(57)【要約】【課題】製造効率が良くかつ製造コストの増加も抑制し、製造過程で長い毛羽立ちがあった場合にも触媒層や高分子電解質膜の損傷のない、燃料電池用のガス拡散層およびその製造方法、並びに、膜電極接合体およびその製造方法を提供する。【解決手段】繊維状の構造体からなる燃料電池用のガス拡散層１８において、少なくとも一方の面１８ａにおける繊維の毛羽立ちの一部または全部を切断処理あるいは破断処理する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状の構造体からなる燃料電池用のガス拡散層であって、
少なくとも一方の面における繊維の毛羽立ちの一部または全部が切断処理あるいは破断処理されていることを特徴とするガス拡散層。
【請求項２】
前記切断処理あるいは破断処理されている面の上に撥水層を配してなる請求項１に記載のガス拡散層。
【請求項３】
高分子電解質膜および該高分子電解質膜を挟む一対の電極からなる膜電極接合体であって、
前記電極は、前記高分子電解質膜の両面にそれぞれ順に接合された触媒層およびガス拡散層から構成されており、
前記ガス拡散層は、繊維状の構造体からなり、少なくとも一方の面における繊維の毛羽立ちの一部または全部が切断処理あるいは破断処理が施され、該切断処理あるいは破断処理された面が前記触媒層の側に配置されていることを特徴とする膜電極接合体。
【請求項４】
前記切断処理あるいは破断処理されている面の上に撥水層を配してなる請求項３に記載の膜電極接合体。
【請求項５】
繊維状の構造体からなる燃料電池用のガス拡散層の製造方法であって、
少なくとも一方の面における繊維の毛羽立ちの一部または全部を切断処理あるいは破断処理する工程を少なくとも備えたことを特徴とするガス拡散層の製造方法。
【請求項６】
前記切断処理あるいは破断処理する工程にて、刃物あるいは引き抜き具を用いる請求項５に記載のガス拡散層の製造方法。
【請求項７】
前記切断処理あるいは破断処理されている面の上に撥水層を配する工程を備えた請求項５に記載のガス拡散層の製造方法。
【請求項８】
高分子電解質膜および該高分子電解質膜を挟む一対の電極からなる膜電極接合体であり、前記電極は、前記高分子電解質膜の両面に順に接合された触媒層およびガス拡散層から構成される膜電極接合体の製造方法であって、
前記ガス拡散層をなす繊維状の構造体の少なくとも一方の面における繊維の毛羽立ちの一部または全部を切断処理あるいは破断処理する工程と、
前記ガス拡散層の切断処理あるいは破断処理されている面を前記触媒層の一方の面に接合する工程と、
前記ガス拡散層と接合した前記触媒層を前記高分子電解質膜に接合する工程と、
を少なくとも備えたことを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
【請求項９】
前記切断処理あるいは破断処理されている面の上に撥水層を配する工程を備えた請求項８に記載のガス拡散層の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられるガス拡散層およびその製造方法、並びに、膜電極接合体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応により生じるエネルギーを電力として取り出す固体高分子型燃料電池は、自動車などの種々の用途に適用されつつある。
この固体高分子型燃料電池は、高分子電解質膜を一対の電極で挟持して構成される膜電極接合体（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ、ＭＥＡ）の両面に、さらにセパレータを接合した構造をなしている。また、膜電極接合体の電極は、高分子電解質膜に接合された触媒層と、この触媒層の高分子電解質膜と接する面とは反対の面に接合されたガス拡散層とから構成されている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池には、電解質の散逸しない、常温で起動する、小型・軽量化が可能などの利点がある。しかしながら、従来、固体高分子型燃料電池は、実用的上十分な耐久性が得られていなかった。
【０００４】
固体高分子型燃料電池の耐久性が低い理由としては、ガス拡散層をなす織布または不織布を構成している繊維の毛羽立ちが高分子電解質膜を損傷するおそれがあることが挙げられる。このように高分子電解質膜が損傷すると、この損傷した部分を起点として高分子電解質膜の劣化が促進するおそれがあった（例えば、非特許文献１参照）。
