(57)【要約】【課題】プロトン伝導性の低下を抑制することが可能な電解質膜の製造方法、及び、当該方法によって製造された電解質膜を用いる膜電極構造体の製造方法を提供する。【解決手段】板状部材の表面を粗面化する粗面化工程と、粗面化工程によって粗面化された板状部材の表面に、流動状態の電解質を配置する、電解質配置工程と、電解質配置工程後に、流動状態の電解質を乾燥させて乾燥状態の電解質とする、乾燥工程と、乾燥工程後に、板状部材から、乾燥状態の電解質を剥離する、剥離工程と、を備える、電解質膜の製造方法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状部材の表面を粗面化する粗面化工程と、
前記粗面化工程によって粗面化された前記板状部材の表面に、流動状態の電解質を配置する、電解質配置工程と、
前記電解質配置工程後に、流動状態の前記電解質を乾燥させて乾燥状態の電解質とする、乾燥工程と、
前記乾燥工程後に、前記板状部材から、乾燥状態の前記電解質を剥離する、剥離工程と、
を備えることを特徴とする、電解質膜の製造方法。
【請求項２】
前記粗面化工程において、前記板状部材の前記表面が、電気分解処理法によって粗面化されることを特徴とする、請求項１に記載の電解質膜の製造方法。
【請求項３】
流動状態の前記電解質が配置される前記板状部材の、少なくとも前記表面が、金属により構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電解質膜の製造方法。
【請求項４】
前記金属が、白金又は金であることを特徴とする、請求項３に記載の電解質膜の製造方法。
【請求項５】
電解質膜の一方の面及び他方の面に、それぞれ電極を配設する、電極配設工程を備え、
前記電解質膜が、請求項１〜４のいずれかに記載の電解質膜の製造方法によって製造されていることを特徴とする、膜電極構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の製造方法及び膜電極構造体の製造方法に関し、特に、プロトン伝導性の低下を抑制することが可能な電解質膜の製造方法、及び、当該方法によって製造された電解質膜を用いる膜電極構造体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、電解質膜の両面側にそれぞれ配設される電極（アノード及びカソード）とを備える膜電極構造体（以下、「ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）」ということがある。）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（例えば、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、「ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell）」ということがある。）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、含水状態に保たれてプロトン伝導性能を発現する電解質膜と、少なくとも触媒層を備えるカソード及びアノードと、を具備し、その理論起電力は１．２３Ｖである。しかし、かかる低起電力では、電気自動車等の動力源として不十分であるため、通常は、単セルを直列に積層して積層体を形成し、この積層体における積層方向の両端にエンドプレート等を配置して形成されるスタック形態の燃料電池が使用される。そして、接触抵抗を低減する等の観点から、スタック形態の燃料電池の両端側からは、締結圧力が加えられる。
【０００４】
ＰＥＦＣの運転時には、アノードに水素含有ガス（以下、「水素」という。）が、カソードに酸素含有ガス（以下、「酸素」という。）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」ということがある。）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」ということがある。）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、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。
【０００５】
このように、ＰＥＦＣから電気エネルギーを取り出すには、プロトンを、アノード触媒層からカソード触媒層へと移動させる必要がある。そして、プロトンの伝導効率を向上させることでＰＥＦＣの発電性能を向上させる等の観点からは、アノード触媒層と電解質膜との界面、電解質膜の内部、及び、電解質膜とカソード触媒層との界面等におけるプロトン伝導性能を向上させることが好ましい。
【０００６】
