(57)【要約】【課題】アイオノマーを含む電極を備える燃料電池において、出荷後の冷間出力を安定して確保する。【解決手段】アイオノマーを含む電極を備える燃料電池を準備する準備工程（ステップＳ１００）と、準備された燃料電池に対して、アイオノマーの膨潤率を飽和させる前処理を施す前処理工程（ステップＳ１１０）と、前処理が施された燃料電池に対して、アイオノマーの膨潤率に関連するパラメータ値の検査を行う検査工程（ステップＳ１２０〜Ｓ１５０）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイオノマーを含む電極を備える燃料電池の製造方法であって、
前記燃料電池を準備する準備工程と、
準備された前記燃料電池に対して、前記アイオノマーの膨潤率を飽和させる前処理を施す前処理工程と、
前記前処理が施された前記燃料電池に対して、前記アイオノマーの膨潤率に関連するパラメータ値の検査を行う検査工程と、
を備える製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイオノマーを含む電極を備える燃料電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、電解質膜として固体高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池がある。そして、固体高分子型燃料電池において、電極は、電解質膜の表面に、触媒を担持したカーボン粒子とアイオノマーとを含む触媒インクを塗布して乾燥させることによって形成される。あるいは、固体高分子型燃料電池において、電極は、基材シート上に触媒インクを塗布して乾燥させることによって作製された電極層を、電解質膜の表面に熱圧着することによって形成される。この電極の作製時には、電極に含まれるアイオノマーの結晶度を高めるために、電極に対して熱処理が施される場合もある（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６１８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池では、発電によって水（生成水）が生成される。そして、燃料電池の電極に含まれるアイオノマーは、この生成水を吸水して膨潤する。そして、アイオノマーが膨潤すると、燃料電池の冷間出力（冷間運転時の出力）が低下する。また、アイオノマーの膨潤率、すなわち、アイオノマーに含むことができる水分の体積比率には、燃料電池ごとにバラツキがあるため、燃料電池の冷間出力にもバラツキが生じる。つまり、従来、アイオノマーを含む電極を備える燃料電池では、冷間出力を安定して確保することができなかった。これは、電極の作製時に、電極に対して熱処理が施されている場合（上記特許文献１参照）であっても同様である。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、アイオノマーを含む電極を備える燃料電池において、出荷後の冷間出力を安定して確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
アイオノマーを含む電極を備える燃料電池の製造方法であって、
前記燃料電池を準備する準備工程と、
準備された前記燃料電池に対して、前記アイオノマーの膨潤率を飽和させる前処理を施す前処理工程と、
前記前処理が施された前記燃料電池に対して、前記アイオノマーの膨潤率に関連するパラメータ値の検査を行う検査工程と、
を備える製造方法。
【０００８】
適用例１の燃料電池の製造方法では、燃料電池の出荷前に、燃料電池の電極に含まれるアイオノマーの膨潤率を飽和させて、アイオノマーの膨潤率を管理する。したがって、出荷後の燃料電池の冷間出力の低下やバラツキを抑制し、冷間出力を安定して確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池の製造工程を示す説明図である。
【図２】本発明の第２実施例としての燃料電池の製造工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池の製造工程を示す説明図である。なお、本実施例における燃料電池は、電解質膜として固体高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池である。そして、この燃料電池の電極は、触媒を担持したカーボン粒子とアイオノマーとを含んでいる。このアイオノマーは、発電によって生成された生成水を吸水して膨潤する。そして、このアイオノマーが膨潤すると、アイオノマーの結合状態が変化し、アイオノマーの膨潤率は、最終的には飽和する。ここで、アイオノマーの膨潤率とは、アイオノマーに含むことができる水分の体積比率である。アイオノマーの膨潤率が飽和した後は、アイオノマーが乾燥しても、アイオノマーの結合状態は変化せず、アイオノマーの膨潤率は飽和したまま安定する。
【００１１】
燃料電池の製造工程では、まず、燃料電池を準備し（ステップＳ１００）、準備された燃料電池に対して、冷間連続運転を行う（ステップＳ１１０）。本実施例では、冷間連続運転として、掃引する電流の電流密度を１．５（Ａ／ｃｍ2）とし、燃料電池の温度を３５（℃）に維持して、２０時間、連続運転するものとした。この冷間連続運転によって、燃料電池の電極に含まれるアイオノマーは、発電によって生成された生成水を吸水して膨潤し、アイオノマーの膨潤率は飽和する。そして、この冷間連続運転の間に、燃料電池のセル電圧Ｖは、燃料電池の電極に含まれるアイオノマーの膨潤に起因して、ステップＳ１１０の枠内に示したように、時間の経過とともに、すなわち、アイオノマーの膨潤率の上昇とともに低下する。燃料電池に対して冷間連続運転を行う工程は、［課題を解決するための手段］における前処理工程に相当する。なお、この前処理は、燃料電池の電極に含まれるアイオノマーの膨潤率を飽和させることができる条件で施されればよい。したがって、冷間連続運転（前処理）として、他の条件で、例えば、掃引する電流の電流密度を０．０６（Ａ／ｃｍ2）とし、燃料電池の温度を３５（℃）と６５（℃）との間で周期的に変化させて、２０時間、サイクル運転するものとしてもよい。
