(57)【要約】【課題】  触媒ペーストの粘度調整を行わずに多孔質基材上に触媒層を形成する。【解決手段】  多孔質基材上にその細孔が埋まるように樹脂層を形成し（ステップＳ１）、細孔部分以外の樹脂層は多孔質基材から除去し（ステップＳ２）、その上に触媒ペーストを塗布・乾燥して触媒層を形成し（ステップＳ３）、加熱真空乾燥によって細孔内に残る樹脂層を除去する（ステップＳ４）。これにより、触媒ペーストの粘度調整を行わなくても細孔の閉塞を抑制することができ、反応ガス拡散機能の低下、触媒利用率の低下を抑えることが可能になる。【選択図】  図１
2005209403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒層と拡散層とを有する電極を備える燃料電池の電極形成方法において、
拡散層となる多孔質基材の細孔に樹脂を充填する工程と、
細孔に樹脂が充填された前記多孔質基材上に触媒層を形成する工程と、
前記触媒層が形成された前記多孔質基材の細孔に充填されている樹脂を除去する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池の電極形成方法。
【請求項２】
前記拡散層となる前記多孔質基材の細孔に樹脂を充填する工程においては、
前記多孔質基材の細孔に樹脂が充填されるように前記多孔質基材上に樹脂層を形成し、
前記多孔質基材の細孔に充填された樹脂を残して前記樹脂層を除去して、前記多孔質基材の細孔に樹脂を充填することを特徴とする請求項１記載の燃料電池の電極形成方法。
【請求項３】
前記多孔質基材の細孔に樹脂が充填されるように前記多孔質基材上に前記樹脂層を形成する際には、
樹脂を加熱し軟化することによって前記多孔質基材の細孔に樹脂を充填して前記樹脂層を形成し、
前記多孔質基材の細孔に充填された樹脂を残して前記樹脂層を除去する際には、
研削および／またはエッチングによって、前記多孔質基材の細孔に充填された樹脂を残して前記樹脂層を除去することを特徴とする請求項２記載の燃料電池の電極形成方法。
【請求項４】
細孔に樹脂が充填された前記多孔質基材上に前記触媒層を形成する工程においては、
前記多孔質基材上に、触媒金属を含む触媒ペーストを塗布した後、前記触媒ペーストを乾燥して前記触媒層を形成することを特徴とする請求項１記載の燃料電池の電極形成方法。
【請求項５】
前記触媒層が形成された前記多孔質基材の細孔に充填されている樹脂を除去する工程においては、
前記触媒層が形成された前記多孔質基材の細孔に充填されている樹脂を加熱し乾燥させることによって除去することを特徴とする請求項１記載の燃料電池の電極形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池の電極形成方法に関し、特に固体高分子電解質型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell，ＰＥＦＣ）の電極形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＥＦＣは、電解質に固体高分子膜を用いた燃料電池であり、出力密度が高い、電池寿命が長い等の特徴を有し、近年、様々な分野への応用が検討されている。
ＰＥＦＣに用いる固体高分子電解質膜としては、パーフルオロカーボンスルホン酸膜等のフッ素樹脂系イオン交換膜が用いられ、このような固体高分子電解質膜の両面には、貴金属をカーボンブラック等の導電性の担体に担持した担持貴金属触媒を用いた触媒層がアノード電極、カソード電極として配置される。アノード電極では、外部より供給される燃料ガスに含まれる水素から水素イオンと電子が生成され、生成された水素イオンは固体高分子電解質膜中をカソード電極に向かって移動し、電子は外部回路を通ってカソード電極に移動する。一方、カソード電極では、アノード電極から移動してくる水素イオンおよび電子と、外部より供給される空気等の酸化剤ガスに含まれる酸素によって水が生成される。
