(57)【要約】【課題】安価な燃料電池を提供する。【解決手段】電解質膜１１０、電解質膜１１０の表面に配置される触媒層１２０，１２５、および、触媒層１２０，１２５の表面に配置されるガス拡散層１３０，１３５を有しており、ガス拡散層１３０，１３５は、触媒層１２０，１２５と一体化されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜、
前記電解質膜の表面に配置される触媒層、および、
前記触媒層の表面に配置されるガス拡散層
を有しており、
前記ガス拡散層は、前記触媒層と一体化されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記ガス拡散層は、ガス拡散性を有する非触媒担持カーボンを有し、前記触媒層は、触媒担持カーボンを有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記ガス拡散層は、撥水性高分子を有し、前記触媒層は、プロトン伝導性高分子を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記非触媒担持カーボンの平均粒子径は、前記触媒担持カーボンの平均粒子径より大きいことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
電解質膜、
前記電解質膜の表面に配置される触媒層、
前記触媒層の表面に配置されるガス拡散層、および、
前記ガス拡散層の表面に配置されるセパレータ
を有しており、
前記ガス拡散層は、前記セパレータと一体化されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
前記ガス拡散層は、ガス拡散性を有する非触媒担持カーボンを有し、前記触媒層は、触媒担持カーボンを有することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記ガス拡散層は、撥水性高分子を有し、前記触媒層は、プロトン伝導性高分子を有することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記非触媒担持カーボンの平均粒子径は、前記触媒担持カーボンの平均粒子径より大きいことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記非触媒担持カーボンは、多孔性であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記セパレータは、カーボン材およびバインダー樹脂を含んでいることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記セパレータは、前記触媒層に相対する面に配置されるリブを有し、前記ガス拡散層は、前記リブの頂面に配置されることを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１３】
隣接するリブ間の溝部は、燃料ガスあるいは酸化剤ガスを供給するための流路を形成することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１４】
電解質膜の表面に、触媒層を配置するための工程（ａ）、および、
前記触媒層の表面に、ガス拡散層を一体化して配置するための工程（ｂ）
を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１５】
前記ガス拡散層は、ガス拡散性を有する非触媒担持カーボンを有し、前記触媒層は、触媒担持カーボンを有していることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ａ）は、前記触媒担持カーボンおよび揮発成分を含んでいる第１塗料を、前記電解質膜の表面に塗布し、前記触媒担持カーボンを含んでいる第１塗膜を形成するための工程（ａ１）を有し、
前記工程（ｂ）は、前記非触媒担持カーボンおよび揮発成分を含んでいる第２塗料を、前記第１塗膜の表面に塗布し、前記非触媒担持カーボンを含んでいる第２塗膜を形成するための工程（ｂ１）と、前記第１塗膜および前記第２塗膜に存在する前記揮発成分を蒸発させるため工程（ｂ２）とを有する
ことを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ｂ）は、前記工程（ｂ２）の前において、前記工程（ｂ１）において形成された前記第２塗膜の表面を、平滑化するための工程を有することを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１８】
