(57)【要約】【課題】本発明は、効率良く製造可能な燃料電池用膜電極複合体、およびその製造方法を提供することを主目的とするものである。【解決手段】上記目的を達成するために本発明は、固体電解質膜の両面に触媒電極層を形成して固体電解質膜積層基板を形成する固体電解質膜積層基板形成工程と、  ガス流路を有する複数の線状内側集電体を、所定の間隙をおいて配置し、２枚の前記固体電解質膜積層基板の間に挟みこむ線状内側集電体挟持工程と、  隣接する２つの前記線状内側集電体の間に位置する２枚の前記固体電解質膜積層基板をプレスするプレス工程と、  前記各固体電解質膜積層基板の外側に外側集電体を形成する外側集電体形成工程と  を有することを特徴とする燃料電池用膜電極複合体の製造方法を提供する。【選択図】図１
2007165044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質膜の両面に触媒電極層を形成して固体電解質膜積層基板を形成する固体電解質膜積層基板形成工程と、
ガス流路を有する複数の線状内側集電体を、所定の間隙をおいて配置し、２枚の前記固体電解質膜積層基板の間に挟みこむ線状内側集電体挟持工程と、
隣接する２つの前記線状内側集電体の間に位置する２枚の前記固体電解質膜積層基板をプレスするプレス工程と、
前記各固体電解質膜積層基板の外側に外側集電体を形成する外側集電体形成工程と
を有することを特徴とする燃料電池用膜電極複合体の製造方法。
【請求項２】
固体電解質膜の一方の面に第１触媒電極層を形成して第１触媒電極積層基板を形成する第１触媒電極積層基板形成工程と、
ガス流路を有する線状内側集電体の外周面を覆うように第２触媒電極層を形成して線状内側集電積層体を形成する線状内側集電積層体形成工程と、
複数の前記線状内側集電積層体を、所定の間隙をおいて配置し、前記固体電解質膜どうしが面するように配置した２枚の前記第１触媒電極積層基板の間に挟みこむ線状内側集電積層体挟持工程と、
隣接する２つの前記線状内側集電積層体の間に位置する２枚の前記第１触媒電極積層基板をプレスするプレス工程と、
前記各第１触媒電極積層基板の外側に外側集電体を形成する外側集電体形成工程と
を有することを特徴とする燃料電池用膜電極複合体の製造方法。
【請求項３】
所定の間隙をおいて配置された、ガス流路を有する複数の線状内側集電体が、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の両面に形成された触媒電極層とを有する２枚の固体電解質膜積層基板の間に挟持されており、前記固体電解質膜積層基板の外側には、外側集電体が形成されていることを特徴とする燃料電池用膜電極複合体。
【請求項４】
ガス流路を有する線状内側集電体と前記線状内側集電体の外周面に形成された第２触媒電極層とを有し、所定の間隙をおいて配置されている複数の線状内側集電積層体が、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一方の面に形成された第１触媒電極層とを有する２枚の第１触媒電極積層基板の間に前記各固体電解質膜と前記第２触媒電極層とが接するように挟持されており、前記第一触媒電極積層基板の外側には、外側集電体が形成されていることを特徴とする燃料電池用膜電極複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コストを低減し、かつ小型化が可能な燃料電池に用いられる燃料電池用膜電極複合体、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の平板構造の固体高分子電解質型燃料電池（以下、単に燃料電池と称する場合がある。）の最小発電単位である単位セルは、一般に固体電解質膜の両側に触媒電極層が接合されている膜電極複合体を有し、この膜電極複合体の両側にはガス拡散層が配されている。さらに、その外側にはガス流路を備えたセパレータが配されており、ガス拡散層を介して膜電極複合体の触媒電極層へと供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスを通流させるとともに、発電により得られた電流を外部に伝える働きをしている。
【０００３】
上記燃料電池の小型化のため、および、単位体積当たりの発電反応面積を大きくするためには、燃料電池の上記構成部材の厚さを薄くする必要がある。しかしながら、このような従来の平板構造の燃料電池においては、各構成部材の厚さをある一定以下の値にすることは、機能面や強度面から好ましくなく、設計限界に近づきつつある。例えば、現在汎用されているナフィオン（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）の膜は厚さが一定以下になるとガス透過性が大きくなりすぎ、セル内でガスのクロスリークが生じて発電電圧が低下する等の問題がある。このようなことから、従来の平板構造の燃料電池の単位体積当たりの出力密度を一定以上に向上させることは構造上困難である。
