(57)【要約】【課題】発電性能を向上させることが可能な燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】電解質膜と電解質膜の一方の側及び他方の側にそれぞれ配設される触媒層とを備える膜電極構造体と、膜電極構造体の一方の側及び他方の側にそれぞれ配設される集電体と、を備える燃料電池を製造する方法であって、電解質膜に含有されるアイオノマーのＳＰ値であるＳＰ１及び触媒インクに含有される触媒金属担持担体とアイオノマーとの複合体のＳＰ値であるＳＰ２をそれぞれ算出するＳＰ値算出工程と、｜ＳＰ１−ＳＰ２｜≦０．５の場合には非ニュートン流体となるように、｜ＳＰ１−ＳＰ２｜＞０．５の場合にはニュートン流体となるように触媒インクを作製する触媒インク作製工程と、触媒インク作製工程によって作製された触媒インクを塗布することにより電解質膜の一方の側及び／又は他方の側に触媒層を形成する触媒層形成工程と、を備える、燃料電池の製造方法とする。【選択図】図１
2008135274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の側及び他方の側にそれぞれ配設される触媒層と、を備える膜電極構造体と、前記膜電極構造体の一方の側及び他方の側にそれぞれ配設される集電体と、を備え、前記触媒層は、触媒金属担持担体とアイオノマーとを含有する触媒インクを塗布することにより形成される、燃料電池を製造する方法であって、
前記電解質膜に含有されるアイオノマーのＳＰ値であるＳＰ１、及び、前記触媒インクに含有される前記触媒金属担持担体と前記アイオノマーとの複合体のＳＰ値であるＳＰ２をそれぞれ算出する、ＳＰ値算出工程と、
前記ＳＰ値算出工程で算出された前記ＳＰ１及び前記ＳＰ２が、｜ＳＰ１−ＳＰ２｜≦０．５の場合には、非ニュートン流体となるように前記触媒インクを作製し、｜ＳＰ１−ＳＰ２｜＞０．５の場合には、ニュートン流体となるように前記触媒インクを作製する、触媒インク作製工程と、
前記触媒インク作製工程によって作製された前記触媒インクを塗布することにより、前記電解質膜の前記一方の側及び／又は前記他方の側に前記触媒層を形成する、触媒層形成工程と、
を備えることを特徴とする、燃料電池の製造方法。
【請求項２】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の側及び他方の側にそれぞれ配設される触媒層と、を備える膜電極構造体と、前記膜電極構造体の一方の側及び他方の側にそれぞれ配設される集電体と、を備え、前記触媒層は、触媒金属担持担体とアイオノマーとを含有する触媒インクを基材に塗布して形成される触媒インク層を、前記電解質膜へ転写することにより形成される、燃料電池を製造する方法であって、
前記触媒インクに含有される前記アイオノマーと前記触媒金属担持担体との複合体のＳＰ値であるＳＰ２、及び、前記基材のＳＰ値であるＳＰ３をそれぞれ算出する、ＳＰ値算出工程と、
前記ＳＰ値算出工程で算出された前記ＳＰ２及び前記ＳＰ３が、｜ＳＰ２−ＳＰ３｜≦０．５の場合には、ニュートン流体となるように前記触媒インクを作製し、｜ＳＰ２−ＳＰ３｜＞０．５の場合には、非ニュートン流体となるように前記触媒インクを作製する、触媒インク作製工程と、
前記触媒インク作製工程によって作製された前記触媒インクを前記基材に塗布することにより、前記基材と前記基材上に形成された触媒インク層とを備える転写シートを作製する、転写シート作製工程と、
前記転写シート作製工程によって形成された前記触媒インク層を、前記電解質膜へ転写することにより、前記電解質膜の一方の側及び／又は他方の側に前記触媒層を形成する、触媒層形成工程と、
を備えることを特徴とする、燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記触媒インク作製工程によって作製される前記触媒インクに、さらに、溶媒が含有され、
前記触媒インク作製工程によって作製される前記触媒インクに含有される、前記触媒金属担持担体と前記アイオノマーとの合計質量を１とするとき、
非ニュートン流体の前記触媒インクに含有される前記溶媒の質量が９以上３３以下であり、ニュートン流体の前記触媒インクに含有される前記溶媒の質量が９以上１９以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記触媒金属担持担体の平均粒径をＲとするとき、
前記触媒インク作製工程において、直径が２Ｒ以上２０Ｒ以下の隙間に、加圧された非ニュートン流体の触媒インクを通過させることにより、ニュートン流体の前記触媒インクが作製されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の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、燃料電池の製造方法に関し、特に、発電性能を向上させることが可能な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、電気自動車の動力源や携帯用電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。）に含まれる触媒金属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】
ＰＥＦＣにおいて、電気エネルギーを取り出すためには、電気化学反応で生じたプロトンが、アノード触媒層、電解質膜、及び、カソード触媒層を伝導可能であることが必要とされる。そして、ＰＥＦＣの発電性能を向上させるには、アノード触媒層と電解質膜との界面、及び、電解質膜とカソード触媒層との界面（以下、これらをまとめて「電解質膜と触媒層との界面」という。）において、プロトンが容易に移動可能であること、すなわち、電解質膜と触媒層との界面における接触抵抗を低減すること等が重要である。
【０００５】
