣設する膜電極接合体１同士の固着が良好に回避または抑制される。これにより膜電極接合体１のカソード電極層３およびアノード電極層４が保護される。なお、最も上に配置されている膜電極接合体１の上側に荷重付与要素６Ｄ（ウエイト、プレス装置の荷重作用部６７）を載せるため、最も上側の膜電極接合体１の膜２に作用する荷重と、最も下側の膜電極接合体１の膜２に作用する荷重との差が過大になることが抑制されている。
【００３６】
（実施形態７）
図７は実施形態７を示す。実施形態７は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図７に示すように、膜電極接合体１Ｘは、膜２と、膜２の厚み方向の両側に配置されたカソード電極層３およびアノード電極層４とを備える。膜電極接合体１Ｘを保管する時点においては、カソード電極層３は、膜２のうちカソード側の片面に被覆されたカソード触媒層３１を備えているものの、カソードガス拡散層３５を備えていない。アノード電極層４は、膜２のうちアノード側の片面に被覆されたアノード触媒層４１を備えているものの、アノードガス拡散層４５を備えていない。このように膜電極接合体１Ｘはガス拡散層が積層される前のものである。
【００３７】
本実施形態においても、保管工程では、膜電極接合体１Ｘの上側に荷重付与要素６Ｅ（ウエイト）を載せ、膜電極接合体１Ｘの厚み方向に沿う荷重Ｆを荷重付与要素６Ｅ（ウエイト）により膜電極接合体１Ｘにかける。その状態で、膜電極接合体１Ｘを大気雰囲気等の所定の雰囲気において所定時間保管する。
【００３８】
ここで、本実施例に係る荷重付与要素６Ｅ（ウエイト）は、厚みｔがほぼ均一な平盤状をなすため、膜電極接合体１Ｘ間の膜２に均一に荷重をかけ易い。このように荷重付与要素６Ｅ（ウエイト）を膜電極接合体１Ｘに載せつつ膜電極接合体１Ｘが保管されているとき、膜電極接合体１Ｘを構成する膜２が膜２の長さ方向に沿って膨張したり、膜２が収縮したりすると、膜電極接合体１Ｘの膜２とカソード電極層３との界面に剥がれが発生したり、あるいは、膜電極接合体１Ｘの膜２とアノード電極層４との界面に剥がれが発生したりするおそれがある。
【００３９】
この点について本実施形態によれば、膜電極接合体１Ｘの厚み方向に沿う荷重Ｆを荷重付与要素６Ｅ（ウエイト）により膜電極接合体１Ｘにかける。その状態で、膜電極接合体１Ｘを所定時間保管する。前記した実施形態と同様に、上記した剥がれは低減または回避される。更に本実施形態によれば、荷重付与要素６Ｅ（ウエイト）を膜電極接合体１Ｘに載せつつ膜電極接合体１Ｘが保管されているため、膜電極接合体１Ｘを構成する膜２におけるしわの生成が積極的に抑制され、膜電極接合体１Ｘの信頼性を向上させることができる。
【００４０】
（実施形態８）
図８は実施形態８を示す。実施形態２は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図８に示すように、膜電極接合体１Ｘを保管する時点においては、カソード電極層３はカソード触媒層３１を備えているものの、カソードガス拡散層を備えていない。アノード電極層４はアノード触媒層４１を備えているものの、アノードガス拡散層を備えていない。
【００４１】
図８に示すように、膜２は外縁延設部２５を有する。外縁延設部２５は、カソード電極層３の外縁３ａおよびアノード電極層４の外縁４ａよりも外方（矢印Ｋ方向）に延設されている。断面（図８）において、荷重付与要素６Ｆ（ウエイト）の長さＬ１は、被覆部６５の外壁６５ｃ間の距離Ｌ２と同一とされている。
【００４２】