【０００４】
そこで、中空糸等を用い、その内面および外面に電解質膜や触媒電極層等を積層したチューブ形状の膜電極複合体を用いて燃料電池を構成することにより出力密度を高める研究が行なわれている（例えば、特許文献１等）。このようなチューブ形状の膜電極複合体には、耐熱性が高いことや、形成が容易であることなどからケイ素酸化物を主成分とするガラス電解質材料からなる固体電解質膜が好適に用いられる。
【０００５】
ここで、このようなチューブ形状の膜電極複合体は、一般的に押出し法等により形成される。しかしながらこの場合、チューブの径が細いことから、固体電解質膜の両面に触媒電極層を形成すること等が難しく、また製造効率の面で問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２‐１２４２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、効率良く製造可能な燃料電池用膜電極複合体、およびその製造方法の提供が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、固体電解質膜の両面に触媒電極層を形成して固体電解質膜積層基板を形成する固体電解質膜積層基板形成工程と、ガス流路を有する複数の線状内側集電体を、所定の間隙をおいて配置し、２枚の前記固体電解質膜積層基板の間に挟みこむ線状内側集電体挟持工程と、隣接する２つの前記線状内側集電体の間に位置する２枚の前記固体電解質膜積層基板をプレスするプレス工程と、前記各固体電解質膜積層基板の外側に外側集電体を形成する外側集電体形成工程とを有することを特徴とする燃料電池用膜電極複合体の製造方法を提供する。
【０００９】
本発明によれば、別々に形成した線状内側集電体、上記固体電解質膜積層基板、および外側集電体を組み合わせることによって、燃料電池用膜電極複合体を形成することができ、また大面積の燃料電池用膜電極複合体を一時に形成することができる。したがって、簡便な製造工程で、効率よく燃料電池用膜電極複合体を製造することができるのである。
【００１０】
また、本発明は、固体電解質膜の一方の面に第１触媒電極層を形成して第１触媒電極積層基板を形成する第１触媒電極積層基板形成工程と、ガス流路を有する線状内側集電体の外周面を覆うように第２触媒電極層を形成して線状内側集電積層体を形成する線状内側集電積層体形成工程と、複数の前記線状内側集電積層体を、所定の間隙をおいて配置し、前記固体電解質膜どうしが面するように配置した２枚の前記第１触媒電極積層基板の間に挟みこむ線状内側集電積層体挟持工程と、隣接する２つの前記線状内側集電積層体の間に位置する２枚の前記第１触媒電極積層基板をプレスするプレス工程と、前記各第１触媒電極積層基板の外側に外側集電体を形成する外側集電体形成工程とを有することを特徴とする燃料電池用膜電極複合体の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明によれば、別々に形成した線状内側集電積層体、上記第１触媒電極積層基板、および外側集電体を組み合わせることによって、燃料電池用膜電極複合体を形成することができ、また大面積の燃料電池用膜電極複合体を一時に形成することができる。したがって、効率よく簡便な工程で、燃料電池用膜電極複合体を製造することができるのである。
【００１２】
また、本発明は、所定の間隙をおいて配置された、ガス流路を有する複数の線状内側集電体が、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の両面に形成された触媒電極層とを有する２枚の固体電解質膜積層基板の間に挟持されており、前記固体電解質膜積層基板の外側には、外側集電体が形成されていることを特徴とする燃料電池用膜電極複合体を提供する。
【００１３】
本発明によれば、別々に形成した上記線状内側集電体、２枚の固体電解質膜積層基板、および外側集電体を組み合わせることによって、簡便な工程で効率よく製造されたものとすることができる。したがって、大量生産が可能な燃料電池用膜電極複合体とすることができる。
【００１４】
またさらに、本発明は、ガス流路を有する線状内側集電体と前記線状内側集電体の外周面に形成された第２触媒電極層とを有し、所定の間隙をおいて配置されている複数の線状内側集電積層体が、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一方の面に形成された第１触媒電極層とを有する２枚の第１触媒電極積層基板の間に前記各固体電解質膜と前記第２触媒電極層とが接するように挟持されており、前記第一触媒電極積層基板の外側には、外側集電体が形成されていることを特徴とする燃料電池用膜電極複合体を提供する。
【００１５】
