(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面に触媒層がそれぞれ形成された電解質膜−触媒層接合体、または電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層からなる電極がそれぞれ形成された電解質膜−電極接合体に接着される補助膜であって、基材と、前記基材上に形成され、光又は電離放射線を照射することにより電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有し、開口部を形成するための取り外し可能な易除去領域が中央に形成された、補助膜を２つ備え、
前記各補助膜は、互いの接着層が向き合うように配置され、当該補助膜間に電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体を挿入可能で、前記各易除去領域が互いに整列した状態を維持するよう、外周縁部の少なくとも一部が互いに接着されている、挟持体。
【請求項２】
電解質膜の両面に触媒層がそれぞれ形成された電解質膜−触媒層接合体、または電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層からなる電極がそれぞれ形成された電解質膜−電極接合体に接着される補助膜であって、基材と、前記基材上に形成され、光又は電離放射線を照射することにより電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有し、中央に開口部を有する枠状に形成された、補助膜を２つ備え、
前記各補助膜は、互いの接着層が向き合うように配置され、当該補助膜間に電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体を挿入可能で、前記各開口部が互いに整列した状態を維持するよう、外周縁部の少なくとも一部が互いに接着されている、挟持体。
【請求項３】
電解質膜の両面に触媒層がそれぞれ形成された電解質膜−触媒層接合体、または電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層からなる電極がそれぞれ形成された電解質膜−電極接合体に接着される補助膜であって、基材と、前記基材上に形成され、光又は電離放射線を照射することにより電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有し、開口部を形成するための取り外し可能な易除去領域が中央に形成された、補助膜と、
電解質膜の両面に触媒層がそれぞれ形成された電解質膜−触媒層接合体、または電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層からなる電極がそれぞれ形成された電解質膜−電極接合体に接着される補助膜であって、基材と、前記基材上に形成され、光又は電離放射線を照射することにより電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有し、中央に開口部を有する枠状に形成された、補助膜とを備え、
前記各補助膜は、互いの接着層が向き合うように配置され、当該補助膜間に電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体を挿入可能で、前記易除去領域と前記開口部とが互いに整列した状態を維持するよう、外周縁部の少なくとも一部が互いに接着されている、挟持体。
【請求項４】
前記基材は、燃料ガス及び酸化剤ガスの透過を防止するガスバリア性を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の挟持体。
【請求項５】
前記基材は、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムである、請求項４に記載の挟持体。
【請求項６】
電解質膜の両面に触媒層が形成された電解質膜−触媒層接合体を準備する工程と、
光又は電離放射線を照射することにより前記電解質膜−触媒層接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有する２枚の補助膜を準備して互いに重ねる工程と、
前記電解質膜−触媒層接合体が挿入でき且つ前記重ねられた２枚の補助膜が互いに位置ズレしないよう、前記各補助膜の外周縁部の少なくとも一部を接着して挟持体を作製する工程と、
前記作製された挟持体の各補助膜の中央に、前記触媒層を外周縁部を除いて露出させるための開口部を形成するための、取り外し可能な易除去領域を形成する工程と、
前記易除去領域が形成された補助膜の間に、外周縁部を除いた前記触媒層が前記易除去領域と対向する位置まで、前記電解質膜−触媒層接合体を挿入する工程と、
前記各易除去領域を取り外して開口部を形成する工程と、
前記開口部形成後、光又は電離放射線を照射して、前記各補助膜を前記電解質膜−触媒層接合体の外周縁部に接着させる工程と、
を備えた、挟持体付き電解質膜−触媒層接合体の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の挟持体付き電解質膜−触媒層接合体の製造方法に、
前記開口部から露出された各触媒層上にガス拡散層を前記補助膜の厚みより厚く形成する工程をさらに備えた、挟持体付き電解質膜−電極接合体の製造方法。
【請求項８】
電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層からなる電極が形成された電解質膜−電極接合体を準備する工程と、
光又は電離放射線を照射することにより前記電解質膜−電極接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有する２枚の補助膜を準備して互いに重ねる工程と、
前記電解質膜−電極接合体が挿入でき且つ前記重ねられた２枚の補助膜が互いに位置ズレしないよう、前記各補助膜の外周縁部の少なくとも一部を接着して挟持体を作製する工程と、
前記作製された挟持体の各補助膜の中央に、前記電極を外周縁部を除いて露出させるための開口部を形成するための、取り外し可能な易除去領域を形成する工程と、
前記易除去領域が形成された補助膜の間に、外周縁部を除いた前記電極が前記易除去領域と対向する位置まで、前記電解質膜−電極接合体を挿入する工程と、
前記易除去領域を取り外して開口部を形成する工程と、
前記開口部形成後、光又は電離放射線を照射して、前記各補助膜を前記電解質膜−電極接合体の外周縁部に接着させるとともに前記各補助膜の外周縁部同士を接着させる工程と、
を備えた、挟持体付き電解質膜−電極接合体の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の挟持体付き電解質膜−電極接合体の製造方法に、
前記触媒層及びガス拡散層からなる各電極の周囲を囲むように前記各補助膜上にガスケットをそれぞれ設置する工程と、
