(57)【要約】【課題】燃料電池において、製造情報を簡易に形成してトレーサビリティを確保する。【解決手段】膜電極接合体（ＭＥＡ）１０にアノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層を接合する。アノード側ガス拡散層１２あるいはカソード側ガス拡散層の少なくともいずれかの周縁部１４に、接合剤パターン１６を形成して製造情報を表現する。燃料電池を市場から回収した際に、この接合剤パターン１６を読み取ることで製造情報を得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の一方側に接合剤で接合されるアノード側ガス拡散層と、
前記膜電極接合体の他方側に接合剤で接合されるカソード側ガス拡散層と、
前記アノード側ガス拡散層あるいは前記カソード側ガス拡散層の少なくともいずれかの前記膜電極接合体との接合部位に、製造情報を示す接合剤パターンが形成される
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、
前記接合剤パターンは、反射率変化パターンであることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池において、
前記接合剤パターンは、凹凸パターンであることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池において、
前記接合剤パターンは、バーコード状に形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池において、
前記接合剤パターンは、ＱＲコード状に形成されることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関し、特に燃料電池の膜電極ガス拡散層接合体の識別に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、固体高分子膜からなる電解質膜を燃料極と空気極との２枚の電極で挟んだ膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を、さらに２枚のセパレータで挟持してなるセルを最小単位とし、このセルを複数積み重ねて燃料電池スタックとして高出力を得ている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池の発電の仕組みは周知であるが、簡単に説明すると、燃料極（アノード側電極）に燃料ガスとして例えば水素ガスが、空気極（カソード側電極）に酸化剤ガスとして例えば空気が供給される。水素ガスは、燃料ガス流路を通ってアノード側電極に供給され、電極の触媒の作用により電子と水素イオンに分解される。電子は外部回路を通ってカソード側電極に移動する。一方、水素イオンは電解質膜を通過してカソード電極に達し、酸素および外部回路を通ってきた電子と結合し、反応水になる。水素と酸素及び電子の結合反応により発生する熱は、冷却水によって回収される。カソード電極側に生成した水（以下「生成水」という）は、カソード側から排出される。
【０００４】
上述した燃料電池のアノード電極及びカソード電極は、それぞれ触媒層からなり、この触媒層にはそれぞれ燃料ガス、酸化剤ガスを拡散するためのガス拡散層が積層されている。
【０００５】
ところで、上述の反応により生じた生成水の排出がカソード側で滞った場合、カソード電極に閉塞現象（フラッディング）が生じる場合がある。
【０００６】
そこで、ガス拡散層を、炭素繊維からなる層と撥水層から構成し、撥水層により生成水の排水を促進している。膜電極接合体（ＭＥＡ）とガス拡散層とが一体となった構成を、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）と称することもある。
【０００７】
下記の特許文献１には、ＭＥＡの組立時にアノードとカソードの誤組み合わせの危険をなくすことを目的として、 各触媒層及び各ガス拡散層の少なくとも一つにマーキングを施してアノードとカソードの識別を可能とすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３３１８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
燃料電池の量産化に際しては、ＭＥＧＡを出荷後に、それがどこでいつ製造されたものであるかを容易に追跡することができるトレーサビリティが要望される。
【００１０】
上記の従来技術では、アノードとカソードの識別を可能とすることができるが、製造情報等の比較的複雑な情報を持たせることができない問題がある。
【００１１】
一方、ＭＥＧＡに新たにトレーサビリティ用の専用エリアを設けることも考えられるが、余分なエリアを確保する分だけＭＥＧＡのサイズが増大してしまうとともに、余分な工程が必要となりスループットが低下してしまう。
【００１２】
