(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用の膜電極接合体の製造方法であって、
（ａ）導電性部材と撥水性部材とからなる複合粉体であるガス拡散層用粉体を生成する工程と、
（ｂ）触媒担持粒子と電解質とからなる複合粉体である触媒粉体を生成する工程と、
（ｃ）電解質膜上に前記触媒粉体を堆積させて触媒層を形成する工程と、
（ｄ）前記触媒層上に基材を配置することなく前記ガス拡散層用粉体を堆積させてガス拡散層を形成する工程と、
（ｅ）前記触媒層及び前記ガス拡散層が形成された前記電解質膜をホットプレスする工程と、
を備え、
前記ガス拡散層用粉体の平均粒子径は、前記触媒粉体の平均粒子径よりも大きく、
前記工程（ｃ）において前記触媒粉体を堆積させる方法と、前記工程（ｄ）において前記ガス拡散層用粉体を堆積させる方法とは、いずれも、静電スクリーン法とスプレー法と電子写真法とのうち、いずれかの同一の方法である、膜電極接合体製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の膜電極接合体製造方法において、
前記工程（ａ）において、第１のガス拡散層用粉体と、前記第１のガス拡散層用粉体の平均粒子径よりも大きな平均粒子径の第２のガス拡散層用粉体とを生成し、
前記工程（ｄ）において、前記触媒層上に前記第１のガス拡散層用粉体を堆積させ、前記堆積された第１のガス拡散層用粉体の上に、前記第２のガス拡散層用粉体を堆積させる、膜電極接合体製造方法。
【請求項３】
燃料電池用の膜電極接合体の製造方法であって、
（ａ）導電性部材と撥水性部材とからなる複合粉体であるガス拡散層用粉体を生成する工程と、
（ｂ）触媒担持粒子と電解質とからなる複合粉体である触媒粉体を生成する工程と、
（ｃ）電解質膜上に前記触媒粉体を堆積させて触媒層を形成する工程と、
（ｄ）前記触媒層上に基材を配置することなく前記ガス拡散層用粉体を堆積させてガス拡散層を形成する工程と、
（ｅ）前記触媒層及び前記ガス拡散層が形成された前記電解質膜をホットプレスする工程と、
を備え、
前記工程（ｃ）において前記触媒粉体を堆積させる方法と、前記工程（ｄ）において前記ガス拡散層用粉体を堆積させる方法とは、いずれも、静電スクリーン法とスプレー法と電子写真法とのうち、いずれかの同一の方法である、膜電極接合体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用の膜電極接合体の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池では、電解質膜と、電解質膜上に形成された触媒層と、触媒層上に形成されたガス拡散層とを有する膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下ＭＥＡと呼ぶ。）が用いられることがある。ガス拡散層では、ＭＥＡに供給される反応ガス（酸化ガス及び反応ガス）をＭＥＡの全体に亘るように拡散させると共に、触媒層における電気化学反応によって生成された水を排出する。ここで、ガス拡散層として、カーボンペーパーやカーボンクロス等の導電性の薄いシート状の基材に撥水材を含むペーストを塗布して、撥水層が形成されたものが知られている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０３６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来から燃料電池の小型化のためにＭＥＡをより薄くしたいという要請があった。また、ガス拡散層における排水性の向上やガス拡散層自体の電気的抵抗を減らすために、ガス拡散層を薄くしたいという要請があった。しかしながら、上記のようにガス拡散層を形成する場合には、基材の層と撥水材ペーストの層との２つの層が存在するので、単一の層として構成する場合に比べてガス拡散層の厚みは比較的厚くなっていた。また、基材がシート形状を維持するためには基材の強度をある程度高くする必要があり、基材をごく薄く形成することは非常に困難であった。