前記電極及びガスケット上にセパレータをそれぞれ設置する工程と、
をさらに備えた、固体高分子形燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助膜、これを用いた挟持体、挟持体付き電解質膜−触媒層接合体、挟持体付き電解質膜−電極接合体、固体高分子形燃料電池、及びこれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等として早期の実用化が見込まれている。
【０００３】
この固体高分子形燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用い、この電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層を順に積層している。そして、この触媒層及びガス拡散層からなる電極の周囲を囲むようにガスケットを配置し、さらにこれをセパレータで挟んだ構造を有している。また、ガスケットは位置精度の観点から電極の一回り外側を囲むように設置されているため、ガスケットと電極との間には隙間が形成されており、この隙間部分に対応する電解質膜は、電極またはガスケットのどちらにも押さえられていない状態となっている。この状態で、上記固体高分子形燃料電池で発電・非発電を繰り返すと、電解質膜は、湿潤状態と乾燥状態とを繰り返すが、この上記隙間部分に対応する電解質膜は、電極またはガスケットで押さえられていないため、膨張と収縮が繰り返される。この結果電解質膜に応力が生じて疲労してしまい、電解質膜が破損してしまうといった問題があった。
【０００４】
この問題を解消するため、例えば特許文献１に開示された固体高分子形燃料電池は、電極とガスケットとの間の隙間に補強膜をさらに設けることによって、ガスケットと電極との間の隙間部分を拘束し、電解質膜の膨張・収縮を抑制している。
【特許文献１】特開２００７−１０９５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記固体高分子形燃料電池の補強膜は、熱プレスを行うことによって電解質膜と溶着しているため、熱プレス時の熱及び圧力によって電解質膜の補強膜が設置される部分に局所的な力が加わり、電解質膜が破損するおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、電解質膜の破損を防止することのできる、補助膜を用いた挟持体、挟持体付き電解質膜−触媒層接合体の製造方法、挟持体付き電解質膜−電極接合体の製造方法、及び固体高分子形燃料電池の製造方法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】
【０００７】
本発明に係る第１の挟持体は、上記課題を解決するためになされたものであり、電解質膜の両面に触媒層がそれぞれ形成された電解質膜−触媒層接合体、または電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層からなる電極がそれぞれ形成された電解質膜−電極接合体に接着される補助膜であって、基材と、前記基材上に形成され、光又は電離放射線を照射することにより電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有し、開口部を形成するための取り外し可能な易除去領域が中央に形成された、補助膜を２つ備え、前記各補助膜は、互いの接着層が向き合うように配置され、当該補助膜間に電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体を挿入可能で、前記各易除去領域が互いに整列した状態を維持するよう、外周縁部の少なくとも一部が互いに接着されている。
【０００８】
また、本発明に係る第２の挟持体は、上記課題を解決するためになされたものであり、電解質膜の両面に触媒層がそれぞれ形成された電解質膜−触媒層接合体、または電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層からなる電極がそれぞれ形成された電解質膜−電極接合体に接着される補助膜であって、基材と、前記基材上に形成され、光又は電離放射線を照射することにより電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有し、中央に開口部を有する枠状に形成された、補助膜を２つ備え、前記各補助膜は、互いの接着層が向き合うように配置され、当該補助膜間に電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体を挿入可能で、前記各開口部が互いに整列した状態を維持するよう、外周縁部の少なくとも一部が互いに接着されている。また、本発明に係る第３の挟持体は、上記課題を解決するためになされたものであり、電解質膜の両面に触媒層がそれぞれ形成された電解質膜−触媒層接合体、または電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層からなる電極がそれぞれ形成された電解質膜−電極接合体に接着される補助膜であって、基材と、前記基材上に形成され、光又は電離放射線を照射することにより電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有し、開口部を形成するための取り外し可能な易除去領域が中央に形成された、補助膜と、電解質膜の両面に触媒層がそれぞれ形成された電解質膜−触媒層接合体、または電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層からなる電極がそれぞれ形成された電解質膜−電極接合体に接着される補助膜であって、基材と、前記基材上に形成され、光又は電離放射線を照射することにより電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有し、中央に開口部を有する枠状に形成された、補助膜とを備え、前記各補助膜は、互いの接着層が向き合うように配置され、当該補助膜間に電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体を挿入可能で、前記易除去領域と前記開口部とが互いに整列した状態を維持するよう、外周縁部の少なくとも一部が互いに接着されている。
【０００９】
このように、本発明に係る第１〜第３の挟持体は、接着層が電離放射線硬化型樹脂を含んでいるため、光又は電離放射線を放射することによって接着層が電解質膜−触媒層接合体や電解質膜−電極接合体と接着する。したがって、補助膜を、熱プレスを用いることなく、電解質膜−触媒層接合体や電解質膜−電極接合体に接着させることができるので、電解質膜の破損を防止することができる。なお、上記「易除去領域」とは、例えば、外周縁がミシン目や切り抜きなどによって形成されており、ミシン目などに沿って切り離すことで容易に取り外すことができ、取り外した結果、触媒層や電極を外周縁部を除いて露出させることのできる開口部を形成する領域のことをいう。さらに、この構成によれば、上述したように光又は電離放射線の照射によって補助膜を電解質膜−触媒層接合体に接着させることができ、電解質膜の破損を防止することができる。また、この補助膜は、互いに独立したものでなく、易除去領域が互いに整列した状態を維持するよう外周縁部の少なくとも一部が接着されているため、各補助膜が互いに位置ズレすることがない。よって、この挟持体が使用された固体高分子形燃料電池をスタック化した場合であっても、安定したスタック化が可能となる。
