(57)【要約】【課題】  良好な電池性能を得ることができる固体高分子型燃料電池用電極を提供すること。【解決手段】  本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、スリット状の導出口を有するノズルを用いて触媒ペーストを高分子電解質膜、フッ素樹脂シートあるいは多孔質集電体に塗布してなることを特徴とする。本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、触媒ペーストの塗布時に泡噛み等の問題が発生しなくなっている。この結果、均一な触媒層を有することとなり、良好な電池性能を得ることができるようになる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極であって、
該触媒層が、触媒金属を有する触媒ペーストを該高分子電解質膜に塗布してなり、
該高分子電解質膜への該触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われたことを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極。
【請求項２】
高分子電解質膜の表面に触媒金属を有する触媒ペーストを塗布する工程と、
該触媒ペーストを乾燥する工程と、
を有する固体高分子型燃料電池用電極の製造方法において、
該高分子電解質膜への該触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われたことを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極の製造方法。
【請求項３】
高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極であって、
該触媒層が、触媒金属を有する触媒ペーストをフッ素樹脂シートに塗布、乾燥して形成された後に該高分子電解質膜に接合されるとともに該フッ素樹脂シートから剥離されてなり、
該フッ素樹脂シートへの該触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われたことを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極。
【請求項４】
フッ素樹脂シートの表面に触媒金属を有する触媒ペーストを塗布する工程と、
該触媒ペーストを乾燥する工程と、
乾燥した該触媒ペーストを高分子電解質膜に接合するとともに該フッ素樹脂シートを剥離する工程と、
を有する固体高分子型燃料電池用電極の製造方法において、
該フッ素樹脂シートへの該触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われたことを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極の製造方法。
【請求項５】
高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極であって、
該触媒層が、触媒金属を有する触媒ペーストを多孔質集電体に塗布してなり、
該多孔質集電体への該触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われたことを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極。
【請求項６】
前記触媒ペーストは、３００ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）以上である請求項１，３，５記載の固体高分子型燃料電池用電極。
【請求項７】
多孔質集電体の表面に触媒金属を有する触媒ペーストを塗布する工程と、
該触媒ペーストを乾燥する工程と、
を有する固体高分子型燃料電池用電極の製造方法において、
該多孔質集電体への該触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われたことを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極の製造方法。
【請求項８】
前記触媒ペーストは、３００ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）以上である請求項２，４，７記載の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池用電極およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池の開発が進められている。この燃料電池には、いくつかのタイプがあり、車両用あるいは固定用の発電システムとして、固体高分子型燃料電池の開発が進められている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池においては、以下に示した水素と酸素の電気化学反応が起こり、電気エネルギーが発生する。
（燃料極側）  Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
（空気極側）  ２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
（全体）      Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ
【０００４】
固体高分子型燃料電池は、通常は、触媒金属を有する触媒層が両面に形成された高分子電解質膜よりなる固体高分子型燃料電池用電極の触媒層のそれぞれに多孔質集電体層を接合し、これをガス流路を備えたセパレータで挟持した燃料電池セルを形成し、空気極に酸素を有する空気を燃料極に水素を供給して発電を行っている。このような燃料電池セルにおいて触媒層の表面に接合された多孔質集電体層は、ガス流路に供給されたガスの拡散層としてもはたらく。上記電気化学反応は、燃料電池セルにおいて触媒、電解質およびガスの三者が共存する三相界面で起こると考えられている。すなわち、三相界面量が少なくなると上記電気化学反応の反応箇所が少なくなるため、燃料電池セルの電池性能が低下する。
【０００５】
触媒層は、一般に、表面にＰｔ等の触媒粒子を担持させたカーボン粒子とイオン伝導性ポリマーからなる電解質とを溶媒に混合して触媒ペーストを調製し、この触媒ペーストを、高分子電解質膜に塗布して乾燥させることにより形成している。また、触媒ペーストをフッ素樹脂シート等に塗布して乾燥させた後に高分子電解質膜に接合させることで形成することもできる。
【０００６】
従来の固体高分子型燃料電池用電極の製造における触媒ペーストの塗布は、スクリーン印刷、ドクターブレード、スプレー塗布、刷毛塗り、ローラー塗り等の手段が用いられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
