(57)【要約】【課題】所望の界面以外の界面から剥離してしまうことを防止する膜電極接合体の製造方法を提供する。【解決手段】バックシート層１０、電解質膜層２０、触媒層３０、および拡散層４０の順に積層するとともに、前記電解質膜層２０と前記拡散層４０とを部分的に接着させた状態で積層接合し、前記積層接合後に、前記バックシート層１０を前記電解質膜層２０から剥離することで、バックシート層１０のみを剥離することを可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体の製造方法であって、
バックシート層、電解質膜層、触媒層、および拡散層の順に積層するとともに、前記電解質膜層と前記拡散層とを部分的に接着させた状態で積層接合し、
前記積層接合後に、前記バックシート層を前記電解質膜層から剥離すること、を特徴とする膜電極接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の膜電極接合体（ＭＥＡ）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の主要部は、電解質膜、触媒層、および拡散層を積層接合した膜電極接合体である。膜電極接合体の量産工程において、触媒層を形成した補助シート付きの電解質膜と拡散層とを接合する工程では、接合後に補助シートを剥離する。
【０００３】
膜電極接合体の製造に関連する技術としては、例えば、触媒層が前記電解質膜に転写された後、電解質膜及び触媒層転写シートを加熱しながら基材シート（補助シート）を剥離する剥離工程と、触媒層上にガス拡散層を接合する工程と、を有する膜電極接合体の製造方法が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−６０１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の膜電極接合体の製造方法では、電解質膜及び触媒層転写シートを加熱しながら補助シートを剥離した後に、拡散層を接合している。
【０００６】
しかしながら、補助シート付きの電解質膜に、片極の触媒層および拡散層を順に積層接合した後、補助シートを剥離しようとすると、触媒層と拡散層との界面から剥がれてしまう。すなわち、触媒層と拡散層との密着力が弱いため、膜電極接合体から補助シートのみを剥離することができない。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、所望の界面以外の界面から剥離してしまうことを防止する膜電極接合体の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る膜電極接合体の製造方法は、バックシート層、電解質膜層、触媒層、および拡散層の順に積層するとともに、前記電解質膜層と前記拡散層とを部分的に接着させた状態で積層接合し、前記積層接合後に、前記バックシート層を前記電解質膜層から剥離することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電解質膜と拡散層とが密着する領域により、電解質膜から拡散層までの密着力が高まるため、バックシート層を電解質膜層から剥離する際、電解質膜層から拡散層までの間のいずれかの界面で剥離することを抑制でき、バックシート層のみを剥離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態の積層体（膜電極接合体）の製造方法において、電解質膜層の下面視および側面視の模式図である。
【図２】触媒層−拡散層間、電解質膜層−拡散層間、および電解質膜−補助シート間の密着力の説明図である。
【図３】他の実施の形態において、電解質膜層の下面視および側面視の模式図である。
【図４】比較形態の積層体の積層工程において、電解質膜の下面視および側面視の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る積層体（膜電極接合体）１００の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態の積層体の積層工程において、電解質膜の下面視および側面視の模式図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態に係る積層体１００は、少なくとも４層以上の複数の層を備え、第１の層１０、第２の層２０、第３の層３０、および第４の層４０が順に積層接合される。本実施の形態に係る積層体１００としては、例えば、燃料電池の膜電極接合体（ＭＥＡ）が挙げられる。本実施の形態において、第１の層１０はバックシート層（補助シート）、第２の層２０は電解質膜層、第３の層３０は触媒層、および第４の層４０は拡散層に対応する。これらの複数の層１０，２０，３０，４０は順に積層接合され、接合後に第１の層（バックシート層）１０が第２の層（電解質膜層）２０から剥離される。
【００１４】
本実施の形態に係る積層体１００において、第３の層（触媒層）３０と第４の層（拡散層）４０との密着力は、第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）４０との密着力よりも小さい性質を有する（図２参照）。
