(57)【要約】      （修正有）【課題】  効率のよい量産を可能とする燃料電池用セルの製造方法を提供する。【解決手段】  電解質膜２の一方の面に酸化剤層１５を、他方の面に燃料層１６を塗布・乾燥し、これら酸化剤層１５及び燃料層１６との間に空間を形成するようにそれぞれを覆って導電性フィルム６を積層し、酸化剤層１５及び燃料層１６の周囲に沿って導電性フィルム６を電解質膜１１に溶着し、単位セル毎に、この溶着した領域を酸化剤層１５及び燃料層１６の周囲に沿って切断して燃料電池用セルを切り分ける。【選択図】図４
2005174804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面が導電性フィルムで覆われ、該電解質膜の一方の面と前記導電性フィルムとの間の空間に酸化剤層が形成され、前記電解質膜の他方の面と前記導電性フィルムとの間の空間に燃料層が形成されている
ことを特徴とする燃料電池用セル。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用セルであって、
前記電解質膜の両面に触媒層が形成されている
ことを特徴とする燃料電池用セル。
【請求項３】
長尺フィルム状の電解質膜の一方の面に、単位セル毎に酸化剤層を塗布すると共に、前記電解質膜の他方の面における、前記酸化剤層を塗布した領域と相対向する領域に燃料層を塗布する工程と、
前記酸化剤層及び前記燃料層を乾燥させる工程と、
前記酸化剤層及び前記燃料層との間に空間を形成するようにしてそれぞれを覆って導電性フィルムを積層する工程と、
単位セル毎に、前記酸化剤層及び前記燃料層の周囲に沿って前記導電性フィルムを前記電解質膜に溶着する工程と、
前記溶着した領域を前記酸化剤層及び前記燃料層の周囲に沿って単位セル毎に切断して燃料電池用セルを切り分ける工程と、
を備えたことを特徴とする燃料電池用セルの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池用セルの製造方法であって、
前記酸化剤層及び前記燃料層を塗布する前に、該酸化剤層及び該燃料層で覆われる領域に触媒層を塗布する
ことを特徴とする燃料電池用セルの製造方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載された燃料電池用セルの製造方法であって、
前記酸化剤層及び前記燃料層を、前記電解質膜のそれぞれの面にマトリクス状に配置する
ことを特徴とする燃料電池用セルの製造方法。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載された燃料電池用セルの製造方法であって、
前記燃料電池用セルの隅部を切断して酸化剤及び燃料の出入口を形成する
ことを特徴とする燃料電池用セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セル及びその製造方法に関し、詳細には、電解質膜を導電性フィルムでラミネートして形成した、新規な燃料電池用セル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池用セルは、燃料電池の単位セルであり、複数の燃料電池用セルを積み重ねてスタック構造とすることにより燃料電池が構成されている。このような燃料電池用セルは、電解質膜の一方の表面に、触媒層を介して、燃料流路を形成したセパレータを接合させ、且つ電解質膜の他方の表面に、触媒層を介して酸化剤流路を形成した板状のセパレータを接合させることにより構成されている。
【０００３】
燃料電池用セルのスタッキング方法として、電解質膜とこれを挟むセパレータを順次積層して複数の燃料電池用セルを構成する積層体（単位ブロック）を構成し、さらにその複数の積層体を積み上げた状態で保持、固定する方法が知られている（例えば、特許文献１など参照）。
【０００４】
このスタッキング方法で用いる電解質膜やセパレータには、所定位置に位置決め用の貫通孔が形成されている。先ず、これら電解質膜やセパレータの貫通孔を中間アダプタに積層順を考慮してはめ合わせて単位ブロックを作製する。
【０００５】
次に、このように作製された複数の単位ブロックを積み重ね、連通させた複数の中間アダプタの筒孔内にシャフトを挿入し、シャフトの両端側から固定部材で、これら複数の単位ブロックが圧接するように締め付けて燃料電池スタックが製造される。
【０００６】
上述の中間アダプタは、樹脂材料で形成されており、加熱により硬化するようになっている。
【０００７】
このようなスタッキング方法では、単位ブロックを加圧すると共に加熱を行う、周知の加圧・加熱装置が用いられる。
【０００８】
この他の燃料電池用セルの製造方法としては、長尺の電解質膜に触媒層の塗布、セパレータの貼り合わせ等をホットロールを用いて行う方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
また、他の燃料電池用セルの製造方法としては、粉末状の電極材料を所定パターンでドラム上に塗布し、このドラム上の電極材料を転写して膜に定着させる方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００１−５７２２６号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−２３６９７１号公報（第３頁、図１）