ＰＥＦＣの発電性能を向上させること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、水素イオン伝導性高分子電解質膜と、前記水素イオン伝導性高分子電解質膜の両側に配置した一対の電極とを具備した単電池を、前記電極の一方に水素を含む燃料ガスを供給排出し、前記電極の他方に酸化剤ガスを供給排出するためのガス供給溝を形成した一対の導電性セパレータで挟持した高分子電解質型燃料電池において、前記電極は前記水素イオン伝導性高分子電解質膜と接触した触媒層と、前記触媒層及び前記導電性セパレータに接触したガス拡散層とを有し、前記触媒層のうち少なくとも一方は、触媒粒子を担持した炭素粒子と、水素イオン導電性高分子電解質と、溶媒とを混合する触媒インク調製工程と、前記触媒インクを前記水素イオン伝導性高分子電解質膜または導電性基材に塗布する塗工工程と、前記触媒インクを塗布した水素イオン伝導性高分子電解質膜または導電性基材を乾燥する乾燥工程とを有し、前記触媒インクは非ニュートン流体であることを特徴とする高分子電解質型燃料電池の製造方法、が開示されている。そして、特許文献１によれば、上記製造方法で作製した固体高分子型燃料電池は、電池性能が向上する、としている。
【特許文献１】特開２００２−２７０１８９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、特許文献１に開示されている製造方法により非ニュートン流体の触媒インクを用いると、電解質膜に含有されるアイオノマーの溶解性パラメータ（ＳＰ値）と、触媒インクに含有されるアイオノマーのＳＰ値との差の大きさによっては、触媒層と電解質膜との接着力が低下し、製造されるＰＥＦＣの発電性能が低下するという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、発電性能を向上させることが可能な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に記載の本発明は、電解質膜と、電解質膜の一方の側及び他方の側にそれぞれ配設される触媒層と、を備える膜電極構造体と、膜電極構造体の一方の側及び他方の側にそれぞれ配設される集電体と、を備え、触媒層は、触媒金属担持担体とアイオノマーとを含有する触媒インクを塗布することにより形成される、燃料電池を製造する方法であって、電解質膜に含有されるアイオノマーのＳＰ値であるＳＰ１、及び、触媒インクに含有される触媒金属担持担体とアイオノマーとの複合体のＳＰ値であるＳＰ２をそれぞれ算出する、ＳＰ値算出工程と、ＳＰ値算出工程で算出されたＳＰ１及びＳＰ２が、｜ＳＰ１−ＳＰ２｜≦０．５の場合には、非ニュートン流体となるように触媒インクを作製し、｜ＳＰ１−ＳＰ２｜＞０．５の場合には、ニュートン流体となるように触媒インクを作製する、触媒インク作製工程と、触媒インク作製工程によって作製された触媒インクを塗布することにより、電解質膜の一方の側及び／又は他方の側に触媒層を形成する、触媒層形成工程と、を備えることを特徴とする、燃料電池の製造方法である。
【０００９】
本発明において、「電解質膜」とは、プロトンの通り道となり得るイオン交換基を具備するポリマー（プロトン伝導性ポリマー）を含有する固体高分子膜を意味する。プロトン伝導性ポリマーの具体例としては、含フッ素高分子を骨格として少なくともスルホン酸基、ホスホン酸基、及びリン酸基のうち一種を有するポリマー（例えば、Ｎａｆｉｏｎ等（「Ｎａｆｉｏｎ」及び「ナフィオン」は米国デュポン社の登録商標。以下、単に「Ｎａｆｉｏｎ」又は「ナフィオン」という。）のほか、ポリオレフィンのような炭化水素を骨格とするポリマー等を挙げることができる。さらに、本発明において、「集電体」とは、アノード側の集電又はカソード側の集電を行うことが可能な、電子伝導性物質を意味し、平板型のＰＥＦＣにおけるセパレータ等を例示することができる。本発明における集電体は、上記セパレータを構成し得る材料により形成することができる。さらに、本発明において、「触媒金属担持担体」とは、触媒金属が担体に担持されたものを意味する。「触媒金属」とは、燃料電池内で生じる電気化学反応の触媒として機能し得る物質を意味する。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とを有するＰｔ合金等を挙げることができる。加えて、「担体」とは、触媒層において、触媒金属の過度の凝集を抑制すること等を目的として用いられる物質を意味する。担体の具体例としては、カーボンブラック、ケッチェンブラック、及び、カーボンナノチューブ等に代表される炭素材料のほか、炭化ケイ素等に代表される炭素化合物等を挙げることができる。触媒金属がＰｔ（白金）であり、担体が炭素材料である場合、白金担持カーボンが上記「触媒金属担持担体」に相当する。さらに、本発明において、「アイオノマー」とは、プロトンの通り道となり得るイオン交換基を具備するポリマー（プロトン伝導性ポリマー）を意味する。
【００１０】
さらに、「ＳＰ値」とは、溶解性パラメータ（Solubility Parameter）であり、アイオノマーのＳＰ値や触媒金属担持担体とアイオノマーとの複合体のＳＰ値は、実験による接触角の測定や、シミュレーションによる相互作用計算から求めることができる。
【００１１】
さらに、本発明における「非ニュートン流体」とは、流体のせん断応力とせん断速度との関係を調べた際のせん断応力の軌跡により形成されるヒステリシス曲線の面積（図９にＸで示す部位の面積。以下、「チキソトロピー面積」という。）が、０．０７［Ｐａ／ｓ］以上である流体を意味し、本発明における「ニュートン流体」とは、上記チキソトロピー面積が、０．０７［Ｐａ／ｓ］未満である流体を意味する。
【００１２】
さらに、請求項１に記載の本発明において、「触媒インクを塗布することにより、電解質膜の一方の側及び／又は他方の側に触媒層を形成する」とは、触媒インク作製工程によって作製された触媒インクを塗布することにより形成される触媒層が、電解質膜の一面側又は両面側に備えられることを意味する。触媒インク作製工程によって作製された触媒インクを、触媒層形成工程で電解質膜の一面側のみに塗布することにより、電解質膜の一面側のみに触媒層が形成される場合、当該電解質膜の他面側には、上記触媒層形成工程とは異なる工程により形成された触媒層が配設される。請求項１に記載の本発明において、触媒インクを塗布する形態の具体例としては、電解質膜に触媒インクを直接塗布する形態を挙げることができる。請求項１に記載の本発明において、塗布形態の具体例としては、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、電気泳動法等を挙げることができる。
【００１３】