本発明の目的は、新たな専用エリアを設けることなく、かつ、余分な工程を付加することなく、ＭＥＧＡにトレーサビリティを付加することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、燃料電池であって、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一方側に接合剤で接合されるアノード側ガス拡散層と、前記膜電極接合体の他方側に接合剤で接合されるカソード側ガス拡散層と、前記アノード側ガス拡散層あるいは前記カソード側ガス拡散層の少なくともいずれかの前記膜電極接合体との接合部位に、製造情報を示す接合剤パターンが形成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の１つの実施形態では、前記接合剤パターンは、反射率変化パターンである。
【００１５】
また、本発明の他の実施形態では、前記接合剤パターンは、凹凸パターンである。
【００１６】
また、本発明の他の実施形態では、前記接合剤パターンは、バーコード状に形成される。
【００１７】
また、本発明の他の実施形態では、前記接合剤パターンは、ＱＲコード状に形成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、新たに専用のスペースを設けることなく、かつ、既存の工程において燃料電池に製造情報を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態のＭＥＧＡの平面図である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
本実施形態における燃料電池セルは、固体高分子膜からなる電解質膜を燃料極と空気極との２枚の電極で挟んだ膜電極接合体（ＭＥＡ）と、アノード側ガス拡散層と、カソード側ガス拡散層と、アノード側ガス拡散層に接して形成されるアノード側ガス流路と、カソード側ガス拡散層に接して形成されるカソード側ガス流路と、一対のセパレータで構成される。ＭＥＡとアノード側ガス拡散層及びカソード側ガス拡散層はそれぞれ接続され、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）を構成する。
【００２２】
膜電極接合体３を構成する電解質膜１は、たとえば、スルホン酸基やカルボニル基を持つフッ素系イオン交換膜、置換フェニレンオキサイドやスルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリアリールエーテルスルホン、スルホン化フェニレンスルファイドなどの非フッ素系のポリマーなどから形成される。
【００２３】
また、触媒層は、触媒が担持された導電性担体（粒子状のカーボン担体など）と、電解質と、分散溶媒（有機溶媒）とを混合して触媒溶液（触媒インク）を生成し、これを電解質膜の基材にたとえば塗工ブレードにて層状に引き伸ばして塗膜を形成し、温風乾燥炉等で乾燥することで触媒層が形成される。ここで、触媒溶液を形成する電解質は、プロトン伝導性ポリマーである。
【００２４】
ガス拡散層は、拡散層基材と集電層からなり、拡散層基材としては、電気抵抗が低く、集電を行えるものであれば特に限定されるものではないが、たとえば、導電性無機物質を主とするものを挙げることができ、この導電性無機物質としては、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛等の炭素材やこれらのナノカーボン材料、ステンレススチール、モリブデン、チタン等を挙げることができる。また、拡散層基材の導電性無機物質の形態は特に限定されるものではなく、たとえば繊維状あるいは粒子状で用いられるが、ガス透過性の点から無機導電性繊維であって、特に炭素繊維が好ましい。無機導電性繊維を用いた拡散層基材としては、織布あるいは不織布いずれの構造のものも使用することができ、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを挙げることができる。織布としては、紋織、平織など、特に限定されるものではなく、不織布としては、抄紙法、ウォータージェットパンチ法によるものなどが挙げられる。さらに、この炭素繊維としては、フェノール系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などを挙げることができる。さらに、集電層はアノード側、カソード側の触媒層から電子を集める電極の役割を果たすとともに、触媒層にて生成された生成水を排水するための撥水作用を有するものであり、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、金、銀、銅及びこれらの化合物または合金、導電性炭素材料などから形成できる。
【００２５】
図１に、本実施形態におけるＭＥＧＡの平面図を示す。ＭＥＡ１０の一方の側にアノード側ガス拡散層１２を接合し、ＭＥＡ１０の他方側（紙面における裏面側）にカソード側ガス拡散層が接続される。
【００２６】
ＭＥＡ１０とアノード側ガス拡散層１２は、アノード側ガス拡散層１２の周縁部１４に接着剤やナフィオン等の接着性ある物質（以下、これらを総称して「接合剤」という）を塗布形成し、アノード側ガス拡散層１２の周縁部においてＭＥＡ１０と接着することで接合される。ＭＥＡ１０とカソード側ガス拡散層との接合についても同様である。
【００２７】