前記第１塗料は、プロトン伝導性高分子を含んでおり、前記第２塗料は、撥水性高分子を含んでいることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１９】
前記非触媒担持カーボンの平均粒子径は、前記触媒担持カーボンの平均粒子径より大きいことを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項２０】
電解質膜の表面に、触媒層を配置するための工程（ａ）、
セパレータを形成するための工程（ｂ）、
前記セパレータの表面に、ガス拡散層を一体化して配置するための工程（ｃ）、および、
前記ガス拡散層を、前記触媒層の表面に配置するための工程（ｄ）
を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２１】
前記ガス拡散層は、ガス拡散性を有する非触媒担持カーボンを有し、前記触媒層は、触媒担持カーボンを有することを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項２２】
前記ガス拡散層は、撥水性高分子を有し、前記触媒層は、プロトン伝導性高分子を有することを特徴とする請求項２１に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項２３】
前記非触媒担持カーボンの平均粒子径は、前記触媒担持カーボンの平均粒子径より大きいことを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項２４】
前記非触媒担持カーボンは、多孔性であることを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項２５】
前記工程（ｂ）において、前記セパレータは、カーボン材およびバインダー樹脂を含んでいる粉末状の第１成形材料から形成されることを特徴とする請求項２１〜２４のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項２６】
前記バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項２５に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項２７】
前記工程（ｃ）において、前記ガス拡散層は、前記非触媒担持カーボンを含んでいる粉末状の第２成形材料から形成されることを特徴とする請求項２５又は請求項２６に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項２８】
前記工程（ｂ）において、前記触媒層に相対する面に配置されるリブが、前記セパレータに形成され、
前記工程（ｃ）において、前記第２成形材料は、前記リブの頂面に配置されることを特徴とする請求項２７に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項２９】
隣接するリブ間の溝部は、燃料ガスあるいは酸化剤ガスを供給するための流路を形成することを特徴とする請求項２８に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項３０】
前記工程（ｃ）において、前記第２成形材料は、加熱圧縮成形されることで、前記セパレータに接合されることを特徴とする請求項２７〜２９のいずれか１項に記載の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、燃料電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水の電気分解の逆の原理を利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気を発生させる装置であり、電解質膜、触媒層、ガス拡散層およびセパレータを有し、セパレータは、粉末状の成形材料を、昇温状態において圧縮成形することで製造される（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−１６０３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、部品点数が多いため、組立コストが上昇し、総コストの低減が困難である問題を有する。
【０００４】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、安価な燃料電池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】
【０００５】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
電解質膜、
前記電解質膜の表面に配置される触媒層、および、
前記触媒層の表面に配置されるガス拡散層