請求項２に記載の本発明は、電解質膜と、電解質膜の一方の側及び他方の側にそれぞれ配設される触媒層と、を備える膜電極構造体と、膜電極構造体の一方の側及び他方の側にそれぞれ配設される集電体と、を備え、触媒層は、触媒金属担持担体とアイオノマーとを含有する触媒インクを基材に塗布して形成される触媒インク層を、電解質膜へ転写することにより形成される、燃料電池を製造する方法であって、触媒インクに含有される触媒金属担持担体とアイオノマーとの複合体のＳＰ値であるＳＰ２、及び、基材のＳＰ値であるＳＰ３をそれぞれ算出する、ＳＰ値算出工程と、ＳＰ値算出工程で算出されたＳＰ２及びＳＰ３が、｜ＳＰ２−ＳＰ３｜≦０．５の場合には、ニュートン流体となるように触媒インクを作製し、｜ＳＰ２−ＳＰ３｜＞０．５の場合には、非ニュートン流体となるように触媒インクを作製する、触媒インク作製工程と、触媒インク作製工程によって作製された触媒インクを基材に塗布することにより、基材と基材上に形成された触媒インク層とを備える転写シートを作製する、転写シート作製工程と、転写シート作製工程によって形成された触媒インク層を、電解質膜へ転写することにより、電解質膜の一方の側及び／又は他方の側に触媒層を形成する、触媒層形成工程と、を備えることを特徴とする、燃料電池の製造方法である。
【００１４】
請求項２に記載の本発明において、「基材」とは、例えば、転写法によって電解質膜の一面側又は両面側に触媒層が形成される場合に、触媒インクが塗布されることにより、少なくとも一の面に触媒インク層が形成される部材、を意味する。基材の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン等からなるシート状部材等を挙げることができる。さらに、請求項２に記載の本発明において、「触媒インクを基材に塗布する」形態の具体例としては、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、電気泳動法等を挙げることができる。さらに、請求項２に記載の本発明において、「触媒インク層を、電解質膜に転写することにより、電解質膜の一方の側及び／又は他方の側に触媒層を形成する」とは、転写シート作製工程によって作製された転写シートに備えられる、触媒インク層を転写することによって形成される触媒層が、電解質膜の一面側又は両面側に備えられることを意味する。転写シート作製工程によって形成された触媒インク層を、触媒層形成工程で電解質膜の一面側のみに転写することにより、電解質膜の一面側のみに触媒層が形成される場合、当該電解質膜の他面側には、上記触媒層形成工程とは異なる工程により形成された触媒層が配設される。
【００１５】
請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の燃料電池の製造方法において、触媒インク作製工程によって作製される触媒インクに、さらに、溶媒が含有され、触媒インク作製工程によって作製される触媒インクに含有される、触媒金属担持担体とアイオノマーとの合計質量を１とするとき、非ニュートン流体の触媒インクに含有される溶媒の質量が９以上３３以下であり、ニュートン流体の触媒インクに含有される溶媒の質量が９以上１９以下であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の本発明において、溶媒の質量が９以上１９以下である場合には、触媒インク作製時における、溶媒攪拌後の分散処理の態様を調整することによって、非ニュートン流体の触媒インク又はニュートン流体の触媒インクを作製することができる。
【００１７】
請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法において、触媒金属担持担体の平均粒径をＲとするとき、触媒インク作製工程において、直径が２Ｒ以上２０Ｒ以下の隙間に、加圧された非ニュートン流体の触媒インクを通過させることにより、ニュートン流体の触媒インクが作製されることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の本発明において、隙間を通過させるために、非ニュートン流体へと加えられる圧力は、隙間の間隔（直径）や非ニュートン流体の粘度等によって変動するが、平均粒径５μｍの白金担持カーボンを含有する、チキソトロピー面積が０．５０［Ｐａ／ｓ］である非ニュートン流体の触媒インクを、８０μｍの間隙に通す際に加えられる圧力としては、２００［ＭＰａ］を例示できる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、ＳＰ１とＳＰ２との差の絶対値が０．５以下の場合には非ニュートン流体の触媒インクが作製され、ＳＰ１とＳＰ２との差の絶対値が０．５を超える場合にはニュートン流体の触媒インクが作製される。このようにして作製された触媒インクは電解質膜と接合しやすいので、請求項１に記載の発明によれば、電解質膜と触媒層との界面における接触抵抗を低減することができる。したがって、請求項１に記載の発明によれば、発電性能を向上させることが可能な燃料電池を製造できる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、ＳＰ２とＳＰ３との差の絶対値が０．５以下の場合にはニュートン流体の触媒インクが作製され、ＳＰ２とＳＰ３との差の絶対値が０．５を超える場合には非ニュートン流体の触媒インクが作製される。かかる触媒インクを塗布して形成される触媒インク層は基材から剥がれ易いので、請求項２に記載の発明によれば、転写シートの基材表面に残される触媒インクの量を低減することができ、多くの触媒金属担持担体及びアイオノマーを含有する触媒層が備えられる形態の燃料電池を製造できる。したがって、請求項２に記載の発明によれば、発電性能を向上させることが可能な燃料電池を製造できる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、触媒金属担持担体とアイオノマーとの合計質量と、溶媒の質量とを調整することで、非ニュートン流体の触媒インク又はニュートン流体の触媒インクを容易に作製することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、加圧された非ニュートン流体が、所定の間隔を通過する際に、触媒金属担持担体に吸着したアイオノマーの吸着力を上回る応力を、触媒金属担持担体の表面に加えることができる。したがって、請求項４に記載の発明によれば、非ニュートン流体を原料にしてニュートン流体を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について具体的に説明する。なお、以下の説明では、担体としてカーボンブラック（以下、「Ｃ」と表記することがある。）を、触媒金属としてＰｔを、電解質膜及び触媒インクに含有されるアイオノマーとしてパーフルオロスルホン酸系のポリマーを用いた形態を主に例示するが、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【００２４】