スクリーン印刷による触媒ペーストの塗布は、触媒ペーストがスクリーンメッシュを通過するときに不均一な泡噛みが発生しやすいという問題があった。泡噛みが発生すると、良好なプロトン伝導および均一なガス拡散性が得られなくなり、燃料電池の発電能力が低下するという問題を発生させている。また、スクリーン印刷による触媒ペーストの塗布は、印刷時にスクリーンメッシュ以外の部分に塗布された触媒ペーストが無駄になり、コストの上昇を引き起こすという問題もあった。さらに、スクリーン印刷による触媒ペーストの塗布は、全自動化による量産時には、その行程が煩雑になるという問題もあった。
【０００８】
ドクターブレードによる触媒ペーストの塗布は、ブレードによる触媒ペーストの引き延ばしを行うことから、ブレードに付着した触媒ペーストや目的部分以外に付着した触媒ペーストが無駄になったり回収が困難になるという問題があった。また、ドクターブレードによる触媒ペーストの塗布は、量産性に劣るという問題もあった。
【０００９】
スプレー塗布による触媒ペーストの塗布は、量産性にすぐれているが、塗着効率が悪いとともにおよそ５０％がミストとして無駄になるという問題があった。また、スプレー塗布による触媒ペーストの塗布は、塗布部分を限定するときには、目的部分以外にマスキングが必要となっている。さらに、スプレー塗布による触媒ペーストの塗布は、触媒ペーストを霧化することで溶媒が蒸発し、触媒ペーストを構成する粒子が凝集して、電気化学反応が進行する三層界面の阻害が生じ、燃料電池の発電能力が低下するという問題があった。さらに、泡噛みが発生するという問題もある。
【００１０】
刷毛塗りおよびローラー塗りは、均一な塗布を行うことが困難であるとともに量産性に乏しいという問題があった。
【００１１】
上記したように、良好な電池性能を得ることができる固体高分子型燃料電池用電極が得られないという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−３８２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、良好な電池性能を得ることができる固体高分子型燃料電池用電極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】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明者らは、触媒ペーストを高分子電解質膜に塗布する手段について検討を重ねた結果、スリット状の導出口を有するノズルを用いて触媒ペーストの塗布を行うことで上記課題を解決できることを見出した。
【００１４】
すなわち、本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極であって、触媒層が、触媒金属を有する触媒ペーストを高分子電解質膜に塗布してなり、高分子電解質膜への触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法は、高分子電解質膜の表面に触媒金属を有する触媒ペーストを塗布する工程と、触媒ペーストを乾燥する工程と、を有する固体高分子型燃料電池用電極の製造方法において、高分子電解質膜への触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われたことを特徴とする。
【００１６】
また、スリット状の導出口を有するノズルを用いて触媒ペーストをフッ素樹脂シート上あるいは多孔質集電体上に塗布し、乾燥させた後に、高分子電解質膜に圧着しても上記課題を解決できることを見出した。
【００１７】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極であって、触媒層が、触媒金属を有する触媒ペーストをフッ素樹脂シートに塗布、乾燥して形成された後に高分子電解質膜に接合されるとともにフッ素樹脂シートから剥離されてなり、フッ素樹脂シートへの触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法は、フッ素樹脂シートの表面に触媒金属を有する触媒ペーストを塗布する工程と、触媒ペーストを乾燥する工程と、乾燥した触媒ペーストを高分子電解質膜に接合するとともにフッ素樹脂シートを剥離する工程と、を有する固体高分子型燃料電池用電極の製造方法において、フッ素樹脂シートへの触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極であって、触媒層が、触媒金属を有する触媒ペーストを多孔質集電体に塗布してなり、多孔質集電体への触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法は、多孔質集電体の表面に触媒金属を有する触媒ペーストを塗布する工程と、触媒ペーストを乾燥する工程と、を有する固体高分子型燃料電池用電極の製造方法において、多孔質集電体への触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、スリット状の導出口を有するノズルを用いて触媒ペーストを高分子電解質膜に塗布してなることで、触媒ペーストの塗布時に泡噛み等の問題が発生しない。この結果、均一な触媒層を有することとなり、良好な電池性能を得ることができるようになる。
【００２２】
また、本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、スリット状の導出口を有するノズルを用いて触媒ペーストをフッ素樹脂シート上に塗布してなることで、触媒ペーストの塗布時に泡噛み等の問題が発生しない。そして、フッ素樹脂シート上に形成された均一な触媒層を高分子電解質膜に接合しているため、本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、均一な触媒層を有することとなり、良好な電池性能を得ることができるようになる。
【００２３】
また、本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、スリット状の導出口を有するノズルを用いて触媒ペーストを多孔質集電体に塗布してなることで、触媒ペーストの塗布時に泡噛み等の問題が発生しない。そして、フッ素樹脂シート上に形成された均一な触媒層を高分子電解質膜に接合しているため、本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、均一な触媒層を有することとなり、良好な電池性能を得ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
［第一発明］
（固体高分子型燃料電池用電極）
本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極であって、触媒層が、触媒金属を有する触媒ペーストを高分子電解質膜に塗布してなる。そして、高分子電解質膜への触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われている。