【００１０】
上記挟持体は種々の構成をとることができるが、例えば、上記基材は、燃料ガス及び酸化剤ガスの透過を防止するガスバリア性を有していることが好ましい。これにより、ガス漏れをより確実に防止することができる。なお、この場合は、上記基材は、ガスバリア性を基材単体で有していても良いし、基材上にガスバリア性を有する材料を積層しても良い。ガスバリア性を有する材料としては例えば、無機リシカを蒸着法により基材上に積層することができる。基材単体でガスバリア性を有する場合は、上記基材は、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る挟持体は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記いずれかの補助膜を２つ備え、前記各補助膜は、互いの接着層が向き合うように配置され、当該補助膜間に電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体を挿入可能で、前記各易除去領域又は開口部が互いに整列した状態を維持するよう、外周縁部の少なくとも一部が互いに接着されている。
【００１２】
この構成によれば、上述したように光又は電離放射線の照射によって補助膜を電解質膜−触媒層接合体に接着させることができ、電解質膜の破損を防止することができる。また、この補助膜は、互いに独立したものでなく、易除去領域が互いに整列した状態を維持するよう外周縁部の少なくとも一部が接着されているため、各補助膜が互いに位置ズレすることがない。よって、この挟持体が使用された固体高分子形燃料電池をスタック化した場合であっても、安定したスタック化が可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る挟持体付き電解質膜−触媒層接合体は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記挟持体と、電解質膜及び前記電解質膜の両面に形成された触媒層からなる電解質膜−触媒層接合体と、を備え、前記電解質膜−触媒層接合体は、前記各触媒層が外周縁部を除いて前記開口部から露出するよう、前記挟持体の各補助膜間に挟持されており、前記各補助膜は、前記電解質膜−触媒層接合体の外周縁部上に接着している。
【００１４】
このように構成された挟持体付き電解質膜−触媒層接合体は、挟持体を構成する補助膜が光又は電離放射線の照射によって電解質膜−触媒層接合体と接着しており、熱プレスを行う必要がないため、電解質膜の破損を防ぐことができる。
【００１５】
また、本発明に係る第１の挟持体付き電解質膜−電極接合体は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記挟持体付き電解質膜−触媒層接合体と、前記補助膜の開口部内であって、前記補助膜の膜厚よりも厚くなるよう前記各触媒層上に形成されたガス拡散層と、を備えている。
【００１６】
また、本発明に係る第２の挟持体付き電解質膜−電極接合体は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記挟持体と、電解質膜、前記電解質膜の両面に形成された触媒層、及び前記各触媒層上に形成されたガス拡散層からなる電解質膜−電極接合体と、を備え、前記電解質膜−電極接合体は、前記ガス拡散層が外周縁部を除いて前記開口部から露出するよう、前記挟持体の各補助膜間に挟持されており、前記各補助膜は、前記電解質膜−電極接合体の外周縁部上に接着している。
【００１７】
このように、本発明に係る第１及び第２の挟持体付き電解質膜−電極接合体は、補助膜が光又は電離放射線の照射によって電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体と接着しており、熱プレスを行う必要がないため、電解質膜の破損を防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明に係る固体高分子形燃料電池は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記いずれかの挟持体付き電解質膜−電極接合体と、前記触媒層及びガス拡散層からなる各電極の周囲を囲むように前記各補助膜上にそれぞれ設置されたガスケットと、前記各電極及びガスケット上にそれぞれ設置されたセパレータと、を備えている。
【００１９】
このように構成された固体高分子形燃料電池の補助膜は、上述したように光又は電離放射線の照射によって電解質膜−触媒層接合体と接着するために熱プレスを行う必要がなく、その結果、電解質膜の破損を防ぐことができる。
【００２０】
また、本発明に係る第１の挟持体付き電解質膜−触媒層接合体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、電解質膜の両面に触媒層が形成された電解質膜−触媒層接合体を準備する工程と、光又は電離放射線を照射することにより前記電解質膜−触媒層接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有する２枚の補助膜を準備して互いに重ねる工程と、前記電解質膜−触媒層接合体が挿入でき且つ前記重ねられた２枚の補助膜が互いに位置ズレしないよう、前記各補助膜の外周縁部の少なくとも一部を接着して挟持体を作製する工程と、前記作製された挟持体の各補助膜の中央に、前記触媒層を外周縁部を除いて露出させるための開口部を形成するための、取り外し可能な易除去領域を形成する工程と、前記易除去領域が形成された補助膜の間に、外周縁部を除いた前記触媒層が前記易除去領域と対向する位置まで、前記電解質膜−触媒層接合体を挿入する工程と、前記各易除去領域を取り外して開口部を形成する工程と、前記開口部形成後、光又は電離放射線を照射して、前記各補助膜を前記電解質膜−触媒層接合体の外周縁部に接着させる工程と、を備えている。
【００２１】
また、本発明に係る第２の挟持体付き電解質膜−触媒層接合体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、電解質膜の両面に触媒層が形成された電解質膜−触媒層接合体を準備する工程と、光又は電離放射線を照射することにより前記電解質膜−触媒層接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有するとともに中央に開口部を有する枠状の補助膜を、前記電解質膜−触媒層接合体の両面に配置する工程と、光又は電離放射線を放射して、前記各補助膜を前記電解質膜−触媒層接合体に接着させる工程と、を備えている。