１．燃料電池の製造方法
１．１．第１実施形態
図１は、第１実施形態にかかる、本発明の燃料電池の製造方法（以下単に「本発明の製造方法」という。）の形態例を示すフローチャートである。図１に示すように、第１実施形態にかかる本発明の製造方法は、ＳＰ値算出工程（工程Ｓ１１）と、触媒インク作製工程（工程Ｓ１２）と、触媒層形成工程（工程Ｓ１３）と、を備え、さらに、拡散層配設工程（工程Ｓ１４）と、集電体配設工程（工程Ｓ１５）と、を備えている。
【００２５】
＜ＳＰ値算出工程Ｓ１１＞
工程Ｓ１１は、単セルの構成要素である電解質膜に含有される、アイオノマーのＳＰ値（ＳＰ１）と、後述する工程Ｓ１３によって上記電解質膜の一面側又は両面側に触媒層を形成する際に使用される、触媒インクに含有される触媒金属担持担体とアイオノマーとの複合体のＳＰ値（ＳＰ２）と、を算出する工程である。工程Ｓ１１において、アイオノマーのＳＰ値は、実験による接触角の測定や、シミュレーションによる相互作用計算から求めることができる。ここで、ＳＰ値は物質の表面エネルギーを用いて算出されるため、特定の物質によって構成される物質のＳＰ値は一意に算出することができる。例えば、ＰＥＦＣの電解質膜として利用されるＮａｆｉｏｎ膜に含有される、フッ素系アイオノマーであるパーフルオロスルホン酸系ポリマーのＳＰ値は１９．７であり、炭化水素系アイオノマーであるポリオレフィンを骨格とするポリマーのＳＰ値は２６．０である。
【００２６】
＜触媒インク作製工程Ｓ１２＞
工程Ｓ１２は、上記工程Ｓ１１によって算出されたＳＰ１とＳＰ２との差の絶対値が０．５以下である場合には、非ニュートン流体の触媒インクを作製し、当該絶対値が０．５を超える場合には、ニュートン流体の触媒インクを作製する工程である。ここで、電解質膜に含有されるアイオノマーと触媒インクに含有されるアイオノマーとが同一物質である場合には、｜ＳＰ１−ＳＰ２｜＝０となるため、工程Ｓ１２において非ニュートン流体の触媒インクを作製する。一方で、電解質膜に含有されるアイオノマーと触媒インクに含有されるアイオノマーとが異なる場合であっても、｜ＳＰ１−ＳＰ２｜≦０．５となる場合には、工程Ｓ１２において非ニュートン流体の触媒インクを作製する。これに対し、電解質膜に含有されるアイオノマーと触媒インクに含有されるアイオノマーとが異なり、かつ、｜ＳＰ１−ＳＰ２｜＞０．５となる場合には、工程Ｓ１２においてニュートン流体の触媒インクを作製する。
【００２７】
工程Ｓ１２において作製される非ニュートン流体の触媒インクは、チキソトロピー面積が０．０７［Ｐａ／ｓ］以上であれば、その作製法は特に限定されるものではない。例えば、触媒インクに含有される触媒金属担持担体（以下、「Ｐｔ／Ｃ」ということがある。）とアイオノマー（以下、「Ｎａｆｉｏｎ」ということがある。）との合計質量を１とするとき、触媒インクに含有される溶媒の質量を９以上３３以下とすることにより、非ニュートン流体の触媒インクを作製することが可能になる。
【００２８】
これに対し、工程Ｓ１２において作製されるニュートン流体の触媒インクは、チキソトロピー面積が０．０７［Ｐａ／ｓ］未満であれば、その作製法は特に限定されるものではない。例えば、触媒インクに含有されるＰｔ／ＣとＮａｆｉｏｎとの合計質量を１とするとき、触媒インクに含有される溶媒の質量を９以上１９以下とすることにより、ニュートン流体の触媒インクを作製することが可能になる。このほか、非ニュートン流体に所定の処理を施すことによってニュートン流体を作製することもできる。非ニュートン流体に加えられる所定の処理の具体例としては、触媒インクに含有されるＰｔ／Ｃの平均粒径をＲとするとき、チキソトロピー面積が０．０７［Ｐａ／ｓ］の非ニュートン流体に２００ＭＰａの圧力を加えて、直径１６Ｒの隙間を通過させる処理等を挙げることができる。かかる処理によれば、非ニュートン流体が隙間を通過する際に、Ｐｔ／Ｃの表面に吸着したＮａｆｉｏｎにせん断応力が加えられ、当該せん断応力によって、Ｎａｆｉｏｎの一部がＰｔ／Ｃの表面から脱離するため、非ニュートン流体の触媒インクをニュートン流体にすることが可能になる。隙間に、加圧された非ニュートン流体を通過させることにより、非ニュートン流体の触媒インクを用いてニュートン流体の触媒インクを作製する場合、当該隙間を通過させる回数は特に限定されず、目的のニュートン流体を作製するために必要とされる、任意の回数とすることができる。
【００２９】
＜触媒層形成工程Ｓ１３＞
工程Ｓ１３は、上記工程Ｓ１２によって作製された触媒インクを塗布することにより、電解質膜の一面側又は両面側に触媒層を形成する工程である。工程Ｓ１３の具体例としては、電解質膜の一面側又は両面側に触媒インクを塗布することにより、電解質膜の一面側又は両面側に触媒層を形成する形態を挙げることができる。ここで、触媒インクを塗布する形態の具体例としては、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、電気泳動法等を挙げることができる。このように、本発明の製造方法では、ＳＰ１とＳＰ２との差の絶対値に応じて、非ニュートン流体又はニュートン流体となるように作製された触媒インクが、電解質膜の一面側又は両面側に塗布されるので、電解質膜との密着性に優れた触媒層を形成することができる。
スプレー塗布法によって電解質膜の一面側に触媒層を形成する場合の形態例（断面図）を図２に概略的に示す。図２に示すように、スプレー塗布法によって電解質膜２１の一面側に触媒層２２を形成する場合には、例えば、作業台２７の上に電解質膜２１を配置し、当該電解質膜２１の上に、開口部を有する枠型形状のマスキング部材２６を配置する。一方、触媒インク貯留タンク２４に、上記工程Ｓ１２によって作製された触媒インク２３が溜められ、触媒インク貯留タンク２４から供給される触媒インク２３を、スプレーガン２５から電解質膜２１へと噴射することにより、電解質膜２１の一面側に触媒層２２を形成することができる。