【００２５】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置を用いて触媒ペーストを塗布してなることで、触媒層に成膜不良が発生しなくなっている。具体的には、この塗布装置を用いて触媒ペーストの塗布を行うと、高分子電解質膜の表面から小間隔を隔てた位置に配設されたノズルのスリット状の導出口から触媒ペーストが噴出し、高分子電解質膜に粘着塗布される。このとき、触媒ペーストは霧化しないことから塗布時に泡噛みが発生しない。すなわち、塗布された触媒ペーストの断面中に気泡が生じない。この塗布された触媒ペーストから得られる触媒層中に気孔が存在しなくなっている。すなわち、均一な触媒層が得られた。気孔が存在しない均一な触媒層は、発電時の電気化学反応が進行する三相界面の減少がない。
【００２６】
また、この塗布装置は、ノズルのスリット状の導出口の位置を高分子電解質膜の広がる方向で相対的に変化させることで、触媒ペーストを広い範囲に塗布することができる。このとき、相対的な変位の速度および導出口からの触媒ペーストの噴出速度を一定とすることで、一定の厚さで触媒ペーストを広い範囲で塗布できる。たとえば、帯状の高分子電解質膜を長さ方向に一定の速度で移動し、この高分子電解質膜に触媒ペーストを塗布することで、連続的に触媒ペーストの塗布を行うことができる。このとき、スリット状の導出口の長さが、塗布された触媒ペーストの幅となる。そして、触媒ペーストの噴出時間と高分子電解質膜の移動速度から塗布された触媒ペーストの長さが求められる。また、触媒ペーストの噴出と非噴出を繰り返すことで、所定面積の触媒ペーストが複数塗布された高分子電解質膜を得ることができ、触媒ペーストが塗布されていない部分で切断することで複数の固体高分子型燃料電池用電極が得られる。
【００２７】
触媒ペーストは、３００ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）以上であることが好ましい。触媒ペーストが高い粘度を有することで触媒ペーストを高分子電解質膜に付着させるときに触媒ペーストが霧化しなくなる。触媒ペーストの粘度が３００ｍｓＰａ・ｓ以下となると、粘度が低すぎて導出口の開口部から噴出した触媒ペーストが均一に噴出されなくなり、触媒ペースト塗膜の膜切れが生じるようになる。なお、触媒ペーストの粘度が高くなればより霧化しにくくなるが、過剰に粘度が高くなると触媒ペーストの取り扱いに手間がかかるようになる。好ましくは１００００ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）以下である。
【００２８】
触媒ペーストの粘度を所定の範囲内に保持する方法には、触媒ペーストの溶媒を蒸発させる方法や、増粘剤を添加する方法などの方法をあげることができる。加温等の処理を必要としないことから、触媒ペーストは、増粘剤が添加されたことが好ましい。
【００２９】
触媒ペーストに添加される増粘剤としては、従来公知の増粘剤を用いることができる。このような増粘剤としては、硫酸基を持つ高分子（カラギーナン）よりなる増粘剤や、アルコール系の増粘剤をあげることができる。
【００３０】
増粘剤としては、低級アルコールを用いることが好ましい。低級アルコールの増粘剤は、触媒ペーストが乾燥して触媒層が形成されたときに残留する残留物の影響が他の増粘剤より低いためである。ここで、低級アルコールとは、炭素数が５以下のアルコールを示す。低級アルコールとしては、１−ペンタノール，２−ペンタノール，３−ペンタノール，１−ブタノール，２−ブタノール，３−ブタノール等のアルコールをあげることができる。
【００３１】
触媒ペーストは、４０〜１００℃で保持されたことが好ましい。触媒ペーストを室温より高温とすることで、塗布後の乾燥工程を省略あるいは短縮することが可能となる。これにより、製造コストの低減がはかられる。触媒ペーストの保持温度は、６０〜９０℃であることがより好ましい。６０℃未満では乾燥工程の短縮の効果が十分に得られず、９０℃を超えると触媒ペーストが部分的に沸騰を生じやすくなるためである。部分的な沸騰が触媒ペーストに発生すると、触媒ペーストの粘度が部分的に変化を生じ、成膜不良が発生する。
【００３２】
塗布装置は、スリット状の導出口を有するノズルと、触媒ペーストを貯留するタンクと、タンクとノズルとを連結し内部を触媒ペーストが流れる管路よりなるペースト流路と、ペースト流路中にもうけられ触媒ペーストをペースト流路中に流す移送手段と、を有する。この塗布装置は、タンクに貯留された触媒ペーストを移送手段によりペースト流路を介してノズルに供給する。ノズルの導出口とペースト流路とは連通しており、ノズルに供給された触媒ペーストは、そのまま導出口から噴出し、高分子電解質膜に塗布される。移送手段は、触媒ペースト中に気泡が混入しない装置であることが好ましい。このような移送手段としては、エアレスポンプをあげることができる。すなわち、触媒ペーストの移送がエアレスポンプによりなされることが好ましい。
【００３３】
塗布装置による触媒ペーストの塗布時に高分子電解質膜に向かって噴出する触媒ペーストの噴出圧力は、触媒ペーストの材質やその粘度等の条件により変化するため特に限定されるものではない。しかしながら、触媒ペーストの粘度が低いときに噴出圧力が大きくなりすぎると、高分子電解質膜に当たった触媒ペーストが跳ね返って飛び散るため、塗布性能が低下する。
【００３４】
塗布装置は、触媒ペーストの温度を所定の温度に調節する調温手段を有することが好ましい。調温手段を有することで、触媒ペーストの温度を所定の温度に保つことができる。調温手段は、タンクおよび／またはペースト流路にもうけられることが好ましい。調温手段としては、ヒーター等の従来公知の加温手段をあげることができる。調温手段は、触媒ペーストの温度を測定する測温手段を有することが好ましい。測温手段としては、温度計、熱電対等をあげることができる。
【００３５】
タンクは、内部に貯留された触媒ペーストを攪拌する攪拌手段を有することが好ましい。攪拌手段でタンク内の触媒ペーストを攪拌することで、触媒ペースト中に分散した分散粒子が沈降して触媒ペーストの粘度が変化することを抑えることができる。また、タンクで触媒ペーストを加熱するときに触媒ペーストを攪拌することでタンク内の触媒ペーストの温度ムラの発生を抑えることができる。攪拌手段としては、タンクに貯留した触媒ペースト中で攪拌羽根を回転させる手段や、タンク外にもうけられた管路中に触媒ペーストを循環させる手段をあげることができる。
【００３６】
触媒ペーストの塗布は、高分子電解質膜と導出口の距離を２０ｃｍ以下とした状態で行われることが好ましい。導出口と高分子電解質膜の距離が上記範囲となることで均一な塗膜を形成できるようになる。高分子電解質膜と導出口の距離が過剰に長くなると、高分子電解質膜状の所定の位置への触媒ペーストの塗布が難しくなる。また、高分子電解質膜と導出口の距離が短くなると、高分子電解質膜に塗布された触媒ペーストと導出口が形成されたノズルとが接触し、触媒ペースト塗膜の均一性が確保されなくなる。
【００３７】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極において、高分子電解質膜、触媒ペーストを構成する材質については、上記した触媒ペーストの増粘剤以外については、特に限定されるものではなく、従来公知の材質を用いることができる。