【０００３】
現在、このようなＰＥＦＣには、固体高分子電解質膜の両面に触媒層が接合されている膜・電極接合体、いわゆるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）が広く用いられている。通常はこのＭＥＡの触媒層表面に、触媒層への水素、酸素等の反応ガスの拡散と生成された電子の集電を行うためのカーボンペーパー等の導電性の多孔質基材が拡散層として配置され、この拡散層と触媒層が固体高分子電解質膜の両面側でアノード電極、カソード電極として機能する。
【０００４】
ＭＥＡの触媒層表面に拡散層を設けたこのような構造体が、ガス漏洩防止の適当なシールが施されて一対のガス流通溝付セパレータで覆われ、ＰＥＦＣの単セルが作製される。アノード電極側のセパレータのガス流通溝には燃料ガスが導入されて水素イオンと電子が生成され、カソード電極側のセパレータのガス流通溝には酸化剤ガスが導入されて水が生成される。一般的には、このような単セルを複数積層して燃料電池スタックが作製され、発電が行われる。
【０００５】
単セルやスタックを作製する（組み立てる）際は、触媒層、拡散層、ガス流通溝が精度良く組み合わされなければならない。これらの間に位置ずれがあると、電極にガスが供給されない部分が生じたり、シールが不十分で外部リークが生じたりする可能性がある。そのため、現在は、単セルの組み立て前にあらかじめ拡散層をＭＥＡと一体化しておき、組み立て時の位置ずれの発生を抑制するといった方法も採られている。
【０００６】
このように拡散層をＭＥＡと一体化する方法としては、拡散層となる多孔質基材をＭＥＡの触媒層に熱圧着して接合する方法がある。ＭＥＡの触媒層は、従来より反応界面確保を目的として、担持貴金属触媒のほかに固体高分子電解質成分を含んだペースト（「触媒ペースト」という。）を固体高分子電解質膜上に塗布・乾燥して形成される。そのため、多孔質基材のＭＥＡへの熱圧着時には、触媒層内の固体高分子電解質成分がガラス転移点以上に加熱されることで軟化し、それがバインダーとなって多孔質基材と触媒層とが接合するようになる。
【０００７】
このほか、多孔質基材上に触媒ペーストを塗布・乾燥して触媒層を形成した後、これを固体高分子電解質膜の両面にそれぞれ熱圧着して、拡散層をＭＥＡと一体化する方法もある。しかし、この方法の場合、触媒ペーストが塗布・乾燥時に多孔質基材の細孔内に入り込み、細孔が閉塞された状態で触媒層が形成されてしまい、多孔質基材におけるガス拡散機能の低下、それによる触媒利用率の低下が起きる場合があった。
【０００８】
このような触媒層による細孔の閉塞を抑制するため、従来は、組成を変えて触媒ペーストを高粘度化し塗布時の触媒ペーストの細孔への浸入を抑制するといった方法が提案されている。また、触媒ペーストの担持貴金属触媒を高ストラクチャー化して固体高分子電解質成分の高分散化を図るとともに触媒ペーストを高粘度化して塗布時の触媒ペーストの細孔への浸入を抑制するといった方法も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１６４２２４号公報（段落番号〔０００６〕，〔００３４〕）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、触媒ペーストを高粘度化して触媒層による多孔質基材の細孔の閉塞を抑制しようとした場合には、電極材料の変更のたびに、細孔を閉塞させずに使用することのできる触媒ペーストの最適な粘度範囲の調査や、多孔質基材への塗布前の粘度調整が必要になる。例えば、担持貴金属触媒の触媒金属や担体の種類、粒度分布、表面積など、あるいは多孔質基材の種類、細孔分布、細孔容積など、電極材料に変更があった場合などである。このように、電極材料の変更のたびに触媒ペーストの粘度調整を行っていると、燃料電池の開発効率、生産性を低下させるという問題点があった。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、触媒ペーストの粘度調整を行うことなく、多孔質基材上にその細孔を閉塞させないよう触媒層を形成することのできる燃料電池の電極形成方法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】