を有しており、
前記ガス拡散層は、前記触媒層と一体化されている
ことを特徴とする燃料電池である。
【０００６】
上記目的を達成するための請求項５に記載の発明は、
電解質膜、
前記電解質膜の表面に配置される触媒層、
前記触媒層の表面に配置されるガス拡散層、および、
前記ガス拡散層の表面に配置されるセパレータ
を有しており、
前記ガス拡散層は、前記セパレータと一体化されている
ことを特徴とする燃料電池である。
【０００７】
上記目的を達成するための請求項１４に記載の発明は、
電解質膜の表面に、触媒層を配置するための工程、および、
前記触媒層の表面に、ガス拡散層を一体化して配置するための工程
を有することを特徴とする燃料電池の製造方法である。
【０００８】
上記目的を達成するための請求項２０に記載の発明は、
電解質膜の表面に、触媒層を配置するための工程、
セパレータを形成するための工程、
前記セパレータの表面に、ガス拡散層を一体化して配置するための工程、および、
前記ガス拡散層を、前記触媒層の表面に配置するための工程
を有することを特徴とする燃料電池の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、ガス拡散層は、触媒層と一体化されており、独立したガス拡散層を備えておらず、部品点数が削減されている。したがって、組立コストを低下させ、総コストを低減することで、安価な燃料電池を提供することが可能である。
【００１０】
請求項５に記載の発明によれば、ガス拡散層は、セパレータと一体化されており、独立したガス拡散層を備えておらず、部品点数が削減されている。したがって、組立コストを低下させ、総コストを低減することで、安価な燃料電池を提供することが可能である。
【００１１】
請求項１４に記載の発明によれば、ガス拡散層と触媒層とが一体化された燃料電池が、製造される。当該燃料電池は、独立したガス拡散層を備えておらず、部品点数が削減されているため、組立コストを低下させ、総コストを低減することで、安価とすること可能である。つまり、安価な燃料電池の製造方法を提供することが可能である。
【００１２】
請求項２０に記載の発明によれば、ガス拡散層とセパレータとが一体化された燃料電池が、製造される。当該燃料電池は、独立したガス拡散層を備えておらず、部品点数が削減されているため、組立コストを低下させ、総コストを低減することで、安価とすること可能である。つまり、安価な燃料電池の製造方法を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１は、実施の形態１に係る燃料電池を説明するための断面図である。
【００１５】
実施の形態１に係る燃料電池１００は、固体高分子電解質膜１１０、固体高分子電解質膜１１０の表面に配置される触媒層１２０，１２５、触媒層１２０，１２５の表面に配置されるガス拡散層１３０，１３５、および、ガス拡散層１３０，１３５の表面に配置されるセパレータ１４０，１４５を有している。触媒層１２０およびガス拡散層１３０は、空気極（カソード電極）を構成する。触媒層１２５およびガス拡散層１３５は、燃料極（アノード電極）を構成する。
【００１６】
固体高分子電解質膜１１０は、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を有する。プロトン伝導性のイオン交換膜は、例えば、デュポン（株）のナフィオン（Nafion）（登録商標）である。
【００１７】
触媒層１２０，１２５は、触媒担持カーボンおよびプロトン伝導性高分子を有する。触媒担持カーボンのカーボン材は、触媒を担持し得る機能を有すれば、特に限定されず、例えば、カーボンブラック、活性炭、コークス、黒鉛、これらの２種以上の混合体を用いることが可能である。触媒担持カーボンの平均粒径は、例えば、０．１μｍ以下である。
【００１８】
触媒層１２０の触媒担持カーボンの触媒材料は、酸素の還元反応に対して触媒作用を有すれば、特に限定されず、触媒層１２５の触媒担持カーボンの触媒材料は、水素の酸化反応に対して触媒作用を有すれば、特に限定されず、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属およびそれらの合金や、これらの２種以上の組み合わせが、挙げられる。
【００１９】
プロトン伝導性高分子は、例えば、アイオノマー樹脂（エチレン−メタクリル酸共重合体やエチレン−アクリル酸共重合体の分子間を、ナトリウムや亜鉛などの金属のイオンで分子間結合した特殊な構造を有する樹脂）であり、バインダー機能を有する。
【００２０】
ガス拡散層１３０，１３５は、例えば、３０μｍ〜１００μｍ、好ましくは、３０μｍ〜５０μｍであり、非触媒担持カーボンおよび撥水性高分子を有する。非触媒担持カーボンは、ガス拡散性を有すれば、特に限定されず、例えば、カーボンブラック、活性炭、コークス、黒鉛、これらの２種以上の混合体を用いることが可能である。