ＰＥＦＣの発電性能を向上させること等を目的とした技術は、これまでにいくつか開示されてきている。例えば、特許文献１には、電解質膜面の一方面を表面粗さ１〜１０μｍ程度に粗面化する工程、及び、基材の少なくとも片面に離型層、触媒層及び接着層を順次積層させた転写シートの接着層面を、粗面化された電解質膜面に対面するように前記転写シートを配置し、加圧した後、該転写シートの基材を触媒層面から剥離する工程を備えた触媒層−電解質膜積層体の製造方法が開示されている。かかる製造方法によれば、電池性能がより一段と向上した燃料電池の製造を可能とする触媒層−電解質膜積層体が提供される、としており、特許文献１には、電解質膜の表面を粗面化する方法として、エッチング処理、大気圧コロナ放電処理、大気圧プラズマによる処理、サンドブラスト処理等が例示されている。
【特許文献１】特開２００５−６３８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示されている方法により、電解質膜の表面を粗面化すると、電解質膜表面の高分子構造が破壊され、プロトン伝導性が低下する虞がある、という問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、プロトン伝導性の低下を抑制することが可能な電解質膜の製造方法、及び、当該方法によって製造された電解質膜を用いる膜電極構造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】
【０００９】
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、板状部材の表面を粗面化する粗面化工程と、該粗面化工程によって粗面化された板状部材の表面に、流動状態の電解質を配置する、電解質配置工程と、該電解質配置工程後に、流動状態の電解質を乾燥させて乾燥状態の電解質とする、乾燥工程と、該乾燥工程後に、板状部材から、乾燥状態の前記電解質を剥離する、剥離工程と、を備えることを特徴とする、電解質膜の製造方法である。
【００１０】
ここで、「板状部材」は、表面に形成された凹凸の複数の凹部へ流動状態の電解質が浸入可能であり、当該複数の凹部へ浸入した流動状態の電解質を乾燥させることで、電解質膜の表面を粗面化することが可能な物質で構成されていれば、その構成材料は特に限定されるものではない。板状部材を構成する材料の具体例としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｃ等の金属材料のほか、導電性樹脂材料及び絶縁性樹脂材料等を挙げることができる。さらに、「粗面化」とは、板状部材の表面に凹凸を形成することを意味し、粗面化する方法の具体例としては、電気分解処理法のほか、エアーブラスト法やプラズマ処理等を挙げることができる。ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１「製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−用語、定義及び表面性状パラメータ」で規定される、当該表面の算術表面粗さ（Ｒａ）の具体例としては、０．０１μｍ以上１μｍ以下等を挙げることができる。加えて、「流動状態の電解質」とは、電解質膜を構成するアイオノマーを溶剤に溶解させて液状にしたものを意味し、当該アイオノマーの具体例としては、フッ素系アイオノマーのほか、炭化水素系アイオノマーを挙げることができる。さらにまた、「流動状態の電解質を配置する」における「配置」の具体的な方法としては、刷毛塗りやスプレー塗布のほか、スクリーン印刷、キャスト法等を例示することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電解質膜の製造方法の粗面化工程において、板状部材の表面が、電気分解処理法によって粗面化されることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の燃料電池の製造方法において、流動状態の電解質が配置される板状部材の、少なくとも表面が、金属により構成されることを特徴とする。
【００１３】
ここで、「流動状態の電解質が配置される板状部材の、少なくとも表面が、金属により構成される」とは、電解質配置工程において流動状態の電解質が配置される、板状部材の表面層のみが、金属層（例えば、白金めっき層等）により構成される形態のほか、板状部材全体が上記金属材料により構成される形態をも含む概念である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電解質膜の製造方法において、金属が、白金又は金であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、電解質膜の一方の面及び他方の面に、それぞれ電極を配設する、電極配設工程を備え、電解質膜が、請求項１〜４のいずれかに記載の電解質膜の製造方法によって製造されていることを特徴とする、膜電極構造体の製造方法である。
【００１６】