【００２２】
このように、本発明に係る第１及び第２の製造方法によれば、熱プレスを用いずに、光又は電離放射線を照射することで補助膜を電解質膜−触媒層接合体に接着させているので、電解質膜の破損を防止することができる。
【００２３】
また、本発明に係る第１の挟持体付き電解質膜−電極接合体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記いずれかの挟持体付き電解質膜−触媒層接合体の製造方法に、前記開口部から露出された各触媒層上にガス拡散層を前記補助膜の厚みより厚く形成する工程をさらに備えている。
【００２４】
また、本発明に係る第２の挟持体付き電解質膜−電極接合体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層からなる電極が形成された電解質膜−電極接合体を準備する工程と、光又は電離放射線を照射することにより前記電解質膜−電極接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有する２枚の補助膜を準備して互いに重ねる工程と、前記電解質膜−電極接合体が挿入でき且つ前記重ねられた２枚の補助膜が互いに位置ズレしないよう、前記各補助膜の外周縁部の少なくとも一部を接着して挟持体を作製する工程と、前記作製された挟持体の各補助膜の中央に、前記電極を外周縁部を除いて露出させるための開口部を形成するための、取り外し可能な易除去領域を形成する工程と、前記易除去領域が形成された補助膜の間に、外周縁部を除いた前記電極が前記易除去領域と対向する位置まで、前記電解質膜−電極接合体を挿入する工程と、前記易除去領域を取り外して開口部を形成する工程と、前記開口部形成後、光又は電離放射線を照射して、前記各補助膜を前記電解質膜−電極接合体の外周縁部に接着させるとともに前記各補助膜の外周縁部同士を接着させる工程と、を備えている。
【００２５】
また、本発明に係る第３の挟持体付き電解質膜−電極接合体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層からなる電極が形成された電解質膜−電極接合体を準備する工程と、光又は電離放射線を照射することにより前記電解質膜−電極接合体と接着する電離放射線硬化型樹脂を含む接着層を有するとともに中央に開口部を有する枠状の補助膜を、前記接着層が前記電解質膜−電極接合体と対向するように前記電解質膜−電極接合体の両面に配置する工程と、光又は電離放射線を放射して、前記各補助膜を前記電解質膜−電極接合体に接着させる工程と、を備えている。
【００２６】
このように、本発明に係る第１〜第３の挟持体付き電解質膜−電極接合体の製造方法は、熱プレスを用いずに、光又は電離放射線を照射することで補助膜を電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体に接着させているので、電解質膜の破損を防止することができる。
【００２７】
また、本発明に係る固体高分子形燃料電池の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記いずれかの挟持体付き電解質膜−電極接合体の製造方法に、前記触媒層及びガス拡散層からなる各電極の周囲を囲むように前記各補助膜上にガスケットをそれぞれ設置する工程と、前記電極及びガスケット上にセパレータをそれぞれ設置する工程と、をさらに備えている。
【００２８】
この方法によれば、熱プレスを用いずに、光又は電離放射線を照射することで補助膜を電解質膜−触媒層接合体又は電解質膜−電極接合体に接着させているので、電解質膜の破損を防止することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、電解質膜の破損をより確実に防止する、補助膜を用いた挟持体、挟持体付き電解質膜−触媒層接合体の製造方法、挟持体付き電解質膜−電極接合体の製造方法、及び固体高分子形燃料電池の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る挟持体の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００３１】
図１及び図２に示すように、挟持体４０は、平面視矩形状の２枚の補助膜４を備えている。各補助膜４は、ポリエステル系樹脂からなるガスバリア性を有する基材４１と、この基材４１上に塗布された電離放射線硬化型樹脂からなる接着層４２とから構成されている。なお、基材４１上へは、フローコート法や、
スプレーコート法、ダイコート法、ナイフコート法、グラビアコート法、スクリーンコートなどの方法によって接着層４２を塗布することができる。このように形成された各補助膜４は、接着層４２が互いに向き合うように配置されており、図１の左側の外周縁部を残して上側、右側、下側の外周縁部４３が互いに接着されている。なお、この左側の接着されていない外周縁部は、後述する電解質膜−触媒層接合体１０や電解質膜−電極接合体２０を補助膜４間に挿入するための入口を形成している。また、各補助膜４は、その中央に易除去領域４４が形成されている。易除去領域４４とは、容易に取り除くことが可能な領域のことをいい、本実施形態では外周縁が破断し易いようにミシン目によって形成されている。この易除去領域４４が取り除かれると、各補助膜４に開口部４５が形成される。なお、上記基材４１の膜厚は、５〜５０μｍとすることが好ましく、接着層４２の膜厚は、１〜５０μｍとすることが好ましい。
【００３２】
次に上述した挟持体４０を用いた固体高分子形燃料電池１について図面を参照しつつ説明する。図３は、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池の正面断面図、図４は本実施形態に係る挟持体付き電解質膜−電極接合体の平面図、図５は、挟持体付き電解質膜−電極接合体の外周縁部の詳細を示す拡大正面断面図である。
【００３３】
図３及び図４に示すように、固体高分子形燃料電池１は、平面視矩形状の電解質膜２を備えており、電解質膜２の上面及び下面に電解質膜２よりも一回り小さい平面視矩形状の触媒層３が形成されている。この電解質膜２の両面に触媒層３が形成されたものを電解質膜−触媒層接合体１０という。このように、触媒層３は電解質膜２よりも一回り小さく形成されているため、電解質膜２の外周縁部２１上には触媒層３が形成されていない。なお、電解質膜２の外周縁から触媒層３の外周縁までの距離Ｃ（図５参照）は、０〜５ｍｍであることが好ましい。この距離Ｃが０ｍｍの場合は、電解質膜２と触媒層３とが同一形状且つ同一サイズとなっており、電解質膜２の両面全体を触媒層３が覆うように形成されており、電解質膜２の外周縁部２１上にも触媒層３が形成された状態となっている（図９参照）。
【００３４】