【００２１】
非触媒担持カーボンの平均粒子径は、ガス拡散性の観点から、触媒担持カーボンの平均粒子径より大きいことが好ましく、また、厚みの縮減および平滑性の観点から上限が定められ、例えば、０．１μｍ〜３０μｍ、好ましくは、１μｍ〜１０μｍである。
【００２２】
撥水性高分子は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、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である。
【００２３】
触媒層１２０，１２５およびガス拡散層１３０，１３５は、それぞれ一体化されており、独立したガス拡散層を備えておらず、部品点数が削減されている。したがって、組立コストを低下させ、総コストを低減することで、安価な燃料電池を提供することが可能である。
【００２４】
セパレータ１４０，１４５は、ガス拡散層１３０，１３５に相対する面に配置されるリブ１４２，１４７を有する。セパレータ１４０の隣接するリブ１４２間の溝部は、酸化剤ガスを供給するための流路を形成する。セパレータ１４５の隣接するリブ１４７間の溝部は、燃料ガスを供給するための流路を形成する。リブ１４２，１４７の形状および配置は、ガスの拡散性、圧力損失、生成水の排出性、冷却性能等を考慮し、設定される。
【００２５】
セパレータ１４０，１４５の素材は、粉末状のカーボン材を有する成形材料から形成される。セパレータ１４０，１４５におけるリブ１４２，１４７が配置されていない面に、冷却媒体を流通させるための流路が形成することも可能である。
【００２６】
次に、実施の形態１に係る燃料電池の製造方法を説明する。図２は、触媒層配置工程を説明するための側面図、図３は、図２に続く、ガス拡散層配置工程を説明するための側面図、図４は、図３に続く、レベリング工程を説明するための断面図である。なお、触媒層１２０およびガス拡散層１３０の製造方法と、触媒層１２５およびガス拡散層１３５の製造方法とは、略同一であるため、重複を避けるため、触媒層１２５およびガス拡散層１３５の製造方法の説明を省略する。
【００２７】
燃料電池１００の製造方法は、固体高分子電解質膜１１０の表面に、触媒層１２０を配置するための触媒層配置工程、および、触媒層１２０の表面に、ガス拡散層１３０を一体化して配置するためのガス拡散層一体化工程を有する。
【００２８】
触媒層配置工程においては、触媒担持カーボン、プロトン伝導性高分子および揮発成分を含んでいる第１塗料が、スプレー塗装によって固体高分子電解質膜１１０の表面に塗布され、触媒担持カーボンを含んでいる第１塗膜２０が、形成される（図２参照）。
【００２９】
ガス拡散層一体化工程は、ガス拡散層配置工程、レベリング工程および乾燥工程を有する。
【００３０】
ガス拡散層配置工程においては、非触媒担持カーボン、撥水性高分子および揮発成分を含んでいる第２塗料が、スプレー塗装によって第１塗膜２０の表面に塗布され、非触媒担持カーボンを含んでいる第２塗膜３０が形成される（図３参照）。
【００３１】
第１塗料および第２塗料の揮発成分は、溶媒であり、例えば、水や、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノールといったアルコール類などを含んでいる。第１塗料および第２塗料の塗布方法は、スプレー塗装に限定されず、例えば、スクリーン印刷や、ダイコーターを適用することも可能である。また、塗布方法を、第１塗料および第２塗料の間で異ならせることも可能である。
【００３２】
レベリング工程においては、第１塗膜２０および第２塗膜３０の未乾燥状態の積層体の周囲に、スペーサ４０が配置され、第２塗膜３０の表面に、押圧部材４５が当接される（図４参照）。
【００３３】
スペーサ４０は、略矩形のフレーム形状を有し、その厚みは、目的とする触媒層１２０およびガス拡散層１３０の合計厚みに応じて、設定されており、厚み調整機能を発揮する。押圧部材４５は、平滑な当接面を有するプレート状であり、第２塗膜３０の表面は、平滑化される。したがって、厚みの均一性および非触媒担持カーボンの食い込み防止を図ることが可能である。
【００３４】
乾燥工程においては、第１塗膜２０および第２塗膜３０の未乾燥状態の積層体が、例えば、９０℃で乾燥される。第１塗膜２０および第２塗膜３０に存在する揮発成分が、蒸発することにより、一体化された触媒層１２０，１２５およびガス拡散層１３０，１３５が得られる。つまり、ガス拡散層１３０，１３５と触媒層１２０，１２５とが一体化された燃料電池１００が、製造される。燃料電池１００は、独立したガス拡散層を備えておらず、部品点数が削減されているため、組立コストを低下させ、総コストを低減することで、安価とすること可能である。
