(57)【要約】【課題】  本発明は、燃料電池を構成する他の部材との界面抵抗が低く、優れた発電特性を示す固体電解質膜、およびそれを用いた膜電極複合体を提供することを主目的とするものである。【解決手段】  上記目的を達成するために本発明は内部に補強材を有する固体電解質膜であって、上記補強材のＳＰ値と、上記固体電解質膜本体のＳＰ値との差が【数１】2005302612.tif 000026以内であることを特徴とする固体電解質膜を提供する。【選択図】      図１
2005302612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に補強材を有する固体電解質膜であって、前記補強材のＳＰ値と、前記固体電解質膜本体のＳＰ値との差が
【数１】
2005302612.tif 000022
以内であることを特徴とする固体電解質膜。
【請求項２】
少なくとも２以上の層が積層されてなる固体電解質膜であって、前記２以上の層のうち、隣接する層の表面のＳＰ値の差が
【数２】
2005302612.tif 000023
以内であることを特徴とする固体電解質膜。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２記載の固体電解質膜のそれぞれ表面に触媒電極層が形成されてなる燃料電池用膜電極複合体であって、
前記触媒電極層のＳＰ値と、前記触媒電極層と隣接する前記固体電解質膜の表面のＳＰ値との差が
【数３】
2005302612.tif 000024
以内であることを特徴とする燃料電池用膜電極複合体。
【請求項４】
固体電解質膜のそれぞれ表面に触媒電極層が形成されてなる燃料電池用膜電極複合体の製造方法であって、
前記固体電解質膜の表面のＳＰ値と前記触媒電極層のＳＰ値との間のＳＰ値を有するバッファー層形成用塗工液を前記固体電解質膜上に塗布し、固化させてバッファー層を形成するバッファー層形成工程と、
前記バッファー層上に前記触媒電極層を形成する触媒電極層形成工程と
を少なくとも有することを特徴とする燃料電池用膜電極複合体の製造方法。
【請求項５】
少なくとも２以上の層が積層されてなる固体電解質膜であって、前記２以上の層のうち、隣接する層の表面のＳＰ値の差が
【数４】
2005302612.tif 000025
以内である固体電解質膜のそれぞれ表面に触媒電極層が形成されてなる燃料電池用膜電極複合体の製造方法であって、
燃料極側の前記触媒電極層のＳＰ値と、前記燃料極側の触媒電極層と隣接する前記固体電解質膜の表面のＳＰ値との差、および、空気極側の前記触媒電極層のＳＰ値と、前記空気極側の触媒電極層と隣接する前記固体電解質膜の表面のＳＰ値との差のうち、差が大きい側の固体電解質膜上に、前記差が大きい側の固体電解質膜の表面のＳＰ値と、差が大きい側の触媒電極層のＳＰ値との間のＳＰ値を有するバッファー層形成用塗工液を塗布し、固化させてバッファー層を形成するバッファー層形成工程と、
前記バッファー層上に前記触媒電極層を形成する触媒電極層形成工程と
を少なくとも有することを特徴とする燃料電池用膜電極複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池、特に固体高分子型燃料電池を形成するのに用いられる固体電解質膜および、それを用いた膜電極複合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質型燃料電池の最小発電単位である単位セルは一般に、固体電解質膜の両側に触媒電極層が接合されている膜電極複合体を有し、この膜電極複合体の両側にはガス拡散層が配されている。さらに、その外側にはガス流路を備えたセパレータが配されており、ガス拡散層を介して膜電極複合体の触媒電極層へと供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスを通流させるとともに、発電により得られた電流を外部に伝える働きをしている。
【０００３】
上述したような燃料電池において、発電性能の向上のためには、固体電解質膜と他の部材との界面抵抗を下げることが必要である。密着性良く接合するために、固体電解質膜と触媒電極層とは熱圧着により接合されるのが一般的であり、例えば、特許文献１では、触媒電極層を熱間プレスあるいは熱間ロールによって固体電解質膜に転写する方法が開示されている。しかしながら、熱および圧力による接合には、接合の際の熱により固体電解質膜が熱分解してしまったり、接合の際の圧力により固体電解質膜や触媒電極層が破損してしまったりする可能性があった。