【００１１】
本発明では上記問題を解決するために、触媒層と拡散層とを有する電極を備える燃料電池の電極形成方法において、拡散層となる多孔質基材の細孔に樹脂を充填する工程と、細孔に樹脂が充填された前記多孔質基材上に触媒層を形成する工程と、前記触媒層が形成された前記多孔質基材の細孔に充填されている樹脂を除去する工程と、を有することを特徴とする燃料電池の電極形成方法が提供される。
【００１２】
このような燃料電池の電極形成方法によれば、細孔に樹脂を充填した多孔質基材上に触媒層を形成し、その後に、その細孔内の樹脂を除去するようにしたので、例えば触媒層を触媒ペーストから形成する場合に、その触媒ペーストがいかなる粘度値であっても、それが細孔に浸入してしまうことがなく、触媒層による多孔質基材の細孔の閉塞が抑制されるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池の電極形成方法は、細孔に樹脂を充填した多孔質基材上に触媒層を形成した後、その細孔内の樹脂を除去するため、触媒ペーストの粘度調整を行わなくても、触媒層による多孔質基材の細孔の閉塞を抑制して、拡散層と触媒層を一体化することができる。これにより、燃料電池の開発効率を向上させることが可能になり、また、燃料電池の生産性を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、ＰＥＦＣの電極形成に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
図２はＰＥＦＣの断面模式図の一例である。
【００１５】
この図２に示すＰＥＦＣ１は、固体高分子電解質膜２の両面に触媒層３が接合され、各触媒層３の表面（固体高分子電解質膜２との接合面と反対の面）には、拡散層４が接合されており、固体高分子電解質膜２、触媒層３および拡散層４が一体に形成されている。固体高分子電解質膜２は、その周囲にフレームシート５が設けられ、このフレームシート５によって、触媒層３からはみ出た部分が保護されるようになっている。フレームシート５にはシール部材６が取り付けられており、このようなフレームシート５がシール部材６を介して、マニホールド７ａ、ガス流通溝７ｂおよび冷却水流通溝７ｃを備える一対のセパレータ７によって挟持されている。
【００１６】
このような構成を有するＰＥＦＣ１において、触媒層３と拡散層４は、アノード電極、カソード電極として機能する。アノード電極では、外部よりマニホールド７ａおよびガス流通溝７ｂを通って供給される燃料ガスに含まれる水素から水素イオンと電子が生成され、生成された水素イオンは水を含んだ固体高分子電解質膜２中をカソード電極に向かって移動し、電子は外部回路を通ってカソード電極に移動する。一方、カソード電極では、アノード電極から移動してくる水素イオンおよび外部回路を流れた電子と、外部よりマニホールド７ａおよびガス流通溝７ｂを通って供給される酸化剤ガスに含まれる酸素とから水が生成される。ここで、触媒層３は、アノード電極側、カソード電極側でそれぞれの電極反応を行い、拡散層４は触媒層３への反応ガスの供給と生成された電子の集電の役割を果たしている。反応に伴って発生する熱は冷却水流通溝７ｃを流れる冷却水によって除去され、所定の運転温度が維持されるようになっている。
【００１７】
