(57)【要約】　　【課題】　本発明は、燃料電池を構成する電極−電解質膜接合体及び該電極−電解質膜接合体を製造するための転写シートを提供することを課題とする。　　【解決手段】　本発明の転写シートは、基材の少なくとも片面に離型層を介して１個又は２個以上の触媒層が形成されたものである。本発明の転写シートは、基材の少なくとも片面に離型層を形成し、次いで該離型層の上に１個又は２個以上の触媒層を形成させることにより製造される。電極−電解質膜接合体は、本発明転写シートの触媒層面が電解質膜面に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して触媒層−電解質膜積層体を製造し、更にこの触媒層−電解質膜積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することにより製造される。【選択図】　図１
2004095553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の少なくとも片面に離型層を介して１個又は２個以上の触媒層が形成された、電極−電解質膜接合体製造用転写シート。
【請求項２】
触媒層の他面に接着層が形成されている請求項１に記載の転写シート。
【請求項３】
離型層が融点６０〜１００℃のワックスからなる請求項１又は２に記載の転写シート。
【請求項４】
基材の少なくとも片面に離型層を形成し、次いで該離型層の上に１個又は２個以上の触媒層を形成させる、請求項１に記載の電極−電解質膜接合体製造用転写シートの製造方法。
【請求項５】
基材の少なくとも片面に離型層を形成し、次いで該離型層の上に１個又は２個以上の触媒層を形成させ、更に触媒層上に接着層を形成させる、請求項２に記載の電極−電解質膜接合体製造用転写シートの製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の転写シートの触媒層面が電解質膜面に対面するように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ことを特徴とする触媒層−電解質膜積層体の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の転写シートの触媒層面が電解質膜の両面に対面するように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ことを特徴とする触媒層−電解質膜積層体の製造方法。
【請求項８】
請求項２に記載の転写シートの接着層面が電解質膜面に対面するように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ことを特徴とする触媒層−電解質膜積層体の製造方法。
【請求項９】
請求項２に記載の転写シートの接着層面が電解質膜の両面に対面するように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ことを特徴とする触媒層−電解質膜積層体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜３のいずれかに記載の転写シートを用いて製造される触媒層−電解質膜積層体。
【請求項１１】
請求項６〜９のいずれかの方法で製造される触媒層−電解質膜積層体。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することを特徴とする電極−電解質膜接合体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０又は１１に記載の積層体を用いて製造される電極−電解質膜接合体。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法により製造される電極−電解質膜接合体。
【請求項１５】
(1)基材の少なくとも片面に離型層を形成し、次いで該離型層の上に１個又は２個以上の触媒層を形成させて電極−電解質膜接合体製造用転写シートを得る工程、
(2)上記(1)工程で得られる転写シートの触媒層面が電解質膜面に対面するように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ことにより触媒層−電解質膜積層体を得る工程、
(3)上記(2)工程で得られる触媒層−電解質膜積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することにより電極−電解質膜接合体を得る工程、及び
(4)上記(3)工程で得られる電極−電解質膜接合体を用いて燃料電池を得る工程
を備えた燃料電池の製造方法。
【請求項１６】
(1)基材の少なくとも片面に離型層を形成し、次いで該離型層の上に１個又は２個以上の触媒層を形成させ、更に触媒層上に接着層を形成させて電極−電解質膜接合体製造用転写シートを得る工程、
(2)上記(1)工程で得られる転写シートの接着層面が電解質膜面に対面するように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ことにより触媒層−電解質膜積層体を得る工程、