【０００５】
本発明は、燃料電池用の膜電極接合体において、ガス拡散層の厚みを薄く構成することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の膜電極接合体製造方法は、（ａ）ガス拡散層を形成するためのガス拡散層用粉体を、導電性部材を用いて生成する工程と、（ｂ）電解質膜上に触媒層を形成する工程と、（ｃ）前記触媒層上に前記ガス拡散層用粉体を堆積させてガス拡散層を形成する工程と、を備えることを要旨とする。
【０００７】
本発明の膜電極接合体製造方法では、ガス拡散層用粉体を堆積させてガス拡散層を形成するので、堆積量を少なくすることでガス拡散層の厚みを薄くすることができる。
【０００８】
上記膜電極接合体製造方法において、前記工程（ｂ）では、触媒担持粒子と電解質とを含み触媒層を形成するための触媒粉体を、前記電解質膜上に堆積させて前記触媒層を形成するようにしてもよい。
【０００９】
このようにすることで、触媒層とガス拡散層とで製造方法が略同一となり、それぞれの層を全く異なる工程で製造するのに比べて、膜電極接合体の製造効率を高めることができる。
【００１０】
上記膜電極接合体製造方法において、前記ガス拡散層用粉体の平均粒子径は、前記触媒粉体の平均粒子径よりも大きくなるようにしてもよい。
【００１１】
このようにすることで、ガス拡散層において、ガス拡散層用粉体間の隙間（気孔）を比較的大きくすることができ、高いガス拡散性及び排水性を実現することができる。
【００１２】
上記膜電極接合体製造方法において、前記工程（ａ）では、前記導電性部材と撥水性部材とを含む混合材から前記ガス拡散層用粉体を生成するようにしてもよい。
【００１３】
このようにすることで、撥水性部材を導電性部材のバインダ（結着材）として利用することができると共に、撥水性部材の撥水（疎水）性能により、ガス拡散層における排水性を高めることができる。
【００１４】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、膜電極接合体としても実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施形態：
Ｂ．実施例：
Ｃ．変形例：
【００１６】
Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態におけるＭＥＡ製造方法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０５では、ガス拡散層を形成するための粉体として、導電性部材と撥水部材とが複合化された複合粉体（ガス拡散層用粉体）を生成する。
【００１７】
図２は、図１に示すステップＳ１０５の詳細手順を模式的に示す説明図である。図２の例では、導電性部材としてカーボンブラック２０と、撥水材（バインダ）としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）３０とを、水と溶媒としてのＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）との混合溶媒に加え、混合及び分散させてガス拡散層用スラリー２００を得る。このガス拡散層用スラリー２００の組成としては、カーボンブラックとＰＶＤＦとの重量比で、（カーボンブラック）：（ＰＶＤＦ）＝１：９〜８：２とすることができる。このとき、（カーボンブラック）：（ＰＶＤＦ）＝４：６〜６：４とすることが好ましい。
【００１８】