また、シール部材６は、反応ガスの外部への漏洩を防ぎ、フレームシート５に一体に形成されて固体高分子電解質膜２の周囲に配設されることにより、組み立て時の位置ずれ防止とセパレータ７による挟持に対する固体高分子電解質膜２の強度向上が図られている。
【００１８】
このようなＰＥＦＣ１において、固体高分子電解質膜２には、例えば膜厚２０μｍ〜２００μｍ程度のパーフルオロカーボンスルホン酸膜が用いられる。パーフルオロカーボンスルホン酸膜は現在工業用として広く用いられており、例えば、米国デュポン社製「Ｎａｆｉｏｎ」（登録商標）、旭化成工業社製「Ａｃｉｐｌｅｘ」（登録商標）、旭硝子社製「Ｆｌｅｍｉｏｎ」（登録商標）等を用いることができる。固体高分子電解質膜２として用いる材料は、導電率、乾燥膜重量、含水率、耐久性、反応ガス遮断性等を考慮し、ＰＥＦＣ１の形態やその用途に応じて選定あるいは作製される。
【００１９】
触媒層３は、担持貴金属触媒に電解質成分を適量混合した触媒ペーストを固化して形成される。この触媒ペーストに用いられる担持貴金属触媒には、例えば、白金（Ｐｔ）を触媒金属とし、カーボンブラックを担体として、Ｐｔをカーボンブラックに担持したカーボン担持Ｐｔ触媒が用いられる。なお、触媒金属には、Ｐｔのほか必要に応じてＰｔ系合金を用いることもできる。また、電解質成分としては、固体高分子電解質、例えば固体高分子電解質膜２と同じパーフルオロカーボンスルホン酸が用いられる。固体高分子電解質は適当なアルコール等の有機溶媒に溶解され、この電解質溶液とカーボン担持Ｐｔ触媒とを混合してペースト状にし、触媒ペーストが形成される。
【００２０】
拡散層４は、上記のように触媒層３への反応ガスの供給と電子の集電を行うため、通気性と導電性が要求され、特にカソード電極側では触媒層３で生成する水の排出性も要求される。拡散層４の材料としては、例えばカーボンペーパーやカーボンクロス等の導電性で細孔を有する多孔質基材が用いられる。
【００２１】
また、フレームシート５は、例えば、厚さ約１ｍｍのテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂を用いて形成され、固体高分子電解質膜２に変性オレフィン系接着剤等で接着される。シール部材６は、例えば熱硬化型シリコーンを射出成形等によってフレームシート５に一体に形成される。また、セパレータ７には、カーボン板等の気密性、導電性を有するものが用いられる。
【００２２】
次に、上記構成を有するＰＥＦＣ１の電極形成方法について説明する。
図１はＰＥＦＣの電極形成工程の流れを示す図である。また、図３〜図６は各工程の説明図であって、図３は樹脂層形成工程の断面模式図、図４は第１の樹脂層除去工程の断面模式図、図５は触媒層形成工程の断面模式図、図６は第２の樹脂層除去工程の断面模式図である。以下、ＰＥＦＣの電極形成工程を、図１および図３〜図６を参照して詳細に説明する。
【００２３】
ＰＥＦＣ１の電極形成では、まず、図３に示すように、拡散層４となる多孔質基材４ａ上に樹脂層８を形成する（ステップＳ１）。この樹脂層８の形成に用いる樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル共重合体、ポリビニルアルコール等を用いることができる。樹脂層８を形成する際には、このような樹脂を加熱して軟化し多孔質基材４ａの表面に塗布する、あるいはこのような樹脂のシートを用いてそれを多孔質基材４ａ上に載せて加熱して軟化する。上記例示した樹脂を用いる場合、８０℃〜１００℃程度で５分〜２０分程度加熱することで樹脂を軟化することができる。このようにして軟化された樹脂は、図３に示したように、多孔質基材４ａの細孔４ｂ内に浸入、充填され、その後冷却されると固化する。これにより、多孔質基材４ａは、樹脂層８によって細孔４ｂが閉塞された状態になる。
【００２４】
