(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、
前記電解質膜の両主面の中央部に前記電解質膜を挟むように接合された、１対の触媒層と、
前記触媒層の平面形状に対応した形状の開口を有し、連続した細孔を有する多孔質体からなり、各触媒層の周囲に配置され、前記触媒層の端面に接した、１対の補強シートと、を含む固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体。
【請求項２】
各触媒層上に配置され、平面形状が前記触媒層のそれより大きいガス拡散層をさらに含む、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体。
【請求項３】
前記補強シートの厚みが、前記触媒層よりも厚く、前記触媒層と前記ガス拡散層とからなる積層体よりも薄い、請求項２に記載の固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体。
【請求項４】
前記補強シートの一部が前記ガス拡散層により押し潰されており、前記ガス拡散層と重なった前記補強シートの一部とその直上の前記ガス拡散層に樹脂が含浸されて、前記ガス拡散層が前記補強シートに固定されている、請求項３に記載の固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体。
【請求項５】
前記樹脂が、フッ素樹脂、２液硬化型接着剤、紫外線硬化樹脂、または電子線硬化型樹脂を含む請求項４に記載の固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体。
【請求項６】
前記補強シートは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンジフルオライド、ニトロセルロース、再生セルロース、ポリカーボネート、または、親水化処理されたポリテトラフルオロエチレンを含む多孔質体からなる請求項１〜５のいずれかの項に記載の、固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体。
【請求項７】
前記補強シートの孔径が、０．１〜１０μｍである請求項１〜６のいずれかの項に記載の固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかの項に記載の固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体を含む固体高分子型燃料電池。
【請求項９】
電解質膜と、前記電解質膜の両主面の中央部に前記電解質膜を挟むように接合された、１対の触媒層と、各触媒層の周囲に配置され前記触媒層の端面に接した１対の補強シートとを含む、固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体の製造方法であって、
前記電解質膜の両主面上に、各々、前記触媒層の平面形状に対応した形状の開口を有し、連続した細孔を有する多孔質体からなる前記補強シートを配置する工程と、
支持基材と前記支持基材上に配置された触媒含有層とを含む積層体の前記触媒含有層の一部を、前記補強シートの前記開口から露出した前記電解質膜に熱転写して、前記電解質膜の両主面に各々触媒層を形成するとともに前記補強シートを各々前記電解質膜の両主面に固定する工程と、を含む固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体の製造方法。
【請求項１０】
各触媒層上にガス拡散層を配置するガス拡散層形成工程を含み、
前記ガス拡散層形成工程において、平面形状が前記触媒層のそれより大きいガス拡散層が前記触媒層に接するまで、前記触媒層よりも厚い前記補強シートの一部を前記ガス拡散層で押し潰し、この状態で、前記ガス拡散層と重なった前記補強シートの一部とその直上
のガス拡散層に樹脂を含浸させて、前記ガス拡散層を前記補強シートに固定させる、請求項９に記載の固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体の製造方法。
【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の補強シート付き膜・電極接合体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子膜を電解質膜とし、この膜の両面に燃料極および空気極を接合して構成され、燃料極に水素等、空気極に酸素あるいは空気を供給して電気化学反応により発電するシステムである。各電極では例えば下記の反応が起こっている。
【０００３】
燃料極：Ｈ2  →  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ-
空気極：（１／２）Ｏ2  ＋  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ-  →  Ｈ2Ｏ
全反応：Ｈ2  ＋  （１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ
【０００４】
これらの反応式からわかるように、発電時に生成するのは水のみである。燃料電池は、従来の内燃機関とは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注目されている。