本発明によれば、別々に形成した線状内側集電積層体、２枚の第１触媒電極積層基板、および外側集電体を組み合わせることによって、簡便な工程で効率よく製造されたものとすることができる。したがって、大量生産が可能な燃料電池用膜電極複合体とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、別々に形成した部材を組み合わせることによって、燃料電池用膜電極複合体を形成することができ、また大面積の燃料電池用膜電極複合体を一時に形成することができる。したがって、簡便な製造工程で、効率よく燃料電池用膜電極複合体を製造することができるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、コストを低減し、かつ小型化が可能な燃料電池に用いられる燃料電池用膜電極複合体、およびその製造方法に関するものである。以下、それぞれについて説明する。
【００１８】
Ａ．燃料電池用膜電極複合体の製造方法
まず、本発明の燃料電池用膜電極複合体の製造方法について説明する。本発明の燃料電池用膜電極複合体の製造方法は、その製造工程の違いにより、２つの実施態様がある。以下、それぞれの実施態様についてわけて説明する。
【００１９】
１．第１実施態様
本発明における第１実施態様の燃料電池用膜電極複合体の製造方法は、固体電解質膜の両面に触媒電極層を形成して固体電解質膜積層基板を形成する固体電解質膜積層基板形成工程と、ガス流路を有する複数の線状内側集電体を、所定の間隙をおいて配置し、２枚の前記固体電解質膜積層基板の間に挟みこむ線状内側集電体挟持工程と、隣接する２つの前記線状内側集電体の間に位置する２枚の前記固体電解質膜積層基板をプレスするプレス工程と、前記各固体電解質膜積層基板の外側に外側集電体を形成する外側集電体形成工程とを有することを特徴とするものである。
【００２０】
本実施態様の燃料電池用膜電極複合体の製造方法を図１を用いて説明する。本実施態様の燃料電池用膜電極複合体の製造方法は、固体電解質膜１の両面に触媒電極層２を形成して固体電解質膜積層基板３とする固体電解質膜積層基板形成工程（図１（ａ））と、ガス流路（例えば図１（ｂ）のａで示される部分）を有する複数の線状内側集電体４を、２枚の上記固体電解質膜積層基板３の間に挟みこむ線状内側集電体挟持工程（図１（ｂ））と、隣接する線状内側集電体４の間の部分（図１（ｃ）中、ｂで示される部分）の固体電解質膜積層基板３をプレスするプレス工程（図１（ｃ））と、上記固体電解質膜積層基板３の外側に外側集電体５を形成する外側集電体形成工程（図１（ｄ））とを有する方法である。
【００２１】
ここで、例えばチューブ型燃料電池用膜電極複合体の製造方法に提案されている押出法等では、内側集電体の外側に、各層を形成する必要があり、例えば固体電解質膜の両面に触媒電極層を形成することが難しい、という問題があった。一方、本実施態様によれば、別々に形成された線状内側集電体と、２枚の固体電解質膜積層基板と、外側集電体とを組み合わせることにより、燃料電池用膜電極複合体を形成することから、例えば固体電解質膜の両面に触媒電極層を簡易な工程により形成すること等ができ、簡便に燃料電池用膜電極複合体を製造することができるのである。
【００２２】
また、本実施態様によれば、上記線状内側集電体を大量に、２枚の上記固体電解質膜積層基板によって挟み込むことができ、一回の製造により大面積の燃料電池用膜電極複合体を形成することができる。したがって、効率よく燃料電池用膜電極複合体を製造することができる、という利点も有する。以下、本実施態様における燃料電池用膜電極複合体の製造方法について、各構成ごとに詳しく説明する。
【００２３】
（１）固体電解質膜積層基板形成工程
まず、本実施態様における固体電解質膜積層基板形成工程について説明する。本実施態様における固体電解質膜積層基板形成工程は、固体電解質膜の両面に触媒電極層を形成して固体電解質膜積層基板を形成する工程である。
【００２４】
本実施態様においては、上記固体電解質膜の両面に触媒電極層を形成可能な方法であれば、その触媒電極層の形成方法等は特に限定されるものではなく、通常の平面構造の燃料電池用膜電極複合体における触媒電極層の形成の際に用いられる方法と同様とすることができる。例えば、基材上に触媒電極層を形成するための触媒電極層形成用塗工液を塗布した後固化させて、触媒電極層を形成し、それを別途に形成された固体電解質膜上に転写する方法や、固体電解質膜上に上記触媒電極層形成用塗工液をスプレー法等により塗布し、固化させて触媒電極層を形成する方法等が挙げられる。このような触媒電極層の形成に用いられる材料としては、例えばパーフルオロスルホン酸系ポリマー（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）等のプロトン伝導材、カーボンブラックやカーボンナノチューブ等の導電性材料、および上記導電性材料に担持された白金等の触媒を含むものとされる。
【００２５】
また、本実施態様に用いられる固体電解質膜としては、平板状のものであってもよく、また例えば図２に示すように、後述する線状内側集電体の外周の形状に合わせて、凹凸が形成されたものであってもよい。