保管工程では、膜２の外縁延設部２５を被覆するための被覆部６５を用いる。被覆部６５は荷重付与要素６Ｆ（ウエイト）とは別体として形成されており、荷重付与要素６Ｆ（ウエイト）から離脱可能とされている。そして、被覆部６５を膜電極接合体１Ｘを構成する膜２の外縁延設部２５に被覆しつつ、荷重を荷重付与要素６Ｆ（ウエイト）により膜電極接合体１Ｘにかけると共に、被覆部６５を介して膜２の外縁延設部２５に荷重をかける。膜電極接合体１Ｘの厚み方向に沿う荷重Ｆを荷重付与要素６Ｂ（ウエイト）により膜電極接合体１Ｘにかける。その状態で、膜電極接合体１Ｘを大気雰囲気等の所定の雰囲気において所定時間保管する。前記した実施形態と同様に、上記した剥がれは低減または回避される。更に、膜電極接合体１Ｘを構成する膜２が膨張したり、膜２が収縮したりすることが抑制される。この場合、図８から理解できるように、膜電極接合体１Ｘを構成する膜２の外縁延設部２５にも、被覆部６５を介して荷重Ｆがかかる。
【００４３】
更に、図８に示すように、膜電極接合体１Ｘの外縁延設部２５が被覆部６５で被覆されている。このため、膜２の外縁延設部２５が空気の湿度を吸収したり、膜２の外縁が乾燥したりすることが抑制される。この結果、膜１を保管するとき、膜電極接合体１Ｘの外縁延設部２５におけるしわの生成が一層抑制される。被覆部６５は、多孔質体または軟質材（例えばゴムまたは軟質樹脂）等のようにこれの厚み方向に弾性変形可能な材料で形成されていても良いし、金属で形成されていても良い。なお、アノード側の被覆部６５の厚みｔ２は、アノード触媒層４１の厚みｔａと等しくすることができる。カソード側の被覆部６５の厚みｔ３は、カソード触媒層３１の厚みｔｃと等しくすることができる。なお被覆部６５は荷重付与要素６Ｆと別体とされているが、一体化されていても良い。
【００４４】
（実施形態９）
図９は実施形態９を示す。実施形態９は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図９に示すように、膜電極接合体１Ｘを保管する時点においては、カソード電極層３はカソード触媒層３１を備えているものの、カソードガス拡散層を備えていない。アノード電極層４はアノード触媒層４１を備えているものの、アノードガス拡散層を備えていない。
【００４５】
保管工程では、複数の膜電極接合体１Ｘを厚み方向に積層する。積層枚数としては適宜選択できるが、２〜４００枚、３〜２００枚程度が例示される。ただし、これらに限定されるものではない。このように複数の膜電極接合体１Ｘが厚み方向（高さＨ方向）に沿って積層されている状態で、最も上に配置されている膜電極接合体１Ｘの上側に荷重付与要素６Ｇ（ウエイト、プレス装置の荷重作用部６７）を載せる。これにより膜電極接合体１Ｘの厚み方向に沿う荷重を複数の膜電極接合体１にかける。その状態で、複数の膜電極接合体１Ｘを所定時間保管する
更に、図９に示すように、高さＨ方向に沿って積層されている互いに隣設する各膜電極接合体１Ｘの間には、保護シート７が配置されている。保護シート７は非粘着性を有しており、樹脂（例えばＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ等のフッ素樹脂、ポリプロピレン）、または、アルミ等の金属シートで形成できる。複数の膜電極接合体１Ｘが積層されたとしても、保護シート７が用いられているため、膜電極接合体１Ｘ同士の固着が良好に回避または抑制される。なお、最も上に配置されている膜電極接合体１Ｘの上側に荷重付与要素６Ｇ（ウエイト、プレス装置の荷重作用部６７）を載せるため、最も上側の膜電極接合体１Ｘの膜２に作用する荷重と、最も下側の膜電極接合体１Ｘの膜２に作用する荷重との差が過大になることが抑制されている。なお、本実施形態においても、図示しないものの、被覆部６５を用い、膜電極接合体１Ｘの外縁延設部２５を被覆部６５で被覆することができる。
【００４６】
（実施形態１０）