【特許文献３】特開２００３−１６３０１１号公報（第２頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に記載された製造方法では、単位ブロック化した状態でシール剤を硬化させており、また、かかるシール剤には熱硬化タイプのシール剤を使用している。このシール剤の硬化方法としては、加圧スタッキングと加熱を施して硬化させるが、一般的にはホットプレスを用いて行っている。
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示された製造方法では、シール剤の硬化時間とスタッキングに長い時間が必要とされるため、量産には不向きである。また、この製造方法では、積層体をホットプレスにて加圧及び加熱した後に、加圧板を積層体から離して圧力を解放したときに、加圧により生じていた反発力により戻りが発生して、中間アダプタ４と各層の内壁部分とのシールが剥がれ（分離し）易くなるという問題点があった。
【００１２】
また、上述した特許文献２及び特許文献３に開示された製造方法では、燃料電池用セルを連続的に生産できるものの、セパレータを焼成するために長時間を要したり、乾燥工程が多くなるため、量産には不向きであった。
【００１３】
そこで、本発明は、量産を可能とする全く新規な構造の燃料電池用セル及びその製造方法を提供すること目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る燃料電池用セルの製造方法は、上記課題を解決することを目的として、電解質膜の一方の面に酸化剤層を、他方の面に燃料層を塗布した後、乾燥させる。そして、これら酸化剤層及び燃料層との間に空間を形成するようにしてそれぞれを覆って導電性フィルムを積層し、単位セル毎に、酸化剤層及び燃料層の周囲に沿って導電性フィルムを電解質膜に溶着する。その後、溶着した領域を酸化剤層及び燃料層の周囲に沿って単位セル毎に切断して燃料電池用セルを切り分ける。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料電池用セルの製造が容易になり、一度に多量の燃料電池用セルを製造することができ、生産効率を大幅に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
［燃料電池用セルの製造方法］
以下、本実施の形態に係る燃料電池用セルの製造方法について、図１〜図３を用いて説明する。本実施の形態では、図１に示すようなセル製造装置１を用いて順次処理工程を施すようになっている。
【００１８】
このセル製造装置１は、長尺フィルム状の高分子電解質膜（以下、電解質膜と称する。）２が巻回された電解質膜ロール３と、この電解質膜ロール３から繰り出される電解質膜２の両面に触媒及び酸化剤層、燃料層を塗布する触媒塗布装置４と、触媒塗布装置４を経た電解質膜２の両面を乾燥させて触媒及び酸化剤層、燃料層を定着させる乾燥炉５と、乾燥炉５を経た電解質膜２の両面に長尺の導電性フィルム６を供給する一対の導電性フィルムロール７と、電解質膜２の両面に導電性フィルム６が配された状態で超音波溶着と切り分け処理とを行う溶着・切断装置８と、この溶着・切断装置８を経た残存フィルム９を巻き取る残存フィルム巻き取りロール１０と、を備えている。また、溶着・切断装置８の下方には、切断されて形成された燃料電池用セル１１を回収するセル回収部１２が配置されている。
【００１９】
先ず、本実施の形態に係る燃料電池用セルの製造方法における触媒塗布工程について説明する。本実施の形態では、図１に示すように、電解質膜２の一方の面に、触媒材料を溶媒に溶かしたものを塗布する。同様に、電解質膜２の他方の面にも触媒材料を溶媒に溶かしたものを塗布する。ここでは、図２に示すように、単位セル毎に、電解質膜２の両面における相対向する位置に、触媒材料を矩形島状パターンとしてマトリクス状に塗布して触媒層１３、１４を形成する。
【００２０】
また、この工程では、電解質膜２の一方の表面に塗布した触媒層１３の上に酸化剤層１５を塗布する。さらに、電解質膜２の他方の表面に塗布した触媒層１４の上に燃料層１６を塗布する。これら酸化剤層１５及び燃料層１６は、触媒層１３、１４を覆うように大きいパターンに形成されている。また、これら酸化剤１５及び燃料層１６のパターンは、１枚の燃料電池用セル１１の輪郭より僅かに小さくなるように形成する。これら電解質膜２の両面への触媒層１３、１４及び酸化剤層１５、燃料層１６の塗布処理は、触媒塗布装置４で行う。
【００２１】
ここで、電解質膜ロール３は、触媒塗布装置４、乾燥炉５、及び溶着・切断装置８での処理速度に適した搬送速度で繰り出される。この電解質膜２の搬送は、残存フィルム巻き取りロール１０側で巻き取ることにより回転駆動速度を制御するようになっている。
【００２２】
次に、触媒層１３、１４及び酸化剤層１５、燃料層１６が塗布された電解質膜２は、乾燥炉５に案内され電解質膜２の両面に触媒層１３、１４及び酸化剤層１５、燃料層１６が定着するように乾燥される。
【００２３】
そして、これらの処理が施されて乾燥炉５を経た電解質膜２の両面には、電解質膜２の上下に配置された導電性フィルムロール７、７から共に導電性フィルム６が供給されて積層される。導電性フィルム６を積層するに際しては、酸化剤層１５及び燃料層１６との間に空間を形成するようにしてこれら酸化剤層１５と燃料層１６を覆って積層する。かかる導電性フィルム６は、例えばアルミフィルムに金（Ａｕ）をコーティングして構成され、電解質膜２と同一の幅寸法とされた長尺フィルムとして形成されている。