【００２６】
このような固体電解質膜としては、プロトン伝導性に優れかつ電流を流さない材料からなるものであれば特に限定されるものではない。このような固体電解質膜を形成する電解質材料としては、ナフィオン（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）などに代表されるようなフッ素系樹脂、アミド系樹脂に代表されるような炭化水素系樹脂等有機系のもの、または、ケイ素酸化物を主成分とするものなどの無機系のもの等を挙げることができ、中でも無機系のもの、特にケイ素酸化物を主成分とするものが好ましい。
【００２７】
上記無機系の電解質材料を用いた固体電解質膜としては、多孔質ガラスを所定の形状に成形し、そのナノ細孔内の表面を改質して、プロトン導電性を付与した固体電解質膜や、所定の形状のリン酸ガラスを応用したもの等を挙げることができる。上記多孔質ガラスを用いたものとしては、例えば多孔質ガラスの細孔内表面のＯＨ基にメルカプトプロピルトリメトキシシランのシランカップリング剤を反応させ、その後にメルカプト基の−ＳＨを酸化することにより、プロトン伝導性を有するスルホン酸基を導入する方法（化学と工業  第５７巻  第１号(２００４年）ｐ４１〜ｐ４４）等を挙げることができる。また、リン酸ガラスを応用したものとしては、燃料電池  Ｖｏｌ．３  Ｎｏ．３  ２００４  ｐ６９〜ｐ７１に報告された例等を挙げることができる。
【００２８】
ここで、本工程においては、上記触媒電極層の膜厚が１μｍ〜５００μｍ程度、中でも５μｍ〜２０μｍ程度となるように各触媒電極層を形成することが好ましい。これにより、後述する線状内側導電体挟持工程やプレス工程等において、触媒電極層が固体電解質膜積層基板の変形等に耐えられるものとすることができるからである。
【００２９】
また、本実施態様において用いられる固体電解質の膜厚としては、通常、１μｍ〜５００μｍ程度、中でも１０μｍ〜１００μｍ程度とされることが好ましい。
【００３０】
（２）線状内側集電体挟持工程
次に、本実施態様における線状内側集電体挟持工程について説明する。本実施態様における線状内側集電体形成工程は、ガス流路を有する複数の線状内側集電体を、所定の間隙をおいて配置し、２枚の上記固体電解質膜積層基板の間に挟みこむ工程である。
【００３１】
本工程においては、上記固体電解質膜積層基板形成工程により形成された２枚の固体電解質膜積層基板の間に、複数の線状内側集電体を所定の間隙をおいて配置した状態で挟みこむことが可能であれば、その方法は特に限定されるものではない。このような方法としては、例えば一方の電界質膜積層基板上に、線状内側集電体を所定の間隙をおいて配置し、もう一方の電解質膜積層基板をその上に配置する方法等が挙げられる。
【００３２】
ここで、上記所定の間隙とは、後述するプレス工程において、隣接する２つの線状内側集電体の間をプレスすることが可能な程度の間隙をいうこととする。このような間隙としては、通常、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、中でも１ｍｍ〜３ｍｍ程度とされることが好ましい。本実施態様においては特に、複数の線状内側集電体が平行に配置されることが好ましい。これにより、２枚の固体電解質膜の間に、より多くの線状内側集電体を挟みこむことが可能となるからである。また、この際、複数の線状内側集電体が等間隔に配置されることが好ましい。これにより、後述するプレス工程に用いられるプレス装置の設計等が容易なものとすることができるからである。
【００３３】
ここで、本工程に用いられる線状内側集電体としては、ガス流路を有しており、導電性が高いものであればよく、通常、円柱形状を有するものとされる。このような線状内側集電体を形成する材料は耐腐食性が高い材料が好ましく、例えば、チタン、ステンレス鋼、白金、金、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ、またはＴｉＣ、ＴｉＳｉ２、ＴｉＢ２等のチタン系合金などの金属等、またはカーボンなどを用いることができる。
【００３４】
また、本実施態様において用いられる線状内側集電体の断面形状は、円形状に限定されるものではないが、円形状または楕円形状のような、丸みを帯びた形状のものが好ましい。また、本実施態様においては、線状内側集電体が、ガス流路を形成できる外周面を有しているものが好ましい。これにより、線状内側集電体の中心部を空洞にして反応ガス用の流路を設ける必要がないため、中実の円柱形状を有するものを用いることができるからである。なお、本実施態様においては、例えば線状内側集電体の形成に用いられる材料の量の低減、内側集電体の軽量化、または水や空気などの冷却媒体等の流体を通流させる等の目的のため、中心部に空洞を有する中空の円柱形状を有する内側集電体を用いてもよい。また、例えば線状内側集電体の形成に高価な材料が用いられる場合は、材料コストの削減の目的で、円柱形状の中心部を外周面とは異なる材料から形成してもよい。