そこで、このガス拡散層をなす織布または不織布の繊維の毛羽立ちによる高分子電解質膜の損傷を抑制するために、種々の提案がなされている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、ガス拡散層の表面に多孔質の撥水性カーボン層を設けることにより、繊維の毛羽立ちを抑える方法が開示されている。
特許文献２には、ガス拡散層をなす基材に多孔質の被覆層を設けることにより、基材表面の毛羽立ちを抑える方法が開示されている。
特許文献３には、ガス拡散層の表面に保護層を設けて、繊維の毛羽立ちを抑える方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１〜３に記載された方法は、毛羽立ちの長さが撥水性カーボン層、被覆層または保護層よりも長い場合には、触媒層や高分子電解質膜を損傷する恐れがあった。
【０００６】
また、特許文献４には、燃焼または放電により、繊維の毛羽立ちを除去する方法が開示されている。
特許文献５には、ガス拡散層を予備プレスした後、バーナなどを用いた予備燃焼によりガス拡散層の表面を平滑化処理する方法が開示されている。
特許文献６には、アーク放電によって生じるアーク熱により、カーボン繊維を溶融して、ガス拡散層の表面を平滑化する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献４〜６に記載されたように放電や燃焼による方法は、毛羽立ち部位全体を溶融もしくは昇華して除去する方法であり、エネルギーコストが膨大にかかっていた。
【０００７】
特許文献７には、熱圧ロールを用いて、１５０〜３００℃で織布または不織布の表面を平滑化した後、これらを８００〜３０００℃で炭化してガス拡散層用の織布または不織布を得る方法が開示されている。
しかしながらこの方法も、エネルギーコストが膨大にかかるだけでなく、製造工程も複雑となるため、製造コストが高かった。
【０００８】
特許文献８には、ガス拡散層をプレスすることにより、ガス拡散層の表面を平滑化する方法が開示されている。
しかしながらこの方法により毛羽立ちをプレスして表面を平滑化しても、全ての毛羽立ちを抑えることができず、さらに、一旦抑えた毛羽も炭素繊維が剛直であるために、すぐまた元の毛羽立ちに戻り、触媒層や高分子電解質膜を損傷するおそれがあった。
【非特許文献１】電気学会予稿集、第４５回（平成１６年）電池討論会講演要旨集、ｐ４−５
【特許文献１】特開２００２−３６７６１７号公報
【特許文献２】特開２００５−３８６９５号公報
【特許文献３】特開２００４−２２０８４３号公報
【特許文献４】特開２００３−２８２０８８号公報
【特許文献５】特開２００４−６２８０号公報
【特許文献６】特開２００４−２５９４６３号公報
【特許文献７】特開２００４−１１１３４１号公報
【特許文献８】特開２００４−３０８０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上の様に、特許文献１〜８に開示されている方法では、工程数が多い上に、大掛かりな設備が必要となるため、製造効率が悪く、エネルギーコスト、製造コストが増加するという問題や毛羽立ちが長い場合には触媒層や高分子電解質膜を損傷する問題があった。
【００１０】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、製造効率が良くかつ製造コストの増加も抑制し、製造過程で長い毛羽立ちがあった場合にも触媒層や高分子電解質膜の損傷のない、燃料電池用のガス拡散層およびその製造方法、並びに、膜電極接合体およびその製造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】
本発明の第一の発明は、繊維状の構造体からなる燃料電池用のガス拡散層であって、少なくとも一方の面における繊維の毛羽立ちの一部または全部が切断処理あるいは破断処理されていることを特徴とするガス拡散層である。
【００１２】