なお、このステップＳ１において、多孔質基材４ａ上に樹脂層８を形成するのに用いる樹脂の量は、多孔質基材４ａの種類、例えば細孔径分布や細孔容積などを考慮して、樹脂層８の形成前に表面（触媒層３との接合面）に露出する細孔を可能な限り閉塞することができる程度の量を設定すればよい。ただし、必ずしも多孔質基材４ａ表面に露出するすべての細孔４ｂが、多孔質基材４ａ上に実際に形成される樹脂層８によって充填されていることを要しない。
【００２５】
樹脂層８の形成後は、図４に示すように、研削やエッチング等の方法を用いて、細孔４ｂ部分を除く多孔質基材４ａの表面が露出するように樹脂層８を除去する（ステップＳ２）。これにより、多孔質基材４ａには、その細孔４ｂ内に入り込んだ樹脂層８が残される。
【００２６】
このステップＳ２における樹脂層８の除去は、細孔４ｂ内に樹脂層８を残し、それ以外の樹脂層８を除去することができれば、その方法は特に限定されない。例えば、カッター等を用いてある程度の樹脂層８を多孔質基材４ａから削り取り、その後、不活性ガス等でエッチングを行い、細孔４ｂ部分を除く多孔質基材４ａ表面の樹脂層８を除去すれば、多孔質基材４ａ表面を清浄に露出させることが可能である。あるいはグラインダー等で樹脂層８を研削した後にエッチングを行ったり、研削やエッチングのみで樹脂層８を除去したりする方法を採っても構わない。なお、このステップＳ２において、多孔質基材４ａ表面の露出後に、必ずしもすべての細孔４ｂが樹脂層８によって充填されていることを要しない。
【００２７】
細孔４ｂ部分を除く多孔質基材４ａ表面の樹脂層８を除去した後は、図５に示すように、多孔質基材４ａ上に触媒ペーストを塗布・乾燥して触媒層３を形成する（ステップＳ３）。触媒ペーストは、担持貴金属触媒と電解質成分を組成に含むペースト状の物質であり、電解質成分を有機溶媒に溶解したものと担持貴金属触媒とを混合して形成される。このような触媒ペーストを多孔質基材４ａ上に塗布し、有機溶媒を気化して乾燥することにより、細孔４ｂが樹脂層８で充填された多孔質基材４ａ上に触媒層３が形成される。
【００２８】
触媒層３の形成後は、図６に示すように、細孔４ｂ内に残る樹脂層８を加熱しながら真空乾燥により除去する（ステップＳ４）。樹脂層８を上記のエチレン−酢酸ビニル共重合体等の樹脂を用いて形成した場合、真空乾燥は８０℃〜１００℃程度で１時間以上行う。このステップＳ４における真空乾燥では、加熱されて軟化した細孔４ｂ内の樹脂層８は、多孔質基材４ａの多数の細孔から、あるいは触媒層３を通り抜けて、多孔質基材４ａの外へと蒸発して除去される。その際、場合によっては、触媒層３に細孔４ｂ内の樹脂層８が抜けた孔が形成される。
【００２９】
最後に、触媒層３が形成された多孔質基材４ａを、その触媒層３側から固体高分子電解質膜２に熱圧着して接合する（ステップＳ５）。これを固体高分子電解質膜２の両面について行い、それによって、固体高分子電解質膜２、触媒層３および拡散層４が一体化される。
【００３０】
このように、多孔質基材４ａの細孔４ｂを先に樹脂で充填しておき、その上に触媒ペーストを塗布・乾燥して触媒層３を形成し、触媒層３の形成後に細孔４ｂ内の樹脂を除去することにより、触媒層３を細孔４ｂに入り込ませることなく多孔質基材４ａ上に形成することができる。このような電極形成方法によれば、触媒ペーストを高粘度化するといった粘度調整を行わなくても、触媒層３による細孔４ｂの閉塞を抑制することができるので、電極部分における反応ガス拡散機能の低下、触媒利用率の低下を抑えることが可能になる。また、触媒層３や拡散層４に用いる材料に変更があった場合にも、触媒ペーストの粘度調整が不要であるため、ＰＥＦＣ１の開発効率、生産性を大幅に向上させることが可能になる。
【００３１】
次に、上記の電極形成方法を具体例を挙げてより詳細に説明する。
まず、ＰＥＦＣの拡散層となる多孔質基材上に、市販のエチレン−酢酸ビニル共重合体シートを載せ、これを８０℃で１５分間加熱し、多孔質基材上でエチレン−酢酸ビニル共重合体を軟化する。この加熱によって軟化したエチレン−酢酸ビニル共重合体は、多孔質基材の細孔内へと浸入し、細孔を充填する。加熱軟化後、室温まで冷却し、多孔質基材上にエチレン−酢酸ビニル共重合体の樹脂層を形成する。