【００３５】
このような線状内側集電体の外径は、通常、１００μｍ〜１０００μｍの範囲内、中でも５００μｍ〜１０００μｍの範囲内とされる。なお、上記線状内側集電体の軸方向の長さは、固体電解質膜積層基板の大きさや、燃料電池が設置される空間の寸法等により適宜調整される。
【００３６】
また、上述したような円柱形状の導電性材料の外周面上にガス流路を形成する方法は特に限定されるものではない。例えば、導電性材料を円柱形状に形成する際、または形成後に、ダイヤモンド等の硬い材料からなる型を円柱形状の導電性材料の表面に食い込むように配置して、両者の位置を相対的に移動させることによって流路用の溝を円柱形状の導電性材料の外周面上に形成することができる。また、硬い材料からなる型を導電性材料の外周面上に食い込ませることによってガス流路用の溝を形成してもよい。さらに、円柱形状の導電性材料を切削等することにより所望の形状を有するガス流路用の溝を形成してもよい。本実施態様においては、特に円柱形状の導電性材料の表面に型を食い込ませる方法により溝が形成されたものであることが好ましい。この方法によれば、切削屑などの発生がないため、切削屑などを除去する作業も必要なく、形成された溝が切削屑などにより閉塞される等の不具合を防止することができるからである。
【００３７】
（３）プレス工程
次に、本実施態様におけるプレス工程について説明する。本実施態様におけるプレス工程は、隣接する２つの上記線状内側集電体の間に位置する２枚の上記固体電解質膜積層基板をプレスする工程である。すなわち、本工程により、上記線状内側集電体が配置されていない、隣接する２つの線状内側集電体の間にある隙間部分がプレスされることとなる。本工程において上記部分をプレスすることにより、固体電解質膜積層基板における触媒電極層と、上記線状内側集電体との密着性を良好なものとすることができ、発電効率の良好な燃料電池用膜電極複合体とすることができるのである。
【００３８】
このようなプレス方法としては、上記線状内側集電体と固体電界質膜積層基板とを密着させることが可能な方法であれば特に限定されるものではない。例えば熱圧着等により、２枚の固体電解質膜積層基板どうしを密着させる方法であってもよく、また例えばナイロンやＰＥＴ等の樹脂部材を用いたプラスチックパンチ等、樹脂部材により２枚の固体電解質膜積層基板の間を連結する方法等であってもよい。また例えば２枚の上記固体電解質膜積層基板の外側から樹脂部材等により挟みこむ方法等であってもよい。なお、このプレスは、片側の固体電解質膜積層基板側からのみ行うものであってもよく、また両側から行うものであってもよい。
【００３９】
（４）外側集電体形成工程
次に、外側集電体形成工程について説明する。本実施態様における外側集電体形成工程は、上記各固体電解質膜積層基板の外側に外側集電体を形成する工程であり、上記固体電解質膜積層基板の外側に、外側集電体を形成可能な方法であれば特に限定されるものではない。このような方法としては、外側集電体の形状や種類等に合わせて適宜選択される。例えばバネ形状の外側集電体により、２枚の固体電解質膜積層基板を挟み込む方法等であってもよく、また上記固体電解質膜積層基板の形状に合わせて成型された通気孔を有する外側集電体を、それぞれの固体電解質膜積層基板の外側に貼りつける方法等であってもよい。また、例えば網状の外側集電体や、ワイヤー状の外側集電体を上記固体電解質膜積層基板の外側に貼り付ける方法等であってもよい。
【００４０】
本工程により用いられる外側集電体は、導電性が高く、固体膜電極複合体の内側方向にガスを透過させることが可能なものであれば、特に限定されるものではない。このような外側集電体を形成する材料としては、例えば、カーボンまたは、ステンレス鋼、チタン、白金、金、ＴｉＣ、ＴｉＳｉ２、ＳｉＯ２，Ｂ２Ｏ３，Ｎｄ２Ｏ，ＴｉＢ２等の金属等を挙げることができる。
【００４１】
（５）その他
本実施態様の燃料電池用膜電極複合体の製造方法においては、上述した各工程以外に、例えば上記燃料電池用膜電極複合体を、各線状内側集電体を含むユニットごとに切断する切断工程等、適宜必要な工程を有していてもよい。なお、上記燃料電池用膜電極複合体を各ユニットごととした場合、切断された上記燃料電池用膜電極複合体は、チューブ型の燃料電池用膜電極複合体として用いることが可能となる。
【００４２】
２．第２実施態様
次に、本発明の燃料電池用膜電極複合体の製造方法の第２実施態様は、固体電解質膜の一方の面に第１触媒電極層を形成して第１触媒電極積層基板を形成する第１触媒電極積層基板形成工程と、ガス流路を有する線状内側集電体の外周面を覆うように第２触媒電極層を形成して線状内側集電積層体を形成する線状内側集電積層体形成工程と、複数の前記線状内側集電積層体を、所定の間隙をおいて配置し、前記固体電解質膜どうしが面するように配置した２枚の前記第１触媒電極積層基板の間に挟みこむ線状内側集電積層体挟持工程と、隣接する２つの前記線状内側集電積層体の間に位置する２枚の前記第１触媒電極積層基板をプレスするプレス工程と、前記各第１触媒電極積層基板の外側に外側集電体を形成する外側集電体形成工程とを有することを特徴とするものである。