本発明の第二の発明は、高分子電解質膜および該高分子電解質膜を挟む一対の電極からなる膜電極接合体であって、前記電極は、前記高分子電解質膜の両面にそれぞれ順に接合された触媒層およびガス拡散層から構成されており、前記ガス拡散層は、繊維状の構造体からなり、少なくとも一方の面における繊維の毛羽立ちの一部または全部が切断処理あるいは破断処理が施され、該切断処理あるいは破断処理された面が前記触媒層の側に配置されていることを特徴とする膜電極接合体である。
【００１３】
本発明の第三の発明は、繊維状の構造体からなる燃料電池用のガス拡散層の製造方法であって、少なくとも一方の面における繊維の毛羽立ちの一部または全部を切断処理あるいは破断処理する工程を少なくとも備えたことを特徴とするガス拡散層の製造方法である。
【００１４】
本発明の第四の発明は、高分子電解質膜および該高分子電解質膜を挟む一対の電極からなる膜電極接合体であり、前記電極は、前記高分子電解質膜の両面に順に接合された触媒層およびガス拡散層から構成される膜電極接合体の製造方法であって、前記ガス拡散層をなす繊維状の構造体の少なくとも一方の面における繊維の毛羽立ちの一部または全部を切断処理あるいは破断処理する工程と、前記ガス拡散層の切断処理あるいは破断処理されている面を前記触媒層の一方の面に接合する工程と、前記ガス拡散層と接合した前記触媒層を前記高分子電解質膜に接合する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする膜電極接合体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガス拡散層によれば、膜電極接合体を形成した場合に、ガス拡散層をなす繊維状の構造体の繊維の毛羽立ちによる高分子電解質膜の損傷のおそれがない。
したがって、本発明のガス拡散層を備えた膜電極接合体によれば、耐久性に優れる固体高分子型燃料電池を形成することができる。
【００１６】
本発明のガス拡散層の製造方法、および、本発明の膜電極接合体の製造方法によれば、工程数が大幅に増加することなく、大掛かりな設備も必要とすることなく、ガス拡散層の切断処理あるいは破断処理を実施することができるため、製造効率の向上、および、製造コストの低減を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明を実施したガス拡散層およびその製造方法、並びに、膜電極接合体およびその製造方法について詳細に説明する。
なお、これらのガス拡散層およびその製造方法、並びに、膜電極接合体およびその製造方法によって、本発明は限定されるものではない。
【００１８】
（１）第一の実施形態
図１は、本発明に係るガス拡散層および膜電極接合体を用いた固体高分子型燃料電池の構造の第一の実施形態を示す概略斜視図である。図１は、固体高分子型燃料電池の基本構成単位である単セルを示している。図２は、図１の破線で囲んだ領域Ａを拡大した概略断面図である。
図１および図２中、符号１０は固体高分子型燃料電池の単セル、１１は高分子電解質膜、１２は燃料極、１３は酸化剤極、１４は膜電極接合体、１５はセパレータ、１６は流路、１７は触媒層、１８はガス拡散層をそれぞれ示している。
【００１９】
この固体高分子型燃料電池の単セル１０は、高分子電解質膜１１を燃料極１２と酸化剤極１３で挟持して構成される膜電極接合体１４の両面に、さらにセパレータ１５、１５を接合した構造をなしている。
セパレータ１５の両面にはそれぞれ互いに直交するように流路１６が形成されている。この流路１６は、燃料や酸化剤を、燃料極１２または酸化剤極１３に安定に供給するために用いられる。
【００２０】
また、燃料極（電極）１２および酸化剤極（電極）１３は、高分子電解質膜１１の両面に順に接合された触媒層１７およびガス拡散層１８から構成されている。
また、ガス拡散層１８は、繊維状の構造体からなり、その一方の面１８ａまたは他方の面１８ｂのいずれか一方、あるいは、一方の面１８ａおよび他方の面１８ｂの両方における繊維の毛羽立ちの一部または全部が切断処理あるいは破断処理されている。さらに、ガス拡散層１８の切断処理あるいは破断処理された面（一方の面１８ａ）が触媒層１７の一方の面（高分子電解質膜１１と接している面とは反対の面）１７ａに接合されている。
【００２１】
本発明において、「繊維の毛羽立ちの一部または全部が切断処理あるいは破断処理されている」とは、後述する繊維の毛羽立ちの切断処理あるいは破断処理において、この毛羽立ちを刃物などで断ち切るかまたは横切りして、繊維を切断し、繊維に切断面が形成されている（切断処理）か、あるいは、毛羽立ちを引き抜き具などで抜き取るなどして、繊維を破断し、繊維に破断面が形成されている（破断処理）ことをいう。
