(57)【要約】      （修正有）【課題】電解質膜前駆体膜に対して行われる加水分解処理の時間短縮とアルカリ性水溶液の飛散の抑制とを両立することができる電解質膜の製造方法を提供すること。【解決手段】加水分解によってイオン電導性を付与可能な薄膜ＦＬを搬送する搬送ローラーＲ２２を、１００℃未満のアルカリ水溶液の中に配置する工程と、搬送ローラーＲ２２の温度を１００〜２５０℃に昇温する工程と、薄膜ＦＬを搬送ローラーＲ２２に這わせて搬送する工程と、を有する電解質膜の製造方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加水分解によってイオン電導性を付与可能なシート状の電解質膜前駆体を送りながらアルカリ水溶液に浸漬させることにより電解質膜を作製してなる電解質膜の製造方法であって、
前記電解質膜前駆体を搬送する第１搬送部材を、１００℃未満の前記アルカリ水溶液の中に配置する工程と、
前記第１搬送部材の温度を１００℃以上２５０℃以下に昇温する工程と、
前記電解質膜前駆体を前記第１搬送部材に這わせて搬送する工程と、を有することを特徴とする電解質膜の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の電解質膜の製造方法であって、
前記第１搬送部材の温度を１３０℃以上１８０℃以下に昇温することを特徴とする電解質膜の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の電解質膜の製造方法であって、
前記第１搬送部材は、前記アルカリ水溶液の中に半分以上浸漬されていることを特徴とする電解質膜の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電解質膜の製造方法であって、
前記第１搬送部材は前記アルカリ水溶液の中に浸漬され、前記アルカリ水溶液の温度が１００℃未満に維持されるように、前記第１搬送部材の温度を１００℃以上２５０℃以下に昇温することを特徴とする電解質膜の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電解質膜の製造方法であって、
前記第１搬送部材の近傍に第２搬送部材が設けられ、
前記第２搬送部材は、前記電解質膜前駆体が前記第１搬送部材及び前記第２搬送部材によって搬送される際に、前記電解質膜前駆体と前記第１搬送部材との接触する面積が大きくなるように、前記電解質膜前駆体の搬送を補助することを特徴とする電解質膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質膜を製造する方法として、電解質膜前駆体を加水分解して生成する方法が知られている。具体的には、電解質膜前駆体を構成するＦ型電解質樹脂（末端基が−ＳＯ２Ｆ）を、加水分解によってＨ型電解質樹脂（末端基が−ＳＯ３Ｈ）に変化させることによって電解質膜の製造を行う。加水分解処理に関する技術としては、例えば下記特許文献１が知られている。
【０００３】
上記加水分解処理の工程では、電解質前駆体膜をアルカリ性の溶液と酸性の溶液に順次浸漬することによって加水分解処理が行われるが、アルカリ水溶液によって電解質前駆体膜が十分な加水分解反応を得るためには、浸漬時間を長くする必要があり、製造効率が低下する問題があった。
【０００４】