【００３８】
高分子電解質膜は、デュポン社製のＮａｆｉｏｎ膜に代表されるパーフルオロスルフォン酸膜、ヘキスト社製の炭化水素系膜、部分フッ素系膜などの膜を用いることができる。
【００３９】
触媒ペーストは、Ｐｔ等の触媒粒子を担持させたカーボン粒子とイオン伝導性ポリマーからなる電解質とを水等の溶媒に混合してなるペーストを用いることができる。また、適宜、フッ素系樹脂で撥水処理した炭素微粉末、撥水剤、高分子電解質などを一緒に含有させることもできる。
【００４０】
（固体高分子型燃料電池用電極の製造方法）
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法は、高分子電解質膜の表面に触媒金属を有する触媒ペーストを塗布する工程と、触媒ペーストを乾燥する工程と、を有する。
【００４１】
触媒ペーストを調製し、この触媒ペーストを高分子電解質膜の表面に塗布し、高分子電解質膜にと賦された触媒ペーストを乾燥させることで、高分子電解質膜の表面に触媒層を形成できる。
【００４２】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法は、高分子電解質膜への触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われた。
【００４３】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法は、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置を用いて触媒ペーストを塗布してなることで、触媒層に成膜不良が発生しなくなっている。具体的には、この塗布装置を用いて触媒ペーストの塗布を行うと、高分子電解質膜の表面から小間隔を隔てた位置に配設されたノズルのスリット状の導出口から触媒ペーストが噴出し、高分子電解質膜に粘着塗布される。このとき、触媒ペーストは霧化しないことから塗布時に泡噛みが発生しない。すなわち、塗布された触媒ペーストの断面中に気泡が生じない。この塗布された触媒ペーストから得られる触媒層中に気孔が存在しなくなっている。すなわち、均一な触媒層が得られた。気孔が存在しない均一な触媒層は、発電時の電気化学反応が進行する三相界面の減少がない。
【００４４】
また、この塗布装置は、ノズルのスリット状の導出口の位置を高分子電解質膜の広がる方向で相対的に変化させることで、触媒ペーストを広い範囲に塗布することができる。このとき、相対的な変位の速度および導出口からの触媒ペーストの噴出速度を一定とすることで、一定の厚さで触媒ペーストを広い範囲で塗布できる。たとえば、帯状の高分子電解質膜を長さ方向に一定の速度で移動し、この高分子電解質膜に触媒ペーストを塗布することで、連続的に触媒ペーストの塗布を行うことができる。このとき、スリット状の導出口の長さが、塗布された触媒ペーストの幅となる。そして、触媒ペーストの噴出時間と高分子電解質膜の移動速度から塗布された触媒ペーストの長さが求められる。また、触媒ペーストの噴出と非噴出を繰り返すことで、所定面積の触媒ペーストが複数塗布された高分子電解質膜を得ることができ、触媒ペーストが塗布されていない部分で切断することで複数の固体高分子型燃料電池用電極が得られる。
【００４５】
触媒ペーストは、３００ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）以上であることが好ましい。触媒ペーストが高い粘度を有することで触媒ペーストを高分子電解質膜に付着させるときに触媒ペーストが霧化しなくなる。触媒ペーストの粘度が３００ｍｓＰａ・ｓ以下となると、粘度が低すぎて導出口の開口部から噴出した触媒ペーストが均一に噴出されなくなり、触媒ペースト塗膜に膜切れが生じるようになる。なお、触媒ペーストの粘度が高くなればより霧化しにくくなるが、過剰に粘度が高くなると触媒ペーストの取り扱いに手間がかかるようになる。好ましくは１００００ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）以下である。
【００４６】
触媒ペーストの粘度を所定の範囲内に保持する方法には、触媒ペーストの溶媒を蒸発させる方法や、増粘剤を添加する方法などの方法をあげることができる。加温等の処理を必要としないことから、触媒ペーストは、増粘剤が添加されたことが好ましい。
【００４７】
触媒ペーストに添加される増粘剤としては、従来公知の増粘剤を用いることができる。このような増粘剤としては、硫酸基を持つ高分子（カラギーナン）よりなる増粘剤や、アルコール系の増粘剤をあげることができる。
【００４８】
増粘剤としては、低級アルコールを用いることが好ましい。低級アルコールの増粘剤は、触媒ペーストが乾燥して触媒層が形成されたときに残留する残留物の影響が他の増粘剤より低いためである。ここで、低級アルコールとは、炭素数が５以下のアルコールを示す。低級アルコールとしては、１−ペンタノール，２−ペンタノール，３−ペンタノール，１−ブタノール，２−ブタノール，３−ブタノール等のアルコールをあげることができる。
【００４９】
触媒ペーストは、４０〜１００℃で保持されたことが好ましい。触媒ペーストを室温より高温とすることで、塗布後の乾燥工程を省略あるいは短縮することが可能となる。これにより、製造コストの低減がはかられる。触媒ペーストの保持温度は、６０〜９０℃であることがより好ましい。６０℃未満では乾燥工程の短縮の効果が十分に得られず、９０℃を超えると触媒ペーストが部分的に沸騰を生じやすくなるためである。部分的な沸騰が触媒ペーストに発生すると、触媒ペーストの粘度が部分的に変化を生じ、成膜不良が発生する。
【００５０】
塗布装置は、スリット状の導出口を有するノズルと、触媒ペーストを貯留するタンクと、タンクとノズルとを連結し内部を触媒ペーストが流れる管路よりなるペースト流路と、ペースト流路中にもうけられ触媒ペーストをペースト流路中に流す移送手段と、を有する。この塗布装置は、タンクに貯留された触媒ペーストを移送手段によりペースト流路を介してノズルに供給する。ノズルの導出口とペースト流路とは連通しており、ノズルに供給された触媒ペーストは、そのまま導出口から噴出し、高分子電解質膜に塗布される。移送手段は、触媒ペースト中に気泡が混入しない装置であることが好ましい。このような移送手段としては、エアレスポンプをあげることができる。すなわち、触媒ペーストの移送がエアレスポンプによりなされることが好ましい。
【００５１】
第一発明の固体高分子型燃料電池用電極および製造方法により製造された固体高分子型燃料電池用電極は、従来公知の固体高分子型燃料電池用電極と同様にして燃料電池セルを形成することができる。
【００５２】
［第二発明］
（固体高分子型燃料電池用電極）
本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極であって、触媒層が、触媒金属を有する触媒ペーストをフッ素樹脂シートに塗布、乾燥して形成された後に高分子電解質膜に接合されるとともにフッ素樹脂シートから剥離されてなる。そして、フッ素樹脂シートへの触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われている。