【０００４】
また、フラッディング等を防止し、膜電極複合体内の水分量を良好に保つためには、水分コントロールが必要である。水分コントロールのために、保湿性の異なる膜を複数枚積層して固体電解質膜を形成する方法があるが、この場合も、異なる特性の膜同士の接合性が問題となる。
【０００５】
さらに、燃料電池においては、固体電解質膜の耐久性向上や、薄膜化に対応するために、補強材を用いる場合がある。例えば、特許文献２では、固体電解質体と補強セラミック体とを傾斜構造を有する傾斜セラミック体を介して一体に連結する構造が開示されている。これは、傾斜構造にすることにより、燃料電池の熱サイクル等によるストレスを受けたことにより、固体電解質膜に反りやうねりが発生することを防止しようとするものである。しかしながら、この方法は、固体電解質膜自体の薄膜化は実現できるが、傾斜構造や補強セラミック体など、異なる性質の層を多数積層する必要があるため、接合性や大型化などの問題があった。
【０００６】
上述したように、燃料電池の構成部品同士を熱や圧力などの物理的な手法による接合には限界があり、それに代わる、界面接合性を向上することが可能な化学的な手法が求められている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−６４５７４号公報
【特許文献２】特開平６−１４８１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池を構成する他の部材との界面抵抗が低く、優れた発電特性を示す固体電解質膜、およびそれを用いた膜電極複合体を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、固体電解質膜の第１態様として、内部に補強材を有する固体電解質膜であって、上記補強材のＳＰ値と、上記固体電解質膜本体のＳＰ値との差が
【００１０】
【数１】
2005302612.tif 000003
以内であることを特徴とする固体電解質膜を提供する。本態様の固体電解質膜においては、ＳＰ値の差が上記範囲内であるため、補強材と固体電解質膜本体との界面のなじみが良く、少量の補強材を混入することにより高い補強効果を得ることができる。
【００１１】
また、本発明は、固体電解質膜の第２態様として、少なくとも２以上の層が積層されてなる固体電解質膜であって、上記２以上の層のうち、隣接する層の表面のＳＰ値の差が
【００１２】
【数２】
2005302612.tif 000004
以内であることを特徴とする固体電解質膜を提供する。本態様の固体電解質膜は、異なる特性を有する複数枚の層からなる場合でも、各層の表面のＳＰ値が上記範囲内でありなじみが良いため、剥離などを起こす可能性が少なく、優れた発電性能を示すことができる。
【００１３】
さらに、本発明は、上記第１態様または第２態様の固体電解質膜のそれぞれ表面に触媒電極層が形成されてなる燃料電池用膜電極複合体であって、上記触媒電極層のＳＰ値と、上記触媒電極層と隣接する上記固体電解質膜の表面のＳＰ値との差が
【００１４】
【数３】
2005302612.tif 000005
以内であることを特徴とする燃料電池用膜電極複合体を提供する。上記固体電解質膜を用いて、さらに、その固体電解質膜と隣接する触媒電極層のＳＰ値を上記範囲内にすることにより、接合性が良く、優れた発電特性を示す膜電極複合体を得ることができる。
【００１５】
本発明は、膜電極複合体の製造方法の第３態様として、固体電解質膜のそれぞれ表面に触媒電極層が形成されてなる燃料電池用膜電極複合体の製造方法であって、上記固体電解質膜の表面のＳＰ値と上記触媒電極層のＳＰ値との間のＳＰ値を有するバッファー層形成用塗工液を上記固体電解質膜上に塗布し、固化させてバッファー層を形成するバッファー層形成工程と、上記バッファー層上に上記触媒電極層を形成する触媒電極層形成工程とを少なくとも有することを特徴とする燃料電池用膜電極複合体の製造方法を提供する。
【００１６】