この問題を解決することを意図して、アルカリ水溶液の濃度や温度を高くすることによって、反応を促進させ、加水分解処理時間の短縮を図る方法が知られている。この方法によれば、アルカリ水溶液の温度を高温にすればする程、反応が促進されて加水分解処理時間の短縮を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０３０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、アルカリ水溶液が高温になると、水が蒸発して濃度が変化するため、濃度調整液（例えば水など）を添加してアルカリ水溶液の濃度調整を行うことが必要となる。しかし、アルカリ水溶液が沸点以上の温度のときは、濃度調整液を添加した際に突沸が発生し、高温かつ高濃度のアルカリ水溶液が飛散するおそれがある。このように、高温かつ高濃度のアルカリ水溶液を取り扱うことは容易ではなく、電解質膜前駆体膜に対して行われる加水分解処理の時間短縮を図りながら、アルカリ水溶液の飛散を抑制することが困難であった。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、電解質膜前駆体膜に対して行われる加水分解処理の時間短縮を図ると共に、アルカリ性水溶液の飛散を抑制することができる電解質膜の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係る電解質膜の製造方法は、加水分解によってイオン電導性を付与可能なシート状の電解質膜前駆体を送りながらアルカリ水溶液に浸漬させることにより電解質膜を作製してなる電解質膜の製造方法であって、前記電解質膜前駆体を搬送する第１搬送部材を、１００℃未満の前記アルカリ水溶液の中に配置する工程と、前記第１搬送部材の温度を１００℃以上２５０℃以下に昇温する工程と、前記電解質膜前駆体を前記第１搬送部材に這わせて搬送する工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る電解質膜の製造方法によれば、電解質膜前駆体を搬送する第１搬送部材を１００℃未満のアルカリ水溶液の中に配置し、当該第１搬送部材を１００℃以上２５０℃以下に昇温させ、電解質膜前駆体を第１搬送部材に這わせて搬送させる。これにより、第１搬送部材近傍のアルカリ水溶液が昇温されるため、第１搬送部材に這わせて搬送される電解質膜前駆体の加水分解処理の時間短縮を図ることができると共に、第１搬送部材から遠い位置のアルカリ水溶液は温度上昇が抑制されるため、当該アルカリ水溶液の温度を１００℃未満に維持することができる。このようにアルカリ水溶液の温度を１００℃未満に維持することができるため、アルカリ水溶液に濃度調整用の水を添加した場合でも突沸が発生せず、アルカリ水溶液の飛散を抑制することができる。その結果、電解質膜前駆体膜に対して行われる加水分解処理の時間短縮とアルカリ水溶液の飛散の抑制とを両立することができる。
【００１０】
また、本発明に係る電解質膜の製造方法によれば、前記第１搬送部材の温度を１３０℃以上１８０℃以下に昇温することも好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る電解質膜の製造方法によれば、前記第１搬送部材は、前記アルカリ水溶液の中に半分以上浸漬されていることも好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る電解質膜の製造方法によれば、前記第１搬送部材は前記アルカリ水溶液の中に浸漬され、前記アルカリ水溶液の温度が１００℃未満に維持されるように、前記第１搬送部材の温度を１００℃以上２５０℃以下に昇温することも好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る電解質膜の製造方法によれば、前記第１搬送部材の近傍に第２搬送部材が設けられ、前記第２搬送部材は、前記電解質膜前駆体が前記第１搬送部材及び前記第２搬送部材によって搬送される際に、前記電解質膜前駆体と前記第１搬送部材との接触する面積が大きくなるように、前記電解質膜前駆体の搬送を補助することも好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電解質膜前駆体膜に対して行われる加水分解処理の時間短縮とアルカリ水溶液の飛散の抑制とを両立することができる電解質膜の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電解質膜の製造工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電解質膜の製造方法に用いられる加水分解処理装置の概略構成を示す図である。