図１０は実施形態１０を示す。実施形態７は実施形態２と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図１０に示すように、保管工程では、大気雰囲気等の所定の雰囲気において、目標厚みを同一とした複数個の膜電極接合体１を平面方向に並設した状態で、基台１００の平坦状をなす載置面１０１に載せる。その状態で、複数の膜電極接合体１の上側に共通の荷重付与要素６Ｗ（ウエイト）を載せる。これにより各膜電極接合体１の厚み方向に沿う荷重Ｆ（面圧）を、荷重付与要素６Ｗ（ウエイト）により膜電極接合体１にかける。その状態で、膜電極接合体１を大気雰囲気等の所定の雰囲気において所定時間保管する。膜電極接合体１は、膜２と、膜２よりも上側のカソード電極層３と、膜２よりも下側のアノード電極層４とを備えている。荷重付与要素６Ｗは平面サイズが大型化するため、金属で形成されているといえども、撓み性を有する。荷重付与要素６Ｗの撓み性により、各膜電極接合体１に荷重を効果的に作用させることができる。
【００４７】
（実施形態１１）
図１１は実施形態１１を示す。実施形態１１は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。図１１に示すように、保管工程では、荷重付与要素６が膜電極接合体１に与える荷重は、アクチュエータ２００により制御される。雰囲気の湿度を測定する湿度測定手段としての湿度センサ３００が荷重付与要素６の近傍に配置されている。湿度センサ３００が検知した湿度信号は制御装置３５０に入力される。湿度センサ３００が検知した湿度に応じて、制御装置３５０はアクチュエータ２００を制御し、荷重付与要素６が膜電極接合体１に与える荷重が調整される。湿度が適切であれば、荷重付与要素６が膜電極接合体１に与える荷重が所定の設定値となるように調整される。例えば、湿度が低下するときには、荷重付与要素６が膜電極接合体１に与える荷重が設定値よりも増加するように調整される。また、湿度が増加するときには、荷重付与要素６が膜電極接合体１に与える荷重が設定値よりも増加するように調整される。但し、膜電極接合体１の膜２に過剰な応力負荷がかからないようにすることが好ましい。なお、雰囲気の湿度が過剰に低下しているときには、雰囲気の湿度を加湿部３２０により高め、過剰乾燥を抑えることにして良い。
【実施例１】
【００４８】
膜電極接合体１の製造例について実施例１に基づいて説明する。実施例１によれば、膜電極接合体１は、膜２と、膜２の厚み方向の両側に配置されたカソード電極層３およびアノード電極層４とを備える。カソード電極層３は、膜２のうちカソード側の片面に被覆されたカソード触媒層３１と、このカソード触媒層３１に被覆されたカソードガス拡散層３５とを備える。アノード電極層４は、膜２のうちアノード側の片面に被覆されたアノード触媒層４１と、このアノード触媒層４１に被覆されたアノードガス拡散層４５とを備える。
【００４９】
（１）ガス拡散層基材の形成
実施例１では、まず、ＶＸＣ−７２Ｒ（キャボット社，表面積３８０ｍ２／ｇ）１００ｇと、ポリフロンＤ−１（ダイキン工業．ＰＴＦＥディスパージョン：固形分６０質量％）１６６．７ｇと、分散剤と、純水とを混練したペーストを作製した。このペーストを市販のカーボンペーパ（ＴＧＰ−Ｈ−６０，東レ株式会社，厚み１９０マイクロメートル）の片面側から含浸させた。そしてそのカーボンペーパを８０℃１時間加熱して予備乾燥をした。その後、そのカーボンペーパを３８０℃で１時間焼成し、ガス拡散層基材を形成した。
【００５０】
（２）触媒層の形成
カソード電極層３を構成するカソード側の触媒層を形成するにあたり、カーボン粒子に白金を担持させた白金担持カーボン（ＰｔＣともいう、ＴＥＣ１０Ｅ７０ＴＰＭ，田中貴金属製Ｐｔ６７質量％）１０ｇ、電解質液（ＳＳ−１１００／０５，イオン交換樹脂５質量％，旭化成製）８２．５ｇ、イオン交換水３８ｇをサンドミル（ジルコニアボール）にて１時間分散させた。ここで、質量比で、イオン交換樹脂／ＰｔＣ中のＣ＝１．２５とした。このようにして得られた触媒ペーストを、カソード用の上記ガス拡散層基材の片面にドクターブレード法によりギャップ２５０マイクロメートル（約１ミリｇＰｔ／ｃｍ２）で塗布した。