なお、導電性部材としては、例えば、電気化学工業株式会社製デンカブラック（アセチレンブラック）を用いることができる。また、アセチレンブラックに限らず、チャネルブラックやサーマルブラックやファーネスブラックなどの他の任意の種類のカーボンブラックを採用することができる。また、カーボンブラックに限らず、ＶＧＣＦ（登録商標）等のカーボンナノファイバや、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）や、カーボンナノホーン（ＣＮＨ）などを採用することもできる。また、炭素系部材に限らず、金属粉体（Ｔｉ粉体，Ｐｔ粉体，Ａｕ粉体）を用いることもできる。撥水材としては、上述したＰＶＤＦに限定されるものではなく、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）や、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）や、プリテトラフルオロエチレンなど、他の任意の撥水性（疎水性）を有する部材を採用することができる。
【００１９】
そして、ガス拡散層用スラリー２００を、スプレードライヤを用いたスプレードライ法によって噴霧乾燥させてガス拡散層用粉体を生成する。具体的には、スプレードライヤ４１０の有するアトマイザ４１４によってガス拡散層用スラリー２００をチャンバー４１２内に噴霧し、乾燥空気と接触させることによってミストを瞬間的に乾燥してガス拡散層用粉体３００を得る。このようにして得られたガス拡散層用粉体３００は、カーボンブラック２０とＰＶＤＦ３０とが複合化された粉体である。なお、このガス拡散層用粉体３００の粒径としては、１μｍ〜１２μｍ程度とすることができ、好ましくは２μｍ〜７μｍ程度とすることができる。ガス拡散層用粉体３００の粒径は、スプレー条件やスラリーの組成等によって調整することができる。
【００２０】
ステップＳ１１０（図１）では、触媒層を形成するための粉体として、触媒担持粒子と電解質とが複合化された複合粉体（触媒粉体）を生成する。なお、このステップＳ１１０の処理とステップＳ１０５の処理とは、同時に実行しても順序を逆に実行しても構わない。
【００２１】
図３は、図１に示すステップＳ１１０の詳細手順を模式的に示す説明図である。図３の例では、触媒担持粒子としての白金担持カーボン５０（白金担持５０Ｗｔ％）と、電解質４０としてのナフィオン（登録商標）とを、水とエタノールとの混合溶媒に加えて混合及び分散させて触媒層用スラリー５００を得る。そして、上述したガス拡散層用粉体３００を生成するのと同様に、スプレードライ法によって触媒層用スラリー５００を噴霧乾燥させて触媒粉体６００を生成する。このようにして得られた触媒粉体６００は、白金担持カーボン５０と電解質４０とが複合化された粉体である。
【００２２】
ステップＳ１１５ａ（図１）では、電解質膜の上にステップＳ１１０で生成した触媒粉体６００を堆積させてカソード側触媒層を形成する。具体的には、静電スクリーン方式によって、触媒粉体６００（図３）を、スクリーンを介して落下させて電解質膜に堆積させる。なお、電解質膜としては、例えば、デュポン社のナフィオン（登録商標）や、旭化成（株）のアシプレックス（登録商標）や、旭硝子（株）のフレミオン（登録商標）等を用いることができる。
【００２３】
図４は、ステップＳ１１５ａにおいて触媒粉体６００を堆積させる方法を模式的に示す説明図である。スクリーンＳ１は、触媒粉体６００が透過することができる大きさの開口を透過面全体に有している。スクリーンＳ１としては、ナイロン等の合成繊維や、ステンレス等の金属製の針金を織ったもの等を利用することができる。このスクリーンＳ１を用いた静電スクリーン方式によって触媒粉体６００を電解質膜６０のカソード側となる面に堆積させる。具体的には、電解質膜６０から離れて配置したスクリーンＳ１に高電圧を印加し、スクリーンＳ１と電解質膜６０との間に静電界を設け、触媒粉体６００を、スクリーンＳ１を介して落下させる。そうすると、触媒粉体６００は、対電極である電解質膜６０に向かって落下する。このようにして、電解質膜６０上にほぼ均一な厚みの触媒粉体６００の層（カソード側触媒層）７２が形成される。
【００２４】
ステップＳ１２０ａ（図１）では、ステップＳ１１５ａで形成された触媒層の上に、ステップＳ１０５で生成したガス拡散層用粉体３００を堆積させてカソード側ガス拡散層を形成する。このとき、上述したステップＳ１１５ａと同様に、静電スクリーン方式によって、ガス拡散層用粉体３００（図２）を、スクリーンを介して落下させてカソード側触媒層７２の上に堆積させる。