そして、この電解質膜−触媒層接合体１０を挟持するように、上述した挟持体４０が設置されている。このとき、挟持体４０の易除去領域４４は取り外されて開口部４５が形成されている。挟持体４０が電解質膜−触媒層接合体１０を挟持した状態では、触媒層３がその外周縁部３１を除いて補助膜４の開口部４５から露出しているとともに、触媒層３の外周縁部３１と電解質膜２の外周縁部２１が補助膜４によって覆われている。なお、触媒層３の外周縁から補助膜４の内周縁までの距離Ｂ（図５参照）は、１〜１０ｍｍとすることが好ましい。また、補助膜４は、電解質膜２よりも一回り大きく形成されており、電解質膜２の外側で、電解質膜２からはみ出た各補助膜４の外周縁部４３同士が接着している。この補助膜４の外周縁から電解質膜２の外周縁までの距離Ｄ（図５参照）は１〜１００ｍｍであることが好ましい。なお、このように、電解質膜−触媒層接合体１０を挟持体４０で挟持したものが、本発明の挟持体付き電解質膜−触媒層接合体に相当する。
【００３５】
補助膜４の開口部４５から露出している触媒層３上に平面視矩形状のガス拡散層５が形成されている。このガス拡散層５の外周縁から補助膜４の内周縁までの距離Ａ（図５参照）は、０〜５ｍｍであることが好ましい。このように、触媒層３上にガス拡散層５が形成されて電極Eを構成しており、電解質膜２の両面に電極Ｅが形成されたものを電解質膜−電極接合体２０という。なお、本実施形態のように、挟持体４０で電解質膜−触媒層接合体１０を挟持し、さらに触媒層３上にガス拡散層５を形成したものが、本発明の挟持体付き電解質膜−電極接合体に相当する。
【００３６】
そして、電極Ｅの周囲を囲むように枠状のガスケット６が設置されているとともに、電極Ｅ及びガスケット６上にセパレータ７が設置されている。セパレータ７は、ガス拡散層５と対向する領域にガス流路７１が形成されている。
【００３７】
次に上記のように構成された固体高分子形燃料電池１の各構成要素の材質について説明する。
【００３８】
電解質膜２は、例えば、基材上に水素イオン伝導性高分子電解質を含有する溶液を塗工し、乾燥することにより形成される。水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、より具体的には、炭化水素系イオン交換膜のＣ−Ｈ結合をフッ素で置換したパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー（ＰＦＳ系ポリマー）等が挙げられる。電気陰性度の高いフッ素原子を導入することで、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の解離度が高く、高いイオン伝導性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Ｎａｆｉｏｎ」（登録商標）、旭硝子（株）製の「Ｆｌｅｍｉｏｎ」（登録商標）、旭化成（株）製の「Ａｃｉｐｌｅｘ」（登録商標）、ゴア（Ｇｏｒｅ）社製の「Ｇｏｒｅ  Ｓｅｌｅｃｔ」（登録商標）等が挙げられる。水素イオン伝導性高分子電解質含有溶液中に含まれる水素イオン伝導性高分子電解質の濃度は、通常５〜６０重量％程度、好ましくは２０〜４０重量％程度である。なお、電解質膜２の膜厚は通常２０〜２５０μｍ程度、好ましくは２０〜８０μｍ程度である。
【００３９】
触媒層３は、公知の白金含有の触媒層（カソード触媒及びアノード触媒）である。詳しくは、触媒層３は、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を含有する。触媒粒子としては、例えば、白金や白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と、白金との合金等が挙げられる。なお、通常は、カソード触媒層に含まれる触媒粒子は白金であり、アノード触媒層に含まれる触媒粒子は前記金属と白金との合金である。また、水素イオン伝導性高分子電解質としては、上述した電解質膜２に使用されるものと同じ材料を使用することができる。
【００４０】
補助膜４は、基材４１と接着層４２から構成されているが、基材４１は、水蒸気、水、燃料ガス及び酸化剤ガスに対するバリア性を有するポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリメチルテンペン、ポリフェニレンオキサイド、ポリサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドなどを好ましく使用することができる。なお、ポリエステルは、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート等を挙げることができる。
【００４１】
また、接着層４２の材料としては、電離放射線硬化型樹脂を使用するが、この電離放射線硬化型樹脂としては、分子中に重合不飽和結合又はカチオン重合性官能基を有し、電離放射線により硬化可能なプレポリマー（いわゆるオリゴマーも含む）又はモノマーを、単体又は適宜混合して用いる。より詳細には、分子中に（メタ）アクリロイル基、（メタ）アクリロイルオキシ基等のラジカル重合性不飽和基、エポキシ基等のカチオン重合性官能基、又はチオール基を二つ以上有する単量体、又はプレポリマーを、単体あるいは混合して用いる。なお、上記（メタ）アクリロイル基とは、アクリロイル基又はメタアクリロイル基の意味で用いる。
【００４２】
ラジカル重合性不飽和基を有するプレポリマーの例としては、ポリエステル（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレート、トリアジン（メタ）アクリレート等が挙げられる。分子量としては、通常２５０〜１００，０００程度のものが使用される。
【００４３】
カチオン重合性官能基を有するプレポリマーの例としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等のエポキシ系樹脂や、脂肪族系ビニルエーテル、芳香族系ビニルエーテル等のビニルエーテル系樹脂などを挙げることができる。
【００４４】
ラジカル重合性不飽和基を有する単官能単量体の例としては、（メタ）アクリレート化合物の単官能単量体を挙げることができ、具体的には、メチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレートなどを挙げることができる。
【００４５】
ラジカル重合性不飽和基を有する多官能単量体の例としては、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキサイドトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等を挙げることができる。
【００４６】
チオール基を有する単量体の例としては、トリメチロールプロパントリチオグリコレート、ジペンタエリスリトールテトラチオグリコレート等を挙げることができる。
【００４７】