【００５１】
またアノード電極層４を構成するアノード側の触媒層として、カーボン粒子に白金ルテニウムを担持した白金ルテニウム担持カーボン（ＴＥＣ６２Ｅ５８，田中貴金属製，Ｐｔ２７．８質量％、Ｒｕ２８．８質量％，Ｐｔ：Ｒｕ＝原子比で１：２）１０ｇ、電解質液（ＳＳ−１１００／０５，イオン交換樹脂５質量％，旭化成製）１０８．５ｇ、イオン交換水３８ｇをサンドミル（ジルコニアボール）にて１時間分散させた。ここで、質量比で、イオン交換樹脂／白金ルテニウム担持カーボン中のＣ＝１．２５）とした。このようにして得られた触媒ペーストを、アノード用のガス拡散層基材の片面にドクターブレード法によりギャップ２００マイクロメートル（約０．２５ミリｇＰｔ／ｃｍ２）で塗布した。
【００５２】
（３）膜電極接合体１の形成
上記した触媒層を塗布したガス拡散層基材を反応面積１００ｃｍ２（１０ｃｍ角）にて打ち抜き、カソードガス拡散層３５およびアノードガス拡散層４５を形成した。そして、１２ｃｍ角に切り抜いた膜２（ゴア３０−III-B．ジャパンゴアテックス製）の両側に配置して積層体を形成した。そして所定温度（１４０℃）で所定圧力（８ＭＰａ）で所定時間（３分間）、積層体を厚み方向に加圧（ホットプレス）し、実施例１に係る膜電極接合体１（図１参照）を形成した。
【実施例２】
【００５３】
実施例２によれば、膜電極接合体１Ｘは、膜２と、膜２の厚み方向の両側に配置されたカソード電極層３およびアノード電極層４とを備える。膜電極接合体１Ｘを保管するときには、カソード電極層３は、膜２のうちカソード側の片面に被覆されたカソード触媒層３１を備えるものの、カソードガス拡散層３５を備えていない。膜電極接合体１を保管するときには、アノード電極層４は、膜２のうちアノード側の片面に被覆されたアノード触媒層４１を備えるものの、アノードガス拡散層４５を備えていない。
【００５４】
（１）ガス拡散層の形成
実施例２では、まず、ＶＸＣ−７２Ｒ（キャボット社，表面積３８０ｍ２／ｇ）１００ｇと、ポリフロンＤ−１（ダイキン工業．ＰＴＦＥディスパージョン：固形分６０質量％）１６６．７ｇと、分散剤と、純水とを混練したペーストを作製した。このペーストを市販のカーボンペーパ（ＴＧＰ−Ｈ−６０，東レ株式会社，厚み１９０マイクロメートル）の片面に含浸させた。その後、そのカーボンペーパを８０℃１時間の予備乾燥をした後、３８０℃で１時間焼成した。
【００５５】
（２）カソード触媒転写層およびアノード触媒転写層の形成
カソード触媒層３１を形成するにあたり、白金担持カーボン（ＰｔＣともいう、ＴＥＣ１０Ｅ７０ＴＰＭ，田中貴金属製Ｐｔ６７質量％）１０ｇ、電解質液（ＳＳ−１１００／０５，イオン交換樹脂５質量％，旭化成製）８２．５ｇ、イオン交換水３８ｇをサンドミル（ジルコニアボール）にて１時間分散させた。ここで、質量比で、イオン交換樹脂／ＰｔＣ中のＣ＝１．２５）とした。このようにして得られたカソード用の触媒ペーストをシート（ＰＴＦＥ）の片面にドクターブレード法によりギャップ２５０マイクロメートル（約１ミリｇＰｔ／ｃｍ２）で塗布し、カソード触媒転写層を形成した。
【００５６】
またアノード触媒層４１を形成するにあたり、白金ルテニウムを担持した白金ルテニウム担持カーボン（ＴＥＣ６２Ｅ５８，田中貴金属製，Ｐｔ２７．８質量％、Ｒｕ２８．８質量％，Ｐｔ：Ｒｕ＝原子比で１：２）１０ｇ、電解質液（ＳＳ−１１００／０５，イオン交換樹脂５質量％，旭化成製）１０８．５ｇ、イオン交換水３８ｇをサンドミル（ジルコニアボールにて１時間分散させた。ここで、質量比で、イオン交換樹脂／白金ルテニウム担持カーボンのＣ＝１．２５）とした。このようにして得られたアノード用の触媒ペーストをシート（ＰＴＦＥ）の片面にドクターブレード法によりギャップ２００マイクロメートル（約０．２５ミリｇＰｔ／ｃｍ２）で塗布し、アノード触媒転写層を形成した。
【００５７】
（３）膜電極接合体１Ｘの形成