【図３】図１に示した加水分解処理の工程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電解質膜の製造方法に用いられる加水分解処理装置の概略構成を示す図である。
【図５】比較例１、２における加水分解処理装置の概略構成を示す図である。
【図６】比較例３における加水分解処理装置の概略構成を示す図である。
【図７】セル電圧の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施形態以外の他の実施形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。
【００１７】
（第１実施形態）
図１を参照しながら電解質膜の製造方法について説明する。図１は、電解質膜の製造工程を示すフローチャートである。
【００１８】
なお、図１に示す電解質膜の製造工程により製造される電解質膜は、燃料電池における単セルに用いられる。図示は省略するが、単セルは以下のように製造される。具体的には、電解質膜の製造後、電解質膜の一方の面にアノードを、他方の面にカソードをそれぞれ形成して膜電極接合体（ＭＥＡ）を生成する。その後、生成したＭＥＡの両面に、ガス拡散層としてのカーボン多孔質部材を積層し、その外側をセパレータで挟持することによって単セルが製造される。また、燃料電池は、固定高分子型燃料電池であり、単セルを複数積層したスタック構造を有している。
【００１９】
図１に示すように、電解質膜の製造工程として、最初に補強部材としての多孔質膜を生成する（ステップＳ１１０）。具体的には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のファインパウダーからなるペーストを、押し出し成形によって円柱状に成形する。そして、ロール圧延によって、円柱状のペーストをテープ状のＰＴＦＥテープに成形する。さらに、ＰＴＦＥテープを、多軸延伸機を用いて所定の温度に加熱しながら面積比９００倍に延伸加工し、厚みが約２０μｍの多孔質膜を生成する。
【００２０】
多孔質膜生成後、電解質前駆体からなる薄膜（以下、Ｆ型電解質薄膜とも呼ぶ）を生成する（ステップＳ１２０）。具体的には、電解質樹脂の前駆体高分子であるＦ型電解質樹脂を押出し成形機のＴ型コートハンガーダイによって厚み約１２μｍの薄膜に成形する。
【００２１】
Ｆ型電解質薄膜生成後、多孔質膜の両面にＦ型電解質薄膜を貼り合わせ（ステップＳ１３０）、温度２３０℃で、ロールプレスによって多孔質膜にＦ型電解質樹脂を含浸させる含浸処理を行い、厚さ３０μｍの電解質膜前駆体を生成する（ステップＳ１４０）。そして、生成した電解質膜前駆体に対して加水分解処理を行うことによって電解質膜を生成する（ステップＳ１５０）。
【００２２】
加水分解処理（図１のステップＳ１５０）について更に説明する。加水分解処理は、電解質膜製造装置としての加水分解処理装置１ａを用いて行われる。図２は、加水分解処理装置１ａの概略構成を示す図である。図３は、図２の加水分解処理装置１ａを用いた加水分解処理の工程を示すフローチャートである。加水分解処理工程では、加水分解によってイオン電導性を付与可能なシート状の電解質膜前駆体を送りながらアルカリ水溶液に浸漬させることにより電解質膜が作製される。
【００２３】