【００１２】
次に、冷間連続運転終了時、すなわち、燃料電池の電極に含まれるアイオノマーの膨潤率を飽和させた後に、冷間連続運転開始からのセル電圧Ｖの低下量ΔＶを求める（ステップＳ１２０）。そして、このセル電圧Ｖの低下量ΔＶが、クライテリアとして設定された基準低下量ΔＶｃｒ以下であるか否か判定する（ステップＳ１３０）。この基準低下量ΔＶｃｒは、燃料電池の仕様に基づいて、任意に設定される。セル電圧Ｖの低下量ΔＶが基準低下量ΔＶｃｒよりも大きい場合には（ステップＳ１３０：ＮＯ）、規格外品として、その燃料電池を出荷対象から除外する。
【００１３】
一方、セル電圧Ｖの低下量ΔＶが基準低下量ΔＶｃｒ以下である場合には（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、燃料電池の温度を、気温と同じ温度（例えば、２５（℃））に冷却し、掃引する電流の電流密度を１．５（Ａ／ｃｍ2）として、冷間始動時のセル電圧Ｖを求める（ステップＳ１４０）。そして、この冷間始動時のセル電圧Ｖが、クライテリアとして設定された基準電圧Ｖｃｒ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５０）。この基準電圧Ｖｃｒは、燃料電池の仕様に基づいて、任意に可能される。冷間始動時のセル電圧Ｖが基準電圧Ｖｃｒよりも小さい場合には（ステップＳ１５０：ＮＯ）、規格外品として、その燃料電池を出荷対象から除外する。
【００１４】
一方、冷間始動時のセル電圧Ｖが基準電圧Ｖｃｒ以上である場合には（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、規格品として、その燃料電池を出荷対象とする。これらの工程（ステップＳ１２０〜Ｓ１５０）は、［課題を解決するための手段］における検査工程に相当する。また、冷間連続運転（前処理）によるセル電圧Ｖの低下量ΔＶ（ステップＳ１２０）、および、冷間連続運転（前処理）後の冷間始動時のセル電圧Ｖ（ステップＳ１４０）は、［課題を解決するための手段］におけるアイオノマーの膨潤率に関連するパラメータ値に相当する。
【００１５】
以上説明した第１実施例の燃料電池セルの製造工程では、燃料電池の出荷前に、燃料電池セルの電極に含まれるアイオノマーの膨潤率を飽和させて、アイオノマーの膨潤率に関連するパラメータ値についての基準から外れた燃料電池を出荷対象から除外する。すなわち、アイオノマーの膨潤率を管理する。したがって、出荷後の燃料電池の冷間出力の低下やバラツキを抑制し、冷間出力を安定して確保することができる。
【００１６】
Ｂ．第２実施例：
図２は、本発明の第２実施例としての燃料電池の製造工程を示す説明図である。なお、本実施例における燃料電池は、第１実施例における燃料電池と同じである。
【００１７】
まず、燃料電池を準備し（ステップＳ２００）、準備された燃料電池に対して、冷間連続運転を行う（ステップＳ２１０）。この冷間連続運転の条件は、第１実施例の燃料電池の製造工程におけるステップＳ１１０と同じである。この冷間連続運転によって、燃料電池の電極に含まれるアイオノマーは、発電によって生成された生成水を吸水して膨潤する。そして、アイオノマーの膨潤率Ｓは、ステップＳ２１０の枠内に示したように、時間の経過とともに上昇し、飽和する。この工程は、［課題を解決するための手段］における前処理工程に相当する。
【００１８】
次に、冷間連続運転終了時、すなわち、燃料電池の電極に含まれるアイオノマーの膨潤率を飽和させた後に、燃料電池の電極に含まれるアイオノマーの膨潤率Ｓを求める（ステップＳ２２０）。詳しい説明は省略するが、燃料電池の電極に含まれるアイオノマーの膨潤率Ｓは、例えば、低濃度酸素下での限界電流を取得することによって求めることができる。燃料電池の電極に含まれるアイオノマーの膨潤率Ｓを、他の方法によって求めるようにしてもよい。そして、このアイオノマーの膨潤率Ｓが、クライテリアとして設定された基準膨潤率Ｓｃｒ以下であるか否か判定する（ステップＳ２３０）。アイオノマーの膨潤率Ｓが基準膨潤率Ｓｃｒよりも大きい場合には（ステップＳ２３０：ＮＯ）、規格外品として、その燃料電池を出荷対象から除外する。
【００１９】
一方、アイオノマーの膨潤率Ｓが基準膨潤率Ｓｃｒ以下である場合には（ステップＳ２３０：ＹＥＳ）、規格品として、その燃料電池を出荷対象とする。これらの工程（ステップＳ２２０，Ｓ２３０）は、［課題を解決するための手段］における検査工程に相当する。また、冷間連続運転（前処理）後のアイオノマーの膨潤率Ｓ（ステップＳ２１０）は、［課題を解決するための手段］におけるアイオノマーの膨潤率に関連するパラメータ値に相当する。
【００２０】
以上説明した第２実施例の燃料電池セルの製造工程では、第１実施例の燃料電池の製造工程と同様に、燃料電池の出荷前に、燃料電池セルの電極に含まれるアイオノマーの膨潤率を飽和させて、アイオノマーの膨潤率についての基準から外れた燃料電池を出荷対象から除外する。すなわち、アイオノマーの膨潤率を管理する。したがって、出荷後の燃料電池の冷間出力の低下やバラツキを抑制し、冷間出力を安定して確保することができる。
【図１】
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【図２】
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