ここで、「電極」とは、少なくとも、電気化学反応の触媒として機能する物質を備える層を意味し、当該物質（以下、「触媒」という。）の具体例としては、白金等を挙げることができる。本発明において、電極（以下、「触媒層」、「アノード触媒層」、又は「カソード触媒層」ということがある。）は、触媒を備えていればその形態は特に限定されるものではない。電極の形態の具体例としては、触媒（例えば、白金等）と、当該触媒を担持する担体（例えば、カーボンブラック等）と、アイオノマー（例えば、フッ素系アイオノマー、炭化水素系アイオノマー等）とを備える形態のほか、上記触媒（例えば、白金黒粒子等）と上記アイオノマーとを備える形態等を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、粗面化された板状部材表面の凹凸と対応する凹凸面を表面とする電解質膜を製造できる。このようにして電解質膜を製造すれば、電解質膜表面を粗面化するために、電解質膜に対して大気圧コロナ放電処理等の処理が施されないので、電解質膜表面の高分子構造が破壊されず、電解質膜のプロトン伝導性低下を抑制することができる。したがって、本発明によれば、プロトン伝導性の低下を抑制することが可能な電解質膜の製造方法を提供できる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、板状部材の表面が電気分解処理法によって粗面化されるので、板状部材の表面を容易に粗面化することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、板状部材の少なくとも表面が金属により構成されるので、当該板状部材表面と接触する電解質膜表面に備えられる親水基を、板状部材側に向けることが可能になる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、少なくとも板状部材表面を構成する金属が白金又は金であるので、電解質膜内部のプロトン伝導性能を低下させる不純物が、電解質膜表面を介して混入することを防止できる。したがって、かかる構成とすることで、プロトン伝導性の低下をより一層抑制することが可能になる。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法によって製造された電解質膜の一方の面及び他方の面に、それぞれ電極が配設されるので、プロトン伝導性の低下を抑制することが可能な、膜電極構造体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】
【００２２】
ＰＥＦＣの単セルは、少なくとも、電解質膜と、アノード触媒層及びカソード触媒層（以下、アノード触媒層とカソード触媒層とをまとめて、単に「触媒層」ということがある。）と、を備えるＭＥＡを具備する。ＰＥＦＣの発電性能を向上させるには、ＭＥＡ内部におけるプロトン伝導性能を向上させることが重要であるほか、電解質膜と触媒層との接触界面における接触抵抗を低減すること等が重要である。ここで、触媒層と接触する電解質膜表面に所定の凹凸が備えられていれば、触媒層と電解質膜表面との接触面積を増大させることが可能になるので、電解質膜表面を粗面化すれば、ＭＥＡのプロトン伝導性能を向上させることが可能になる。さらに、触媒層と接触する電解質膜表面に所定の凹凸が備えられていれば、電解質膜と触媒層との密着性を向上させることが可能になるので、電解質膜表面を粗面化すれば、電解質膜と触媒層との接触界面における接触抵抗を低減することが可能になる。それゆえ、電解質膜表面を粗面化する技術がこれまでに提案されてきているが、従来の技術によって電解質膜表面を粗面化すると、当該表面の高分子構造が破壊され、電解質膜のプロトン伝導性能が低下する。そのため、高分子構造を破壊せずに電解質膜表面を粗面化し得る方法の開発が望まれている。
【００２３】
本発明はかかる観点からなされたものであり、その第１の要旨は、粗面化した板状部材表面に流動状態の電解質を配置して電解質膜を作製することによって、電解質膜表面を粗面化することが可能な、電解質膜の製造方法を提供することにある。さらに、本発明の第２の要旨は、当該電解質膜の製造方法によって製造された電解質膜の一方の面及び他方の面に触媒層を配設する工程を備える、膜電極構造体の製造方法を提供することにある。
【００２４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の電解質膜の製造方法及び膜電極構造体の製造方法について説明する。
【００２５】
１．電解質膜の製造方法
図１は、本発明にかかる電解質膜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２は、本発明にかかる電解質膜の製造方法の形態例を拡大して示す概略図である。以下、図１及び図２を適宜参照するとともに、図２で用いた符号を使用しつつ、本発明の電解質膜の製造方法について説明する。