(3)上記(2)工程で得られる触媒層−電解質膜積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することにより電極−電解質膜接合体を得る工程、及び
(4)上記(3)工程で得られる電極−電解質膜接合体を用いて燃料電池を得る工程
を備えた燃料電池の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３又は１４に記載の電極−電解質膜接合体を組み込んだ燃料電池。
【請求項１８】
請求項１５又は１６に記載の方法で得られる燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、転写シート、触媒層−電解質膜積層体、電極−電解質膜接合体及びこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　燃料電池は、電解質膜の両面に触媒層を配置し、水素と酸素の電気化学反応により発電する発電するシステムであり、発電時に発生するのは水のみである。燃料電池は、従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために、次世代のクリーンエネルギーシステムとして注目されている。
【０００３】
　固体高分子型燃料電池は、電解質膜層として水素イオン伝導性高分子電解質膜を用い、その両面に触媒層を配置し、次いでその両面に電極基材を配置し、更にこれをセパレータで挟んだ構造をしている。電解質膜層の両面に触媒層を配置し、次いでその両面に電極基材を配置したもの（即ち、電極基材／触媒層／電解質膜／触媒層／電極基材の層構成のもの）は、電極−電解質膜接合体と称されている。
【０００４】
　従来、電極−電解質膜接合体の製造方法としては、例えば、白金を炭素粉に担持させた触媒粉のスラリー液又はペースト化した塗工液を、(1)電極基材の片面に印刷法又はスプレー法を適用して触媒層を形成した２個の電極基材を用い、該電極基材の触媒層面が電解質膜の両面に接するように配置し、熱プレスする方法（例えば、特許文献１、特許文献２等）、(2)電解質膜の両面に印刷法又はスプレー法を適用して触媒層を形成し、各々の触媒層面に電極基材が接するように配置し、熱プレスする方法（例えば、特許文献３等）、(3)基材上に印刷法を適用して形成した触媒層を高温高圧下に電解質膜に転写し、基材を剥離し、次いで電解質膜の両面に転写された触媒層面に電極基材が接するように配置し、熱プレスする方法（例えば、特許文献４等）等が知られている。
【０００５】
　しかしながら、これらの方法には種々の欠点がある。
【０００６】
　(1)の方法は、印刷法又はスプレー法を適用して触媒層を電極基材上に形成する際に、触媒層が多孔質の電極基材の中に入り込むので、触媒層の膜厚調整が困難になったり、触媒層を電極基材上に均一に形成させることが困難になる。更に、(1)の方法は、電極基材表面乃至内部の孔を塞ぎ、ガスの通流性能を阻害する。その結果、(1)の方法で得られる電極−電解質膜接合体を使用した燃料電池は、その性能が低下するのが避けられない。
【０００７】
　(2)の方法は、触媒層構成成分を有機溶剤に溶解又は分散させた液を電解質膜の両面に印刷又はスプレーして触媒層を形成させるが、電解質膜が有機溶媒により膨潤し、変形して電解質膜の形状を維持することが困難になる。そのために、触媒層の膜厚調整が困難になったり、触媒層を電解質膜上に均一に形成させることが困難になる。その結果、(2)の方法で得られる電極−電解質膜接合体を使用した燃料電池は、その性能にバラツキが生じる。従って、(2)の方法で得られる電極−電解質膜接合体では、均一な性能を備えた燃料電池を製造できない。
【０００８】
　(3)の方法は、触媒層の電解質膜への転写を高温高圧下に行う必要があるが、高圧下での転写の際に電解質膜が過剰に圧縮される部分が生じ、電解質膜が局所的に破壊される危険がある。また、高温下での転写の際、電解質膜が溶融し、膜自体が変性する危険がある。その結果、(3)の方法で得られる電極−電解質膜接合体を使用した燃料電池は、所望の性能を備えた燃料電池にはなり得ない。
【特許文献１】特公昭６２−６１１１８号公報
【特許文献２】特公昭６２−６１１１９号公報
【特許文献３】特公平２−４８６３２号公報
【特許文献４】特開平１０−６４５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
　本発明は、上記欠点のない電極−電解質膜接合体の製造方法を提供することを課題とする。
【００１０】
　本発明は、上記欠点のない電極−電解質膜接合体を製造するための転写シート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】
【００１１】
　本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねてきた。その結果、基材の少なくとも片面に離型層を介して１個又は２個以上の触媒層が形成された電極−電解質膜接合体製造用転写シートを用い、該転写シートの離型層面が電解質膜面に対面するように転写シートを配置し、加圧した後、該転写シートの基材を剥離することにより、所望の電極−電解質膜接合体を製造できることを見い出した。本発明は、斯かる知見に基づき完成されたものである。