【０００５】
固体高分子型燃料電池は、電解質膜として水素イオン（プロトン）伝導性高分子電解質膜を用いている。固体高分子型燃料電池を構成する固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体（以下、単に「膜・電極接合体」と称する場合もある。）のうち、電解質膜の両主面側に触媒層を配置したもの（即ち、触媒層／電解質膜／触媒層の層構成のもの）は、３層ＭＥＡと称されており、さらに、その３層ＭＥＡに電極基材を配置したもの（即ち、電極基材／触媒層／電解質膜／触媒層／電極基材の層構成のもの）は、５層ＭＥＡと称されている。固体高分子型燃料電池は、燃料および酸化剤の漏出を防ぐため、かつ、電解質膜とセパレータとを絶縁するためのガスケットを備えている。
【０００６】
従来の固体高分子形燃料電池は、例えば下記構造を有している。
【０００７】
従来の固体高分子型燃料電池の一例では、２層の触媒層の間に電解質膜が配置され、触媒層と電解質膜の平面形状がほぼ等しい。この３層構造体の周縁部が２枚の補強膜で挟まれており、各触媒層上にはガス拡散層が配置されている。上記２枚の補強膜は、１対のガスシール材で挟まれており、補強膜は、粘着、熱圧着等の方法により、触媒層に接合されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−４７２３０号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の固体高分子型燃料電池では、触媒層と電解質膜の平面形状がほぼ等しく、そのためガスシール材が触媒層上に乗り上げているので、電解質膜に触媒層が食い込むおそれがある。電解質膜に触媒層が食い込むと、セルの長期耐久性が損なわれる。また、ガスシール材と電解質膜の間に配置された補強膜が粘着剤により電極に接合される場合、粘着剤から溶出する溶出物によって、セルの長期耐久性が損なわれるおそれがある。
【０００９】
本発明は、電解質膜が受ける機械的負荷等によるダメージが抑制された、固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体は、
電解質膜と、
前記電解質膜の両主面の中央部に前記電解質膜を挟むように接合された、１対の触媒層と、
連続した細孔を有する多孔質体からなり、各触媒層の周囲に配置され、前記触媒層の端面に接した、１対の補強シートと、を含む。
【００１１】
本発明の固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体の製造方法は、電解質膜と、前記電解質膜の両主面の中央部に前記電解質膜を挟むように接合された、１対の触媒層と、各触媒層の周囲に配置され前記触媒層の端面に接した１対の補強シートとを含む、固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体の製造方法であって、
前記電解質膜の両主面上に、各々、前記触媒層の平面形状に対応した形状の開口を有し、連続した細孔を有する多孔質体からなる前記補強シートを配置する工程と、
支持基材と前記支持基材上に配置された触媒含有層とを含む積層体の前記触媒含有層の一部を、前記補強シートの前記開口から露出した前記電解質膜に熱転写して、前記電解質膜の両主面に各々触媒層を形成するとともに前記補強シートを各々前記電解質膜の両主面に固定する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電解質膜が受ける機械的負荷等によるダメージが抑制された、固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の固体高分子型燃料電池用補強シート付き膜・電極接合体（以下、「補強シート付き膜・電極接合体」と称する場合もある。）の一例の平面図であり、図２は、図１のＩ−Ｉ'模式断面図である。図３は、図１に示した補強シート付き膜・電極接合体を含むガスケット付き膜・電極接合体の一例の平面図であり、図４は、図３のII−II'模式断面図である。なお、図１〜４を用いて説明する本発明の膜・電極接合体の一例は、補強シート付き５層ＭＥＡであるが、本発明の膜・電極接合体は、補強シート付き３層ＭＥＡをも含む。
【００１４】
図１および図２に示すように、電解質膜１の一方の主面の中央部には、第１触媒層４と第１ガス拡散層５とからなる燃料極６が配置され、電解質膜１の他方の主面の中央部には、第２触媒層４’と第２ガス拡散層５'とからなる空気極７が配置されている。以下、第１触媒層４と第２触媒層４'を総称して単に触媒層と、第１ガス拡散層５と第２ガス拡散層５'を総称して単にガス拡散層と称する場合もある。
【００１５】
図２に示すように、補強シート付き膜・電極接合体１００は、第１触媒層４、第２触媒層４’の平面形状に対応した形状の開口を有する、１対の補強シート９、９'を備えている（図５Ｂ参照）。補強シート９、９'は、電解質膜１の両面のうちの、第１触媒層４、第２触媒層４’によって被覆されていない部分（外縁部）に各々固定されている。第１触媒層４、第２触媒層４’は、各々補強シート９、９'の開口内に収容されており、第１触媒層４、第２触媒層４’の端面は、補強シートの端面９１、９１'に接している（図５Ｂ参照）。これにより、触媒層と補強シートが重なり合うことがない為、触媒層が電解質膜に食い込まず、また電解質膜が露出することなく補強シートで覆われている為、燃料電池の耐久性が向上する。