【００３０】
＜拡散層配設工程Ｓ１４＞
工程Ｓ１４は、上記工程Ｓ１３を経て作製されたＭＥＡの一面側又は両面側に拡散層を配設することにより、一対の集電体によって狭持される積層体を作製する工程である。工程Ｓ１４における、積層体作製方法としては、一の拡散層又は一対の拡散層とＭＥＡとを熱圧着する形態等を例示することができる。ＭＥＡと拡散層とを熱圧着することにより積層体が作製される場合、触媒層と拡散層とを密着（接合）させることができる条件であれば、熱圧着の温度条件及び圧力条件は特に限定されるものではない。電解質膜に含まれるアイオノマー及び触媒層に含まれるアイオノマーがパーフルオロスルホン酸系のポリマーである場合には、例えば、１２０℃の温度環境下で０．１ＭＰａの圧縮圧力を加えることにより、積層体を作製することができる。
【００３１】
＜集電体配設工程Ｓ１５＞
工程Ｓ１５は、上記工程Ｓ１４によって作製された積層体の両側に集電体（例えば、セパレータ）を配設することにより、単セルを作製する工程である。
このように、第１実施形態にかかる本発明の製造方法によれば、工程Ｓ１１〜Ｓ１５を経て単セルが作製されるので、電解質膜と触媒層との界面における接触抵抗を低減することで発電性能を向上させることが可能な、燃料電池を製造できる。
【００３２】
１．２．第２実施形態
図３は、第２実施形態にかかる本発明の製造方法の形態例を示すフローチャートである。図３に示すように、第２実施形態にかかる本発明の製造方法は、ＳＰ値算出工程（工程Ｓ３１）と、触媒インク作製工程（工程Ｓ３２）と、転写シート作製工程（工程Ｓ３３）と、触媒層形成工程（工程Ｓ３４）と、を備え、さらに、拡散層配設工程（工程Ｓ３５）と、集電体配設工程（工程Ｓ３６）と、を備えている。以下、上記第１実施形態にかかる本発明の製造方法における構成要素と同様の構成を採るものには、同一のパラメータを用いて、説明を続ける。
【００３３】
＜ＳＰ値算出工程Ｓ３１＞
工程Ｓ３１は、後述する工程Ｓ３３で基材上に触媒インク層を形成する際に使用される、触媒インクに含有されるＰｔ／Ｃとアイオノマーとの複合体のＳＰ値（ＳＰ２）と、後述する工程Ｓ３３で用いられる基材のＳＰ値（ＳＰ３）と、を算出する工程である。工程Ｓ３１において、ＳＰ値は、上記工程Ｓ１１と同様の式を用いて算出することができる。例えば、工程Ｓ３３で用いられる基材がポリテトラフルオロエチレンのシート状部材である場合、当該基材のＳＰ値は１５．３である。
【００３４】
＜触媒インク作製工程Ｓ３２＞
工程Ｓ３２は、上記工程Ｓ３１によって算出されたＳＰ２とＳＰ３との差の絶対値が０．５以下である場合には、ニュートン流体の触媒インクを作製し、当該絶対値が０．５を超える場合には、非ニュートン流体の触媒インクを作製する工程である。工程Ｓ３２では、上記工程Ｓ１２における、ニュートン流体の触媒インクを作製する方法や、非ニュートン流体の触媒インクを作製する方法と同様の方法により、ニュートン流体の触媒インクや非ニュートン流体の触媒インクを作製することができる。なお、工程Ｓ３２で作製されるニュートン流体の触媒インクは、チキソトロピー面積が０．０７［Ｐａ／ｓ］未満であれば、チキソトロピー面積の値は特に限定されず、同様に、工程Ｓ３２で作製される非ニュートン流体の触媒インクは、チキソトロピー面積が０．０７［Ｐａ／ｓ］以上であれば、チキソトロピー面積の値は特に限定されない。
【００３５】
＜転写シート作製工程Ｓ３３＞
工程Ｓ３３は、上記工程Ｓ３２によって作製された触媒インクを基材の上へ塗布することにより、基材と、当該基材の上に形成された触媒インク層とを備える転写シートを作製する工程である。上記工程Ｓ３１によって算出されたＳＰ２とＳＰ３との差の絶対値が０．５である場合に、上記工程Ｓ３２によって作製されたニュートン流体の触媒インクを基材の上へ塗布して触媒インク層を形成すると、基材上に、当該基材から剥がれ易い形態の触媒インク層を形成することができる。同様に、上記工程Ｓ３１によって算出されたＳＰ２とＳＰ３との差の絶対値が０．５を超える場合に、上記工程Ｓ３２によって作製された非ニュートン流体の触媒インクを基材の上へ塗布して触媒インク層を形成すると、基材から剥がれ易い形態の触媒インク層を形成することができる。すなわち、工程Ｓ３３により、基材から剥がれ易い形態の触媒インク層を備える、転写シートを作製することができる。
【００３６】
＜触媒層形成工程Ｓ３４＞
工程Ｓ３４は、上記工程Ｓ３３によって作製された転写シートに備えられる触媒インク層と電解質膜とを接触させ、熱圧着等の処理を施した後、基材を剥がすことにより、電解質膜の一面側又は両面側に触媒インク層を転写し、電解質膜の一面側又は両面側に触媒層を形成する工程である。上述のように、工程Ｓ３３において、基材から剥がれ易い形態の触媒インク層を備える転写シートが作製されるため、工程Ｓ３４では、触媒インク層を基材から容易に剥がすことができる。このように、工程Ｓ３４では、触媒インク層を基材から容易に剥がすことができるので、基材上に残存する触媒インク層の量を低減でき、電解質膜の一面側又は両面側に、多くの触媒金属担持担体及びアイオノマーを転写することができる。また、触媒インク層を基材から容易に剥がすことができるので、工程Ｓ３４の作業効率を向上させることができる。
工程Ｓ３４において、パーフルオロスルホン酸系のポリマーを含有する電解質膜と転写シートとを熱圧着して、パーフルオロスルホン酸系のポリマーを含有する触媒インク層を転写する場合、例えば、１２０℃の温度環境下で０．１ＭＰａの圧縮圧力を加えることにより、電解質膜の一面側又は両面側へ触媒層を形成することができる。
【００３７】
＜拡散層配設工程Ｓ３５＞
工程Ｓ３５は、上記工程Ｓ３４を経て作製されたＭＥＡの一面側又は両面側に拡散層を配設することにより、一対の集電体によって狭持される積層体を作製する工程である。
【００３８】
＜集電体配設工程Ｓ３６＞
工程Ｓ３６は、上記工程Ｓ３５によって作製されたＭＥＡの両側に集電体（例えば、セパレータ）を配設することにより、単セルを作製する工程である。