【００３２】
室温まで冷却した後、多孔質基材上の固化したエチレン−酢酸ビニル共重合体の樹脂層をセラミックカッターで削り取り、さらにアルゴン（Ａｒ）エッチングを行って、多孔質基材の表面が露出するまでエチレン−酢酸ビニル共重合体を除去する。これにより、エチレン−酢酸ビニル共重合体を細孔内に残した多孔質基材を形成する。
【００３３】
この多孔質基材上に、カーボン担持Ｐｔ触媒と、固体高分子電解質をアルコールに溶解したものとを混合した触媒ペーストを塗布し、大気中、室温乾燥によって触媒ペースト中のアルコールを除去し、触媒層を形成する。この触媒層の形成の際、触媒ペーストの粘度調整は不要である。
【００３４】
この触媒層の形成まで行った試料を、触媒層の面側を下向きに、かつ、触媒層の面に触れないようにして真空乾燥炉内に設置し、９５℃で１時間、真空乾燥を行う。この加熱真空乾燥によって多孔質基材の細孔内に残っているエチレン−酢酸ビニル共重合体を軟化し、多孔質基材の細孔あるいは触媒層から乾燥除去する。
【００３５】
このようにして多孔質基材上に触媒層を形成し、ＰＥＦＣのアノード、カソード電極部分が形成される。この多孔質基材と触媒層の接合体を、その触媒層側から固体高分子電解質膜表面に熱圧着することで、固体高分子電解質膜、触媒層および拡散層が一体化される。
【００３６】
図７は多孔質基材の細孔径分布の測定結果である。図７において、横軸は細孔直径（μｍ）を示し、縦軸は細孔径分布（ｍｌ／ｃｍ2）を示している。また、点線は樹脂層形成前の多孔質基材の細孔径分布を示し、実線は触媒層形成後に細孔内の樹脂を除去した多孔質基材の細孔径分布を示している。なお、この図７は、水銀圧入法による細孔径分布の測定結果を示している。
【００３７】
図７の測定結果に示すように、樹脂層形成前の多孔質基材の細孔径分布と、触媒層形成後に細孔内の樹脂を除去した多孔質基材の細孔径分布との間の多孔質基材に由来するピーク（細孔直径０．０５μｍ〜０．０８μｍ付近）については大きな違いは見られず、多孔質基材の平均細孔直径はほぼ同じ値になる。
【００３８】
触媒層形成後に細孔内の樹脂を除去した多孔質基材の細孔径分布においては、多孔質基材に由来するピークのほか、細孔直径の比較的小さい領域にもピークが現れるが、これは、触媒層形成後に細孔内の樹脂を除去したときに細孔から触媒層を貫通する孔が形成される場合があり、そのような触媒層に由来するピークである。
【００３９】
このように、樹脂層形成前の多孔質基材の細孔径分布と、触媒層形成後に細孔内の樹脂を除去した多孔質基材の細孔径分布との間には大きな差異がなく、触媒層形成後の加熱乾燥によって細孔内の樹脂はほぼ完全に除去され、触媒層による細孔の閉塞が抑制されているということができる。
【００４０】
図８は本発明の電極形成方法を用いて作製された燃料電池と従来の電極形成方法を用いて作製された燃料電池の特性の比較結果を示す図である。図８には、本発明の電極形成方法を用いて固体高分子電解質膜、触媒層および多孔質基材を接合して作製したＰＥＦＣの初期セル電圧と、高粘度化した触媒ペーストを多孔質基材に塗布・乾燥しそれを固体高分子電解質膜に接合する従来の電極形成方法を用いて作製したＰＥＦＣの初期セル電圧との比を示している。初期セル電圧の測定は、本発明の電極形成方法を用いたＰＥＦＣ、従来の電極形成方法を用いたＰＥＦＣ共に、電流密度０．２Ａ／ｃｍ2、アノード側に水素ガス、カソード側に空気を供給して行っている。
【００４１】
図８に示したように、従来の電極形成方法を用いたＰＥＦＣの初期セル電圧を１とした場合、本発明の電極形成方法を用いたＰＥＦＣの初期セル電圧は０．９９となり、ＰＥＦＣ特性の低下はほとんどない。
【００４２】