【００５３】
すなわち、本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、フッ素樹脂シート上に触媒ペーストを塗布し、乾燥した後に高分子電解質膜に接合させて触媒層を形成している。フッ素樹脂シートへの触媒ペーストの塗布は、上記第一発明と同様に、スリット状の導出口を有するノズルをもつ塗布装置によりなされている。このため、フッ素樹脂シート上に形成された触媒ペーストの乾燥物は、その内部に気孔が存在しなくなっている。すなわち、均一な構造を有している。そして、この乾燥物を高分子電解質膜に接合しても均一な構造は変化しない。この結果、本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、良好な電池性能を得ることができる均一な触媒層を有するものとなっている。
【００５４】
なお、フッ素樹脂シート上に形成された触媒ペーストの乾燥物の高分子電解質膜への接合は、１００〜１６０℃で２〜１０ＭＰａの加圧力で圧着することで行われることが好ましい。
【００５５】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極においては、フッ素樹脂シート上に均一に触媒ペーストが塗布されることで上記第一発明と同様に高分子電解質膜上に均一な触媒層が形成されている。
【００５６】
触媒ペーストは、３００ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）以上であることが好ましい。
【００５７】
触媒ペーストは、増粘剤が添加されたことが好ましい。増粘剤は、低級アルコールであることが好ましい。
【００５８】
触媒ペーストは、４０〜１００℃で保持されたことが好ましい。
【００５９】
塗布装置は、触媒ペーストの移送がエアレスポンプによりなされることが好ましい。
【００６０】
（固体高分子型燃料電池用電極の製造方法）
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法は、フッ素樹脂シートの表面に触媒金属を有する触媒ペーストを塗布する工程と、触媒ペーストを乾燥する工程と、乾燥した触媒ペーストを高分子電解質膜に接合するとともにフッ素樹脂シートを剥離する工程と、を有する。そして、フッ素樹脂シートへの触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われる。
【００６１】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法は、上記第二発明の固体高分子型燃料電池用電極を製造することができる製造方法である。
【００６２】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法は、フッ素樹脂シート上に触媒ペーストを塗布し、乾燥した後に高分子電解質膜に接合させて触媒層を形成している。フッ素樹脂シートへの触媒ペーストの塗布は、上記第一発明と同様に、スリット状の導出口を有するノズルをもつ塗布装置によりなされている。このため、フッ素樹脂シート上に形成された触媒ペーストの乾燥物は、その内部に気孔が存在しなくなっている。すなわち、均一な構造を有している。そして、この乾燥物を高分子電解質膜に接合しても均一な構造は変化しない。この結果、本発明により製造された固体高分子型燃料電池用電極は、良好な電池性能を得ることができる均一な触媒層を有するものとなっている。
【００６３】
なお、フッ素樹脂シート上に形成された触媒ペーストの乾燥物の高分子電解質膜への接合は、１００〜１６０℃で２〜１０ＭＰａの加圧力で圧着することで行われることが好ましい。
【００６４】
触媒ペーストは、３００ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）以上であることが好ましい。
【００６５】
触媒ペーストは、増粘剤が添加されたことが好ましい。増粘剤は、低級アルコールであることが好ましい。
【００６６】
触媒ペーストは、４０〜１００℃で保持されたことが好ましい。
【００６７】
塗布装置は、触媒ペーストの移送がエアレスポンプによりなされることが好ましい。
【００６８】
［第三発明］
（固体高分子型燃料電池用電極）
本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極であって、触媒層が、触媒金属を有する触媒ペーストを多孔質集電体に塗布してなる。そして、多孔質集電体への触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われている。なお、本発明において、多孔質集電体は、ガス拡散層を形成する。
【００６９】
すなわち、本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、多孔質集電体上に触媒ペーストを塗布し、乾燥した後に高分子電解質膜に接合させて触媒層を形成している。多孔質集電体への触媒ペーストの塗布は、上記第一発明と同様に、スリット状の導出口を有するノズルをもつ塗布装置によりなされている。このため、多孔質集電体上に形成された触媒ペーストの乾燥物は、その内部に気孔が存在しなくなっている。すなわち、均一な構造を有している。そして、この乾燥物を高分子電解質膜に接合しても均一な構造は変化しない。この結果、本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、良好な電池性能を得ることができる均一な触媒層を有するものとなっている。
【００７０】
なお、多孔質集電体上に形成された触媒ペーストの乾燥物の高分子電解質膜への接合は、１００〜１６０℃で２〜１０ＭＰａの加圧力で圧着することで行われることが好ましい。
【００７１】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極においては、多孔質集電体上に均一に触媒ペーストが塗布されることで上記第一発明と同様に高分子電解質膜上に均一な触媒層が形成されている。
【００７２】
多孔質集電体膜としては、従来の固体高分子型燃料電池において多孔質集電体層の形成に用いられているものを用いることができる。たとえば、撥水処理されたカーボンシートをあげることができる。
【００７３】
触媒ペーストは、３００ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）以上であることが好ましい。
【００７４】
触媒ペーストは、増粘剤が添加されたことが好ましい。増粘剤は、低級アルコールであることが好ましい。
【００７５】
触媒ペーストは、４０〜１００℃で保持されたことが好ましい。
【００７６】
塗布装置は、触媒ペーストの移送がエアレスポンプによりなされることが好ましい。
【００７７】
（固体高分子型燃料電池用電極の製造方法）