【００２５】
図５は、ステップＳ１２０ａにおいてガス拡散層用粉体３００を堆積させる方法を模式的に示す説明図である。スクリーンＳ２は、ガス拡散層用粉体３００が透過することができる大きさの開口を透過面全体に有している。なお、スクリーンＳ２の素材は、前述のスクリーンＳ１（図４）と同様なものが利用可能である。このスクリーンＳ２を介してガス拡散層用粉体３００が落下することで、カソード側触媒層７２の上にガス拡散層用粉体３００の層（カソード側ガス拡散層）８２が形成される。
【００２６】
ステップＳ１２５ａ（図１）では、カソード側触媒層７２とカソード側ガス拡散層８２とが形成された電解質膜６０をホットプレスする。
【００２７】
ステップＳ１１５ｂでは、アノード側についてステップＳ１１５ａと同じ処理を実行し、アノード側触媒層を形成する。また、ステップＳ１２０ｂでは、アノード側についてステップＳ１２０ａと同じ処理を実行し、アノード側ガス拡散層を形成する。そして、ステップＳ１２５ｂでは、ステップＳ１２５ａと同様にホットプレスを実行する。なお、アノード側についてカソード側よりも先に触媒層及びガス拡散層を形成するようにしてもよい。
【００２８】
以上のようにしてＭＥＡを製造する場合、ガス拡散層を形成するのにカーボンペーパー等の基材が不要となり単一の層として形成できるので、ガス拡散層を比較的薄く構成することができる。また、ガス拡散層は、ガス拡散層用粉体３００を堆積させて形成するので、堆積させる量を調整することでガス拡散層用粉体３００の厚みを調整することができる。したがって、ガス拡散層用粉体３００の堆積量をごく少なくすることで、ガス拡散層の厚みをごく薄くすることができる。なお、ガス拡散層と触媒層とで製造方法が同一（静電スクリーン方式）であるので、それぞれの層を互いに全く異なる工程で生成するのに比べて、ＭＥＡの製造効率を高めることができる。
【００２９】
図６は、図１に示す方法により製造したＭＥＡを用いた燃料電池の概略構成を示す説明図である。この燃料電池１００は、ＭＥＡ２４と、カソード側セパレータ９２と、アノード側セパレータ９３と、を備えている。カソード側セパレータ９２とアノード側セパレータ９３とは、いずれもステンレス板で構成されている。これら２つのセパレータ９２，９３は、ＭＥＡ２４を挟み込むように配置されている。ＭＥＡ２４は、図１に示す方法により製造されたものである。すなわち、ＭＥＡ２４は、電解質膜６０と、電解質膜６０上に形成されたカソード側触媒層７２と、電解質膜６０においてカソード側触媒層７２と反対側の面に形成されたアノード側触媒層７３と、カソード側触媒層７２の外側に形成されたカソード側ガス拡散層８２と、アノード側触媒層７３の外側に形成されたアノード側ガス拡散層８３と、を備えている。カソード側セパレータ９２の表面は凸凹形状となっており、カソード側ガス拡散層８２とカソード側セパレータ９２との間には、酸化ガスが流れる酸化ガス流路９４が形成されている。同様にして、アノード側ガス拡散層８３とアノード側セパレータ９３との間には、燃料ガスが流れる燃料ガス流路９５が形成されている。
【００３０】
図６の例では、カソード側ガス拡散層８２において、ガス拡散層用粉体３００同士の隙間に気孔３５０が形成されている。この気孔３５０は、反応ガスの流路と生成水の排出路としての役割を果たす。図６の例では、ガス拡散層用粉体３００は、粒径が比較的大きいために気孔３５０は比較的大きくなっている。したがって、高いガス拡散性及び排水性を実現することができる。なお、アノード側ガス拡散層８３についても同様である。
【００３１】