本態様においては、上記のＳＰ値を有するバッファー層形成用塗工液を用いて膜電極複合体を製造するため、固体電解質膜とバッファー層との界面抵抗、および触媒電極層とバッファー層との界面抵抗を低くすることができ、接合性が良く、良好な発電性能を示す膜電極複合体を得ることができる。
【００１７】
また、本発明は、膜電極複合体の製造方法の第４態様として、少なくとも２以上の層が積層されてなる固体電解質膜であって、上記２以上の層のうち、隣接する層の表面のＳＰ値の差が
【００１８】
【数４】
2005302612.tif 000006
以内である固体電解質膜のそれぞれ表面に触媒電極層が形成されてなる燃料電池用膜電極複合体の製造方法であって、燃料極側の上記触媒電極層のＳＰ値と、上記燃料極側の触媒電極層と隣接する上記固体電解質膜の表面のＳＰ値との差、および、空気極側の前記触媒電極層のＳＰ値と、上記空気極側の触媒電極層と隣接する上記固体電解質膜の表面のＳＰ値との差のうち、差が大きい側の固体電解質膜上に、上記差が大きい側の固体電解質膜の表面のＳＰ値と、差が大きい側の触媒電極層のＳＰ値との間のＳＰ値を有するバッファー層形成用塗工液を塗布し、固化させてバッファー層を形成するバッファー層形成工程と、上記バッファー層上に上記触媒電極層を形成する触媒電極層形成工程とを少なくとも有することを特徴とする燃料電池用膜電極複合体の製造方法を提供する。
【００１９】
本態様においては、表面のＳＰ値が異なる複数枚の層からなる固体電解質膜を用いた場合でも、上記の方法により膜電極複合体を製造することにより、隣接する固体電解質膜の表面のＳＰ値との差が大きい側の触媒電極層も、バッファー層を介して接合性良く固体電解質膜と接合することができ、優れた発電性能を示す膜電極複合体を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の固体電解質膜を用いることにより、燃料電池を構成する他の部材との界面抵抗を低くすることが可能となり、優れた発電性能を示す固体電解質膜、および膜電極複合体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、隣接する２つの燃料電池構成部材またはその表面のＳＰ値の差を特定の範囲内にすることにより、界面抵抗を低くし、燃料電池構成部材同士の接合性を向上し、優れた発電性能を示す燃料電池構成部材を得ようとするものである。以下、固体電解質膜の各態様、膜電極複合体、および膜電極複合体の製造方法の各態様について、それぞれ説明する。
【００２２】
なお、本発明においてＳＰ値とは、単位体積あたりの凝縮エネルギーを表す指標であり、液体の接触角より算出される。既存のデータベースを活用して得られたＳＰ値が近い物質同士は化学的親和性が高いため、界面の接触面積が増大し、その結果界面抵抗は低減する。
【００２３】
Ａ．固体電解質膜
１．第１態様
本発明の第１態様の固体電解質膜は、内部に補強材を有する固体電解質膜であって、上記補強材のＳＰ値と、上記固体電解質膜本体のＳＰ値との差が
【００２４】
【数５】
2005302612.tif 000007
以内であることを特徴とするものである。
【００２５】
図１は、本態様の固体電解質膜の一例を示すものであり、固体電解質膜１は、固体電解質膜本体２内に、補強材３が埋め込まれている構造を有する。このような構造を有する固体電解質膜を形成する場合に、補強材のＳＰ値と、固体電解質膜本体のＳＰ値を上記範囲内とすることにより、補強材と固体電解質膜本体との界面のなじみが良いため界面抵抗を低減し、密着性良く接合することができるので、少量の補強材を混入することにより高い補強効果を得ることができる。補強材は通常電解質としての働きを有さない材料が用いられるため、固体電解質膜中で抵抗成分として働き、発電性能の低下の原因となる場合があったが、本態様においては、補強材の混入量を最小限に抑制することができるため、補強材の混入による発電性能の低下も最小限に抑制することができる。
【００２６】
本態様において用いられる補強材は、多孔質物質であれば特に限定されるものではないが、薄く形成された状態で高い強度を示すことから、モノフィラメントまたは、マルチフィラメントの織布、例えば、平織、斜文織、朱子織、からみ織、不織布等の繊維状の物質が好適に用いられる。これらの材料の例としては、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ナイロン（商品名）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等またはこれらの混合物を挙げることができる。また、補強材は、特に限定されるものではなく、一般的に用いられる厚さで用いることができる。