上記したアノード触媒転写層を反応面積１００ｃｍ２（１０ｃｍ角）にて打ち抜いた。更に上記したカソード触媒転写層を反応面積１００ｃｍ２（１０ｃｍ角）にて打ち抜いた。そして、１２ｃｍ角に切り抜いた膜２（ゴア３０−III-B．ジャパンゴアテックス）の厚み方向の一方の片側にカソード触媒転写層を配置し、且つ、膜２の他方の片側にアノード触媒転写層を配置し、積層体を形成した。
【００５８】
そして、その積層体を所定温度（１４０℃）で所定圧力（８ＭＰａ）で所定時間（３分間）加圧（ホットプレス）した。これにより実施例２に係る膜電極接合体１Ｘ（ガス拡散層はまだ接合されていない）を形成した。
【００５９】
（試験例１）
試験例１として、上記した実施例１に係る膜電極接合体１（ガス拡散層は接合されている）を用い、荷重付与要素６（ステンレス盤，重量：１０ｋｇ）を膜電極接合体１に載せ、荷重を膜電極接合体１の厚み方向にかけた。そして、試験例１に係る膜電極接合体１について、図１に示すように、荷重付与要素６による荷重（面圧）をかけたまま、加速試験（膨張および収縮の加速試験）を行った。この加速試験では、恒温恒湿槽（ＥＳＰＥＣ製ＭＯＤＥＬ：ＰＬ−３ＫＰＨ）で、温度３０℃において、相対湿度２０％で１時間と相対湿度１００％で１時間を実施するサイクルを１サイクルとし、１０日間（１２０サイクル）繰り返した。比較例１についても同様に加速試験を行った。比較例１は、厚み方向に荷重を作用させず、恒温恒湿槽において放置したままとした。
【００６０】
そして、加速試験後、試験例１に係る膜電極接合体１にアノードセパレータおよびカソードセパレータを組み付けて単セルを作製した。そして単セルで発電評価した。同様に、比較例１に係る膜電極接合体１に同種のセパレータを組み付けて単セルを作製し、同様な発電条件で単セルで発電評価した。
【００６１】
この場合、電池温度７５℃、水素極露点／空気極露点＝５７℃／６０℃、電流密度０．５アンペア／ｃｍ２、水素利用率８５％、空気利用率４０％とした。
【００６２】
試験結果によれば、出力電圧については、試験例１は０．５９２ボルトであり高かったが、比較例１は０．１８６ボルトであり低かった。比較例１において電圧がかなり低下している理由としては、膜電極接合体１の膜２における接合低下による接触不良が原因と推察される。
【００６３】
（試験例２）
試験例２では、実施例１に係る膜電極接合体１（ガス拡散層は接合されている）を厚み方向に１０枚、厚み方向に積層して積層体を形成した。図２に示すように、荷重付与要素６（１０ｋｇの重量）により荷重を膜電極接合体１の積層体にかけた状態で、前記した恒温恒湿槽を用い、温度３０℃において、相対湿度２０％で１時間と相対湿度１００％で１時間のサイクルを１サイクルとし、１０日間（１２０サイクル）繰り返し、加速試験を行った。比較例２も同様に加速試験を行った。比較例２では、加速試験において、荷重付与要素を作用させずに、膜電極接合体１を１０枚積層させて恒温恒湿槽において保管した。
【００６４】
その後、アノード側のセパレータとカソード側のセパレータとを試験例２の膜電極接合体１に組み込み、１０セルのスタックを形成した。そして、このスタックについてカソード極におけるガス漏れ試験、アノード極におけるガス漏れ試験を行った。ガス漏れ試験では、カソード極およびアノード極に窒素ガスを２０ｋＰａで封入し、封入後の１０分後の圧力変化を測定した。比較例２についても、同様に試験した。
【００６５】
スタックのアノード極の圧力については、試験例２では２０．１ｋＰａから１９．８ｋＰａに変化したものの、比較例２では２０．３ｋＰａから９．８ｋＰａにかなり低下した。スタックのカソード極の圧力については、試験例２では２０．３ｋＰａから１９．５ｋＰａに変化したものの、比較例２では１９．９ｋＰａから６．５ｋＰａにかなり低下した。このように荷重付与要素６により膜電極接合体１に厚みをかけた状態で膜電極接合体１を保管した試験例２においては、単に放置しただけの比較例２よりも、膜電極接合体１のシール性が確保され、耐久性が確保されている。