【００２４】
その後、これらの積層フィルムは、溶着・切断装置８に案内されて図２に示すように触媒層１３、１４、酸化剤層１５及び燃料層１６の周囲に沿って格子状に超音波溶着されることにより溶着部１７が形成される。このようにして、図２に示すように、マトリクス状に連続して配置された燃料電池用セル１１が形成される。
【００２５】
そして、この溶着・切断装置８では、互いに隣接する燃料電池用セル１１同士の境界となる溶着部１７の中心を切断して切り分けを行う。すると、図３に示すように、単位セル毎の燃料電池用セル１１が切り分けられる。この燃料電池用セル１１は、溶着・切断装置８の下方に配置された容器状のセル回収部１２に落下して回収される。
【００２６】
なお、燃料電池用セル１１が切り取られた残りのフィルムは、残存フィルム巻き取りロール１０で巻き取られて回収されるようになっている。
【００２７】
本実施の形態によれば、触媒層１３、１４、酸化剤層１５及び燃料層１６を一括して塗布した後に、１回の乾燥工程で簡単に形成することができる。また、本実施の形態によれば、ガス拡散層やセパレータ等の構造体を付設する手間が無く、簡単に燃料電池用セル１１を製造することができる。
【００２８】
また、本実施の形態では、１枚の長尺な電解質膜２にマトリクス状に複数の燃料電池用セル１１を一括して連続形成できるため、一度に多くの燃料電池用セルを効率的に製造することができる。
【００２９】
［燃料電池用セルの構造］
次に、燃料電池用セル１１の構造について図３〜図５を用いて説明する。なお、図３は燃料電池用セル１１の平面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。
【００３０】
この燃料電池用セル１１は、矩形状の電解質膜２の両面に触媒層１３、１４が形成され、この触媒層１３、１４を覆うように酸化剤層１５と燃料層１６が形成されている。また、これら酸化剤層１５及び燃料層１６との間に空間が形成されるようにこれらを覆ってそれぞれ導電性フィルム６が形成されている。そして、導電性フィルム６の周縁部は、電解質膜２に熱溶着された溶着部１７となっている。なお、図５は溶着部１７近傍の拡大断面図である。図５に示すように、触媒層１３、１４は酸化剤層１５、燃料層１６を介して導電性フィルム６と導通することはなく、両面の導電性フィルム６同士も導通することがない。特に、本実施の形態では、導電性フィルム６がアルミフィルムに金をコーティングして構成されるため、導電性が向上すると共に、構造の耐久性を向上することができる。
【００３１】
このような構造の燃料電池用セル１１は、図３において一点鎖線で示すように切断することにより、燃料（水素）及び酸化剤（酸素）の入口および出口を形成することができる。
【００３２】
そして、このような燃料電池用セル１１を積層して燃料電池スタックを製造する場合は、図６に示すように、複数の燃料電池用セル１１を積層し、図７に示すように、熱収縮性を有する樹脂チューブ１８やバンド等で締め付ければよい。
【００３３】
以上のような構成の燃料電池用セル１１は、酸化剤層１５及び燃料層１６を導電性フィルム６で覆う構成であるため、導電性及び耐衝撃性を向上できる。
【００３４】
また、本実施の形態の燃料電池用セル１１は、触媒層１３、１４及び酸化剤層１５、燃料層１６を塗布工程で形成するため、固体部品を用いることなく作製することができるため、製造が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池用セルの製造方法を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る燃料電池用セルの製造方法で導電性フィルムが積層された状態を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る燃料電池用セルの平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本実施の形態の燃料電池用セルの要部拡大断面図である。
【図６】本実施の形態の燃料電池用セルを積層する状態を示す斜視図である。
【図７】本実施の形態の燃料電池用セルを積層して作製した燃料電池スタックを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  セル製造装置
２  電解質膜
４  触媒塗布装置
５  乾燥炉
６  導電性フィルム
８  溶着・切断装置
９  残存フィルム
１１  燃料電池用セル
１３、１４  触媒層
１５  酸化剤層
１６  燃料層
１７  溶着部
【図１】
2005174804.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005174804.tif 000005
【図４】
2005174804.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005174804.tif 000008
【図７】
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