また、図示していないが、ＭＥＡ１０に供給される燃料ガスや酸化剤ガス、さらにはセルの昇温を抑止するための冷却水などの流体をシールするためのガスケットがＭＥＧＡの周縁に形成される。このガスケットは燃料電池セルごとに形成されており、ＭＥＧＡの周縁にガスケットを有した燃料電池セルを所定の基数だけ積層した後にスタッキングが行われる。ガスケット成形は一般に、射出成形や圧縮成形にて行われる。たとえば圧縮成形の場合を取り上げると、成形型のキャビティ内にセパレータを収容し、次いでガス流路となるアノード側もしくはカソード側の一方の金属多孔体を収容し、次いでＭＥＧＡを収容し、次いでアノード側もしくはカソード側の他方の金属多孔体を収容した姿勢で、成形型内に比較的硬質な樹脂を注入し、成形型内を高温雰囲気としながら圧縮することにより、ＭＥＧＡの周縁に樹脂製のガスケットが成形される。
【００２８】
ここで、従来のＭＥＧＡにおいては、アノード側ガス拡散層１２の周縁部に一様にナフィオン等の接合剤を塗布形成してＭＥＡ１０と接合しているが、本実施形態では、アノード側ガス拡散層１２の周縁部に一様に接合剤を塗布形成するのではなく、パターン化して塗布形成する。すなわち、ＭＥＧＡの製造者、製造場所、製造年月日、製造ロット番号等の製造情報をコード化し、このコードに従って接合剤の塗布形成パターンを作成し、アノード側ガス拡散層１２の周縁部に塗布形成する。所定のパターンに接合剤を形成するためには、例えば接合剤を塗工ノズルから射出させる際の射出制御信号を製造情報で変調する。
【００２９】
なお、製造情報を表現する塗布形成パターンは、アノード側ガス拡散層１２の周縁部１４の全てにおいて形成する必要はなく、周縁部１４のうちの少なくとも一部において形成すれば足りる。例えば、図１において、周縁部１４のうち、図中Ａで示す左下の部分においてのみコード化された塗布形成パターンで接合剤を塗布形成し、それ以外の領域では一様に接合剤を塗布形成することができる。
【００３０】
図２に、図１の一部拡大図（図１におけるＡ部）を示す。ＭＥＡ１０とアノード側ガス拡散層１２とを接合する際に、アノード側ガス拡散層１２の周縁部１４の一部に、バーコード状にコード化されたパターン１６で接合剤が塗布形成される。バーコード状にコード化されたパターン１６は、製造情報を表現するとともに、ＭＥＡ１０とアノード側ガス拡散層１２との接合剤としても機能する。
【００３１】
このように、ＭＥＡ１０とアノード側ガス拡散層１２の接合部位として機能するアノード側ガス拡散層１２の周縁部１４の少なくとも一部に、接着剤でパターン１６を形成することで、製造情報用の専用エリアを確保することなく、かつ、新たな工程を付加することなく、ＭＥＧＡにトレーサビリティを付与することができる。すなわち、ＭＥＧＡを製造する際には、ＭＥＡとアノード側ガス拡散層１２とを接合する必要があり、アノード側ガス拡散層１２の周縁部にナフィオンを含浸させる等接着剤を塗布形成する工程が必要であるが、この塗布工程においてコード化されたパターン１６を形成することができるので、新たな工程は不要となる。
【００３２】
本実施形態の方法によりＭＥＧＡが製造され出荷された後に市場から回収された場合、ＭＥＧＡの特定部位（予め特定しておくことが望ましい）に形成されたパターン１６を読み取ることで当該ＭＥＧＡの製造情報あるいは製造履歴を容易に把握することができる。読み取り装置としては、光学的にパターン１６を読み取ることができる任意の装置を用いることができ、公知のバーコードリーダを援用することもできるので汎用性が高い。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００３４】
例えば、本実施形態では接合剤としてナフィオンを例示したが、これに限定されるものではなく、その他の材料を用いることができる。但し、用いる材料は、
（１）ガス拡散層に含浸できること
（２）ＭＥＡとの接着性を有すること
（３）ガス拡散層と色が異なること
（４）触媒層を汚染しないこと
の条件を満足することが望ましい。
【００３５】
また、本実施形態では、接合剤をバーコード状のパターン１６として塗布形成し、その反射率を変化させることで製造情報をコード化しているが、凹凸によりパターンを形成することもできる。
【００３６】
また、本実施形態では、接合剤をバーコード状のパターン１６として塗布形成しているが、接合剤を二次元バーコード、すなわちＱＲコード状のパターンとして塗布形成することもできる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、アノード側ガス拡散層１２の周縁部１４の一部にパターン１６を形成しているが、カソード側ガス拡散層の周縁部の一部にパターン１６を形成してもよい。また、アノード側ガス拡散層１２の周縁部１４とカソード側ガス拡散層の周縁部の両方にパターン１６を形成してもよい。要するに、アノード側ガス拡散層とカソード側ガス拡散層の少なくともいずれかの周縁部にパターン１６を形成すればよい。アノード側ガス拡散層１２とカソード側ガス拡散層の周縁部にともにパターン１６を形成する場合、同一製造情報を重複して形成してもよく、互いに異なる製造情報を形成してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ＭＥＡ、１２  アノード側ガス拡散層、１４  周縁部、１６  パターン（コード化されたパターン）。
【図１】
2012169167.tif 000003
【図２】
2012169167.tif 000004