【００６６】
（試験例３）
試験例３では、上記した実施例２に係る膜電極接合体１Ｘ（ガス拡散層は接合されていない）に用い、荷重付与要素６（ステンレス盤，重量：１０ｋｇ）を膜電極接合体１に載せ、荷重を膜電極接合体１Ｘの厚み方向にかけた。荷重を膜電極接合体１Ｘにかけた状態で、前記した恒温恒湿槽を用い、温度３０℃において、相対湿度２０％１時間と相対湿度１００％１時間とのサイクルを１サイクルとし、１０日間（１２０サイクル）繰り返した。
【００６７】
その後、アノード側のガス拡散層とカソード側のガス拡散層とを膜電極接合体１Ｘに接合すると共に、アノード側のセパレータおよびカソード側のセパレータを組み付けて単セルを作製し、単セルで発電評価した。この場合、電池温度７５℃、水素極／空気極露点＝５７℃／６０℃、電流密度０．５アンペア／ｃｍ２、水素利用率８５％、空気利用率４０％とした。比較例３についても同様な条件で試験した。比較例３では、膜電極接合体１Ｘにこれの厚み方向に荷重を作用させず、恒温恒Ｘ湿槽において放置したままとした。
【００６８】
試験結果によれば、出力電圧については、試験例３では０．６１６ボルトと高かったが、比較例３では０．３０９ボルトと低めであった。比較例３において電圧が低下している理由としては、膜電極接合体１の膜２における接合低下による接触不良が原因と推察される。
【００６９】
その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例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において適宜変更して実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は例えば車両用、定置用、電気機器用、電子機器用、携帯用の燃料電池システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施形態１に係り、膜電極接合体を保管している状態の概念を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態２に係り、膜電極接合体を保管している状態の概念を模式的に示す断面図である。
【図３】実施形態３に係り、膜電極接合体を保管している状態の概念を模式的に示す断面図である。
【図４】実施形態４に係り、膜電極接合体を保管している状態の概念を模式的に示す断面図である。
【図５】実施形態５に係り、膜電極接合体を保管している状態の概念を模式的に示す断面図である。
【図６】実施形態６に係り、膜電極接合体を保管している状態の概念を模式的に示す断面図である。
【図７】実施形態７に係り、膜電極接合体を保管している状態の概念を模式的に示す断面図である。
【図８】実施形態８に係り、膜電極接合体を保管している状態の概念を模式的に示す断面図である。
【図９】実施形態９に係り、膜電極接合体を保管している状態の概念を模式的に示す断面図である。
【図１０】実施形態１０に係り、膜電極接合体を保管している状態の概念を模式的に示す断面図である。
【図１１】実施形態１１に係り、膜電極接合体を保管している状態の概念を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，１Ｘは膜電極接合体、２は膜、３はカソード電極層、３１はカソード触媒層、３５はカソードガス拡散層、４はアノード電極層、４１はアノード触媒層、４５はアノードガス拡散層、６は荷重付与要素を示す。
【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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