【００２７】
本態様に用いられる固体電解質膜は、プロトン透過性に優れ、かつ絶縁性を有する材料であれば特に限定されるものではなく、一般的に燃料電池に用いることができる固体電解質膜を用いることができる。具体的には、パーフルオロスルホン酸系ポリマー（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）や炭化水素系の膜を挙げることができ、これらを通常用いられる厚さで用いることができる。
【００２８】
本態様においては、上述したような補強材のＳＰ値と、固体電解質膜本体のＳＰ値との差が
【００２９】
【数６】
2005302612.tif 000008
以内であり、中でも
【００３０】
【数７】
2005302612.tif 000009
以内、特に
【００３１】
【数８】
2005302612.tif 000010
以内であることが好ましい。ＳＰ値の差を上記範囲内にすることにより、補強材と固体電解質膜本体との界面抵抗を低くすることができ、密着性良く接合できるため、より少ない補強材の混入量で高い補強効果を得ることができる。固体電解質膜中で抵抗成分となり得る補強材の混入量を最小限に抑制することができ、優れた発電性能を示す固体電解質膜とすることができる。
【００３２】
補強材のＳＰ値と、固体電解質膜本体のＳＰ値との差を上記範囲内にする方法としては、固体電解質膜本体のＳＰ値を変える方法、固体電解質膜本体のＳＰ値に近いＳＰ値を有する材料を補強材として用いる方法、補強材の表面を改質する方法、またはそれらを併用する方法等がある。
【００３３】
固体電解質膜本体のＳＰ値を変える方法としては、特に限定されるものではないが、固体電解質膜に用いられる材料中の極性基の濃度を変えること、分枝や官能基の種類を変える、または増やすこと等によりＳＰ値を変えることができる。
【００３４】
表１に一般的な物質のＳＰ値を示す。
【００３５】
【表１】
2005302612.tif 000011
【００３６】
上記表１に示す物質のうち、例えば炭化水素系膜１を固体電解質膜として用いる場合、ポリエチレンを補強材として用いると、ＳＰ値に２０近く差があるため、炭化水素系膜１とポリエチレンとの界面抵抗は高い。一方、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリアニリン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール等を補強材として用いた場合は、ポリエチレンを用いた場合よりも炭化水素系膜とのＳＰ値の差が小さいため、界面抵抗は小さく、より良い接合性が得られる。
【００３７】
２．第２態様
本発明の第２態様の固体電解質膜は、少なくとも２以上の層が積層されてなる固体電解質膜であって、上記２以上の層のうち、隣接する層の表面のＳＰ値の差が
【００３８】
【数９】
2005302612.tif 000012
以内であることを特徴とするものである。
【００３９】
燃料電池に用いられる固体電解質膜は、膜内の水分量をコントロールするために、保湿性の異なる膜が複数枚積層されて形成される場合がある。そのような場合でも、隣接する層の表面のＳＰ値を上記範囲内にすることにより、各層間の界面抵抗を低くすることができ、密着性良く接合することができるので、異なった特性を有する膜同士が剥離等を起こすことなく、優れた発電性能を示す固体電解質膜を得ることができる。
【００４０】
図２は、本態様の固体電解質膜の構造を例示する概略断面図である。図２のように、本態様の固体電解質膜１は、異なる特性（保湿性等）を有する複数の膜である、固体電解質膜形成層１Ａ、固体電解質膜形成層１Ｂ、および固体電解質膜形成層１Ｃが積層されて形成されている。
【００４１】
本態様の固体電解質膜を形成する固体電解質膜形成層は、プロトン透過性に優れ、かつ絶縁性を有する材料であれば特に限定されるものではなく、一般的に燃料電池に用いることができる固体電解質膜を用いることができる。具体的には、パーフルオロスルホン酸系ポリマー（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）や炭化水素系の膜を挙げることができる。