カソード側触媒層７２においても、複数の触媒粉体６００の間に気孔６５０が形成されている。図６の例では、この気孔６５０は気孔３５０に比べて小さく構成されている。なお、アノード側についても同様である。ここで、触媒層における気孔の大きさがガス拡散層における気孔の大きさに比べて非常に小さい（例えば１／１０以下）場合には、ガス拡散層に流れこんだ反応ガスが触媒層に流れ込みづらくなる。そうすると、ガス拡散層に流れこんだ反応ガスの多くが触媒層で用いられずにそのまま排出されてしまい発電効率が低下する。しかしながら、図６の例では、気孔６５０の大きさは、気孔３５０の大きさよりも若干小さい程度（例えば１／２〜１／３倍程度）となっている。したがって、反応ガスの拡散性は低下せず、発電効率の低下を抑制することが可能である。ここで、気孔３５０と気孔６５０との大きさの違いは、ガス拡散層用粉体３００の粒径と触媒粉体６００の粒径との違いによる。したがって、上述したＭＥＡ製造手順のステップＳ１０５，Ｓ１１０（図１）において、触媒粉体６００の粒径がガス拡散層用粉体３００の粒径よりも若干小さく（ガス拡散層用粉体３００の粒径が触媒粉体６００の粒径よりも若干大きく）なるように、各粉体３００，６００を製造することで、発電効率の低下を抑制可能なＭＥＡを製造することが可能となる。
【００３２】
Ｂ．実施例：
図１に示した工程に従って、ＭＥＡ２４（図６）を製造し、このＭＥＡ２４を用いて燃料電池１００を製造した。ステップＳ１０５（図１）では、混合容器４００（図２）にカーボンブラックとしてのデンカブラック（電気化学工業株式会社）と、撥水材としてのＰＶＤＦとを、ＮＭＰからなる溶媒に加えて拡散してガス拡散層用スラリー２００を生成した。このとき、ガス拡散層用スラリー２００の組成が以下となるように各部材を混合した。すなわち、カーボンブラック（デンカブラック）は２．５Ｗｔ％，ＰＶＤＦは２．５Ｗｔ％，ＮＭＰは９５Ｗｔ％であった。また、以下の噴霧条件で、ガス拡散層用スラリー２００を噴霧乾燥させてガス拡散層用粉体３００を生成した。すなわち、噴霧圧は０．１ＭＰａであった。噴霧圧とは、アトマイザ４１４からチャンバー４１２内にガス拡散層用スラリー２００を噴霧する際の圧力をいう。また、噴霧温度（入口部）は８０℃であり、乾燥空気量は０．５ｍ3／ｍｉｎであった。噴霧温度（入口部）とは、噴霧したガス拡散層用スラリー２００を乾燥させるための乾燥空気をチャンバー４１２内に送り込む際の温度をいう。そして、アトマイザ４１４へのガス拡散層用スラリー２００の送液量は、１０ｍｌ／ｍｉｎであった。このようにして生成されたガス拡散層用粉体３００の平均粒径は、およそ６μｍであった。
【００３３】
ステップＳ１１０（図１）では、混合容器４０１（図３）に白金担持カーボン（白金担持５０Ｗｔ％）と、電解質としてのナフィオン（登録商標）と、水とエタノールとから成る混合溶媒に加えて攪拌して触媒層用スラリー５００を生成した。このとき、触媒層用スラリー５００の組成が以下となるように各部材を混合した。すなわち、白金担持カーボンは４．０Ｗｔ％であり、電解質は２．０Ｗｔ％，水は４７．０Ｗｔ％，エタノールは４７．０Ｗｔ％であった。そして、触媒層用スラリー５００を、前述のステップＳ１０５におけるスプレー条件と同じ条件でスプレードライヤ４１０を用いてスプレーして、触媒粉体６００を得た。生成された触媒粉体６００の平均粒径は、およそ２μｍであった。
【００３４】
ステップＳ１１５ａ，Ｓ１１５ｂ（図１）では、スクリーンＳ１（図４）を用いて、白金含有量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるように触媒粉体６００を電解質膜６０上に堆積させた。カソード側触媒層７２の厚みは、およそ１０μｍであった。ステップＳ１２０ａ，１２０ｂ（図１）では、スクリーンＳ２（図５）を用いて、ガス拡散層用粉体３００の密度が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるようにガス拡散層用粉体３００を堆積させた。カソード側ガス拡散層８２の厚みは、およそ８０μｍであった。
【００３５】
ステップＳ１２５ａ，Ｓ１２５ｂ（図１）では、面プレス機（図示省略）を用いて、以下の条件でホットプレスを行った。すなわち、温度を１３０℃とした。また、圧力を４ＭＰａとし、加圧期間を５ｍｉｎとした。そして、このようにして製造したＭＥＡ２４（図６）を、カソード側セパレータ９２とアノード側セパレータ９３とで挟み込んで燃料電池１００を構成した。