【００１５】
図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、本実施の形態に係る積層体１００中の少なくとも一部は、第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）４０とが密着する領域２１を備える。具体的には、第２の層（電解質膜層）２０の下層に第３の層（触媒層）３０を積層する際、第３の層（触媒層）３０から第２の層（電解質膜層）２０の一部が露出するように、当該第３の層（触媒層）３０が積層される。第３の層（触媒層）３０の下層には第４の層（拡散層）４０が積層されるため（図１（Ｃ）参照）、第２の層（電解質膜層）２０の露出部分が、第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）４０とが密着する領域２１となる。
【００１６】
本実施の形態に係る積層体（膜電極接合体）１００の製造方法は、例えば、ロール・ツー・ロール装置１を用いて実施される。第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）４０とが密着する領域２１、即ち、第２の層（電解質膜層）２０の露出部分は、積層体１００の移送方向Ｆの先端部に形成されることが好ましい。
【００１７】
次に、図１、図２、および図４を参照して、本発明の実施の形態に係る積層体（膜電極接合体）１００の作用について説明する。図１（Ｃ）に示すように、本実施の形態に係る積層体１００の製造方法は、ロール・ツー・ロール装置１を用いて実施される。第２の層（電解質膜層）２０は、単独では１０μｍの極薄膜である。第２の層（電解質膜層）２０の納入時は、枚葉式・ロール式に関わらず、その上面に適度な密着性を有する第１の層（バックシート層）１０が重ね合わせられて補強されている。第２の層（電解質膜層）２０は皺が発生しやすいので、積層体１００の積層工程中におけるハンドリングにも、細心の注意が必要である。皺の発生原因としては、湿度伸縮による寸法変化やロール間張力による延伸などが挙げられる。
【００１８】
したがって、積層体１００の積層工程中においても第２の層（電解質膜層）２０に何らかの補強を施すことが好ましい。しかし、新たなバックシート層の装着はコスト増につながり、また密着性の問題が残る。そこで、元々第２の層（電解質膜層）２０の納入時に付属している第１の層（バックシート層）１０をそのまま用いて、第３の層（触媒層）３０および第４の層（片極の拡散層）４０の積層を行う。
【００１９】
すなわち、第１の層（バックシート層）１０付きの第２の層（電解質膜層）２０の下層には、第３の層（触媒層）３０が積層される。第２の層（電解質膜層）２０の下層に第３の層（触媒層）３０を積層する際、第３の層（触媒層）３０から第２の層（電解質膜層）２０の一部を露出させて形成する。第２の層（電解質膜層）２０の露出部分が、第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）４０とが密着する領域２１となる。
【００２０】
さらに、第３の層（触媒層）３０の下層には、第４の層（拡散層）４０が積層される。これら第１の層（バックシート層）１０、第２の層（電解質膜層）２０、第３の層（触媒層）３０、および第４の層（片極の拡散層）４０は、３対のプレスロール６１ａ，６１ｂ、６２ａ，６２ｂ、６３ａ，６３ｂを通過する間に押圧接合される。上記密着する領域２１において、第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）４０とが密着している。
【００２１】
そして、本実施の形態に係る積層体１００の積層工程では、第１の層（バックシート層）１０付きの第２の層（電解質膜層）２０に、第３の層（触媒層）３０、および第４の層（拡散層）４０を順に積層接合した後、第１の層（バックシート層）１０を剥離する。
【００２２】
ここで、図２は触媒層−拡散層間、電解質膜層−拡散層間、および電解質膜層−バックシート層間の密着力の説明図である。図２において、Ａは第２の層（電解質膜層）２０と第１の層（バックシート層）１０との密着力である。第１の層（バックシート層）１０のみを剥離するには、第２の層（電解質膜層）２０と第１の層（バックシート層）１０との密着力Ａよりも、他の層同士の密着力が大きいことを要する。第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）４０との密着力は、第２の層（電解質膜）２０と第１の層（バックシート層）１０との密着力Ａよりも大きい。
【００２３】
本実施の形態に係る積層体１００の製造方法によれば、第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）４０とが密着する領域２１により、第２の層（電解質膜層）２０から第４の層（拡散層）４０の密着力が高まる。さらに、当該密着する領域２１は、図１に示すように、積層体１００の移送方向Ｆの先端部に存在している。したがって、第１の層（バックシート層）１０を第２の層（電解質膜層）２０から剥離する際、第２の層（電解質膜層）２０から第４の層（片極の拡散層）４０の間で剥離するのを抑制でき、当該第１の層（バックシート層）１０のみを先端部から良好に剥離することができる。