加水分解処理装置１ａは、繰出部３２と、アルカリ処理部５１ａと、水洗部５０と、酸処理部５２と、水洗部５４と、巻取部３４と、搬送ローラーＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９とを備える。搬送ローラーＲ１２は、図示しない加熱装置（例えばヒータ等）に接続され、当該加熱装置の作動により搬送ローラーＲ１２の温度を調整することが可能になっている。なお、搬送ローラーＲ１１〜Ｒ１９としては、円筒状のロール以外の構成を用いても良く、例えば円筒を縦に割った半円筒形状のガイド部材等、その形状や大きさは適宜選択され得るものである。
【００２４】
繰出部３２には、電解質膜前駆体からなる薄膜ロールＲＬがセットされている。薄膜ロールＲＬは、図１のステップＳ１１０〜ステップＳ１４０によって生成した電解質膜前駆体からなる帯状の薄膜ＦＬに、搬送補助用バックシート（図示省略）を貼り付け、ロール状に巻き取ったものである。繰出部３２は、搬送補助用バックシートが貼り合わされた薄膜ＦＬを、各処理部（アルカリ処理部５１ａ、水洗部５０、酸処理部５２、水洗部５４）に向けて繰り出す。搬送ローラーＲ１１〜Ｒ１９は、繰出部３２から繰り出された薄膜ＦＬを、各処理部に搬送するための搬送路を構成し、最終的に、薄膜ＦＬを巻取部３４へと搬送する。
【００２５】
アルカリ処理部５１ａは、繰出部３２から繰り出された薄膜ＦＬを、温度と濃度とを調整したアルカリ水溶液（本実施形態においては水酸化ナトリウム水溶液）に浸漬することによってアルカリ処理を行う。アルカリ処理部５１ａにおけるアルカリ処理によって、薄膜ＦＬのＦ型電解質樹脂に以下の反応が起こり、末端基が−ＳＯ２Ｆから−ＳＯ３Ｎａに変化する。
【００２６】
−ＳＯ２Ｆ＋２ＮａＯＨ  →  −ＳＯ３Ｎａ＋ＮａＦ＋Ｈ２Ｏ
【００２７】
水洗部５０は、アルカリ処理後の薄膜ＦＬからアルカリ水溶液を洗い流す。酸処理部５２は、アルカリ処理後の薄膜ＦＬに対して酸処理を行う。具体的には、酸処理部５２に収容されている硝酸に所定時間、薄膜ＦＬを浸漬する。酸処理部５２における酸処理によって、薄膜ＦＬに以下の反応が起こり、末端機が、−ＳＯ３Ｎａから−ＳＯ３Ｈに変化する。
【００２８】
−ＳＯ３Ｎａ＋ＨＮＯ３  →  −ＳＯ３Ｈ＋ＮａＮＯ３
【００２９】
水洗部５４は、酸処理後の薄膜ＦＬから硝酸を洗い流す。巻取部３４は、水洗部５４を通過し乾燥させた薄膜ＦＬを巻き取る。加水分解処理装置１ａの各処理部が行う処理によって、薄膜ＦＬは、プロトン伝導性を備えないＦ型電解質樹脂から、プロトン伝導性を備えるＨ型電解質樹脂（高分子鎖末端が−ＳＯ３Ｈ）からなる電解質膜に変化する。加水分解処理装置１ａはこのようにして薄膜ＦＬに対して加水分解処理を行う。なお、巻取部３４に巻き取った薄膜ＦＬは、その後、所定形状に裁断され、燃料電池の単セル（図示せず）に組み込まれる。
【００３０】
以上のように構成された加水分解処理装置１ａを用いて行われる加水分解処理の工程を、図３を参照しながら説明する。同図に明らかなように、加水分解処理工程では全体としてステップＳ１５１〜Ｓ１５４からなる処理が行われる。この加水分解処理工程において、アルカリ処理部５１ａ（図２参照）のアルカリ水溶液の温度は１００℃未満に調整されるものであり、本実施形態では、アルカリ水溶液の温度は約８０℃に調整される。
【００３１】
まず、固体の水酸化ナトリウムを純水にて調整して、濃度４０％のアルカリ水溶液を生成する（ステップＳ１５１）。
【００３２】
次に、ステップＳ１５１で生成されたアルカリ水溶液の中に搬送ローラーＲ１２の一部が浸されるように、搬送ローラーＲ１２を配置する（ステップＳ１５２）。本実施形態においては、図２に示したように、搬送ローラーＲ１２における表面積の半分以上が、アルカリ処理部５１ａのアルカリ水溶液に浸漬されるように搬送ローラーＲ１２が配置されていることが好ましい。