【００４３】
本実施態様の燃料電池用膜電極複合体の製造方法について図３を用いて説明する。本実施態様における燃料電池用膜電極複合体の製造方法は、固体電解質膜１１の一方の面に第１触媒電極層１２を形成して第１触媒電極積層基板１３を形成する第１触媒電極積層基板形成工程（図３（ａ））と、ガス流路（例えば図３（ｂ）中、ａで示される部分）を有する線状内側集電体１４の外周面を覆うように第２触媒電極層１５を形成して線状内側集電積層体１６を形成する線状内側集電積層体形成工程（図３（ｂ））と、複数の上記線状内側集電積層体１６を所定の間隙をおいて配置し、固体電解質膜１１どうしが面するように配置された２枚の第１触媒電極積層基板１３の間に挟み込む線状内側集電積層体形成工程（図３（ｃ））と、隣接する２つの線状内側集電積層体１６の間の部分（図３（ｄ）中、ｂで示される部分）の第１触媒電極積層基板１３をプレスするプレス工程（図３（ｄ））と、上記第１触媒電極積層基板１３の外側に外側集電体１７を形成する外側集電体形成工程（図３（ｅ））とを有する方法である。
【００４４】
本実施態様によれば、別々に形成された線状内側集電積層体と、第１触媒電極積層基板と、外側集電体とを組み合わせることにより、燃料電池用膜電極複合体を形成することから、例えば固体電解質膜表面や線状内側集電体の表面に触媒電極層を簡易な工程により形成すること等ができ、簡便に燃料電池用膜電極複合体を製造することができるのである。
【００４５】
また、本実施態様によれば、上記線状内側集電積層体を大量に、２枚の上記第１触媒電極積層基板によって挟み込むことができ、一回の製造で大面積の燃料電池用膜電極複合体を形成することができる。したがって、効率よく燃料電池用膜電極複合体を製造することができる、という利点も有する。
以下、本実施態様における燃料電池用膜電極複合体の製造方法について、各構成ごとに詳しく説明する。
【００４６】
（１）第１触媒電極積層基板形成工程
まず、本実施態様における第１触媒電極積層基板形成工程について説明する。本実施態様における第１触媒電極積層基板形成工程は、固体電解質膜の一方の面に第１触媒電極層を形成して第１触媒電極層積層基板を形成する工程である。
【００４７】
本実施態様においては、上記固体電解質膜の一方の面に第１触媒電極層を形成可能な方法であれば、その方法は特に限定されるものではなく、通常の平面構造の燃料電池用膜電極複合体における触媒電極層の形成の際に用いられる方法と同様とすることができる。このような第１触媒電極層の形成方法や、形成材料としては、上記第１実施態様で説明したものと同様とすることができる。
【００４８】
また、本実施態様に用いられる固体電解質膜としては、平板状のものであってもよく、また例えば図２に示すように、後述する線状内側集電積層体の外周の形状に合わせて、凹凸が形成されたものであってもよい。このような固体電解質膜としては、上記第１実施態様で説明したものと同様とすることができるので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００４９】
なお、本工程においては、通常、上記第１触媒電極層の膜厚が１μｍ〜５００μｍ程度、中でも５μｍ〜２０μｍ程度となるように第１触媒電極層を形成することが好ましい。これにより、後述する線状内側集電積層体挟持工程やプレス工程等において、第１触媒電極層が第１触媒電極積層基板の変形等に耐えられるものとすることができるからである。
【００５０】
（２）線状内側集電積層体形成工程
次に、本実施態様における線状内側集電積層体形成工程について説明する。本工程は、ガス流路を有する線状内側集電体の外周面を覆うように第２触媒電極層を形成して線状内側集電積層体を形成する工程である。
【００５１】
本実施態様においては、上記第２触媒電極層を所定の膜厚で、上記線状内側集電体の外周面に形成可能なものであれば、その第２触媒電極層の形成方法は特に限定されるものではない。このような第２触媒電極層の形成方法として具体的には、線状内側集電体を、第２触媒電極層を形成するための第２触媒電極層形成用塗工液中に浸し、固化させて形成する方法や、押出法により形成する方法等が挙げられる。
【００５２】
なお、本工程に用いられる線状内側集電体や、上記第２触媒電極層の材料等としては、上述した第１実施態様で用いられる線状内側集電体や、触媒電極層の形成材料と同様とすることができるので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００５３】
（３）線状内側集電積層体挟持工程