電離放射線として紫外線を照射する場合には、電離放射線硬化型樹脂の中に、増感剤として光重合開始剤を添加する。ラジカル重合性不飽和基を有する樹脂系を硬化させる場合に使用する光重合開始剤としては、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、チオキサントン類、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル等を単独で又は混合して用いることができる。また、カチオン重合性官能基を有する樹脂系を硬化させる場合に使用する光重合開始剤としては、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族スルホニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、メタセロン化合物、ベンゾインスルホン酸エステル等を単独で又は混合して用いることができる。なお、これら光重合開始剤の添加量は、電離放射線硬化型樹脂１００重量％に対して１〜１０重量％程度である。
【００４８】
ガス拡散層５としては、公知であり、燃料極、空気極を構成する各種のガス拡散層を使用でき、燃料である燃料ガス及び酸化剤ガスを効率よく触媒層３に供給するため、多孔質の導電性基材からなっている。多孔質の導電性基材としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等が挙げられる。
【００４９】
ガスケット６としては、熱プレスに耐えうる強度を保ち、かつ、外部に燃料及び酸化剤を漏出しない程度のガスバリア性を有しているものを使用することができ、例えば、ポリエチレンテレフタレートシートやテフロン（登録商標）シート、シリコンゴムシート等を例示することができる。
【００５０】
セパレータ７としては、公知であり、燃料電池内の環境においても安定な導電性板であればよく、一般的には、カーボン板にガス流路７１を形成したものが用いられる。また、セパレータ７をステンレス等の金属により構成し、金属の表面にクロム、白金族金属又はその酸化物、導電性ポリマーなどの導電性材料からなる被膜を形成したものや、同様にセパレータを金属によって構成し、該金属の表面に銀、白金族の複合酸化物、窒化クロム等の材料によるメッキ処理を施したもの等も使用可能である。
【００５１】
次に上述した固体高分子形燃料電池１の製造方法について図面を参照しつつ説明する。図６は、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池１の製造方法を示す説明図である。
【００５２】
図６に示すように、上述した材料からなる電解質膜２を準備し、この電解質膜２の両面に触媒層形成用転写シート８を重ねて配置する。ここで触媒層形成用転写シート８とは、転写される触媒層３が転写用基材８１に形成されたものである。この触媒層形成用転写シート８の製造方法について説明すると、まず、上述した触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を適当な溶剤に混合、分散して触媒ペーストを作製する。そして、形成される触媒層３が所望の膜厚になるように触媒ペーストを公知の方法に従い、必要に応じて離型層を介して転写用基材８１上に塗工する。このとき、触媒層３が、電解質膜２よりも一回り小さい形状となるように、触媒ペーストを転写用基材８１に塗工する。触媒ペーストの塗工方法としては、スクリーン印刷や、スプレーコーティング、ダイコーティング、ナイフコーティングなどの公知の塗工方法を挙げることができる。また、上記の溶剤としては、各種アルコール類、各種エーテル類、各種ジアルキルスルホキシド類、水またはこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でもアルコール類が好ましい。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、等の炭素数１〜４の一価アルコール、各種の多価アルコール等が挙げられる。転写用基材８１としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを挙げることができる。また、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。さらに転写用基材８１は、高分子フィルム以外にアート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙などの非塗工紙であっても良い。転写用基材８１の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から通常６〜１００μｍ程度、好ましくは１０〜３０μｍ程度とするのがよい。従って、転写用基材８１としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。
【００５３】
そして、触媒ペーストを塗工した後、所定の温度及び時間で乾燥することにより転写用基材８１上に触媒層３が形成される。乾燥温度は、通常４０〜１００℃程度、好ましくは６０〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常５分〜２時間程度、好ましくは１０分〜１時間程度である。
【００５４】
図６に戻って、固体高分子形燃料電池の製造方法について説明を続ける。上述したように作製した触媒層形成用転写シート８を触媒層３が電解質膜２に対面するように配置し（図６（ａ））、転写シート８の背面側から加熱プレスを施して触媒層３を電解質膜２に転写させて、転写シート８の転写用基材８１を剥離する（図６（ｂ））。作業性を考慮すると、触媒層３を電解質膜２の両面に同時に積層することが好ましいが片面ずつ触媒層３を形成することもできる。加熱プレスの加圧レベルは、転写不良を避けるために、通常０．５〜２０ＭＰａ程度、好ましくは１〜１０ＭＰａ程度がよい。また、この加圧操作の際に、転写不良を避けるために加圧面を加熱するのが好ましい。加熱温度は、電解質膜２の破損、変形等を避けるために、通常２００℃以下、好ましくは１５０℃以下がよい。このように電解質膜２の両面に触媒層３を形成することで電解質膜−触媒層接合体１０が形成される。このとき、触媒層３は、電解質膜２よりも一回り小さいため、電解質膜２の外周縁部２１は露出された状態となっている。
【００５５】