【００２２】
このように、ガス拡散層１８をなす繊維状の構造体の繊維の毛羽立ちの一部または全部が切断処理あるいは破断処理されていることにより、ガス拡散層１８の一方の面１８ａにおける繊維の毛羽立ちが触媒層１７を貫通して、高分子電解質膜１１に至らないようになっている。
すなわち、ガス拡散層１８の一方の面１８ａにおける繊維の毛羽立ちの長さは、触媒層１７の厚み未満であり、触媒層１７の厚みの８０％以下が好ましく、触媒層１７の厚みの５０％以下がより好ましい。毛羽立ちの長さが触媒層１７の厚みの８０％以下であれば、高分子電解質膜１１と、燃料極１２または酸化剤極１３とを接合する際に、これらを圧着しても、毛羽立ちによって高分子電解質膜１１が損傷することがない。
なお、切断処理あるいは破断処理前のガス拡散層１８の一方の面１８ａにおける繊維の毛羽立ちの長さが、触媒層１７の厚み未満であれば、その部分は切断処理あるいは破断処理が施されなくてもよい。
【００２３】
高分子電解質膜１１の材質は、特に限定されるものではなく、種々の組成、種々の分子構造（例えば、直鎖状、分枝状等）を備えた高分子電解質から適宜選択される。このような高分子電解質としては、例えば、（１）パーフルオロカーボン含有ポリマー系電解質、（２）芳香族エーテルまたはチオエーテルポリマー系電解質、または、（３）芳香族炭化水素ポリマー系電解質などが挙げられる。
また、高分子電解質に含まれる電解質基の種類についても、特に限定されるものではなく、例えば、スルホン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、カルボキシル基などが挙げられる。高分子電解質には、これらの電解質基のうち、いずれか１種または２種以上が含まれているが、スルホン酸基が最も好ましい。
【００２４】
（１）パーフルオロカーボン含有ポリマー系電解質としては、具体的には、デユポン社の「ナフィオン」に代表されるスルホン化パーフルオロビニルエーテルポリマー、スルホン化パーフルオロビニルエーテルと含フッ素または非フッ素化オレフィンとの共重合体や多元共重合体などが挙げられる。
（２）芳香族エーテルまたはチオエーテルポリマー系電解質としては、具体的には、芳香環がスルホン化されたポリアリールエーテル、ポリアリールチオエーテル（＝ポリアリールサルファイド）、ポリアリールエーテルスルホン、ポリアリールスルホン、ポリアリールエーテルケトン、ポリアリールサルファイドスルホン、ポリアリールスルホンアミドなどが挙げられる。
（３）芳香族炭化水素ポリマー系電解質としては、具体的には、芳香環がスルホン化されたポリフェニレン、ポリアルキルフェニレン、ポリビフェニレン、ポリアルキルビフェニレン、ポリナフチレンなどが挙げられる。
また、上記の（１）〜（３）の高分子電解質の誘導体も好適に用いられる。
【００２５】
また、高分子電解質膜１１は、上記の高分子電解質のいずれか１種から構成されていてもよく、あるいは、２種以上から構成されていてもよい。また、高分子電解質膜１１は、上記の高分子電解質と他の材料との複合体であってもよい。
【００２６】
触媒層１７は、触媒と、触媒にプロトンを授受するための高分子電解質（以下、「触媒層内電解質」という。）とから構成されている。
触媒としては、例えば、白金黒、白金若しくは白金合金、またはこれらを担持したカーボンなどが用いられる。
触媒層１７に含まれる触媒の量は、特に限定されるものではなく、触媒の種類、膜電極接合体１４の用途、要求特性、電極の種類（燃料極１２または酸化剤極１３）などに応じて適宜調整される。
【００２７】
また、触媒層内電解質は、高分子電解質膜１１と触媒との間におけるプロトンの授受を促進させる作用を有するものであり、触媒の周囲を包むように配置されている。触媒層内電解質としは、通常、上記の高分子電解質膜１１と同一の材質が用いられるが、異なる材質であってもよい。
触媒層１７に含まれる触媒層内電解質の量は、特に限定されるものではなく、触媒層内電解質の種類、膜電極接合体１４の用途、要求特性、電極の種類（燃料極１２または酸化剤極１３）などに応じて適宜調整される。
【００２８】