【００３５】
以上のように、実施の形態１は、安価な燃料電池およびその製造方法を提供することが可能である。
【００３６】
なお、セパレータ１４０，１４５の素材は、充分な導電性と強度と耐食性とを有する材料であれば、粉末状のカーボン材を有する成形材料に限定されない。
【００３７】
また、レベリング工程に係るスペーサ４０は、略矩形のフレーム形状に限定されず、図５に示されるように、ローラ５０の拡径部によって構成することも可能である。この場合、固体高分子電解質膜１１０は、下方に配置されるローラ５５によって支持され、第１塗膜２０および第２塗膜３０の未乾燥状態の積層体は、ローラ５０の縮径部によって連続的に押圧されることとなる。
【００３８】
図６は、実施の形態２に係る燃料電池を説明するための断面図である。
【００３９】
実施の形態２に係る燃料電池２００は、ガス拡散層２３０，２３５がセパレータ２４０，２４５と一体化している点で、ガス拡散層１３０，１３５が触媒層１２０，１２５と一体化している実施の形態１に係る燃料電池１００と、概して異なる。なお、実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００４０】
実施の形態２に係る燃料電池２００は、固体高分子電解質膜２１０、固体高分子電解質膜２１０の表面に配置される触媒層２２０，２２５、触媒層２２０，２２５の表面に配置されるガス拡散層２３０，２３５、および、ガス拡散層２３０，２３５の表面に配置されるセパレータ２４０，２４５を有している。触媒層２２０およびガス拡散層２３０は、空気極（カソード電極）を構成する。触媒層２２５およびガス拡散層２３５は、燃料極（アノード電極）を構成する。
【００４１】
触媒層２２０，２２５は、ガス拡散層２３０，２３５が一体化されていないため、実施の形態１に係る触媒層１２０，１２５より厚く形成することで、破損を防止している。
【００４２】
セパレータ２４０，２４５は、成形材料を加熱圧縮することで形成される成形体であり、触媒層２２０，２２５に相対する面に配置されるリブ２４２，２４７を有する。ガス拡散層２３０，２３５は、リブ２４２，２４７の頂面に配置され、一体化されている。
【００４３】
成形材料は、カーボン材（例えば、７０〜９０ｗｔ％）およびバインダー樹脂（例えば、１０〜３０ｗｔ％）を有する粉末状の混合物である。カーボン材は、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛を適用することが可能である。
【００４４】
バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、セパレータ２４０，２４５に含まれるバインダー樹脂は、熱硬化している。熱硬化性樹脂は、経済性、作業性、成形性、物性（耐酸性、耐熱性、流体不透過性）などに優れているフェノール樹脂が好ましいが、メラミン樹脂やポリアミド樹脂などの他の熱硬化性樹脂を適用することも可能である。熱硬化性樹脂は、小径であることが好ましく、これにより、反応速度が上昇し、かつ黒鉛間の空間が小さくなることで、得られるセパレータの強度を向上させることが可能である。
【００４５】
ガス拡散層２３０，２３５は、成形材料を加熱圧縮することで形成される成形体であり、セパレータ２４０，２４５と一体化している。成形材料は、非触媒担持カーボンおよび撥水性高分子を有する。非触媒担持カーボンは、多孔性であり、例えば、１〜５０％の気孔率を有し、かつ、その平均粒子径は、触媒担持カーボンの平均粒子径より大きい。なお、成形材料は、造膜性を向上させるために、例えば、バインダー樹脂を、必要に応じて含ませることも可能である。
【００４６】
以上のように、燃料電池２００は、独立したガス拡散層を備えておらず、部品点数が削減されている。したがって、組立コストを低下させ、総コストを低減することで、安価な燃料電池を提供することが可能である。
【００４７】
次に、実施の形態２に係る燃料電池の製造方法を説明する。なお、触媒層２２０、セパレータ２４０およびガス拡散層２３０の製造方法と、触媒層２２５、セパレータ２４０およびガス拡散層２３５の製造方法とは、略同一であるため、重複を避けるため、触媒層２２５、セパレータ２４０およびガス拡散層２３５の製造方法の説明を省略する。
【００４８】
燃料電池２００の製造方法は、固体高分子電解質膜２１０の表面に、触媒層２２０を配置するための触媒層配置工程、セパレータ２４０を形成するためのセパレータ成形工程、セパレータ２４０の表面に、ガス拡散層２３０を一体化して配置するためのガス拡散層一体化工程、および、ガス拡散層２３０を、触媒層の表面に配置するための組立工程を有する。
【００４９】