【００３３】
そして、アルカリ水溶液の中に配置された搬送ローラーＲ１２を昇温する（ステップＳ１５３）。この搬送ローラーＲ１２の昇温は、図示しない加熱装置を用いて加熱することにより行われる。本実施形態では、搬送ローラーＲ１２の温度が約１００℃以上、２５０℃以下の範囲に昇温されることが好ましく、 １３０℃以上、１８０℃以下に調整されることが特に好ましい。なお、搬送ローラーＲ１２の温度を２５０℃以上に調整することも可能であり、搬送ローラーＲ１２から離れた位置（遠い位置）にあるアルカリ水溶液の温度が１００℃未満に維持されるように搬送ローラーＲ１２を昇温すればよく、その温度は様々な値に設定可能である。
【００３４】
続いて、電解質膜前駆体からなる薄膜ＦＬを搬送ローラーＲ１２に這わせて搬送（搬送ローラーＲ１２の外周に接触させながら搬送）し、薄膜ＦＬをアルカリ処理部５１ａの中のアルカリ水溶液に浸漬させる（ステップＳ１５４）。本実施形態では、薄膜ＦＬをアルカリ水溶液の中に約３０秒浸漬させる。このアルカリ処理後の薄膜ＦＬについて、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光高度計）による構造解析を行ったところ、アルカリ処理が完了していることが確認された。
【００３５】
以上のように、アルカリ水溶液の濃度及び温度を調整し（本実施形態では、濃度４０％、温度８０℃）、このアルカリ水溶液に浸漬された搬送ローラーＲ１２を昇温（本実施形態では約１００℃以上、２５０℃以下）させた状態で、薄膜ＦＬを搬送ローラーＲ１２の表面に這わせて搬送させた。そして、アルカリ処理が完了した薄膜ＦＬを搬送ローラーＲ１１〜１９により搬送し、水洗部５０の中の純水で洗浄、酸処理部５２の中の硝酸に浸漬、水洗部５４の中の純水で洗浄後、乾燥させ、Ｈ型電解質樹脂を得た。
【００３６】
上述した本実施形態における電解質膜の製造方法によれば、アルカリ水溶液に浸漬された搬送ローラーＲ１２を昇温することにより、搬送ローラーＲ１２近傍のアルカリ水溶液は昇温されて当該搬送ローラーＲ１２近傍のアルカリ水溶液のみ高温に維持される一方、搬送ローラーＲ１２から離れた位置（遠い位置）のアルカリ水溶液の温度上昇は抑制される。これにより、搬送ローラーＲ１２の表面に這わせて搬送される薄膜ＦＬに対する加水分解反応は促進されて加水分解処理の時間は短縮されると共に、搬送ローラーＲ１２から離れた位置のアルカリ水溶液は１００℃未満に維持され、濃度調整用の水をアルカリ水溶液に添加した場合でも突沸が発生せず、アルカリ水溶液の飛散が抑制される。その結果、加水分解処理の時間短縮とアルカリ水溶液の飛散の抑制との両立を図ることができる。また本実施形態によれば、後述する過熱水蒸気を用いるような高価な設備を必要としないのでコストの低減を図ることができると共に、過熱水蒸気の設備を採用した場合に生じるエネルギーの無駄（過熱水蒸気が外部に逃げることによるエネルギーの無駄）を抑えることができる。
【００３７】
（第２実施形態）
続いて、第２実施形態における電解質膜の製造方法について説明する。図４は、第２実施形態に係る電解質膜の製造方法において用いられる加水分解処理装置の概略構成を示す図である。図４に示す加水分解処理装置１ｂは、アルカリ水溶液の中に搬送ローラーＲ２２を浸漬させた点及び小型搬送ローラーＲ２（ニップロール）を加えた点が加水分解処理装置１ａ（図２参照）と異なり、それ以外の構成及び機能は加水分解処理装置１ａと同じである。従って、加水分解処理装置１ａと同じ部分についての説明は省略する。
【００３８】
図４に示すように、加水分解処理装置１ｂは、繰出部３２と、アルカリ処理部５１ｂと、水洗部５０と、酸処理部５２と、水洗部５４と、巻取部３４と、搬送ローラーＲ２１〜Ｒ２９と、小型搬送ローラーＲ２とを備える。同図に明らかなように、アルカリ処理部５１ｂの領域に、搬送ローラーＲ２２と小型搬送ローラーＲ２とが配置されている。なお、本実施形態では、小型搬送ローラーＲ２は２個配置されるものであるが、その個数は適宜変更可能である。