このように、第２実施形態にかかる本発明の製造方法によれば、工程Ｓ３１〜Ｓ３６を経て単セルが作製されるので、多くの触媒金属担持担体及びアイオノマーを含有する触媒層を形成することにより発電性能を向上させることが可能な、燃料電池を製造できる。
【００３９】
２．燃料電池
図４は、第１実施形態にかかる本発明の製造方法によって製造される燃料電池（以下、「本発明の燃料電池」という。）の形態例を概略的に示す断面図であり、単セルの一部を拡大して示している。図４の紙面左右方向が、集電体の積層方向である。以下、図４を参照しつつ、本発明の燃料電池について説明する。なお、以下の説明では、パーフルオロスルホン酸系のポリマーを含有する電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ膜）が備えられる形態を例示するが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、ポリオレフィンのような炭化水素を骨格とするポリマーを含有する電解質膜が備えられる形態とすることも可能である。
【００４０】
図４に示すように、本発明の燃料電池１００は、電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ膜）４１と、当該電解質膜４１の一方の側に形成されるアノード触媒層４２ａ及び他方の側に形成されるカソード触媒層４３ａとを備えるＭＥＡ４４と、アノード触媒層４２ａ側に配設されるアノード拡散層４２ｂ及びカソード触媒層４３ａ側に配設されるカソード拡散層４３ｂと、アノード拡散層４２ｂ側に配設される集電体（セパレータ）４５及びカソード拡散層４３ｂ側に配設される集電体（セパレータ）４６と、を備えている。アノード４２は、アノード触媒層４２ａ及びアノード拡散層４２ｂを備え、カソード４３は、カソード触媒層４３ａ及びカソード拡散層４３ｂを備えている。そして、アノード触媒層４２ａ及びカソード触媒層４３ａには、Ｐｔ／Ｃ及びＮａｆｉｏｎが含有され、アノード拡散層４２ｂ及びカソード拡散層４３ｂは、例えばカーボンペーパーにより構成されている。一方、セパレータ４５のアノード拡散層４２ｂ側の面には、反応ガス流路４７、４７、…が備えられ、セパレータ４６のカソード拡散層４３ｂ側の面には、反応ガス流路４８、４８、…が備えられている。
【００４１】
燃料電池１００の作動時には、反応ガス流路４７、４７、…を介してアノード４２へ水素含有ガスが供給されると共に、反応ガス流路４８、４８、…を介してカソード４３へ酸素含有ガスが供給される。反応ガス流路４７、４７、…を介して供給された水素含有ガスは、アノード触媒層４２ａに含有されるＰｔへと達し、当該Ｐｔ上でプロトンと電子に分離する。アノード触媒層４２ａで生じたプロトンは、アノード触媒層４２ａと電解質膜４１との界面、及び、電解質膜４１とカソード触媒層４３ａとの界面を経てカソード触媒層４３ａへと達する一方、電子は、外部回路を経由してカソード触媒層４３ａへと達する。そして、カソード触媒層４３ａへと移動してきたプロトン及び電子と、反応ガス流路４８、４８、…を介してカソード触媒層４３ａへと供給された酸素含有ガスとが、カソード触媒層４３ａに含有されるＰｔ上で反応することにより、水が生成される。なお、燃料電池１００の作動時には、セパレータ４５、４６に備えられる熱媒体流路（不図示）内を流れる熱媒体によって、上記反応が進行し得る温度（例えば８０℃前後の温度）に維持される。
【００４２】
ここで、アノード触媒層４２ａ及びカソード触媒層４３ａは、上記工程Ｓ１３によって形成されている。以下に、本発明の燃料電池１００の製造工程例を概説する。
【００４３】
燃料電池１００に備えられるＭＥＡ４４は、上記工程Ｓ１２によって作製された触媒インクを、電解質膜４１の両面側にそれぞれスプレー塗布して、電解質膜４１の一方の側にアノード触媒層４２ａを、他方の側にカソード触媒層４３ａを、それぞれ形成させる（工程Ｓ１３）ことにより作製される。このようにしてＭＥＡ４４を作製したら、続いて、一対のカーボンペーパー（アノード拡散層４２ｂ及びカソード拡散層４３ｂ）の間にＭＥＡ４４を配置し、これらを熱圧着することにより、アノード拡散層４２ｂとＭＥＡ４４とカソード拡散層４３ｂとを備える積層体が作製される（工程Ｓ１４）。そして、当該積層体の一方の側及び他方の側にそれぞれセパレータ４５、４６を配設することで、燃料電池１００が製造される。
【００４４】
このように、燃料電池１００には、工程Ｓ１３によって形成されたアノード触媒層４２ａ及びカソード触媒層４３ａが備えられている。上述のように、第１実施形態にかかる本発明の製造方法によって形成される触媒層は、電解質膜から剥がれ難く、電解質膜との接合性に優れている。そのため、燃料電池１００では、アノード触媒層４２ａと電解質膜４１との界面、及び、電解質膜４１とカソード触媒層４３ａとの界面における接触抵抗が低減され、アノード触媒層４２ａからカソード触媒層４３ａへとプロトンが伝導される際の抵抗分極を低減することができる。したがって、第１実施形態にかかる本発明の製造方法によれば、発電性能を向上させることが可能な燃料電池１００を製造できる。
【００４５】
本発明の燃料電池に関する上記説明では、便宜上、第１実施形態にかかる本発明の製造方法によって製造される燃料電池を例示したが、上述のように、第２実施形態にかかる本発明の製造方法によっても、発電性能を向上させることが可能な燃料電池を製造できる。
【００４６】
また、本発明の燃料電池に関する上記説明では、アノード触媒層４２ａ及びカソード触媒層４３ａが上記工程Ｓ１３によって形成されている形態を例示したが、本発明の燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、アノード触媒層又はカソード触媒層のみが、上記工程Ｓ１３によって形成されていてもよく、また、アノード触媒層及び／又はカソード触媒層が上記工程Ｓ３４によって形成されていてもよい。ただし、燃料電池の発電性能を容易に向上させ得る構成とする観点から、アノード触媒層及びカソード触媒層が上記工程Ｓ１３又は上記工程Ｓ３４によって形成されていることが好ましい。
【００４７】