次に、本実施態様における線状内側集電積層体挟持工程について説明する。本工程は、複数の上記線状内側集電積層体を、所定の間隙をおいて配置し、上記固体電解質膜どうしが面するように配置した２枚の上記第１触媒電極積層基板の間に挟みこむ工程である。
【００５４】
上記第１触媒電極積層基板形成工程により形成された２枚の第１触媒電極積層基板の間に、上記線状内側集電体積層体形成工程により形成された線状内側集電積層体を挟みこむ方法としては、例えば一方の第１触媒電極積層基板の固体電界質膜上に、線状内側集電積層体を所定の間隙をおいて配置し、その上にもう一方の第１触媒電極積層基板を、固体電解質膜が内側となるように配置する方法等が挙げられる。
【００５５】
ここで、上記所定の間隙とは、後述するプレス工程において、隣接する２つの線状内側集電積層体の間をプレスすることが可能な程度の間隙をいうこととする。このような間隙については、上述した第１実施態様の線状内側集電体挟持工程で説明したものと同様とすることができるので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００５６】
（４）プレス工程
次に、本実施態様におけるプレス工程について説明する。本実施態様におけるプレス工程は、隣接する２つの線状内側集電積層体の間に位置する２枚の上記第１触媒電極積層基板をプレスする工程であり、上記線状内側集電積層体が配置されていない部分、すなわち２つの線状内側集電積層体間にある隙間部分がプレスされる。
【００５７】
なお、本工程においては、上記線状内側集電積層体の第２触媒電極層と、第１触媒電極積層基板の固体電解質膜とが密着するようにプレスすることが可能な方法であれば、そのプレス方法は特に限定されるものではなく、上述した第１実施態様で説明したものと同様とすることができる。
【００５８】
（５）外側集電体形成工程
本実施態様における外側集電体形成工程は、上記各第１触媒電極積層基板の外側に外側集電体を形成する工程であり、外側集電体の形成方法としては、上記第１触媒電極積層基板の外側に、外側集電体を形成可能な方法であれば特に限定されるものではない。なお、外側集電体の形成方法等については、上述した第１実施態様で説明したものと同様とすることができるので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００５９】
（６）その他
本実施態様の燃料電池用膜電極複合体の製造方法においても、上述した各工程以外に、例えば上記燃料電池用膜電極複合体を、各線状内側集電体を含むユニットごとに切断する切断工程等、適宜必要な工程を有していてもよい。なお本実施態様においても、上記燃料電池用膜電極複合体を各ユニットごととした場合、切断された上記燃料電池用膜電極複合体は、チューブ型の燃料電池用膜電極複合体として用いることが可能となる。
【００６０】
Ｂ．燃料電池用膜電極複合体
次に、本発明の燃料電池用膜電極複合体について説明する。本発明の燃料電池用膜電極複合体は、その構成により２つの実施態様がある。以下、それぞれの実施態様ごとに詳しく説明する。
【００６１】
１．第１実施態様
本発明の燃料電池用膜電極複合体の第１実施態様は、所定の間隙をおいて配置された、ガス流路を有する複数の線状内側集電体が、固体電解質膜と、上記固体電解質膜の両面に形成された触媒電極層とを有する２枚の固体電解質膜積層基板の間に挟持されており、上記固体電解質膜積層基板の外側には、外側集電体が形成されていることを特徴とするものである。
【００６２】
本実施態様の燃料電池用膜電極複合体は、例えば図４（ａ）に示すように、所定の間隙をおいて配置され、ガス流路（例えば図４（ａ）中、ａで示される部分）を有する複数の線状内側集電体４が、固体電解質膜１と、その固体電解質膜１の両面に形成された触媒電極層２とを有する２枚の固体電解質積層基板３の間に挟持されているものであって、上記固体電解質積層基板３の外側には、外側集電体５が形成されているものである。ここで、上記所定の間隙とは、隣接する２つの線状内側集電体どうしが接触しない程度の間隙をいうこととする。このような間隙としては、通常、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、中でも１ｍｍ〜３ｍｍ程度とされることが好ましい。本実施態様においては特に、複数の線状内側集電体が平行に配置されていることが好ましい。これにより、２枚の固体電解質膜の間に、より多くの線状内側集電体が挟みこまれたものとすることができるからである。また、この際、複数の線状内側集電体が等間隔に配置されていることが好ましい。これにより、簡易な装置により上記燃料電池用膜電極複合体が形成されたものとすることができるからである。
【００６３】
本実施態様によれば、別々に形成した上記線状内側集電体、２枚の固体電解質膜積層基板、および外側集電体を組み合わせることによって、簡便な工程で効率よく製造されたものとすることができる。したがって、大量生産が可能な燃料電池用膜電極複合体とすることができる。
【００６４】