【００１６】
図２に示すように、第１触媒層４、第２触媒層４’上には、各々、第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５’が接して配置されている。第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５’の平面形状は、補強シート９、９'が有する開口の平面形状よりも大きい（図５Ｃ参照）。また、補強シート９、９'は、その厚みが、第１触媒層４、第２触媒層４’のそれよりも厚い（図５Ｂ参照）。そのため、補強シート９、９'の一部は、各々、第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５’により押し潰されている（図５Ｂおよび図５Ｃ参照）。また、図２に示すように、補強シート９、９'は、その厚みが、燃料極６、空気極７のそれよりも薄い。そのため、第１触媒層４および第２触媒層４’は補強シート９、９'の開口内にその全体が収容されているが、第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５’は、その一部が補強シート９、９'内に収容され、残部は、補強シート９、９'の開口から突出している。
【００１７】
第１ガス拡散層５と重なった補強シート９の一部とその直上の第１ガス拡散層５、すなわち、第１ガス拡散層５のうちの第１触媒層４に接していない部分とその真下の補強シート９には、樹脂が含浸されて封止部８が形成されている（図５Ｃおよび図５Ｄ参照）。これにより、第１ガス拡散層５が補強シート９に固定されるとともに、ガスのリークが防止される。また、第２ガス拡散層５'と重なった補強シート９'の一部とその直上の第２ガス拡散層５'、すなわち、第２ガス拡散層５'のうちの第２触媒層４'に接していない部分とその真下の補強シート９'には、樹脂が含浸されて封止部８'が形成される（図５Ｃおよび図５Ｄ参照）。これにより、第２ガス拡散層５'が補強シート９'に固定されるとともに、ガスのリークが防止される。
【００１８】
図３および図４に示されるように、ガスケット１０、１０'は、結合されることにより膜・電極接合体を収容する空間を形成しており、その空間内に補強シート付き膜・電極接合体１００が配置されている。ガスケット１０、１０'の、外表面１０ａ，１０ａ’と、第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５'の外表面５ａ、５ａ'とは、同一平面内にある。ガスケット１０、１０'の外表面１０ａ，１０ａ’側には、各々セパレータ（図示せず）が配置される。これにより、単セルが構成される。
【００１９】
本発明の補強シート付き膜・電極接合体の一例は、後述する、本発明の補強シート付き膜・電極接合体の製造方法の一例によって作製され、補強シート９、９'としてクッション性を有する多孔質体を用いているので、その製造過程における、電解質膜への触媒層の食い込み、ガス拡散層の割れ等の、機械的負荷によるダメージ、が抑制されている。
【００２０】
また、上記本発明の補強シート付き膜・電極接合体の一例では、第１ガス拡散層５と第１触媒層４、第２ガス拡散層５’と第２触媒層４’とが、各々、隙間を有することなく接しているので、第１ガス拡散層５と第１触媒層４との接触、第２ガス拡散層５’と第２触媒層４’との接触が良好である。
【００２１】
さらに、上記本発明の補強シート付き膜・電極接合体の一例では、第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５'の外表面５ａ、５ａ'には、何ら配置されておらず、セパレータが向かい合うこととなるガス拡散層の表面は平坦である。そのため、補強シート付き膜・電極接合体の電極とセパレータとの間において良好な電気的接触が確保される。
【００２２】
次に、図１および図２に示した補強シート付き膜・電極接合体の製造方法の一例について、図５を用いて説明する。
【００２３】
図５Ａに示されるように、まず、電解質膜１を、第１触媒層４の平面形状に対応した形状の開口部を有する補強シート９と、第２触媒層４'の平面形状に対応した形状の開口部を有する補強シート９'とにより、挟む。
【００２４】
一方で、支持基材１１上に第１触媒含有層１２を形成し、支持基材１１'上に第２触媒含有層１２'を形成して、積層体１３、１３'を用意する。
【００２５】
次に、積層体１３、１３'を、各々、第１触媒含有層１２、第２触媒含有層１２'が、補強シート９、９'付きの電解質膜１の両主面に向かい合うように対向させる。次いで、補強シート９、９'をマスクとし、補強シート９、９'から露出した電解質膜１に、第１触媒含有層１２の一部、第２触媒含有層１２'の一部を熱転写して、第１触媒層４、第２触媒層４'を形成する（図５Ｂ参照）。第１触媒含有層１２の一部、第２触媒含有層１２'の一部の熱転写は、同時に行ってもよいし、いずれか一方の熱転写を先に行ってから、他方の熱転写を行ってもよいが、同時に行う方が好ましい。また、第１触媒含有層１２、第２触媒含有層１２'を熱転写するとともに、補強シート９、９'を熱圧着等により電解質膜１に固定すると好ましい。
【００２６】