したがって、本発明の電極形成方法を用いた場合であっても、ＰＥＦＣ性能をほとんど損なわせずに、固体高分子電解質膜、触媒層および拡散層を接合して一体化することが可能である。そして、本発明の電極形成方法では、多孔質基材上に触媒層を形成する際に触媒ペーストの粘度調整が不要であり、電極材料の変更にもすばやく対応することができるので、ＰＥＦＣの開発効率、生産性を向上させることが可能になる。例えば、従来の電極形成方法では、触媒層による細孔の閉塞を抑制するために、１０ｍＰａ・ｓ以上の触媒ペースト粘度が必要になるが、本発明の電極形成方法では、更に低粘度であっても使用することができ、事実上いかなる粘度の触媒ペーストであっても電極形成にそのまま使用することが可能である。
【００４３】
以上説明したように、本発明の燃料電池の電極形成方法によれば、まず拡散層となる多孔質基材の細孔に樹脂を充填し、その上に触媒層を形成し、その後、細孔内の樹脂を除去するようにした。これにより、触媒ペーストの粘度調整を行わなくても触媒層による多孔質基材の細孔の閉塞が抑制され、電極部分における反応ガス拡散機能の低下、触媒利用率の低下が抑えられるようになり、燃料電池の開発効率、生産性を向上させることができるようになる。
【００４４】
なお、上記したように、ここで述べたＰＥＦＣの構成は一例であって、本発明の電極形成方法は、勿論、触媒層と拡散層を有する電極を備えるその他の構成のＰＥＦＣに広く適用可能である。
【００４５】
また、上記の説明では、多孔質基材の細孔内に充填する樹脂として、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル共重合体、ポリビニルアルコールの３種類を例示しているが、使用可能な樹脂はこれに限定されるものではなく、加熱により軟化し、充填後に加熱乾燥で細孔内から除去できるものであれば、他の樹脂を用いても構わない。
【００４６】
また、上記の説明で述べた電極形成条件、例えば樹脂層の形成・除去や触媒層の形成に必要となる温度、時間、雰囲気等は、単なる例であり、電極形成条件は、作製するＰＥＦＣに用いる電極材料や製造装置に応じて適当に設定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の燃料電池の電極形成方法は、固体高分子電解質型燃料電池の電極形成のほか、他の燃料電池の電極形成、あるいは固体高分子電解質水電解用の電極形成などの用途にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ＰＥＦＣの電極形成工程の流れを示す図である。
【図２】ＰＥＦＣの断面模式図の一例である。
【図３】樹脂層形成工程の断面模式図である。
【図４】表面樹脂層除去工程の断面模式図である。
【図５】触媒層形成工程の断面模式図である。
【図６】細孔内樹脂層除去工程の断面模式図である。
【図７】多孔質基材の細孔径分布の測定結果である。
【図８】本発明の電極形成方法を用いて作製された燃料電池と従来の電極形成方法を用いて作製された燃料電池の特性の比較結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ＰＥＦＣ
２  固体高分子電解質膜
３  触媒層
４  拡散層
４ａ  多孔質基材
４ｂ  細孔
５  フレームシート
６  シール部材
７  セパレータ
７ａ  マニホールド
７ｂ  ガス流通溝
７ｃ  冷却水流通溝
８  樹脂層
【図１】
2005209403.tif 000003
【図２】
2005209403.tif 000004
【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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【図８】
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