１．本発明は、基材の少なくとも片面に離型層を介して１個又は２個以上の触媒層が形成された、電極−電解質膜接合体製造用転写シートである。
２．本発明は、触媒層の他面に接着層が形成されている上記１に記載の転写シートである。
３．本発明は、離型層が融点６０〜１００℃のワックスからなる上記１又は２に記載の転写シートである。
４．本発明は、基材の少なくとも片面に離型層を形成し、次いで該離型層の上に１個又は２個以上の触媒層を形成させる、上記１に記載の電極−電解質膜接合体製造用転写シートの製造方法である。
５．本発明は、基材の少なくとも片面に離型層を形成し、次いで該離型層の上に１個又は２個以上の触媒層を形成させ、更に触媒層上に接着層を形成させる、上記２に記載の電極−電解質膜接合体製造用転写シートの製造方法である。
６．本発明は、上記１に記載の転写シートの触媒層面が電解質膜面に対面するように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ことを特徴とする触媒層−電解質膜積層体の製造方法である。
７．本発明は、上記１に記載の転写シートの触媒層面が電解質膜の両面に対面するように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ことを特徴とする触媒層−電解質膜積層体の製造方法である。
８．本発明は、上記２に記載の転写シートの接着層面が電解質膜面に対面するように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ことを特徴とする触媒層−電解質膜積層体の製造方法である。
９．本発明は、上記２に記載の転写シートの接着層面が電解質膜の両面に対面するように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ことを特徴とする触媒層−電解質膜積層体の製造方法である。
１０．本発明は、上記１〜３のいずれかに記載の転写シートを用いて製造される触媒層−電解質膜積層体である。
１１．本発明は、上記６〜９のいずれかの方法で製造される触媒層−電解質膜積層体である。
１２．本発明は、上記１０又は１１に記載の積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することを特徴とする電極−電解質膜接合体の製造方法である。
１３．本発明は、上記１０又は１１に記載の積層体を用いて製造される電極−電解質膜接合体である。
１４．本発明は、上記１２に記載の方法により製造される電極−電解質膜接合体である。
１５．本発明は、
(1)基材の少なくとも片面に離型層を形成し、次いで該離型層の上に１個又は２個以上の触媒層を形成させて電極−電解質膜接合体製造用転写シートを得る工程、
(2)上記(1)工程で得られる転写シートの触媒層面が電解質膜面に対面するように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ことにより触媒層−電解質膜積層体を得る工程、
(3)上記(2)工程で得られる触媒層−電解質膜積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することにより電極−電解質膜接合体を得る工程、及び
(4)上記(3)工程で得られる電極−電解質膜接合体を用いて燃料電池を得る工程
を備えた燃料電池の製造方法である。
１６．本発明は、
(1)基材の少なくとも片面に離型層を形成し、次いで該離型層の上に１個又は２個以上の触媒層を形成させ、更に触媒層上に接着層を形成させて電極−電解質膜接合体製造用転写シートを得る工程、
(2)上記(1)工程で得られる転写シートの接着層面が電解質膜面に対面するように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ことにより触媒層−電解質膜積層体を得る工程、
(3)上記(2)工程で得られる触媒層−電解質膜積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することにより電極−電解質膜接合体を得る工程、及び
(4)上記(3)工程で得られる電極−電解質膜接合体を用いて燃料電池を得る工程
を備えた燃料電池の製造方法である。
１７．本発明は、上記１３又は１４に記載の電極−電解質膜接合体を組み込んだ燃料電池である。
１８．本発明は、上記１５又は１６に記載の方法で得られる燃料電池である。
【００１２】
　電極−電解質膜接合体製造用転写シート
　本発明の電極−電解質膜接合体製造用転写シートは、基材の少なくとも片面に離型層を介して１個又は２個以上の触媒層が形成されてなるものである。
【００１３】
　本発明の電極−電解質膜接合体製造用転写シートの一例を図１に示す。図１に示す転写シートは、基材の片面に離型層が形成され、更に該離型層の上に触媒層が形成されている。
【００１４】
　本発明の電極−電解質膜接合体製造用転写シートの他の一例を図２に示す。図２に示す転写シートは、基材の片面に離型層が形成され、該離型層の上に触媒層が形成され、更に該触媒層の上に接着層が形成されている。