【００４２】
本態様において、固体電解質膜形成層の積層数としては、特に限定されるものではなく、積層する目的に応じて２以上の任意の数の特性の異なる層を積層することができる。また、各固体電解質膜形成層の厚さは、固体電解質膜全体の厚さや積層する層の数により、適宜調整して用いることができる。
【００４３】
本態様においては、上述したような複数の固体電解質膜形成層のうち、隣接する固体電解質膜形成層の表面のＳＰ値の差が
【００４４】
【数１０】
2005302612.tif 000013
以内、中でも
【００４５】
【数１１】
2005302612.tif 000014
以内、特に
【００４６】
【数１２】
2005302612.tif 000015
以内であることが好ましい。ＳＰ値の差を上記範囲内にすることで、界面抵抗を低くすることができ、密着性良く２つの固体電解質膜形成層を接合することができるからである。
【００４７】
また、本態様に用いられる固体電解質膜形成層のＳＰ値は、１層の固体電解質膜形成層の全体が同一のＳＰ値を有するものでも、層の表面のＳＰ値と層の内部のＳＰ値とが異なるものでもよい。１層の全体が同一のＳＰ値を有する場合は、上記「１．第１態様」と同様の方法によりＳＰ値を調整することができる。また、層の表面のＳＰ値を変える場合は、層の表面に表面処理を施す等により、層の表面部分のみの単位面積あたりの極性基の濃度を変化させる等を行ない、ＳＰ値が層の表面と内部とで異なる固体電解質膜形成層を得ることができる。
【００４８】
Ｂ．膜電極複合体
本発明の膜電極複合体は、上記第１態様または第２態様の固体電解質膜のそれぞれ表面に触媒電極層が形成されてなる燃料電池用膜電極複合体であって、上記触媒電極層のＳＰ値と、上記触媒電極層と隣接する上記固体電解質膜の表面のＳＰ値との差が
【００４９】
【数１３】
2005302612.tif 000016
以内であることを特徴とするものである。
【００５０】
本発明の膜電極複合体は、膜電極複合体を構成する触媒電極層のＳＰ値と、その触媒電極層と隣接する固体電解質膜の表面のＳＰ値との差が上記範囲内であるので、界面抵抗が低く、密着性良く接合することができ、優れた発電性能を示す膜電極複合体を得ることができる。
【００５１】
図３は、本発明の膜電極複合体の構造を例示する概略断面図である。図３（ａ）は、上記第１態様の固体電解質膜本体２に補強材３が埋め込まれた固体電解質膜１を用い、それを触媒電極層４により挟持した膜電極複合体５の例を示す。また、図３（ｂ）は、上記第２態様の、固体電解質膜形成層１Ａ、固体電解質膜形成層１Ｂ、および固体電解質膜形成層１Ｃより構成された固体電解質膜１を用い、それを触媒電極層４により挟持した膜電極複合体５の例を示すものである。
【００５２】
本発明の膜電極複合体に用いられる固体電解質膜に関しては、上記「Ａ．固体電解質膜」の記載と同様であるので、ここでの説明は省略する。上記固体電解質膜の両側に接合される触媒電極層は、特に限定されるものではなく、通常の燃料電池において触媒電極層として用いられているものを用いることができる。例えば、固体電解質膜材料と、白金や白金合金を担持したカーボン粉末とからなる材料により形成されるものを用いることができる。
【００５３】
触媒電極層のＳＰ値と、その触媒電極層と隣接する固体電解質膜のＳＰ値を上記範囲内にする方法としては、上記「Ａ．固体電解質膜」に記載の方法により固体電解質膜のＳＰ値を調整する方法や、ＳＰ値が調整された固体電解質膜材料を触媒電極層を構成する材料の一部に用いる方法、触媒塗布時の揮発溶媒を固体電解質膜材料に近いものにする等を挙げることができる。
【００５４】
Ｃ．膜電極複合体の製造方法
１．第３態様
本発明の膜電極複合体の製造方法における第３態様は、固体電解質膜のそれぞれ表面に触媒電極層が形成されてなる燃料電池用膜電極複合体の製造方法であって、上記固体電解質膜の表面のＳＰ値と上記触媒電極層のＳＰ値との間のＳＰ値を有するバッファー層形成用塗工液を上記固体電解質膜上に塗布し、固化させてバッファー層を形成するバッファー層形成工程と、上記バッファー層上に前記触媒電極層を形成する触媒電極層形成工程とを少なくとも有することを特徴とするものである。
【００５５】