また、本発明の製造方法に関する上記説明では、拡散層が備えられる形態（工程Ｓ１４又は工程Ｓ３５が備えられる形態）を例示し、本発明の燃料電池に関する上記説明では、アノード拡散層４２ｂ及びカソード拡散層４３ｂが備えられる形態の燃料電池１００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く、例えば、アノード拡散層及びカソード拡散層が備えられない形態とすることも可能である。アノード拡散層及びカソード拡散層が備えられない場合には、上記工程Ｓ１４又は工程Ｓ３５を省略することにより、アノード拡散層及びカソード拡散層が備えられない形態の燃料電池を製造することができる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を参照しつつ、本発明について具体的に説明する。なお、以下の説明において、Ｐｔ／Ｃ１００質量部に対してＰｔが５０質量部である（５０質量部のＣに５０質量部のＰｔが担持されることにより、１００質量部のＰｔ／Ｃが構成される）触媒金属担持担体を、「５０％Ｐｔ／Ｃ」と表記する。また、Ｐｔ／Ｃ１００質量部に対してＰｔが４５質量部である触媒金属担持担体を、「４５％Ｐｔ／Ｃ」と表記する。
【００４９】
１．発電性能評価
１．１．燃料電池の作製
（実施例１）
１ｇの５０％Ｐｔ／Ｃと、純水５ｇとエタノール２０ｇとの混合溶媒と、２．５ｇのナフィオン分散溶液（ＤＥ２０２０、和光純薬工業株式会社製。以下同じ。）とを遠心攪拌により混合し、さらに、超音波ホモジナイザーで分散することにより、実施例１にかかる触媒インクを作製した。その後、実施例１にかかる触媒インクを電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ１１７。以下同じ。）の両面側へそれぞれスプレー塗布することにより、実施例１にかかるＭＥＡを作製した。実施例１において、上記電解質膜に含有されるアイオノマーのＳＰ値（ＳＰ１）と、上記触媒インクに含有される５０％Ｐｔ／Ｃとアイオノマーとの複合体のＳＰ値（ＳＰ２）との差の絶対値は０であり、０．５よりも小さい値であった。
次いで、一対のカーボンペーパーの間に実施例１にかかるＭＥＡを配置し、実施例１にかかる積層体を作製した。そして、実施例１にかかる積層体の両側に、カーボンセパレータをそれぞれ配設することにより、実施例１にかかる燃料電池（単セル）を作製した。
【００５０】
（実施例２）
１ｇの５０％Ｐｔ／Ｃと、純水５ｇとエタノール２０ｇとの混合溶媒と、２．５ｇのナフィオン分散溶液とを遠心攪拌により混合し、さらに、超音波ホモジナイザーで分散することにより、実施例２にかかる触媒インクを作製した。その後、実施例２にかかる触媒インクを、炭化水素系のアイオノマーを含有する電解質膜の両面側へそれぞれスプレー塗布することにより、実施例２にかかるＭＥＡを作製した。実施例２において、上記電解質膜に含有されるアイオノマーのＳＰ値（ＳＰ１）と、上記触媒インクに含有される５０％Ｐｔ／Ｃとアイオノマーとの複合体のＳＰ値（ＳＰ２）との差の絶対値は、０．５よりも大きい値であった。
次いで、一対のカーボンペーパーの間に実施例２にかかるＭＥＡを配置し、実施例２にかかる積層体を作製した。そして、実施例２にかかる積層体の両側に、カーボンセパレータをそれぞれ配設することにより、実施例２にかかる燃料電池（単セル）を作製した。
【００５１】
（比較例１）
１ｇの４５％Ｐｔ／Ｃと、純水５ｇとエタノール２０ｇとの混合溶媒と、２．５ｇのナフィオン分散溶液とを遠心攪拌により混合し、さらに、超音波ホモジナイザーで分散することにより、比較例１にかかる触媒インクを作製した。その後、比較例１にかかる触媒インクを電解質膜の両面側へそれぞれスプレー塗布することにより、比較例１にかかるＭＥＡを作製した。比較例１において、上記電解質膜に含有されるアイオノマーのＳＰ値（ＳＰ１）と、上記触媒インクに含有される４５％Ｐｔ／Ｃとアイオノマーとの複合体のＳＰ値（ＳＰ２）との差の絶対値は１０．４であり、０．５よりも大きい値であった。
次いで、一対のカーボンペーパーの間に比較例１にかかるＭＥＡを配置し、比較例１にかかる積層体を作製した。そして、比較例１にかかる積層体の両側に、カーボンセパレータをそれぞれ配設することにより、比較例１にかかる燃料電池（単セル）を作製した。
【００５２】
（比較例２）
１ｇの５０％Ｐｔ／Ｃと、純水５ｇとエタノール２０ｇとの混合溶媒と、２．５ｇのナフィオン分散溶液とを遠心攪拌により混合し、さらに、超音波ホモジナイザーで分散することにより、比較例２にかかる触媒インクを作製した。その後、比較例２にかかる触媒インクを、炭化水素系のアイオノマーを含有する電解質膜の両面側へそれぞれスプレー塗布することにより、比較例２にかかるＭＥＡを作製した。比較例２において、上記電解質膜に含有されるアイオノマーのＳＰ値（ＳＰ１）と、上記触媒インクに含有される５０％Ｐｔ／Ｃとアイオノマーとの複合体のＳＰ値（ＳＰ２）との差の絶対値は、０．５よりも大きい値であった。
次いで、一対のカーボンペーパーの間に比較例２にかかるＭＥＡを配置し、比較例２にかかる積層体を作製した。そして、比較例２にかかる積層体の両側に、カーボンセパレータをそれぞれ配設することにより、比較例２にかかる燃料電池（単セル）を作製した。
【００５３】
１．２．発電性能試験
実施例１にかかる燃料電池、実施例２にかかる燃料電池、比較例１にかかる燃料電池、及び、比較例２にかかる燃料電池を、それぞれ８０℃に維持し、各燃料電池のアノード側に、８０℃フル加湿（相対湿度１００％。以下同じ。）の水素を、カソード側に８０℃フル加湿の空気を、背圧０．１ＭＰａでそれぞれ供給することにより、上記各燃料電池を作動させ、発電性能（ＩＶ特性）及びセル抵抗を調べた。実施例１にかかる燃料電池及び比較例１にかかる燃料電池の、ＩＶ特性の結果とセル抵抗の結果を図５に併せて示す。また、実施例２にかかる燃料電池及び比較例２にかかる燃料電池の、ＩＶ特性の結果とセル抵抗の結果を図６に併せて示す。図５及び図６の紙面左側の縦軸は電圧［Ｖ］、紙面右側の縦軸はセル抵抗［ｍΩ］、横軸は電流密度［Ａ／ｃｍ２］である。
【００５４】
２．チキソトロピー性評価
粘度／粘弾性測定装置（レオストレスＲＳ６００、ＴｈｅｒｍｏＨａａｋｅ社製。以下同じ。）に、サンプルとして上記実施例１にかかる触媒インクを入れ、せん断速度とせん断応力との関係を調べ、ヒステリシス曲線からチキソトロピー面積を算出した。同様に、上記粘度／粘弾性測定装置へ、サンプルとして上記比較例１にかかる触媒インクを入れ、せん断速度とせん断応力との関係を調べ、ヒステリシス曲線からチキソトロピー面積を算出した。実施例１にかかる触媒インク及び比較例１にかかる触媒インクのヒステリシス曲線の結果を、図７に併せて示す。図７の縦軸はせん断応力［Ｐａ］、横軸はせん断速度［１／ｓ］である。