【００１５】
　本発明の電極−電解質膜接合体製造用転写シートの他の一例を図３及び図４に示す。図３は本発明の電極−電解質膜接合体製造用転写シートの断面図であり、図４は該転写シートの平面図である。図３及び図４に示す転写シートは、基材の片面に離型層が形成され、更に該離型層の上に複数個の触媒層が形成されている。
【００１６】
　基材としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを挙げることができる。
【００１７】
　また、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ETFE）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（FEP）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（PFA）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。
【００１８】
　更に、基材は、高分子フィルム以外に、アート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙等の非塗工紙等の紙であってもよい。
【００１９】
　基材の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から、通常６〜１００μｍ程度、好ましくは６〜３０μｍ程度、より好ましくは６〜１５μｍ程度とするのがよい。
【００２０】
　従って、基材としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。
【００２１】
　本発明において、離型層は、ワックスから構成される。ワックスとしては、例えば、石油系ワックス、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、合成系ワックス等を挙げることができる。本発明で用いられるワックスには、例えば、Ｃ16〜Ｃ32の脂肪酸とアルコールとのエステルが包含される。本発明において、これらワックスは、１種単独で又は２種以上混合して使用される。
【００２２】
　本発明で用いられるワックスは、好ましくは融点が４０〜１４０℃、より好ましくは融点が６０〜１００℃の範囲にあるのがよい。
【００２３】
　本発明において、好ましいワックスは植物系ワックスであり、より好ましいワックスはカルナウバワックス、カンデリラワックス等である。
【００２４】
　離型層の厚さは、通常０．１〜３μｍ程度、好ましくは０．５〜１μｍ程度がよい。
【００２５】
　基材上に離型層を形成させるに当たっては、所望の厚さになるように、上記ワックスを公知の方法に従い塗布するのがよい。また、塗布作業を容易にするために、ワックスを適当な溶剤に溶解又は分散して溶液又はエマルジョン液の形態で使用してもよい。塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。
【００２６】
　触媒層は、公知のものである。
【００２７】
　触媒層は、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を含有する。
【００２８】
　触媒粒子としては、例えば白金、白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と白金との合金等が挙げられる。
【００２９】
　水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えばパーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂等が挙げられる。
【００３０】
　離型層上に触媒層を形成させるに当たっては、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を適当な溶剤に混合、分散してペースト状にしておき、形成される触媒層が所望の厚さになるように、このペーストを公知の方法に従い離型層上に塗布するのがよい。
【００３１】
　溶剤としては、例えば、各種アルコール類、各種エーテル類、各種ジアルキルスルホキシド類、水又はこれらの混合物等が挙げられる。
【００３２】
　ペーストの塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。
【００３３】
　斯かるペーストを塗布した後、乾燥することにより、触媒層が形成される。乾燥温度は、ワックスの融点以下であることが望ましく、通常４０〜１００℃程度、好ましくは６０〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常５分〜２時間程度、好ましくは３０分〜１時間程度である。
【００３４】
　触媒層の厚さは、通常１０〜５０μｍ程度、好ましくは１５〜３０μｍ程度がよい。
【００３５】
　本発明においては、上記で形成された触媒層の上に更に接着層が形成されているのが好ましい。
【００３６】