本態様の製造方法により製造された膜電極複合体は、固体電解質膜と触媒電極層との間に、固体電解質膜のＳＰ値と触媒電極層のＳＰ値との間のＳＰ値を有するバッファー層形成用塗工液を固化させることにより形成されたバッファー層を介して接合されているので、各層間の界面抵抗が低く、優れた発電性能を示す。
【００５６】
まず、本態様の膜電極複合体の製造方法について、図を用いて説明する。
図４は、本態様の膜電極複合体の製造方法の工程の一例を示した概略断面図である。本態様のバッファー層形成工程においては、図４（ａ）に例示するように、固体電解質膜１上にバッファー層６が形成される。次に、触媒電極層形工程において、上記バッファー層６上に触媒電極層４が形成される（図４（ｂ））。さらに、上記工程においてバッファー層６および触媒電極層４が形成された面と反対側の固体電解質膜１の面上にも、上記工程と同様にバッファー層６（図４（ｃ））、および触媒電極層４（図４（ｄ））を形成し、膜電極複合体５が得られる。
以下、このような本態様の膜電極複合体の製造方法を工程ごとに説明する。
【００５７】
（１）バッファー層形成工程
本工程においては、固体電解質膜上にバッファー層が形成される。この際に用いられる固体電解質膜は特に限定されるものではなく、燃料電池に一般的に用いられている固体電解質膜を用いることができる。本工程に用いられる固体電解質膜は、固体電解質膜の全体が同一のＳＰ値を有するものでも、固体電解質膜の内部と表面とでＳＰ値が異なるものでもよい。固体電解質膜の全体、または表面のＳＰ値の調整の方法は上記「Ａ．固体電解質膜」に記載の方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００５８】
本工程においては、上述したような固体電解質膜上に、バッファー層形成用塗工液を塗布し、それを固化することによりバッファー層を形成する。その際に用いられるバッファー層形成用塗工液は、上記固体電解質膜の表面のＳＰ値と、後の触媒電極層形成工程において該バッファー層上に形成される触媒電極層のＳＰ値との間のＳＰ値を有するものである。中でも、バッファー層形成用塗工液のＳＰ値と固体電解質膜の表面のＳＰ値との差、およびバッファー層形成用塗工液のＳＰ値と触媒電極層のＳＰ値との差が、
【００５９】
【数１４】
2005302612.tif 000017
以内、特には
【００６０】
【数１５】
2005302612.tif 000018
以内であることが好ましい。ＳＰ値を上記範囲内にすることにより、上記固体電解質膜の表面とバッファー層形成用塗工液との界面、およびバッファー層形成用塗工液と触媒電極層との界面の抵抗を低くすることができ、密着性良く接合することができるからである。
【００６１】
本工程において用いられるバッファー層形成用塗工液は特に限定されるものではなく、バッファー層を構成する成分を溶媒中に溶解または分散したもの等を用いることができる。このようなバッファー層形成用塗工液は、用いる溶媒、および、この溶媒に溶解しているバッファー層を構成する成分を選択すること等によりＳＰ値を調整することができる。
【００６２】
上記バッファー層形成用塗工液に、バッファー層を形成する成分として用いられる物質は特に限定されるものではないが、上記固体電解質膜との接合性などの観点から、固体電解質膜に用いられる物質と類する特性を有するものが好ましい。好適に用いられるものの例としては、フッ素系電解質膜の場合にはパーフルオロスルホン酸系ポリマー（商品名：NafionTM、デュポン株式会社製）等を挙げることができる。
【００６３】
上述したようなバッファー層形成用塗工液を上記固体電解質膜上に塗布する方法は、塗工液を均一に塗布できる方法であれば特に限定されるものではなく、一般的に用いられる方法を用いることができる。バッファー層形成用塗工液を塗布後に、固化させる方法は特に限定されるものではなく、バッファー層形成用塗工液の特性に応じて、乾燥等することにより固化させることができる。
【００６４】
（２）触媒電極層形成工程
本工程においては、上記バッファー層形成工程において形成されたバッファー層上に触媒電極層を形成する。この際に形成される触媒電極層は、特に限定されるものではなく、通常の燃料電池において触媒電極層として用いられているものを用いることができる。例えば、固体電解質膜材料と、白金や白金合金を担持したカーボン粉末とからなる材料により形成されるものを用いることができる。