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法は、多孔質集電体の表面に触媒金属を有する触媒ペーストを塗布する工程と、触媒ペーストを乾燥する工程と、を有する固体高分子型燃料電池用電極の製造方法である。そして、多孔質集電体への触媒ペーストの塗布が、スリット状の導出口を有するノズルを備えた塗布装置により行われている。
【００７８】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法は、上記第三発明の固体高分子型燃料電池用電極を製造することができる製造方法である。
【００７９】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法は、多孔質集電体上に触媒ペーストを塗布して触媒層を形成している。この触媒層は、その後の工程において、高分子電解質膜に接合される。多孔質集電体への触媒ペーストの塗布は、上記第一発明と同様に、スリット状の導出口を有するノズルをもつ塗布装置によりなされている。このため、フッ素樹脂シート上に形成された触媒ペーストの乾燥物は、その内部に気孔が存在しなくなっている。すなわち、均一な構造を有している。そして、この乾燥物を高分子電解質膜に接合しても均一な構造は変化しない。この結果、本発明により製造された固体高分子型燃料電池用電極は、良好な電池性能を得ることができる均一な触媒層を有するものとなっている。
【００８０】
なお、多孔質集電体上に形成された触媒ペーストの乾燥物の高分子電解質膜への接合は、１００〜１６０℃で２〜１０ＭＰａの加圧力で圧着することで行われることが好ましい。
【００８１】
触媒ペーストは、３００ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）以上であることが好ましい。
【００８２】
触媒ペーストは、増粘剤が添加されたことが好ましい。増粘剤は、低級アルコールであることが好ましい。
【００８３】
触媒ペーストは、４０〜１００℃で保持されたことが好ましい。
【００８４】
塗布装置は、触媒ペーストの移送がエアレスポンプによりなされることが好ましい。
【００８５】
第一〜三発明の固体高分子型燃料電池用電極の高分子電解質膜および触媒層の厚さは、その材質および求める電池特性により変化するため特に限定されるものではない。高分子電解質膜の厚さは２５〜５０μｍが好ましく、触媒層の厚さは３０μｍ以下が好ましい。
【００８６】
第一〜三発明の固体高分子型燃料電池用電極は、従来の方法と同様に燃料電池セルを製造することができる。触媒層の表面に多孔質集電体層を形成し、これをガス流路を備えたセパレータで挟持することで燃料電池セルを製造することができる。また、この燃料電池セルを多数積層した燃料電池スタックを形成してもよい。
【実施例】
【００８７】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００８８】
本発明の実施例として固体高分子型燃料電池用電極を作成した。
【００８９】
（塗布装置）
触媒ペーストの塗布は、図１〜４にその構成を示した塗布装置を用いて行われた。なお、図１は塗布装置全体の構成を、図２〜４はノズルＮを示した図である。
【００９０】
塗布装置は、スリット状の導出口１１を有するノズルＮと、触媒ペーストを貯留するタンクＴと、ノズルＮと接続されノズルＮに触媒ペーストを供給するガンＧと、タンク内に一方が開口し他方がガンＧと連結した内部を触媒ペーストが流れる管路よりなるペースト流路Ｒと、一方がガンＧと他方がタンクＴに接続された管路よりなりガンＧからノズルＮに供給されない触媒ペーストをタンクＴに戻すためのペースト流路Ｒ’と、ペースト流路Ｒの経路中にもうけられペースト流路Ｒを流れる触媒ペーストをガンＧに圧送するポンプＰと、ペースト流路Ｒの経路中にもうけられペースト流路Ｒを流れる触媒ペーストを加熱するヒーターＨと、タンクＴに貯留した触媒ペーストの温度を測定する温度計（図示せず）と、を有する。
【００９１】
ノズルＮは、略直方体状を有するとともに、一方の側面に１００μｍの幅で開口するスリット状の導出口１１と、導出口１１から背向する表面方向へ１００μｍの間隙を保ちつつ延びた通路部１２と、通路部１２の導出口１１に背向する他端に設けられた導入口１３と、からなるノズル通路を備えている。また、スリット状の導出口１１の長さは９０ｍｍであった。なお、本実施例において触媒ペーストの塗布が、導出口１１の幅が１００μｍのノズルを用いて行われたが、ノズルＮの導出口１１の幅は３０〜５００μｍの範囲で適宜選択すればよい。
【００９２】
通路部１２は、ノズルＮの内部で導入口１３から背向する表面方向へ延びるとともに導出口１１の高さよりも大きな高さをもつ空間部１４と連通している。空間部１４は、他端に導入通路１５と連通している。導入通路１５は、空間部１４に対する他端においてガンＧが結合される結合部１６と連通している。
【００９３】
塗布装置は、ノズルＮを導出口１１が鉛直上方に開口した状態で配設している。すなわち、ノズルＮの通路部１２が鉛直方向にのび、かつ導出口１１が水平方向にのびた状態で配設されている。
【００９４】
ガンＧは、ノズルＮの結合部１６に結合されるとともにノズルＮに触媒ペーストを供給する吐出口２１を有する。また、ガンＧは、ノズルＮに供給される触媒ペースト量を調整できるとともに、吐出口２１に流れ込まない触媒ペーストをペースト流路Ｒ’に流す。ペースト流路Ｒを流れてきた触媒ペーストは、ガンＧが結合された結合部１６から導入通路１５を通じて空間部１４に送られる。空間部１４に送られた触媒ペーストは、導入口１３に導入され、通路部１２を通じて導出口１１から噴出されることとなる。このとき、ガンＧのノズルＮへの触媒ペーストの流量を調節することで、ノズルＮの導出口１１からの触媒ペーストの噴出圧力（触媒ペーストの塗布圧力）を調節できる。本実施例においては、触媒ペーストの噴出圧力が３ＭＰａに設定された。なお、触媒ペーストの噴出圧力は、２〜５ＭＰａの範囲で適宜選択すればよい。
【００９５】
ポンプＰは、プランジャ式エアレスポンプ（旭サナック製、商品名：ライトベアＡＰ１６３６）が用いられた。本実施例において、ポンプＰは、圧力比１：２０の設定条件で触媒ペーストの圧送を行った。
【００９６】
ヒーターＨは、ペースト流路Ｒを流れる触媒ペーストを加熱する。塗布装置は、ヒーターＨが触媒ペーストを加熱していない状態では、触媒ペーストは室温（２０℃）に保持される。
【００９７】
温度計（図示せず）は、測温部が触媒ペースト中に位置するようにタンクＴ内に突出した状態で配設されている。この温度計により触媒ペーストの温度が測定される。
【００９８】
ペースト流路Ｒ中には、レギュレーターＲＥと、アキュムレーターＡと、がもうけられている。レギュレーターＲＥにより、ペースト流路Ｒ中を流れる触媒ペーストの流量が制御できる。
【００９９】
ペースト流路Ｒ’中には、背圧バルブＶがもうけられている。背圧バルブＶにより、ペースト流路Ｒ’中を流れる触媒ペーストの流量が制御できる。
【０１００】