　接着層は、触媒層に含まれる水素イオン伝導性高分子電解質膜と異種の高分子材料からなるものでもよいが、触媒層に含まれる水素イオン伝導性高分子電解質膜と同種の高分子材料、例えばパーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂等からなるものが好ましい。
【００３７】
　接着層の厚さは、通常１〜１５μｍ程度、好ましくは３〜１０μｍ程度がよい。
【００３８】
　触媒層上に接着層を形成させるに当たっては、上記高分子材料を適当な溶剤に混合、分散してペースト状にしておき、形成される接着層が所望の層厚になるように、このペーストを公知の方法に従い触媒層上に塗布するのがよい。
【００３９】
　溶剤としては、例えば、各種アルコール類、各種エーテル類、各種ジアルキルスルホキシド類、水又はこれらの混合物等が挙げられる。
【００４０】
　ペーストの塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。
【００４１】
　斯かるペーストを塗布した後、乾燥することにより、接着層が形成される。乾燥温度は、通常４０〜１００℃程度、好ましくは６０〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常５分〜２時間程度、好ましくは３０分〜１時間程度である。
【００４２】
　本発明の電極−電解質膜接合体製造用転写シートは、基材の両面に離型層が形成され、次いでこれら離型層の上に１個又は２個以上の触媒層が形成され、更にこれら触媒層の上に接着層が形成されていてもよい。
【００４３】
　触媒層−電解質膜積層体
　本発明の触媒層が積層された電解質膜（触媒層−電解質膜積層体）は、例えば本発明転写シートの触媒層面が電解質膜面に対面するように転写シートを配置し、加圧した後、該転写シートの基材を剥離することにより製造される。この操作を２回繰り返すことにより、触媒層面が電解質膜の両面に積層された触媒層−電解質膜積層体が製造される。
【００４４】
　作業性を考慮すると、触媒層面を電解質膜の両面に同時に積層するのがよい。この場合には、例えば、本発明転写シートの触媒層面が電解質膜の両面に対面するように転写シートを配置し、加圧した後、該転写シートの基材を剥離すればよい。
【００４５】
　使用される電解質膜は、公知のものである。電解質膜の膜厚は、通常２０〜２５０μｍ程度、好ましくは２０〜８０μｍ程度である。電解質膜の具体例としては、デュポン社製の「Nafion」膜、旭硝子（株）製の「Flemion」膜、旭化成（株）製の「Aciplex」膜、ゴア（Gore）社製の「Gore Select」膜等が挙げられる。
【００４６】
　本発明において、電解質膜の一方面又は両面は、表面粗さ（Ｒａ）が１〜１０μｍ程度、好ましくは１〜３μｍ程度に粗面化されていてもよい。
【００４７】
　本発明では、後の工程で触媒層が配置されるべき固体電解質の表面のみを粗面化処理しておくのが好ましいが、触媒層が配置されるべき固体電解質の表面だけでなく、その周辺部まで粗面化しても本発明の効果を損なわない限り何ら差し支えない。
【００４８】
　電解質膜の一方面又は両面を粗面化しておくことにより、触媒層との密着性が向上でき、また、最終製品となる燃料電池に優れた電池性能を与えることができる。
【００４９】
　電解質膜の粗面化には公知の技術を利用できる。公知の技術としては、例えば、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挙げられる。これらの中でも、サンドブラスト処理は、電解質膜が、有機溶媒による膨潤変形、熱変形等の虞れがないので、好適である。
【００５０】
　加圧レベルは、転写不良を避けるために、通常０．５〜２０Ｍｐａ程度、好ましくは１〜１０Ｍｐａ程度がよい。また、この加圧操作の際に、転写不良を避けるために、加圧面を加熱するのが好ましい。加熱温度は、電解質膜の破損、変性等を避けるために、通常２００℃以下、好ましくは１５０℃以下がよい。
【００５１】
　また、本発明の触媒層が積層された電解質膜は、本発明転写シートの接着層面が電解質膜の両面に対面するように転写シートを配置し、加圧した後、該転写シートの基材を接着層面から剥離することにより製造することができる。
【００５２】
　離型層は、基本的には転移せず、基材側に残る。しかし、離型層の一部が転移しても、(i)電極基材との接合をワックスの融点よりも高い温度で行うためにワックスが蒸発する、(ii)初期の電池反応時にワックスが電気分解を受けて分解される、等のために、離型層転移による問題は生じない。
【００５３】
　本発明の触媒層−電解質膜積層体の一例を図５に示す。また、本発明の触媒層−電解質膜積層体の他の一例を図６に示す。
【００５４】
　電極−電解質膜接合体
　本発明の電極−電解質膜接合体は、触媒層−電解質膜積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することにより製造される。
【００５５】
　電極基材は、公知であり、燃料極、空気極を構成する各種の電極基材を使用できる。
【００５６】
　加圧レベルは、通常０．１〜１００Ｍｐａ程度、好ましくは５〜１５Ｍｐａ程度がよい。この加圧操作の際に加熱するのが好ましく、加熱温度は通常１２０〜１５０℃程度でよい。