【００２６】
図１に示すように、本発明の電解質膜の製造方法は、粗面化工程Ｓ１（工程Ｓ１）と、電解質配置工程Ｓ２（工程Ｓ２）と、工程Ｓ２で配置された流動状態の電解質１’を一対の板状部材５、６で狭持可能なように、流動状態の電解質１’の一方の側へ表面が粗面化された板状部材６を配置する板状部材配置工程Ｓ３（工程Ｓ３）と、上記一対の板状部材５、６を介して流動状態の電解質１’へ圧縮圧力を加えながら流動状態の電解質１’を乾燥させる乾燥工程Ｓ４（工程Ｓ４）と、剥離工程Ｓ５（工程Ｓ５）と、を備えている。
【００２７】
＜粗面化工程Ｓ１＞
工程Ｓ１は、少なくとも表面が白金等の金属により構成される板状部材５’に、電気分解処理等を施すことによって、表面が粗面化された板状部材５を作製する工程である。板状部材５’が白金黒板であって、粗面化方法が電気分解処理である場合に、白金黒板の表面を粗面化する方法の具体例としては、「電気化学測定法（上）、藤嶋昭・相澤益男・井上徹著、技報堂出版、第９２頁」に記載の方法等を挙げることができる。
【００２８】
本発明において、板状部材５の表面粗さ（Ｒａ）は、特に限定されるものではないが、凹部に流動状態の電解質が浸入可能とする等の観点からは、上記Ｒａを０．０１μｍ以上とすることが好ましい。一方、電解質膜と触媒層との密着性向上効果を得る等の観点からは、上記Ｒａを１μｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは、０．１μｍ以上０．５μｍ以下である。
【００２９】
＜電解質溶液配置工程Ｓ２＞
工程Ｓ２は、上記工程Ｓ１の後に備えられ、上記工程Ｓ１で粗面化された板状部材５の表面に、流動状態の電解質１’を配置する工程である。流動状態の電解質１’に含まれるアイオノマーがフッ素系アイオノマー（例えば、パーフルオロスルホン酸系ポリマ）である場合、当該フッ素系アイオノマーを溶解させ得る溶媒の具体例としては、水とアルコールとの混合溶液のほか、フッ素系アイオノマーを溶解させる溶媒として実質的に水のみを含有する水系溶媒等を挙げることができる。これに対し、流動状態の電解質１’に含まれるアイオノマーが炭化水素系アイオノマーである場合、当該炭化水素系アイオノマーを溶解させ得る溶剤の具体例としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等を挙げることができる。さらに、本発明において、流動状態の電解質１’を板状部材５の上記表面へ配置する方法は、特に限定されず、その具体例としては、刷毛塗りやスプレー塗布のほか、スクリーン印刷、キャスト法等を挙げることができる。
【００３０】
＜板状部材配置工程Ｓ３＞
工程Ｓ３は、上記工程Ｓ２の後に備えられ、一対の板状部材５、６によって、板状部材５の上記表面へ配置された流動状態の電解質１’を狭持可能な形態で、板状部材６を配置する工程であり、この板状部材６は、少なくとも流動状態の電解質１’と接触する面が粗面化されている。ここで、工程Ｓ３では、板状部材５を構成する材料と同じ材料によって構成される板状部材６を用いることができ、表面が粗面化された板状部材６を得る方法の具体例としては、板状部材５’を板状部材５とする際に用いられる方法等を挙げることができる。このように、板状部材５及び板状部材６が、流動状態の電解質１’の両側にそれぞれ備えられれば、電解質膜の両面を粗面化することが可能になるので好ましい。
【００３１】
＜乾燥工程Ｓ４＞
工程Ｓ４は、上記工程Ｓ３の後に備えられ、一対の板状部材５、６を介して流動状態の電解質１’へ圧縮圧力を加えながら、流動状態の電解質１’を乾燥させることにより、乾燥した電解質膜１とする工程である。ここで、一対の板状部材５、６を介して流動状態の電解質１’へと加えられる圧力は、電解質膜１の表面に凹凸を形成可能とする等の観点から、０．５ＭＰａ以上とする。一方、当該工程Ｓ４を経て製造される電解質膜１がＰＥＦＣの電解質膜として機能する形態を保持可能な圧力とする等の観点から、１５ＭＰａ以下とする。好ましくは、１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。
【００３２】
＜剥離工程Ｓ５＞
工程Ｓ５は、上記工程Ｓ４の後に備えられ、電解質膜１の両側から板状部材５及び板状部材６を剥離する工程である。工程Ｓ４で乾燥された電解質膜１の両側から板状部材５及び板状部材６を剥離することにより、両表面が粗面化された電解質膜１が製造される。
【００３３】
本発明の電解質膜の製造方法に関する上記説明では、工程Ｓ２の後に、板状部材配置工程Ｓ３が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。当該形態のほか、一方の面のみが粗面化された電解質膜を２枚製造し、これら２枚の電解質膜の、粗面化されていない面同士を接合することにより、両面が粗面化された電解質膜を製造することも可能である。
【００３４】
２．膜電極構造体の製造方法