【００２４】
次に、本実施の形態に係る積層体１００の作用効果を確認するため、比較形態ととして、第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（片極の拡散層）４０とが密着する領域を有しない積層体３００について説明する。図４は比較形態の積層体の積層工程において、電解質膜層の側面視および下面視の模式図である。
【００２５】
図４に示すように、比較形態の積層体３００は、第２の層（電解質膜層）２０の下面全体に第３の層（触媒層）３０が形成されている。したがって、比較形態の積層体３００は、第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）４０とが密着する領域を有しない。
【００２６】
第３の層（触媒層）３０と第４の層（片極の拡散層）４０との密着力は、第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（片極の拡散層）４０との密着力よりも小さい性質を有する（図２参照）。したがって、第１の層（バックシート層）１０付きの第２の層（電解質膜層）２０に、第３の層（触媒層）３０、第４の層（拡散層）４０を順に積層接合した後、第１の層（バックシート層）１０を剥離しようとすると、第３の層（触媒層）３０と第４の層（拡散層）４０との密着力が弱いため、当該第３の層（触媒層）３０と第４の層（拡散層）４０との界面から剥がれて、第１の層（バックシート層）１０のみを剥離することができない。
【００２７】
以上、説明したように、本実施の形態に係る積層体（膜電極接合体）１００の製造方法によれば、第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）４０とが密着する領域２１を備えることにより、第２の層（電解質膜層）２０から第４の層（拡散層）４０の密着力が高まる。したがって、第１の層（バックシート層）１０を第２の層（電解質膜層）２０から剥離する際、第２の層（電解質膜層）２０から第４の層（拡散層）４０の間で剥離するのを抑制でき、第１の層（バックシート層）１０のみを剥離することができる。すなわち、本実施の形態によれば、膜電極接合体（ＭＥＡ）の積層工程において、バックシート層付きの電解質膜層に、片極の触媒層、拡散層を順に積層接合した後、バックシート層のみを剥離することができるという優れた効果を奏する。
〔その他の実施の形態〕
【００２８】
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
【００２９】
図３は、本発明の他の実施の形態において、電解質膜層の下面視および側面視の模式図である。例えば、上記実施の形態に係る積層体（膜電極接合体）１００の製造方法では、当該積層体１００の移送方向Ｆの先端部に第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）４０とが密着する領域２１を形成しているが（図１参照）、図３のように構成してもよい。図３に示すように、第２の層（電解質膜層）２０の移送方向Ｆの中間部を露出させて、第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）とが密着する領域２１を形成してもよい。
【００３０】
他の実施の形態の積層体（膜電極接合体）の製造方法によれば、第１の層（バックシート層）１０を剥離する際、当該積層体の途中までは第３の層（触媒層）３０と第４の層（拡散層）との界面で剥がれてしまう。しかし、当該積層体の中間部の第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）とが密着する領域２１に至ると、第２の層（電解質膜層）２０と第４の層（拡散層）との密着力により、第１の層（バックシート層）のみを剥離させることができるようになる。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【００３１】
上記の実施の形態では、装置形態としてロール・ツー・ロール装置を例示して説明したが、装置形態はロール・ツー・ロール装置に限定されず、例えば、ロールで材料搬入してプレスロールによる押圧接合後に裁断する装置形態を採用してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０    第１の層（バックシート層)
２０    第２の層（電解質膜層）
２１    密着する領域
３０    第３の層（触媒層）
４０    第４の層（拡散層）
１００    積層体（膜電極接合体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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