【００５７】
　本発明の電極−電解質膜接合体の一例を図７に示す。
【００５８】
　燃料電池
　本発明の燃料電池は、例えば、次のようにして製造される。
【００５９】
　例えば、本発明の燃料電池は、
(1)基材の少なくとも片面に離型層を形成し、次いで該離型層の上に１個又は２個以上の触媒層を形成させて電極−電解質膜接合体製造用転写シートを得る工程、
(2)上記(1)工程で得られる転写シートの触媒層面が電解質膜の片面又は両面に対面するように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ことにより触媒層−電解質膜積層体を得る工程、
(3)上記(2)工程で得られる触媒層−電解質膜積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することにより電極−電解質膜接合体を得る工程、及び
(4)上記(3)工程で得られる電極−電解質膜接合体を用いて燃料電池を得る工程
を経て製造される。
【００６０】
　また、本発明の燃料電池は、
(1)基材の少なくとも片面に離型層を形成し、次いで該離型層の上に１個又は２個以上の触媒層を形成させ、更に触媒層上に接着層を形成させて電極−電解質膜接合体製造用転写シートを得る工程、
(2)上記(1)工程で得られる転写シートの接着層面が電解質膜の片面又は両面に対面するように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ことにより触媒層−電解質膜積層体を得る工程、
(3)上記(2)工程で得られる触媒層−電解質膜積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することにより電極−電解質膜接合体を得る工程、及び
(4)上記(3)工程で得られる電極−電解質膜接合体を用いて燃料電池を得る工程
を経て製造される。
【００６１】
　本発明は、上記電極−電解質膜接合体を組み込んだ燃料電池を提供する。
【発明の効果】
【００６２】
　本発明転写シートを使用すれば、触媒層が多孔質の電極基材の中に入り込む虞れがないので、触媒層の膜厚調整が容易となり、また均一な触媒層を電極基材上に容易に形成させることができる。
【００６３】
　また、本発明転写シートを使用すれば、電極基材表面乃至内部の孔を塞ぐことはないので、ガスの通流性能を阻害する虞れがない。
【００６４】
　本発明の方法では、触媒層の電解質膜への転写を、従来のように高温高圧下に行う必要がないので、電解質膜が溶融することがなく、膜自体が変性する危険が少ない。
【００６５】
　従って、本発明の電極−電解質膜接合体を使用すれば、優れた電池性能を備えた高品質の燃料電池を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
　以下に実施例及び比較例を掲げて、本発明をより一層明らかにする。
【００６７】
　実施例１
　白金担持触媒１０ｇ（Ｐｔ：２０ｗｔ％、田中貴金属工業製のＴＥＣ１０シリーズ）及びバインダーとして５ｗｔ％ナフィオン（Nafion）溶液（デュポン社製、溶剤：ｎ−プロパノール）４０ｇを分散機にて攪拌混合することでペーストを調製した。
【００６８】
　一方、ＰＥＴフィルム（Ｅ３１２０、東洋紡績（株）製、厚さ１３μｍ）上に、カルナウバワックスのエマルジョン液（ＥＭＵＳＴＡＲ−０１９９、日本精鑞製、液の濃度：２０重量％）を０．５〜１μｍ程度の厚さに片面塗工し、エマルジョン液を乾燥させた。次に、カルナウバワックスの上に、上記で調製したペーストを、ドクターブレードにより厚さ５０μｍとなるように塗布し、これを大気雰囲気中５０℃で１２時間乾燥させ、触媒層を形成した。
【００６９】
　触媒層の転写は、一対のプレス型の間に転写シートの触媒層面が、水素イオン伝導性高分子電解質膜（Nafion112、デュポン社製）と接触するようにして１３０℃、３Ｍｐａの条件で挟持した後、ＰＥＴフィルムを剥離することにより行なった。このようにして、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。
【００７０】
　以上のような方法により触媒層の転写を１０回試み、各サンプルについて転写触媒層の転写状態を目視により観察した。触媒層の転写が完全に行われた状態である場合に○、ＰＥＴフィルム上に触媒層が一部でも残った状態である場合に×として評価した。結果を表１に示す。
【００７１】
　実施例２
　白金担持触媒１０ｇ（Ｐｔ：２０ｗｔ％、田中貴金属工業製のＴＥＣ１０シリーズ）及びバインダーとして５ｗｔ％ナフィオン（Nafion）溶液（デュポン社製、溶剤：ｎ−プロパノール）４０ｇを分散機にて攪拌混合することでペーストを調製した。
【００７２】
　一方、ＰＥＴフィルム（Ｅ３１２０、東洋紡績（株）製、厚さ１３μｍ）上に、カルナウバワックスのエマルジョン液（ＥＭＵＳＴＡＲ−０１９９、日本精鑞製、液の濃度：２０重量％）を０．５〜１μｍ程度の厚さに片面塗工し、エマルジョン液を乾燥させた。次に、カルナウバワックスの上に、上記で調製したペーストを、ドクターブレードにより厚さ５０μｍとなるように塗布し、これを大気雰囲気中５０℃で１２時間乾燥させ、触媒層を形成した。