【００３９】
搬送ローラーＲ２２は、１００℃以上（好ましくは１３０℃以上１８０℃以下）に昇温された状態でアルカリ処理部５１ｂのアルカリ水溶液の中に浸漬されている。なお、図４では、アルカリ水溶液の中に、搬送ローラーＲ２２の全ては浸漬されていないが、搬送ローラーＲ２２をアルカリ水溶液の中に全て浸漬させた状態で、搬送ローラーＲ２２を１３０℃〜１８０℃の範囲に昇温することも可能である。この場合において、アルカリ水溶液の温度が１００℃以上に上昇しないように、搬送ローラーＲ２２の温度は適宜調整される。
【００４０】
搬送ローラーＲ２２の近傍には、小型搬送ローラーＲ２、Ｒ２がそれぞれ配置され、薄膜ＦＬの搬送を補助している。より詳細には、小型搬送ローラーＲ２、Ｒ２それぞれは、小型搬送ローラーＲ２、Ｒ２間の距離ｄ２が搬送ローラーＲ２２の直径ｄ２２よりも小さくなるように搬送ローラーＲ２２の搬入側及び搬出側に配置され、薄膜ＦＬの搬送を補助している。これにより、薄膜ＦＬが搬送される際に、搬送ローラーＲ２２の表面と薄膜ＦＬとの接触する面積がより大きくなるように、薄膜ＦＬを搬送ローラーＲ２２に這わせて搬送させることができる。なお、図４では、２個の小型搬送ローラーＲ２を設けているが、小型搬送ローラーＲ２の個数は適宜変更可能である。また図４では、小型搬送ローラーＲ２は、アルカリ処理部５１ｂのアルカリ水溶液の中に浸漬されていないが、小型搬送ローラーＲ２をアルカリ水溶液の中に浸漬させることも可能である。
【００４１】
以上のような加水分解処理装置１ｂを用いた電解質膜の製造方法によれば、１００℃以上（好ましくは１３０℃以上１８０℃以下）に昇温された搬送ローラーＲ２２がアルカリ水溶液の中に浸漬され、この搬送ローラーＲ２２の表面に這わせて薄膜ＦＬが搬送される。また搬送ローラーＲ２２の近傍には複数の小型搬送ローラーＲ２が配置され、薄膜ＦＬの搬送が補助される。より詳細には、小型搬送ローラーＲ２によって、搬送ローラーＲ２２の表面と薄膜ＦＬとの接触する面積がより大きくなるように薄膜ＦＬの搬送が補助される。これにより、薄膜ＦＬがより多くの高温のアルカリ水溶液に晒されるようにすることができるため、薄膜ＦＬに対する加水分解処理反応が更に促進され、加水分解処理の時間を更に短縮させることができる。また、搬送ローラーＲ２２近傍のみアルカリ水溶液が高温となり、搬送ローラーＲ２２から離れた位置にあるアルカリ水溶液の昇温は抑制されるので、濃度調整用の水をアルカリ水溶液に添加した場合でも突沸を抑制することができ、アルカリ水溶液の飛散を防止することができる。その結果、より一層の加水分解処理時間の短縮を図りながら、アルカリ水溶液の飛散を防止することができる。
【００４２】
（比較例１）
比較例１として、上述した加水分解処理装置１ａ、１ｂ（図２、図４参照）とは異なる加水分解処理装置１００を用いて電解質膜の生成を試みた。図５は、比較例１における加水分解処理装置１００の概略構成を示す図である。上述した加水分解処理装置１ａと異なる点は、アルカリ処理部５１ａをアルカリ処理部５１１に変更したことである。それ以外の水洗部５０、酸処理部５２、水洗部５４等の構成は加水分解処理装置１ａと同じである。
【００４３】