図３は、本発明にかかる膜電極構造体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は、本発明にかかる膜電極構造体の製造方法の形態例を示す概略図である。図３及び図４において、図２で示す部材と同様の構成を採るものには、図２で使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。以下、図３及び図４を参照しつつ、本発明の膜電極構造体の製造方法について説明する。
【００３５】
図３に示すように、本発明の膜電極構造体の製造方法は、上記本発明の電解質膜の製造方法によって電解質膜１を製造する、電解質膜製造工程Ｓ３１（工程Ｓ３１）と、電解質膜１の一方の面にアノード触媒層を配設するアノード触媒層配設工程Ｓ３２（工程Ｓ３２）と、電解質膜１の他方の面にカソード触媒層を配設するカソード触媒層配設工程Ｓ３３（工程Ｓ３３）と、を備えている。
【００３６】
＜電解質膜製造工程Ｓ３１＞
工程Ｓ３１は、本発明の電解質膜の製造方法によって電解質膜１を製造する工程である。当該工程Ｓ３１の具体例としては、上記工程Ｓ１〜工程Ｓ７を備える形態を挙げることができる。
【００３７】
＜アノード触媒層配設工程Ｓ３２＞
工程Ｓ３２は、電解質膜１の一方の面に、アノード触媒層２を配設する工程である。当該工程Ｓ３２の具体例としては、アイオノマーを溶解させた溶液に、白金等の触媒を分散させることにより作製したインク状物質（以下、「触媒インク」という。）２’を、電解質膜１の一方の面へ配置する工程を備える形態等を挙げることができる。ここで、アノード触媒層に含まれるアイオノマーの具体例としては、フッ素系アイオノマーや炭化水素系アイオノマーを挙げることができる。また、触媒インク２’にフッ素系アイオノマーが備えられる場合、当該フッ素系アイオノマーを溶解させる溶媒の具体例としては、水とアルコールとの混合溶液のほか、フッ素系アイオノマーを溶解させる溶媒として実質的に水のみを含有する水系溶媒等を挙げることができる。一方、触媒インク２’に炭化水素系アイオノマーが備えられる場合、当該炭化水素系アイオノマーを溶解させる溶媒の具体例としては、ＮＭＰ等を挙げることができる。さらに、本発明において、アノード触媒層２を電解質膜１の一方の面へ配置する方法は、特に限定されず、その具体例としては、図４に示すスプレー塗布のほか、刷毛塗りやスクリーン印刷等を挙げることができる。
【００３８】
かかる形態の本発明によれば、電気分解処理法によって粗面化された板状部材５、６に狭持された流動状態の電解質１’をプレス下で乾燥させることにより電解質膜１が製造されているので、当該電解質膜１の表面に備えられる親水基を、板状部材５、６が配置されていた側へ向けることができる。そして、かかる形態の電解質膜１に触媒インク２’が配置される等の方法により、アノード触媒層２が配設されるので、電解質膜１表面の親水基と触媒インク２’中の親水基とが引き合い、電解質膜１とアノード触媒層２とを強固に密着させることが可能になる。
【００３９】
＜カソード触媒層配設工程Ｓ３３＞
工程Ｓ３３は、電解質膜１の他方の面に、カソード触媒層３を配設する工程である。当該工程Ｓ３３の具体例としては、アイオノマーを溶解させた溶液に、白金等の触媒を分散させることにより作製したインク状物質（以下、「触媒インク」という。）３’を、電解質膜１の他方の面へ配置する工程を備える形態等を挙げることができる。触媒インク３’に備えられる触媒及びアイオノマーの具体例としては、触媒インク２’に備えられる触媒及びアイオノマーと同様のものを挙げることができる。また、カソード触媒層３を電解質膜１の他方の面に配置する方法の具体例としては、図４に示すスプレー塗布のほか、刷毛塗りやスクリーン印刷等を挙げることができる。例えば図４に示す形態でカソード触媒層３が配設されれば、電解質膜１表面の親水基と触媒インク３’中の親水基とが引き合うので、電解質膜１とカソード触媒層３とを強固に密着させることが可能になる。
【００４０】
上記工程により、電解質膜１と、アノード触媒層２と、カソード触媒層３と、を備える膜電極構造体４が製造されれば、粗面化された電解質膜１の表面と、アノード触媒層２及びカソード触媒層３とを接触させることができる。そのため、電解質膜と触媒層との接触界面における接触面積を増加させることが可能になり、プロトン伝導性能の低下を抑制し得る膜電極構造体を製造することが可能になる。さらに、上記工程により、膜電極構造体４が製造されれば、粗面化された電解質膜１の表面と、アノード触媒層２及びカソード触媒層３とを強固に密着させることができる。そのため、電解質膜と触媒層との接触界面における接触抵抗を低減することができ、これによって、当該形態の膜電極構造体が備えられるＰＥＦＣの発電性能を向上させることが可能になる。
【００４１】