【００７３】
　上記で形成した触媒層上に、２０ｗｔ％ナフィオン（Nafion）溶液（デュポン社製、溶剤：ｎ−プロパノール）を塗布、含浸させ、接着層（厚さ３μｍ）を形成した。
【００７４】
　触媒層の転写は、一対のプレス型の間に転写シートの接着層面が、水素イオン伝導性高分子電解質膜（Nafion112、デュポン社製）と接触するようにして１３０℃、３Ｍｐａの条件で挟持した後、ＰＥＴフィルムを剥離することにより行なった。このようにして、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。
【００７５】
　以上のような方法により触媒層の転写を１０回試み、各サンプルについて転写触媒層の転写状態を目視により観察し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。
【００７６】
　実施例３
　白金担持触媒１０ｇ（Ｐｔ：２０ｗｔ％、田中貴金属工業製のＴＥＣ１０シリーズ）及びバインダーとして５ｗｔ％ナフィオン（Nafion）溶液（デュポン社製、溶剤：ｎ−プロパノール）４０ｇを分散機にて攪拌混合することでペーストを調製した。
【００７７】
　一方、ＰＥＴフィルム（Ｅ３１２０、東洋紡績（株）製、厚さ１３μｍ）上に、カルナウバワックスのエマルジョン液（ＥＭＵＳＴＡＲ−０１９９、日本精鑞製、液の濃度：２０重量％）を０．５〜１μｍ程度の厚さに片面塗工し、エマルジョン液を乾燥させて、ＰＥＴフィルム上に離型層を形成した。
【００７８】
　次に、ステンレス版（１８０ｍｍ×１８０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）を用い、スクリーン印刷機にて、ＰＥＴフィルム上に形成した離型層上に同一形状の５０ｍｍ×５０ｍｍの触媒層が一定間隔で複数個形成できるように印刷を行った。これを大気雰囲気中５０℃で１２時間乾燥させ、触媒層（厚さ２０μｍ）を形成した。
【００７９】
　触媒層の転写は、一対のプレス型の間に転写シートの触媒層面が、水素イオン伝導性高分子電解質膜（Nafion112、デュポン社製）と接触するようにして１３０℃、３Ｍｐａの条件で挟持した後、ＰＥＴフィルムを剥離することにより行なった。このようにして、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。
【００８０】
　以上のような方法により触媒層の転写を１０回試み、各サンプルについて転写触媒層の転写状態を目視により観察し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。
【００８１】
　実施例４
　白金担持触媒１０ｇ（Ｐｔ：２０ｗｔ％、田中貴金属工業製のＴＥＣ１０シリーズ）及びバインダーとして５ｗｔ％ナフィオン（Nafion）溶液（デュポン社製、溶剤：ｎ−プロパノール）４０ｇを分散機にて攪拌混合することでペーストを調製した。
【００８２】
　一方、ＰＥＴフィルム（Ｅ３１２０、東洋紡績（株）製、厚さ１３μｍ）上に、カルナウバワックスのエマルジョン液（ＥＭＵＳＴＡＲ−０１９９、日本精鑞製、液の濃度：２０重量％）を０．５〜１μｍ程度の厚さに片面塗工し、エマルジョン液を乾燥させて、ＰＥＴフィルム上に離型層を形成した。
【００８３】
　次に、ステンレス版（１８０ｍｍ×１８０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）を用い、スクリーン印刷機にて、ＰＥＴフィルム上に形成した離型層上に同一形状の５０ｍｍ×５０ｍｍの触媒層が一定間隔で複数個形成できるように印刷を行った。これを大気雰囲気中５０℃で１２時間乾燥させ、触媒層（厚さ２０μｍ）を形成した。
【００８４】
　上記で形成した各々の触媒層上に、２０ｗｔ％ナフィオン（Nafion）溶液（デュポン社製、溶剤：ｎ−プロパノール）を塗布、含浸させ、接着層（厚さ３μｍ）を形成した。
【００８５】
　触媒層の転写は、一対のプレス型の間に転写シートの接着層面が、水素イオン伝導性高分子電解質膜（Nafion112、デュポン社製）と接触するようにして１３０℃、３Ｍｐａの条件で挟持した後、ＰＥＴフィルムを剥離することにより行なった。このようにして、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。
【００８６】
　以上のような方法により触媒層の転写を１０回試み、各サンプルについて転写触媒層の転写状態を目視により観察し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。
【００８７】
　比較例１
　白金担持触媒１０ｇ（Ｐｔ：２０ｗｔ％、田中貴金属工業製のＴＥＣ１０シリーズ）及びバインダーとして５ｗｔ％ナフィオン（Nafion）溶液（デュポン社製、溶剤：ｎ−プロパノール）４０ｇを分散機にて攪拌混合することでペーストを調製した。
【００８８】
　一方、ＰＥＴフィルム（Ｅ３１２０、東洋紡績（株）製、厚さ１３μｍ）上に、上記で調製したペーストを、ドクターブレードにより厚さ５０μｍとなるように塗布し、これを大気雰囲気中５０℃で１２時間乾燥させ、触媒層を形成した。