比較例１における電解質膜の生成について説明する。まず、図１に示したステップＳ１１０〜１４０の処理を行い、厚さ３０μｍの電解質膜前駆体を生成する。次に、濃度４０％のアルカリ水溶液を作製し、図５に示すように、アルカリ処理部５１１に収容する。そして、アルカリ処理部５１１に収容されたアルカリ水溶液をヒーター（図示省略）によって１３０℃に加熱・保温する。このように加熱・保温されたアルカリ水溶液によってアルカリ処理を試みたところ、アルカリ処理中に、水酸化ナトリウム水溶液の水が蒸発し、濃度が上昇した。その後、アルカリ水溶液（水酸化ナトリウム水溶液）から水酸化ナトリウムの析出が生じた。水酸化ナトリウム水溶液の濃度を低下させるために純水を添加しようとしたが、純水の添加に伴い突沸が生じた。突沸により水酸化ナトリウム水溶液が飛散したため、アルカリ処理を中止した。結果、実験を継続することができず、電解質膜の生成には至らなかった。
【００４４】
（比較例２）
また比較例２として、図５に示した加水分解処理装置１００と同様の構成の加水分解処理装置を用いて電解質膜の生成を試みた。比較例２と比較例１との異なる点は、アルカリ処理部５１１における水酸化ナトリウム水溶液を加熱・保温する温度であり、比較例２ではアルカリ水溶液の温度を８０℃に昇温させた。
【００４５】
比較例２における電解質膜の製造工程について説明する。まず、図１に示したステップＳ１１０〜１４０の処理を行い、厚さ３０μｍの電解質膜前駆体を生成する。次に、濃度４０％のアルカリ水溶液を作製し、図５に示すアルカリ処理部５１１に収容する。そして、アルカリ処理部５１１に収容されたアルカリ水溶液を、ヒーター（図示省略）によって８０℃に加熱・保温する。このように、８０℃に加熱・保温されたアルカリ水溶液中に電解質膜前駆体を浸漬させ、所定の構造解析を行ったところ、１０分浸漬させた時点でアルカリ処理が完了していることが確認された（１０分未満ではアルカリ処理が未完了であった）。アルカリ処理された薄膜ＦＬを、水洗部５０にて洗浄、酸処理部５２に浸漬、水洗部５４にて洗浄後、乾燥させ、Ｈ型電解質樹脂を得た。
【００４６】
（比較例３）
更に比較例３として、比較例１、２で用いた加水分解処理装置１００（図５参照）とは異なる加水分解処理装置２００を用いて加水分解処理を行い電解質膜の生成を試みた。図６は、比較例３における加水分解処理装置２００の概略構成を示す図である。上記第１、２実施形態及び比較例１、２と異なる点は、アルカリ処理部５１ａ、５１ｂ、５１１をアルカリ処理部５１２に変更したことである。それ以外の構成は上記加水分解処理装置と同じである。
【００４７】
まず、比較例３におけるアルカリ処理部５１２について説明する。図６に示すように、アルカリ処理部５１２は、過熱水蒸気発生装置４１と、チャンバー４２と、収容部４４とを備える。過熱水蒸気発生装置４１とチャンバー４２とは、流路４６で連通している。また、チャンバー４２は、外部との開放口４５を有する。
【００４８】
過熱水蒸気発生装置４１は、１００℃以上の温度の水蒸気を発生させる装置である。過熱水蒸気発生装置４１は、内部に備えるヒーターとサーミスタによって、発生させる過熱水蒸気の温度を調整する。過熱水蒸気発生装置４１は、発生させた過熱水蒸気を、流路４６を介してチャンバー４２に供給する。過熱水蒸気発生装置４１から流路４６を介して導入された過熱水蒸気は、チャンバー４２内に充満し、開放口４５から放出される。
【００４９】
チャンバー４２はその内部に収容部４４を備える。収容部４４は、アルカリ水溶液としての水酸化ナトリウム水溶液を収容する。収容部４４に収容される水酸化ナトリウム水溶液は、過熱水蒸気発生装置４１から供給された過熱水蒸気によってチャンバー４２の内部で生成される。
【００５０】
続いて、比較例３における電解質膜の製造工程について説明する。まず、図１に示したステップＳ１１０〜１４０の処理を行い、厚さ３０μｍの電解質膜前駆体（薄膜ＦＬ）を生成する。次に、図６に示すチャンバー４２内に固形水酸化ナトリウムを投入し、過熱水蒸気発生装置４１を動作させてチャンバー４２内に１００℃以上の過熱水蒸気を導入する。周囲が水蒸気で満たされた固形水酸化ナトリウムは、潮解性によって溶解し、収容部４４内にアルカリ水溶液が生成される。
【００５１】