【００６５】
（３）その他
本態様の膜電極複合体の製造方法においては、上記工程においてバッファー層および触媒電極層が形成された側とは反対側の固体電解質膜上にも、上記工程と同様にバッファー層および触媒電極層を形成することにより膜電極複合体を得ることができる。本態様の製造方法で膜電極複合体を製造することにより、膜電極複合体を構成する各層間の界面抵抗を低くすることができるため、各層を密着性良く接合でき、優れた発電性能を示す膜電極複合体を得ることができる。
【００６６】
２．第４態様
本発明の膜電極複合体の製造方法における第４態様は、少なくとも２以上の層が積層されてなる固体電解質膜であって、上記２以上の層のうち、隣接する層の表面のＳＰ値の差が
【００６７】
【数１６】
2005302612.tif 000019
以内である固体電解質膜のそれぞれ表面に触媒電極層が形成されてなる燃料電池用膜電極複合体の製造方法であって、燃料極側の上記触媒電極層のＳＰ値と、上記燃料極側の触媒電極層と隣接する上記固体電解質膜の表面のＳＰ値との差、および、空気極側の上記触媒電極層のＳＰ値と、上記空気極側の触媒電極層と隣接する上記固体電解質膜の表面のＳＰ値との差のうち、差が大きい側の固体電解質膜上に、上記差が大きい側の固体電解質膜の表面のＳＰ値と、差が大きい側の触媒電極層のＳＰ値との間のＳＰ値を有するバッファー層形成用塗工液を塗布し、固化させてバッファー層を形成するバッファー層形成工程と、上記バッファー層上に前記触媒電極層を形成する触媒電極層形成工程とを少なくとも有することを特徴とするものである。
【００６８】
本態様の膜電極複合体の製造方法においては、燃料極側の上記触媒電極層のＳＰ値と、上記燃料極側の触媒電極層と隣接する上記固体電解質膜の表面のＳＰ値との差、および、空気極側の上記触媒電極層のＳＰ値と、上記空気極側の触媒電極層と隣接する上記固体電解質膜の表面のＳＰ値との差のうち、差が大きい側の固体電解質膜上にバッファー層を形成する。以下、触媒電極層と、それと隣接する固体電解質膜の表面とのＳＰ値の差が大きい側、すなわち、バッファー層を形成する側を単に「ＳＰ値の差が大きい側」と称する場合がある。
【００６９】
本態様の膜電極複合体の製造方法は、上記「Ａ．固体電解質膜」の第２態様の固体電解質膜のように少なくとも２以上の層が積層されてなる固体電解質膜を用いるものである。上記固体電解質膜を構成する各固体電解質膜形成層の表面は異なるＳＰ値を有するため、固体電解質膜の片方の面と反対側の面とではＳＰ値に差がある。そのため、同じＳＰ値の触媒電極層を上記固体電解質膜の両側に積層すると、一方の側において触媒電極層のＳＰ値と固体電解質膜の表面のＳＰ値との差が大きいため界面抵抗が高く、接合性が良くない場合がある。そこで本態様においては、上記の方法で、ＳＰ値の差が大きい側にバッファー層を設け、膜電極複合体を製造することにより、表面のＳＰ値が異なる複数枚の層からなる固体電解質膜を用いた場合でも、バッファー層を介して密着性良く固体電解質膜と接合することができ、優れた発電性能を示す膜電極複合体を得ることができる。
【００７０】
まず、本態様の膜電極複合体の製造方法について、図を用いて説明する。
図５は、本態様の膜電極複合体の製造方法の工程の一例を示した概略断面図である。この図５は、固体電解質膜形成層１Ａの表面のＳＰ値と、その上に形成される触媒電極層４のＳＰ値との差が、固体電解質膜形成層１Ｃ側に比べて大きい場合の例を示す図であり、この場合は、固体電解質膜形成層１Ａ側が上記「ＳＰ値の差が大きい側」である。
【００７１】
本態様のバッファー層形成工程においては、図５（ａ）に例示するように、ＳＰ値の差が大きい側の固体電解質膜１（固体電解質膜形成層１Ａ）上にバッファー層６が形成される。次に、触媒電極層形工程において、上記バッファー層６上に触媒電極層４が形成される（図５（ｂ））。さらに、上記工程においてバッファー層６および触媒電極層４が形成された面と反対側の固体電解質膜１（固体電解質膜形成層１Ｃ）の面上にも、上記工程と同様に触媒電極層４（図５（ｃ））を形成し、膜電極複合体５が得られる。
以下、このような本態様の膜電極複合体の製造方法を工程ごとに説明する。
【００７２】
（１）バッファー層形成工程