【００８９】
　触媒層の転写は、一対のプレス型の間に転写シートの触媒層面が、水素イオン伝導性高分子電解質膜（Nafion112、デュポン社製）と接触するようにして１３０℃、３Ｍｐａの条件で挟持した後、ＰＥＴフィルムを剥離することにより行なった。
【００９０】
　以上のような方法により触媒層の転写を１０回試み、各サンプルについて転写触媒層の転写状態を目視により観察し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。
【００９１】
　比較例２
　白金担持触媒１０ｇ（Ｐｔ：２０ｗｔ％、田中貴金属工業製のＴＥＣ１０シリーズ）及びバインダーとして５ｗｔ％ナフィオン（Nafion）溶液（デュポン社製、溶剤：ｎ−プロパノール）４０ｇを分散機にて攪拌混合することでペーストを調製した。
【００９２】
　一方、ＰＥＴフィルム（Ｅ３１２０、東洋紡績（株）製、厚さ１３μｍ）上に、シリコーン（ＫＦ９６、信越シリコーン社製を０．５〜１μｍ程度の厚さに片面塗工した。次に、シリコーンの上に、上記で調製したペーストを、ドクターブレードにより厚さ５０μｍとなるように塗布し、これを大気雰囲気中５０℃で１２時間乾燥させ、触媒層を形成した。
【００９３】
　触媒層の転写は、一対のプレス型の間に転写シートの触媒層面が、水素イオン伝導性高分子電解質膜（Nafion112、デュポン社製）と接触するようにして１３０℃、３Ｍｐａの条件で挟持した後、ＰＥＴフィルムを剥離することにより行なった。
【００９４】
　以上のような方法により触媒層の転写を１０回試み、各サンプルについて転写触媒層の転写状態を目視により観察し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。
【００９５】
【表１】
2004095553.tif 000003
　実施例５
　実施例１と同様にして、電解質膜の両面に触媒層を転写し、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。
【００９６】
　実施例６
　実施例２と同様にして、電解質膜の両面に触媒層を転写し、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。
【００９７】
　実施例７
　実施例３と同様にして、電解質膜の両面に触媒層を転写し、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。
【００９８】
　実施例８
　実施例４と同様にして、電解質膜の両面に触媒層を転写し、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。
【００９９】
　実施例９
　実施例５で製造した触媒層−電解質膜積層体の両側に、電極基材（炭素繊維からなるカーボンペーパー、ＴＧＰ−Ｈ−９０、厚さ０．２８ｍｍ、東レ（株）製）を配置し、１５０℃、５ＭＰａの条件にて熱プレスを行い、本発明の電極−電解質膜接合体を製造した。
【０１００】
　実施例１０
　実施例６で製造した触媒層−電解質膜積層体の両側に、電極基材（炭素繊維からなるカーボンペーパー、ＴＧＰ−Ｈ−９０、東レ（株）製）を配置し、１５０℃、５ＭＰａの条件にて熱プレスを行い、本発明の電極−電解質膜接合体を製造した。
【０１０１】
　実施例１１
　実施例７で製造した触媒層−電解質膜積層体の電解質膜が露出している部分から、所定の大きさに裁断し、次に裁断した触媒層−電解質膜積層体の両側に、電極基材（炭素繊維からなるカーボンペーパー、ＴＧＰ−Ｈ−９０、東レ（株）製）を配置し、１５０℃、５ＭＰａの条件にて熱プレスを行い、本発明の電極−電解質膜接合体を製造した。
【０１０２】
　実施例１２
　実施例８で製造した触媒層−電解質膜積層体の電解質膜が露出している部分から、所定の大きさに裁断し、次に裁断した触媒層−電解質膜積層体の両側に、電極基材（炭素繊維からなるカーボンペーパー、ＴＧＰ−Ｈ−９０、東レ（株）製）を配置し、１５０℃、５ＭＰａの条件にて熱プレスを行い、本発明の電極−電解質膜接合体を製造した。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】図１は、電極−電解質膜接合体製造用転写シート（フィルム）の断面図である。
【図２】図２は、電極−電解質膜接合体製造用転写シート（フィルム）の断面図である。
【図３】図３は、電極−電解質膜接合体製造用転写シート（フィルム）の断面図である。
【図４】図４は、電極−電解質膜接合体製造用転写シート（フィルム）の平面図である。
【図５】図５は、触媒層が積層された電解質膜の断面図である。
【図６】図６は、電極−電解質膜接合体の断面図である。
【図７】図７は、電極−電解質膜接合体の断面図である。
【図１】
2004095553.tif 000004
【図２】
2004095553.tif 000005
【図３】
2004095553.tif 000006
【図４】
2004095553.tif 000007
【図５】
2004095553.tif 000008
【図６】
2004095553.tif 000009
【図７】
2004095553.tif 000010