次に、図５Ｃに示されるように、第１触媒層４、第２触媒層４'に接するように、第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５'を配置する。より具体的には、まず、平面形状（面積）が第１触媒層４、第２触媒層４'よりもが大きい第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５'を用意する。次いで、第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５'を、補強シート９、９'上に各々配置し、第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５'を、それぞれ、第１触媒層４、第２触媒層４'に接するまで押し下げ、補強シート９、９'の一部を、第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５'で押し潰す。
【００２７】
次に、この状態で、第１ガス拡散層５と重なった補強シート９の一部とその直上の第１ガス拡散層５に樹脂を含浸させて、封止部８を形成し、第１ガス拡散層５を補強シート９に固定させる。同様に、第２ガス拡散層５'と重なった補強シート９'の一部とその直上の第２ガス拡散層５'に樹脂を含浸させて、封止部８'を形成し、第２ガス拡散層５'を補強シート９'に固定させる。
【００２８】
このように、本発明の補強シート付き膜・電極接合体の製造方法の一例では、補強シートとしてクッション性を有する多孔質膜を用いる。そのため、第１触媒層４、第２触媒層４'よりも厚みが厚い補強シート９，９'を用いても、第１触媒含有層１２の一部、および第２触媒含有層１２'の一部を電解質膜１に容易に熱転写でき、触媒層が電解質膜１に食い込む恐れが低減されている。
【００２９】
また、補強シート９，９'としてクッション性を有する多孔質膜を用いているので、第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５'を、第１触媒層４、第２触媒層４'上に配置する際に、第１ガス拡散層５および第２ガス拡散層５'が割れる恐れが低減されている。そのため、ガス拡散層に機械的不可によるダメージをもたらすことなく、触媒層とガス拡散層とを、各々その間に隙間を有するとこなく相互に接した状態にすることができる。これにより、触媒層とガス拡散層との間に良好な接触を確保できる。
【００３０】
補強シート９，９'は、連続した細孔を有する多孔質体であるので、ガス拡散層と重なった補強シートの一部とその直上のガス拡散層に樹脂を容易に含浸させることができ、ガス拡散層を補強シートに容易に固定でき、ガスのリークを防止する封止部８、８'を容易に形成できる。
【００３１】
また、本発明の補強シート付き膜・電極接合体の製造方法の一例では、第１ガス拡散層５、第２ガス拡散層５'の外表面５ａ、５ａ'には、何ら配置されていないので、セパレータが向かい合うこととなるガス拡散層の表面は平坦である。そのため、補強シート付き膜・電極接合体の電極とセパレータとの間において良好な電気的接触が確保できる。
【００３２】
このように、本発明の補強シート付き膜・電極接合体の製造方法の一例によれば、機械的負荷によるダメージが抑制される。さらに、図５に示されるような方法で、ガス拡散層を触媒層上に配置し、ガス拡散層を補強シートに固定すれば、触媒層とガス拡散層との接触が良好で、かつ、電極とセパレータとの電気的接触が良好な、補強シート付き膜・電極接合体を提供できる。
【００３３】
第１触媒層４および第２触媒層４’は、ともに触媒粒子を担持させた炭素粒子（触媒担持炭素粒子）と、水素イオン伝導性高分子電解質とを含有している。触媒粒子としては、例えば、白金、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、コバルト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。
【００３４】
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等が挙げられる。上記触媒担持炭素粒子と水素イオン伝導性高分子電解質の配合比は、固形分量の重量比率で１：０．１〜１：１であると好ましく、１：０．２〜１：０．５であるとより好ましい。
【００３５】
第１触媒層４および第２触媒層４’の厚さは、通常、１０〜５０μｍであると好ましく、１５〜３０μｍであるとより好ましい。
【００３６】
電解質膜１には、公知のものを用いることができるが、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膜、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）等の、プロトン伝導性高分子電解質からなる膜が挙げられる。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。このようなプロトン伝導性高分子電解質膜の具体例としては、例えば、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。
【００３７】
補強シート付き膜・電極接合体の製造に用いられる電解質膜の膜厚は、通常２０〜２５０μｍであると好ましく、２０〜８０μｍであるとより好ましい。