触媒層配置工程においては、触媒担持カーボン、プロトン伝導性高分子および揮発成分を含んでいる塗料が、スプレー塗装によって固体高分子電解質膜２１０の表面に塗布され、触媒担持カーボンを含んでいる塗膜が、形成される（図２参照）。塗膜は、例えば、９０℃で乾燥され、塗膜に存在する揮発成分が、蒸発することにより、固体高分子電解質膜２１０の表面に配置された触媒層２２０が得られる。
【００５０】
図７は、実施の形態２に係る燃料電池の製造方法におけるセパレータ成形工程に係る成形装置を説明するための断面図、図８は、セパレータ成形工程を説明するための断面図である。
【００５１】
成形装置２５０は、上型２５１、下型２５６、押圧装置２６１、および加熱装置２６６を有する。-
上型２５１は、下型２５６に対して近接離間可能に配置され、セパレータ２４０におけるリブ２４２が配置されていない面に対応する略平坦なキャビティ面２５２を有する。下型２５６は、固定式に配置され、セパレータ２４０におけるリブ２４２が配置されている面に対応するキャビティ面２５７を有する。キャビティ面２５７は、リブ２４２に対応する凹部２５８およびリブ２４２の間の溝部に対応する凸部２５９を有する。
【００５２】
押圧装置２６１は、上型２５１を駆動し、下型２５６と連携した型締めおよび成形材料Ｍ１の圧縮成形をするために使用され、油圧シリンダ等の駆動装置を有する。
【００５３】
加熱装置２６６は、下型２５６の内部に配置され、上型２５１および下型２５６による圧縮成形の際に、成形材料Ｍ１を昇温した状態に保持するために使用される。加熱源は、特に限定されず、加熱媒体、電磁誘導加熱、超音波加熱、抵抗加熱（抵抗発熱体）等を適宜適用することも可能である。
【００５４】
次に、セパレータ成形工程を説明する。
【００５５】
下型２５６のキャビティ面２５７に、セパレータ２４０を成形するために必要とされる量の成形材料Ｍ１を配置する。例えば、成形材料Ｍ１を保持している容器と連結しているノズルを移動させながら、成形材料Ｍ１を吐出させ、必要とされる充填量に達すると、成形材料Ｍ１の吐出を停止し、成形材料Ｍ１の不均一な表面を擦切り、平坦とすることで、実施することが可能である。
【００５６】
タイムサイクルを短縮化するために、下型２５６を予備昇温させている。予備昇温は、適宜省略することも可能である。
【００５７】
次に、押圧装置２６１は、上型２５１を降下させ、型締めすることで、上型２５１および下型２５６のキャビティ面２５２に位置する成形材料Ｍ１を、加圧圧縮する（図８参照）。
【００５８】
上型２５１のキャビティ面２５２は、略平坦であるため、成形材料Ｍ１の上面は、セパレータ２４０におけるリブ２４２が配置されていない面に対応する略平坦な形状に成形される。下型２５６のキャビティ面２５７は、凹部２５８および凸部２５９を有するため、セパレータ２４０におけるリブ２４２が配置されている面に対応する凹凸形状に成形される。
【００５９】
一方、加熱装置２６６は、成形材料Ｍ１の温度を、バインダー樹脂の熱硬化温度以上に上昇させ、バインダー樹脂を熱硬化させる。
【００６０】
バインダー樹脂の熱硬化が完了し、加熱圧縮成形が終了すると、セパレータ２４０が得られる。押圧装置２６１は、上型２５１を上昇させ、セパレータ２４０が、下型２５６から取り出される。
【００６１】
図９は、実施の形態２に係る燃料電池の製造方法におけるガス拡散層一体化工程に係る成形装置を説明するための断面図、図１０は、ガス拡散層一体化工程を説明するための断面図である。
【００６２】
成形装置２７０は、下型２７６のキャビティ面２７７に配置される凹部２７８の形状に関し、セパレータ２４０を成形するための成形装置２５０と概して異なっている。
【００６３】
凹部２７８は、セパレータ２４０のリブ２４２およびリブ２４２の頂面に配置されるガス拡散層２３０に対応する形状を有する。
【００６４】
次に、ガス拡散層一体化工程を説明する。
【００６５】
下型２７６のキャビティ面２７７の凹部２７８に、ガス拡散層２３０を成形するために必要とされる量の成形材料Ｍ２を配置する。例えば、成形材料Ｍ２を保持している容器と連結しているノズルから、成形材料Ｍ２を吐出させることで、実施される。なお、タイムサイクルを短縮化するために、下型２７６を予備昇温させている。
【００６６】
次に、セパレータ２４０を、下型２７６のキャビティ面２７７に配置し、リブ２４２を凹部２７８に位置決めする。
【００６７】
押圧装置２８１は、上型２７１を降下させ、型締めすることで、セパレータ２４０のリブ２４２の頂面によって、凹部２７８の底部に位置する成形材料Ｍ２を、加圧圧縮する（図１０参照）。一方、加熱装置２８６は、成形材料Ｍ２の温度を、上昇させ、成形材料Ｍ２の造膜性を向上させる。
【００６８】
ガス拡散層２３０とセパレータ２４０のリブ２４２の頂面とが接合され、ガス拡散層２３０とセパレータ２４０の一体化が完了すると、押圧装置２８１は、上型２７１を上昇させ、セパレータ２４０が、下型２７６から取り出される。