ガス拡散層１８をなす繊維状の構造体としては、特に限定されるものではなく、種々の繊維からなる織布または不織布が用いられる。このような織布または不織布としては、例えば、織布としてはクロスが、不織布としては湿式法によるペーパーおよび乾式法によるフェルトなどが挙げられる。
また、これらの織布または不織布をなす繊維の材質としては、特に限定されるものではないが、導電性を有する材料であることが好ましく、例えば、カーボン、金属、金属化合物または非導電性繊維に金属コーテイングを施したものなどが挙げられる。
さらに、ガス拡散層１８の厚み、気孔率などは、特に限定されるものではなく、膜電極接合体１４の用途、要求特性などに応じて適宜調整される。
【００２９】
セパレータ１５は、機械加工で表面に流路を形成した黒鉛板や、金属板や、導電性材料と樹脂とからなる組成物を所定の形状に成形してなるものである。
金属板としては、材質に特に限定されないが、耐食性を考慮して、ステンレスやチタン材あるいは表面に樹脂をコーティングしたり、金やチタンなどの耐食性の鍍金処理を施したステンレスなどが例示できる。導電性材料と樹脂からなる組成物を成形して製造されるセパレータは、一般にモールドセパレータと呼ばれるものであり、例えば、導電性粉粒体と熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂あるいはこれらの樹脂を併用した組成物を、金型を用いて成形したものが用いられる。
【００３０】
導電性粉粒体としては、例えば、炭素材料、金属、金属化合物などの粉粒体などが挙げられ、これらの導電性粉粒体の１種または２種以上が用いられる。
【００３１】
導電性粉粒体として使用可能な炭素材料としては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、ガラス状カーボン、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどが挙げられる。これらの炭素材料を単独で、もしくは２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの炭素材料の粉粒体の形状は、特に制限されず、板状、球状、無定形などの何れであってもよい。また、黒鉛を化学処理して得られる膨張黒鉛も用いられる。これらの中でも、導電性を考慮すれば、より少量で高度の導電性を有するセパレータが得られるという点で、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛などが好適である。
【００３２】
また、金属、金属化合物としては、例えば、アルミニウム、亜鉛、鉄、銅、金、ステンレス、パラジウム、チタンなど、さらには、チタン、ジルコニウム、ハフニウムなどのホウ化物などが挙げられる。これらの金属、金属化合物を単独で、もしくは２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの金属、金属化合物の粉粒体の形状は、特に限定されず、板状、球状、無定形などの何れであってもよい。さらに、これらの金属、金属化合物が非導電性あるいは半導電性材料の粉粒体により表面処理されたものも用いられる。
【００３３】
熱可塑性樹脂繊維をなす熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリスチレン、シンジオタクティックポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリチオエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライドなどのフッ素樹脂、全芳香族ポリエステル、半芳香族ポリエステル、ポリ乳酸、ポリエステル・ポリエステルエラストマー、ポリエステル・ポリエーテルエラストマーなどの熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、各燃料電池の動作温度に対する耐熱性や耐久性により、適宜選択して単独で、もしくは２種以上を組み合わせて用いられる。 
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、フルフリルアルコール樹脂、セルロース、尿素樹脂、メラミン樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、芳香族ポリイミドなどが挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、各燃料電池の動作温度に対する耐熱性や耐久性に応じて、適宜選択して単独で、もしくは２種以上が組み合わされて用いられる。