次に、このようにして形成された電解質膜−触媒層接合体１０に、挟持体４０を取り付ける（図６（ｃ））。この工程の詳細について図７を参照しつつ説明する。図７は、挟持体付き電解質膜−触媒層接合体の製造方法を示した平面図である。図７に示すように、まず、上述した材料からなる２枚の補助膜４を接着層４２が互いに向き合うように重ね、コ字状を構成する上辺部、右辺部、下辺部が露出するようマスキングをする（図７（ａ））。そして、電離放射線を照射することによって、マスキングされずに露出していたコ字状の部分の接着層４２が互いに接着される。これによって、２枚の補助膜４は、コ字状に接着部が形成されるとともに、左側の一辺が開口している袋体となる（図７（ｂ））。なお、上記電離放射線とは、電子線（ベータ線も含む）、紫外線、Ｘ線、ガンマ線等の高エネルギーの電離放射線のことをいう。すなわち、補助膜４の基材４１を透過して接着層４２を架橋・重合反応により硬化させることができるエネルギーを有している必要がある。例えば、電離放射線として電子線を使用する場合は、加速電圧が高いほど被照射物への浸透深さが深くなるため、補助膜４の厚さが０．１〜１０ｍｍの場合は、加速電圧は１５０ｋｅＶ以上、好ましくは１ＭｅＶ以上とする。照射装置としては、コックロフトウォルトン型や、バンデグラフト型、共振変圧器型、絶縁コア変圧型、直線型、ダイナミトロン型、高周波型等の各種電子線加速器を用いる。あるいは、６０Ｃｏ（コバルト６０）や１７０Ｔｍ（ツリウム１７０）等の放射性原子核からから放出されるベータ線を用いてもよい。照射エネルギー量は、吸収線量で１０〜５００ｋＧｙ程度である。また、電離放射線としてガンマ線を使用する場合は、ガンマ線は基本的には電子線よりもエネルギーが高いので制限は特にない。なお、ガンマ線の線種としては、例えば６０Ｃｏ（コバルト６０）の１．１７ＭｅＶ及び１．３３ＭｅＶのガンマ線、あるいは２２６Ｒａ（ラジウム２２６）の２．２ＭｅＶのガンマ線等を用いる。また、電離放射線としてＸ線を用いる場合、Ｘ線の照射装置として、ベータトロン、線型加速器などを使用することができる。電離放射線として紫外線を用いる場合は、紫外線源として、低圧水銀燈、高圧水銀燈、エキシマーランプ、あるいは紫外線レーザなどが用いられる。
【００５６】
補助膜４によって袋体を形成すると、次に、この袋体を構成する各補助膜４の中央に電解質膜−触媒層接合体１０の触媒層３よりも一回り小さい易除去領域４４を形成する（図７（ｃ））。これにより、挟持体４０が形成される。この挟持体４０に、接着されていない左側から、電解質膜−触媒層接合体１０を挿入して所定位置まで移動させる（図７（ｄ））。この所定位置とは、電解質膜−触媒層接合体１０の触媒層３が外周縁部３１を除いて易除去領域４４に対向している位置のことをいう。
【００５７】
電解質膜−触媒層接合体１０を所定位置まで移動させた後、易除去領域４４の外周縁のミシン目を切断して易除去領域４４を各補助膜４から取り外すことで、各補助膜４の中央に開口部４５を形成する（図７（ｅ））。このように易除去領域４４が各補助膜４から取り外されて開口部４５が形成されると、電解質膜−触媒層接合体１０の触媒層３が外周縁部３１を除いて各開口部４５から露出した状態となる。そして、電離放射線を照射することによって、補助膜４は、電解質膜−触媒層接合体１０の触媒層３の外周縁部３１や、電解質膜２の外周縁部２１に接着するとともに、補助膜４同士でも外周縁部４３において互いに接着する。以上の工程によって、挟持体付き電解質膜−触媒層接合体が完成する（図７（ｆ）、図６（ｃ））。
【００５８】
図６に戻って、固体高分子形燃料電池１の製造方法の説明を続ける。上述した挟持体付き電解質膜−触媒層接合体の開口部４５から露出している触媒層３上に、ガス拡散層５を熱圧着により積層形成して挟持体付き電解質膜−電極接合体が完成する（図６（ｄ））。そして、触媒層３及びガス拡散層５からなる電極Ｅの周囲を囲むように補助膜４上にガスケット６を配置する。また、セパレータ７を、ガス流路７１がガス拡散層５と対向するように、ガス拡散層５及びガスケット６上に配置して、ガス拡散層５とセパレータ７とが電気的に接続するようにセパレータ７で該電解質膜−電極接合体を挟持することによって、固体高分子形燃料電池１が完成する（図６（ｅ））。
【００５９】
以上のように、本実施形態では、補助膜４を電解質膜−触媒層接合体１０に接着させる方法として、従来のように熱プレスを用いず、電離放射線を照射することによって接着させているため、電解質膜を損傷させるおそれがない。また、この補助膜４は、互いに独立したものでなく、易除去領域４４が互いに整列した状態を維持するよう外周縁部４３の少なくとも一部が接着されているため、各補助膜４が互いに位置ズレすることがない。よって、この挟持体４０が使用された固体高分子形燃料電池１をスタック化した場合であっても、安定したスタック化が可能となる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、各補助膜４の上側、右側、下側の外周縁部４３が接着されているが、各補助膜４が互いに位置ズレしない程度に接着されていればよく、且つ電解質膜−触媒層接合体１０又は電解質膜−電極接合体２０が挿入できる程度の入口が形成されていればよく、例えば、上側と右側の外周縁部４３だけ接着したり、右側の外周縁部４３だけ接着することもできる。
【００６１】
また、上記実施形態では、補助膜４で一旦挟持体４０を形成した後に電解質膜−触媒層接合体１０に接着させているが、特にこの方法に限定されるわけではない。例えば、予め開口部４５が形成された補助膜４を準備し、電解質膜−触媒層接合体１０の両面に、接着層４２が電解質膜−触媒層接合体１０を向くように補助膜４をそれぞれ配置する。そして、電離放射線を照射することによって、電解質膜−触媒層接合体１０の両面に、補助膜４をそれぞれ接着させることができる。
【００６２】
また、上記実施形態では、固体高分子形燃料電池を構成する、電解質膜や触媒層、ガス拡散層などが全て平面視矩形状に形成されているが、特に形状は限定されるものではなく、平面視円形状に形成することもできる。また、同様に、挟持体、すなわち補助膜も上記実施形態では平面視矩形状に形成していたが、特に形状は限定されるものではない。固体高分子形燃料電池が平面視円形状に形成されている場合は、補助膜や易除去領域も平面視円形状に形成することが好ましい。
【００６３】
また、上記実施形態では、易除去領域４４の外周縁に沿ってミシン目を形成することで外周縁を破断し易くして易除去領域４４を容易に取り外し可能に構成しているが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、その外周縁にに沿って、一部だけを残して切込みを入れたり、外周縁に沿った部分だけ回りより薄くすることなどによって、破断し易くすることもできる。
【００６４】
また、上記実施形態では、各補助膜４の開口部４５から外周縁部３１を除いて触媒層３が露出するように形成されているが、図８に示すように、各補助膜４の開口部４５から外周縁部５１を除いてガス拡散層５が露出するように形成することもできる。なお、この場合は、まず、電解質膜−電極接合体２０を作製し、この電解質膜−電極接合体２０を挟持体によって挟持して接着することで挟持体付き電解質膜−電極接合体を作製する。そして、その後は上記実施形態と同様にガスケット６、セパレータ７を設置して固体高分子形燃料電池を作製する。
【００６５】
また、上記実施形態では、補助膜４の全面に接着層４２を形成していたが、例えば、易除去領域以外にのみ接着層４２を形成することもできる。
【実施例】
【００６６】