【００６９】
組立工程においては、触媒層配置工程から供給される固体高分子電解質膜２１０の両側に、ガス拡散層一体化工程から供給されるセパレータ２４０，２４５を配置し、固体高分子電解質膜２１０の表面の触媒層２２０，２２５と、セパレータ２４０，２４５のリブ２４２，２４７の頂面に配置されるガス拡散層２３０，２３５とを相対させることで、燃料電池２００が得られる。つまり、ガス拡散層２３０，２３５とセパレータ２４０，２４５とが一体化された燃料電池２００が、製造される。燃料電池２００は、独立したガス拡散層を備えておらず、部品点数が削減されているため、組立コストを低下させ、総コストを低減することで、安価とすること可能である。
【００７０】
以上のように、実施の形態２においても、安価な燃料電池およびその製造方法を提供することが可能である。
【００７１】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。
【００７２】
例えば、実施の形態１に係るセパレータは、金属材料から形成することも可能である。金属材料は、例えば、ステンレス鋼鈑である。ステンレス鋼鈑は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましい。ステンレス鋼板は、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。また、アルミニウム板や、クラッド材を適用することも可能である。
【００７３】
また、実施の形態２に係るセパレータの成形材料は、粉末状の形態で直接利用することに限定されず、シート状の予備成形体の形態やビレット状の予備成形体の集成体の形態で、適用することも可能である。
【００７４】
実施の形態２に係るバインダー樹脂は、熱硬化性樹脂に限定されず、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を適用することも可能である。ただし、熱可塑性樹脂が適用される場合、樹脂の軟化点以上の適した溶融温度まで、成形材料を昇温することが必要である。
【００７５】
実施の形態２に係るガス拡散層は、加熱圧縮成形によって成形することに限定されず、撥水性高分子の種類や、適宜添加されるバインダー樹脂の種類に応じて、常温下における圧縮成形によって成形することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池を説明するための断面図である。
【図２】実施の形態１に係る燃料電池の製造方法における触媒層配置工程を説明するための側面図である。
【図３】図２に続く、ガス拡散層配置工程を説明するための側面図である。
【図４】図３に続く、レベリング工程を説明するための断面図である。
【図５】レベリング工程に係るスペーサおよび押圧部材の変形例を説明するための断面図である。
【図６】実施の形態２に係る燃料電池を説明するための断面図である。
【図７】実施の形態２に係る燃料電池の製造方法におけるセパレータ成形工程に係る成形装置を説明するための断面図である
【図８】セパレータ成形工程を説明するための断面図である。
【図９】実施の形態２に係る燃料電池の製造方法におけるガス拡散層一体化工程に係る成形装置を説明するための断面図である
【図１０】ガス拡散層一体化工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
２０・・第１塗膜、
３０・・第２塗膜、
４０・・スペーサ、
４５・・押圧部材、
５０，５５・・ローラ、
１００・・燃料電池、
１１０・・固体高分子電解質膜、
１２０，１２５・・触媒層、
１３０，１３５・・ガス拡散層、
１４０，１４５・・セパレータ、
１４２，１４７・・リブ、
２００・・燃料電池、
２１０・・固体高分子電解質膜、
２２０，２２５・・触媒層、
２３０，２３５・・ガス拡散層、
２４０，２４５・・セパレータ、
２４２，２４７・・リブ、
２５０・・成形装置、
２５１・・上型、
２５２・・キャビティ面、
２５６・・下型、
２５７・・キャビティ面、
２５８・・凹部、
２５９・・凸部、
２６１・・押圧装置、
２６６・・加熱装置、
２７０・・成形装置、
２７１・・上型、
２７６・・下型、
２７７・・キャビティ面、
２７８・・凹部、
２８１・・押圧装置、
２８６・・加熱装置、
Ｍ１，Ｍ２・・成形材料。
【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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【図１０】
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