本工程においては、少なくとも２以上の層が積層されてなる固体電解質膜が用いられる。この固体電解質膜については、上記「Ａ．固体電解質膜」の「２．第２態様」の記載と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００７３】
本工程においては、上記固体電解質膜上の、ＳＰ値の差が大きい側にバッファー層が形成される。この際にバッファー層が形成されるのは、固体電解質膜の燃料極側でも空気極側でもよく、触媒電極層と、該触媒電極層が隣接する固体電解質膜の表面とのＳＰ値の差がより大きいいずれか一方の側にバッファー層が形成される。
【００７４】
また、本工程においては、バッファー層を形成する際に用いられるバッファー層形成用塗工液は、固体電解質膜のバッファー層が形成される側の表面のＳＰ値と、後の触媒電極層形成工程において該バッファー層上に形成される触媒電極層のＳＰ値との間のＳＰ値を有するものが好ましい。中でも、バッファー層形成用塗工液のＳＰ値と固体電解質膜のバッファー層が形成される側の表面のＳＰ値との差、およびバッファー層形成用塗工液のＳＰ値と触媒電極層のＳＰ値との差が、
【００７５】
【数１７】
2005302612.tif 000020
以内、特には
【００７６】
【数１８】
2005302612.tif 000021
以内であることが好ましい。ＳＰ値を上記範囲内にすることにより、上記固体電解質膜の表面とバッファー層形成用塗工液との界面、およびバッファー層形成用塗工液と触媒電極層との界面の抵抗を低くすることができ、密着性良く接合することができるからである。
【００７７】
その他、バッファー層の形成方法やバッファー層形成用塗工液等、バッファー層については、上記第３態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００７８】
（２）触媒電極層形成工程
本工程においては、上記バッファー層形成工程において形成されたバッファー層上に触媒電極層を形成する。この際に形成される触媒電極層は、特に限定されるものではなく、通常の燃料電池において触媒電極層として用いられているものを用いることができる。例えば、固体電解質膜材料と、白金や白金合金を担持したカーボン粉末とからなる材料により形成されるものを用いることができる。
【００７９】
（３）その他
本態様の膜電極複合体の製造方法においては、上記工程においてバッファー層および触媒電極層が形成された、ＳＰ値の差が大きい側と反対側の固体電解質膜の面上（ＳＰ値の差が小さい側）にも、上記触媒電極層形成工程と同様に触媒電極層を形成し、膜電極複合体を得ることができる。このＳＰ値の差が小さい側の固体電解質膜の表面上には、バッファー層は形成されなくてもよい。ＳＰ値の差が小さい側は、固体電解質膜の表面のＳＰ値と、触媒電極層のＳＰ値との差が小さいため、固体電解質膜上に直接触媒電極層を形成しても界面抵抗は高くなく、必ずしもバッファー層が必要ではないからである。
【００８０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の固体電解質膜の構成の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の固体電解質膜の構成の他の例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の膜電極複合体の構成の例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の膜電極複合体の製造方法の工程の一例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の膜電極複合体の製造方法の工程の他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  …  固体電解質膜
２  …  固体電解質膜本体
３  …  補強材
４  …  触媒電極層
５  …  膜電極複合体
６  …  バッファー層
【図１】
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【図２】
2005302612.tif 000028
【図３】
2005302612.tif 000029
【図４】
2005302612.tif 000030
【図５】
2005302612.tif 000031