【００３６】
図７は、本実施例において生成した燃料電池１００のＩ（電流密度）−Ｖ（電圧）特性と、比較例で生成した燃料電池のＩ−Ｖ特性と、を示す説明図である。比較例の燃料電池（図示省略）は、燃料電池１００と比べてガス拡散層の形成方法において異なり、他の構成は燃料電池１００と同じであった。具体的には、比較例の燃料電池では、カーボンペーパーにガス拡散層用ペーストを湿式塗布して乾燥させ、ガス拡散層を形成した。このとき、塗布したガス拡散層用ペーストにおけるカーボンブラック及びＰＶＤＦの合計量が、実施例と同様に０．５ｍｇ／ｃｍ2となるようにした。
【００３７】
図７の例では、上述した実施例及び比較例において製造したそれぞれの燃料電池を、以下の条件下で運転したＩ−Ｖ特性を得た。すなわち、アノード側の燃料ガス（水素ガス）の流量を５００ｎｃｃ／ｍｉｎとし、カソード側の酸化ガス（空気）の流量を１０００ｎｃｃ／ｍｉｎとした。また、セル温度を８０℃とし、バブラ温度をアノード側及びカソード側のいずれも６０℃とし、背圧をアノード側及びカソード側のいずれも０．０５ＭＰａとした。図７に示すように、同じ電流密度では、実施例の電圧値は、比較例における電圧値に比べて高い値を示していた。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、比較例の燃料電池では、ガス拡散層内（カーボンペーパー）内部の気孔の平均孔径は数十μｍ程度であるのに対して、触媒層の気孔の平均孔径はおよそ０．０１μｍであった。したがって、ガス拡散層と触媒層とで気孔の大きさに大きな差があるために、反応ガスの利用効率が低く発電効率が低い。一方、実施例の燃料電池１００では、触媒粉体６００の平均粒径（およそ２μｍ）は、ガス拡散層用粉体３００の平均粒径（およそ６μｍ）のおよそ１／３であった。このとき、触媒層における気孔６５０（図６）の大きさは、ガス拡散層における気孔３５０の大きさのおよそ１／３となる。そうすると、ガス拡散層と触媒層とで気孔の大きさに大きな差はないので、反応ガスの利用効率が高く発電効率が高い。また、比較例の燃料電池のガス拡散層は、基材となるカーボンペーパーの厚みを含めて１００μｍ以上であるのに対し、実施例の燃料電池１００では、ガス拡散層の厚さがおよそ８０μｍであった。したがって、ガス拡散層における電気抵抗が比較的小さいために発電効率が高くなったものと考えられる。
【００３８】
Ｃ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３９】
Ｃ１．変形例１：
上述した実施形態では、ガス拡散層用粉体３００（図５）をカソード側触媒層７２に堆積させるのに静電スクリーン方式を用いていたが、これに代えて、他の任意の堆積方式を採用することができる。例えば、スプレーにより触媒粉体を吹き付けるスプレー方式や、帯電したガス拡散層用粉体３００を所定パターンに帯電した感光ドラム上に静電付着させ、この感光ドラム上のガス拡散層用粉体３００を電解質膜６０に転写する電子写真方式などを採用することもできる。すなわち、一般には、ガス拡散層用粉体３００を堆積させることが可能な任意の堆積方式を、本発明の膜電極接合体製造方法において採用することができる。
【００４０】
Ｃ２．変形例２：
上述した実施形態では、ガス拡散層用スラリー２００において、撥水材（バインダ）を用いていたが、撥水材を省略するようにしてもよい。この場合、カーボンブラック等の導電性部材同士を結着させて粉体を生成するのに、スプレードライ法に代えて、例えば、メカノケミカル法を採用することができる。メカノケミカル法では、導電性部材に機械的エネルギーを与えることで導電性部材同士を圧密結着させてガス拡散層用粉体を生成する。このようなメカノケミカル法を利用した粉体製造装置としては、例えば、ホソカワミクロン（株）のメカノフュージョンシステム（登録商標）や、（株）奈良機械製作所のメカノマイクロス（登録商標）等を用いることができる。以上の実施形態及び変形例からも理解できるように、一般には、導電性部材を用いてガス拡散層用粉体を生成可能な任意の粉体製造方法を採用することができる。なお、前述のメカノケミカル法は、撥水材を省略しない構成であっても、ガス拡散層用粉体３００又は触媒粉体６００を生成する方法として採用することもできる。