アルカリ水溶液の生成後、１００℃以上の過熱水蒸気をチャンバー４２内に導入し続けると、アルカリ水溶液は過熱水蒸気とほぼ等しい温度になる。比較例３では、１３０℃の過熱水蒸気を導入し、アルカリ水溶液の温度を１３０℃とした。この場合の収容部４４内のアルカリ水溶液の濃度は約４０％であった。このように温度及び濃度が調整されたアルカリ水溶液に薄膜ＦＬを浸漬させ、アルカリ処理を行った。アルカリ処理後の薄膜ＦＬについて所定の構造解析を行ったところ、比較例３ではアルカリ処理の完了に３０秒を要することが確認された。アルカリ処理が完了した薄膜ＦＬを、水洗部５０にて洗浄、酸処理部５２に浸漬、水洗部５４にて洗浄後、乾燥させ、Ｈ型電解質樹脂を得た。
【００５２】
以上のような比較例１、２、３による電解質膜の製造工程の問題点について説明する。まず、比較例１では、アルカリ水溶液の温度を１００℃以上に上昇させているため、濃度調整用の水を添加すると突沸が生じてしまう。このため、比較例１では、濃度調整ができなく、電解質膜の製造が困難という問題がある。次に、比較例２では、比較例１のような突沸が生じないものの、アルカリ処理に１０分程度の時間がかかり、効率が悪いという問題がある。そして、比較例３では、アルカリ処理に要する時間が約３０秒という短時間で処理できることが確認されたが、過熱水蒸気を発生させるための装置が高く、コストが高いという問題がある。以下では、比較例２、３により得られた電解質膜と、第１、２実施形態により得られた電解質膜を用いた燃料電池としての性能評価実験を行ったので、その実験結果について説明する。
【００５３】
（性能評価）
第１、２実施形態及び比較例２、３で得られた電解質膜を用いて、膜電極接合体（ＭＥＡ）を作製し、燃料電池として性能評価を実施した。図７は、第１、２実施形態及び比較例２、３によって製造された電解質膜を備えた燃料電池のセル電圧の測定結果を示すグラフである。図７の横軸はアルカリ処理温度（℃）を示し、図８の縦軸はセル電圧（Ｖ）を示している。図７の点Ｇ１が、第１、２実施形態により得られた電解質膜を用いた燃料電池としてのセル電圧測定値を示し、点Ｃ２が比較例２により得られた電解質膜を用いて評価した燃料電池としてのセル電圧測定値を示し、点Ｃ３が比較例３により得られた電解質膜を用いた燃料電池としてのセル電圧測定値を示している。
【００５４】
図７に示すように、比較例２で得られた電解質膜を用いて評価した燃料電池としてのセル電圧測定値（図７のＣ２）よりも、第１、２実施形態及び比較例３で得られた電解質膜を用いて評価した燃料電池としてのセル電圧測定値（図７の点Ｇ１及び点Ｃ３）の方が大きく、第１、２実施形態及び比較例３で得られた電解質膜を用いた燃料電池の方が、高い性能を得られることが確認された。具体的には、比較例２でのセル電圧測定値に対して、第１、２実施形態及び比較例３でのセル電圧測定値は約８％高い数値を示していることが確認された。また、同図に明らかなように、比較例３と第１、２実施形態とのセル電圧測定値はほぼ同等であることから、コスト高の構成である比較例３と比較して、第１、２実施形態は低コストの構成でありながら、比較例３と同等の燃料電池の性能が得られることが確認された。
【００５５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ａ、１ｂ：加水分解処理装置
５０：水洗部
５１ａ、５１ｂ：アルカリ処理部
５２：酸処理部
５２：酸処理部
５４：水洗部
ＦＬ：薄膜（電解質膜前駆体）
Ｒ２：小型搬送ローラー（第２搬送部材）
Ｒ１２、Ｒ２２：搬送ローラー（第１搬送部材）
【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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