【００３４】
この実施形態のガス拡散層１８によれば、これを用いて膜電極接合体１４を作製した際に、ガス拡散層１８をなす繊維状の構造体の繊維の毛羽立ちによる高分子電解質膜１１の損傷のおそれがない。
したがって、このガス拡散層１８を用いた膜電極接合体１４によれば、耐久性に優れる固体高分子型燃料電池を形成することができる。
【００３５】
（２）第二の実施形態
図３は、本発明に係るガス拡散層および膜電極接合体を用いた固体高分子型燃料電池の構造の第二の実施形態を示す概略斜視図である。
図３において、図１および図２に示したガス拡散層および膜電極接合体を用いた固体高分子型燃料電池と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
図３中、符号１９は撥水層、２０は固体高分子型燃料電池の単セル、２２は燃料極、２３は酸化剤極、２４は膜電極接合体をそれぞれ示している。
【００３６】
この実施形態の固体高分子型燃料電池の単セル２０が、第一の実施形態の単セル１０と異なる点は、ガス拡散層１８の切断処理あるいは破断処理された面（一方の面１８ａ）の上に撥水層１９が配されている点である。
【００３７】
撥水層１９の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、カーボン、フッ素系ポリマー、フッ素化黒鉛、フッ素化ピッチ、シラン化合物などが用いられる。
また、撥水層１９の厚みは、特に限定されるものではなく、膜電極接合体２４の用途、要求特性などに応じて適宜調整される
【００３８】
ガス拡散層１８の切断処理あるいは破断処理された面（一方の面１８ａ）の上に撥水層１９を配することにより、ガス拡散層１８の一方の面１８ａにおける繊維の毛羽立ちをより確実に抑制することができる。
【００３９】
（３）第一の実施形態および第二の実施形態における製造方法
次に、図４、図５および図６を参照して、本発明に係るガス拡散層の製造方法、および、膜電極接合体の製造方法の一例を説明する。
図４は、ガス拡散層に切断処理あるいは破断処理を施す処理装置を示す模式図である。図５は、図４に示すトリミング装置によるガス拡散層の切断処理の一例を示す模式図である。図６は、図４に示すトリミング装置によるガス拡散層の破断処理の一例を示す模式図である。
【００４０】
図４に示す処理装置３０は、送出装置３１と、トリミング装置３２と、巻取装置３４とから概略構成されており、これらの装置がこの順に配置されている。また、図５に示すように、トリミング装置３２は、内刃３３Ａと外刃３３Ｂから構成される切断刃３３を備えている。あるいは、図６に示すように、トリミング装置３２は、抜き取り器３３Ｃと外刃３３Ｄから構成される切断刃３３を備えている。
この処理装置３０では、図４に示すように、送出装置３１から送り出した繊維状の構造体からなるガス拡散層１８を巻取装置３４で巻き取るまでの間に、トリミング装置３２の切断刃３３により、ガス拡散層１８の一方の面１８ａにおける繊維の毛羽立ちの一部または全部を切断処理あるいは破断処理する。
【００４１】
この切断処理する工程では、例えば、図５に示すように、ガス拡散層１８の一方の面１８ａにトリミング装置３２の切断刃３３を当接させて、外刃３３Ｂに設けられた孔部３３ａ内に繊維の毛羽立ち１８ｃを導入し、この孔部３３ａ内に導入した毛羽立ち１８ｃをガス拡散層１８の一方の面１８ａと平行に往復移動する内刃３３Ａにより切断する。なお、孔部３３ａは、所定の形状かつ所定の間隔で外刃３３Ｂに設けられている。
【００４２】
一方、破断処理する工程では、図６に示すように、ガス拡散層１８の一方の面１８ａにトリミング装置３２の切断刃３３を当接させて、外刃３３Ｄに設けられた孔部３３ｂ内に繊維の毛羽立ち１８ｃを導入し、この孔部３３ｂ内に導入した毛羽立ち１８ｃをガス拡散層１８の一方の面１８ａと垂直に往復移動する抜き取り器３３Ｃにより抜き取って、破断する。なお、孔部３３ｂは、所定の形状かつ所定の間隔で外刃３３Ｄに設けられている。
【００４３】
次いで、ガス拡散層１８の切断処理あるいは破断処理されている面を、上記の触媒層の一方の面に接合することにより、上記の燃料極または酸化剤極を得る。