塗布装置は、タンクＴに触媒ペーストを導入した後にポンプＰを稼働させる。このとき、ガンＧは、ノズルＮに触媒ペーストが流れないように設定されている。触媒ペーストは、ポンプＰにより、ペースト流路Ｒ、ガンＧ、ペースト流路Ｒ’、タンクＴの順序で流れることとなり、循環する。この触媒ペーストの循環により、塗布装置に貯留された触媒ペーストが均一に保たれる。そして、触媒ペーストの塗布を行うときには、ガンＧの切り替えを行い、触媒ペーストをノズルＮに供給することでノズルＮの導出口１１から触媒ペーストを噴出させる。
【０１０１】
塗布装置は、被塗布面がほぼ水平方向に広がる状態で配設されたシート状の被塗布物の下方よりノズルＮを上方に向け触媒ペーストを被塗布物の下面に向けて帯状に噴出させるとともにノズルＮを下面の延び方向と平行に移動させ、帯状に噴出した触媒ペーストを被塗布物の下面の所定箇所に粘着させて帯状に塗布することができる。
【０１０２】
本実施例において塗布装置は、触媒ペーストの塗布時に触媒ペーストが塗布される被塗布物の下面とノズルＮの導出口１１との距離を任意の距離に設定できる。そして、本実施例においては、導出口と被塗布物表面との距離が５ｃｍで設定された。また、触媒ペーストの塗布時のノズルＮの移動は、１．０ｍ／ｓの移動速度であった。
【０１０３】
（実施例１）
５５重量％でＰｔを担持したＰｔ担持カーボン粉末（田中貴金属製、商品名：Ｔ１０Ｅ６０Ｅ）を７．１重量部、５ｗｔ％で樹脂成分を有する高分子電解質溶液（イオン交換樹脂溶液、デュポン社製、商品名：Ｎａｆｉｏｎ  ＳＥ−５１１２）６４．３重量部、イオン交換水２８．６重量部、を秤量し、ボールミルを用いて十分に混合して触媒ペーストを調製した。
【０１０４】
調製された触媒ペーストは、その粘度がおよそ１００ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）であった。この触媒ペーストに１−ペンタノールよりなる増粘剤を得られたペーストの全重量を１００としたときに５ｗｔ％で添加して、粘度を７７９ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）とした。ここで、粘度の測定は、Ｅ型粘度計ＲＥ５５０Ｒを用いて行われた。
【０１０５】
調製された触媒ペーストは、上記塗布装置を用いて幅１１０ｍｍ、厚さ５０μｍの導電性高分子膜（デュポン社製、商品名：ナフィオンＮＦ−１１２）に、塗布厚さが３００μｍで塗布面積が９０×７１ｍｍとなるように塗布された。すなわち、ノズルが水平方向に７１ｍｍ移動した。触媒ペーストの塗布は、高分子電解質膜の両面の同じ位置になされた。このとき、塗布装置のヒーターＨは作動しておらず、触媒ペーストは室温に保持されている。
【０１０６】
触媒ペーストが塗布された高分子電解質膜は、大気雰囲気下で８０℃で３０分間保持し、触媒ペーストを乾燥させた。
【０１０７】
以上の手段により本実施例の固体高分子型燃料電池用電極が製造された。
【０１０８】
（実施例２）
実施例１と同様にして触媒ペーストを調製した。調製された触媒ペーストは、上記塗布装置を用いてフッ素樹脂シート上に塗布厚さが３００μｍで塗布面積が９０×７１ｍｍとなるように塗布された。このとき、塗布装置のヒーターＨは作動しておらず、触媒ペーストは室温に保持されている。
【０１０９】
触媒ペーストが塗布されたフッ素樹脂シートは、大気雰囲気下で８０℃で３０分間保持し、触媒ペーストを乾燥させた。
【０１１０】
触媒ペーストの乾燥物で実施例１において用いられた高分子電解質膜を挟んだ状態（乾燥物、高分子電解質膜、乾燥物の順序で積層した状態）で１４０℃、８ＭＰａの加圧力で厚さ方向に加圧して、乾燥物と高分子電解質膜とを接合した。
【０１１１】
以上の手段により本実施例の固体高分子型燃料電池用電極が製造された。
【０１１２】
（実施例３）
厚さ１８０μｍのカーボンシート（東レ製、商品名：トレカ）を、１１０×９１ｍｍに切断した。
【０１１３】
つづいて、実施例１と同様にして触媒ペーストを調製した。調製された触媒ペーストは、上記塗布装置を用いてカーボンシート上に塗布厚さが３００μｍで塗布面積が９０×７１ｍｍとなるように塗布された。このとき、塗布装置のヒーターＨは作動しておらず、触媒ペーストは室温に保持されている。
【０１１４】
触媒ペーストが塗布されたカーボンシートは、大気雰囲気下で８０℃で３０分間保持し、触媒ペーストを乾燥させた。
【０１１５】
触媒ペーストの乾燥物で実施例１において用いられた高分子電解質膜を挟んだ状態（乾燥物、高分子電解質膜、乾燥物の順序で積層した状態）で１４０℃、８ＭＰａの加圧力で厚さ方向に加圧して、乾燥物と高分子電解質膜とを接合した。
【０１１６】
以上の手段により本実施例の固体高分子型燃料電池用電極が製造された。
【０１１７】
（比較例１）
５５重量％でＰｔを担持したＰｔ担持カーボン粉末（田中貴金属製、商品名：Ｔ１０Ｅ６０Ｅ）を７．１重量部、５ｗｔ％で樹脂成分を有する高分子電解質溶液（イオン交換樹脂溶液、デュポン社製、商品名：Ｎａｆｉｏｎ  ＳＥ−５１１２）６４．３重量部、イオン交換水２８．６重量部、を秤量し、ボールミルを用いて十分に混合して触媒ペーストを調製した。
【０１１８】
調製された触媒ペーストは、その粘度がおよそ１００ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）であった。ここで、粘度の測定は、Ｅ型粘度計ＲＥ５５０Ｒを用いて行われた。
【０１１９】
調製された触媒ペーストを高分子電解質膜にスプレー塗布した。塗布された触媒ペーストは、塗布厚さが３００μｍで塗布面積が９０×７１ｍｍとなった。ここで、触媒ペーストのスプレー塗布時には、高分子電解質膜の表面のうち触媒ペーストを塗布しない部分にはマスキングが施されている。触媒ペーストのスプレー塗布は、岩田製、商品名：ＬＰＨ−１００−ＬＶ４スプレーガンを用いて、空気圧０．４ＭＰａの条件で行われた。
【０１２０】
なお、触媒ペーストの塗布時にマスキング材の表面に多量の触媒ペーストの付着が確認できた。すなわち、多量の触媒ペーストのロスが生じた。
【０１２１】
触媒ペーストが塗布された高分子電解質膜は、大気雰囲気下で８０℃で３０分間保持し、触媒ペーストを乾燥させた。
【０１２２】
以上の手段により本比較例の固体高分子型燃料電池用電極が製造された。
【０１２３】
（比較例２）
比較例１と同様にして触媒ペーストを調製した。調製された触媒ペーストは、比較例１と同じスプレー塗布装置を用いてフッ素樹脂シート上に塗布厚さが３００μｍで塗布面積が９０×７１ｍｍとなるように塗布された。
【０１２４】
触媒ペーストが塗布されたフッ素樹脂シートは、大気雰囲気下で８０℃で３０分間保持し、触媒ペーストを乾燥させた。
【０１２５】
触媒ペーストの乾燥物で比較例１において用いられた高分子電解質膜を挟んだ状態（乾燥物、高分子電解質膜、乾燥物の順序で積層した状態）で１４０℃、８ＭＰａの加圧力で厚さ方向に加圧して、乾燥物と高分子電解質膜とを接合した。
【０１２６】
以上の手段により本比較例の固体高分子型燃料電池用電極が製造された。
【０１２７】
（比較例３）
実施例３と同様の手段を用いて１１０×９１ｍｍ、厚さ１８０μｍのカーボンシートを準備した。
【０１２８】
つづいて、比較例１と同様にして触媒ペーストを調製した。調製された触媒ペーストは、上記塗布装置を用いてカーボンシート上に塗布厚さが３００μｍで塗布面積が９０×７１ｍｍとなるように塗布された。このとき、塗布装置のヒーターＨは作動しておらず、触媒ペーストは室温に保持されている。