以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
【００６７】
（実施例１）
電解質膜２は、６３×６３ｍｍの大きさに切断された膜厚５３μｍのＮＲＥ２１２ＣＳ（Ｄｕｐｏｎｔ社製）を使用した。
【００６８】
次に、触媒層形成用転写シート８を次の要領で作製した。まず、白金触媒担持カーボン（白金担持量：４５．７ｗｔ％、田中貴金属社製、ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ）２ｇに、１−ブタノール１０ｇ、３−ブタノール１０ｇ、フッ素樹脂（５ｗｔ％ナフィオンバインダー、デュポン社製）２０ｇ及び水６ｇを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、触媒形成用インク組成物を調製した。次に、該インクをポリエステルフィルム（東レ製、Ｘ４４、２５μｍ）に触媒層乾燥後の白金重量が０．４ｍｇ／ｃｍ２となるように塗工し、触媒層形成用転写シート８を作製した。
【００６９】
以上のように作製した触媒層形成用転写シート８を６０×６０ｍｍの大きさに切断し、電解質膜２の両面それぞれに触媒層３が電解質膜２側を向くように中心を合わせて配置した。そして、１３５℃、５．０ＭＰａ、１５０秒の条件で熱プレスすることで、電解質膜２の両面に触媒層３を形成し、電解質膜−触媒層接合体１０を作製した。なお、触媒層３の厚さは２０μｍである。
【００７０】
続いて、挟持体４０を構成する補助膜４を作製した。補助膜４の基材４１として、ニ軸延伸ポリエチレンナフタレート（帝人社製、テオネックス、厚さ１２μｍ）を使用した。この基材４１上に、ラジカル重合型の多官能ウレタンアクリレート系プレポリマーからなる電子線硬化型接着剤（電離放射線硬化型樹脂の一種）をフローコート法により、乾燥時に１４ｇ／ｍ２となるように塗工し、接着層４２を形成した。この補助膜４を８０×８０ｍｍの大きさに切断し、図７（ａ）のように上側、右側、下側の外周縁部４３が露出するようにマスキングし、空気雰囲気中でこの外周縁部４３の露出した部分に電子線を照射することで、図７（ｂ）のように、露出した部分同士を接着させた。なお、このときの電子線の照射条件は、次の通りである。
・電離放射線種：電子線
・照射装置：コッククロフトウォルトン型電子加速器
・加速電圧：２ＭｅＶ
・照射線量：１５ｋＧｙ
そして、各補助膜４の中央に５０×５０ｍｍの大きさの易除去領域４４を形成して、挟持体４０を作製した。この挟持体４０の接着されていない左側から、上述した電解質膜−触媒層接合体１０を挿入し、触媒層３が外周縁部３１を除いて易除去領域４４に対向する位置まで移動させる。そして、易除去領域４４を取り除いて開口部４５を形成し、上記と同じ照射条件で電子線を照射することで補助膜４を電解質膜−触媒層接合体１０に接着させるとともに、補助膜４の外周縁部４３同士を互いに接着させて、挟持体付き電解質膜−触媒層接合体を作製した。
【００７１】
さらに続いて、開口部４５から露出している触媒層３上に、ガス拡散層５である４９×４９ｍｍのカーボンペーパー（東レ社製、カーボンペーパー、ＴＧＰ−Ｈ−０９０、厚さ２８０μｍ）を積層し、補強シート付き電解質膜−電極接合体を形成した。
【００７２】
（比較例１）
電解質膜は、８０×８０mmの大きさに切断された膜厚５３μｍのＮＲＥ２１２ＣＳ（Ｄｕｐｏｎｔ社製）を使用した。
【００７３】
次に、上記実施例１と同様の要領で作製した触媒形成用転写シートを５０×５０ｍｍの大きさに切断し、上記実施例１と同一条件で熱プレスして、電解質膜の両面に厚さ２０μｍの触媒層を形成し、電解質膜−触媒層接合体を作製した。
【００７４】
そして、触媒層が形成されていない電解質膜の外周縁部に厚さ２５μｍのポリエチレンナフタレートフィルム（帝人社製、テオネックス、厚さ１２μｍ）を１６０℃、３０ｋｇｆ／ｃｍ２の条件で熱プレスし、補助膜を形成した。そして、触媒層上にガス拡散層である５２×５２ｍｍのカーボンペーパー（東レ社製、ＴＧＰ−Ｈ−０９０、厚さ２８０μｍ）を積層し、電解質膜−電極接合体を作製した。
【００７５】
（評価方法）
実施例１の挟持体付き電解質膜−電極接合体及び比較例１の電解質膜−電極接合体について、ガスケット６及びセパレータ７を設置して固体高分子形燃料電池をそれぞれ作製し、負荷変動サイクル試験を実施した。このときの測定条件は、セル温度８０℃、燃料利用率７０％、酸化剤利用率４０％、加湿温度５０℃とした。電流電圧測定評価の結果、実施例１の燃料電池セルの耐久性時間は１０００時間であり、評価後、電解質膜の破損は見られなった。一方、比較例１の燃料電池セルの耐久性時間は５００時間であり、５００時間評価後、電解質膜２の破損が目視で確認された。また負荷変動サイクル試験後のリーク電流量を測定した結果、実施例１の燃料電池セルのリーク電流量は１mＡ／ｃｍ２以下に対し、比較例１の燃料電池セルのリーク電流量は１５mＡ／ｃｍ２以上で、電解質膜の破損によるガスリークが観られた。
【００７６】
このように、実施例１の固体高分子形燃料電池では、耐久時間の上昇がみられることから、本発明の固体高分子型燃料電池を用いると電解質膜破損の問題が解決されたことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係る挟持体の実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明に係る固体高分子形燃料電池の実施形態を示す正面断面図である。
【図４】本発明に係る挟持体付き電解質膜−電極接合体の実施形態を示す平面図である。
【図５】本実施形態に係る挟持体付き電解質膜−電極接合体の外周縁部の詳細を示す拡大正面断面図である。
【図６】本実施形態に係る固体高分子形燃料電池の製造方法を示す説明図である。
【図７】本実施形態に係る挟持体付き電解質膜−触媒層接合体の製造方法を示す説明図である。
【図８】本発明に係る固体高分子形燃料電池の他の実施形態を示す正面断面図である。
【図９】本発明に係る後退高分子形燃料電池の他の実施形態を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  固体高分子形燃料電池
２  電解質膜
２１  電解質膜の外周縁部
３  触媒層
３１  触媒層の外周縁部
４０  挟持体
４  補助膜
４１  基材
４２  接着層
４３  補助膜の外周縁部
４４  易除去領域
４５  開口部
５  ガス拡散層
５１  ガス拡散層の外周縁部
６  ガスケット
７  セパレータ
【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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【図８】
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【図９】
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