次いで、ガス拡散層１８と接合した触媒層を、上記の高分子電解質膜に接合することにより、膜電極接合体を得る。
【００４４】
さらに、この膜電極接合体の両面に上記のセパレータを接合すれば、固体高分子型燃料電池の単セルが得られる。
【００４５】
また、本発明では、ガス拡散層１８の一方の面１８ａにおける繊維の毛羽立ちを切断処理あるいは破断処理した後、切断処理されている面の上に上記の撥水層を配してもよい。
【００４６】
なお、図４に示した処理装置３０では、トリミング装置３２をガス拡散層１８に当接する位置に、ガス拡散層１８を保持する台などの保持部を設けていないが、本発明はこれに限定されない。本発明にあっては、図４に示すような処理装置を用いたガス拡散層の切断処理あるいは破断処理において、トリミング装置をガス拡散層に当接する位置に、ガス拡散層を保持する台などの保持部を設けてもよい。
【００４７】
この例のガス拡散層の製造方法、および、膜電極接合体の製造方法によれば、工程数が大幅に増加することなく、大掛かりな設備も必要とすることなく、ガス拡散層１８の切断処理あるいは破断処理を実施することができるため、製造効率の向上、および、製造コストの低減を実現することができる。
【００４８】
以下、試験例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の試験例に限定されるものではない。
【００４９】
（試験例）
ガス拡散層をなす繊維状の構造体（カーボンクロス（日本カーボン「ＧＦ−２０−Ｐ−２１Ｅ」））の一方の面における繊維の毛羽立ちを切断処理した際、その前後の毛羽立ちの状態を顕微鏡で観察した。
繊維状の構造体の切断処理は、図４の模式図で説明したガス拡散層に切断処理あるいは破断処理を施す処理装置を用い、さらにトリミング装置として図５の模式図で説明した切断処理機構を有するシェーバ（ブラウンＢＳ  ５  ５４８Ｒ）を用いた。さらに、ガス拡散層をなす繊維状の構造体の一方の面にシェーバの刃を当接させて毛羽立ちを切断した。
結果を、図７および図８に示す。なお、図７は、切断処理前における繊維状の構造体の一方の面の状態を示す写真である。一方、図８は、切断処理後における繊維状の構造体の一方の面の状態を示す写真である。
図７から切断処理を施したカーボンクロスは毛羽立ちがないことを確認した。
【００５０】
図７および図８の結果から、この例の切断処理により、繊維状の構造体の一方の面において、繊維の毛羽立ちが十分に除去されることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のガス拡散層およびその製造方法、並びに、膜電極接合体およびその製造方法は、固体高分子型燃料電池以外の電池に用いられる電極などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係るガス拡散層および膜電極接合体を用いた固体高分子型燃料電池の構造の第一の実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】図１の破線で囲んだ領域Ａを拡大した概略断面図である。
【図３】本発明に係るガス拡散層および膜電極接合体を用いた固体高分子型燃料電池の構造の第二の実施形態を示す概略斜視図である。
【図４】ガス拡散層に切断処理あるいは破断処理を施す処理装置を示す模式図である。
【図５】図４に示すトリミング装置によるガス拡散層の切断処理の一例を示す模式図である。
【図６】図４に示すトリミング装置によるガス拡散層の破断処理の一例を示す模式図である。
【図７】切断処理前における繊維状の構造体の一方の面の状態を示す写真である。
【図８】切断処理後における繊維状の構造体の一方の面の状態を示す写真である。
【符号の説明】
【００５３】
１０，２０・・・単セル、１１・・・高分子電解質膜、１２，２２・・・燃料極、１３，２３・・・酸化剤極、１４，２４・・・膜電極接合体、１５・・・セパレータ、１６・・・流路、１７・・・触媒層、１８・・・ガス拡散層、１９・・・撥水層、３０・・・切断処理装置、３１・・・送出装置、３２・・・トリミング装置、３３・・・切断刃、３４・・・巻取装置。
【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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