【００５５】
３．チキソトロピー性制御試験
１ｇの５０％Ｐｔ／Ｃと、純水５ｇとエタノール２０ｇとの混合溶媒と、２．５ｇのナフィオン分散溶液とを遠心攪拌により混合し、さらに、超音波ホモジナイザーで分散することにより、触媒インク（間隙通過前）を作製した。そして、間隙を８０μｍに調整した、湿式メディアレス微粒化装置（ナノマイザー、吉田機械興業株式会社製）へ、上記触媒インクを、２００ＭＰａの圧力にて注入し、上記間隙通過後の触媒インクを取り出した。そして、粘度／粘弾性測定装置を用いて、間隙通過前の触媒インク、及び、間隙通過後の触媒インクそれぞれの、せん断速度とせん断応力との関係を調べ、ヒステリシス曲線からチキソトロピー面積を算出した。ヒステリシス曲線の結果を、図８に併せて示す。図８の縦軸はせん断応力［Ｐａ］、横軸はせん断速度［１／ｓ］である。
【００５６】
４．結果
図７に示すヒステリシス曲線によって囲まれた部位の面積（チキソトロピー面積）を算出したところ、実施例１にかかる触媒インクのチキソトロピー面積は２０．２９［Ｐａ／ｓ］であり、比較例１にかかる触媒インクのチキソトロピー面積は−０．０７［Ｐａ／ｓ］であった。すなわち、実施例１にかかる触媒インクは非ニュートン流体であり、比較例１にかかる触媒インクはニュートン流体であった。
【００５７】
図５より、電解質膜に含有されるアイオノマーのＳＰ値（ＳＰ１）と、触媒インクに含有されるＰｔ／Ｃとアイオノマーとの複合体のＳＰ値（ＳＰ２）との差の絶対値が、０．５以下の０である場合には、電解質膜へ実施例１にかかる触媒インクを塗布して形成した触媒層を備える実施例１にかかる燃料電池の方が、電解質膜へ比較例１にかかる触媒インクを塗布して形成した触媒層を備える比較例１にかかる燃料電池よりも、良好な発電性能を示した。すなわち、電流密度の値が一定であるときの電圧値は、実施例１にかかる燃料電池の方が比較例１にかかる燃料電池よりも大きく、セル抵抗の値は、実施例１にかかる燃料電池の方が比較例１にかかる燃料電池よりも小さい、という結果が得られた。実施例１にかかる燃料電池と比較例１にかかる燃料電池は、触媒層形成時に使用した触媒インクが非ニュートン流体（実施例１）であったかニュートン流体（比較例１）であったかのみが異なることから、これらの燃料電池の発電性能差は、電解質膜へ塗布した触媒インクの相違に起因すると考えられる。以上より、ＳＰ１とＳＰ２との差の絶対値が０．５以下である場合には、非ニュートン流体の触媒インクを電解質膜に塗布することで、電解質膜との接合性に優れた触媒層を形成でき、燃料電池の発電性能を向上させることができる。
【００５８】
これに対し、図６より、電解質膜に含有されるアイオノマーのＳＰ値（ＳＰ１）と、触媒インクに含有されるＰｔ／Ｃとアイオノマーとの複合体のＳＰ値（ＳＰ２）との差の絶対値が、０．５を超える場合には、電解質膜へ実施例２にかかる触媒インクを塗布して形成した触媒層を備える実施例２にかかる燃料電池の方が、電解質膜へ比較例２にかかる触媒インクを塗布して形成した触媒層を備える比較例２にかかる燃料電池よりも、良好な発電性能を示した。すなわち、電流密度の値が一定であるときの電圧値は、実施例２にかかる燃料電池の方が比較例２にかかる燃料電池よりも大きく、セル抵抗の値は、実施例２にかかる燃料電池の方が比較例２にかかる燃料電池よりも小さい、という結果が得られた。実施例２にかかる燃料電池及び比較例２にかかる燃料電池も、実施例１にかかる燃料電池及び比較例１にかかる燃料電池と同様に、電解質膜へ塗布した触媒インクのみが異なり、比較例１にかかる触媒インクと同様の条件で作製した実施例２にかかる触媒インクはニュートン流体であり、実施例１にかかる触媒インクと同様の条件で作製した比較例２にかかる触媒インクは非ニュートン流体であった。以上より、ＳＰ１とＳＰ２との差の絶対値が０．５を超える場合には、ニュートン流体の触媒インクを電解質膜に塗布することで、電解質膜との接合性に優れた触媒層を形成でき、燃料電池の発電性能を向上させることができる。
【００５９】
他方、図８に示すヒステリシス曲線によって囲まれた部位の面積（チキソトロピー面積）を算出したところ、間隙通過前の触媒インクのチキソトロピー面積は０．５０［Ｐａ／ｓ］であり、間隙通過後の触媒インクのチキソトロピー面積は０．０６［Ｐａ／ｓ］であった。すなわち、平均粒径５μｍのＰｔ／Ｃを含有する、非ニュートン流体の触媒インクを、８０μｍの間隙へ、２００ＭＰａの圧力で注入することにより、ニュートン流体の触媒インクを作製可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１実施形態にかかる本発明の製造方法の形態例を示すフローチャートである。
【図２】スプレー塗布法によって電解質膜の一面側に触媒層が形成される形態を概略的に示す断面図である。
【図３】第２実施形態にかかる本発明の製造方法の形態例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の製造方法によって製造される燃料電池の一部を概略的に示す断面図である。
【図５】ＩＶ特性及びセル抵抗の結果を示す図である。
【図６】ＩＶ特性及びセル抵抗の結果を示す図である。
【図７】ヒステリシス曲線を示す図である。
【図８】ヒステリシス曲線を示す図である。
【図９】チキソトロピー面積を示す概念図である。
【符号の説明】
【００６１】
２１  電解質膜
２２  触媒層
２３  触媒インク
２４  触媒インク貯留タンク
２５  スプレーガン
２６  マスキング部材
２７  作業台
４１  電解質膜
４２  アノード
４２ａ  アノード触媒層（触媒層）
４２ｂ  アノード拡散層
４３  カソード
４３ａ  カソード触媒層（触媒層）
４３ｂ  カソード拡散層
４４  ＭＥＡ（膜電極構造体）
４５、４６  セパレータ（集電体）
４７、４８  反応ガス流路
１００  燃料電池
【図１】
2008135274.tif 000003
【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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