【００３８】
第１ガス拡散層５および第２ガス拡散層５'としては、公知のものを用いることができる。例えば、燃料である燃料ガス等を効率よく第１触媒層４および第２触媒層４'に供給可能な、多孔質の導電性基材、より具体的には、カーボンペーパーまたはカーボンクロス等を用いることができる。
【００３９】
補強シート９、９‘の電解質膜１への固定は、例えば、ロールプレス、平面プレス等を用いた熱圧着等により行える。これらの固定の際のプレス機に設定される圧力は、１〜１００ｋｇｆ／ｃｍ2であると好ましく、１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2であるとより好ましい。プレス機表面の温度は、８０〜２００℃であると好ましく、１００〜１７０℃であるとより好ましい。
【００４０】
支持基材１１、１１'としては、触媒と電解質バインダーの分散状態が良好で、細孔構造が均質な第１触媒含有層１２、第２触媒含有層１２’を形成可能であれば特に制限はないが、例えば、平坦な表面を有する、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアミド、アセタール樹脂、ポリフェニレンオキシドポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン等の熱可塑性樹脂等からなる樹脂シート等が挙げられる。なかでも、第１触媒含有層１２または第２触媒含有層１２’の離型性が良好な、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン等が好ましい。
【００４１】
支持基材１１、１１'の厚さについて特に制限はないが、取り扱い性が良好かつＲｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ対応巻取装置への適応が良好であるので、通常、１０μｍ〜１００μｍが好ましく、２０μｍ〜６０μｍがより好ましい。
【００４２】
第１触媒含有層１２および第２触媒含有層１２’の形成には、触媒担持炭素粒子と水素イオン伝導性高分子電解質とを適当な溶剤中で混合し分散することにより得られる、触媒含有ペーストを用いる。
【００４３】
上記溶剤としては、例えば、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、水又はこれらの混合物等が挙げられる。
【００４４】
触媒含有ペーストの塗布方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。
【００４５】
第１触媒含有層１２および第２触媒含有層１２’の厚さは、通常、１０〜５０μｍであると好ましく、１５〜３０μｍであるとより好ましい。
【００４６】
第１触媒含有層１２および第２触媒含有層１２’の熱転写は、例えば、ロールプレス、平面プレスにより行える。熱転写の際のプレス機に設定される圧力は、１〜１００ｋｇｆｋｇｆ／ｃｍ2であると好ましく、１０〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2であるとより好ましい。プレス機表面の温度は、８０〜２００℃であると好ましく、１００〜１７０℃であるとより好ましい。
【００４７】
補強シート９、９'は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニリデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ニトロセルロース、再生セルロース、ポリカーボネート、または、親水化処理されたポリテトラフルオロエチレンを含む多孔質体であると、機械特性に優れるので、好ましい。より具体的には、ＰＴＦＥ多孔質膜、ＰＶＤＦ多孔質膜、セルロース混合エステル多孔質膜、セルロースアセテート多孔質膜、ＰＴＦＥ多孔質膜にポリプロピレンネットが積層された積層膜、親水化処理されたＰＴＦＥ多孔質膜等が好ましい。なかでも、耐久性が良好な、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ等のフッ素樹脂からなる多孔質膜が好ましい。
【００４８】
補強シート９、９'の形態は、電解質膜にダメージを及ぼすことなく、触媒層を形成可能であり、ガス拡散層を触媒層上に配置可能であり、かつ、樹脂の含浸が良好に行われる限り特に制限はないが、上記多孔質膜の孔径は、樹脂の含浸がより良好におこなわれるという理由から、０．１〜１０μｍであると好ましく、０．５〜５μｍであるとより好ましい。多孔質膜の空隙率は、樹脂の含浸がより良好におこなわれ、かつ、高い機械特性が確保できるという理由から、５０〜９５％であると好ましく、７０〜９５％であるとより好ましい。
【００４９】
補強シートの厚さＷ（図５Ａ参照）は、触媒層のそれよりも厚いと好ましいが、触媒層とガス拡散層とからなる積層体の厚みよりも薄いと好ましい。この場合、ガス拡散層と重なった補強シートの一部とその直上のガス拡散層に樹脂を含浸させやすく、封止部８、８'を容易に形成できる。補強シートの厚さＷは、具体的には、２０〜２５０μｍが好ましく、５０〜１００μｍがより好ましい。
【００５０】
ガス拡散層および補強シートに含浸させる樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、２液硬化型接着剤、紫外線硬化樹脂、または電子線硬化型樹脂が挙げられるが、化学的安定性が良好であるという理由から、ポリテトラフルオロエチレン、紫外線硬化樹脂等が好ましい。