ここで、本実施態様の燃料電池用膜電極複合体においては、例えば図４（ｂ）に示すように、上記線状内側集電体のガス流路に、水素ガスまたは酸化剤ガスのうちいずれか一方を流し、上記外側集電体側から、水素ガスまたは酸化剤ガスのうち、他方を流して用いられる。本実施態様においては、特に、外側集電体側から、酸素を含むガスを流して用いられるものであることが好ましい。これにより、大気中の空気を酸化剤ガスとして用いることができ、上記燃料電池用膜電極複合体の外側に別途、ガス供給手段を設ける必要がないものとすることができるからである。
【００６５】
なお、本実施態様における燃料電池用膜電極複合体を構成する各部材については、上述した「Ａ．燃料電池用膜電極複合体の製造方法」の第１実施態様で説明したものと同様とすることができるので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００６６】
２．第２実施態様
次に、本発明の燃料電池用膜電極複合体の第２実施態様について説明する。本実施態様における燃料電池用膜電極複合体は、ガス流路を有する線状内側集電体と前記線状内側集電体の外周面に形成された第２触媒電極層とを有し、所定の間隙をおいて配置されている複数の線状内側集電積層体が、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一方の面に形成された第１触媒電極層とを有する２枚の第１触媒電極積層基板の間に前記各固体電解質膜と前記第２触媒電極層とが接するように挟持されており、前記第一触媒電極積層基板の外側には、外側集電体が形成されていることを特徴とするものである。
【００６７】
本実施態様の燃料電池用膜電極複合体は、例えば図５に示すように、ガス流路（例えば図５において、ａで示される部分）を有する線状内側集電体１４と、その線状内側集電体の外側に形成された第２触媒電極層１５とを有する線状内側集電積層体１６が所定の間隙をおいて配置されているものであって、この線状内側集電積層体１６が固体電解質膜１１と、上記固体電解質膜１１の一方の面に形成された第１触媒電極層１２とを有する２枚の第１触媒電極積層基板１３の間に、上記線状内側集電積層体１６と各固体電解質膜１１とが接するような状態で挟持されており、さらに上記第１触媒電極積層基板１３の外側には、外側電極層１７が形成されているものである。ここで、上記所定の間隙とは、隣接する２つの線状内側集電積層体どうしが接触しない程度の間隙をいうこととする。
【００６８】
本実施態様によれば、別々に形成した線状内側集電積層体、上記第１触媒電極積層基板、および外側集電体を組み合わせることによって、簡便な工程で効率よく製造されたものとすることができる。したがって、大量生産が可能な燃料電池用膜電極複合体とすることができる。
【００６９】
ここで、本実施態様においても、上記線状内側集電体のガス流路に、水素ガスまたは酸化剤ガスのうちいずれか一方を流し、上記外側集電体側から、水素ガスまたは酸化剤ガスのうち、他方を流して用いられ、特に、外側集電体側から、酸素を含むガスを流して用いられるものであることが好ましい。
【００７０】
なお、本実施態様における燃料電池用膜電極複合体を構成する各部材については、上述した「Ａ．燃料電池用膜電極複合体の製造方法」の第２実施態様で説明したものと同様とすることができるので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００７１】
また、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の燃料電池用膜電極複合体の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】本発明の燃料電池用膜電極複合体の製造方法に用いられる固体電解質膜の一例を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の燃料電池用膜電極複合体の製造方法の他の例を示す工程図である。
【図４】本発明の燃料電池用膜電極複合体の一例を説明する説明図である。
【図５】本発明の燃料電池用膜電極複合体の他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１、１１  …  固体電解質膜
２  …  触媒電極層
３  …  固体電解質膜積層基板
４、１４…  線状内側集電体
５、１７  …  外側集電体
１２…  第１触媒電極層
１３…  第１触媒電極積層基板
１５…  第２触媒電極層
１６…  線状内側集電積層体
【図１】
2007165044.tif 000003
【図２】
2007165044.tif 000004
【図３】
2007165044.tif 000005
【図４】
2007165044.tif 000006
【図５】
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