【０１２９】
触媒ペーストが塗布されたカーボンシートは、大気雰囲気下で８０℃で３０分間保持し、触媒ペーストを乾燥させた。
【０１３０】
触媒ペーストの乾燥物で比較例１において用いられた高分子電解質膜を挟んだ状態（乾燥物、高分子電解質膜、乾燥物の順序で積層した状態）で１４０℃、８ＭＰａの加圧力で厚さ方向に加圧して、乾燥物と高分子電解質膜とを接合した。
【０１３１】
以上の手段により本比較例の固体高分子型燃料電池用電極が製造された。
【０１３２】
（実施例４）
塗布装置に貯留された触媒ペーストの温度が８０℃となっている以外は実施例１と同様の手段で固体高分子型燃料電池用電極の製造を行った。
【０１３３】
具体的には、実施例１と同様の手段を用いて粘度が調節された触媒ペーストを調製し、塗布装置のタンクＴに投入した。塗布装置のポンプＰを稼働して触媒ペーストをペースト流路Ｒ、Ｒ’中を循環させた。そして、ヒーターＨを稼働して触媒ペーストを８０℃に加熱、保持した。なお、本実施例においては、触媒ペーストを加熱したことで触媒ペーストの粘度の低下が生じるが、増粘剤（１−ペンタノール）を添加して７７９ｍＰａ・ｓ  ５０（１／Ｓ）の粘度を維持した。
【０１３４】
その後、実施例１と同様の手段で高分子電解質膜表面に触媒ペーストの塗布、乾燥を行った。
【０１３５】
以上の手段により本比較例の固体高分子型燃料電池用電極が製造された。
【０１３６】
（実施例５）
触媒ペーストの塗布後の乾燥を室温で行った以外は実施例１と同様の手段で固体高分子型燃料電池用電極の製造を行った。
【０１３７】
具体的には、実施例１と同様な手段を用いて触媒ペーストの調製、高分子電解質膜への塗布を行った。
【０１３８】
高分子電解質膜にと賦された触媒ペーストは、２時間室温（２０℃、湿度５０％）雰囲気下で放置され、乾燥された。
【０１３９】
以上の手段により本実施例の固体高分子型燃料電池用電極が製造された。
【０１４０】
本実施例の固体高分子型燃料電池用電極は、触媒ペーストの乾燥を室温で行っているが、室温で２時間の保持でも触媒ペーストの乾燥が完了できたことが確認された。
【０１４１】
具体的には、実施例４および５の固体高分子型燃料電池用電極の製造時における触媒ペーストの乾燥状況を観察した。詳しくは、実施例４の製造時に触媒ペーストが高分子電解質膜に塗布された状態の重量と、固体高分子型燃料電池用電極の乾燥重量とから高分子電解質膜に塗布された触媒ペースト中に含まれる溶媒の重量を算出する。そして、触媒ペーストが高分子電解質膜に塗布された状態から一定時間ごとに重量を測定し、残留している溶媒量を算出した。その結果を図５に示した。
【０１４２】
（評価）
実施例および比較例の固体高分子型燃料電池用電極の評価として、燃料電池セルを組み立て、その電流−電圧特性を測定した。
【０１４３】
実施例１，２，４，５および比較例１，２の固体高分子型燃料電池用電極には、まず、触媒層の表面に多孔質集電体を形成した。
【０１４４】
具体的には、まず、実施例３において用いられたものと同様なカーボンシートを準備した。そして、このカーボンシートを触媒層の表面上に配置し（カーボンシート、触媒層、高分子電解質膜、触媒層、カーボンシートの順序で積層した状態）、積層した厚さ方向に、１４０℃、８ＭＰａの加圧力で加圧して、カーボンシートを触媒層に接合した。
【０１４５】
以上の手段により、実施例および比較例の固体高分子型燃料電池用電極を用いたＭＥＡ（膜−電極接合体）を製造した。なお、実施例３および比較例３の固体高分子型燃料電池用電極は、カーボンシート上に触媒層があり、イオン交換膜と圧着し、ＭＥＡを形成していた。
【０１４６】
実施例および比較例の固体高分子型燃料電池用電極を用いたＭＥＡの両側にガス流路を備えたセパレータを配設してシングルセルの燃料電池セルを製造した。この燃料電池セルは、上記したように、９０×７１ｍｍの触媒層を有している。
【０１４７】
製造された燃料電池セルの電流−電圧特性を測定した。燃料極には水素ガスを空気極にはエアーを供給した。両極に供給された水素ガスおよびエアーは、いずれも６０℃露点となるように加湿されている。ガスの供給時の燃料電池セルは８０℃に保持され、水素ガスの利用率が９０％でエアーの利用率は４０％であった。
【０１４８】
測定結果を図６および７に示した。
【０１４９】
図６より、各実施例の固体高分子型燃料電池用電極を用いた燃料電池セルは、各比較例の固体高分子型燃料電池用電極を用いた燃料電池セルより、高い電流密度で高い電圧が得られたことがわかる。すなわち、電池性能に優れていることがわかる。
【０１５０】
各比較例の固体高分子型燃料電池用電極は触媒層の製造時に触媒ペーストをスプレー塗布により行っていることから、泡噛み等の塗布不良が発生して触媒層が均一に形成されなくなっており、反応サイトである三相界面が減少したため、燃料電池セルの電池性能が低下したものと考えられる。これに対して、各実施例の固体高分子型燃料電池用電極はスリット状の吐出孔をもつノズルを用いて触媒ペーストの塗布を行っており、泡噛み等の塗布不良が発生しなくなっている。これにより、均一な触媒層を有することとなり、反応サイトである三相界面が十分に確保され、高い電池性能を得ている。
【０１５１】
さらに、図７において示されているように、触媒ペーストの塗布時に触媒ペーストを加熱しても（実施例４）、乾燥工程の時間が長くなっても（実施例５）、均一な触媒層を有することとなり、反応サイトである三相界面が十分に確保され、高い電池性能を得ている。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】実施例の塗布装置の構成を示した図である。
【図２】実施例の塗布装置のノズルの正面図である。
【図３】実施例の塗布装置のノズルの上面図である。
【図４】実施例の塗布装置のノズルの断面図である。
【図５】実施例４および５の製造時における触媒ペーストの乾燥状況を示したグラフである。
【図６】実施例および比較例の固体高分子型燃料電池用電極を用いた燃料電池セルの電池性能の測定結果を示したグラフである。
【図７】実施例４および５の固体高分子型燃料電池用電極を用いた燃料電池セルの電池性能の測定結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【０１５３】
Ｔ…タンク
Ｎ…ノズル          １１…導出口            １２…通路部
１３…導入口        １４…空間部            １５…導入通路
１６…結合部
Ｇ…ガン            ２１…吐出口
Ｒ，Ｒ’…ペースト流路
Ｐ…ポンプ
Ｈ…ヒーター
Ａ…アキュムレーター
ＲＥ…レギュレーター
Ｖ…背圧バルブ
【図１】
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【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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