本発明の膜電極構造体の製造方法に関する上記説明では、アノード触媒層配設工程Ｓ３２の後に、カソード触媒層配設工程Ｓ３３が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明では、アノード触媒層が配設される前に、カソード触媒層を配設することも可能であり、このほか、アノード触媒層及びカソード触媒層が、同一の工程で、電解質膜の両側から配設される形態とすることも可能である。なお、上記形態の膜電極構造体の製造方法では、アノード触媒層配設工程Ｓ３２及びカソード触媒層配設工程Ｓ３３が、本発明の膜電極構造体の製造方法における電極配設工程に相当する。
【００４２】
また、上記説明では、上記工程Ｓ１〜工程Ｓ７を経て製造された電解質膜１に、アノード触媒層２及びカソード触媒層３が配設される形態を例示したが、本発明の膜電極構造体の製造方法は、かかる形態に限定されるものではない。上記形態のほか、例えば、一方の面のみが粗面化された電解質膜を２枚製造し、これら２枚の電解質膜の、粗面化されていない面同士を接合することにより製造された電解質膜を使用して、膜電極構造体を製造することも可能である。
【実施例】
【００４３】
１．ＭＥＡの作製
１質量％塩化白金酸水溶液中で白金電極上に３０［ｍＡ／ｃｍ２］の電流密度で１０秒間に亘って電気分解処理を施すことにより、表面が粗面化された（Ｒａ：０．１μｍ〜０．５μｍ）一の白金黒板及び他の白金黒板を作製した。その後、水とアルコールとの混合溶液にパーフルオロスルホン酸系ポリマを溶解させることにより調整した流動状態の電解質を、一の白金黒板の表面に配置した。そして、流動状態の電解質が、電気分解処理法によって表面が粗面化された一対の白金黒板（上記一の白金黒板及び他の白金黒板）によって狭持されるように、他の白金黒板を配置し、一対の白金黒板に１ＭＰａの圧力を加えながら、流動状態の電解質を、６０℃の温度環境下及び真空下で９００秒間に亘って乾燥させた。このようにして乾燥させた電解質を作製した後、上記一対の白金黒板を乾燥させた電解質から剥離することにより、実施例にかかる電解質膜を作製した。その後、当該実施例にかかる電解質膜の一方の面及び他方の面のそれぞれに、パーフルオロスルホン酸ポリマ及び白金担持カーボンを備える触媒層を転写することにより、実施例にかかるＭＥＡを作製した。
【００４４】
一方、表面に粗面化処理を施さない、パーフルオロスルホン酸系ポリマを備える従来の電解質膜を比較例１にかかる電解質膜とし、当該比較例１にかかる電解質膜の一方の面及び他方の面のそれぞれに、パーフルオロスルホン酸ポリマ及び白金担持カーボンを備える触媒層を転写することにより、比較例１にかかるＭＥＡを作製した。また、上記比較例１にかかる電解質膜の一方の面及び他方の面に、白金を用いたスパッタ法により凹凸を形成した電解質膜（Ｒａ：０．０１μｍ未満）を、比較例２にかかる電解質膜とし、当該比較例２にかかる電解質膜の一方の面及び他方の面のそれぞれに、パーフルオロスルホン酸ポリマ及び白金担持カーボンを備える触媒層を転写することにより、比較例２にかかるＭＥＡを作製した。
【００４５】
２．抵抗測定
上記工程により作製した実施例にかかるＭＥＡ、比較例１にかかるＭＥＡ、及び、比較例２にかかるＭＥＡのそれぞれを、Ｐｔ電極で挟み、１ｋＨｚ、±５ｍＶの条件でそれぞれの抵抗を測定した。結果を図５に示す。図５の縦軸は、抵抗［ｍΩ・ｃｍ２］である。
【００４６】
図５より、実施例１にかかるＭＥＡは、表面が粗面化されていない比較例１にかかる電解質膜を備える比較例１にかかるＭＥＡ、及び、表面に直接粗面化処理を施した比較例２にかかる電解質膜を備える比較例２にかかるＭＥＡよりも、抵抗値が小さかった。したがって、上記抵抗測定の結果から、本発明によれば、プロトン伝導性能の低下を抑制し得る、電解質膜、及び、膜電極構造体を製造可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明にかかる電解質膜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２】本発明にかかる電解質膜の製造方法の形態例を示す概略図である。
【図３】本発明にかかる膜電極構造体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】本発明にかかる膜電極構造体の製造方法の形態例を示す概略図である。
【図５】抵抗測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１  電解質膜
２  アノード触媒層
３  カソード触媒層
４  膜電極構造体
５、５’、６  板状部材
【図１】
2008047333.tif 000003
【図２】
2008047333.tif 000004
【図３】
2008047333.tif 000005
【図４】
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【図５】
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