【実施例】
【００５１】
以下に実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。［実施例１］
下記成分を分散機で分散することにより触媒含有ペーストを調整した。
［触媒含有ペーストの組成］
触媒（TEC10E70TPM、田中貴金属（株）製）                  １重量部
電解質（nafionDE2020  CS  デュポン社製）            ０．２５重量部
水                                                        ２重量部
ｎ−ブタノール                                            ６重量部
【００５２】
得られた触媒含有ペーストを、ＰＥＴ基材（東洋紡製、Ｅ３１２０，厚さ１２μｍ、５．５ｃｍ×５．５ｃｍ）に塗工した後、塗布された触媒含有ペーストを風乾して、触媒含有層（厚さ２０μｍ）を形成した。触媒含有ペーストは、Ｐｔ担持量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるよう塗工した。ＰＥＴ基材と触媒含有層（厚さ２４μｍ、Ｐｔ担持量が０．５ｍｇ／ｃｍ2）とからなる積層体をもう一つ用意した。
【００５３】
次に、電解質膜（デュポン社製、nafion212  CS、７．５ｃｍ×７．５ｃｍ）と、２枚の補強シート（親水性ＰＴＦＥメンブレンフィルター  アドバンテック東洋社製、Ｔ０８０Ａ３３０、厚み７５μｍ、孔径３．００μｍ、空隙率８３％）を用意した。補強シートは、その中央部に５．０ｃｍ×５．０ｃｍの開口を有する。電解質膜の両主面上に各々補強シートを配置した。なお、補強シートの孔径はバブルポイント法により測定された値であり、具体的には下記のようにして測定された値である。
【００５４】
（バブルポイント法）
イソプロピルアルコールで補強シートを完全に濡らしてあらかじめ膜の細孔内にイソプロピルアルコールを吸収させておき、補強シートの裏側から空気圧をかけて、補強シートの表面に気泡の発生が観察できる最小圧力（ＭＰａ，バブルポイント）を測定する。液体の表面張力とこの圧力との関係式から細孔径が推算できる。
【００５５】
次に、ＰＥＴ基材と触媒含有層とからなる積層体２つを、各々、触媒含有層が電解質膜と向かい合うように、電解質膜に対向させ、熱プレス（１１０℃、５０ｋｇｆ）により、補強シートをマスクとして、電解質膜に触媒含有層の一部を熱転写するとともに、補強シートを熱プレスにより電解質膜に固定した。その後、転写された触媒含有層からＰＥＴ基材を剥離した。このようにして、電解質膜の一方の主面に第１触媒層（厚さ２０μｍ）を、他方の主面に第２触媒層（厚さ２４μｍ）を形成した。
【００５６】
次に、第１触媒層および第２触媒層の上に、各々、ガス拡散層（ＳＧＬカーボン社製、カーボンペーパー２４ＢＡ、厚さ２００μｍ、５．３ｃｍ×５．３ｃｍ）を配置した。次いで、ガス拡散層により押し潰された補強シートとその直上のガス拡散層に紫外線硬化脂を含浸させた。具体的には、ガス拡散層により押し潰された補強シートとその直上のガス拡散層に樹脂が含浸されるように、ガス拡散層上にマスクを配置し、マスクにより被覆されていない部分に塗布により紫外線硬化樹脂を供給した。次いで、紫外線を照射して、含浸された紫外線硬化樹脂を硬化させ、封止部を形成した。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の補強シート付き膜・電極接合体の一例は、その製造過程において、電解質膜やガス拡散層等が受ける機械的負荷によるダメージが抑制されており、触媒層とガス拡散層との接触が良好で、かつ、電極とセパレータとの電気的接触が良好であるので、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、本発明の補強シート付き膜・電極接合体の一例の平面図
【図２】図２は、図１のＩ−Ｉ'模式断面図
【図３】図３は、ガスケット付き膜・電極接合体の一例の平面図
【図４】図４は、図３のII−II'模式断面図
【図５】図５のＡ〜Ｄは、本発明の補強シート付き膜・電極接合体の製造方法の一例を説明する工程模式断面図
【符号の説明】
【００５９】
１                電解質膜
４                第１触媒層
４’              第２触媒層
５                第１ガス拡散層
５’              第２ガス拡散層
６                燃料極
７                空気極
８，８'          封止部
９，９'          補強シート
１０、１０'      ガスケット
１１、１１'      支持基材
１２              第１触媒含有層
１２'            第２触媒含有層
１００            補強シート付き膜・電極接合体
【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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