【００４１】
Ｃ３．変形例３：
上述した実施形態では、触媒層の形成方法は、ガス拡散層の形成方法と同様に複合粉体を静電スクリーン方式で堆積させるものであったが、他の形成方法を採用してもよい。例えば、触媒層用ペーストを電解質膜６０上に湿式塗布して乾燥させて形成するようにしてもよい。
【００４２】
Ｃ４．変形例４：
上述した実施形態では、ガス拡散層を構成するガス拡散層用粉体は、１種類（ガス拡散層用粉体３００）であったが、複数種類の粉体を用いて構成するようにしてもよい。具体的には、例えば、互いに粒径が異なる３種類の粉体（粒径が２μｍ程度の第１の粉体、粒径が６μｍ程度の第２の粉体、粒径が１０μｍ程度の第３の粉体）を用いるようにしてもよい。この場合、触媒層上に第１の粉体を堆積させ、その上に、第２の粉体、第３の粉体を、この順番に堆積させるようにしてもよい。このようにすることで、ガス拡散層内において、触媒層に近づくに従って次第に気孔径が小さくなるので、反応ガスを触媒層全体に拡散し易くすることができる。なお、粒径に限らず、粉体の組成が互いに異なるような複数種類の粉体を用いるようにしてもよい。
【００４３】
Ｃ５．変形例５：
上述した実施形態では、ガス拡散層用粉体の平均粒径は、触媒粉体の平均粒径に比べて大きくなるように構成されていたが、これに限らず、これら２種類の粉体の平均粒径がほぼ同じであってもよく、又はガス拡散層用粉体の平均粒径が、触媒粉体の平均粒径に比べて小さくなるように構成してもよい。このような構成においても、ガス拡散層用粉体を堆積させてガス拡散層を構成するので、ガス拡散層の厚みを薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態におけるＭＥＡ製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】図１に示すステップＳ１０５の詳細手順を模式的に示す説明図である。
【図３】図１に示すステップＳ１１０の詳細手順を模式的に示す説明図である。
【図４】ステップＳ１１５ａにおいて触媒粉体６００を堆積させる方法を模式的に示す説明図である。
【図５】ステップＳ１２０ａにおいてガス拡散層用粉体３００を堆積させる方法を模式的に示す説明図である。
【図６】図１に示す方法により製造したＭＥＡを用いた燃料電池の概略構成を示す説明図である。
【図７】本実施例において生成した燃料電池１００のＩ（電流密度）−Ｖ（電圧）特性と比較例で生成した燃料電池のＩ−Ｖ特性とを示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
２０…カーボンブラック
２４…ＭＥＡ
３０…ＰＶＤＦ
４０…電解質
５０…白金担持カーボン
６０…電解質膜
７２…カソード側触媒層
７３…アノード側触媒層
８２…カソード側ガス拡散層
８３…アノード側ガス拡散層
９２…カソード側セパレータ
９３…アノード側セパレータ
９４…酸化ガス流路
９５…燃料ガス流路
１００…燃料電池
２００…ガス拡散層用スラリー
３００…ガス拡散層用粉体
３５０…気孔
４００，４０１…混合容器
４１０…スプレードライヤ
４１２…チャンバー
４１４…アトマイザ
５００…触媒層用スラリー
６００…触媒粉体
６５０…気孔
Ｓ１，Ｓ２…スクリーン
【図１】
0004720800.tif 000002
【図２】
0004720800.tif 000003
【図３】
0004720800.tif 000004
【図４】
0004720800.tif 000005
【図５】
0004720800.tif 000006
【図６】
0004720800.tif 000007
【図７】
0004720800.tif 000008